化學(xué)機(jī)械拋光

1、 化學(xué)機(jī)械拋光的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)化學(xué)機(jī)械拋光的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1、化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理、化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及及機(jī)理機(jī)理 2、拋光液、拋光液 3、拋光墊、拋光墊 4、化學(xué)機(jī)械拋光化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì) 1 化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及機(jī)理化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及機(jī)理 化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理1-1 化學(xué)機(jī)械拋光化學(xué)機(jī)械拋光-CMP(Chemical Mechanical Polishing)。 CMP 是化學(xué)的和機(jī)械的綜合作用是化學(xué)的和機(jī)械的綜合作用,在一定壓力及拋光漿料存在下在一定壓力及拋光漿料存在下, 在拋光液中的腐蝕介質(zhì)作用下工件表面形成一層軟化在拋光

2、液中的腐蝕介質(zhì)作用下工件表面形成一層軟化層層，拋光液，拋光液 中的磨粒對(duì)工件上的軟化層進(jìn)行磨削，中的磨粒對(duì)工件上的軟化層進(jìn)行磨削， 因而在因而在被研磨的工件表面被研磨的工件表面 形成光潔表面。形成光潔表面。 1 避免了由單純機(jī)械避免了由單純機(jī)械 拋光造成的拋光造成的表面損表面損 傷傷 2 避免單純化學(xué)拋光避免單純化學(xué)拋光 易造成的易造成的拋光速度拋光速度 慢、表面平整度和慢、表面平整度和 拋光一致性差拋光一致性差等缺等缺 點(diǎn)。點(diǎn)。 CMP相比其他方式的拋光的優(yōu)點(diǎn)相比其他方式的拋光的優(yōu)點(diǎn) 圖圖1 典型典型的化學(xué)機(jī)械拋光原理示意圖的化學(xué)機(jī)械拋光原理示意圖 化學(xué)拋光機(jī)的基本結(jié)構(gòu)化學(xué)拋光機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

3、1-2 1.循環(huán)泵循環(huán)泵 2.拋光液拋光液 3.過濾磁環(huán)過濾磁環(huán) 4.拋光機(jī)噴嘴拋光機(jī)噴嘴 5.工件工件 6.壓力鋼柱壓力鋼柱 7.拋光墊拋光墊 8.拋光盤拋光盤 9.回收箱回收箱 lO.磁環(huán)磁環(huán)圖圖2 化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理 1-3 通過通過實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)研究，CMP的機(jī)理可以分為在材料的去除過程中的機(jī)理可以分為在材料的去除過程中 是是拋光拋光液中化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械作用的液中化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械作用的綜合結(jié)果綜合結(jié)果。如如圖圖 3 Text 1 Text 2 Text 3Text 3 拋光液中的腐蝕介質(zhì)與被拋光表面材料發(fā)生了化學(xué)反

4、拋光液中的腐蝕介質(zhì)與被拋光表面材料發(fā)生了化學(xué)反 應(yīng)應(yīng),生成很薄的剪切強(qiáng)度很低的化學(xué)反應(yīng)膜生成很薄的剪切強(qiáng)度很低的化學(xué)反應(yīng)膜,反應(yīng)膜在反應(yīng)膜在 磨粒磨削作用下被去處磨粒磨削作用下被去處,從而露出新的表面從而露出新的表面,接著又繼接著又繼 續(xù)反應(yīng)生成新的反應(yīng)膜續(xù)反應(yīng)生成新的反應(yīng)膜,如此周而復(fù)始的進(jìn)行如此周而復(fù)始的進(jìn)行,使表面使表面 逐漸被拋光修平逐漸被拋光修平,實(shí)現(xiàn)拋光的目的。實(shí)現(xiàn)拋光的目的。 圖圖3 材料材料去除的過程可以去除的過程可以簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化圖圖 2 拋光液拋光液 拋光液作用與組成拋光液作用與組成 2-1 拋光液是拋光液是CMP中一個(gè)重要的因素，拋光液的質(zhì)量對(duì)拋光速率及拋中一個(gè)重要的因素，拋光

5、液的質(zhì)量對(duì)拋光速率及拋 光質(zhì)量有著重要的作用，拋光液主要是對(duì)工件有化學(xué)腐蝕作用和光質(zhì)量有著重要的作用，拋光液主要是對(duì)工件有化學(xué)腐蝕作用和 機(jī)械作用，最終達(dá)到對(duì)工件的拋光。機(jī)械作用，最終達(dá)到對(duì)工件的拋光。 基本要求基本要求:流動(dòng)性好、不易沉淀和結(jié)塊、懸浮性能好、無毒、低殘流動(dòng)性好、不易沉淀和結(jié)塊、懸浮性能好、無毒、低殘 留、易留、易清洗。清洗。 拋光液拋光液的組成及其作用的組成及其作用2-2 拋光液拋光液 加快加工表面形成軟而脆的氧化膜，加快加工表面形成軟而脆的氧化膜， 提高拋光效率和表面平整度提高拋光效率和表面平整度 腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì) 氧化劑氧化劑 磨料磨料 分散劑分散劑 對(duì)材料表面膜的形成，

6、材料的對(duì)材料表面膜的形成，材料的去除去除 率、拋光率、拋光液的粘性有影響液的粘性有影響 借助機(jī)械力，將材料表面經(jīng)化學(xué)反借助機(jī)械力，將材料表面經(jīng)化學(xué)反 應(yīng)后的鈍化膜去除，讓表面平整化應(yīng)后的鈍化膜去除，讓表面平整化 防止拋光液中的磨料發(fā)生聚集現(xiàn)象，防止拋光液中的磨料發(fā)生聚集現(xiàn)象， 保證拋光液的穩(wěn)定性，減少加工表保證拋光液的穩(wěn)定性，減少加工表 面缺陷面缺陷 拋光液的主要組成成分及作用如下圖所示拋光液的主要組成成分及作用如下圖所示： 拋光液的研究趨勢(shì)拋光液的研究趨勢(shì) 2-3 1CMP機(jī)理機(jī)理還有待進(jìn)一步研究還有待進(jìn)一步研究 2如何避免堿金屬離子的沾污如何避免堿金屬離子的沾污 3如何保持拋光漿液的穩(wěn)定性

7、如何保持拋光漿液的穩(wěn)定性 4化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液的開發(fā)化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液的開發(fā) 3 拋光墊拋光墊 拋光墊簡(jiǎn)介拋光墊簡(jiǎn)介 3-1 拋光拋光墊有軟性和硬性的墊有軟性和硬性的, ,常見的軟性拋光墊有：常見的軟性拋光墊有：無紡布拋光墊無紡布拋光墊、帶絨毛結(jié)構(gòu)的帶絨毛結(jié)構(gòu)的 無紡布拋光墊無紡布拋光墊，硬性，硬性的拋光的拋光墊有：墊有：聚氨酯拋光墊聚氨酯拋光墊酯。酯。 根據(jù)根據(jù)工件工件- -拋光墊之間拋光液膜厚度的不同，在拋光中可能存在三種界面拋光墊之間拋光液膜厚度的不同，在拋光中可能存在三種界面接接 觸形式：觸形式： 1 1，當(dāng)當(dāng)拋光壓力較高拋光壓力較高，相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小速度較小時(shí)表現(xiàn)為時(shí)表

8、現(xiàn)為直接接觸直接接觸； 2 2，當(dāng)當(dāng)拋光壓力較低拋光壓力較低，相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)拋光界面速度較大時(shí)拋光界面的的 3 3，表現(xiàn)表現(xiàn)為非接觸；介于二者之間時(shí)為半接觸為非接觸；介于二者之間時(shí)為半接觸 拋光墊的作用拋光墊的作用 3-2 1 能儲(chǔ)存拋光液能儲(chǔ)存拋光液,并把它輸送工件的整個(gè)加工區(qū)域并把它輸送工件的整個(gè)加工區(qū)域,使拋光均使拋光均 勻的進(jìn)行勻的進(jìn)行 2 從加工表面帶走拋光過程中的殘留物質(zhì)從加工表面帶走拋光過程中的殘留物質(zhì) 3 傳遞和承載加工去除過程中所需的機(jī)械載荷傳遞和承載加工去除過程中所需的機(jī)械載荷 4 維持加工過程中所需的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境維持加工過程中所需的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境 拋光墊的

9、研究現(xiàn)狀拋光墊的研究現(xiàn)狀3-3 3-3-1 目前主要的研究拋光墊目前主要的研究拋光墊以下以下3方面：方面： 1、材料種類材料種類（軟性和硬性的或復(fù)合材料的），（軟性和硬性的或復(fù)合材料的）， 2、材料材料性質(zhì)性質(zhì)(如硬度如硬度,彈性和剪切模量、孔隙的大小和分布、粘彈性彈性和剪切模量、孔隙的大小和分布、粘彈性 )， 3、表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)對(duì)拋光性能的影響表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)對(duì)拋光性能的影響。 其中通過改變表面結(jié)構(gòu)的溝槽結(jié)構(gòu)其中通過改變表面結(jié)構(gòu)的溝槽結(jié)構(gòu)是是 改變拋光墊性能的最主要途徑改變拋光墊性能的最主要途徑。 3-3-2，以下是幾種常見不同溝槽的拋光墊，以下是幾種常見不同溝槽的拋光墊 A、放射狀、放射

10、狀 B、同心圓狀、同心圓狀 C、柵格狀、柵格狀 D、正對(duì)數(shù)螺旋狀、正對(duì)數(shù)螺旋狀 E、負(fù)對(duì)數(shù)螺旋狀、負(fù)對(duì)數(shù)螺旋狀 拋光拋光墊溝槽形狀對(duì)拋光液的運(yùn)送及均勻分布、化學(xué)墊溝槽形狀對(duì)拋光液的運(yùn)送及均勻分布、化學(xué) 反應(yīng)速率、反應(yīng)反應(yīng)速率、反應(yīng) 產(chǎn)物及其濃度，材料去除速率會(huì)產(chǎn)生重要影響，是改變拋光墊性能的最產(chǎn)物及其濃度，材料去除速率會(huì)產(chǎn)生重要影響，是改變拋光墊性能的最 主要途徑。主要途徑。所以在所以在cmp中拋光墊溝槽設(shè)計(jì)是拋光墊設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分中拋光墊溝槽設(shè)計(jì)是拋光墊設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分 E復(fù)合型復(fù)合型溝槽的拋光墊溝槽的拋光墊 4 化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì) 化學(xué)機(jī)械拋光中存在的基本問題化學(xué)機(jī)械拋光中存在的基

11、本問題 4-1 十余年來，盡管十余年來，盡管CMP技術(shù)發(fā)展迅速，但技術(shù)發(fā)展迅速，但CMP仍然存在很多未解決的題：仍然存在很多未解決的題： 1、CMP加工過程的控制仍停留在半經(jīng)驗(yàn)階段，難以保證表面的更高精加工過程的控制仍停留在半經(jīng)驗(yàn)階段，難以保證表面的更高精 度和平整度加工要求，度和平整度加工要求， 2、CMP工藝的復(fù)雜性影響因素的多樣性增加了問題的研究難度工藝的復(fù)雜性影響因素的多樣性增加了問題的研究難度 3、CMP加工材料去除、拋光缺陷機(jī)理、拋光過程中納米粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)加工材料去除、拋光缺陷機(jī)理、拋光過程中納米粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律及行為以及律及行為以及CMP工藝方面的實(shí)際問題等還沒有完全弄清楚。工藝方面的實(shí)際問題等還沒有完全弄清楚。 化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)4-2 隨著隨著集成電路的高密度化、微細(xì)化和高速化，集成電路的高密度化、微細(xì)化和高速化，CMP在集成電路中的應(yīng)用，對(duì)于在集成電路中的應(yīng)用，對(duì)于 45nm納米以后的制程，傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光將達(dá)到這種方法所能加工的極限，可納米以后的制程，傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光將達(dá)到這種方法所能加工的極限，可 能被淘汰，因此需要在研究傳統(tǒng)的能被淘汰，因此需要在研究傳