圓平動(dòng)化學(xué)機(jī)械拋光的流體動(dòng)力性能及材料去除率研究.pdf

1、隨著集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)硅片的加工精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)硅片局部和全局平坦化的實(shí)用技術(shù)和核心技術(shù)，正廣泛應(yīng)用于集成電路制造中。圓平動(dòng)CMP是一種新型的CMP形式，其拋光機(jī)理與傳統(tǒng)CMP拋光機(jī)理相同，工件表面材料去除是化學(xué)、機(jī)械共同作用的結(jié)果。但圓平動(dòng)CMP與傳統(tǒng)CMP在運(yùn)動(dòng)形式上不同，能實(shí)現(xiàn)拋光所需要的最佳運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，并得到比傳統(tǒng)CMP更好的加工效果。對(duì)圓平動(dòng)CMP模型的研究將

2、有利于實(shí)際加工過程的精確控制，提高圓平動(dòng)CMP的生產(chǎn)效率。本文根據(jù)圓平動(dòng)CMP的運(yùn)動(dòng)形式，建立了半接觸工況時(shí)考慮拋光墊變形的圓平動(dòng)CMP混合潤滑模型和材料去除率模型。其中混合潤滑模型中包括了極坐標(biāo)下的平均Reynolds方程、接觸壓力方程、拋光墊變形方程、平均膜厚方程、總載荷平衡方程和總轉(zhuǎn)矩平衡方程。并利用有限差分方法求解得到瞬時(shí)流體壓力分布、接觸壓力、總壓力分布、拋光墊變形分布和流體膜厚分布。分析了外加載荷、拋光速率、平動(dòng)角速度、工件

3、對(duì)拋光墊的傾角等主要拋光參數(shù)對(duì)加工過程中流體壓力、接觸壓力、膜厚和拋光墊變形的影響規(guī)律；也分析了拋光墊材料參數(shù)、形貌參數(shù)和加工過程中流體壓力、接觸壓力、膜厚和拋光墊變形的關(guān)系。在圓平動(dòng)CMP混合潤滑模型的基礎(chǔ)上建立拋光過程中材料去除率的模型，分析了磨粒的各種參數(shù)和不同工況對(duì)拋光質(zhì)量和效率的影響。分析結(jié)果表明，在圓平動(dòng)CMP過程中會(huì)出現(xiàn)大區(qū)域流體負(fù)壓現(xiàn)象，它是由拋光墊變形引起流體膜分布變化所造成的。圓平動(dòng)CMP能實(shí)現(xiàn)接觸壓力從工件中心到工