本文關(guān)鍵詞：化學(xué)機(jī)械拋光中顆粒運動與材料去除的實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《清華大學(xué)》 2015年

化學(xué)機(jī)械拋光中顆粒運動與材料去除的實驗研究

林廣川  

【摘要】：隨著信息技術(shù)的發(fā)展,對半導(dǎo)體元件的加工精度有了更高的要求�；瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)作為半導(dǎo)體元件加工過程中的重要工藝,目前被廣泛應(yīng)用于中央處理器、硬盤、LED等電子元件的加工過程中。化學(xué)機(jī)械拋光的優(yōu)點是可以實現(xiàn)全局以及局部平坦化以及可以適用于多種材料的加工。化學(xué)機(jī)械拋光過程十分復(fù)雜,其材料的去除與拋光液與拋光液中納米顆粒的運動行為有密切關(guān)系,但是目前的機(jī)理尚不清楚。研究拋光顆粒的運動行為、影響因素及與拋光去除率的關(guān)系,對于揭示化學(xué)機(jī)械拋光的去除機(jī)理及超精表面的形成具有重要意義。本論文基于自主搭建的熒光顆粒觀測系統(tǒng),觀察含有不同濃度硫酸鉀的拋光液模擬拋光過程中的顆粒運動行為。實驗結(jié)果表明隨著硫酸鉀濃度的增加顆粒運動的平均運動速度呈現(xiàn)下降的趨勢。同時在觀察拋光后的拋光墊和晶片表面發(fā)現(xiàn)隨著拋光液中硫酸鉀濃度的提高顆粒在表面的吸附數(shù)目也在增加,顆粒團(tuán)聚變得嚴(yán)重。配制了9種不同硫酸鉀濃度的拋光液,使用藍(lán)寶石晶片分別進(jìn)行了實際拋光實驗。實驗中發(fā)現(xiàn)隨著硫酸鉀濃度的增加,拋光過程中藍(lán)寶石的材料去除率會增加,晶片與拋光墊之間的摩擦系數(shù)增加。同時發(fā)現(xiàn)在175m M以上濃度的拋光液拋光后晶片表面出現(xiàn)明顯缺陷,表面質(zhì)量下降�；谀z體作用里的DLVO作用理論建立了一個模型來解釋兩個相對旋轉(zhuǎn)表面間顆粒的受力及運動情況。利用這個模型和數(shù)值計算方法得到了顆粒運動速度的理論值以驗證模型的準(zhǔn)確性,發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合。說明這個模型能夠描述實驗中的現(xiàn)象,指導(dǎo)實際的拋光過程。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.2
【目錄】：

摘要3-4

Abstract4-8

第1章 引言8-16

1.1 課題背景和意義8-10

1.2 現(xiàn)有顆粒去除模型10-13

1.2.1 流體動壓模型11

1.2.2 固體接觸模型11-12

1.2.3 流體剪切模型12-13

1.3 拋光液成分對拋光過程的影響13-14

1.4 顆粒觀測技術(shù)14-15

1.5 本課題的主要研究內(nèi)容15-16

第2章 實驗裝置和方法16-25

2.1 引言16

2.2 熒光顆粒觀測系統(tǒng)及實驗方法16-22

2.2.1 熒光觀測系統(tǒng)16-19

2.2.2 主要實驗材料及制備過程19-21

2.2.3 實驗流程與方法21-22

2.3 實際拋光實驗22-23

2.3.1 實際拋光設(shè)備22-23

2.3.2 實驗材料制備23

2.3.3 實驗流程與方法23

2.4 實驗中用到的分析儀器23-24

2.4.1 zeta電位測試儀23-24

2.4.2 三維白光干涉表面形貌儀24

2.5 本章小結(jié)24-25

第3章 顆粒運動行為及影響因素試驗研究25-40

3.1 引言25

3.2 顆粒的運動規(guī)律、分布與影響因素25-32

3.2.1 實驗參數(shù)與方法25-27

3.2.2 載玻片條件下顆粒運動速度隨硫酸鉀濃度變化規(guī)律27-30

3.2.3 藍(lán)寶石條件下顆粒運動速度隨硫酸鉀濃度變化規(guī)律30-32

3.3 拋光墊和拋光晶片表面的顆粒吸附情況32-35

3.4 摩擦力矩隨硫酸鉀濃度變化規(guī)律35-36

3.5 顆粒與拋光墊的ZETA電位測量36-39

3.6 本章小結(jié)39-40

第4章 藍(lán)寶石拋光材料去除率和表面質(zhì)量的影響因素研究40-46

4.1 引言40

4.2 拋光過程材料去除率的影響因素研究40-44

4.2.1 實驗參數(shù)與方法40

4.2.2 不同壓力下離子強度對材料去除率的影響40-44

4.3 結(jié)果分析44-45

4.4 本節(jié)小結(jié)45-46

第5章 離子環(huán)境中顆粒與表面作用的理論分析46-71

5.1 引言46

5.2 雙電層力的計算46-52

5.3 離子濃度對顆粒運動行為影響52-69

5.3.1 顆粒運動速度的理論計算與實際對比52-69

5.3.2 結(jié)果分析69

5.5 本章小結(jié)69-71

第6章 總結(jié)與展望71-73

6.1 總結(jié)71-72

6.2 展望72-73

參考文獻(xiàn)73-77

致謝77-79

個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果79

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本文編號：210816