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1、------------------------------------------------------------------------------------------------化学机械抛光中的纳米级薄膜流动中国机械工程第16卷第14期2005年7月下半月张朝辉1 雒建斌2 雷 红31.北京交通大学,北京,1000442.清华大学摩擦学国家重点实验室,北京,1000843.上海大学,上海,200436摘要:在简述化学机械抛光技术的基础上,提出化学机械抛光过程中,受载的粗糙峰和被抛光的晶片表面之间存在一纳米量级
2、的薄流体膜,形成了纳米级薄膜流动系统。指出对纳米级流动规律进行研究将有助于了解化学机械抛光的作用机理,其中,在极薄的膜厚情况下的温度场分析是一项迫切任务。关键词:化学机械抛光;平面度;纳米级流动;温度场中图分类号:TH117文章编号:1004—132Ⅹ(2005)14—1282—04ThinFilmFlowsatNanoScaleinCMPZhangChaohui1 LuoJianbin2 LeiHong31.BeijingJiaotongUniversity,Beijing,1000442.StateKeyLaborat
3、oryofTribology,TsinghuaU,3.ShanghaiUniversity,,Abstract:Itisnotedthatthereisathintheandthewaferbe2ingpolishedinCMPprocess,tfilmisformedin.ToexplorethefeaturesinsuchofCMP.OnekeychallengeprovidedbyCMPistwithsuperthinfilm.——————————————————————————————————————-------
4、-----------------------------------------------------------------------------------------KeywP;;flowsatnanoscale;temperaturefield1 化学机械抛光技术简述化学机械抛光(chemicalmechanicalpolis2hing/planarization,CMP)技术最初是用于获取高质量的玻璃表面,如军用望远镜等。它利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。在CM
5、P中,旋转的被抛光晶片被压在旋转的弹性抛光垫(多孔层)上,两者通常有相同的旋转方向,而含有磨粒和化学反应物的抛光液则在晶片与底板之间流动。材料的切除和晶片表面的抛光是衬底、磨粒和化学反应剂联合作用的结果。CMP技术综合了化学作用与机械作用,实现表层材料的精密去除和/或钝化,在抛光中,磨粒、氧化剂、钝化剂和络合剂等具有不同机理,在它们的共同作用下,形成超精表面。CMP技术受到很多因素的影响,如表1所示[1]。对不同的抛光材料,化学作用和机械作用收稿日期:2005—03—22基金项目:国家自然科学基金资助重大项目(503900
6、60);北京交通大学“十五”项目(2004SM041)对材料去除和表面平整的关系大不相同。比如在典型的SiO2抛光中,机械的相互作用起主导作用,而在金属材料的抛光中,即使没有机械的相互作用,酸性的抛光液也可以溶解金属表层,体现出这是化学作用主导的抛光过程。然而,无论被抛光的材料如何,机械作用对表面的平整度影响更大(因为化学作用通常是均匀的),机——————————————————————————————————————-----------------------------------------------------
7、-------------------------------------------械作用的程度受到抛光垫、载荷和相对速度等因素的影响。表1 CMP的影响因素输入变量 抛光垫(纤维结构、修整、压缩模量等) 抛光液(pH值、氧化剂、粒度缓冲剂等) IC相关参数(密度、线宽、特输出变量 材料去除率 晶片不平度 表面质量(缺陷、腐蚀、征尺寸等)粗糙度等) 过程参数(压力、速度、温度 平整度(级差高度、凹抛光液流量、抛光时间等)坑减少等) 术语CMP本身就已经暗示了材料去除的基本原理:综合利用化学能和机械能各自的优势实现晶片表
8、面高处材料的去除而保持低处表面材料?1282??1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net红基本不被去除,通过这种选择性的切除来实现表面的平整化。如图1所示,抛光
