化学机械抛光的理论模型研究综述
化学机械抛光的理论模型研究综述*
黄传锦
周海
陈西府
（盐城工学院机械工程学院，盐城224051）
Study the chemical mechanical polishing on sapphire substrate
HUANG Chuan-jin ，ZHOU Hai ，CHEN Xi-fu
（Yancheng Institute of Technology ，Yancheng 224051，China ）
文章编号：1001-3997（2010）11-0256-02
＊来稿日期：2010-01-11
＊基金项目：江苏省自然科学基础研究项目（BK2008197），江苏省科技厅科技攻关项目（BE2007077），盐城工学院应用基础研究项目：LED 衬底基片无损伤表面加工技术研究
1序言
随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级[1]。传统的平面化技术，如选择淀积、旋转玻璃法等，仅仅能够局部平面化技术，但是对于微小尺寸特征的电子器件，必须进行全局平面化以满足上述要求。90年代兴起的新型化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足了硅片图形加工的要求，是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。
CMP 技术的目的是消除芯片表面的高点及波浪形，达到高级别的平整度。
它的基本原理是将硅片放置于有抛光液的环境下相对于一个抛光垫旋转，并施加一定的压力借助机械磨削及化学腐蚀作用来完成抛光，如图1所示。
夹持头背膜硅片抛光垫工作台
抛光液输送装置
抛光液
图1化学机械抛光原理图
主要希望是通过归纳数值模拟CMP 过程所取得的相关成
果，得到关于抛光垫、抛光液对整个抛光性能的影响结论，进而能够经由理论上的总结为以后的实际运用打下理论基础。
2CMP 技术中的抛光垫
2.1抛光垫
抛光垫在CMP 过程中扮演很重要的角色，是标准耗材之一。
抛光垫的主要成分为聚氨酯树脂，主要功能为：（1）存储抛光液，输送抛光液至工作区域，使抛光均匀进行，（2）将抛光过程中产生的副产品（抛光碎屑等）去除，（3）维持一定的抛光液涵养量，一方面形成一定的膜厚，以能够影响抛光速率，另一方面使得机械和化学反应充分进行。抛光垫在使用后出现“釉化”现象，使抛光速率下降，因此其需要定期维护，以保证其抛光速率和保证抛光表面质量，延长使用寿命。抛光垫的硬度对抛光均匀性有着明显的影响，通常分两类：软的和硬的。硬的抛光垫利于平整性，而软的抛光垫则有利于形成更好甚至无缺陷的表面。此外为满足刚性及弹性的
双重要求，可在抛光垫下垫层弹性膜，组合使用软、硬垫。抛光垫在抛光过程中能够直接影响到抛光品质，即抛光垫的相关物理特性变化将直接体现在晶片之上，所以有必要在研究抛光机理和建立数学模型过程中考虑到抛光垫的特性，如多孔
性、粗糙度、压缩性等。
2.2CMP 的理论模型
下面从考虑抛光垫特性的角度出发，介绍部分已建立的关于CMP 技术的理论模型，分析它们的各自的特点。
CMP 过程较复杂，其主要的特征为材料去除率（MRR ），最初的关于MRR 的理论模型是依据工艺过程获得的经验值而建立的，为Preston 提出的Preston 方程:MRR=KPV
式中：P —施加的压力；V —抛光盘的相对速度；K —Preston 常数，影
响其因素很多，包括抛光垫、抛光液的化学物理性质等方面。因模型中K 常数是经验值，使得抛光液、抛光垫的相关特性无法明确体现，所以在CMP 过程中抛光机理依旧模糊。Yu [2]建立一个模型给出了抛光速率与抛光垫粗糙度的关系。
中图分类号：TH16
文献标识码：A
【摘要】化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing ，CMP ）是当今唯一能够提供全局平面化的
技术，其抛光机理的研究是当前的热点。综述了考虑抛光液和抛光垫特性的抛光机理模型，分析了各模型
的相关特点，最后对CMP 模型的发展和研究方向提出展望。
关键词：化学机械抛光；平坦化；抛光率；抛光垫
【Abstract 】Chemical-mechanical polishing （Chemical Mechanical Polishing ，CMP ）is currently only able
to provide the global planarization technology ，its mechanism of polishing is currently the most popular.A
survey of some models was given which consider the polishing properties of polishing liquid and polishing pads ，
and the relevant characteristics of each model was analyzed ，at last the development and research directions of the CMP model was prospected.Key words ：Chemical mechanical polishing ；Planarization ；Material removal mechanism ；Polishing Pad
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Machinery Design ＆Manufacture
机械设计与制造
第11期2010年11月
256
模型中假设抛光垫粗糙度最大值在球形的顶点，抛光垫高度和半径的变化呈Gaussian分布；估计Preston方程中常数K时考虑弹性抛光垫的粗糙度的影响。结论中给出处理抛光垫的粗糙度的方法，但未表明其粗糙度影响全局平坦化的效果；此外因忽略了抛光垫在高度上的变化，掩盖了晶片的不平整度的问题。
Runnel[3]对Preston方程进行修改，提出关于抛光垫在晶片边缘的倾斜引起的应力分布变化的模型。模型中假设：（1）忽略抛光液的流动以及晶片与抛光垫之间的滑移压力，（2）抛光垫是弹性的。Runnels分析了在晶片的边缘和抛光垫弯曲的区域的应力分布情况，获得了应力对抛光率的影响。该模型只适用于轴对称平坦的晶片；其次模型忽略了抛光液的流动，因而它局限于模拟极端的情况，如晶片和抛光垫之间没有滑动的情况。
Levert、Tichy等[4，5]各自建立关于抛光液流动的一维模型。尽管模型考虑了抛光垫的弹性及表面凸起的变形，但简化内容更广，如将晶片假想为宽度无限的刚性长方体，抛光垫的厚度无穷大，视抛光垫基面为半空间体。
张朝辉等[6]通过分析Tichy等[5]建立的模型，建立了新的模型对CMP中的接触和流体流动关系进行分析。针对Tichy的模型，修正假设：（1）抛光液沿着流入方向起点取无限远处，（2）在晶片中点处剪应力引起的转矩为零，（3）在表面上的剪应力均匀分布且晶片无倾斜。结论表明，接触压力在晶片边界处形成应力集中导致的过度抛光，粗糙峰弹性系数越大越明显；柔软的粗糙峰将导致较大的发散区，从而有较大的流体负压值。虽然此模型能正确预测负压的存在和晶片边缘的应力集中，但是可能高估粗糙峰的作用；同时模型简化较多，忽略了抛光垫的多孔特性和转矩等因素。
Dipto G等[7]依次建立了二维、三维的抛光液流动模型，其中就考虑了被一维模型所忽略的抛光垫的多孔性和弯曲度等因素。在使用软的抛光垫下，这些模型考虑薄膜厚度，分别验证两种工作状态：（1）润滑不接触状态；（2）接触状态。模型中基于润滑理论和质量输送理论求解的抛光率与实验模拟的结果很好的吻合。此外模型求解抛光液膜厚时考虑了各种输入参量，如抛光载荷、晶片与抛光垫相对速度、晶片半径、抛光液粘度、抛光垫的可压缩性等，增加了模拟结果的正确性。
张朝晖等[8]建立的一个二维模型来研究抛光垫的特性对抛光液流动性能的影响。假定抛光垫的变形服从Winkler模型，模拟发现因抛光垫的变形和多孔性，抛光液液膜的承载能力将有所下降，膜厚增大，从而有利于抛光液中粒子和磨屑的带出，提高表面质量。模型中忽略了抛光液中颗粒的输运方式和颗粒对抛光性能的影响。张等[9]还建立了考虑抛光垫特性的三维流体模型。假定抛光垫内孔质层流体服从Darcy规律。结论表明，当抛光垫的孔隙直径尺寸较小和孔质层较厚时有较大的承载能力，从而会提高的抛光速率，然而小孔径不利于抛光液中固体粒子和磨屑的带出，厚的多孔介质层可能导致抛光垫和晶片之间的直接接触，影响抛光质量。该模型忽略了抛光液中微颗粒以及抛光垫的粗糙度等因素。
3CMP技术中的抛光液
3.1抛光液
抛光液是CMP的关键要素之一，其组成、pH值、颗粒粒度及浓度、流速、流动途径对抛光速率都有影响。抛光液一般由研磨剂（SiO2、Al2O3等）、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成，最具代表性的抛光液由一个SiO2抛光剂和一个碱性成分水溶液组成；然而抛光不同的材料需要不同的抛光液。
随CMP工艺的发展，使得研究抛光液的最终目标成为寻求化学作用和机械作用的最佳结合，以获得高抛光速率、平面度好、膜厚均匀性好及选择性高的抛光液，同时兼顾其他方面，如CMP工艺的后处理。
3.2CMP技术理论模型
因为研究CMP过程中的材料去除率问题就要求分析晶片表面的应力分布情况，而应力分布则应研究抛光液的润滑方式，因此可见抛光液在抛光垫和晶片之间的流动是抛光中的一个重要问题将直接影响抛光速率和抛光质量。为便于研究CMP机理，一般会简化抛光垫的结构，侧重考虑抛光垫是硬的情形，通过求解润滑方程获得关于抛光液对抛光性能影响的相关结论。
下面从抛光液的流动特性的角度出发，简要介绍已经建立的关于CMP技术的模型，分析其结论。
Runnel[10]首次使用摩擦学原理来研究CMP过程，即建立抛光液流动的三维润滑模型。该模型侧重考虑稳态工况下抛光液在抛光垫和晶片之间的流动，假设晶片呈轴对称球面弯曲，晶片和抛光垫是刚性和光滑的，抛光液为牛顿流体，粘度为常数，则其流动性可以用一个N—S方程表示：u·△u=-1·塄P+μ·塄2u 塄·u=0
式中：ρ—密度；μ—动态粘滞度；P—压力；u—流体中任意一点的速度向量。
求解N-S方程过程中使用伽辽金有限元方法先离散后迭代得相关结论。模型不是想得到定性的结果，而重点在获得相关参考信息:即晶片和垫子的转速、流体粘度、晶片曲率对润滑膜厚的重要影响。文中预见流体动力润滑影响抛光液分布，但如何在抛光液层的润滑方式中寻求平衡，即在全膜厚润滑、固液混合润滑和固体润滑3者间寻求平衡，是研究抛光特性的重点。
Sundararajan等同样基于滑动轴承的流体动力学理论建立润滑模型。求解稳态的Reynolds方程体现不同工况下抛光垫与晶片之间的抛光液膜的厚度分布和液膜上应力分布，模拟中还考虑到抛光液在抛光开始时产生回流的临界条件。结果表明晶片和抛光垫之间的膜厚为（20～50）μm，液膜的压力大致成抛物线分布，抛光加载的变化对液膜压力分布和大小影响不大。文中还综合考虑晶片表面的化学反应、研磨颗粒和流体动力学知识建立质量输送模型计算得CMP过程中抛光率与实验数据吻合。
Cho等建立全膜厚润滑模型，通过求解Reynolds方程研究抛光液的润滑机理，文中深化Runnels的建立的润滑模型，将旧模型中晶片弧面倾斜方向进行增加，由二维拓展至三维，两者关于润滑膜厚变化趋势的结论是一致。新模型中使用半浸透性的抛光垫，假设在高负载、高转速和高粘度下研究抛光液的润滑特性，结果表明在小负荷和大转速条件下可以扩大晶面的相应正应力均匀的区域，同时减小边缘处的剪应力，因此可通过调整合适的负荷及转速将获得不同抛光质量。
第11期黄传锦等：化学机械抛光的理论模型研究综述257
张朝晖等[13]
考虑到抛光液中的纳米颗粒可能有利于加速切
除和优化抛光质量，进而建立含有微极性效应的抛光液的流变性能模型。模拟后发现微极性将提高抛光液的等效粘度从而在一定程度上提高其承载能力，加速抛光速率；这一特性在低膜厚或低转速下尤为明显，体现出尺寸依赖性。
4小结
随CMP 技术的发展，对其理论和实验的研究也将深入下去，已有研究表明在CMP 过程中考虑不同抛光垫的工况下抛光液的流动对于抛光率和抛光表面质量有非常大的影响；不过上述研究对抛光液的流动特性的研究以及建模的方法还有各自缺陷，用这些理论模型来解释CMP 过程的本质还存在一定的局限性；
未来想要深刻揭露CMP 抛光机理还要考虑更加全面的影响因素，例如化学、
机械、材料等因素，建立更加复杂的理论模型。参考文献
1S R Runnels ，P Rentcln ．Modeling the effect of polish pad deformation on
wafer surface stress distributions during chemical -mechanical polishing ［M ］．Dielectric Sci Technnl.1993：110~1212张朝辉，杜永平，雒建斌.CMP 中接触与流动关系的分析［J ］.科学通报，2006，51（16）:1961~19653张朝辉，杜永平，常秋英，雒建斌.化学机械抛光中抛光垫作用分析［J ］.北京交通大学学报，2007，31（1）:18~214张朝辉，雒建斌，温诗铸.考虑抛光垫特性的CMP 流动性能［J ］.机械工
程学报，
2006，42（2）:13~175张朝辉，雒建斌.化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析［J ］.北京交通大学学报，2005，29（1）:74~77
基于集成神经网络的垃圾破碎机故障诊断
专家系统知识库研究*
李聪
孙永厚
（桂林电子科技大学机电工程学院，桂林541004）
The knowledge base establishment of garbage crusher fault diagnosis expert system based on integrated neural network
LI Cong ，SUN Yong-hou
（Guilin University of Electronic Technology ，Guilin 541004，China ）
文章编号：1001-3997（2010）11-0258-03
＊来稿日期：2010-01-20
＊基金项目：广西重点实验室项目资助（桂科能：07109008_013_Z ）
1引言
专家系统在故障诊断方面的应用越来越广泛。结合不同的诊断对象的特点，不同的人工智能技术被引用到专家系统的研制中，如基于主元分析、
人工免疫系统及模糊理论的医学诊断专家系统[1]，基于神经网络的专家系统[2]，基于模糊神经网络的故障诊断专家系统[3]等。对于连续性生产线，由于它由诸多的机械、电气、液压和气动相结合的设备所构成，因而故障的症状和原因较多，且其故障性质往往不同，不少故障具有不确定性，所以要实现对多个故障模式的诊断，神经网络需要学习大量的故障样本，而构造反映多种故障的特征向量非常困难。对连续性生产线的进行故障诊断时，只建立单
一知识库和推理机的专家系统就有所逊色了。
集成神经网络（Integration Neural Network ，INN ）是根据钱学森提出的综合集成的思想，用于信息的集成融合与诊断。其实质是运用相应的数学方法将庞大的神经网络划分成若干个小规模的子神经网络，使得所建模型能适应多种条件状况下的诊断分析，同时能减少训练样本数目、缩短网络训练时间和提高网络训练精度，因此该方法在预测、故障诊断和图像识别领域有着许多成功的应用[4]。为此，本文针对某垃圾再生煤生产线（简称A 线）的故障特点，结合集成神经网络的优点，建立了基于集成神经网络的故障诊断专家系统知识库。
中图分类号：TH16
文献标识码：A
【摘要】针对连续性生产线的特点，对垃圾环保再生煤生产设备进行研究。在分析连续性生产线
的故障特点的基础上，采用集成神经网络与专家系统结合的方式，建立基于集成神经网络专家系统，本文着重探讨了这种专家系统的知识获取、
知识表示和知识库的建立等问题。关键词：专家系统；集成神经网络；知识库；破碎机
【Abstract 】Based on the characteristics of continuous production line ，equipments of the recoverable coal production line are be set as the research object.On the analysis of the characteristics of the fault line of continuity ，the method of combining integrated neural network and expert system is used.The expert system is established based on integrated neural network.Especially ，the problems of knowledge acquisition ，
knowledge representation and the establishment of knowledge base are discussed in details.
Key words ：Expert system ；Integrated neural network ；Knowledge base ；Garbage crusher
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Machinery Design ＆Manufacture
机械设计与制造
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机械优化设计论文(基于MATLAB工具箱的机械优化设计)
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
机械优化设计综述及其应用举例
机械优化设计综述与应用 苟晓明 （重庆理工大学重庆汽车学院，重庆市400054） 摘要：机械优化设计是一门实践性很强的综合性学科，在现代机械设计中占有非常重要的地位，其应用价值十分高，是非常有发展潜力的研究方向。文章对机械优化设计的基本理论，基本研究思路、优化设计方法、软件的应用情况以及应用中可能遇到的问题等分别进行了简述，分析了优化设计应用的发展趋势。并应用Matlab优化工具箱对产品进行了优化设计应用实例分析。 关键词：机械优化设计；优化方法；蜗杆传动；Matlab Summary of Mechanical Optimal Design and Application GOU Xiao Ming (Chongqing University of Technology, Chongqing Automobile Institute,Chongqing,400054,Chain) Abstract: Mechanical optimal design is a very practical comprehensive discipline, it plays a very important role in modern mechanical design. Its value is very high, and is very promising research direction. This article summarized the basic theory of optimal design, research ideas, optimal design method, the application of software and possible problems in use the software. Analyze the application and trends of optimization methods. And use Matlab optimization toolbox to analyze the optimal design of products. Key words：mechanical optimal design; optimization method;worm transmission; Matlab 0 引言 优化设计是20世纪60年代发展起来的，以数学规划理论为基础，根据最优化的原理和方法，应用计算机技术，寻求最优设计参数的一种新方法，为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。优化设计首先需根据工程需要将实际问题转化成数学模型，然后选择合理的优化方法，通过计算机求得最优解。能使设计周期大大缩短，提高计算精度、设计效率和设计质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 1 优化设计基本概念 机械优化设计就是在满足给定的载荷、环境条件、产品的形态、几何尺寸关系或其它约束条件下,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函数和约束条件, 利用数值优化计算方法使目标函数获得最优设计方案一 种现代设计方法]3 1[ 。进行最优化设计时，首先必须将实际问题加以数学描述，形成一组由数学表达式组成的数学模型，然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上运算求解，得到一组由数学表达式组成的最优设计参数。利用优化设计，可进一步改善和提高产品的性能；在满足各种设计条件下减少产品或工程结构重量，从而节省产品成本消耗、降低工程造价;可以进一步提高产品或工程设计效率。因此，优化设计是直接提高产品设计性能、降低产品成本的有效设计方法。优化设计可给企业带来直接的经济效益，从而提高企业产品的竞争能力。 优化设计的目标是使设计对象最优，而优化设计的手段是计算机及优化计算软件。优化计算软件是以优化计算方法为基础而形成的应用程序系统。因此，优化设计还可以被理解为采用计算程序的从设计空间搜索最佳设计方案的现代设计手段。优化设计与常规设计相比具有借助计算机为工具的明显特征。优化设计中优化计算方法的数学基础包括线性规划、非线性规划、动态规划、几何规划等内容的数学规划理论。 优化设计一般包含如下主要内容:①将设计中的实际物理模型抽象为数学模型。确定设计过程中主要的设计目标和设计条件，在此基础上构造评价设计方案的目标函数和约束条件等。②数学模型的求解。根据数学模型的性质，选择合适的优化方法，并利用计算机进行数学模型的求解，得到优化设计方案。 任何机械设计问题，总是要求满足一定的工作条件、载荷和工艺等方面要求，并在强度、刚度、
化学机械抛光工艺(CMP)全解
化学机械抛光液（CMP）氧化铝抛光液具体添加剂 摘要：本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理，然后，通过介绍CMP系统，从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程，通过介绍分析CMP工艺参数，对CMP作定量了解。在文献精度中，介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型，其中考虑了磨粒尺寸，浓度，分布，研磨液流速，抛光势地形，材料性能。经过实验，得到的实验结果与模型比较吻合。MRR 模型可用于CMP模拟，CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。最后，通过对VLSI 制造技术的课程回顾，归纳了课程收获，总结了课程感悟。 关键词：CMP、研磨液、平均磨除速率、设备 Abstract：This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course. Key word: CMP、slumry、MRRs、device 1.前言 随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。传统的平坦化技术，仅仅能够实现局部平坦化，但是当最小特征尺寸达到
CMP化学机械抛光Slurry的蜕与
CMP Slurry的蜕与进 岳飞曾说：“阵而后战，兵法之常，运用之妙，存乎一心。”意思是说，摆好阵势以后出战，这是打仗的常规，但运用的巧妙灵活，全在于善于思考。正是凭此理念，岳飞打破了宋朝对辽、金作战讲究布阵而非灵活变通的通病，屡建战功。如果把化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)的全套工艺比作打仗用兵，那么CMP工艺中的耗材，特别是slurry的选择无疑是“运用之妙”的关键所在。 “越来越平”的IC制造 2006年，托马斯?弗里德曼的专著《世界是平的》论述了世界的“平坦化”大趋势，迅速地把哥伦布苦心经营的理论“推到一边”。对于IC制造来说，“平坦化”则源于上世纪80年代中期CMP技术的出现。 CMP工艺的基本原理是将待抛光的硅片在一定的下压力及slurry（由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液）的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面材料的去除，并获得光洁表面（图1）。 1988年IBM开始将CMP工艺用于4M DRAM器件的制造，之后各种逻辑电路和存储器件以不同的发展规模走向CMP。CMP将纳M粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来，满足了特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化要求。目前，CMP技术已成为几乎公认的惟一的全局平坦化技术，其应用范围正日益扩大。 目前，CMP技术已经发展成以化学机械抛光机为主体，集在线检测、终点检测、清洗等技术于一体的CMP技术，是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。 Slurry的发展与蜕变 “CMP技术非常复杂，牵涉众多的设备、耗材、工艺等，可以说CMP本身代表了半导体产业的众多挑战。”安集微电子的CEO王淑敏博士说，“主要的挑战是影响CMP工艺和制程的诸多变量，而且这些变量之间的关系错综复杂。其次是CMP的应用范围广，几乎每一关键层都要求用到CMP进行平坦化。不同应用中的研磨过程各有差异，往往一个微小的机台参数或耗材的变化就会带来完全不同的结果，slurry的选择也因此成为CMP工艺的关键之一。” CMP技术所采用的设备及消耗品包括：抛光机、slurry、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。其中slurry和抛光垫为消耗品。Praxair的研发总监黄丕成博士介绍说，一个完整的CMP工CM和抛光垫是slurry艺主要由抛光、后清洗和计量测量等部分组成。抛光机、．P工艺的3大关键要素，其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平（图2）。
机械优化设计的应用及展望解博
机械优化设计的应用及展望 解博 （陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中７２３００３ ［摘要］论述了机械优化设计的内涵；分析了机械优化设计在机械工业、汽车工业、航空航天工业的应用；并对机械优化设计的发展进行了 展望。 ［关键词］机械优化设计；应用；展望 机械优化设计是最优化设计技术在机械设计领域的和应用，机械优计，涉及到飞机机身及飞机结构整体机械优化设计；涉及到火箭发动机化设计基本思想是根据机械设计的基本理论，方法和现有的标准规范等壳体及航空发动机轮盘机械优化设计；涉及到潜艇结构及潜艇外部液压建立起能够反映工程设计问题和符合优化所需数学要求的数学模型，并舱机械优化设计；涉及到机器人等机械优化设计。机械优化设计的理论采用数学规划的基本方法和计算机技术自动找出优化设计问题的最优方与方法也应用于大规模的工程建设，涉及到筑桥梁及石油钻井井架机械案。当前，机械优化设计的基本理论和基本方法随着现代设计理论及方优化设计；涉及到大型水轮机结构等机械优化设计。机械优化设计还应法的发展不断更新，并且优化设计所用工具软件也随着科学技术的发展用于运输工具零件的优化设计，涉及到汽车车架及悬挂机械优化设计；不断扩展和深化。目前机械优化设计主要是将优化设计的基础理论、国涉及到车身箱形梁结构及起重机机械优化设计；涉及到装载机平面或空际大型通用化的优化设计工具软件与现代工程应用实例密切结合，通过间桁架结构机械优化设计；涉及到各类减速器及制动器圆锥机械优化设机械工程实际应用使得工程技术人员掌握优化设计方法的实质内容及工计；涉及到圆柱齿轮及连杆机构和凸轮机构机械优化设计；涉及到各类程应用技巧。所以，加强机械优化设计的应用研究具有一定的实际意义。弹簧及轴承等机械优化设计。 1 机械优化设计的内涵机械优化设计随着现代制造科学的发展应用领域更加广泛。机械 机械优化设计是一门综合性的学科，既涉及到数学、物理学知识，优化设计正以微电子、信息、新材料为代表的新一代工程科学与技术的又涉及到应用化学、应用力学和材料学知识，具有理论价值和应用价发展为基础。所以，机械优化设计一方面极大地拓展了制造领域的深度值，是非常有发展潜力的学科。机械的优化设计与机构设计、机械传动和广度，另一方面改变了现代制造过程的设计方法、产品结构。同样，设计和机械强度评价共同组成了机械设计的内涵。机械
化学机械抛光液配方组成,抛光液成分分析及技术工艺
化学机械抛光液配方组成，抛光原理及工艺导读：本文详细介绍了化学机械抛光液的研究背景，机理，技术，配方等，需要注意的是，本文中所列出配方表数据经过修改，如需要更详细的内容，请与我们的技术工程师联系。 禾川化学专业从事化学机械抛光液成分分析，配方还原，研发外包服务，提供一站式化学机械抛光液配方技术解决方案。 1.背景 基于全球经济的快速发展，IC技术（Integrated circuit, 即集成电路）已经渗透到国防建设和国民经济发展的各个领域，成为世界第一大产业。IC 所用的材料主要是硅和砷化镓等,全球90%以上IC 都采用硅片。随着半导体工业的飞速发展，一方面，为了增大芯片产量，降低单元制造成本，要求硅片的直径不断增大；另一方面，为了提高IC 的集成度，要求硅片的刻线宽度越来越细。半导体硅片抛光工艺是衔接材料与器件制备的边沿工艺，它极大地影响着材料和器件的成品率，并肩负消除前加工表面损伤沾污以及控制诱生二次缺陷和杂质的双重任务。在特定的抛光设备条件下，硅片抛光效果取决于抛光剂及其抛光工艺技术。 禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。 样品分析检测流程：样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。有任何配方技术难题，可即刻联系禾川
化学技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！ 2.硅片抛光技术的研究进展 20世纪60年代中期前，半导体抛光还大都沿用机械抛光，如氧化镁、氧化锆、氧化铬等方法，得到的镜面表面损伤极其严重。1965年Walsh和Herzog 提出SiO2溶胶-凝胶抛光后，以氢氧化钠为介质的碱性二氧化硅抛光技术就逐渐代替旧方法，国内外以二氧化硅溶胶为基础研究开发了品种繁多的抛光材料。 随着电子产品表面质量要求的不断提高, 表面平坦化加工技术也在不断发展，基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG( spin-on-glass) 、低压CVD( chemical vapor deposit) 、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC艺中获得应用, 但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等, 不能满足特征尺寸在0. 35 μm 以下的全局平面化要求。 1991 年IBM 首次将化学机械抛光技术( chemical mechanical polishing , 简称CMP)成功应用到64 Mb DRAM 的生产中, 之后各种逻辑电路和存储器以不同的发展规模走向CMP, CMP 将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来, 满足了特征尺寸在0. 35微米以下的全局平面化要求。CMP 可以引人注目地得到用其他任何CMP 可以引人注目地得到用其他任何平面化加工不能得到的低的表面形貌变化。目前, 化学机械抛光技术已成为几乎公认为惟一的全局平面化技术，逐渐用于大规模集成电路(LSI) 和超大规模集成电路(ULSI) ，可进一步提高硅片表面质量，减少表面缺陷。
化学机械抛光的理论模型研究综述
化学机械抛光的理论模型研究综述* 黄传锦 周海 陈西府 （盐城工学院机械工程学院，盐城224051） Study the chemical mechanical polishing on sapphire substrate HUANG Chuan-jin ，ZHOU Hai ，CHEN Xi-fu （Yancheng Institute of Technology ，Yancheng 224051，China ） 文章编号：1001-3997（2010）11-0256-02 ＊来稿日期：2010-01-11 ＊基金项目：江苏省自然科学基础研究项目（BK2008197），江苏省科技厅科技攻关项目（BE2007077），盐城工学院应用基础研究项目：LED 衬底基片无损伤表面加工技术研究 1序言 随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级[1]。传统的平面化技术，如选择淀积、旋转玻璃法等，仅仅能够局部平面化技术，但是对于微小尺寸特征的电子器件，必须进行全局平面化以满足上述要求。90年代兴起的新型化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足了硅片图形加工的要求，是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。 CMP 技术的目的是消除芯片表面的高点及波浪形，达到高级别的平整度。 它的基本原理是将硅片放置于有抛光液的环境下相对于一个抛光垫旋转，并施加一定的压力借助机械磨削及化学腐蚀作用来完成抛光，如图1所示。 夹持头背膜硅片抛光垫工作台 抛光液输送装置 抛光液 图1化学机械抛光原理图 主要希望是通过归纳数值模拟CMP 过程所取得的相关成 果，得到关于抛光垫、抛光液对整个抛光性能的影响结论，进而能够经由理论上的总结为以后的实际运用打下理论基础。 2CMP 技术中的抛光垫 2.1抛光垫 抛光垫在CMP 过程中扮演很重要的角色，是标准耗材之一。 抛光垫的主要成分为聚氨酯树脂，主要功能为：（1）存储抛光液，输送抛光液至工作区域，使抛光均匀进行，（2）将抛光过程中产生的副产品（抛光碎屑等）去除，（3）维持一定的抛光液涵养量，一方面形成一定的膜厚，以能够影响抛光速率，另一方面使得机械和化学反应充分进行。抛光垫在使用后出现“釉化”现象，使抛光速率下降，因此其需要定期维护，以保证其抛光速率和保证抛光表面质量，延长使用寿命。抛光垫的硬度对抛光均匀性有着明显的影响，通常分两类：软的和硬的。硬的抛光垫利于平整性，而软的抛光垫则有利于形成更好甚至无缺陷的表面。此外为满足刚性及弹性的 双重要求，可在抛光垫下垫层弹性膜，组合使用软、硬垫。抛光垫在抛光过程中能够直接影响到抛光品质，即抛光垫的相关物理特性变化将直接体现在晶片之上，所以有必要在研究抛光机理和建立数学模型过程中考虑到抛光垫的特性，如多孔 性、粗糙度、压缩性等。 2.2CMP 的理论模型 下面从考虑抛光垫特性的角度出发，介绍部分已建立的关于CMP 技术的理论模型，分析它们的各自的特点。 CMP 过程较复杂，其主要的特征为材料去除率（MRR ），最初的关于MRR 的理论模型是依据工艺过程获得的经验值而建立的，为Preston 提出的Preston 方程:MRR=KPV 式中：P —施加的压力；V —抛光盘的相对速度；K —Preston 常数，影 响其因素很多，包括抛光垫、抛光液的化学物理性质等方面。因模型中K 常数是经验值，使得抛光液、抛光垫的相关特性无法明确体现，所以在CMP 过程中抛光机理依旧模糊。Yu [2]建立一个模型给出了抛光速率与抛光垫粗糙度的关系。 中图分类号：TH16 文献标识码：A 【摘要】化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing ，CMP ）是当今唯一能够提供全局平面化的 技术，其抛光机理的研究是当前的热点。综述了考虑抛光液和抛光垫特性的抛光机理模型，分析了各模型 的相关特点，最后对CMP 模型的发展和研究方向提出展望。 关键词：化学机械抛光；平坦化；抛光率；抛光垫 【Abstract 】Chemical-mechanical polishing （Chemical Mechanical Polishing ，CMP ）is currently only able to provide the global planarization technology ，its mechanism of polishing is currently the most popular.A survey of some models was given which consider the polishing properties of polishing liquid and polishing pads ， and the relevant characteristics of each model was analyzed ，at last the development and research directions of the CMP model was prospected.Key words ：Chemical mechanical polishing ；Planarization ；Material removal mechanism ；Polishing Pad ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造 第11期2010年11月 256
化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液具汇总
化学机械抛光液（CMP）氧化铝抛光液 一、行业的界定与分类 (2) （一）化学机械抛光 (2) 1、化学机械抛光概念 (2) 2、CMP工艺的基本原理 (2) 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 (2) 4、CMP过程 (2) 5、CMP技术的优势 (2) （二）化学机械抛光液 (3) 1、化学机械抛光液概念 (3) 2、化学机械抛光液的组成 (3) 3、化学机械抛光液的分类 (3) 4、CMP过程中对抛光液性能的要求 (3) （三）化学机械抛光液的应用领域 (3) 二、原材料供应商 (4) 三、化学机械抛光液行业现状 (4) （一）抛光液行业现状 (4) 1、国际市场主要抛光液企业分析 (4) 2、我国抛光液行业运行环境分析 (4) 3、我国抛光液行业现状分析 (5) 4、我国抛光液行业重点企业竞争分析 (5) （二）抛光液行业发展趋势 (5) （三）抛光液行业发展的问题 (5) 四、需求商 (6) （一）半导体硅材料 (6) 1、电子信息产业介绍 (6) 2、半导体硅材料的简单介绍 (6) （二）分立器件行业 (7) （三）抛光片 (8)
化学机械抛光液行业研究 一、行业的界定与分类 （一）化学机械抛光 1、化学机械抛光概念 化学机械抛光（英语：Chemical-Mechanical Polishing，缩写CMP），又称化学机械平坦化（英语：Chemical-Mechanical Planarization），是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。 2、CMP工艺的基本原理 基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 主要包括，抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等，其中抛光液和抛光垫为消耗品。 4、CMP过程 过程主要有抛光、后清洗和计量测量等部分组成，抛光机、抛光液和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素，其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平。 5、CMP技术的优势 最初半导体基片大多采用机械抛光的平整方法,但得到的表面损伤极其严重，基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG(spin-on-glass)、低压CV D(chemicalvaporde-posit)、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC工艺中获得应用,但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等,不能满足特征尺寸在
机械优化设计方法概述
机械优化设计方法概述 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则 Mechanical optimization design is optimized technology in the field of mechanical design and application of transplantation, its basic idea is based on mechanical design theory, methods and standards to establish a reflect problems in engineering design and meet the requirements of the mathematical programming model, and then applying the mathematical programming method and computer technology to find out the design problem of the optimal scheme of automatic. As a new subject, which is based on the theory of mathematical programming and computer program design basis, by numerical calculation, from the large number of design so as to improve or the most suitable design, so that the desired economic index optimal, it can successfully solve the analysis and other methods are difficult to deal with complex problem. Optimization design and provides an important scientific design method. So using this design method can greatly improve the design efficiency and design quality. This paper discusses the optimized design method of the background, development process, and to the unconstrained and constrained optimization of different optimal design method for the development, principle, methods, characteristics and scope of application are described. Key words: mechanical design optimization; constraint; characteristics; selection principle.
化学机械抛光液行业研究
化学机械抛光液行业研究 一、行业的界定与分类 (2) （一）化学机械抛光 (2) 1、化学机械抛光概念 (2) 2、CMP工艺的基本原理 (2) 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 (2) 4、CMP过程 (2) 5、CMP技术的优势 (2) （二）化学机械抛光液 (3) 1、化学机械抛光液概念 (3) 2、化学机械抛光液的组成 (3) 3、化学机械抛光液的分类 (3) 4、CMP过程中对抛光液性能的要求 (3) （三）化学机械抛光液的应用领域 (3) 二、原材料供应商 (4) 三、化学机械抛光液行业现状 (4) （一）抛光液行业现状 (4) 1、国际市场主要抛光液企业分析 (4) 2、我国抛光液行业运行环境分析 (4) 3、我国抛光液行业现状分析 (5) 4、我国抛光液行业重点企业竞争分析 (5) （二）抛光液行业发展趋势 (5) （三）抛光液行业发展的问题 (5) 四、需求商 (6) （一）半导体硅材料 (6) 1、电子信息产业介绍 (6) 2、半导体硅材料的简单介绍 (6) （二）分立器件行业 (7) （三）抛光片 (8)
化学机械抛光液行业研究 一、行业的界定与分类 （一）化学机械抛光 1、化学机械抛光概念 化学机械抛光（英语：Chemical-Mechanical Polishing，缩写CMP），又称化学机械平坦化（英语：Chemical-Mechanical Planarization），是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。 2、CMP工艺的基本原理 基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 主要包括，抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等，其中抛光液和抛光垫为消耗品。 4、CMP过程 过程主要有抛光、后清洗和计量测量等部分组成，抛光机、抛光液和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素，其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平。 5、CMP技术的优势 最初半导体基片大多采用机械抛光的平整方法,但得到的表面损伤极其严重，基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG(spin-on-glass)、低压CV D(chemicalvaporde-posit)、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC工艺中获得应用,但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等,不能满足特征尺寸在
化学机械抛光工艺(CMP)
化学机械抛光工艺（CMP） 摘要：本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理，然后，通过介绍CMP系统，从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程，通过介绍分析CMP工艺参数，对CMP作定量了解。在文献精度中，介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型，其中考虑了磨粒尺寸，浓度，分布，研磨液流速，抛光势地形，材料性能。经过实验，得到的实验结果与模型比较吻合。MRR 模型可用于CMP模拟，CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。最后，通过对VLSI 制造技术的课程回顾，归纳了课程收获，总结了课程感悟。 关键词：CMP、研磨液、平均磨除速率、设备 Abstract：This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course. Key word: CMP、slumry、MRRs、device 1.前言
化学机械抛光CMP技术的发展应用及存在问题
化学机械抛光(CMP)技术的发展、应用及存在问题 雷红 雒建斌 马俊杰 (清华大学摩擦学国家重点实验室 北京 100084) 摘要:在亚微米半导体制造中,器件互连结构的平坦化正越来越广泛采用化学机械抛光(C MP)技术,这几乎是目前唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平坦化的工艺技术。本文综述了化学机械抛光的基本工作原理、发展状况及存在问题。 关键词:C MP 设备 研浆 平面化技术 Advances and Problems on Chemical Mechanical Polishing Lei Hong Luo Jianbin Ma J unjie (T he S tate K ey Lab oratery of T rib ology,Tsinghua University100084) Abstract:Chemical mechanical polishing(C MP)has become widely accepted for the planarization of device interconnect structures in deep submicron semiconductor manu facturing1At present,it is the only technique kn own to provide global planarization within the wh ole wafers1The progress and problem of C MP are reviewed in the paper1 K eyw ords:CMP Equipment Slurry Planarization 1 C MP的发展、应用 随着半导体工业沿着摩尔定律的曲线急速下降,驱使加工工艺向着更高的电流密度、更高的时钟频率和更多的互联层转移。由于器件尺寸的缩小、光学光刻设备焦深的减小,要求片子表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级[1]。传统的平面化技术如基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃S OG、低压C VD、等离子体增强C VD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积—腐蚀—淀积等,这些技术在IC工艺中都曾获得应用。但是,它们虽然也能提供“光滑”的表面,却都是局部平面化技术,不能做到全局平面化。目前,已被公认的是,对于最小特征尺寸在0135μm及以下的器件,必须进行全局平面化,为此必须发展新的全局平面化技术。 90年代兴起的新型化学机械抛光(Chem ical M echanical P olishing,简称C MP)技术则从加工性能和速度上同时满足了圆片图形加工的要求。C MP技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术,它借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦表面[2、3]。C MP技术对于器件制造具有以下优点[1]: (1)片子平面的总体平面度:C MP工艺可补偿亚微米光刻中步进机大像场的线焦深不足。 (2)改善金属台阶覆盖及其相关的可靠性:C MP 工艺显著地提高了芯片测试中的圆片成品率。 (3)使更小的芯片尺寸增加层数成为可能:C MP 技术允许所形成的器件具有更高的纵横比。 因而,自从1991年美国I BM公司首先将C MP工艺用于64Mb DRAM的生产中之后,该技术便顺利而迅速地在各种会议和研究报告中传播,并逐步进入工业化生产[4、5]。目前美国是C MP最大的市场,它偏重于多层器件,欧洲正在把C MP引入生产线,而日本和亚太地区将显著增长,绝大多数的半导体厂家采用了金属C MP,而且有能力发展第二代金属C MP工艺。据报道[6],1996年日本最大十家IC制造厂家中,有七家在生产0135μm器件时使用了C MP平坦化工艺,韩国和台湾也已开始C MP在内的亚微米技术。近年来,C MP发展迅猛,在过去三年中,化学机械抛光设备的需求量已增长了三倍,并且在今后的几年内,预计C MP设备市场仍将以60%的增长幅度上升。C MP 技术成为最好也是唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平坦化的工艺技术,C MP技术的进步已直接影响着集成电路技术的发展。 C MP的研究开发工作已从以美国为主的联合体SE M ATECH发展到全球,如欧洲联合体J ESSI,法国研究公司LETI和C NET,德国Fraunhofer研究所等[7],日本和亚洲其它国家和地区如韩国、台湾等也在加速研究与开发,并呈现出高竞争势头。并且研究从居主导地位的半导体大公司厂家的工艺开发实验室正扩展到设备和材料供应厂家的生产发展实验室。 C MP技术的应用也将从半导体工业中的层间介质(I LD),绝缘体,导体,镶嵌金属W、Al、Cu、Au,多晶硅,硅氧化物沟道等的平面化[8],拓展到薄膜存贮磁盘,微电子机械系统(MFMS),陶瓷,磁头,机械磨具,精密阀门,光学玻璃,金属材料等表面加工领域。
机械优化设计的应用及展望
机械优化设计的应用及展望 机械优化设计是最优化设计技术在机械设计领域的和应用，机械优化设计基本思想是根据机械设计的基本理论，方法和现有的标准规范等建立起能够反映工程设计问题和符合优化所需数学要求的数学模型，并采用数学规划的基本方法和计算机技术自动找出优化设计问题的最优方案。 当前，机械优化设计的基本理论和基本方法随着现代设计理论及方法的发展不断更新，并且优化设计所用工具软件也随着科学技术的发展不断扩展和深化。目前机械优化设计主要是将优化设计的基础理论、国际大型通用化的优化设计工具软件与现代工程应用实例密切结合，通过机械工程实际应用使得工程技术人员掌握优化设计方法的实质内容及工程应用技巧。 所以，加强机械优化设计的应用研究具有一定的实际意义。 1.机械优化设计的内涵 机械优化设计是一门综合性的学科，既涉及到数学、物理学知识，又涉及到应用化学、应用力学和材料学知识，具有理论价值和应用价值，是非常有发展潜力的学科。 机械的优化设计与机构设计、机械传动设计和机械强度评价共同组成了机械设计的内涵。机械优化设计是建立在近代计算机程序设计之上的，所以它是解决复杂设计问题的一种有效工具。机械优化设计是把传统的机械设计与现代优化理论及方法密切结合起来去处理机械设计实际问题，所以其工程实用价值大。现代机械系统的优化设计问题大部分具有复杂性、跨学科性、而且具有多目标性、多约束性、多参数性、和隐含性的特点。 因此，我们必须用现代的设计理论及方法，才能实现现代机械系统的优化设计。现代设计中，不但要求提高机械产品的性能和质量，而且要求缩短设计周期和降低原材料消耗和制造成本，还要求尽量少或无环境污染，提高可回收利用，具有绿色设计的理念。根据机械优化设计的内涵，机械优化设计的变量选择，一方面要注意各设计变量应相互独立，另一方面要避免耦合情况的发生。由于机械优化设计的目标函数及其相应约束的确定，对精密仪器的优化设计应按其精度最高或者误差最小的要求来建立相应的目标函数。机械优化设计的约束条件不可避免会带来与模型和现实系统出现不相吻合现象。 机械优化设计的数学模型确立首先要结合工程实际，参考和优化设计经验，正确把握与目标相关程度大的因素，从而能够尽可能建立确切简洁的、易于使用的数学模型。 所以，机械优化设计工程技术人员可依据实际需求选择最合适的优化设计方法，较灵活的改变和组合相应的设计思路。 2.机械优化设计应用 现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。 所以，机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机