CMP过程中抛光盘作用外力的影响因素分析

根据芯片/磨粒/抛光盘三体接触当量梁的弯曲假设,建立了更加准确合理的抛光盘作用在磨粒上的外力的理论模型,并通过实例对前人的模型和新模型进行对比.最后借用已有分子动力学模拟结果对理论模型进行验证.结果表明作用在单个磨粒上的外力与磨粒的直径、磨粒的浓度、抛光盘的弹性模量有关,理论计算值与分子动力学模拟结果基本一致.     

CMP过程芯片表面氧化膜生成速度影响因素的分析

根据理论和试验分析,将机械化学抛光(CMP)过程分成两个阶段:化学作用主导阶段和机械作用主导阶段,并从机械作用角度导出CMP过程两个阶段芯片表面材料去除率的数学模型,模型全面地考虑了抛光盘特性参数(弹性模量、硬度、表面粗糙度峰的尺寸分布)、CMP工作参数(压力和抛光速度)、抛光液中磨粒的机械作用和氧化剂种类、氧化剂浓度等化学作用的影响。然后根据这两个阶段的平衡点导出定量描述芯片表面氧化膜生成速度的数学模型。详细分析机械作用因素(磨粒的浓度、磨粒的粒度分布特性)、化学作用因素(抛光液中氧化剂种类、浓度)以及磨粒/芯片/抛光盘的材料特性参数对芯片表面氧化膜生成速度的影响规律。该CMP过程芯片表面氧化膜生成速度定量模型的导出,对进一步深入研究CMP材料去除机理和更加准确地控制CMP过程,具有一定的指导作用。     

CMP材料去除机制的研究进展

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,其材料去除机制及理论模型的研究已经成为当前CMP研究的热点.综述基于流体润滑、磨粒磨损、化学作用、原子/分子去除等不同机制的集成电路芯片化学机械抛光(CMP)材料去除率的理论模型的研究现状和进展,分析和比较基于不同假设的理论模型,展望CMP材料去除机制研究的未来发展方向.CMP理论真正应用于实际生产指导,许多影响因素的定量研究还要细化,抛光盘的黏弹性和抛光液的流体动力学性能对CMP过程的影响还需深入研究.     

润滑油磨粒浓度的时序分析与在线建模

润滑油中的磨粒通过其浓度,尺寸,形状等特征反映出丰富的来自相对运动表面的摩擦学信息。因而,磨粒分析一直是人们进行机器工况监测和故障诊断的一个重要领域,其中,润滑油中磨粒的浓度作为机器磨损状态最为敏感的因子而成为在线铁谱仪进     

磨粒三维表面形貌的研究分析

磨粒三维表面形貌分析是针对磨粒二维分析技术的不足而提出的磨粒分析方法。分析了目前磨粒三维表面形貌获取技术特点和实用性,探讨了近年来磨粒表面形貌三维表征描述中采用的几种方法——灰度共生矩阵、分形维数法、方向测度法,并通过分析表明,方向测度法是一个比较好的磨粒表面形貌三维特征分析方法。     

二氧化硅磨粒烧结过程仿真分析

采用分子动力学仿真软件LAMMPS,在微观层面对球形纳米二氧化硅磨粒烧结过程进行仿真,分析烧结颈、晶体结构、二面角的变化规律。仿真结果表明,二氧化硅磨粒粒径越大,升温速率越低,最终形成的烧结颈宽度越大。原子径向分布函数表明,二氧化硅磨粒烧结过程伴随着二氧化硅磨粒致密化的进行。通过对二面角测量,利用晶界能与表面能的比值对烧结难易程度进行分析,发现整体而言低升温速率更有利于二氧化硅磨粒烧结。     

金刚石磨具表面磨粒分布形态的定量评价

为了定量评价磨粒在磨具表面的分布形态,采用静态磨刃密度Cs与磨粒分布均匀性CV两个评价指标来描述磨粒在磨具表面的分布信息。针对金刚石磨具的SEM图,对图片进行二值化处理及磨粒质点化,通过对质点的统计获得静态磨粒密度Cs,另一方面,采用泰森多边形法,获取各质点所占据的面积,利用γ分布的变异系数来评价磨粒的分布均匀性CV。利用所提出的两项指标,评价了同一磨具表面及不同磨粒排布磨具表面的磨粒分布形态,结果表明所提出的指标能较好地用于磨粒分布形态的评价。     

抗磨粒集装机械密封的研制

分析了固体颗粒对机械密封的危害,介绍了抗磨粒集装机械密封的工况条件、结构特点以及工业运行的试验结果。     

磨粒磨损的模型化分析

磨粒磨损作为磨损的主要类型之一,影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制,用球形、圆锥形和圆台形磨粒模型分析其磨粒磨损的磨损率和摩擦因数,考虑磨粒数量与磨粒尺寸间的指数关系,分析磨损率随磨粒数量和磨粒尺寸的变化,计算平均摩擦因数随磨粒数量及其参数的变化。研究结果表明,球形磨粒模型的磨损率随着磨粒的减小和磨粒数量的增加而减小,其摩擦因数随着磨粒数量的增多而增大;圆锥形磨粒模型的磨损率随着磨粒的增大与数量的增多而增大,其摩擦因数随着倾斜角的增大而增大;圆台形磨粒模型的磨损率变化趋势与球形磨粒一致,但其摩擦因数变化的趋势与球形磨粒相反。     

基于磨粒表面信息的磨损表面特征评估

建立了基于磨粒表面信息的磨损表面评估方法。首先选择合理的磨粒和磨损表面特征参数，通过识别磨粒类型，获得磨损过程中具有典型性和代表性的磨粒类型，然后选取这些具有代表性的磨粒类型，得到磨粒的表面特征向量，进而来研究磨损表面和磨粒表面的映射关系，实现基于磨粒表面信息的磨损表面特征评估。实例表明，根据磨粒表面特征评估磨损表面特征是可行的。     

用于超精密硅晶片表面的化学机械抛光(CMP)技术研究

化学机械抛光(CMP)技术作为目前唯一的可以提供在整个圆硅晶片上全面平坦化的工艺技术,已被越来越广泛地应用到了半导体领域。重点叙述了CMP技术背景、设备、抛光原理、发展现状、存在的问题以及未来的发展趋势。     

硅片化学机械抛光时运动形式对片内非均匀性的影响分析

分析了目前几种常见的化学机械抛光机中抛光头与抛光垫的运动关系，针对不同的硅片运动形式，计算了磨粒在硅片表面的运动轨迹；通过对磨粒在硅片表面上的运动轨迹分布的统计分析，得出了硅片在不同运动形式下的片内材料去除非均匀性。从硅片表面材料去除非均匀性方面，对几种抛光机的运动形式进行了比较，结果表明，抛光头摆动式抛光机所产生的硅片内非均匀性最小。该研究为化学机械抛光机床的设计和使用中选择和优化运动参数提供了理论依据。     

精细雾化抛光TC4钛合金抛光液优化研究*

配制适用于TC4钛合金雾化施液抛光的特种抛光液,通过抛光实验获得纳米级的光滑钛合金表面。研究不同磨料、氧化剂和络合剂含量对钛合金材料去除率和表面粗糙度的影响,通过正交试验优化抛光液组成及配比。优化后的抛光液由质量分数20%的SiO2磨料、0.1%的柠檬酸、1%的聚乙二醇-400、2%的H2O2组成,pH值为4。抛光试验结果表明,优化后抛光液的抛光效果较好,材料去除率及试件表面质量均有所提升,其中材料去除率为549.87nm/min,表面粗糙度为0.678 nm。XPS分析表明,抛光过程中钛合金表层在酸性环境下与H2O2和柠檬酸反应,生成了易于通过机械作用去除的氧化层。     

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.     

固结磨粒化学机械抛光硅片的不规则表面微小去除量测量

现代加工精度不断提高,常需对材料的微小去除量进行测量。本文针对固结磨粒超精密抛光硅片时,出现不规则加工表面形状的材料去除量测量问题,采用一种常见的表面粗糙度测量仪,在完成硅片表面粗糙度测量的同时,对其表面形貌进行测量。然后用AutoCAD对加工表面的形状图形进行处理,得到抛光截面面积大小,进而通过计算得出材料去除量。实验证明该方法快速准确,较好地解决了实验过程材料微小去除量测量的难点和准确性问题。     

Nano particles’ behavior in non-Newtonian slurry in mechanical process of CMP

Thin fluid film is thought to be formed between the wafer surface and the pad asperity. Hydrodynamic pressure on the surface asperity is periodically generated when particles are passing through it. Fatigue fracture occurs under the effect of periodic pressure, and the fatigue begins from the top to the bottom of the asperity. The removal rate is calculated based on the energy-balance fracture theory. Particle size and its relative velocity are important parameters that affect the polishing effect. Using the multiphase model and the power–law viscosity model of the slurry, particle’s velocity and its distribution in the slurry are numerically calculated. The results indicate that the slurry film thickness needs to be in the same order of the particle size that the particle can generate effective hydrodynamic pressure to remove the asperity materials.     

超细CeO2磨料对硅片的抛光性能研究

用均相沉淀法制备了不同形状和尺寸的CeO2超细粉体，并配制成不同pH值的抛光液对硅片进行化学机械抛光。研究了不同粒径CeO2磨料的抛光效果，结果表明，微米级的CeO2磨料粒径比较大，切削深度比较深，材料的去除是以机械作用为主。随着磨料粒径的减小，切削深度随之减小，材料以塑性流动的方式去除，最终在2μm的范围内得到了微观表面粗糙度Ra=0．120nm的超光滑表面。实验证明，CeO2磨料对硅片具有良好的抛光效果。     

超声波精细雾化抛光石英玻璃的抛光液研制*

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明：各因素对材料去除率的影响程度由大到小分别为SiO2、pH值、络合剂、助溶剂和表面活性剂,对表面粗糙度影响程度的顺序为SiO2、表面活性剂、pH值、助溶剂和络合剂;当磨料SiO2质量分数为19%,络合剂柠檬酸质量分数为1.4%,助溶剂碳酸胍质量分数为0.2%,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.9%,pH值为11时,雾化抛光效果最好,材料去除率为169.5 nm/min,表面粗糙度为0.73 nm;去除过程中石英玻璃在碱性环境下与抛光液发生化学反应,生成低于本体硬度的软质层,易于通过磨粒机械作用去除。使用该抛光液进行传统化学机械抛光和雾化化学机械抛光,比较两者的抛光效果。结果表明：两者抛光效果接近,但超声雾化方式抛光液用量少,仅为传统抛光方式的1/7。     

氧化铝复合磨粒的抛光特性研究

为提高氧化铝磨料分散稳定性,利用接枝聚合对氧化铝粒子进行了表面改性,并研究了改性后氧化铝粒子在数字光盘玻璃基片中的化学机械抛光特性。结果表明,氧化铝复合磨粒的抛光性能与其表面接枝率密切相关。接枝率上升,材料去除速率下降;试验条件下,当接枝率为2.93%时,氧化铝磨粒体现出较高的表面平整性、较低的表面粗糙度及较低的表面损伤。