计算机硬磁盘CMP中抛光工艺参数对去除率的影响

对于计算机硬磁盘的生产,为了最大限度地提高盘片生产量,降低生产成本,要求化学机械抛光(chemieal mechanical polishing,简称CMP)中在保证优质表面质量情况下,实现最大去除量(Material Removal,简称MR)和去除率(Material Removal Rate,简称MRR)。本文讨论了硬盘片的化学机械抛光过程中的外加压力、转速和抛光时间对去除率的影响。实验采用含多种添加剂的纳米二氧化硅(SiO_2)胶体作为研磨液在双面抛光机上对镍磷敷镀铝镁合金基片进行精抛光。结果表明,不降低表面质量,MRR随着压力的增加而增大到一个最大值,随后随着压力继续增加而减小;增加抛光机下盘的转速将使MRR变大到一定值后再下降;增加抛光时间将使MR增大,而MRR变化是非线性的。     

铜互连CMP工艺中缓蚀剂应用的研究进展*

抛光液是铜互连CMP的关键要素之一,在CMP中每种成分发挥不同的功能,其中缓蚀剂的选择及性能对抛后的表面质量会产生直接影响。对近年来铜互连CMP中各类缓蚀剂的研究进展以及缓蚀剂与不同类型添加剂间的复配协同进行归纳总结,同时介绍缓蚀剂与不同类型添加剂间的作用机制。最后对未来铜互连CMP中缓蚀剂的应用前景进行展望,指出绿色环保的铜互连CMP缓蚀剂的开发,通过缓蚀剂的复配协同作用以提高抛光质量,以及从微观角度进一步揭示缓蚀剂的作用机制是未来的研究方向。     

CMP抛光界面温度的理论分析与仿真

介绍了抛光界面的温度对化学机械抛光过程的重要影响。在对温度变化的原因进行分析的基础上,忽略抛光液的流场分布、抛光界面压力分布的均匀性等因素,定性地分析了抛光垫和工件的温度分布情况。并利用红外摄像仪验证了抛光垫表面的温度分布。通过抛光界面的热量流动理论分析,利用ANSYS软件对工件在抛光过程中的温度变化进行仿真计算,得到工件的抛光表面温度随时间的变化曲线,可以根据仿真结果预测工件在不同抛光工艺参数条件下的温度变化情况。     

磨料混合对蓝宝石抛光效果的影响

磨料的粒径分布严重影响蓝宝石抛光,传统的抛光模型无法说明粒径分布的作用效果。针对这一问题,以不同粒径磨料混合放大粒径分散性影响,研究单一磨料和2种粒径混合磨料对抛光速率的影响。结果表明:2种不同粒径混合能够明显提高抛光速率,在一定质量比条件下可以达到最大值,并且粒径差距越大,抛光速率越快;不同粒径磨料混合影响抛光温度和磨料使用寿命,这是因为其一方面增加磨料整体羟基官能团数量,另一方面可以形成不同磨料间的密堆积,增加与蓝宝石接触面积。以此为基础,讨论多粒径分布的抛光动力学过程,并提出抛光动力学模型。     

抛光垫特性对抛光中流体运动的影响分析

抛光垫表面特性能可大大改变抛光液的流动情况,从而影响化学机械抛光的抛光性能。考虑抛光垫粗糙度和孔隙等对抛光液流动的影响,提出了一个初步的晶片级流动模型,并用数值模拟方法研究了不同参数条件(载荷和速度的变化等)下抛光液的流动特征。计算结果表明增加外载荷将导致粗糙峰的磨损概率增加,增加剪切速率则提高了剪切应力,均可导致高材料去除率。模型能较好理解材料去除机制和输运,从而有助于对化学机械抛光机制的了解。     

化学机械抛光工艺中的抛光垫

抛光垫是晶片化学机械抛光中决定表面质量的重要辅料。研究了抛光垫对光电子晶体材料抛光质量的影响：硬的抛光垫可提高晶片的平面度;软的抛光垫可改善晶片的表面粗糙度;表面开槽和表面粗糙的抛光垫可提高抛光效率;对抛光垫进行适当的修整可使抛光垫表面粗糙。     

化学机械抛光过程中抛光垫修整的研究

摘要：抛光垫是化学机械抛光（CMP）系统的重要组成部分，具有贮存、输送抛光液等作用，对晶片的去除率和平整度起着至关重要的作用。本文介绍和探讨了CMP过程中抛光垫修整对抛光垫表面结构以及对CMP过程影响规律。研究结果表明，抛光垫与晶片的接触面积、抛光速率、平坦化效果等都受到抛光垫修整的影响。大的修整深度能够获得较高的抛光去除率，而较小的修整深度则更有利于获得较好的平坦化效果。修整效果可以通过修整器的设计、修整工艺参数以及加工参数进行调整。     

化学机械抛光中抛光垫材料的研究与展望

在化学机械抛光中,抛光垫的材料是重要影响因素之一,它直接影响着抛光效果。本文介绍了化学机械抛光垫的基本材料、材料特性及其对抛光效果的影响,目前化学机械抛光加工中所采用的抛光垫材料及主要用途,对各种抛光垫材料在抛光过程中存在问题进行了分析,同时展望了抛光垫材料的发展趋势。     

磁流变-化学机械复合抛光装置设计

针对SiC晶片外延膜生长需达到原子级超光滑表面的要求以及加工效率低、表面精度差的问题,提出了一套磁流变-化学机械精密抛光装置,该装置利用软件平台对抛光盘和工件运动精确控制,并具有温度、转速等参数微调及显示功能。对装置的工作原理、结构进行了介绍,并在该装置上进行了工艺试验,取得较高的加工效率和光滑无损伤的加工表面。     

磨料混合对硅通孔铜膜抛光效果的影响*

磨料的粒径分布严重影响铜膜抛光效果,单一粒径磨料在抛光过程中,部分较大或较小磨料的作用难以准确评估。针对这一问题,采用不同且粒径相近（40、60和80 nm）的磨料混合来表征反映粒径分散性对铜膜抛光的影响,研究单一磨料、2种和3种粒径磨料混合的抛光液对硅通孔铜膜抛光的影响。结果表明：在相同质量分数条件下,不同粒径磨料混合能提高铜膜抛光速率和改善表面质量;2种粒径磨料混合时,粒径差距越大,则抛光速率越快;3种粒径磨料混合时其抛光速率和抛光表面质量优于单一粒径和2种粒径混合,当40、60和80 nm 3种粒径磨料的比例为1∶3∶2时,抛光效果最好。建立铜片与抛光垫之间磨料分布的物理模型,揭示混合磨料提高铜膜去除速率的机制,计算出磨料与铜片的接触面积。     

化学机械抛光流动性能分析

基于连续流体理论和其运动学关系，建立了力平衡方程关系式。推导r牛顿流体在化学机械抛光过程中的润滑方程，给出了模拟出的典型的压力分布情况和无量纲载荷、转矩与抛光垫转速变化的关系。计算结果表明：抛光中的压力分布是沿半径方向变化的且抛光垫转速的增加将有助于提高抛光的切除速率。     

无抛光垫化学机械抛光技术研究

应用双电层理论分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯粒子表面的现象.分析了基于复合粒子抛光液的无抛光垫化学机械抛光技术特点及其材料去除机理.比较试验表明,基于复合粒子抛光液的硅片无抛光垫化学机械抛光具有与传统化学机械抛光相接近的材料去除率和硅片表面粗糙度值,并可避免工件塌边现象的产生.     

铜抛光液中缓蚀剂5-氨基四唑(ATA)的作用机制研究

采用静态腐蚀实验、接触角测试、XPS等手段,比较在不同pH值下抛光液中缓蚀剂(5-氨基四唑(ATA),苯并三唑(BTA))对铜表面化学机械抛光(CMP)的影响,并探讨ATA在铜表面的作用机制。结果表明,BTA和ATA是优良的铜缓蚀剂,当pH值为3～10时,两者可在铜表面成膜,保护铜表面不受腐蚀,从而降低铜片的静态腐蚀速率和去除率,其中当pH=4时,2种缓蚀剂表现出最佳的缓蚀性能。当pH值为3～5时,ATA的缓蚀性能优于BTA。ATA通过四唑环上的N原子和氨基上的N原子吸附在铜表面,形成保护膜,从而抑制了H2O2对铜表面的腐蚀,改善了表面质量,是一种优良的适用于酸性铜抛光液的缓蚀剂。     

表面粗糙度对化学机械抛光工艺过程流动性能的影响

采用随机中点位移法通过计算机模拟抛光垫和晶片的基于分形的粗糙表面,构造了一种新的膜厚方程.在新膜厚方程的基础上分析了一般润滑方程及带离心项的润滑方程对化学机械抛光(CMP)过程中抛光液的压力分布以及无量纲载荷和转矩的影响.结果表明,考虑抛光垫和晶片表面的粗糙程度的影响时,抛光液的压力分布有一定的波动,且压力最大值有所增大,压力最小值有所减小;此外无量纲载荷和转矩的数值也变小.     

Ta-W合金的化学机械抛光实验研究

针对Ta-W合金材料圆薄片零件化学机械抛光工艺,设计了Ta-W合金材料化学机械抛光抛光液,并探讨了抛光液各组分的含量及抛光工艺参数对抛光速率和抛光件表面质量的影响。结果表明,当抛光液中磨料SiO2溶胶质量分数为40％-65％时,抛光速率也达到较高值并在一定的硅溶胶含量范围内波动不大;当抛光液中有机碱的质量分数为4％-6％时,抛光速率达到最大值;随着氧化剂含量的增加,去除速率几乎成线性增加,但随氧化剂含量的增大表面状态变差,故应控制氧化剂的含量;随着抛光液流量的增加,抛光速率也增大,但在流量增加到200mL／min后,速率的增加变得缓慢。     

光助芬顿反应对6H-SiC化学机械抛光的影响

为提高6H-SiC晶片化学机械抛光的材料去除率(MRR)并改善其表面质量,采用光助芬顿反应体系对6H-SiC晶片进行化学机械抛光,研究紫外光功率、抛光液pH值、H2O2质量分数和Fe2+浓度对6H-SiC晶片抛光效果的影响。使用原子力显微镜观察6H-SiC晶片表面质量,采用纳米粒度电位仪测量抛光液中SiO2磨粒的粒径分布及Zeta电位,利用可见分光光度法检测溶液中羟基自由基(·OH)的浓度并通过紫外-可见光谱分析紫外光的作用机制。结果表明:引入紫外光提高了6H-SiC的MRR,增大紫外光功率,MRR也随之增加;随pH值、H2O2质量分数和Fe2+浓度的升高,MRR先增大后减小;pH值影响磨粒间的静电排斥力及磨粒的分散稳定性,从而影响6H-SiC的MRR;与采用芬顿反应体系的抛光液相比,采用光助芬顿反应体系的抛光液中产生的·OH数量较多,说明紫外光能够增加反应体系中·OH的数量,从而促进6H-SiC晶片的表面氧化,提高6H-SiC晶片的MRR,并改善其表面质量。     

氧化铈纳米颗粒的合成及其化学机械抛光性能

在醇水混合溶液中以HMT为缓释沉淀剂制备了纳米CeO2颗粒,并用TEM,SAD,XRD对其形貌和结构进行了表征,将制备的不同粒径纳米CeO2粉体配置成抛光液,对GaAs晶片进行了化学机械抛光,用AFM对其表面粗糙度进行了测量。结果表明,不同尺寸的纳米颗粒具有不同的抛光效果,随着磨料粒径的增大,表面粗糙度值随之升高。