Page 34 - 《摩擦学学报》2020年第6期
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第 6 期                        黄静飞, 等: CMP加工后芯片三维形貌表征参数体系                                      717

                 complexity. The chip surface topography evaluation system established by amplitude parameters, space parameters,
                 mixing parameters and fractal parameters can characterize the three-dimensional surface topography characteristics of
                 the chip from many aspects, and had certain feasibility for the evaluation of chip surface topography parameters.
                 Key words: chemical mechanical polishing; 3D surface topography; characterization parameter; ISO 25178-2; fractal
                 dimension


                化学机械抛光(CMP)是个复杂的形貌加工过程，                        显微镜对抛光后铜样片的           R a 值进行测量，发现满足测
            加工后的芯片表面在高倍显微镜下呈现高低起伏的                             量结果较好的表面粗糙度样本并不都完全符合试验
                                                                                                  [18]
            不平整形状，对于这些微观表面形貌的精确测量是评                            要求，参数表征测量缺乏全面性；Zhang等 利用JSM-
            定芯片表面质量的前提           [1-5] . 随着芯片测量方式多样化           6490LV型扫描电子显微镜以及原子力显微镜AFM测
            的发展，对于芯片表面测量的评定参数选择越来越受                            试了改性芯片基底上的表面形貌和粗糙度；张雷等                      [19]
            到人们重视，微粗糙度作为表面微观形貌检测的重要                            则利用德国布鲁克公司的Dimension型号的原子力显
            指标，能够反映芯片表面在纳米尺度区域内的起伏，                            微镜检测抛光前后蓝宝石晶片表面粗糙度. 虽然许多
            其当前主要以平均值粗糙度               R a [6-8] 、均方根RMS [9-11]  学者针对芯片微观形貌的测量做了诸多尝试，但这些
            及特殊参数“Haze”      [12-13] 来表征. 其中平均值   R a 和均方      方法很多都难以保证测量的结果能够全面完整反映
            根RMS主要对幅值信息进行统计，不能很好地表征芯                           芯片三维表面形貌，芯片评定的有效性和全面性受到
            片表面水平方向以及空间的整体分布，特殊参数“Haze”                        很大影响. 结合当今三维形貌表征参数的发展，建立
            作为散射理论与        R a 建立联系的参数值，尚无实验和理                 更加全面的芯片表面形貌表征参数体系，对于芯片表
            论对这种联系做精确的验证，存在实际加工测量的差                            面质量评定将有较大的推动作用.

            异性. 近年来学者们对CMP加工的芯片表面测量及评                              因此，本文中研究了适用于芯片表面形貌的三维
            定进行了广泛的研究. 娄有信等 借助表面轮廓仪、                           测量技术，分析芯片表面形貌的幅值分布特征，结合
                                         [14]
            光学显微镜和扫描探针显微镜分析了铜单晶基片表                             芯片表面的统计特性，针对芯片表征参数单一的现
                                                                                 [20]
            面形貌特征，但该方法评定指标过于单一；杨玉梅等                     [15]   象，基于ISO 25178-2 标准的部分三维表征参数，建
            则采用WM-7S wafer surface analyzer设备检测表面的             立适用于CMP加工的芯片表面三维评定的表征参数
            微粗糙度，利用散射仪的特殊参数Haze值表征了加工                          体系. 最后将其应用到芯片加工仿真中进行三维参数
                                              [16]
            工艺参数和芯片质量的关系；张淑敏等 采用原子力                            表征.
            显微镜检测芯片表面的粗糙度参数结果，然后对比
                                                               1    芯片表面微观形貌特征
            X射线衍射仪(XRD)的参数值，间接表征芯片基底的
                                                    [17]
            粗糙度，提供了一种新的仪器测量方式；郑炜 采用                                本文试验论证选用白光轮廓仪，其测量原理与实
            Olympus MX40型光学轮廓仪观察铜样片表面的微观                       物分别见图1(a)和图2(b). 仪器为Michelson型的Micro
            缺陷及美国Zygo公司的Newview 5022型的三维表面                     Xam-100型光学轮廓仪，来至美国KLA-Tencor公司，

                               CCD (Image sensor)

                         PC
                                        Filter
                        Condenser


                     White light
                       Objective
                                             Pressure
                                              relay

                                  Sample
                  (a) Structure diagram of white-light profilometer       (b) MicroXam-100 optical profiler

                                           Fig. 1  White light profilometer and its diagram
                                                  图 1    白光轮廓仪及其简图
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