化学机械抛光

化学机械抛光的研究现状及发展趋势1、化学机械抛光的基本原理及机理2、抛光液3、抛光垫4、化学机械抛光的发展趋势1化学机械抛光的基本原理及机理化学机械抛光的基本原理1-1化学机械抛光----CMP(ChemicalMechanicalPolishing)。CMP是化学的和机械的综合作用,在一定压力及抛光浆料存在下,在抛光液中的腐蚀介质作用下工件表面形成一层软化层，抛光液中的磨粒对工件上的软化层进行磨削，因而在被研磨的工件表面形成光洁表面。1避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤2避免单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。CMP相比其他方式的抛光的优点图1典型的化学机械抛光原理示意图化学抛光机的基本结构1-21.循环泵2.抛光液3.过滤磁环4.抛光机喷嘴5.工件6.压力钢柱7.抛光垫8.抛光盘9.回收箱lO.磁环图2化学机械抛光机结构简图化学机械抛光材料去除机理1-3通过实验研究，CMP的机理可以分为在材料的去除过程中是抛光液中化学反应和机械作用的综合结果。如图3Text1Text2Text3Text3抛光液中的腐蚀介质与被抛光表面材料发生了化学反应,生成很薄的剪切强度很低的化学反应膜,反应膜在磨粒磨削作用下被去处,从而露出新的表面,接着又继续反应生成新的反应膜,如此周而复始的进行,使表面逐渐被抛光修平,实现抛光的目的。图3材料去除的过程可以简化图2抛光液抛光液作用与组成2-1抛光液是CMP中一个重要的因素，抛光液的质量对抛光速率及抛光质量有着重要的作用，抛光液主要是对工件有化学腐蚀作用和机械作用，最终达到对工件的抛光。基本要求:流动性好、不易沉淀和结块、悬浮性能好、无毒、低残留、易清洗。抛光液的组成及其作用2-2抛光液加快加工表面形成软而脆的氧化膜，提高抛光效率和表面平整度腐蚀介质氧化剂磨料分散剂对材料表面膜的形成，材料的去除率、抛光液的粘性有影响借助机械力，将材料表面经化学反应后的钝化膜去除，让表面平整化防止抛光液中的磨料发生聚集现象，保证抛光液的稳定性，减少加工表面缺陷抛光液的主要组成成分及作用如下图所示：抛光液的研究趋势2-31CMP机理还有待进一步研究2如何避免碱金属离子的沾污3如何保持抛光浆液的稳定性4化学机械抛光的抛光液的开发3抛光垫抛光垫简介3-1抛光垫有软性和硬性的,常见的软性抛光垫有：无纺布抛光垫、带绒毛结构的无纺布抛光垫，硬性的抛光垫有：聚氨酯抛光垫酯。根据工件-抛光垫之间抛光液膜厚度的不同，在抛光中可能存在三种界面接触形式：1，当抛光压力较高，相对运动速度较小时表现为直接接触；2，当抛光压力较低，相对运动速度较大时抛光界面的3，表现为非接触；介于二者之间时为半接触抛光垫的作用3-21能储存抛光液,并把它输送工件的整个加工区域,使抛光均匀的进行2从加工表面带走抛光过程中的残留物质3传递和承载加工去除过程中所需的机械载荷4维持加工过程中所需的机械和化学环境抛光垫的研究现状3-33-3-1目前主要的研究抛光垫以下3方面：1、材料种类（软性和硬性的或复合材料的），2、材料性质(如硬度,弹性和剪切模量、孔隙的大小和分布、粘弹性)，3、表面的结构和状态对抛光性能的影响。其中通过改变表面结构的沟槽结构是改变抛光垫性能的最主要途径。3-3-2，以下是几种常见不同沟槽的抛光垫A、放射状B、同心圆状C、栅格状D、正对数螺旋状E、负对数螺旋状抛光垫沟槽形状对抛光液的运送及均匀分布、化学反应速率、反应产物及其浓度，材料去除速率会产生重要影响，是改变抛光垫性能的最主要途径。所以在cmp中抛光垫沟槽设计是抛光垫设计的一个重要部分E复合型沟槽的抛光垫4化学机械抛光的发展趋势化学机械抛光中存在的基本问题4-1十余年来，尽管CMP技术发展迅速，但CMP仍然存在很多未解决的题：1、CMP加工过程的控制仍停留在半经验阶段，难以保证表面的更高精度和平整度加工要求，2、CMP工艺的复杂性影响因素的多样性增加了问题的研究难度3、CMP加工材料去除、抛光缺陷机理、抛光过程中纳米粒子的运动规律及行为以及CMP工艺方面的实际问题等还没有完全弄清楚。化学机械抛光的发展趋势4-2随着集成电路的高密度化、微细化和高速化，CMP在集成电路中的应用，对于45nm纳米以后的制程，传统的化学机械抛光将达到这种方法所能加工的极限，可能被淘汰，因此需要在研究传统的CMP理论与技术、提高其加工性能的同时，加大对新的平坦化方法的研究。固结磨料CMP技术今后新的平坦化方法无磨粒CMP技术电化学机械平坦化技术无应力抛光技术等离子辅助化学蚀刻平坦化技术等