论文部分内容阅读
随着半导体集成电路的发展,硅片的直径逐渐增大。虽然小直径硅片仍采用单面抛光加工,但为追求较好的抛光质量,双面抛光已逐渐成为大直径硅片的主要加工工艺。而IC特征线宽的减小和集成度的提高,对硅抛光片的片内去除非均匀提出了更高的要求。硅抛光片的平整度不仅影响光刻过程中的对焦精度,而且硅片抛光过程中的边缘过抛现象,即硅片边缘去除速率剧增,使得在后续IC加工过程中硅片边缘2～3mm需要去除,造成材料浪费及生产成本的提高。本文主要根据Preston方程,从硅片相对抛光垫运动轨迹及硅片表面应力分布方面对硅片抛光去除非均匀性进行理论和实验的研究,主要工作和结果如下：(1)建立双面抛光过程中硅片相对抛光垫的运动轨迹方程,并通过Matlab模拟硅片运动轨迹在抛光垫上的分布规律。结果显示,硅片的运动轨迹主要分布在抛光垫中部的环状范围内,造成抛光垫中部的集中磨损严重,影响硅片连续抛光时的稳定性。增加硅片相对游轮片的偏心距有利于硅片运动轨迹的均匀分布。(2)基于运动轨迹方程对硅片抛光去除速率和去除非均匀性进行理论分析和实验验证,结果显示硅片抛光去除量与硅片相对运动轨迹长度成正比,且抛光盘转速对抛光去除速率的影响较内外齿轮转速更为显著,同时建立抛光去除非均匀性函数U,当U越接近1时,抛光去除非均匀性越好。(3)利用COMSOL Multiphysics软件建立双面抛光二维轴对称准静态模型,基于抛光质量与硅片表面von Mises应力成对应关系,以von Mises应力的分布情况代表硅片表面的抛光水平,并通过相应实验进行验证,分析得到如下结论：较大的抛光压力有利于改善硅片表面去除非均匀性,且去除速率加快；抛光垫的力学性能对抛光质量影响显著,较硬的抛光垫、较薄的抛光垫、较大的上下抛光垫厚度比有利于改善硅片边缘过抛现象,获得更好的硅片抛光效果,但去除速率却有所降低；游轮片的杨氏模量越大,有利于改善硅片边缘过抛现象,但对抛光去除速率影响不大,而随着硅片相对游轮片偏心距离的增大,硅片表面von Mises应力分布趋于平坦,有利于硅片边缘过抛现象的改善。本文的研究结果有助于理解硅片抛光的去除机理,并可用于指导双面抛光工艺的制定以及抛光辅材的选择。