Теория процессов. Процесс химико-механической планаризации. Средства технологического оснащения, страница 5

-  Твердость пленок.  Скорость полирования обратно пропорциональна твердости полируемой поверхности [5]. Механические повреждения  поверхности  также зависят от твердости пленок.

-  Микроструктура пленок.  Поскольку границы зерен обладают повышенной химической активностью, а разным образом ориентированные поверхности проявляют различные механические и химические свойства, то микроструктура пленок должна учитываться в детальных исследованиях процессов ХМП.

-  Размер пластины.  Диаметр пластины играет весьма важную роль не только как величина, определяющая нагрузку и скорость различных участков поверхности, но и влияющая на распределение потоков суспензии и продуктов полирования. ХМП пластин большого диаметра сопряжено с проблемой равномерной подачи суспензии под пластину.

1.1.4 Классификация процессов химико-механической планаризации

Процессы ХМП сильно различаются в зависимости от вида обрабатываемого материала. Наибольшее применение в технологии многоуровневой металлизации нашли:

-  процесс ХМП окисла кремния [6];

-  процесс ХМП вольфрама [7];

-  процесс ХМП алюминия [8].

В меньшей степени применяются процессы ХМП меди [9], поликремния [10], фоторезиста [11], полимеров [12].

1.1.5 Основные закономерности химико-механической планаризации

Несмотря на то, что характер процессов ХМП различных материалов в значительной мере различается, существуют общие черты, присущие этим процессам.

Наиболее проверенным и часто используемым является уравнение Престона [13].  Скорость полирования R, определяемая как толщина материала, удаленная за единицу времени, пропорциональна приложенному давлению P и линейной скорости движения полирующей подушки относительно обрабатываемой  поверхности V, т.е.

R = k P V                ( 1.1.5.1 ),  

Где  k – константа для данных экспериментальных условий (коэффициент Престона).

Уравнение Престона хорошо выполняется в случае  ХМП SiO2 [5], Cu [9] и W [14]. Зависимость коэффициента k от входных параметров процесса, таких как состав суспензии и свойства полирующей подушки, еще не вполне понятна.

Рассматривая только механические свойства полируемых пленок, получено выражение для коэффициента Престона [15]:

K = 1/2E                 ( 1.1.5.2 ),

Где  Е – модуль Юнга полируемого материала.

Глубина проникновения абразивной частицы

d = 3d(P/2CE)2/3/4        ( 1.1.5.3 ),

Где d – диаметр абразивной частицы, с – фактор заполнения поверхности частицами, равный единице для полностью заполненной поверхности.

Например, для модуля Янга, равного 1,3х1011Па, приложенного давления 15 кПа, размера частицы 0,3 мкм и фактора заполнения 0,5 [16], глубина проникновения, полученная из (1.1.5.3), составляет всего 3,3х10-6 мкм. Однако, вследствие малой площади контакта, локальное давление, оказываемое абразивной частицей, существенно выше, чем интегральная величина давления. Площадь контакта

Ac = prc2 = p(dd - d2)                    (1.1.5.4)

Для плотности частиц, равной единице, взаимосвязь между интегральным давлением Р и локальным давлением Рloc имеет вид

Ploc = Ap P/Ac                       (1.1.5.5),

Где Ap = p(d/2)2

Воспользовавшись выражениями (1.1.5.3) и (1.1.5.5), получим d = 0,1 нм и Ploc = 2,3 Мпа.  Полученная величина проникновения в большей степени соответствует экспериментальным измерениям шероховатости поверхности.

В присутствии суспензии два скользящих друг о друга твердых тела будут взаимодействовать одним из трех способов [17]. Тела могут находиться в непосредственном контакте, иметь полупрямой контакт либо гидропланировать относительно друг друга. В процесс ХМП могут иметь место все три способа взаимодействия между пластиной и полируемой поверхностью. В первом случае, нагрузка почти полностью определяется контактом подушки с пластиной. Во втором случае, нагрузка частично осуществляется через контакт пластина – подушка и частично посредством гидродинамического давления суспензии. В последнем случае, нагрузка полностью определяется непрерывным жидким слоем суспензии между пластиной и подушкой. Поскольку скорость полирования пропорциональна давлению, то передача давления и, соответственно, результаты полирования и планаризации будут зависеть от способа взаимодействия между пластиной и подушкой.