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叶序结构抛光垫表面的抛光液流场分析

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２１ ０ １年 ３月
润 滑 与 密 封
ＬＵＢＲＩ ＡＴ ０Ｎ ＥＮＧＩ Ｃ １ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｍａ． ２ ｌ ｒ ０１
第３ ６卷 第 ３期
Ｖ０－ ６ Ｎｏ ３ ｌ３ ．
ＤＯＩ ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ ０ ５ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ． ２ ４—０ ５ ． ０ １０ ． ０ １０ ２ １ ． ３ ０ ７
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中 图分 类号 ：Ｔ １ ． 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：０ ５ ０ ５ （ ０ １ ＨＩ７ １ ２ ４— １ ０ ２ｌ ｓｓ ｏ ｈｅ Ｐｏ ｉｈ ｎｇ Ｓ ｕ ｒ ｏ ｏ ｈｅ Ｐｏ ｉｈ ｎ ａ ｙ ｉ ｆｔ ｌ ｉ ｌ ｒ ｙ Ｆｌ ｗ ｎ ｔ ｌｓ ｉ ｇ ｓ
光 液 的流 动状 态 进 行仿 真 ，并 获 得 叶序 参数 对 抛 光液 流动 状 态 的影 响规 律 。结 果 表 明 ：抛 光液 在 基 于葵 花 籽粒 的仿 生 抛
光 垫 的流 动 是均 匀 的 ，抛 光液 沿 着逆 时 针 和顺 时 针叶 列斜 线 沟槽 流 动 ，有 利 于流 体 向 四周 发散 。 关键 词 ：化 学 机械 抛 光 ；抛 光垫 ；抛 光液 ；流场 ；叶序 分 布
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（ ｃｏ ｌ ｆＭｅ ｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｉ ｎ ｉｅｓ ｙ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｉｏ ｉｇ１ ０ ５ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ，ｈ ｎ ａ ｇＬｇ ｇＵｎｖ ｒｉ ，ｈ ｎ ａ ｇＬａ ｎｎ １ ９ Ｃ ｉａ ｉ ｏ ｔ １
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叶 序 结 构 抛 光 垫 表 面 的 抛 光 液 流 场 分 析
吕玉 山 张 田 王 军 李 楠 段 敏 邢雪岭
（ 阳理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 沈
辽 宁沈 阳 １０ ５ ） １１９
摘 要 ：为 了解 决 在化 学 机 械抛 光 过程 中抛 光 接触 区域 内抛 光液 的分 布均 匀 性 问题 ，基 于 生 物 学 的 叶 序理 论 ，设 计 葵 花 籽粒 结 构 的仿 生抛 光 垫 ，建 立化 学 机 械抛 光抛 光 液 流场 的运 动 方 程 和边 界 条件 ，利 用 流 体 力学 软 件 （ ｌｅｔ 对 抛 Ｆｕｎ）

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CMP加工过程中抛光速度对液膜厚度的影响分析

CMP加工过程中抛光速度对液膜厚度的影响分析

图５（ａ），图５（ｂ）和图５（ｃ）分别为抛光载荷Ｆ＝ ３０ Ｎ，抛光转速∞为２０ ｒ／ｒａｉｎ，４０ ｒ／ｒａｉｎ，６０ ｒ／ｍｉｎ，ＣＣＤ 所拍摄到的抛光液的荧光图像。对实验中得到的所有
万方数据
［新设备·新材料·新方法】
郁炜，等ＣＭＰ加工过程中抛光速度对液膜厚度的影响分析
·９９·
荧光图像进行分析处理可得到如图６所示抛光转速与 液膜平均厚度的关系。
ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）
０ 引言 随着半导体工业的飞速发展，集成电路（Ｉｃ）电路
的设计线宽进一步的缩小，硅片作为ＩＣ芯片的基础材 料，其表面粗糙度和表面平整度成为影响集成电路刻 蚀线宽的重要因素之一。化学机械抛光（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅ－ ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ），简称ＣＭＰ，是目前能提供超大规模 集成电路（ＶＬＳＩ）制造过程中全面平面化的超精密技 术。用这种方法可以真正使整个硅晶片表面平坦化，
收稿日期：２００８．０７－２１ 基金项目：浙江省自然科学基金（ＹＩＩＭ２４１） 作者简介：郁炜（１９７４一），女，江苏如东人，讲师，博士研究生，主要研究方向为机械电子和电气自动化。
万方数据
·９８·
２００８年第６期
工过程中晶片下抛光液的流动特性的研究，讨论抛光 转速和抛光载荷对晶片下抛光液液体薄膜的厚度的影 响。由于抛光垫和晶片表面并不是绝对光滑，所以研 究抛光液液膜的平均厚度将会比较有代表性。 １ 激光诱导荧光技术（ＬＩＦ）
由于化学机械抛光过程中晶片与抛光垫紧压在一 起，其间的抛光液液膜厚度只有数十Ｉｚｍ，用接触式的 方法很难对液薄厚度进行在线测量，因此本研究采用 激光诱导荧光技术（ＬＩＦ）Ｈ刮对ＣＭＰ过程中试件下方 抛光液的液膜厚度进行观测，从而分析ＣＭＰ过程中输 人参数对抛光液流场分布的影响。
整体叶盘通道电解加工流场的均匀性

整体叶盘通道电解加工流场的均匀性

由于电极出液孔径较大加工间隙中的流场不均匀各处流速压力差异较大电解液从出液孔中喷出时具有较大的前冲分速度在叶根处相邻出液束容易汇成一股大的射流因此加工间隙中以若干股射流为主主要在叶根部位伴随少量泡沫状的流速较小的液体主要在叶尖部位
第 39 卷 第 6 期 2011 年 6 月
华南理工大学学报（ 自然科学版） Journal of South China University of Technology （ Natural Science Edition）
电解加工是一种利用金属阳极的电化学溶解原 在航空、 航天、 汽车等领 理来去除材料的制造技术， 域得到了广泛应用
［1 ］
响． 因此文中提出了一种优化流场的侧壁群孔圆管 设计了电极群孔结构， 建立了电解加 电极设计方法， 工流场的有限元模型， 分析了流场的数值特性， 并通 过实验验证这种出液形式的可行性 ．
． 由于电解加工具有加工效率
高、 不受金属材料硬度和韧性等切削性能的限制 、 电 极无损耗、 表面质量好等诸多优点， 因而在航空发动 机整体叶盘的制造中发挥了重要的作用
［2 ］
． 流场设
1
电解液流动形式
现代航空发动机整体叶盘通道空间狭小、 形状
计是整体叶盘通道电解加工中非常重要的环节 ， 电 解液在加工间隙中的均匀流动成为电解加工能否稳 定进行的关键因素． 近年来， 研究者们对整体叶盘通 道电解加工流场进行了研究． 钱密等 该电极的出液槽为 S 型； 朱永伟等 口采用沿流向渐窄的三角缝结构 ． 电解液流场直接影响叶盘通道加工的稳定性和 加工质量， 不佳的流场设计将导致加工质量变差 ， 并 发生短路等情况． 影响流场的因素有很多， 文中重点 讨论了群孔管电极出液孔径大小对流场均匀性的影
基于葵花籽粒结构的仿生抛光垫的设计制造及运动机理的研究

基于葵花籽粒结构的仿生抛光垫的设计制造及运动机理的研究

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沈阳理工大学硕士学位论文
些都给单晶硅片的超精密加工提出了新的要求。 硅片加工是 IC 制造过程中重要的环节，硅片的加工精度、表面粗糙度和表面 完整性直接影响到 IC 的线宽与 IC 芯片的使用性能。在集成电路(IC)制造中，化学 机械抛光(CMP)技术不仅是单晶硅片加工中获得超光滑无损伤表面的最有效方法， 也是 ULSI 多层布线中理想的层间平坦化方法。CMP 技术具有许多优点，这使得 它成为 ULSI 时代最广泛使用的平坦化技术。通过化学机械抛光，可以获得全局平 坦化， 并且能实现不同材料的平坦化， 平坦化各种硅片表面。 在 CMP 加工过程中， 可以同时实现多层材料的平坦化，减少硅片表面的起伏，使得在制造中采用更为 严格的设计规则并采用更多的互连层。 并且采用化学机械抛光的方法能提高 0.5µm 及其以下器件和电路的可靠边性、速度和成品率，还能去除表面缺陷。化学机械 抛光可以说能有效地兼顾表面的全局和局部的平整度，已成为半导体加工行业硅 片的平面化的主流技术之一[3]。 在化学机械抛光过程中，抛光垫形态影响着抛光过程中的接触压力场分布、 温度场分布，以及抛光液的流动状况[4]。抛光垫具有储存抛光液并把它运送到工件 的整个加工区域、传递工件的材料去除所需的机械载荷、维持抛光过程中所需的 机械和化学环境等作用。抛光垫的力学性能如硬度、弹性模量等对抛光垫的变形 产生重要影响。抛光垫的表面组织特征如微孔形状、孔间隙、沟槽形状及分布等 因素对抛光液在加工区域的流动产生重要影响，从而影响到抛光的质量与效率。 在 CMP 过程中，抛光机的运动参量和抛光垫与工件的接触状态是影响工件抛光质 量的主要因素，运动参量和接触状态的改变将直接影响到抛光过程中的磨粒运行 轨迹形态、接触压强分布形态、抛光液的流动状态和温度场的形态，以至于影响 材料去除分布状态，最终影响到被抛光工件的宏观与微观表面形貌。因此，要获 得理想的抛光效果，不仅要合适的抛光垫，而且抛光机的参数选择也是重要的一 方面，针对不同的抛光垫，抛光机的参数应有不同的选择。为了更好地解决抛光 过程中接触压力场分布、温度场分布和抛光液的流动场分布的均匀性问题，使抛 光过程最佳化，本文从生物学中的叶序理论出发提出了仿生表面结构的抛光垫， 并对相应的抛光过程运动轨迹与材料去除率的分布状态进行深入的研究。
CMP加工过程中晶片形状对抛光液流动特性的影响

CMP加工过程中晶片形状对抛光液流动特性的影响

CMP加工过程中晶片形状对抛光液流动特性的影响在CMP（化学机械抛光）加工过程中，晶片形状对抛光液流动特性有着重要的影响。

抛光液的流动特性直接影响到CMP过程中的磨料、材料去除效率以及表面质量的稳定性。

因此，了解晶片形状对抛光液流动特性的影响，对于优化CMP加工过程具有重要意义。

首先，晶片形状会对抛光液流动的速度和方向产生影响。

晶片的形状决定了抛光液在晶片表面的流动路径。

对于平面晶片来说，抛光液在整个晶片表面上的流动速度和方向是均匀的。

然而，对于具有曲面或凹凸不平的晶片来说，由于流动路径的变化，抛光液的流动速度和方向也会出现变化。

这种变化可能会导致一些区域的磨料颗粒过早耗尽，而其他区域则可能出现堆积，从而影响到CMP加工的均匀性和一致性。

其次，晶片形状会对抛光液的动态流动特性产生影响。

晶片的几何形状不仅仅影响到抛光液的流动速度和方向，还会对抛光液在晶片表面的压力分布产生影响。

对于具有复杂曲面或凹凸不平的晶片来说，抛光液在表面的流动会受到晶片的曲率变化和表面凹凸度的影响，从而导致抛光液在晶片表面形成不同的压力分布。

这种动态流动特性的变化可能会导致CMP加工中的表面平整性和去除效率的非均匀性。

此外，晶片形状还会对抛光液的稳定性产生影响。

在CMP加工过程中，抛光液的稳定性是指抛光液在晶片表面的分布是否均匀。

对于具有复杂几何形状的晶片来说，其表面的不平整性会导致抛光液在表面的分布不均匀，从而影响到CMP加工的一致性和稳定性。

此外，晶片形状还可能会导致抛光液在晶片表面形成死角或淤积区域，从而影响到磨料颗粒的输运和去除效率。

综上所述，晶片形状对抛光液流动特性的影响是复杂而重要的。

晶片的形状决定了抛光液在晶片表面的流动速度、方向和压力分布，进而影响到CMP加工的均匀性、去除效率和稳定性。

因此，在优化CMP加工过程中，需要充分考虑晶片形状对抛光液流动特性的影响，通过合理设计和控制晶片形状，以提高CMP加工的质量和效率。