平面拋光機拋光(che而 caiMechanicalPolishing，簡稱CMp)作為集成電路(IntegratedCircult，簡稱lC)制造的核心技術被廣泛應用于集成電路制造過程中硅片表面的局部和全局平坦化加工。硅片拋光機是一個非常復雜的過程，影響平面拋光機拋光過程的因素有很多，而加工區(qū)域中拋光液的動態(tài)壓力和溫度變化是影響表面非均勻性和材料去除率的關鍵因素之一。在集成電路制造中，采用的硅片尺寸不斷增大，器件特征尺寸不斷縮小，硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力和溫度變化對硅片表面質量的影響越來越突出。目前，對IC制造中硅片CMP加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力和溫度研究還不系統(tǒng)和完善，深入研究硅片·CMP加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力和溫度變化對最終實現(xiàn)高質量、超精密、無損傷加工表面有著非常重要的意義。 (l)根據(jù)潤滑理論、滲流理論和微極流體理論，對大尺寸硅片CMP加工過程中含磨粒拋光液的流動性進行了研究，建立了拋光液流動的三維模型。研究了拋光液中懸浮納米級磨粒的尺寸、濃度，拋光墊的多孔隙性能、厚度和表面粗糙度，硅片的尺寸和曲率，硅片和拋光墊的轉速等關鍵因素對拋光液流動的影響，流體壓力分布的實驗結果與理論模擬的結果基本一致。 (2)根據(jù)化學機械拋光的特點，通過對現(xiàn)有實驗設備進行改造，建立了硅片拋光機拋光試驗臺。該試驗臺實現(xiàn)了拋光頭的主動旋轉功能，拋光頭的萬向浮動功能;拋光載荷加載及調節(jié)功能，以及拋光液輸送及流量控制功能。為進行化學機械拋光扭矩、拋光壓力、摩擦力以及加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力和溫度測量等研究提供了基礎的試驗平臺。 (3)根據(jù)流體壓力測量的基本原理，對硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力測量方法進行研究，提出了多點原位實時測量加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力的方法。在此基礎上，對硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液流體壓力測量系統(tǒng)進行了研究，建立了硅片CMP加工區(qū)域中拋光液動態(tài)壓力實時檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)誤差小于士0.25%，滿足拋光液動態(tài)壓力測試的要求。 (4)在CMp試驗臺豐，運用所建立的拋光液動態(tài)壓力測量系統(tǒng)，進行硅片拋光機拋光加工.區(qū)域中拋光液流體動態(tài)壓力測量實驗，研究了拋光壓力和相對速度對硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液流體動態(tài)壓力的影響，結果表明:在拋光壓力較小的情況硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液動壓和溫度研究下，硅片與拋光墊之間拋光液容易形成潤滑承載膜，拋光液動態(tài)壓力隨著拋光壓力的增加而增大;另一方面，在相同工況條件下，硅片與拋光墊之間的相對速度增加時，硅片與拋光墊之間拋光液產(chǎn)生的流體動態(tài)壓力也增大。 (5)根據(jù)溫度測量的基本原理，深入分析了影響硅片CMP加工區(qū)域中拋光液溫度測量的各種因素，提出了基于接觸法的多點原位實時測量硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液溫度的方法。在此基礎上，進行了硅片CMP加工過程中拋光液溫度測量系統(tǒng)研究，建立了硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液溫度測量系統(tǒng)，進行了拋光液溫度測量的誤差分析，并在測量中采取一些對應措施，排除干擾，減小了誤差，使測量系統(tǒng)誤差小于土0.47%。 (6)運用所建立的拋光液溫度測量系統(tǒng)，進行了硅片拋光機拋光加工區(qū)域中拋光液溫度測量實驗研究，結果表明拋光壓力、相對速度和拋光墊的摩擦系數(shù)等因素對加工區(qū)域拋光液溫度變化具有決定性的影響. |
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