化学机械研磨抛光CMP技术详解

文章来源：睐芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介绍了半导体研磨方法中的化学机械研磨抛光CMP技术。

1、化学研磨抛光CMP技术

CMP 设备通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。目前集成电路组件普遍采用多层立体布线，集成电路制造的工艺环节要进行多次循环，每完成一层布线都需要对晶圆表面进行全局平坦化和除杂，从而进行下一层布线。CMP 设备在晶圆完成每层布线后实现全局纳米级平坦化与表面多余材料的高效去除，保证光刻工艺套刻精度和多层金属互联的高质量实现。

随着线宽越来越小、层数越来越多，对 CMP 的技术要求越来越高，CMP设备的使用频率也越来越高，在先进制程集成电路的生产过程中每一片晶圆都会经历几十道的 CMP 工艺步骤。

2、CMP 设备的工作原理

CMP 设备主要由晶圆传输单元、抛光单元和清洗单元三大主要模块组成。

A）晶圆传输单元要由前端模组、晶圆传输手等部件组成。其中，前端模组负责与工厂的晶圆搬运系统对接，将晶圆搬运至机台内进行加工。晶圆传输手负责晶圆在抛光单元、清洗单元内部及不同加工工位之间的传输。

B）光单元在抛光单元中，利用化学腐蚀与机械研磨的协同配合，通过夹持晶圆的研磨头和研磨垫之间的相对运动来实现晶圆表面平坦化。在研磨垫和晶圆之间滴入一定流量的研磨液，利用研磨液中的化学成分产生的腐蚀作用，以及研磨液颗粒产生的机械摩擦力去除晶圆表面的多余材料，实现晶圆全局平坦化。

抛光过程中通过研磨头的不同区域同时施加不同压力来调整区域研磨速率，从而优化晶圆表面的全局平坦化程度。同时，运用终点检测技术，实时检测晶圆表面的材料厚度，在达到预定厚度后停止抛光。

C）清洗单元在完成化学机械抛光后，通过清洗单元有效去除晶圆表面的颗粒污染物，并干燥晶圆。清洗单元一般包含兆声清洗模组、刷洗模组及干燥模组等。兆声清洗模组利用兆声波能量及化学液的腐蚀作用实现大颗粒的去除。刷洗模组利用清洗化学品的腐蚀和机械刷洗双重作用去除晶圆表面的强附着力颗粒，并用超纯水冲洗残留的沾污。干燥模组通过高速旋转产生的离心力，异丙醇溶剂产生的马兰戈尼效应去除晶圆表面的水渍，实现晶圆干燥。

审核编辑：汤梓红