CMP加工过程中抛光速度对液膜厚度的影响分析

（ａ）２０ ｒ／ｍｉｎ
（ｂ）４０ ｒ／ｍｉｎ
（ｃ）６０ ｒ／ｍｉｎ
图５ ３种转速下的荧光图像
从图６可以看出，抛光载荷越大。所形成的抛光液 液膜厚度就越小。当抛光转速增加，则会造成晶片和 抛光垫之间的抛光液增加，抛光液液膜厚度呈现上升 的趋势。这是由于抛光转速的增加导致抛光液的流动 速度增加，从而液膜的支撑力也会增大，这样就需要抛 光液流场通过增加液膜厚度的方式来保持液膜负荷力 和抛光载荷相平衡。
图ｌ ＬＩＦ光测实验装置原理图 ２抛光液液膜厚度的标定
制定标准曲线目的就是找到一个直接的荧光强度 与液膜厚度的数值对应关系。抛光液液膜厚度的标定 如图２所示。将２块透明的圆形玻璃片叠在一起至于 ．实验台上，并在缝隙的２端各放一片塞规，左侧塞规ｌ 厚度为１５ ＶＬｒｎ，右侧塞规２厚度为９０ ｐ，ｍ，这样２片玻璃 ’之间形成一个从左到右高度逐渐增加的楔形槽，在槽里 均匀地充满浓度为１．５×１０。ｍｏｌ／Ｌ的荧光素溶液，用 波长为４１８ ｎｍ激光激发此荧光溶液产生荧光。通过
中可以看出，液膜厚度范围在２０一９０岬之间，厚度
越大荧光强度就越强，并且厚度与荧光强度基本成线 性关系。测量ＣＭＰ过程中液膜厚度时对拍摄得到的 荧光图像进行分析，通过此标定曲线得到晶片下抛光 液液膜厚度。ＣＭＰ过程中抛光液流场的液膜厚度大 约在几十ｐＬｍ，所以荧光素的荧光强度和液膜厚度的 这条标准曲线可以完成对ＣＭＰ加工过程中液膜厚度 的测量。 ３抛光转速对液膜厚度的影响
ＲＩＥ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈ（ＣＭＰ）［Ｍ】．Ｔｅｃｈ ｄｉｇ ＩＥＤＭ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ：１９８９。６１－６５． ［２】 吕迅。金杨福，鲁聪达．压电陶瓷超尊银电极的高平面度加工研究 ［Ｊ］．轻工机械，２００７，２５（１）：１１０—１１２． ［３】 吕迅．金扬福，厉淦．基于田口试验法的双自转研磨盘磨球工艺的 优化［Ｊ】．轻工机械，２００８．２６（３）：８２－８５． ［４】ＹＵ Ｔ Ｋ，ＹＵ Ｃ，ＭＡＲＩＵＳＯ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｓｐｅｒｉｔｙ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｄ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ［Ｃ】．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ０ｆ Ｐｒｅｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ＤＬ－ｖｉｃｅ８ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ。１９９４（５－６）：２９－３２． ［５１ ＴＩＣＨＹ Ｊ．ＬＥＶＥＲＴ Ｊ Ａ，ＳＨＡＮ Ｌ。ｅｔ ａ１．Ｃｏｎｔａｃｔ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｌｕ． ｂｒｉｃａｔｌｏｎ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ［Ｊ】．Ｊ Ｅｌｅｃｕｖｃｈｅｍ Ｓ０ｃ。１９９９，１４６（４）：１５２３．１５２８． ［６】赵楚荣，陈立红。俞刚．等．平面激光诱导荧光显示火焰中ＯＨ的 分布图像［Ｊ】．流体力学实验与测量，２０００。１４（２）：６７－７１． 【７】ＳＵＮＤＡＲＡＲＡＪＡＮ Ｓ。ＴＨＡＫＵＲＴＡ Ｄ Ｇ。ＳＣＨＷＥＮＤＥＭＡＮ Ｄ Ｗ。ｅｔ ａ１．Ｔｗｏ－Ｄｉｍｏｎｓｉｏｎａｌ Ｗｒｉｅｒ－Ｓｃａｌｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｘｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｓ Ｂａｓｅｄ ０１１．Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｍａｓｓ １ｈｎ叩哦［Ｊ】．Ｊ Ｅｌｅｃ— ｔｒｅｃｈｅｍ Ｓｅｃ，１９９９。１４６（２）：７６１－７６６． ［８】 陈国珍．荧光分析法［Ｍ】．北京：科学出版社，１９９０．
本研究利用激光诱导荧光技术来对晶片下抛光液 流场进行可视化研究。通过对比不同抛光速度下液膜 的荧光强度，分析了抛光转速和抛光载荷对液体薄膜 厚度的影响。抛光转速在２０～５０ ｒ／ｒａｉｎ的实验条件 下，晶片下形成的液体薄膜平均厚度在３０—７５ ｔｔｍ范 围内变化，抛光液膜厚度随着抛光速度的增加而增加， 增加的趋势随抛光转速的提高而减缓。这样减少了晶 片与抛光垫表面微观凸峰接触的概率，因此在ＣＭＰ加 工过程中提高抛光转速有利于提高工件的表面加工 质量。 参考文献： 【１】ＤＡＶＡＲＩ Ｂ．Ａ Ｉｌ蹦ｐｌａｎａｒｉｚａｆｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ《
ＹＵ Ｗｅｉｌ．ＬＶ Ｘｕｎ２．ＬＯＵ Ｆｅｉ－ｙａｎ２
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎ百ｎ∞ｒｉＩｌｇ，Ｗｅｓｔ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑ眦．ｈｏｕ ３２４０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ ＭＯＥ Ｋｅｙ １．ａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ０ｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）
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，
ｆｉｌｍ，ｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ＣＭＰ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＭＰ（ｃｈａｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）；ｓｌｕｒｒｙ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｐｅｅｄ；ＬＩＦ（１ａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ
而且具有ｊｊⅡ－ｒ方法简单、加工成本低等优点【１．３】。ＣＭＰ 加工过程中，材料的去除是化学作用和机械作用相互 协调的结果，其影响因素很多，且相互关系复杂。而晶 片下方抛光液的流动特性（液膜厚度、ＰＨ值）直接影 响到ＣＭＰ加工过程中化学作用和机械作用的程度，进 而影响到材料去除速率及工件表面质量。因此要 ＣＭＰ加工过程的工件的去除机理进行深入，就必须研 究晶片下方抛光液的流动特性。本文通过对ＣＭＰ加
摘要：化学机械抛光过程中抛光工艺参数对抛光液的流动特性有重要影响。采用ＬＩＦ技术实验研究抛光参数对抛光
液液膜厚度的影响。研究表明。抛光液膜厚度随着抛光速度的增加而增加。增加的趋势随抛光转速的提高而减缓。同时
液膜厚度随着抛光压力的增加而减少。通过抛光参数的变化对抛光波流动特性的影响分析，为改善ＣＭＰ加工工艺提供
ＣＣＤ最后拍摄到如图３的荧光图像。图像处理区是经 过塞规１和塞规２中心的一条直径（黑线所示）。
含有荧光素的抛光液液体薄膜
图２标准曲线标定装置示意图
图３ 标定标准曲线的荧光图像
１２０ １００
迢８０
蓉６０ 蓑４０
２０ Ｏ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ 液膜厚度／１１正
图４液膜厚度和荧光强度的数值对应关系 图４为液膜厚度与荧光强度的标定曲线图。从图
图６抛光转速与平均液膜厚度的关系
Ｉ．行业简讯．
国外饮料灌装机械的新趋势
［信■·簟讯Ｊ
ｌ
饮料灌装机械设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高。这些设备呈现出新的发展动向： 多功能：同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装；均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。 高速度、高产量：碳酸饮料灌装机的灌装速受最高达２０００灌／分，德国Ｈ＆Ｋ公司、ＳＥＮ公司、ＫＲＯＮＥ．Ｓ公司，其灌装机的灌装阀 分别达到１６５头、１４４头、１７８头。非碳酸饮料灌装机的灌装阀５０一１００头，灌装速度最高达１５００罐／ｍｌｎ。 技术含量高、可靠性高：全线的自控水平高和全线效率高。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数、计量精 确。集机、电、气、光、磁为—体的高新技术产品不断涌现。
随着抛光速度的增加，平均液膜厚度增加的趋势 变的缓慢。比较不同加工载荷下的液膜厚度变化曲线 可以发现，实验设定的转速变化范围内，抛光载荷较大 时，液膜厚度增加减缓的趋势更明显。这是因为随着
抛光 转速的增加，晶片的旋转速度增大，抛光液会被甩
出工作区域，使得平均液膜厚度增大的趋势变得缓慢，
同时抛光载荷较大时晶片和抛光垫之间的通道尺寸更 小，抛光液的补充难以实现，所以下降的趋势更加 明显。 ４结论
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。
激光诱导荧光技术是一种在气体、液体和固体测 量中有着广泛应用的光学技术。ＵＦ系统通常包括可 调谐激光，增强型ＣＣＤ相机以及相应的电路和软件， 如图ｌ所示。测量时抛光液与一种荧光溶液混合标 定，并使用抛光液传输机构将抛光液送人加工区域。 通过激光照射整个抛光盘，用ＣＣＤ摄像头拍摄荧光图 像，通过计算机图像处理，计算出某处抛光液液膜的厚 度，从而得到抛光液的三维分布形状。应用该技术时， 荧光 物质将以很小的浓度溶解于抛光液中，几乎不影 响抛光液的流体特性和磨粒的作用，即不影响ＣＭＰ过 程，保证－ｆＮ量数据的有效性ｍ Ｊ。
理论性的依据。
关键词：化学机械抛光；液膜厚度；抛光速度；激光诱导荧光
中图分类号：ＴＧ５８０．６９１
文献标志码：Ａ
文章编号：１００５－２８９５（２００８）０６－００９７－０３
Ｅｆｆｅｃｔｏｆ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｓｐｅｅｄ ｏｎ Ｓｌｕｒｒｙ Ｆｉｌｍ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ ｆｉｌｍ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｄｏｐｔｅｄ ＬＩＦ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ０ｎ ｓｌｕｒｒｙ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ｔｈｅ ｓｔｕａｙ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ ｌａｙｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｓｌｕｒｒｙ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ＣＭＰ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ