拋光墊非線性壓縮行為研究.pdf

1、近年來(lái)，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)元器件的集成度、性能及生產(chǎn)成本提出了更高的要求。為了提高集成度并降低生產(chǎn)成本，芯片的特征尺寸不斷減小的同時(shí)晶圓面積不斷擴(kuò)大。在這種趨勢(shì)下，作為集成電路制造流程中的關(guān)鍵技術(shù)—平坦化技術(shù)面臨著更大的挑戰(zhàn)。化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）是通過(guò)化學(xué)與機(jī)械的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓表面局部以及全局平坦化的加工技術(shù)。過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)主要受拋光液及拋光材料特性的影響，而機(jī)械作

2、用則主要和拋光墊的幾何及物理特性有關(guān)。
　　在CMP系統(tǒng)中，拋光墊具有十分重要的作用。常見(jiàn)的拋光墊表面具有多級(jí)結(jié)構(gòu)特征，包括表面的微觀粗糙結(jié)構(gòu)以及宏觀的多級(jí)溝槽結(jié)構(gòu)。表面的粗糙結(jié)構(gòu)主要影響拋光墊與晶圓的微觀接觸狀態(tài)，進(jìn)而影響材料的微觀去除過(guò)程。宏觀的溝槽結(jié)構(gòu)主要影響了拋光墊變形、接觸壓力的分布和拋光液流動(dòng)。拋光墊復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征及材料屬性使得拋光墊的變形分析工作極富挑戰(zhàn)性。目前的研究中，拋光墊結(jié)構(gòu)參數(shù)與剛度之間還未建立起顯式的數(shù)學(xué)關(guān)

3、系，并且現(xiàn)有的方法很難準(zhǔn)確地對(duì)拋光墊的局部變形進(jìn)行測(cè)量，這限制了CMP建模分析的準(zhǔn)確度。此外，受拋光墊表面材料粘彈性的影響，真實(shí)接觸面積（Real Contact Area，RCA）會(huì)隨時(shí)間持續(xù)發(fā)生變化，RCA預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響到材料去除率的計(jì)算精度。本文對(duì)拋光墊的微觀接觸狀態(tài)、宏觀力學(xué)特性及局部變形特征展開(kāi)了實(shí)驗(yàn)研究，并建立了相應(yīng)的理論分析模型，為CMP過(guò)程的定量分析以及預(yù)測(cè)提供依據(jù)。本文主要的研究?jī)?nèi)容有：
　　（1）對(duì)

4、具有多級(jí)結(jié)構(gòu)特征的拋光墊進(jìn)行壓縮剛度分析，建立了一種考慮粗糙層變形及多級(jí)溝槽幾何參數(shù)的非線性串聯(lián)彈簧模型。研究了不同溝槽尺寸以及表面微觀形貌對(duì)拋光墊壓縮剛度的影響，建立了拋光墊結(jié)構(gòu)及剛度之間的解析關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)及有限元的方法對(duì)模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，在正常工作壓力下本文所建立的模型對(duì)多級(jí)溝槽拋光墊的變形計(jì)算誤差在4%以內(nèi)。
　?。?）對(duì)拋光中拋光墊的實(shí)際載荷狀態(tài)進(jìn)行模擬，觀測(cè)了循環(huán)加載前后拋光墊微觀接觸面積隨載荷變化的