CMP加工过程中晶片形状对抛光液流动特性的影响
cmp工艺原理
cmp工艺原理CMP工艺原理一、介绍CMP（Chemical Mechanical Polishing）工艺是一种常用的半导体工艺，用于平整化材料表面。
它结合了化学和机械两种处理方式，可以有效去除材料表面的不平坦部分，并获得高质量的平坦表面。
CMP工艺广泛应用于集成电路制造、光学器件加工、硅片制备等领域。
二、工艺原理CMP工艺的原理主要基于材料的化学反应和机械研磨。
在CMP过程中，需要使用一种腐蚀剂和磨料，分别称为化学机械研磨液和抛光液。
这两种液体通过机械力和化学反应共同作用，实现对材料表面的平整化。
1. 机械研磨机械研磨是CMP工艺的核心步骤之一。
它通过在材料表面施加机械力，利用磨料的颗粒与材料表面发生摩擦，从而去除不平坦的部分。
磨料的颗粒大小、形状和硬度等特性会影响研磨效果。
通常情况下，较大的颗粒用于快速去除表面凸起，而较小的颗粒则用于细磨和抛光。
2. 化学反应化学反应是CMP工艺的另一个重要步骤。
在CMP过程中，腐蚀剂会与材料表面发生化学反应，使材料表面发生溶解或氧化，并去除表面的不平坦部分。
腐蚀剂的种类和浓度会根据材料的性质和要求进行选择。
化学反应的速率和选择性也是需要考虑的因素，以保证对不同材料的处理效果。
三、应用领域CMP工艺在半导体制造和光学器件加工中具有广泛的应用。
1. 半导体制造在半导体制造中，CMP工艺主要用于平整化硅片上的氧化物、金属、多晶硅等材料。
通过CMP工艺，可以使这些材料的表面平整度达到亚纳米级别，以满足高集成度和高可靠性的要求。
另外，在多层金属互连的制造过程中，CMP也常用于去除金属间的不平整和形成金属填充。
2. 光学器件加工光学器件中的镜面加工也是CMP工艺的重要应用之一。
通过CMP 工艺，可以在光学器件表面获得高质量的平坦度和光学性能，以提高器件的传输效率和抗反射性能。
此外，CMP工艺还可用于制备光纤连接器、光波导等光学器件。
四、优势和挑战CMP工艺相比传统的机械研磨工艺具有以下优势：1. 高度平整性：CMP工艺可以实现亚纳米级别的表面平整度，使材料表面的凸起和凹陷得到有效控制。
cmp边缘效应-概述说明以及解释
cmp边缘效应-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：CMP（Chemical Mechanical Polishing）作为一种重要的半导体制程技术，在集成电路和微电子器件制造中有着广泛的应用。
然而，虽然CMP 技术在微电子行业取得了巨大成功，但它也存在着一些问题。
其中之一就是边缘效应，即CMP过程中在材料的边缘部分产生的非均匀化学机械抛光效果。
CMP边缘效应的出现主要是由于以下几个方面的原因：首先，由于边缘处与其他部分相比有更高的抛光面积，使得CMP液体和磨料在边缘区域的分布不均匀，从而导致CMP效果不一致。
其次，边缘处可能存在几何或结构上的不规则，例如棱角或台阶，这些不平整的表面也会影响抛光效果。
此外，由于边缘处与CMP垫层之间的接触较差，导致边缘区域的磨料颗粒较少，进一步加剧了边缘效应。
CMP边缘效应对微电子器件的性能和可靠性产生了重要影响。
一方面，边缘效应可能导致边缘区域的薄膜材料被过度抛光，从而损坏微电子器件的功能。
另一方面，CMP边缘效应还会导致边缘区域的薄膜厚度不均匀，影响微电子器件的电学特性。
因此，对CMP边缘效应进行深入的研究和认识具有重要意义。
针对CMP边缘效应，研究人员提出了一些应对措施。
例如，改善CMP 液体和磨料在边缘区域的分布均匀性，可以通过优化液体流动和调整抛光参数来实现。
此外，改善边缘区域的表面平整度和光洁度也是减轻边缘效应的重要方法，可以通过优化CMP垫层材料和改进CMP工艺步骤来实现。
虽然目前已经取得了一些进展，但CMP边缘效应问题仍然存在一定挑战和待解决的问题。
因此，未来的研究可以致力于进一步深入理解CMP 边缘效应的机制，并开发更有效的CMP工艺和材料，以减小边缘效应对微电子器件的影响。
同时，也需要加强与其他制程工艺的协同，以综合解决边缘效应问题，推动半导体制造技术取得更大进步。
综上所述，CMP边缘效应是CMP技术中一个重要的问题，它对微电子器件的制造和性能有着重要影响。
cmp抛光液技术工艺
CMP抛光液技术工艺
CMP（化学机械抛光）是集成电路制造过程中至关重要的环节，用于实现晶圆表面的平坦化。
CMP抛光液作为CMP工艺的核心组成部分，其技术工艺的解析如下：
1. 工作原理：
CMP是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，从而使晶圆表面达到纳米级平坦化，确保下一步的光刻工艺得以顺利进行。
主要工作原理是在一定压力及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。
2. 工艺特点：
CMP抛光液是一种具有高技术壁垒的专用材料，其制备工艺复杂，专用性高，种类逐渐增加。
在纳米级的器件线路上，对不同材料的去除速率、选择比以及表面粗糙度和缺陷要求精准至纳米乃至分子级，高难工艺对抛光材料的性能提出更高的技术要求。
因此，CMP抛光材料专用性高，客户和供应商联合开发成为成功先决条件。
综上所述，CMP抛光液技术工艺需要高度结合机械研磨和化学反应来实现晶圆表面的平坦化，同时对工艺和材料的要求也非常高。
化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析
文章编号:167320291(2005)0120074204化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析张朝辉1,雒建斌2(1.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;2.清华大学摩擦学国家重点实验室,北京100084)摘 要:化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing ,CMP )是用于获取原子级平面度的一种有效手段,抛光液是其中重要因素之一.目前,CMP 的抛光液通常使用球形纳米级颗粒来加速切除和优化抛光质量,这类流体的流变性能必须考虑微极性效应的影响.本文给出了考虑微极性效应的CMP 运动方程,并进行了数值求解,这有助于了解CMP 的作用机理.数值模拟表明,微极性将提高抛光液的等效粘度从而在一定程度上提高其承载能力,加速材料去除.这在低节距或低转速下尤为明显,体现出尺寸依赖性.关键词:化学机械抛光;微极流体;抛光液;流变特性中图分类号:TH117 文献标识码:AMicro-Polar E ffects of Flow Features of Slurriesin Chemical Mechanical Polishing ProcessZHA N G Chao 2hui 1,L UO Jian 2bi n2(1.School of Mechanical and Electronic Control Engineering ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China ;2.State K ey Laboratory of Tribology ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract :Chemical mechanical polishing (CMP )is a manufacturing process to achieve the planarity in the level of atom where the slurry makes a great deal of contributions to the CMP performances.Cur 2rently ,the slurry used in CMP usually contains sphere-shaped particles at nano scale to enhance the material removal ratio (MRR )and to optimize the planarity.Micro polar theory will provide a feasible candidate to describe the rheology of these fluids.The flow equation of the slurries in CMP ,based on fluid theories with microstructure ,provide some insights into the mechanism of CMP.The effects on load and moments of micro polarity are simulated.The results indicate that micro-polarity can give rise to an increase in load capacity to a certain degree by increasing the equivalent viscosity of the slurries ,thereby the MRR can be enhanced.The size-depend features can be seen since it becomes more promi 2nent with low pivot height and low pad velocity.K ey w ords :Chemical Mechanical Polishing ;micro-polar fluids ;slurry ;rheology收稿日期:2004207212基金项目:国家自然科学基金资助项目(50390060)作者简介:张朝辉(1972—),男,湖南宁乡人,讲师,博士.em ail :zhangchaohui @ 现代芯片制造领域中有两个相互矛盾的趋势:被加工件的尺寸越来越大,而所需的加工精度要求却越来越高.比如下一代集成电路中的晶片要求直径大于300mm 而表面粗糙度和波纹度要小于几个埃.下一代磁盘也要求表面划痕深度≤1nm ,粗糙度≤0.1nm.这样,有必要对材料进行分子级去除.化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing/Pla 2narization ,CMP )是一种合适的技术[1,2].另外,要获取低介电常数的材料来取代SiO 2材料也需要CMP 技术实现表面抛光[3].因技术的需求,CMP 技术现在已经发展为制造过程中的一个完整手段[4].抛光液对CMP 过程有重要作用[5],据预测,从第29卷第1期2005年2月 北 京 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF BEI J IN G J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.29No.1Feb.20052000年到2005年全世界抛光液市场将扩大3倍[6].在抛光中,其所含的化学物质与晶片表面或亚表面相互作用形成软化层或者弱键,或者对晶片表面产生钝化反应从而使得材料可以以光滑和均匀的方式被切除,其所含的固体(纳米级)颗粒对软化或弱键表面的磨损形成超精表面.事实上,在CMP 中,重要的相互作用就是表层膜的形成与切除(如晶片金属涂层的氧化与切除),切除材料从表面带走等等,所以对抛光液流动规律的了解将有助于理解CMP的机理.Levert等[7]的实验发现了负压的存在,Tichy等[8]提出了一个初步的二维接触模型来解释Levert等的结果,其研究忽略了无直接接触抛光的情形.然而,在某些特殊场合,如进行纳米级超精抛光,或者在通常抛光的最后步骤中,流动效应将完全平衡外加的载荷.Runnels等[9]就通过求解Navier-Stokes方程讨论了润滑性能和磨损率问题. Sundararajan等[10]求解Reynolds方程给出了抛光液的膜厚和压力关系.Cho和Park[11,12]建立了一流动模型来描述硅片CMP过程.张朝辉等[13]建立了三维流动模型,并且研究了CMP中液体的流动规律[14].抛光液的流变性能对去除率和抛光质量有重要作用[15].大多数的抛光液都含有固体粒子,如胶体SiO2抛光液,可达到高的平整度[2,16].这样改变了其流变性能[17].从物理上讲,微极流体是指这样一类流体:它由刚性、随机取向粒子(或者为球体)构成,粒子悬浮于粘性介质中,而粒子本身的变形可忽略不计[18].由于SiO2粒子通常以球形存在,用微极流体来表征这种流体是一个较好的选择[19].本文作者分析了抛光液中纳米级粒子的微极性对流动性能的影响,数值模拟结果表明,微极性将增加等效粘度,从而增强承载能力,并且体现出尺寸依赖性.1 数学模型考虑抛光液中纳米粒子的微极性,其流动方程可导出为・φ(N,l,h)h312η p= ・V1+V22h(1)式中,h为流体膜厚;η为流体粘度;p为压力;V1、V2分别为晶片和抛光垫的速度向量;=55r+5r5θ,其中,r、θ分别代表晶片的径向和周向;φ(N,l,h)=112+l2h2-N l2hcoth N h2l,其中,N为耦合数,l为特征长度.方程(1)的分量形式为55rh3φ(N,l,h)12η5p5r+ 1r55θh3φ(N,l,h)12η1r5p5θ=55rw1+w22h+1r55θu1+u22h(2)式中,w1、w2、u1、u2分别为速度边界条件,表示为w1=ωp d sinθ,u1=(r+d cosθ)ωp,w2=0,u2=rωw.其中,d为晶片和抛光垫之间的中心距离,ωw和ωp分别为晶片和抛光垫的转速.在抛光中,晶片相对抛光垫成一定角度倾斜(由转角α和倾角β决定),以产生收敛楔效应.于是任一点的流体膜厚度为h=h piv-r sinαcosθ-r sinβsinθ(3)式中,h piv是节距高度值.将晶片半径r0和参考压强p0引入,得量纲一量χ=r0h piv, Λ=χ26ηωpp0, r=rr0,h=hh piv, p=pp0, D=dr0,l=lh piv, ξ=ωwωp(4)膜厚方程为h=1-χ r sinαcosθ-χ r sinβsinθ(5)量纲一流动方程为r255 r h35 p5 rφ(N, l, h)+55θ h35 p5θφ(N, l, h)= χΛ r2( r+ξ r+D cosθ)× (sinαsinθ-sinβcosθ)-Λ rD sinθ(6)且有φ(N, l, h)=112+l2h2-N l2 hcoth Nh2 l(7)量纲一载荷和转矩分别为W f=1π∫2π0∫10 p r d r dθ(8) M x=1π∫2π0∫10 p r2sinθd r dθ(9) M y=-1π∫2π0∫10 p r2cosθd r dθ(10)57第1期 张朝辉等:化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析 真实载荷和转矩为W f =πp 0r 20 W f ,M x =πp 0r 30 M x ,M y =πp 0r 30 M y ,横轴方向连接晶片和抛光垫的中心.2 计算结果与讨论计算中未指明的变量参数为:ωw =50r/min ,ωp =100r/min ,h piv =100μm ,α=0102°,β=01018°,η=010214Pa ・S ,d =150mm ,r 0=50mm ,p 0=20kPa .图1和图2分别为节距高度对量纲一载荷与力矩的影响.显然,增加节距高度值(即晶片与抛光垫之间的距离),将导致承载能力的降低,所以在CMP 中需要慎重选择合适的间隙值(过大的间隙将降低承载能力,从而降低抛光速率,而过小的间隙将妨碍抛光液中固体颗粒和磨屑的带出,从而恶化抛光质量).另外,纳米粒子引起的微极性将增加承载能力,增加特征长度l 或耦合数N 都将增加承载能力.间隙值越小,这种效应越明显,体现出微极性的尺寸依赖性.图1 载荷与节距高度的关系Fig.1 Relation between loads and pivotheight图2 转矩与节距高度的关系Fig.2 Relation between moments and pivot height抛光垫转速对量纲一载荷与转矩的影响分别见图3和图4所示.一个显著特征即是量纲一载荷与转矩与抛光垫转速呈线性关系变化.另外,微极性同样将增加承载能力.耦合数N 或特征长度l 的增加将提高承载能力,同时增加耦合数N 和特征长度l ,效果更加显著.另外,在低速下这种效应也越明显,体现出微极性的尺寸依赖性.图3 载荷与抛光垫转速的关系Fig.3 Relation between loads and pad rollvelocity图4 转矩与抛光垫转速的关系Fig.4 Relation between moments and pad roll velocity3 结论化学机械抛光技术(CMP )合适于获取高级别平面度.抛光液的流动特性对CMP 的行为有很大的影响.由于抛光液通常含有纳米级的圆形固体颗粒来加速抛光、提高抛光表面质量,利用微极流体可以模拟粒子的微旋运动对抛光性能的影响.模拟结果表明微极性将增加承载能力,从而有利于提高抛光速率.这一特性在低节距或低转速下更为显著,体现出尺寸依赖性.这一分析模型忽略了抛光垫[20]和其他一些因素的影响,因而其结果只有定性意义.参考文献:[1]Hooper B J ,Byrne G ,G alligan S.Pad conditioning inchemical mechanical polishing[J ].J.Materials Processing Technology ,2002,123:107-113.[2]Lei H ,Luo J B ,Pan G S ,et al.Chemical Mechanical Pol 2ishing of Computer Hard Disk Substrate in Colloidal SiO2Slurry[J ].International Journal of Nonlinear Science and67北 京 交 通 大 学 学 报 第29卷Numerical Simulation,2002,3(3-4):455-459.[3]Borst C L,G ill W N,Gutmann R J.Chemical-MechanicalPolishing of low Dielectric Constant Polymers and Organosilicate G lasses:Fundamental Mechanisms and A p2 plication to IC Interconnect Technology[M].London: K luwer Academic Publishers,2002.[4]Braun A E.CMP Becomes G entler,More E fficient[J].Semiconductor Int,2001,11:54-66.[5]Grover G S,Liang H,G aneshkumar S,et al.E ffect ofSlurry Viscosity Modification on Oxide and Tungsten CMP [J].Wear.1998,214:10-13.[6]Market Watch:CMP Slurries:A Wild Ride Ahead[J].S olid State Technology,2000,12:74-76.[7]Levert J A,Mess F M,Salant R F.Mechanisms of Chem2ical-Mechanical Polishing of SiO2Dielectric on Integrated Circuits[J].Tribol.Trans,1998,41(4):593-599. [8]Tichy J,Levert J A,Shan L,et al.Contact Mechanicsand Lubrication Hydrodynamics of Chemical Mechanical Polishing[J].J.Electrochemical S oc.,1999,146(4): 1523-1528.[9]Runnels S R,Eyman L M.Tribology Analysis of Chemi2cal-Mechanical Polishing[J].Journal of the Electrochemi2 cal S ociety,1994,141(6):1698-1701.[10]Sundararajan S,Thakurta D G.Two-Dimensional Wafer-Scale Chemical-Mechanical Planarization Models Based on Lubrication Theory and Mass Transport[J].Journal of the Electrochemical S ociety,1999,146(2):761-766. [11]Cho C H,Park S S,Ahn Y.Three-Dimensional WaferScale Hydrodynamic Modeling for Chemical Mechanical Polishing[J].Thin S olid Films,2001,389(1-2):254-260.[12]Park S S,Cho C H,Ahn Y.Hydrodynamic Analysis ofChemical Mechanical Polishing Process[J].Tribol.Int., 2000,33:723-730.[13]张朝辉,雒建斌,温诗铸.化学机械抛光流动性能分析[J].润滑与密封,2004,(4):31-33.ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.Anal2ysis on Flow Properties of Chemical Mechanical Polishing Process[J].Lubrication Engineering,2004,(4):31-33.(in Chinese)[14]ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.Multi2grid Technique Incorporated Algorithm for CMP Lubrica2 tion Equations[J].Progress in Natural Science,2004,14(3):81-84.[15]Grover G S,Liang H,G aneshkumar S,et al.E ffect ofSlurry Viscosity Modification on Oxide and Tungsten CMP[J].Wear.1998,214:10-13.[16]雷红,雒建斌,张朝辉.化学机械抛光技术的研究进展[J].上海大学学报,2003,9(6):494-502.L EI H ong,LUO Jian-bin,ZHANG Chao-hui.Advances in Chemical Mechanical P olishing[J].J.Shanghai University (Natural Science),2003,9(6):494-502.(in Chinese) [17]ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.Mod2eling Chemical Mechanical Polishing with Couple Stress Fluids[J].Tsinghua Science and Technology,2004,3: 270-273.[18]张朝辉.纳米级薄膜润滑性能数值计算的研究[D].北京:清华大学,2002.ZHAN G Chao2hui.Numerical Analysis on Tribological Performances of Lubricating film in the Nano Scale[D].Beijing:Tsinghua University,2002.(in Chinese) [19]张朝辉,温诗铸,雒建斌.薄膜润滑的微极流体模拟[J].机械工程学报,2001,37(9):4-8.ZHAN G Chao2hui,WEN Shi2zhu,LUO Jian2bin.Simu2 lation of Thin Film Lubrication with Micro polar Fluids [J].Chinese J.Mechanical Engineering,2001,37(9):4-8.(in Chinese)[20]张朝辉,雒建斌,温诗铸.考虑抛光垫特性的CMP流动性能[A].中国机械工程学会年会论文集[C].北京: 2003.162-170.ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.A Porosity Model for Flows in CMP[A].Proc.Chinese Mech.Engr.S oc[C].Beijing:2003.162-170.(in Chi2 nese)77第1期 张朝辉等:化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析。
化学机械抛光工艺(CMP)全解(可编辑修改word版)
化学机械抛光液（CMP）氧化铝抛光液具体添加剂摘要：本文首先定义并介绍 CMP 工艺的基本工作原理，然后，通过介绍 CMP 系统，从工艺设备角度定性分析了解 CMP 的工作过程，通过介绍分析 CMP 工艺参数，对 CMP 作定量了解。
在文献精度中，介绍了一个 SiO2的CMP 平均磨除速率模型，其中考虑了磨粒尺寸，浓度，分布，研磨液流速，抛光势地形，材料性能。
经过实验，得到的实验结果与模型比较吻合。
MRR 模型可用于CMP 模拟，CMP 过程参数最佳化以及下一代 CMP 设备的研发。
最后，通过对 VLSI 制造技术的课程回顾，归纳了课程收获，总结了课程感悟。
关键词：CMP、研磨液、平均磨除速率、设备Abstract：This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course.Key word: CMP、slumry、MRRs、device1.前言随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。
cmp抛光液的主要技术指标
cmp抛光液的主要技术指标
CMP抛光液（化学机械抛光液）是平坦化精密加工工艺中超细固体研磨材料和化学添加剂的混合物。
它的主要技术指标包括以下几个方面：
1. 化学成分：CMP抛光液中包含去离子水、磨料、pH值调节剂、氧化剂、抑制剂和表面活性剂等化学成分。
这些成分的种类和比例对于抛光效果至关重要。
2. 磨料：磨料是CMP抛光液中的重要组成部分，一般包括纳米级SiO2、Al2O3粒子等。
磨料的粒度、形状和分布对抛光速率、表面粗糙度和抛光均匀性都有显着影响。
3. pH值：pH值是衡量CMP抛光液酸碱度的指标。
合适的pH值可以确保抛光液中的各种成分保持稳定，同时也有助于控制抛光过程中的化学反应。
4. 粘度：CMP抛光液的粘度会影响其流动性和铺展性，从而影响抛光效果。
合适的粘度可以确保抛光液在抛光过程中均匀分布在待抛光表面。
5. 稳定性：CMP抛光液需要具有良好的稳定性，包括化学稳定性和物理稳定性。
化学稳定性可以防止抛光液在存储和使用过程中发生分解或变质；物理稳定性则可以确保抛光液在抛光过程中保持均匀和稳定的状态。
6. 抛光速率和抛光效果：这是衡量CMP抛光液性能的重要指标。
抛光速率过快可能导致表面粗糙度增加，而抛光速率过慢则可能影响生产效率。
因此，需要根据具体的应用场景选择合适的抛光液。
此外，随着集成电路技术的发展，CMP步骤数量和复杂性也大幅增加，对CMP材料种类和用量的需求也在增加。
因此，CMP抛光液的技术指标也需要不断更新和优化，以适应半导体行业的需求。
化学机械抛光CMP技术概述
另外表面堆积的反应物也需妥当的排除。 因此在使用中，如无适当的处理，研磨垫 表面将呈现快速老化，造成蚀刻率衰退等 现象。为了解决研磨垫的老化问题，现代 的CMP机台都具备研磨垫整理器，具备与研 磨过程同步整理或定时整理的定的工艺及维持研磨垫的使用 寿命
对铜的化学机械抛光特别有趣，因为铜具有低的 电阻率并且用等离子体特别难以刻蚀。所以铜的 图形能够通过一种被称为Damascene工艺的CMP技 术形成。铜可以在一种包含有直径为几百个纳米 的颗粒的水状溶剂之中被抛光。典型的膏剂包含 有铵氢氧化物，醋酸，双氧水，可获得高达每分 钟1600nm的抛光速率。与钨不同，铜是一种软金 属。机械效应在抛光过程中具有重大的影响。现 已发现抛光速率与所加压力和相对线速度呈正比。 盘的状况和压力应用机理对铜的CMP尤其重要。
工艺参数因 素
CMP主要 影响因素
抛光液
抛光垫的选 择
工艺参数因素：
抛光的工艺参数亦会对抛光后的表面粗糙度 和表面形貌等产生重要的影响,主要的工艺参数 有抛光速度、抛光压力、抛光液流量、抛光时间 等，它们以不同的方式和程度影响着抛光结果
抛光速度：要选择合适的抛光速度，若抛光速度过高,使抛光液 的润滑作用过强,材料去除率可能会下降,并且容易造成过抛,引 起芯片断路,造成灾难性的后果,或引起缺陷,影响全局平整化效 果
pH值：决定了最基本的抛光加工环境,会对表面膜的形成、 材料的去除分解及溶解度、抛光液的粘性等方面造成影响
磨料：磨料的尺寸、形状、在溶液中的稳定性、在晶圆表 面的粘附性和脱离性对抛光效果都有着重要的作用
抛光垫的选择
研磨垫则是研磨剂外的另一个重要消耗材。由于集成电路 工艺的目的是平坦化，不同于传统光学玻璃与硅晶片的抛 光作用。平坦化的作用即要将晶片表面轮廓凸出部份削平， 达到全面平坦化。理想的研磨垫是触及凸出面而不触及凹 面，达到迅速平坦化的效果。因此光学玻璃所使用的研磨 垫，并不适合集成电路平坦化的工艺需求。就研磨垫的应 用言，对材料化学性质的需求较为单纯，一般只要耐酸碱， 有一定的稳定性。但对其物理性质的要求较为严格。
cmp抛光液定义 -回复
cmp抛光液定义-回复什么是CMP抛光液？CMP抛光液是化学机械抛光（CMP）过程中所使用的一种特殊液体。
CMP 是一种集化学和机械过程于一体的表面处理技术，被广泛应用于半导体制造业和光学领域。
CMP抛光液在平坦化材料的表面上形成了化学反应，并借助机械力来达到高度精细的平整度和光洁度。
CMP抛光液的成分通常包括了酸性或碱性的化学物质以及磨料。
酸性溶液的使用可以去除表面的氧化膜，清除杂质，而碱性溶液则可以去除表面的金属碎屑。
磨料则承担了物理抛光的作用，主要用于研磨材料表面，将其平整化。
那么，CMP抛光液的用途是什么呢？CMP抛光液主要用于密集电子元件以及一些高精度光学器件的制造过程中。
在半导体制造业中，CMP抛光液被广泛应用于半导体芯片的平坦化工艺。
由于半导体芯片上存在着许多不同高度的电路元件，这些元件需要被精确打磨至同一水平，以保证半导体芯片的正常工作和可靠性。
CMP 抛光液通过去除表面的高度差异，使各个元件均匀分布在芯片表面，确保芯片的性能和可靠性。
此外，CMP抛光液还被广泛用于光学器件的制造。
光学器件的制造过程中，需要将材料的表面抛光至高度精细的平整度和光洁度，以保证光学器件的传输效率和成像质量。
CMP抛光液的使用可以使光学器件表面达到极高的平坦度和光洁度要求，提高光学器件的性能。
那么，CMP抛光液的工作原理是什么呢？CMP抛光液的工作过程可以分为化学反应和机械研磨两个步骤。
首先，抛光液中的化学物质通过与材料表面的反应，溶解掉氧化膜、杂质等物质。
这些化学反应可以使材料表面得到净化和清洁，为后续的抛光过程提供一个良好的基础。
接下来，CMP抛光液中的磨料扮演了一个关键的角色。
磨料颗粒的硬度可以使其在材料表面形成切削作用，将凸起的部分磨平。
在抛光过程中，磨料颗粒被携带在抛光液中，通过与材料表面的接触，磨去表面的不平坦区域，直到达到所需的平整度和光洁度。
最后，通过不断的循环流动，将被磨下的材料颗粒和抛光液一同除去，以保持抛光液的新鲜度和稳定性。
蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究
表面技术第53卷第2期蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究王晓剑1，李薇薇1*，钟荣锋2，肖银波2，许宁徽1，孙运乾1（1.河北工业大学 电子信息工程学院，天津 300401；2.广东惠尔特纳米科技有限公司，广东 东莞 523000）摘要：目的化学机械抛光（CMP）包含化学腐蚀和机械磨削两方面，抛光液pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力，从而影响抛光效果。
方法采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液，分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验，研究CMP过程中抛光液体系的变化。
结果连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚，满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h，抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm；均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定，无团聚现象，抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%，能至少维持高材料去除率18 h，抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm；混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高，抛光9 h 内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%，之后磨粒出现小规模团聚现象，后9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%，18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%，但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。
结论一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液，但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合，因此，在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。
关键词：化学机械抛光；蓝宝石；抛光液；磨粒；微观形貌；材料去除率中图分类号：TG175；TG356.28文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)02-0168-07DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.02.016Effect of Silica Abrasive Particle Size Distribution on the Properties of Polishing Slurry System in Sapphire Substrate CMP WANG Xiaojian1, LI Weiwei1*, ZHONG Rongfeng2, XIAO Yinbo2, XU Ninghui1, SUN Yunqian1(1. College of Electronic Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China;2. Guangdong Wellt-Nanotech Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523000, China)ABSTRACT: Chemical mechanical polishing (CMP) includes chemical corrosion and mechanical grinding. Factors such as pH of polishing slurry, particle size and concentration of abrasive particles will affect its chemical corrosion and mechanical grinding ability to varying degrees, thus affecting the polishing effect. UNIPOL-1200S automatic grinding and polishing收稿日期：2022-12-14；修订日期：2023-07-11Received：2022-12-14；Revised：2023-07-11基金项目：光电信息控制和安全技术重点实验室基金（614210701041705）Fund：Key Laboratory of Optoelectronic Information Control and Security Technology (614210701041705)引文格式：王晓剑, 李薇薇, 钟荣锋, 等. 蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究[J]. 表面技术, 2024, 53(2): 168-174.WANG Xiaojian, LI Weiwei, ZHONG Rongfeng, et al. Effect of Silica Abrasive Particle Size Distribution on the Properties of Polishing Slurry System in Sapphire Substrate CMP[J]. Surface Technology, 2024, 53(2): 168-174.第53卷第2期王晓剑，等：蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究·169·machine and SUBA-600 polishing pad were used in the experiment to conduct the cyclic polishing experiment on the 2-inch sapphire substrate wafer in the C-direction of single crystal. 30-150 nm continuous particle size abrasive polishing slurry, 120 nm uniform particle size abrasive polishing slurry, 50 nm uniform particle size nano silica and 120 nm uniform particle size nano silica were mixed according to 4:6 (volume ratio) to form a mixed particle size abrasive polishing slurry, and 2% chelating agent (citrate), 2% oxidant (hydrogen peroxide) and 0.1% surfactant (fatty alcohol polyoxyethylene ether) were added to each type of polishing slurry. The flow rate of polishing slurry was 100 mL/min. The sapphire substrate wafer rotated clockwise at 30 rpm. The polishing pad rotated counterclockwise at 60 r/min. The load was 15.5 kg. Three types of polishing slurry were used to conduct cyclic CMP experiments on sapphire substrate wafers to study the changes of polishing slurry system during CMP process. In the continuous particle size abrasive polishing slurry, the abrasive particles aggregated on a large scale, and the polishing time required for high material removal rate was only 4 hours. The surface roughness of the polished wafer was 0.665 nm. The abrasive particles in the polishing slurry with uniform particle size were stable without agglomeration. The material removal rate within 9 hours of polishing was 94.7%, higher than that of the continuous particle size abrasive polishing slurry, which could maintain a high value for at least 18 hours. The surface roughness of the polished wafer was 0.204 nm. In the initial state of mixed particle size abrasive polishing slurry, the stability of the abrasive particles was relatively high. Within 9 hours of polishing, the material removal rate was 114.8%, higher than that of continuous particle size abrasive polishing slurry.Afterwards, the abrasive particles exhibited small-scale agglomeration, and the material removal rate was only 59.6% of that of uniform particle size abrasive polishing slurry after 9 hours. Within 18 hours, the material removal rate was only 87.7% of that of uniform particle size abrasive polishing slurry, but the surface roughness of the polished wafer was 0.151 nm. The free flowing small abrasive particles in the mixed particle size polishing slurry can wash and impact the remaining small protrusions and micro defects on the wafer surface, and can better fill the grooves and pits on the wafer surface, promoting more uniform grinding of the wafer surface. The uniformity of material removal is better than that of other two types of polishing slurry. In pursuit of high material removal rate and good wafer surface roughness for a certain period of time, mixed particle size abrasive polishing slurry is chosen, but it is more suitable to use uniform particle size abrasive polishing slurry for CMP over a long period of time. Therefore, in industrial production, mixed particle size abrasive polishing slurry and uniform particle size abrasive polishing slurry need to be used in combination according to production requirements.KEY WORDS: chemical mechanical polishing; sapphire; polishing slurry; abrasive particles; micro-morphology; material removal rate蓝宝石是一种莫氏硬度为9级的材料，其化学性质稳定，强度高，熔点高，具有透光性和传热性好等特点[1-3]，并且拥有良好的电气和节电特性[4]，常被应用于工业、通信及其他高科技领域，尤其是作为主要衬底材料被应用在LED行业中[5]。
二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究
二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究集成电路（IC,Integrated Circuit）是电子信息产业的核心,是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。
从IC制造过程中可以看到,无论是氧化层、阻挡层还是金属布线,都多次使用化学机械抛光（Chemical mechanical polishing or Chemicalmechanical planarization,简称CMP）技术。
目前CMP广泛应用于IC制造中,已成为半导体加工行业实现晶片全局平坦化的主流技术之一。
化学机械抛光技术是化学作用和机械作用相结合的技术,实际上其微观过程相当复杂,影响因素也很多,其中抛光液既影响CMP化学作用过程,又影响CMP机械作用过程,是影响CMP质量的决定性因素之一。
尽管CMP被认为是获得平坦化表面的最有效的方法之一,并且已经广泛应用于SiO<sub>2</sub>层间介质膜的制程之中,但目前对化学机械抛光SiO<sub>2</sub>的过程变量作用机理、材料去除机理、抛光液中各成分的微观作用机理以及材料去除非均匀性形成机理等方面问题还没有完全弄清楚。
因此如何调整抛光液配方,控制材料去除率,获得更高的表面质量,建立更加完善的材料去除率模型,实现稳定的生产,满足下一代超薄介质膜的要求等,仍然是各国学者研究的热点及前沿问题。
本文针对SiO<sub>2</sub>介质膜化学机械抛光中抛光液特性及其作用机理的研究现状及存在的问题,综合运用摩擦学、接触力学、物理化学、胶体化学及表面与界面物理等方面的理论,对二氧化硅CMP中抛光液的物理化学性质、抛光液成分的选择及其优化、抛光液中磨粒与晶片接触形式、晶片表面材料去除率、化学反应活化能的测量和计算等方面进行了细致研究。
首先,使用激光粒度仪和TEM观测了抛光液中磨粒的大小和形貌,研究了纳米磨粒在抛光液中和在抛光过程中的存在形式,结果表明纳米磨粒在抛光液中存在一定的软团聚现象。
CMP抛光液流场数值仿真
CM P 抛光液流场数值仿真周兆忠1,2 楼飞燕2 吕冰海3 袁巨龙21.浙江工业大学浙西分校,衢州,3240002.浙江工业大学,杭州,3100143.湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,长沙,410082摘要:建立了一种基于流体动力学的化学机械抛光模型,利用流体动力学方法推导了抛光液流场的雷诺方程,并通过计算机求解偏微分方程,对抛光过程中晶片和抛光垫之间的抛光液液体薄膜厚度以及液体薄膜压力分布进行了仿真计算。
分析了液膜厚度、晶片倾斜角和液膜负荷力、液膜压力力矩的关系,讨论了抛光载荷、抛光转速对最小液膜厚度、晶片倾斜角以及液膜压力分布的影响。
结果表明,不同抛光速度和抛光载荷下,抛光液膜厚度、液膜压力和晶片倾斜角呈现不同的分布规律。
比较仿真和实验中抛光输入参数对晶片下液膜厚度的影响曲线发现,仿真结果与实验结果的变化趋势一致,证明建立的抛光液液膜厚度及液膜压力分布模型的有效性。
关键词:化学机械抛光;抛光液膜;流场;数值模拟中图分类号:T G702 文章编号:1004—132X (2009)10—1207—06Numerical Simulation of Slurry Flow Field in Chemical Mechanical Polishing ProcessZhou Zhaozhong 1,2 Lou Feiyan 2 L üBinghai 3 Yuan J ulong 21.West Branch of Zhejiang University of Technology ,Quzhou ,Zhejiang ,3240002.Zhejiang U niversity of Technology ,Hangzhou ,3100143.National Engineering Research Center for High E fficiency Grinding ,Hunan University ,Changsha ,410082Abstract :A new hydrodynamics based model for chemical mechanical polishing was presented.In t his model ,a Reynolds equation for t he slurry flow field was deduced ,and t he t hickness and pressure dist ributio n of slurry film between wafer and polishing pad in chemical and mechanical polishing (CM P )p rocess was simulated by calculation of partial differential equations under different condi 2tions.The effect s of film t hickness and wafer gradient on t he film pressure were analyzed ,and t he in 2fluence of t he polishing load and speed on film p ressure distribution was discussed.It is shown t hat t he t hickness and pressure dist ribution of slurry film vary wit h t he wafer gradient ,polishing load and speed ,and show t he same tendency wit h t he experimental result s.The mode developed herein can be taken as an effective tool to investigate t he mechanism of t he CM P process.K ey w ords :chemical mechanical polishing ;slurry film ;flow field ;numerical simulation收稿日期:2008—12—17基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475119,50535054);浙江省自然科学基金资助项目(Y104494,Y106590)0 引言化学机械抛光(chemical mechanical polis 2hing ,CM P )是目前半导体基片加工的主要方法,加工过程中的材料去除是化学作用和机械作用相互协调的结果[1Ο2]。
二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究共3篇
二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究共3篇二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究1近年来，随着集成电路制造工艺的不断更新和进步，半导体器件的晶体管结构也越来越小。
而半导体器件的微小化制造过程中，化学机械抛光（CMP）是非常重要的一步。
二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究是当下半导体制造行业中的热点研究方向。
CMP技术是一种同时利用机械力和化学力来进行抛光的技术。
通过把抛光颗粒和化学修饰剂组成的混合物与待加工表面接触并施加力量进行抛光，达到目标表面粗糙度的一种方法。
而对于CMP材料，二氧化硅是目前应用最广泛的介质层材料之一。
因此，研究二氧化硅介质层CMP抛光液的性能表现非常重要。
二氧化硅介质层CMP抛光液应具有良好的功能性能、稳定性能和可加工性能。
在功能性能上，要求其能够快速且高效地去除待加工表面多余杂质和提高表面光洁度。
在稳定性能上，抛光液的稳定性也是十分重要的，因为一个稳定性不好的CMP抛光液会导致加工制程中的微小变化引起抛光液的失效，从而降低抛光的精度。
在可加工性能上，抛光液不能对待加工表面材料产生损害。
当前，对于CMP抛光液的研究工作主要围绕在抛光液组成、抛光液的性质和性能等方面。
其中，抛光液的成分是最为关键的研究方向之一。
通过调整抛光液的pH值、添加物质成分比例，可以改变抛光液的化学性质，从而实现不同硅基材料之间的较好加工性能和选择性。
此外，抛光液的溶解度和稳定性以及抛光剂润湿表面的能力等也是关键的性能因素。
而针对抛光液的研究中，为了实现对二氧化硅CMP抛光液实现更好的研制和性能分析，最近研究人员从液态数值模拟出发，分析了二氧化硅CMP抛光液中影响抛光效率的因素，并利用原子力显微镜、X射线衍射等实验技术进行了研究，确定了二氧化硅CMP抛光液的组成、化学性质和抛光效率等因素。
从实验结果来看，通过调整抛光液的pH值、添加剂成分比例和平衡浓度等因素能够改变CMP时加工效率和选择性，抛光液的pH值越大，CMP的抛光效率也就越高。
化学机械抛光液体脱附工艺中的流动特性研究
化学机械抛光液体脱附工艺中的流动特性研究化学机械抛光（CMP）是半导体芯片制造过程中的一项重要工艺，通过使用化学物质和机械力来平坦化表面，以提高芯片的性能和可靠性。
在CMP过程中，液体脱附工艺对于获得高质量的抛光结果至关重要。
本文将探讨化学机械抛光液体脱附工艺中的流动特性以及其对抛光效果的影响。
化学机械抛光液体脱附工艺中的流动特性对于实现均匀、稳定的抛光效果至关重要。
流动特性包括液体的流速、流量分布和流场的稳定性等。
首先，我们需要确保液体具有足够的流速，以将抛光过程中产生的研磨颗粒和化学物质残留物有效地带走。
一般来说，较高的流速可以防止颗粒重新沉积在被抛光表面上，同时还能提供足够的搅动力来均匀分布液体。
然而，流速过高可能会导致流动速度不均匀，产生局部过度抛光的现象。
因此，在设置液体脱附工艺时，需要在实验室中测试不同流速下的抛光效果，以找到最佳的工艺参数。
而流量分布是影响化学机械抛光效果的关键因素之一。
不合理的流量分布会导致某些部分过度抛光，而其他部分则可能出现不均匀的抛光问题。
为了获得均匀的流量分布，我们可以通过优化流道设计、设置流道隔板等方法来调整流量的分布。
此外，使用流量监测仪器可以实时监测流量，及时调整流量分布，从而获得更加均匀的抛光效果。
流场的稳定性也是影响液体脱附工艺的重要因素。
在周期性的CMP过程中，液体的流动应该是持续而稳定的，以确保抛光效果的一致性和稳定性。
任何液体流动的剧烈变化或突然停止都会导致局部抛光效果不稳定，甚至产生表面缺陷。
因此，为了获得稳定的流动特性，我们需注意液体的供应和排出系统的设计。
定期清洁和维护设备以及监测液体的生命周期和质量也是确保流动稳定性的重要方法。
此外，在化学机械抛光液体脱附工艺研究中，还需要考虑液体的粘度和浓度对流动特性和抛光效果的影响。
一般来说，较低的液体粘度有助于流体的流动性和扩散性，而适当的浓度可以增加化学反应的活性和均匀性。
通过调整液体的粘度和浓度，我们可以在一定程度上改变流动特性，进而优化抛光效果。
CMP加工过程中抛光速度对液膜厚度的影响分析
万方数据
［新设备·新材料·新方法】
郁炜，等ＣＭＰ加工过程中抛光速度对液膜厚度的影响分析
·９９·
荧光图像进行分析处理可得到如图６所示抛光转速与 液膜平均厚度的关系。
ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）
０ 引言 随着半导体工业的飞速发展，集成电路（Ｉｃ）电路
的设计线宽进一步的缩小，硅片作为ＩＣ芯片的基础材 料，其表面粗糙度和表面平整度成为影响集成电路刻 蚀线宽的重要因素之一。化学机械抛光（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅ－ ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ），简称ＣＭＰ，是目前能提供超大规模 集成电路（ＶＬＳＩ）制造过程中全面平面化的超精密技 术。用这种方法可以真正使整个硅晶片表面平坦化，
收稿日期：２００８．０７－２１ 基金项目：浙江省自然科学基金（ＹＩＩＭ２４１） 作者简介：郁炜（１９７４一），女，江苏如东人，讲师，博士研究生，主要研究方向为机械电子和电气自动化。
万方数据
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２００８年第６期
工过程中晶片下抛光液的流动特性的研究，讨论抛光 转速和抛光载荷对晶片下抛光液液体薄膜的厚度的影 响。由于抛光垫和晶片表面并不是绝对光滑，所以研 究抛光液液膜的平均厚度将会比较有代表性。 １ 激光诱导荧光技术（ＬＩＦ）
由于化学机械抛光过程中晶片与抛光垫紧压在一 起，其间的抛光液液膜厚度只有数十Ｉｚｍ，用接触式的 方法很难对液薄厚度进行在线测量，因此本研究采用 激光诱导荧光技术（ＬＩＦ）Ｈ刮对ＣＭＰ过程中试件下方 抛光液的液膜厚度进行观测，从而分析ＣＭＰ过程中输 人参数对抛光液流场分布的影响。
CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用
CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用CMP-化学机械抛光技术它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。
在一定压力及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面151. CMP 技术最广泛的应用是在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光。
而国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35 5m以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。
其中化学机械抛光浆料是关键因素之一。
抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。
此外，抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果.随着半导体行业的发展，2003年，全球CMP抛光浆料市场已发展至4.06亿美元.但国际上CMP抛光浆料的制备基本属于商业机密，不对外公布。
1化学机械抛光作用机制CMP作用机理目前还没有完整的从微观角度的理沦解释。
但从宏观上来说，可以解释如下:将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上，而抛光浆料在晶片与底板之间连续流动。
上下盘高速反向运转，被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离，新抛光浆料补充进来，反应产物随抛光浆料带走。
新裸露的品片平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下，形成超精表面，要获得品质好的抛光片，必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。
如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用，则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹;反之，机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层.为了进一步了解CMP作用的本质，近年来国内外有很多关于CMP作用微观机理的研究.清华人学王亮亮、路新春的研究表明:CMP中主要是低频、大波长的表面起伏被逐渐消除，而小尺度上的粗糙度并未得到显著改善;当颗粒直径在10^-25 nm的范围时，粒径和粗糙度不存在单调的增减关系;桔皮的产生主要是抛光浆料中碱浓度过高所致。
层间介质(ILD)CMP 工艺分析
层间介质（ILD）CMP工艺分析詹阳，周国安，王东辉，杨元元，胡兴臣【摘要】摘要：论述了层间介质（ILD）的类型及其在集成电路设计中的作用。
以典型层间介质SiO2为例，分析其CMP（化学机械平坦化）工艺过程的化学和机械作用机理，并在此基础上阐述影响CMP工艺的各项关键因素。
结合分析得出以SiO2作为层间介质进行CMP的技术要求，工艺流程和设备结构需求。
【期刊名称】电子工业专用设备【年(卷),期】2016(000)006【总页数】5【关键词】层间介质；平整度；抛光垫；修整器介质层是硅器件与金属层之间及金属层与金属层的电绝缘层，也称为层间介质ILD。
CMP工艺中应用最广的ILD层间介质，包括SiO2、BPSG（硼磷硅玻璃）、PSG（磷硅酸盐玻璃）、Polymers（高分子材料）、Si3N4（氮化硅）、Aerogels（气凝胶）及low-k类介质等。
随着多层金属布线层数增加，层间介质层的平坦化已成为IC（集成电路）制程中关键技术之一：淀积在器件或者金属层间的电介质层会随着层数的增加而加剧起伏，当金属互联层数达到3层以上后，光刻已经难以有效进行，而目前随着产品性能的逐渐提高，绝大多数的金属互联层都已经超过3层，此时对电介质的化学机械平坦化是唯一有效的全局平坦化技术，也是0.35 μm技术节点必备的制程。
SiO2是最为常见的层间介质，应用于做绝缘膜或隔离层，其平整度将影响后续金属层的制造，因为淀积的介质层覆盖着前端制造器件，且随着其表面高低而加剧起伏，导致后续制程的光刻难以聚焦，因此会有过多的堆积层需要以CMP 的方式去除，此过程没有明显的停止终点，以去除薄膜的厚度为标准，达到平整度要求即可。
因此对它的研究也成为CMP工艺的重点。
1 二氧化硅抛光结构类型［1］二氧化硅是半导体硅片制造中最先和最广泛使用CMP平坦化工艺，如果不进行CMP，则经过CVD（化学气相淀积）后的表面将会出现严重的起伏，直接导致后续的光刻无法聚焦；而经过CMP之后则形成的芯片图形结构清晰，不仅使得超大规模集成电路（ULSI）的制造成为可能，而且形成的器件的可靠性及良率都得到极大的改善，CMP设备及工艺也得到极大的提升和推广，如图1所示。
研磨抛光液对CMP研磨抛光工艺的影响
研磨抛光液对CMP研磨抛光工艺的影响毕业设计（论文）报告题目研磨抛光液对CMP研磨抛光工艺的影响7>2013年 4 月研磨抛光液对CMP研磨抛光工艺的影响摘要：半导体科学在现代科学技术中占有极其重要的地位。
它广泛应用于国民经济的各个领域中，它的发展推动着人类社会的进步和物质文化生活水平的提高，由其兴起的半导体产业越来越受到各国的重视，自20世纪以来取得了长足的发展。
本文主要采用了文献研究法和调查法，通过查找互联网和书籍文献，及在从事半导体产业的工厂中的实习，获得了大量的资料。
本文主要研究半导体产业的相关知识，说明半导体产业在国内国外目前的发展历史并讨论半导体产业的发展应用。
随着半导体技术愈加精细化，晶圆尺寸由6英寸（150mm），8英寸（200mm），12英寸（300mm），甚至未来的18英寸（450mm）从而越来越大，在半导体领域中化学机械抛光CMP占有着越来越重要的作用，本文在分析CMP工艺的基础上，及初步了解与分析了CMP半导体晶片过程中抛光液的重要作用，总结了抛光液的组成及其化学性能氧化剂、磨料及pH值等和物理性能流速、粘性及温度对抛光效果的影响规律。
本文是在前人研究的基础上，进行深入了解，希望从而对半导体产业向前发展起到一定的积极作用。
关键词：半导体，化学机械抛光，抛光液Grinding and polishing liquid's influence on the CMP polishing processAbstract：Semiconductor science occupies an extremely important position in modern science and technology. It is widely used in various fields of national economy, its development promotes the progress of human society and the improvement of material and cultural life, by the rise of the semiconductor industry is more and more brought to the attention of the countries, since the 20th century has been a rapid development. This paper mainly adopts literature research and survey method, literature through search the Internet and books, and practice in factory is engaged in the semiconductor industry, won a huge mass of data. In this paper, we study relevant knowledge of the semiconductor industry, the development history of semiconductor industry at home and abroad at present and discuss the development and application of semiconductorindustry. With increasingly sophisticated semiconductor technology, Wafer size from 6 inches 150 mm, 8 inches 200 mm, 12 inches 300 mm, and even the future of 18 inches 450 mm and so more and more big ，in the field of the semiconductor chemical mechanical polishing CMP plays a more important role in the future, in this paper, based on the analysis of the CMP process, and preliminary understanding and analysis of the CMP polishing fluid is important role in the process of semiconductor chips, summarized the composition and chemical properties of the polishing fluid oxidant, abrasive and pH value, etc. and physical properties velocity, viscosity, and temperature on the polishing effect. This article is on the basis of predecessors' research, in-depth understanding, I hope it play a positive role to the semiconductor industry development.Keywords: semiconductor, chemical mechanical polishing, polishing liquid目录前言 1第一章半导体技术的简介 31.1半导体的概述 31.1.1 半导体的概述 31.1.2 半导体的制作流程 41.2半导体产业的发展现状7第二章半导体化学机械抛光CMP 102.1半导体CMP的发展历史102.2半导体CMP工艺技术112.3半导体CMP 优点与缺点132.3.1 半导体CMP 优点132.3.2 半导体CMP的缺点14第三章研磨抛光液对抛光效果的影响153.1半导体CMP抛光液的介绍153.2研磨抛光液对抛光效果的影响173.2.1抛光液的化学性能及对抛光效果的影响173.3.2抛光液的物理性能及对抛光效果的影响19总结与体会22致谢23参考文献24前言自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。
晶圆研磨抛光应力
晶圆研磨抛光应力晶圆研磨抛光是半导体制造中的关键工艺之一，用于制备高质量的晶圆表面。
然而，这个过程中存在着应力的问题，这些应力会对晶圆的物理性质和器件性能产生重要影响。
在晶圆研磨抛光过程中，应力主要来自于机械研磨和化学机械抛光（CMP）两个方面。
机械研磨时，由于研磨头与晶圆表面的接触，会产生剪切力和压力，导致表面产生塑性变形和残余应力。
CMP过程中，化学溶液和研磨液的流动以及磨料的作用，也会对晶圆表面施加力，并产生应力。
晶圆的材料特性和加工条件会对研磨抛光应力产生影响。
首先，晶圆的晶格结构和晶向会影响晶圆的力学性能和应力分布。
单晶硅晶圆具有各向同性，而多晶硅晶圆由于晶粒之间的界面会引起晶粒间应力。
其次，研磨抛光的加工条件，如研磨头的硬度、压力、研磨液的流速和浓度，都会对应力产生影响。
研磨抛光应力的存在对晶圆的性能和品质有着重要的影响。
首先，应力会导致晶圆表面的塑性变形和残余应力。
这些变形和应力会使晶圆表面的平整度和粗糙度发生变化，影响晶圆的光学性能和表面质量。
其次，应力还会影响晶圆的电学性能。
晶圆上的器件结构和电子元件对应力非常敏感，应力的存在会导致器件参数的漂移和性能的下降。
因此，在晶圆制备的过程中需要控制和减小应力的产生，以保证晶圆的性能和品质。
为了减小晶圆研磨抛光应力，可以采取以下措施。
首先，选择合适的研磨抛光参数，如研磨头的硬度和形状、研磨液的流速和浓度等，合理调整这些参数可以减小应力的产生。
其次，可以采用多步骤的研磨抛光工艺，通过多次研磨和抛光的交替进行，逐步减小应力。
此外，还可以采用局部加热的方法，在研磨抛光过程中对晶圆进行加热，以改变晶圆的物理性质和减小应力。
晶圆研磨抛光应力是半导体制造中需要重视和解决的问题。
合理选择加工条件、采用多步骤工艺和局部加热等措施，可以减小应力的产生，提高晶圆的质量和性能。
在实际生产中，需要综合考虑晶圆材料特性和加工条件，并通过不断优化工艺，以降低研磨抛光应力的影响。
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膜比凹面晶片的液膜约厚１０岬。这是因为加工时抛
Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ［Ｊ】．ｊ
口ｅｃｔｌ＇ｏｃｈｃｍ Ｓｏｃ．１９９９，１４６（４）：ｔ５２３．１５２８．
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光垫的形状也随着晶片形状的变化。不断增加的晶片 加载压力将晶片压向抛光垫，抛光垫与晶片间产生更 多的局部微观接触，减少液膜的液压。因此，在晶片和 抛光垫之间的液膜厚度也随之减少。
２．０ ２．５ ３．Ｏ ３＋５ ４＋Ｏ ４．５ ５．Ｏ ５．５ ６．０ 加工戟荷／ｋＰ且 （由凸晶片
２·０ ２·５ ３－０ ３－５ ４＋Ｏ ４·５ ５·０ ５·５ ６·Ｏ 加工载荷／ｋｅａ （ｂ）凹晶片
图４抛光液液膜厚度与加工载荷的关系‘ 在图４中，在加工载荷增加到６ ｋＰａ时摩擦系数 减少，在加工载荷减少到２ ｋＰａ时摩擦系数持续减少。
在抛光过程中晶片不断的从凹面变化到凸面时润滑方
式也跟着变化。正如之前所提到的，凸面晶片比凹面
晶片有更多的液压润滑。随着实验中液压平面化后。
液压润滑增加，摩擦系数减少，抛光液液膜厚度增加。
摘 要：化学机械抛光过程中抛光泣的流动特性取丧于被抛光晶片的形状和抛光参敏。采用ＬＩＦ技术来实验研究晶片
形状殛抛光参数对抛光液液膜厚度的影响。研究表明。凸面晶片与抛光垫摩攘过程中．抛光液膜厚度随着抛光盘转速的
增加而增加．随着下压力的增加而减少。而凹面晶片的抛光液膜厚度随着转速的增加而减少．随着加工载荷的增加也减
为５０岬。这表明，凸面晶片与抛光垫同的液膜在更
高转速时会趋于增加。
＿吐、制硅瑙铎
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抛光盘转速／（ｒ·ｍｉｎｌ） ‘ａ）凸晶片
固ｔ ＬＩＦ光测妾验装置原理图 ２实验过程与实验结果
实验的加工平台选用Ｎａｎｏｐｏｌｉ·１００超精密平面抛 光机。激发荧光光源选用Ａ－２３７氩离子激光器。其主 要波段为４８８ ｎｒ［１（蓝光），输出功率为１．５ ｗ和５１４
影响。因此通过对抛光液液膜厚度变化的成因分析，
可进一步实现化学机械抛光加工过程的可控，以获得
更佳的抛光效果。
参考文献：
［１］ 吕迅，盎橱福，鲁瑶遮．压电陶瓷超尊韫电极的高平面度加工研究 ［Ｊ】．轻工机械，２００７．２５（１）：１１０．１１２．
ｎ 吕迅，盎橱福，厉治＋基于田口试骚法的鼠自转研磨盘摩球工艺的
ｎｍ（绿光），输出功率为２ Ｗ。ＣＣＤ采用８ ｂｔ（ＲＳ－１７０） 的数字摄像机，对光强度的线性感应在０．１％。得到 的荧光图像通过ＬＡＢＶＩＥＷ程序语言［对其进行图像 处理，从而得到抛光液液膜的厚度。由于使用光学技 术来测量晶片下的抛光液的流动，因此使用透明的玻 璃晶片作为加工工件。玻璃晶片直径为７０ ｍｍ，凸、凹
万方数据
Ｅ ４
、 恺 卧 《 崔
抛光盘转速／（ｒ·ｒａｉｎ－‘） （ｂ）凹晶片
图３抛光液液膜厚度与抛光盘转速的关系
［新设鲁－新材料－新方浩】
郁炜，等ＣＭＰ加工过程中晶片形状对抛光波流动特性的静响
·９５·
凹面晶片的液膜厚度则与凸面晶片不同。从图３ （ｂ）中可知，当抛光盘转速增加时。液膜厚度减少。在 抛光垫的转速为３０ ｒ／ｒａｉｎ时，浆液薄膜厚度为５０ ｔｔｍ。 当抛光垫的转速增加到９０ ｒ／ｒａｉｎ时，浆液厚度减少约 １５ ｔｌｚｎ。凸面晶片和凹面晶片的抛光液液厚度变化趋 势正好相反。在抛光盘转速增加时．凹面晶片趋向于 抛光液液膜进一步变薄，导致工件与抛光垫之间部分 或完全边界润滑，增加２者问的摩擦力。
ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｏｔ￡ｓｈｉ＝ｇ ｌｏａｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｌ＂ｏ．ｒｅ ｗａｆｅｒ，ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ Ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ
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ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ啪ｌａｒｇｅｌｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ｄｕｒｉｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｅｈａｎｉｅａｌ
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优化［Ｊ】．轻工机槭，２００８，２６（３）：８２－８５．
口
ＳＴＡＶＩｔＥＶＡ Ｚ，ＺＥｌＤＬＥ Ｄ，ＰＬＯＴＮＥＲ Ｍ，ｅｔ ｄ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ
ｃｈｅｍｌｅ．ａｔ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ：Ｃｏｍｐａｒｉｅｏ，“一ｉ曲ｉｎｇ ｐａｄｓ［Ｊ】．Ａｐｐｅｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９７，１０６（２）：３９４４． ¨ １Ｊ，●＿１Ｊ ＴＩＣＨＹ Ｊ．ＬＥＶＥＲＴ Ｊ Ａ．ｓＨＡＮ Ｌ，ｅｔ出．Ｃｏｎｔａｃｔ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ
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然而，凹面晶片在加载和减载时的抛光液液膜厚度差
别较大。在图像４（ｂ）中，加工载荷从６ ｋＰａ减少到２
ｋＰａ时，浆液厚度增加到５０岬．比初始２ ｋＰａ时的液
膜厚度减少７ ｔｔｒｎ。这可能是因为抛光垫的柔性滞后
造成２者不一致。
３结论
在ＣＭＰ过程中，晶片形状对抛光液流动特性有很
大的影响。研究表明，相比起凹面晶片而言．凸面晶片
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）；ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ＬＩＦ
Ｏ 引言 随着晶圆的尺寸向３００ ｌｎｉｎ发展，晶圆表面的局
部和全局平面化要求对其超精密加工是＿个巨大的挑 战。化学机械抛光（ＣＭＰ）是可使加工晶片达到局部 和全局的平面化．因此广泛应用于晶片的最后的超精 密加工工序。虽然化学机械抛光得到广泛的应用，但 目前其加工过程中对晶片的加工机理尚不清楚，而加 工机理是对于优化ＣＭＰ加工工艺极为关键的。目前
国内外的研究表明晶片和抛光垫间的抛光液的流动特 性（液体薄膜厚度、液体薄膜压力分布、抛光液流动方 向、抛光液流动速度等）对抛光结果的影响非常显著， 而加工时晶片和抛光垫间的虽小液膜厚度是判断晶片 和抛光垫是否直接接触的重要依据．不同的抛光液液 膜厚度对应着晶片与抛光垫之间不同的接触状况．导 致其作用机理也不相同。因此在探究ＣＭＰ的机理，就 必须对ＣＭＰ加工过程中抛光液的液膜厚度、液膜压力
更易于形成一个抛光液流动层。当相应的晶片抛光垫
速度增加，凸面晶片下的抛光液薄膜厚度会变大，然而
当凹面晶片抛光垫转速增加，抛光液薄膜厚度反而变
小，从而增加了晶片与抛光垫之间的微观接触。当凹
面晶片的加工载荷增大时，其下的液膜厚度也减小，但
比凸面晶片形成抛光液膜厚度要薄。因此晶片形状对
存在于晶片和抛光垫中间的抛光液液膜厚度有重大的
收稿日期：２００８－０７—１２ 基金项目：浙江省自然科学基金（Ｙ１０４２４１） 作者简介：郁炜（１９７４一），女．江苏如东人，讲师，博士研究生，主要研究方向为机械电子和电气自动化。
万方数据
·９４·
轻工机摊丘曲ｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｍａｅｈｉｎｏ＇ｙ
２００８年第５期
分布等一系列的中间变量进行深入的研究¨剖。在抛 光过程中的晶片与抛光垫之间的摩擦去除则取决于抛 光液液膜厚度。因此，抛光液的液膜厚度与抛光效果 紧密相关。晶片下抛光液的液薄膜厚度很大程度上取 决于抛光液膜的液压和抛光垫与加工晶片微观接触压 力。有研究者发现在抛光过程中抛光垫与不同形状晶 片之问会产生不同的液膜液压¨ｊ。Ｃｏｏｋ，Ｓｕ也都提的来说对抛光液液膜影响因素的研究仍较少，需 要进一步地研究验证。本文利用激光诱导荧光技术 （ＬＩＦ）来研究晶片形状在抛光过程中对抛光液液膜厚 度的影响。并研究抛光液液膜厚度与晶片形状及抛光 参数（抛光速度和加工载荷）之间的关系。 １ 激光诱导荧光技术（ＬＩＦ）