化学机械抛光中的硅片夹持技术

《化学机械抛光中的硅片夹持技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、化学机械抛光中的硅片夹持技术目前半导体制造技术已经进入0.13mm时代，化学机械抛光（CMP）已经成为IC制造中不可缺少的技术。本文描述了下一代IC对大尺寸硅片（≥300mm）局部和全局平坦化精度的要求，介绍了目前工业发达国家在化学机械抛光加工中硅片夹持技术方面的研究现状，分析了当前硅片夹持技术中存在的问题，并指出了未来大尺寸硅片超精密平坦化加工中夹持与定位技术的发展趋势……1前言　　集成电路（IC）制造是电子信息产业的核心，是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。发达国家国民经济总产值增长部分的65%与IC工业相关，而全球90%以上的IC

2、都要采用硅片。IC的发展遵循“Moore定律”，每隔3年芯片的集成度翻两番，特征尺寸缩小1/3。目前，已由超大规模集成电路（ULSI）向巨大规模集成电路（GLSI）发展。下一代IC使用300mm直径硅片和0.1mm线宽生产技术，要求硅片的夹持定位精度在30mm2区域内为±0.05mm。按照美国微电子技术协会预测的发展构图，到2009年将开始使用450mm硅片，实现特征线宽0.05mm的生产技术[1,2]。　　随着硅片尺寸的增大以及特征线宽的减小，作为目前硅片超精密平整化加工的主要手段——化学机械抛光技术面临着新的挑战：一方面，要求经过化学机械抛光工艺加

3、工出的硅片，达到亚纳米级表面粗糙度；另一方面为了提高硅片利用率，增加芯片产量，还要求在除距硅片边缘1mm区域以外的整个硅片表面达到亚微米级面型精度。要达到上述这些要求，化学机械抛光机床的硅片夹持系统对保证硅片的加工精度具有至关重要的作用。硅片夹持系统的作用不仅包括在加工中带动硅片运动，还要将加工所需要的工作载荷作用在硅片上，并保证硅片在加工载荷的作用下不会发生翘曲变形。因此，改善硅片夹持系统的性能对提高最终硅片产品的质量有重要意义。　　2硅片CMP中的硅片夹持方法　　由于化学机械抛光中材料去除量很少，一般只有几微米，因此，化学机械抛光的材料去除力较小，

4、对夹持系统的吸附力强度要求不高，但要求有较高的平整度。针对这种要求，目前在化学机械抛光中主要使用的夹持方法有石蜡粘结、水的表面张力吸附、多孔陶瓷式真空吸盘、静电吸盘和薄膜式真空吸盘吸附等方法。　　2.1机械夹持与石蜡粘结方法　　早期的硅片固定方法有机械式夹钳和石蜡粘结等。最早使用的是机械式活动夹钳，加工前先用夹钳将硅片固定，待加工结束后将其松开[3]。因为机械夹持方法容易使硅片发生翘曲变形或者损坏硅片的边缘区域，所以目前已经很少使用。　　石蜡粘结方法是另一种使用较早的方法。以用黄蜡进行粘结为例，先将硅片放置在夹具上的规定位置，先加热，然后将熔化的粘结剂

5、渗入到硅片与夹具之间，并且仅供给不使硅片浮起的必要量，然后在工件上进行加压，使石蜡将硅片平整的固定在基板上。为保证硅片粘结的可靠性，需要对粘结剂进行熔化过滤以清除杂质[4]。这种方法的优点在于粘结时石蜡比较柔软，硅片一般不会发生变形，比其它一些加工方法的残余变形小，如果将石蜡的厚度做得非常均匀，可达到很高的抛光精度。缺点是石蜡的加热、粘结、剥离及清洗很费时，效率不高，所使用的粘结剂和溶剂对硅片洁净度也有很大影响，而且难于实现石蜡层的均匀分布以及去除石蜡中所包含的气泡。　　2.2水表面张力吸附夹持方法　　利用水的张力进行夹持的方法与用石蜡进行粘结类似，是

6、将网状泡沫聚氨酯布粘贴在不锈钢基板表面，并利用泡沫聚氨酯表面的水将硅片吸住，见图1。为防止硅片在抛光时脱落和滑动，用多孔挡板进行定位和导向，在去离子水中将硅片放置在夹具的规定位置，使硅片与基板紧密结合，然后将夹具放在干燥皿中，直至水形成分子膜，整个过程约需24h。形成水分子膜后，用熔化的沥青或石蜡等油性物质在硅片的外周隔离，进行防水处理，然后可对硅片进行抛光加工。这种方式的优点是夹持精度比较高，可以达到0.1mm；缺点是效率低，而且防水层一旦破裂，会造成吸附失效，发生碎片。　　2.3静电吸盘夹持方法　　为满足对硅片的高精度夹持和定位，70年代Wardl

7、y[5]首先将静电吸盘应用在硅片的夹持中，见图2。因为其存在很多优点，从那时起很多研究人员投入到静电吸盘的研究中，目前静电吸盘的形式很多，大致可以分为两个类型：一种是硅片本身也通上高压，称作“平板电容式静电吸盘”；另一种不对硅片直接加压，称为“整体电极式静电吸盘”，后者吸力比较小，但硅片无需通电。静电吸盘主要在化学汽相沉积等真空环境下使用，也可用于硅片的化学机械抛光加工。　　在最新的研究中，Asano和Watanabe[6]研究了静电吸盘电压和吸力之间的关系。随着电压增大和介质层变薄，吸力将会逐渐增大，对于100mm硅片，吸力可达17N。Kalkows

8、ki和Risse[7]认为，静电吸盘的优点在于作用力在吸盘上的变化比较平缓，不会产生应力集中，