抛光液流动轨迹可视化方法及装置与流程

专利2025-08-07  20


本发明属于抛光液流动轨迹,更具体地说,是涉及一种抛光液流动轨迹可视化方法及装置。


背景技术:

1、化学机械抛光(简称cmp)过程中,由于抛光头具有复杂的运动轨迹,且抛光垫、晶圆与抛光液具有不透明的特性,导致cmp过程中的原位数据采集极为困难。大多数情况下,化学机械抛光过程所收集数据多数是结果数据,或是从非原位收集的,不利于研究界面处抛光液的流动轨迹特征。

2、现有技术中,已开发出一些用来解释化学机械抛光现象的机制模型,但这些模型只有有限的经验数据。而且在大多数情况下,cmp数据是从过于简化的系统中获得的,化学机械抛光过程中界面处抛光液的流体特征尚未完全表征。

3、针对cmp过程的研究,多数学者认为仿真是一种可行的替代方法。过去cmp过程的数值模型是基于接触力学、流体动力学或部分接触和非接触流体动力学方法。

4、比如,许多学者研究了无槽垫和圆形径向垫槽对抛光液速度分布的影响以及抛光头压力、抛光液液膜厚度与抛光液速度分布对抛光性能的影响。学者的主要侧重点是想通过仿真来实效性地了解cmp过程中“晶圆-抛光液-抛光垫”之间的相互作用。但是由于cmp过程中,许多参数时刻变化、且属于微观过程,(比如抛光液的新旧交替、作用区域随抛光头摆动的位置变化、作用过程温度变化以及抛光垫厚度的消耗等等),因此cmp仿真在实现cmp的实际工况时存在较多难题,很难对cmp过程进行直接表征,因此从仿真平台进行收集的数据存在一定的局限性,影响了后续晶圆抛光的研究进程。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抛光液流动轨迹可视化方法及装置,能够对化学机械抛光过程中的第一抛光指标和第二抛光指标进行原位采集,保证了参数采集的精准度,便于进行后续界面状态的研究。

2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种抛光液流动轨迹可视化方法,包括以下步骤:

3、s100:将显影粒子和两种荧光染剂分别放入抛光液中,安装透明待抛光件至抛光设备的旋转主轴上,启动抛光设备,喷淋抛光液至抛光垫上;

4、s200: 利用双发射紫外激光脉冲器分两次依次照射透明待抛光件作用的界面位置,应用双发射紫外线荧光技术、借助摄像机分两次分别采集界面位置的第一抛光指标;

5、s300: 关闭双发射紫外激光脉冲器,应用显影粒子示踪技术、借助摄像机采集界面位置的第二抛光指标;

6、s400: 根据两次获得的第一抛光指标推导获得抛光液的液膜厚度;

7、s500:根据第一抛光指标和两次获得的第二抛光指标获得界面接触状态以及界面摩擦系数。

8、在一种可能的实现方式中,步骤s100中,显影粒子为二氧化硅颗粒经异硫氰酸荧光素染色形成,二氧化硅颗粒的直径为0.5微米-1.5微米。

9、在一种可能的实现方式中,步骤s200中,双发射紫外激光脉冲器发射第一波长紫外光至透明待抛光件的界面位置,第一波长紫外光用于激发其中一种荧光染剂显影,利用摄像机采集第一波长紫外光作用下的第一抛光指标;之后,双发射紫外激光脉冲器发射第二波长紫外光至透明待抛光件的界面位置,第二波长紫外光用于激发另一种荧光染剂显影,利用摄像机采集第二波长紫外光作用下的第一抛光指标。

10、一些实施例中,步骤s200中,第一抛光指标包括抛光液的流动速度、流动方向、旧抛光液的回流行为以及新旧抛光液的循环行为。

11、一些实施例中,步骤s200中,第二抛光指标包括显影粒子的移动速度以及显影粒子的滞留现象。

12、在一种可能的实现方式中,步骤s400中,界面接触状态包括边界润滑状态、混合润滑状态以及流体动力润滑状态。

13、一些实施例中,边界润滑状态中显影粒子的移动速度<混合润滑状态中显影粒子的移动速度<流体动力润滑状态中显影粒子的移动速度。

14、一些实施例中,边界润滑状态中的液膜厚度<混合润滑状态中的液膜厚度<流体动力润滑状态中的液膜厚度。

15、本申请实施例所示的方案,与现有技术相比,本申请实施例所示的方案,通过在抛光液中添加显影粒子和两种荧光染剂,可方便地在化学机械抛光过程中采集“晶圆-抛光液-抛光垫”界面的原位数据,操作中选用透明待抛光件,便于实现界面位置的特征可视化,以便更好地收集抛光指标,进而推动人们对化学机械抛光技术的进一步优化。

16、本发明还提供了一种抛光液流动轨迹可视化装置,包括抛光垫、抛光液分配器、透明待抛光件、双发射紫外激光脉冲器以及摄像机,透明待抛光件通过伸缩杆与抛光设备的旋转主轴相连,双发射紫外激光脉冲器和摄像机分别架设于透明待抛光件的上方,双发射紫外激光脉冲器的发射端朝向透明待抛光件设置、用于发射紫外线至透明待抛光件,摄像机朝向透明待抛光件设置,用于采集透明待抛光件作用的界面位置的第一抛光指标和第二抛光指标。

17、双发射紫外激光脉冲器双发射紫外激光脉冲器双发射紫外激光脉冲器在一种可能的实现方式中,伸缩杆的上端通过反向法兰与旋转主轴相连,伸缩杆的下端通过连接件与透明待抛光件相连,透明待抛光件为亚克力材质构件、且透明待抛光件的透光率大于92%。

18、上述装置利用双发射紫外激光脉冲器向透明待抛光件界面处发射紫外线,利用抛光液分配器向界面处喷淋抛光液,之后借助摄像机采集第一抛光指标和第二抛光指标,并推导得出液膜厚度等参数,可方便地进行原位数据的采集,操作中选用透明待抛光件,便于实现界面位置的特征可视化,以便更好地收集抛光指标,进而推动人们对化学机械抛光技术的进一步优化。



技术特征:

1.抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,步骤s100中,所述显影粒子为二氧化硅颗粒经异硫氰酸荧光素染色形成,所述二氧化硅颗粒的直径为0.5微米-1.5微米。

3.如权利要求1所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,步骤s200中,所述双发射紫外激光脉冲器发射第一波长紫外光至所述透明待抛光件的界面位置,所述第一波长紫外光用于激发其中一种所述荧光染剂显影,利用所述摄像机采集第一波长紫外光作用下的第一抛光指标;之后,所述双发射紫外激光脉冲器发射第二波长紫外光至所述透明待抛光件的界面位置,所述第二波长紫外光用于激发另一种所述荧光染剂显影,利用所述摄像机采集第二波长紫外光作用下的第一抛光指标。

4.如权利要求1所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,步骤s200中,所述第一抛光指标包括所述抛光液的流动速度、流动方向、旧抛光液的回流行为以及新旧抛光液的循环行为。

5.如权利要求4所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,步骤s200中,所述第二抛光指标包括所述显影粒子的移动速度以及显影粒子的滞留现象。

6.如权利要求1所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,步骤s400中,所述界面接触状态包括边界润滑状态、混合润滑状态以及流体动力润滑状态。

7.如权利要求6所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,所述边界润滑状态中所述显影粒子的移动速度<所述混合润滑状态中所述显影粒子的移动速度<所述流体动力润滑状态中所述显影粒子的移动速度。

8.如权利要求6所述的抛光液流动轨迹可视化方法,其特征在于,所述边界润滑状态中的液膜厚度<所述混合润滑状态中的液膜厚度<流体动力润滑状态中的液膜厚度。

9.抛光液流动轨迹可视化装置,其特征在于,包括抛光垫、抛光液分配器、透明待抛光件、双发射紫外激光脉冲器以及摄像机,所述透明待抛光件通过伸缩杆与抛光设备的旋转主轴相连,所述双发射紫外激光脉冲器和所述摄像机分别架设于所述透明待抛光件的上方,所述双发射紫外激光脉冲器的发射端朝向所述透明待抛光件设置、用于发射紫外线至所述透明待抛光件,所述摄像机朝向所述透明待抛光件设置、用于采集所述透明待抛光件作用的界面位置的第一抛光指标和第二抛光指标。

10.如权利要求9所述的抛光液流动轨迹可视化装置,其特征在于,所述伸缩杆的上端通过反向法兰与所述旋转主轴相连,所述伸缩杆的下端通过连接件与所述透明待抛光件相连,所述透明待抛光件为亚克力材质构件、且所述透明待抛光件的透光率大于92%。


技术总结
本发明提供了一种抛光液流动轨迹可视化方法及装置,包括以下步骤将显影粒子和两种荧光染剂分别放入抛光液中,安装透明待抛光件至抛光设备的旋转主轴上,启动抛光设备,喷淋抛光液至抛光垫上;利用紫外线灯照射透明待抛光件,借助摄像机采集第一抛光指标和第二抛光指标、并推导出抛光液的液膜厚度、界面接触状态以及界面摩擦系数。本发明提供的抛光液流动轨迹可视化方法,通过在抛光液中添加显影粒子和两种荧光染剂,可方便地在化学机械抛光过程中采集“晶圆‑抛光液‑抛光垫”界面的原位数据,以便更好地收集抛光指标,进而推动人们对化学机械抛光技术的进一步优化。

技术研发人员:梁同帅,尹影,司马超,庞浩
受保护的技术使用者:北京晶亦精微科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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