化学机械抛光中颗粒运动与材料去除的实验研究

发布时间：2016-12-12 16:14

  本文关键词：化学机械抛光中颗粒运动与材料去除的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《清华大学》 2015年

化学机械抛光中颗粒运动与材料去除的实验研究

林广川  

【摘要】：随着信息技术的发展,对半导体元件的加工精度有了更高的要求。化学机械抛光(CMP)作为半导体元件加工过程中的重要工艺,目前被广泛应用于中央处理器、硬盘、LED等电子元件的加工过程中。化学机械抛光的优点是可以实现全局以及局部平坦化以及可以适用于多种材料的加工。化学机械抛光过程十分复杂,其材料的去除与抛光液与抛光液中纳米颗粒的运动行为有密切关系,但是目前的机理尚不清楚。研究抛光颗粒的运动行为、影响因素及与抛光去除率的关系,对于揭示化学机械抛光的去除机理及超精表面的形成具有重要意义。本论文基于自主搭建的荧光颗粒观测系统,观察含有不同浓度硫酸钾的抛光液模拟抛光过程中的颗粒运动行为。实验结果表明随着硫酸钾浓度的增加颗粒运动的平均运动速度呈现下降的趋势。同时在观察抛光后的抛光垫和晶片表面发现随着抛光液中硫酸钾浓度的提高颗粒在表面的吸附数目也在增加,颗粒团聚变得严重。配制了9种不同硫酸钾浓度的抛光液,使用蓝宝石晶片分别进行了实际抛光实验。实验中发现随着硫酸钾浓度的增加,抛光过程中蓝宝石的材料去除率会增加,晶片与抛光垫之间的摩擦系数增加。同时发现在175m M以上浓度的抛光液抛光后晶片表面出现明显缺陷,表面质量下降。基于胶体作用里的DLVO作用理论建立了一个模型来解释两个相对旋转表面间颗粒的受力及运动情况。利用这个模型和数值计算方法得到了颗粒运动速度的理论值以验证模型的准确性,发现计算结果与实验结果基本吻合。说明这个模型能够描述实验中的现象,指导实际的抛光过程。

【关键词】：
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN305.2
【目录】：

摘要3-4

Abstract4-8

第1章 引言8-16

1.1 课题背景和意义8-10

1.2 现有颗粒去除模型10-13

1.2.1 流体动压模型11

1.2.2 固体接触模型11-12

1.2.3 流体剪切模型12-13

1.3 抛光液成分对抛光过程的影响13-14

1.4 颗粒观测技术14-15

1.5 本课题的主要研究内容15-16

第2章 实验装置和方法16-25

2.1 引言16

2.2 荧光颗粒观测系统及实验方法16-22

2.2.1 荧光观测系统16-19

2.2.2 主要实验材料及制备过程19-21

2.2.3 实验流程与方法21-22

2.3 实际抛光实验22-23

2.3.1 实际抛光设备22-23

2.3.2 实验材料制备23

2.3.3 实验流程与方法23

2.4 实验中用到的分析仪器23-24

2.4.1 zeta电位测试仪23-24

2.4.2 三维白光干涉表面形貌仪24

2.5 本章小结24-25

第3章 颗粒运动行为及影响因素试验研究25-40

3.1 引言25

3.2 颗粒的运动规律、分布与影响因素25-32

3.2.1 实验参数与方法25-27

3.2.2 载玻片条件下颗粒运动速度随硫酸钾浓度变化规律27-30

3.2.3 蓝宝石条件下颗粒运动速度随硫酸钾浓度变化规律30-32

3.3 抛光垫和抛光晶片表面的颗粒吸附情况32-35

3.4 摩擦力矩随硫酸钾浓度变化规律35-36

3.5 颗粒与抛光垫的ZETA电位测量36-39

3.6 本章小结39-40

第4章 蓝宝石抛光材料去除率和表面质量的影响因素研究40-46

4.1 引言40

4.2 抛光过程材料去除率的影响因素研究40-44

4.2.1 实验参数与方法40

4.2.2 不同压力下离子强度对材料去除率的影响40-44

4.3 结果分析44-45

4.4 本节小结45-46

第5章 离子环境中颗粒与表面作用的理论分析46-71

5.1 引言46

5.2 双电层力的计算46-52

5.3 离子浓度对颗粒运动行为影响52-69

5.3.1 颗粒运动速度的理论计算与实际对比52-69

5.3.2 结果分析69

5.5 本章小结69-71

第6章 总结与展望71-73

6.1 总结71-72

6.2 展望72-73

参考文献73-77

致谢77-79

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果79

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