化学机械抛光的理论模型研究综述

化学机械抛光的理论模型研究综述*

黄传锦

周海

陈西府

（盐城工学院机械工程学院，盐城224051）

Study the chemical mechanical polishing on sapphire substrate

HUANG Chuan-jin ，ZHOU Hai ，CHEN Xi-fu

（Yancheng Institute of Technology ，Yancheng 224051，China ）

文章编号：1001-3997（2010）11-0256-02

＊来稿日期：2010-01-11

＊基金项目：江苏省自然科学基础研究项目（BK2008197），江苏省科技厅科技攻关项目（BE2007077），盐城工学院应用基础研究项目：LED 衬底基片无损伤表面加工技术研究

1序言

随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级[1]。传统的平面化技术，如选择淀积、旋转玻璃法等，仅仅能够局部平面化技术，但是对于微小尺寸特征的电子器件，必须进行全局平面化以满足上述要求。90年代兴起的新型化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足了硅片图形加工的要求，是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。

CMP 技术的目的是消除芯片表面的高点及波浪形，达到高级别的平整度。

它的基本原理是将硅片放置于有抛光液的环境下相对于一个抛光垫旋转，并施加一定的压力借助机械磨削及化学腐蚀作用来完成抛光，如图1所示。

夹持头背膜硅片抛光垫工作台

抛光液输送装置

抛光液

图1化学机械抛光原理图

主要希望是通过归纳数值模拟CMP 过程所取得的相关成

果，得到关于抛光垫、抛光液对整个抛光性能的影响结论，进而能够经由理论上的总结为以后的实际运用打下理论基础。

2CMP 技术中的抛光垫

2.1抛光垫

抛光垫在CMP 过程中扮演很重要的角色，是标准耗材之一。

抛光垫的主要成分为聚氨酯树脂，主要功能为：（1）存储抛光液，输送抛光液至工作区域，使抛光均匀进行，（2）将抛光过程中产生的副产品（抛光碎屑等）去除，（3）维持一定的抛光液涵养量，一方面形成一定的膜厚，以能够影响抛光速率，另一方面使得机械和化学反应充分进行。抛光垫在使用后出现“釉化”现象，使抛光速率下降，因此其需要定期维护，以保证其抛光速率和保证抛光表面质量，延长使用寿命。抛光垫的硬度对抛光均匀性有着明显的影响，通常分两类：软的和硬的。硬的抛光垫利于平整性，而软的抛光垫则有利于形成更好甚至无缺陷的表面。此外为满足刚性及弹性的

双重要求，可在抛光垫下垫层弹性膜，组合使用软、硬垫。抛光垫在抛光过程中能够直接影响到抛光品质，即抛光垫的相关物理特性变化将直接体现在晶片之上，所以有必要在研究抛光机理和建立数学模型过程中考虑到抛光垫的特性，如多孔

性、粗糙度、压缩性等。

2.2CMP 的理论模型

下面从考虑抛光垫特性的角度出发，介绍部分已建立的关于CMP 技术的理论模型，分析它们的各自的特点。

CMP 过程较复杂，其主要的特征为材料去除率（MRR ），最初的关于MRR 的理论模型是依据工艺过程获得的经验值而建立的，为Preston 提出的Preston 方程:MRR=KPV

式中：P —施加的压力；V —抛光盘的相对速度；K —Preston 常数，影

响其因素很多，包括抛光垫、抛光液的化学物理性质等方面。因模型中K 常数是经验值，使得抛光液、抛光垫的相关特性无法明确体现，所以在CMP 过程中抛光机理依旧模糊。Yu [2]建立一个模型给出了抛光速率与抛光垫粗糙度的关系。

中图分类号：TH16

文献标识码：A

【摘要】化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing ，CMP ）是当今唯一能够提供全局平面化的

技术，其抛光机理的研究是当前的热点。综述了考虑抛光液和抛光垫特性的抛光机理模型，分析了各模型

的相关特点，最后对CMP 模型的发展和研究方向提出展望。

关键词：化学机械抛光；平坦化；抛光率；抛光垫

【Abstract 】Chemical-mechanical polishing （Chemical Mechanical Polishing ，CMP ）is currently only able

to provide the global planarization technology ，its mechanism of polishing is currently the most popular.A

survey of some models was given which consider the polishing properties of polishing liquid and polishing pads ，

and the relevant characteristics of each model was analyzed ，at last the development and research directions of the CMP model was prospected.Key words ：Chemical mechanical polishing ；Planarization ；Material removal mechanism ；Polishing Pad

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Machinery Design ＆Manufacture

机械设计与制造

第11期2010年11月

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