化学机械抛光流场的流体动力学数值模拟及离心力影响分析

论文摘要

随着电子产业的发展壮大,半导体产业快速发展。为了得到更好的集成电路,就需要精微线规精确的多平层的晶片。目前,化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing,CMP)工艺是最有效的用来磨平每层晶片的技术。最基本的化学机械抛光过程,是在化学反应溶液的作用下,对工件施加一定载荷以一定的旋转速度与旋转的抛光垫研磨。化学抛光溶液是一种对晶片有亲和力的腐蚀溶液与研磨微粒的混合物。所以,晶片的平整化需要腐蚀溶液的化学作用与研磨微粒的机械作用混合来完成。整个过程中主要的可变量为机床速度、下压载荷和抛光液。这些变量影响材料抛光率、表面平坦率以及晶片的平整,最终要使得晶片表面均匀平坦。要完成这个目标,必须清楚化学机械抛光过程的机械力学作用以及抛光过程中最适宜的变量值。数值计算CMP的应力偶模型可以克服实验和测试的局限,在CMP机理研究中得到大量发展,目前已成为一个活跃的领域。本文介绍了化学机械抛光过程的机械力学作用,并且分析了半导体晶片加工中的流场效应。在标准研磨条件下计算出了抛光液压力分布,同时得到了抛光液膜厚、转角以及倾角的稳定状态。在此基础上提出并求解了带有离心力项的润滑方程,通过数值模拟得到离心力对抛光液压力分布的影响。主要结果如下:(1)通过流场动力学效应分析,建立了润滑方程模型。(2)应用数值方法解出压力场分布,分析了各参量的影响,发展了一套计算程序。(3)在已有润滑方程的基础上,本文提出并计算了带有离心力项的润滑方程。分析了新方程下各参量的影响,通过对比得到离心力对于流场压力分布的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 化学机械抛光工艺介绍及研究进展
• 1.1.1 化学机械抛光的发展背景
• 1.1.2 化学机械抛光的研究进展
• 1.2 本文主要研究内容
• 第二章 化学机械抛光流场的数学模型
• 2.1 运动方程组及连续性方程的坐标转换
• 2.1.1 运动方程组的坐标转换
• 2.1.2 连续性方程的坐标转换
• 2.2 柱坐标形式的润滑方程
• 2.3 速度边界条件及膜厚方程
• 2.3.1 速度边界条件的推导
• 2.3.2 润滑方程的无量纲化
• 2.3.3 无量纲膜厚方程的推导
• 第三章 模型方程的数值求解
• 3.1 二阶中心差分格式
• 3.2 流场网格剖分
• 3.3 Chebyshev加速超松弛技术
• 3.4 数值结果及参数影响分析
• 第四章 离心力影响分析
• 4.1 离心力项影响分析
• 4.2 带离心力项模型的建立
• 4.3 带离心力项模型方程的求解
• 4.4 数值结果及参数影响分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间公开发表和接收发表的论文