化學(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanicalPolishing，簡(jiǎn)稱CMP)技術(shù)是目前最好的實(shí)現(xiàn)全局平面化的工藝技術(shù)，加工表面具有納米級(jí)表面精度和亞納米級(jí)表面粗糙度(Ｒa≤0.3nm)，同時(shí)表面和亞表面無(wú)損傷，已接近表面加工的極限。CMP技術(shù)已廣泛應(yīng)用在集成電路、計(jì)算機(jī)磁頭、硬磁盤及光學(xué)透鏡等超精密元件表面的加工。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，集成技術(shù)水平不斷提高，器件尺寸不斷縮小，對(duì)CMP拋光硅晶片的表面質(zhì)量要求越來(lái)越高。晶片表面的顆粒、有機(jī)物、金屬及吸附分子等污染物會(huì)嚴(yán)重影響元器件的性質(zhì)，目前因清洗不佳引起的電子器件失效已超過(guò)集成電路制造中損失的一半，CMP后表面清洗質(zhì)量的高低已嚴(yán)重影響到電子元器件的性能、可靠性和穩(wěn)定性。
由于CMP拋光后新鮮表面活性較高，以及CMP拋光液中大量使用納米級(jí)磨料(如納米SiO2，CeO2和Al2O3等)和多種化學(xué)品等因素，工件表面極易吸附納米顆粒、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物等污染物，導(dǎo)致CMP拋光后元器件表面清洗特別困難。這些污染物很容易引起微結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致低擊穿、軟擊穿、漏電及芯片短路等問(wèn)題。原子級(jí)表面粗糙度、無(wú)微觀缺陷以及超潔凈的表面已成為高技術(shù)電子元器件制造中的共同要求。因此，CMP精密拋光表面的超精密清洗技術(shù)已成為超精加工技術(shù)中急待研究解決的關(guān)鍵難題之一。
CMP拋光元件表面清洗技術(shù)研究現(xiàn)狀
對(duì)于CMP后超光滑表面的清洗技術(shù)研究，國(guó)內(nèi)外科研人員開(kāi)發(fā)了多種清洗方法，如浸泡、噴淋、擦洗、超聲波和兆聲波等清洗方法。其中，浸泡和噴淋大多作為中間過(guò)程。擦洗是一種傳統(tǒng)的手工接觸式清洗方法，這種方法應(yīng)用廣泛、成本較低，但存在效率低、清潔度差的問(wèn)題，不適宜自動(dòng)化加工工藝的要求;同時(shí)，手工擦洗時(shí)由于需要依靠擦洗刷與硅片表面直接接觸，常常會(huì)造成新的表面污染(如表面損傷、手印等)。
超聲波清洗作為非接觸表面清洗方法，以其清洗方便、殘留物少、時(shí)間短、效率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。超聲波清洗的頻率在20～40kHz，其清洗原理主要是利用超聲波的空化效應(yīng)，即存在于液體中的微氣泡(空化核)在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡會(huì)迅速膨脹，繼而突然閉合，并在閉合時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波，使附著的污染物脫離表面。但超聲波主要是用來(lái)清除表面吸附的較大粒子污染雜質(zhì)(如粒徑1mm以上粒子)，隨著吸附粒子粒徑的減小，清洗效果下降，對(duì)于中心粒徑0.2mm以下納米級(jí)污染物，不易清除下來(lái);同時(shí)，該頻率下產(chǎn)生的駐波往往會(huì)對(duì)硅晶片產(chǎn)生損傷。為滿足IT行業(yè)發(fā)展需求，近年來(lái)兆聲波清洗得到了一定的重視，并獲得了前所未有的清洗效果，目前已在CMP超精加工技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。
兆聲波清洗作用原理
兆聲波清洗是由超聲波清洗發(fā)展而來(lái)的，主要原理是采用高頻(0.1～1.0MHz)交流電激勵(lì)壓電陶瓷晶體，使它產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)產(chǎn)生0.8MHz的高能聲波，通過(guò)兆聲振板傳遞到清洗液中，清洗液分子在這種聲波的推動(dòng)下作加速運(yùn)動(dòng)，最大瞬時(shí)速度達(dá)到30cm/s。由于頻率太高，聲波在溶液中很難發(fā)生空化效應(yīng)，清洗時(shí)不會(huì)形成超聲波清洗那樣的氣泡，而是利用高頻聲波能量使溶液以加速的液體形式，連續(xù)沖擊硅片表面，使晶片表面吸附的顆粒等污染物離開(kāi)晶片進(jìn)入溶液中，從而達(dá)到去除硅晶片表面污染物的目的。與超聲波清洗相比，超聲波清洗難以清除小于1μm以下的微粒;兆聲波清洗對(duì)表面損傷較小，可以清除0.2μm以下粒子。
CMP拋光后表面清洗質(zhì)量直接關(guān)系到CMP技術(shù)水平高低。目前，兆聲波清洗已成為CMP后超精密清洗的一種有效方法。在兆聲波清洗過(guò)程中，清洗設(shè)備、工藝參數(shù)及清洗藥劑的選擇，對(duì)超光滑表面的清洗質(zhì)量影響較大。因此，正確掌握和應(yīng)用兆聲波清洗技術(shù)，對(duì)CMP超精密拋光加工技術(shù)的發(fā)展起推動(dòng)作用，對(duì)電子元器件的生產(chǎn)以及提高電子產(chǎn)品的性能、可靠性與穩(wěn)定性起至關(guān)重要的作用。
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