基于葵花籽粒结构仿生抛光垫的设计制造及运动场的研究

论文摘要

化学机械抛光（CMP）作为集成电路制造的核心技术被广泛应用于集成电路制造过程中硅片表面的局部和全局平坦化加工。而在集成电路制造中,所应用硅片的尺寸不断在增大,而器件的尺寸却不断在缩小。为了保证硅片表面的局部以及全局的平坦化,各个领域的科研人员对抛光垫、化学机械抛光的运动机理以及材料去除率等各种问题进行了研究,但研究并不完善,深入研究抛光垫的形貌以及其运动机理,对实现高质量、高精密的加工表面有着极为重要的意义。本文提出一种基于生物学的叶序理论的仿生结构抛光垫,在分析了目前抛光垫运动机理方面所存在的问题的前提下,从其轨迹曲线及相对去除率等方面对仿生抛光垫的运动机理进行了全面的研究。首先从叶序点的磨削轨迹出发,以摆式研磨抛光机为基础,分析了不同叶序参数的仿生抛光垫对硅片的轨迹曲线,并与普通抛光垫进行对比,得出结论,当抛光机参数为转速N0=50r/min、摆臂中心角a=15°与摆臂摆幅θm=25°时,得到的仿生抛光垫叶序点的磨削轨迹最为理想,所得到加工的硅片平面度越高。其次从单颗磨粒切削理论出发,建立了抛光运动方程及材料相对去除率分布模型,利用所建立的运动方程及材料相对去除率模型进行了硅片表面材料去除分布的计算仿真,得到了抛光机运动参数及抛光垫叶序参数对材料去除分布的影响规律,抛光盘转速n0值应为20 r/min-30 r/min或者不小于50 r/min,摆臂中心角a的取值应大于或等于15°,摆臂摆幅的取值应在20°～25°之间,m处于2.0～2.4这个区间时,相对去除率较为均匀,曲线较为平滑,加工后的效果较为理想。且实验结果与理论模拟的结果基本一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.2.1 化学机械抛光运动机理的研究
• 1.2.2 材料去除机理方面的研究
• 1.2.3 抛光垫的研究
• 1.3 本课题研究的意义
• 1.4 本课题研究的目标、内容
• 1.4.1 课题研究目标
• 1.4.2 课题研究内容
• 第2章 仿生抛光垫的设计
• 2.1 抛光垫类型
• 2.2 叶序原理
• 2.3 抛光垫的设计
• 2.4 三维模型的建立
• 2.5 本章小结
• 第3章 仿生抛光垫运动机理的模拟与仿真
• 3.1 运动方程的建立
• 3.2 相对去除率模型的建立
• 3.3 普通抛光垫的模拟
• 3.3.1 普通抛光垫轨迹的模拟
• 3.3.2 普通抛光垫相对去除率的模拟
• 3.4 仿生抛光垫的模拟
• 3.4.1 仿生抛光垫轨迹的模拟
• 3.4.2 仿生抛光垫相对去除率的模拟
• 3.4.3 叶序参数对相对去除率的影响模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 仿生抛光垫的制造
• 4.1 抛光垫制造工艺
• 4.1.1 浇铸法
• 4.1.2 丝网印刷法
• 4.1.3 制造工艺比较
• 4.1.4 网印刷环境的选择
• 4.1.5 网印刷影响因素
• 4.2 抛光垫材料的选择
• 4.3 磨料的选择
• 4.3.1 磨料的基本要求
• 4.3.2 常用磨料的种类
• 4.4 抛光垫的制造
• 4.4.1 丝网印刷工具
• 4.4.2 抛光垫的制造
• 4.5 本章小结
• 第5章 叶序仿生抛光垫相对去除率实验研究
• 5.1 实验装置与实验材料
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验材料
• 5.2 实验步骤
• 5.2.1 研磨抛光机的调配
• 5.2.2 抛光垫的粘结
• 5.3 单晶硅片的端面检测
• 5.3.1 检测方法
• 5.4 结论与分析
• 5.4.1 抛光盘转速对仿生抛光垫相对去除率非均匀性的影响
• 5.4.2 摆臂中心角对仿生抛光垫相对去除率非均匀性的影响
• 5.4.3 摆臂摆幅对仿生抛光垫相对去除率非均匀性的影响
• 5.4.4 叶序参数对抛光垫相对去除率非均匀性的影响
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢