微电子制造用固结磨料抛光垫的制备探索研究

论文摘要

集成电路（IC）所用材料主要有硅、锗和砷化镓等,但目前单晶硅的使用占据全球IC生产的90%以上。硅材料是典型的脆性难加工材料,随着IC技术向着大尺寸、细刻线宽度方向发展,对硅片表面加工提出了越来越高的要求。基于这一背景,开展了固结磨料抛光垫的制备以及抛光工艺等方面的探索研究。本文的主要工作和取得的成果如下:1.分析了可用于固结磨料抛光垫的磨粒,应用红外光谱（FT-IR）和光电子能谱（XPS）分析了改性前后的二氧化铈、三氧化二铝和金刚石磨粒表面特性;采用“超声波+分散剂”的方法对磨粒进行表面改性处理,并进行沉降实验,确定合适的分散工艺。2.利用紫外光固化技术制备固结磨料抛光垫基体。通过正交实验,研究和探索基体硬度、溶胀性以及自修正功能与光固化组分之间的关系,为固结磨料抛光垫性能优化提供基础。研究表明:抛光垫基体硬度随PEGDA、EO15-TMPTA含量的增加而增大;抛光垫基体的溶胀度随EO15-TMPTA、PEG600含量的增加而变大。基体中EO15-TMAPTA量的增加能使得基体在溶胀后更加容易被去除。各因素对基体溶胀度的影响程度从大到小依次为PEGDA、EO15-TMPTA、PEG600和Irgacure184;对基体干态硬度的影响程度从大到小依次为PEGDA、EO15-TMPTA、PEG600和Irgacure184;对基体湿态硬度的影响程度从大到小依次为PEGDA、Irgacure 184和EO15-TMPTA。3.提出了固结磨料抛光垫的几种表面结构,及相应的模具制作,采用丝网印刷的方法制作抛光垫表面的立体凸起结构;确定丝网印刷三大参数:网版、网距和刮板的种类。4.实验室中制备了一个完整的固结磨料抛光垫样品,配置相应的抛光液,在高速研磨抛光机上进行了抛光试验探索。采用三维形貌仪ADE比较了经游离磨料和固结磨料抛光的硅片表面形貌;结果表明,在639um×859um的扫描范围内,经固结磨料抛光后的硅片粗糙度Sa为0.856nm,而游离磨料抛光后的硅片为1.70nm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 化学机械抛光概述
• 1.2.1 CMP 技术原理
• 1.2.2 CMP 技术特点
• 1.3 抛光垫概述
• 1.4 固结磨料抛光垫概述
• 1.5 课题的提出与主要研究内容
• 第二章 固结磨料抛光垫的磨粒
• 2.1 磨粒种类及应用
• 2.1.1 二氧化硅磨料
• 2）磨料'>2.1.2 氧化铈（CeO₂）磨料
• 2O₃）磨料'>2.1.3 氧化铝（Al₂O₃）磨料
• 2.1.4 金刚石磨料
• 2.2 磨粒的红外光谱分析
• 2.2.1 不同种类磨粒的红外光谱分析
• 2.2.1.1 二氧化铈的红外谱分析
• 2.2.1.2 三氧化二铝的红外谱分析
• 2.2.2 改性工艺对磨粒红外光谱的影响
• 2.2.2.1 部分氧化对磨粒红外光谱的影响
• 2.2.2.2 爆轰黑灰与灰粉的红外光谱对比
• 2.2.2.3 不同种类纳米金刚石灰粉的FT-IR 对比分析
• 2.2.2.4 表面改性对其红外光谱的影响
• 2.3 表面活性剂和沉降实验
• 2.3.1 表面活性剂的分类
• 2.3.2 表面活性剂的选择
• 2.3.3 超细粉体的分散与表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 固结磨料抛光垫的基体
• 3.1 游离磨料和固结磨料抛光垫的基体
• 3.1.1 游离磨料抛光垫基体特性
• 3.1.2 固结磨料抛光垫基体特性
• 3.1.2.1 固结磨料抛光垫基体的溶胀性
• 3.1.2.2 固结磨料抛光垫基体的硬度
• 3.2 UV 技术制备固结磨料抛光垫基体
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 光固化机理
• 3.2.3 基体中的光固化组分
• 3.3 基体硬度的探索研究
• 3.4 基体溶胀性的探索研究
• 3.5 基体的自修正机理
• 3.5.1 引言
• 3.5.2 铅笔硬度与基体磨损
• 3.5.3 湿态铅笔硬度实验
• 3.6 本章小结
• 第四章 固结磨料抛光垫的制备
• 4.1 固结磨料抛光垫的形貌
• 4.2 固结磨料抛光垫模具的加工
• 4.3 印制抛光垫中的网版
• 4.3.1 网版简介
• 4.3.2 网版图案设计
• 4.4 印制抛光垫中的刮板
• 4.4.1 刮板简介
• 4.4.2 刮板的选择
• 4.5 印制抛光垫中的网距
• 4.6 印制抛光垫
• 4.7 本章小结
• 第五章 单晶硅片的抛光探索研究
• 5.1 抛光设备
• 5.2 固结磨料抛光垫表面的修整
• 5.3 硅片工件的上盘与下盘
• 5.4 抛光后硅片的表面处理
• 5.5 抛光液和抛光垫
• 5.6 固结磨料抛光垫抛光的探索试验
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文