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第6期(总第151期)2008年12月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 16D ec 1文章编号:167226413(2008)0620073203化学机械抛光工艺中的抛光垫3周 海1,王黛萍1,王 兵1,陈西府1,冶远祥2(1.盐城工学院,江苏 盐城 224051;2.兴化祥盛光电子材料公司,江苏 兴化 225761)摘要:抛光垫是晶片化学机械抛光中决定表面质量的重要辅料。
研究了抛光垫对光电子晶体材料抛光质量的影响:硬的抛光垫可提高晶片的平面度;软的抛光垫可改善晶片的表面粗糙度;表面开槽和表面粗糙的抛光垫可提高抛光效率;对抛光垫进行适当的修整可使抛光垫表面粗糙。
关键词:化学机械抛光;抛光垫;表面粗糙度中图分类号:T G 5801692 文献标识码:A3江苏省科技厅科技攻关项目(BE 2007077);江苏省自然科学基础研究项目(BK 2008197);江苏省高校自然科学基础研究项目(06KJB 460119);江苏省大学生实践创新训练计划项目(07SSJCX 026)收稿日期:2008210215作者简介:周海(19652),男,江苏滨海人,教授,博士,主要研究方向为CAD CAM 、超精密加工。
0 引言化学机械抛光(Chem ical M echan ical Po lish ing ,简称C M P )是化学反应、机械摩擦、流体动压综合作用的过程,通过纳米级粒子的研磨作用与抛光液的化学腐蚀作用的有机结合,使被抛光的工件表面光滑,从而得到其它平面加工手段很难达到的光滑平坦表面[1]。
自1991年I BM 公司首次成功地将C M P 技术应用到动态随机存储器的生产以来,化学机械抛光技术已成功用于集成电路中的半导体晶片、存储磁盘、精密陶瓷、磁头、精密阀门、光学玻璃等表面的平面化,成为应用最为广泛的全局平面化技术[2]。
化学机械抛光技术及其应用随着现代制造业的快速发展，要求物品表面的质量越来越高。
化学机械抛光技术 (CMP)便应运而生，已经成为了当今制造业中必不可少的一种技术。
本文将为您介绍CMP的原理、影响因素、制备流程、应用及未来发展趋势。
一、原理CMP是一种通过采用化学物质和磨料相结合进行机械抛光的技术。
CMP通常涉及到多步处理，其中含有化学反应的步骤是至关重要的。
在了解CMP过程的原理之前，有几个基本概念需要先了解一下。
磨料和抛光垫是CMP操作中的两个重要组成部分。
磨料是一种坚硬且可用作研磨介质的微粒，通常由石英、二氧化硅、氧化铝和氮化硅等材料制成。
不同类型的磨料适用于不同类型的 CMP 过程。
抛光垫则是放置在抛光机内，用于支撑并带动涂层片材的承载面。
CMP过程中，抛光垫会与涂层片材接触，并受到一定的压力。
同时，抛光垫上涂有一层抛光液体是由含有稳定剂、缓蚀剂、防泡剂、表面活性剂等重要组成部分的溶液混合而成。
抛光液体的主要作用是将磨料中的氧化铝或氮化硅或二氧化硅等无机纳米颗粒溶解，产生各种络合离子，从而形成化学反应抛光液。
CMP液具有清除氧化物、甲醛和有机污染物、降低不良缺陷率、提高复杂性和增强电子器件表面平整度等特点。
CMP过程中，抛光垫和磨料相互作用、摩擦产生的热量引发化学反应，这种反应会形成发生化学反应的物种。
这些物种通常包括金属络合物、稳定剂、和表面活性剂。
二、影响因素在执行CMP过程时，有几个参数可能对抛光结果产生很大的影响，如下所述。
1. 抛光压力CMP操作过程中的抛光压力非常重要。
试验结果表明，如果抛光压力过大，那么会对整个 CMP 操作造成负面影响，例如导致表面结构劣化。
过低的压力也可能会导致不良缺陷和几何形状的不稳定性。
2. 磨料选择合适的磨料是 CMP 操作成功的关键。
不同类型的 CMP 操作通常涉及到不同类型的磨料。
根据物理特性和机械特性，可选择不同磨料来完成CMP操作，例如石英、二氧化硅、氮化硅等。
化学机械抛光的理论模型研究综述*黄传锦周海陈西府（盐城工学院机械工程学院，盐城224051）Study the chemical mechanical polishing on sapphire substrateHUANG Chuan-jin ，ZHOU Hai ，CHEN Xi-fu（Yancheng Institute of Technology ，Yancheng 224051，China ）文章编号：1001-3997（2010）11-0256-02＊来稿日期：2010-01-11＊基金项目：江苏省自然科学基础研究项目（BK2008197），江苏省科技厅科技攻关项目（BE2007077），盐城工学院应用基础研究项目：LED 衬底基片无损伤表面加工技术研究1序言随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级[1]。
传统的平面化技术，如选择淀积、旋转玻璃法等，仅仅能够局部平面化技术，但是对于微小尺寸特征的电子器件，必须进行全局平面化以满足上述要求。
90年代兴起的新型化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足了硅片图形加工的要求，是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。
CMP 技术的目的是消除芯片表面的高点及波浪形，达到高级别的平整度。
它的基本原理是将硅片放置于有抛光液的环境下相对于一个抛光垫旋转，并施加一定的压力借助机械磨削及化学腐蚀作用来完成抛光，如图1所示。
夹持头背膜硅片抛光垫工作台抛光液输送装置抛光液图1化学机械抛光原理图主要希望是通过归纳数值模拟CMP 过程所取得的相关成果，得到关于抛光垫、抛光液对整个抛光性能的影响结论，进而能够经由理论上的总结为以后的实际运用打下理论基础。
2CMP 技术中的抛光垫2.1抛光垫抛光垫在CMP 过程中扮演很重要的角色，是标准耗材之一。
抛光垫的主要成分为聚氨酯树脂，主要功能为：（1）存储抛光液，输送抛光液至工作区域，使抛光均匀进行，（2）将抛光过程中产生的副产品（抛光碎屑等）去除，（3）维持一定的抛光液涵养量，一方面形成一定的膜厚，以能够影响抛光速率，另一方面使得机械和化学反应充分进行。
cmp设备工作原理
CMP（化学机械抛光）设备是一种用于平坦化和抛光半导体材料表面的关键工艺设备。
以下是CMP设备的工作原理：
1.基本结构：CMP设备由一个旋转的平板（称为轮盘）和
上面附着磨料的抛光垫（称为抛光头）组成。
被抛光的半导
体材料（如硅片）被放置在轮盘上。
2.研磨液供应：CMP过程需要使用研磨液，它是由含有磨
料颗粒的化学溶液组成。
研磨液被喷洒到轮盘和抛光头的接
触区域。
3.抛光过程：轮盘开始旋转，同时抛光头也开始旋转并向
下施加压力。
磨料颗粒在研磨液的作用下，与半导体材料的
表面接触并磨损表面。
4.悬浮颗粒去除：在CMP过程中，磨料颗粒和被磨损的材
料形成了一个悬浮液。
通过研磨液的循环和过滤系统，将悬
浮液中的磨料颗粒去除，以保持研磨液的质量和稳定性。
5.平坦化效果：通过调整轮盘和抛光头的运动参数（如旋
转速度、施加压力和研磨液的流量），以及使用适当的磨料
颗粒和化学溶液，可以实现对半导体材料表面的精确平坦化
和抛光。
CMP设备的工作原理主要涉及磨料颗粒和化学溶液的作用，通过旋转运动和压力施加，实现对半导体材料表面的精确磨损和平坦化。
这是一种关键的工艺设备，用于制造半导体器件、光学器件和其他需要高精度表面的应用。
基金项目:国家自然科学基金重大项目资助(50390061)抛光垫表面特性分析苏建修1,傅宇1,杜家熙1,陈锡渠1,张学良1,郭东明2(11河南科技学院,河南新乡453003;21大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁大连116024)摘要:研究抛光垫表面特性有利于了解和分析硅片化学机械抛光(C MP )材料的去除机理及优化抛光垫的微观结构。
使用ZYG O 5022轮廓仪、SE M 等仪器研究了IC1000/SubaI V 平抛光垫表面粗糙度、表面组织结构、孔隙率、微孔深度及直径、抛光垫表面微凸峰分布形式及面积支承率,测量和计算的结果:抛光垫表面粗糙度为σp (RMS )=618μm ,均方根粗糙度914μm ,表面孔隙率为56%,平均孔径为36μm ,平均孔深为20μm ,平均孔距为43μm ,微孔数量为550个/mm 2,抛光垫表面微凸峰高度服从高斯分布。
关键词:化学机械抛光;材料去除机理;高分子材料;抛光垫;表面特性中图分类号:T N30512;T B324 文献标识码:A 文章编号:10032353X (2007)1120957204Analysis of Surface Characteristics of Polishing P adS U Jian 2xiu 1,FU Y u 1,DU Jia 2xi 1,CHE N X i 2qu 1,ZHANG Xue 2liang 1,G UO Dong 2ming 2(11Henan Institute o f Science and Technology ,Xinxiang 453003,China ;21K ey Lab.for Precision and Non 2TraditionalMachining Technology o f Ministry o f Education ,Dalian Univer sity o f Technology ,Dalian 116024,China )Abstract :Studying the surface characteristics of polishing pad helps to understand and analyze the chemical mechanical polishing (C MP )mechanism and optimize the microscopic structure of polishing pad.The surface roughness ,organizational structure ,porosity ,depth and diameter of microporous ,distribution of asperity and profile bearing rate of IC1000/SubaI V polishing pad were studied with the ZYG O 5022profilometer and SE M.The results of measurement and calculation show that the surface roughness is 618μm ,the root 2mean 2square (RMS )roughness is 914μm ,the surface porosity is 56%,the microporous average diameter is 36μm ,the microporous average depth is 20μm ,the microporous average spacing is 43μm ,the microporous average v olume is 550/mm 2and the asperity height obeys G aussian distribution.K ey w ords :C MP ;m aterial rem oval m echanism;polym er m aterials ;polishing pad ;sur face characteristics1 引言在超大规模集成电路(U LSI )制造中,C MP 技术已成为U LSI 时代最广泛使用的平坦化技术[122]。
