化学机械抛光

3-3-2，以下是几种常见不同沟槽的抛光垫
A、放射状
B、同心圆状
C、栅格状
D、正对数螺旋状
E、负对数螺旋状
E复合型沟槽的抛光垫 抛光垫沟槽形状对抛光液的运送及均匀分布、化学 反应速率、反应
产物及其浓度，材料去除速率会产生重要影响，是改变抛光垫性能的最
主要途径。所以在cmp中抛光垫沟槽设计是抛光垫设计的一个重要部分
3-2
抛光垫的作用
1 2 3 4
能储存抛光液,并把它输送工件的整个加工区域,使抛光均 匀的进行 从加工表面带走抛光过程中的残留物质 传递和承载加工去除过程中所需的机械载荷 维持加工过程中所需的机械和化学环境
3-3
抛光垫的研究现状
3-3-1 目前主要的研究抛光垫以下3方面： 1、材料种类（软性和硬性的或复合材料的）， 2、材料性质(如硬度,弹性和剪切模量、孔隙的大小和分布、粘弹性 )， 3、表面的结构和状态对抛光性能的影响。 其中通过改变表面结构的沟槽结构是 改变抛光垫性能的最主要途径。
4-2
化学机械抛光的发展趋势
随着集成电路的高密度化、微细化和高速化，CMP在集成电路中的应用，对于 45nm纳米以后的制程，传统的化学机械抛光将达到这种方法所能加工的极限，可 能被淘汰，因此需要在研究传统的CMP理论与技术、提高其加工性能的同时，加 大对新的平坦化方法的研究。
固结磨料CMP技术 无磨粒CMP技术 今后新的平坦化方法 电化学机械平坦化技术 无应力抛光技术 等离子辅助化学蚀刻平坦化技术等
CMP相比其他方式的抛光的优点
1
避免了由单纯机械 抛光造成的表面损
2
避免单纯化学抛光 易造成的抛光速度
伤
慢、表面平整度和
抛光一致性差等缺 点。
图1 典型的化学机械抛光原理示意图
1-2
化学抛光机的基本结构
1.循环泵 2.抛光液 3.过滤磁环
4.抛光机喷嘴
5.工件 6.压力钢柱 7.抛光垫 8.抛光盘 9.回收箱
4 化学机械抛光的发展趋势
4-1
化学机械抛光中存在的基本问题
十余年来，尽管CMP技术发展迅速，但CMP仍然存在很多未解决的题：
1、CMP加工过程的控制仍停留在半经验阶段，难以保证表面的更高精 度和平整度加工要求，
2、CMP工艺的复杂性影响因素的多样性增加了问题的研究难度
3、CMP加工材料去除、抛光缺陷机理、抛光过程中纳米粒子的运动规 律及行为以及CMP工艺方面的实际问题等还没有完全弄清楚。
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逐渐被抛光修平,实现抛光的目的。
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图3 材料去除的过程可以简化图
2 抛光液
2-1
抛光液作用与组成
抛光液是CMP中一个重要的因素，抛光液的质量对抛光速率及抛
光质量有着重要的作用，抛光液主要是对工件有化学腐蚀作用和 机械作用，最终达到对工件的抛光。
基本要求:流动性好、不易沉淀和结块、悬浮性能好、无毒、低残 留、易清洗。
化学机械抛光的研究现状及发展趋势
1、化学机械抛光的基本原理及机理
2、抛光液
3、抛光垫
4、化学机械抛光的发展趋势
1 化学机械抛光的基本原理及机理
1-1
化学机械抛光的基本原理
化学机械抛光----CMP(Chemical Mechanical Polishing)。
CMP 是化学的和机械的综合作用,在一定压力及抛光浆料存在下, 在抛光液中的腐蚀介质作用下工件表面形成一层软化层，抛光液 中的磨粒对工件上的软化层进行磨削， 因而在被研磨的工件表面 形成光洁表面。
磨料
抛光液
分散剂
氧化剂
2-3
பைடு நூலகம்
抛光液的研究趋势 1 2 3 4
CMP机理还有待进一步研究 如何避免碱金属离子的沾污 如何保持抛光浆液的稳定性 化学机械抛光的抛光液的开发
3 抛光垫
3-1
抛光垫简介
抛光垫有软性和硬性的,常见的软性抛光垫有：无纺布抛光垫、带绒毛结构的 无纺布抛光垫，硬性的抛光垫有：聚氨酯抛光垫酯。 根据工件-抛光垫之间抛光液膜厚度的不同，在抛光中可能存在三种界面接 触形式： 1，当抛光压力较高，相对运动速度较小时表现为直接接触； 2，当抛光压力较低，相对运动速度较大时抛光界面的 3，表现为非接触；介于二者之间时为半接触
2-2
抛光液 的组成及其作用
抛光液的主要组成成分及作用如下图所示： 腐蚀介质 对材料表面膜的形成，材料的去除 率、抛光液的粘性有影响 借助机械力，将材料表面经化学反 应后的钝化膜去除，让表面平整化 防止抛光液中的磨料发生聚集现象， 保证抛光液的稳定性，减少加工表 面缺陷 加快加工表面形成软而脆的氧化膜， 提高抛光效率和表面平整度
图2 化学机械抛光机结构简图
lO.磁环
1-3
化学机械抛光材料去除机理
通过实验研究，CMP的机理可以分为在材料的去除过程中 是抛光液中化学反应和机械作用的综合结果。如图 3
抛光液中的腐蚀介质与被抛光表面材料发生了化学反
应,生成很薄的剪切强度很低的化学反应膜,反应膜在
磨粒磨削作用下被去处,从而露出新的表面,接着又继 续反应生成新的反应膜,如此周而复始的进行,使表面