具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液及其流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其含有研磨顆粒，其包括由一個(gè)或多個(gè)量子點(diǎn)形成的顆粒核以及包覆該顆粒核的顆粒殼層，該量子點(diǎn)為發(fā)光材料，該顆粒殼層為二氧化硅、氧化鋁或氧化鈰。本發(fā)明還提供拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法。本發(fā)明提供的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液及其流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法，可以在拋光過程中實(shí)時(shí)檢測并記錄拋光液的流動情況，并再通過分析來研究拋光液的流體力學(xué)，得到拋光液的流體場分布及流體力學(xué)方程。
【專利說明】具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液及其流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種適用于CMP拋光液流體力學(xué)研究的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液及其流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polishing, CMP)技術(shù)可以有效地兼顧加工表面的全局和局部平整度，被廣泛應(yīng)用于集成電路芯片、計(jì)算機(jī)硬磁盤、微型機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、光學(xué)玻璃等表面的加工。
[0003]隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，硅片尺寸的不斷增大，其拋光精度的要求也越來越高，CMP的最大問題之一是硅片材料去除非均勻性，材料去除非均勻性的大小，關(guān)系到多層布線質(zhì)量的好壞，它是集成電路對硅片表面平坦化需求的一個(gè)重要指標(biāo)。并且，盡管目前CMP技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，并且被認(rèn)為是進(jìn)行晶圓平坦化、獲得超光滑無損傷表面的最有效方法，但是其相關(guān)理論研究尚顯滯后和不足，尤其是CMP過程變量對硅片表面材料去除非均勻性的影響等問題還沒有完全弄清楚，沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論模型。目前，大部分研究認(rèn)為硅片和拋光墊之間的拋光液流體的非均勻性流動對硅片表面材料去除的非均勻性影響巨大。因此，對拋光液流體力學(xué)和拋光液中磨料的運(yùn)動軌跡的研究將有助于理解硅片表面材料去除非均勻性機(jī)理，以及化學(xué)機(jī)械拋光的機(jī)理。
[0004]目前商業(yè)化的拋光液由于沒有特殊的標(biāo)記物和光磁特性，很難被監(jiān)控和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。通常，研究人員都是通過計(jì)算機(jī)模擬的手段來研究拋光液的流體力學(xué)。近期，YoonYoungbin等人使用含有7微米粒徑的熒光顆粒的水溶液模擬拋光液在無凹槽的拋光墊上進(jìn)行CMP試驗(yàn)，并使用粒子成像速度測量系統(tǒng)來監(jiān)測模擬拋光液中熒光顆粒的流體動力學(xué)行為(Journal of the Korean Physical Society, 2008，53，4，2129-2137)。但是由于此水溶液中熒光顆粒粒徑太大，并且其物理化學(xué)性質(zhì)(密度、黏度、表面張力、pH值等)與真實(shí)的拋光液完全不同，通?；瘜W(xué)機(jī)械拋光液中所使用的磨料是10-200nm的二氧化硅納米粒子或氧化鋁納米粒子，如果僅僅基于此實(shí)驗(yàn)研究得來的CMP變量參數(shù)，很難分析得到拋光液在硅片表面的流體力學(xué)性能，以及磨料的運(yùn)動軌跡，從而影響到對硅片表面材料去除非均勻性機(jī)理的研究。此外，由于硅片界面化學(xué)反應(yīng)和磨料的存在，在CMP工藝中，必然會引入表面缺陷和玷污，在硅片表面全局平坦化以后，必須進(jìn)行有效的后清洗來實(shí)現(xiàn)CMP工藝的優(yōu)點(diǎn)。因此，監(jiān)控后清洗工藝是否干凈也是CMP工藝中的一個(gè)難點(diǎn)，美國專利US20030139048A1描述了一種使用有機(jī)熒光染料混入化學(xué)機(jī)械拋光液中來監(jiān)控硅片拋光的后清洗工藝過程，但是有機(jī)熒光染料的性質(zhì)和拋光液中二氧化硅磨料完全不一致，當(dāng)硅片上的有機(jī)熒光染料被合適的清洗劑清洗干凈，而這種清洗劑對二氧化硅效果不佳，如果只通過熒光檢測很容易造成錯(cuò)誤的分析結(jié)果。
[0005]可見，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，亟需開發(fā)一種拋光液來應(yīng)用于研究CMP過程中的拋光液流體力學(xué)，進(jìn)一步對CMP后清洗工藝過程開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液及其流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有CMP過程中拋光液流體力學(xué)的研究能力有限的缺陷。
[0007]本發(fā)明的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其含有研磨顆粒，該研磨顆粒包括由一個(gè)或多個(gè)量子點(diǎn)形成的顆粒核以及包覆該顆粒核的顆粒殼層，該量子點(diǎn)為發(fā)光材料，該顆粒殼層為二氧化硅、氧化鋁或氧化鈰。
[0008]進(jìn)一步地，該量子點(diǎn)選自CdS、HgS、CdTe、ZnSe、HgSe、ZnTe、ZnO、PbSe、HgTe、CaAs、InP, InCaAs, CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdS/ZnS、Cd/Ag2S、CdS/Cd (OH) 2、CdTe/ZnS、CdTe/CdS、CdSe/ZnSe、CdS/HgS、CdS/HgS/CdS、ZnS/CdS、ZnS/CdS/ZnS、ZnS/HgS/ZnS/CdS、CdSe/CuSe、CdSeTe、CdSeTe/CdS/ZnS、Mn: CdS、Cu: CdS、Cu: ZnS、Mn: ZnS、Tb: CdS、Tb: ZnS 中一種或多種
的組合。
[0009]進(jìn)一步地，該研磨顆粒為球形。
[0010]進(jìn)一步地,該量子點(diǎn)的粒徑為1-1Onm,該研磨顆粒的粒徑為10-1000nm。
[0011]進(jìn)一步地,該研磨顆粒的粒徑為20_100nm。
[0012]進(jìn)一步地，該研磨顆粒的莫氏硬度為6-7，其熒光效率為10-80%。
[0013]進(jìn)一步地，該拋光液還含有無機(jī)堿、有機(jī)堿、表面活性劑、金屬螯合劑和潤濕劑中的一種或多種，該研磨顆粒含量為0.l-50wt%o
[0014]本發(fā)明還提供一種上`述的拋光液在檢測拋光液流體力學(xué)中的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明還提供一種利用上述拋光液的拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)，其包括:
[0016]夾持裝置，用于固定硅片；
[0017]拋光墊，用于拋光娃片；
[0018]拋光液存儲裝置，裝有上述拋光液；
[0019]拋光液供給裝置，與該拋光液存儲裝置相連，用于將拋光液存儲裝置內(nèi)的拋光液輸送至拋光墊上；
[0020]光源，用于提供拋光墊上拋光液中的發(fā)光研磨顆粒以光照；
[0021]發(fā)光探測裝置，用于探測該發(fā)光研磨顆粒的運(yùn)動軌跡；以及
[0022]數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于以研磨顆粒的運(yùn)動軌跡分析該拋光液的流體力學(xué)。
[0023]進(jìn)一步地，該拋光墊為無凹槽拋光墊。
[0024]進(jìn)一步地，該光源是紫外激光器或紫外燈，且為1-36個(gè)，其光源波長為190_400nm。
[0025]進(jìn)一步地，該發(fā)光探測裝置設(shè)于拋光墊周圍，且為1-36個(gè)。
[0026]本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)來研究拋光液流體力學(xué)的方法，其包括以下步驟:
[0027]步驟S01，硅片固定在夾持裝置上，打開拋光液供給裝置，拋光墊旋轉(zhuǎn)拋光；
[0028]步驟S02，打開光源和發(fā)光探測裝置，監(jiān)控并記錄拋光時(shí)發(fā)光研磨顆粒的運(yùn)動軌跡；
[0029]步驟S03，通過數(shù)據(jù)處理設(shè)備對拋光液流體力學(xué)進(jìn)行分析。
[0030]進(jìn)一步地，該拋光墊的轉(zhuǎn)速為30-200rpm，該硅片的轉(zhuǎn)速為30_200rpm。[0031 ] 進(jìn)一步地，該研究方法還包括步驟S04，拋光完成后，清洗過程中，打開光源和發(fā)光探測裝置，檢測硅片上殘留的發(fā)光研磨顆粒。
[0032]本發(fā)明提供的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液及其流體力學(xué)研究系統(tǒng)和方法，可以在硅片拋光過程中，通過對發(fā)光研磨顆粒的探測，實(shí)時(shí)檢測并記錄拋光液的流動情況，并再通過分析來研究拋光液的流體力學(xué)，得到拋光液的流體場分布及流體力學(xué)方程。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的研磨顆粒、拋光液和研究系統(tǒng)完全適用于硅片的拋光工藝，更適合于對拋光液流體力學(xué)的研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中:
[0034]圖1是本發(fā)明發(fā)光研磨顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是本發(fā)明拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施例1
[0037]請參閱圖1，本第一實(shí)施例的發(fā)光研磨顆粒為球形結(jié)構(gòu)，包括由量子點(diǎn)形成的顆粒核11以及包覆顆粒核11的顆粒殼層12。其中，顆粒核11的量子點(diǎn)為CdS，顆粒殼層12為二氧化硅。本實(shí)施例研磨顆粒的制備方法包括:
[0038]a.將CdS溶于環(huán)己烷；
[0039]b.加入正硅酸四乙 酯(TE0S)、表面活性劑和催化劑進(jìn)行反相微乳液聚合反應(yīng)；
[0040]c?加入丙酮終止反應(yīng)，進(jìn)行離心分離；
[0041]d.得到的顆粒用乙醇清洗并分散與乙醇中，離心分離；
[0042]e.得到的顆粒溶于正丁醇后，進(jìn)行退火處理，冷卻后離心分離；
[0043]f.得到的顆粒分散于乙醇中，得到包覆二氧化硅的量子點(diǎn)CdS，量子點(diǎn)粒徑為lnm，研磨顆粒粒徑為20nm，熒光效率為32.5%，莫氏硬度為6.5。
[0044]本實(shí)施例通過反相微乳液聚合反應(yīng)在油溶性量子點(diǎn)的表面生長一層二氧化硅殼層，然后進(jìn)行后處理以進(jìn)一步提高二氧化硅包覆量子點(diǎn)的研磨顆粒的熒光效率。
[0045]實(shí)施例2~40
[0046]實(shí)施例2~40的研磨顆粒組成及其相關(guān)性質(zhì),請見表1，其中，二氧化娃包覆量子點(diǎn)的制備方法與實(shí)施例1基本相同。
[0047]表1實(shí)施例2~40研磨顆粒的組成及其相關(guān)性質(zhì)
【權(quán)利要求】
1.一種具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:其含有研磨顆粒該研磨顆粒包括由一個(gè)或多個(gè)量子點(diǎn)形成的顆粒核以及包覆該顆粒核的顆粒殼層，該量子點(diǎn)為發(fā)光材料，該顆粒殼層為二氧化硅、氧化鋁或氧化鈰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:該量子點(diǎn)選自CdS、HgS、CdTe、ZnSe、HgSe、ZnTe、ZnO、PbSe、HgTe、CaAs、InP、InCaAs、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdS/ZnS、Cd/Ag2S、CdS/Cd (OH)2, CdTe/ZnS、CdTe/CdS、CdSe/ZnSe、CdS/HgS、CdS/HgS/CdS、ZnS/CdS、ZnS/CdS/ZnS、ZnS/HgS/ZnS/CdS、CdSe/CuSe、CdSeTe, CdSeTe/CdS/ZnS、Mn:CdS,Cu: CdS, Cu: ZnS, Mn: ZnS, Tb: CdS, Tb: ZnS 中一種或多種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:該研磨顆粒為球形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:該量子點(diǎn)的粒徑為1-1Onm,該研磨顆粒的粒徑為10-1000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:該研磨顆粒的粒徑為 20-100nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:該研磨顆粒的莫氏硬度為6-7，其熒光效率為10-80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的具有發(fā)光研磨顆粒的拋光液，其特征在于:該拋光液還含有無機(jī)堿、有機(jī)堿、表面活性劑、金屬螯合劑和潤濕劑中的一種或多種，該研磨顆粒含量為0.l-50wt%o
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具 有發(fā)光研磨顆粒的拋光液在檢測拋光液流體力學(xué)中的應(yīng)用。
9.一種利用權(quán)利要求1所述拋光液的拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 夾持裝置，用于固定硅片； 拋光墊，用于拋光娃片； 拋光液存儲裝置，裝有權(quán)利要求1所述拋光液； 拋光液供給裝置，與該拋光液存儲裝置相連，用于將拋光液存儲裝置內(nèi)的拋光液輸送至拋光墊上； 光源，用于提供拋光墊上拋光液中的發(fā)光研磨顆粒以光照； 發(fā)光探測裝置，用于探測該發(fā)光研磨顆粒的運(yùn)動軌跡；以及 數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于以研磨顆粒的運(yùn)動軌跡分析該拋光液的流體力學(xué)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)，其特征在于:該拋光墊為無凹槽拋光墊。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)，其特征在于:該光源是紫外激光器或紫外燈，且為1-36個(gè)，其光源波長為190-400nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)光探測裝置設(shè)于拋光墊周圍，且為1-36個(gè)。
13.一種利用權(quán)利要求8所述拋光液流體力學(xué)研究系統(tǒng)來研究拋光液流體力學(xué)的方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟SOI，硅片固定在夾持裝置上，打開拋光液供給裝置，拋光墊旋轉(zhuǎn)拋光；步驟S02，打開光源和發(fā)光探測裝置，監(jiān)控并記錄拋光時(shí)發(fā)光研磨顆粒的運(yùn)動軌跡； 步驟S03，通過數(shù)據(jù)處理設(shè)備對拋光液流體力學(xué)進(jìn)行分析。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的研究拋光液流體力學(xué)的方法，其特征在于:該拋光墊的轉(zhuǎn)速為30-200rpm，該硅片的轉(zhuǎn)速為30_200rpm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的研究拋光液流體力學(xué)的方法，其特征在于:該研究方法還包括步驟S04，拋光完成后，清洗過程中，打開光源和發(fā)光探測裝置，檢測硅片上殘留的發(fā)光研磨顆粒 。
【文檔編號】G01M10/00GK103497687SQ201310461451
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】朱建軍, 戚繼鳴 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司