拋光墊對重點(diǎn)材料拋光質(zhì)量的影響

拋光墊對重點(diǎn)材料拋光質(zhì)量的影響

0化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)。據(jù)cmp技術(shù)化學(xué)機(jī)械研磨是一個(gè)過程，通過納米顆粒的研磨和研磨過程中的化學(xué)腐蝕效應(yīng)的有機(jī)結(jié)合，使加工產(chǎn)品的表面光滑，并通過其他表面加工方法獲得光滑、平坦的表面。自1991年IBM公司首次成功地將CMP技術(shù)應(yīng)用到動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的生產(chǎn)以來,化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)已成功用于集成電路中的半導(dǎo)體晶片、存儲(chǔ)磁盤、精密陶瓷、磁頭、精密閥門、光學(xué)玻璃等表面的平面化,成為應(yīng)用最為廣泛的全局平面化技術(shù)。雖然它已是集成電路制造中表面拋光的重要技術(shù),然而目前仍然依靠經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來優(yōu)化拋光過程中的參數(shù)來達(dá)到最優(yōu)的拋光效果,從而使該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用受到限制。本文主要研究化學(xué)機(jī)械拋光中拋光墊的材質(zhì)、性能、表面結(jié)構(gòu)對晶片拋光質(zhì)量的影響。1晶片與拋光墊的流動(dòng)化學(xué)機(jī)械拋光工藝所采用的設(shè)備及輔料主要包括CMP設(shè)備、拋光液、拋光墊、清洗設(shè)備、檢測設(shè)備等,其中拋光墊是晶片化學(xué)機(jī)械拋光中決定表面質(zhì)量的重要輔料之一。在化學(xué)機(jī)械拋光中,旋轉(zhuǎn)的晶片被壓在旋轉(zhuǎn)的拋光墊上,拋光液則在晶片與拋光墊之間流動(dòng),見圖1。拋光墊作為CMP系統(tǒng)的重要組成部分,其主要功能是:(1)把拋光液有效均勻地輸送到拋光墊的不同區(qū)域,因?yàn)樵趻伖膺^程中,晶片邊緣總是優(yōu)先得到拋光液,中心部位總是難得到拋光液,如果拋光布?jí)|中的孔被堵塞,則拋光液不能有效地傳輸?shù)街行牟课?則邊緣的化學(xué)作用將高于中心部位,中心部位拋光速率慢,從而使晶片拋光的平行度不好,因此拋光中必須保證拋光布?jí)|的表面有很好的傳輸能力;(2)將拋光后的反應(yīng)物、碎屑等順利排出,這樣才能使表面下的晶片裸露出來繼續(xù)反應(yīng),然后再脫離表面,周而復(fù)始,從而達(dá)到去除作用;(3)維持拋光墊表面的拋光液薄膜,以便化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行;(4)保持拋光過程的平穩(wěn)、表面不變形,以便獲得較好的晶片表面形貌。2拋光墊的結(jié)構(gòu)拋光墊按是否含有磨料可以分為有磨料拋光墊和無磨料拋光墊;按材質(zhì)的不同可以分為聚氨酯拋光墊、無紡布拋光墊和復(fù)合型拋光墊;按表面結(jié)構(gòu)的不同大致可分為平面型、網(wǎng)格型和螺旋線型。為了反映拋光墊的拋光性能,可以從硬度、壓縮比、涵養(yǎng)量、粗糙度、密度、厚度等幾個(gè)方面來衡量。其中,拋光墊的硬度決定保持面形精度的能力,壓縮比反應(yīng)拋光墊的抗變形能力,拋光墊的涵養(yǎng)量是單位體積的拋光墊存儲(chǔ)拋光液的質(zhì)量,表面粗糙度是拋光墊表面的凸凹不平程度,密度是拋光墊材料的致密程度。拋光墊在使用一段時(shí)間之后,其表層會(huì)形成一定厚度的釉化層,導(dǎo)致拋光效率和拋光質(zhì)量降低,因此,必須對拋光墊進(jìn)行修整,以改善晶片的拋光質(zhì)量,提高拋光墊的使用壽命,降低拋光成本。3墊的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)我們用鈮酸鋰晶片進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn),通過測量拋光后晶片的表面粗糙度和拋光效率來反映拋光墊的拋光效果。用原子力顯微鏡檢測晶片的表面粗糙度。3.1拋光墊的制備圖2是采用3種不同拋光墊在相同工藝參數(shù)下,鈮酸鋰晶片經(jīng)過45min化學(xué)機(jī)械拋光后的表面粗糙度。從圖2可以看出,用聚氨酯類的IC1400拋光墊取得了相對較好的拋光效率,拋出的晶片的表面粗糙度在0.55nm左右。Suba600是無紡布型拋光墊,拋出的晶片的表面粗糙度較好,在0.30nm左右。隨著時(shí)間的增加,無紡布拋光墊由于拋光殘余物的累積容易釉化,從而使拋光效率逐漸降低,需要用刀片修整。拋光前、后無紡布拋光墊的表面結(jié)構(gòu)變化見圖3。3.2流體膜的形成拋光墊表面開溝槽后,晶片與拋光墊之間將形成流體膜,影響襯底片承受壓力的分布,影響拋光液的輸送、儲(chǔ)存,進(jìn)而影響拋光效率和晶片的表面拋光質(zhì)量。3.2.1槽深度對研磨效果的影響從圖4可以看出不同深度的溝槽拋光墊對拋光效率影響不大。3.2.2溝槽寬度對加工區(qū)域的粗糙度和效率的影響從圖4可以看出拋光墊溝槽的寬度有一個(gè)合理的值,如果拋光墊上開的溝槽寬度過小,不能有效改善拋光液的輸送和儲(chǔ)存,對拋光效率提高很小,與不開槽沒有太大的區(qū)別;如果拋光墊上開的溝槽寬度過大,拋光效率反而減小,拋光后襯底片表面粗糙度也會(huì)變大。這是由于過大的溝槽寬度使拋光液在溝槽與非溝槽地方的拋光液的壓差變得更大,使得分布在襯底片表面的壓力也變得不均勻,造成加工區(qū)域液膜壓力減小,使得拋光效率變小,粗糙度也變大。因而,拋光墊開槽有一個(gè)合適的寬度。3.2.3修復(fù)后的研磨墊的研磨效果采用修整后的Suba600拋光墊,對鈮酸鋰晶片拋光后,晶片的AFM分析結(jié)果見圖5,拋光面的表面粗糙度為0.38nm。4拋光墊表面粗糙度(1)拋光墊的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、硬度、壓縮性、涵養(yǎng)量以及拋光墊粗糙度等對光電子晶片拋光質(zhì)量有較大的影響。較硬的拋光墊能獲得較好的晶片表面平面度,較軟的拋光墊則可獲得缺陷較少的表面。拋光墊表面粗糙度越大,拋光效率越大。(2)拋光墊表面適度開槽均化晶片表面的動(dòng)壓分布,從而改善晶片的拋光效果。拋光墊溝槽的寬度要適度,太小體現(xiàn)不出