ChemicalMechanicalPolishing(CMP)Overview[化学机械研磨(CMP)概述](PPT-54)

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CMP抛光— 化学机械抛光

CMP抛光—化学机械抛光概念CMP，即Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光。

CMP技术所采用的设备及消耗品包括：抛光机、抛光浆料、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。

CMP技术的概念是1965年由Monsanto首次提出。

该技术最初是用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜等。

1988年IBM开始将CMP技术运用于4MDRAM 的制造中，而自从1991年IBM将CMP成功应用到64MDRAM 的生产中以后，CMP技术在世界各地迅速发展起来。

区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法，CMP通过化学的和机械的综合作用，从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。

它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。

CMP抛光液CMP抛光液是以高纯硅粉为原料，经特殊工艺生产的一种高纯度低金属离子型抛光产品，广泛用于多种材料纳米级的高平坦化抛光。

如何抛光1. 机械抛光机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，特殊零件如回转体表面，可使用转台等辅助工具，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。

超精研抛是采用特制的磨具，在含有磨料的研抛液中，紧压在工件被加工表面上，作高速旋转运动。

利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度，是各种抛光方法中最高的。

光学镜片模具常采用这种方法。

2. 化学抛光化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面。

这种方法的主要优点是不需复杂设备，可以抛光形状复杂的工件，可以同时抛光很多工件，效率高。

化学抛光的核心问题是抛光液的配制。

化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。

3. 电解抛光电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。

化学机械研磨後清洗技术简介

第六卷第一期化學機械研磨後清洗技術簡介蔡明蒔國家奈米元件實驗室前言自1997年開始，半導體製程邁進0.5微米元件線幅以下，幾乎所有半導體製造廠開始採用化學機械研磨技術(Chemical Mechanical Polishing, CMP)。

此乃由於愈來愈嚴苛的曝光景深要求，對於曝光區內晶圓表面之起伏輪廓必須借助研磨方式才能獲得全域性平坦化(Global planarity)。

故在多層導線結構製程之IMD介電層平坦化及鎢金屬栓塞(W plugs)之製作，以CMP取代傳統以乾式蝕刻回蝕法，不但可確保晶圓表面之平整度且製程簡化，大幅提昇製程良率。

除了應用在後段導線之製作，CMP亦應用於前段元件隔離之oxide回蝕製程，即淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)，大幅增加晶圓上元件之可用面積。

當元件線幅小於0.18微米，傳統鋁銅合金導線之RC延遲將大過於元件開關速度，此時較低電阻之銅導線則勢必被採用。

由於銅之電漿乾蝕不易，應用Cu-CMP金屬嵌入式導線之大馬士革製程(Metal Inlaid Damascene Process)則為形成導線製作之主要方式。

CMP製程雖為先進半導體製程之關鍵技術，但在無塵室中卻屬高污染性之製程(dirty process)。

由於製程中必須引入研磨泥漿(slurry)於晶圓表面進行研磨，泥漿中包含約5-10%，30-100奈米之微細研磨粉體(abrasive)，種類包括SiO2、Al2O3、CeO2、ZrO2等。

此外還必須加入化學助劑，有pH緩衝劑如KOH、NH4OH、HNO3或有機酸等；氧化劑如雙氧水、硝酸鐵、碘酸鉀等；亦必須加入界面活性劑(Surfactants)幫助粉體在水溶液中之懸浮穩定性。

故晶圓經過研磨之後，晶圓表面勢必殘留大量之研磨粉體(>10k/wafers)、金屬離子(>1012 atoms/cm2)及其他不純物之污染。

氮化镓cmp化学机械抛光_概述说明以及解释

氮化镓cmp化学机械抛光概述说明以及解释1. 引言1.1 概述氮化镓CMP化学机械抛光是一种常用于半导体制造过程中的表面处理技术，可以实现对氮化镓材料表面的平整化和清洁化。

随着氮化镓半导体器件在日常生活和工业应用中的广泛应用，对氮化镓CMP的研究与发展也日益重要。

本文旨在系统地介绍氮化镓CMP技术的基本原理、关键参数以及影响因素。

通过对近期研究进展的归纳与分析，总结出氮化镓CMP在半导体制造中的应用领域以及优化策略和挑战。

此外，还将探讨近期改进和创新对该方法进行了哪些改善，并提供了针对未来研究方向和工业应用前景的建议。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

第一部分是引言部分，在这一部分我们将概述文章所涵盖内容以及列举文中各个小节目录作简要说明。

第二部分将详细介绍氮化镓CMP技术的基本原理、关键参数以及影响因素。

首先会对化学机械抛光技术进行概述，然后重点讨论氮化镓CMP的基本原理以及CMP过程中的关键参数。

第三部分将探讨氮化镓CMP在半导体制造中的应用以及工艺优化策略和挑战。

我们将详细介绍氮化镓CMP在半导体制造中的具体应用领域，并对优化策略和挑战进行深入讨论。

此外，还会总结近期研究对氮化镓CMP方法进行的改进与创新。

第四部分将介绍氮化镓CMP实验方法和步骤，并对所使用的设备和材料进行简单介绍。

我们还会详细解释实验流程和步骤，并给出实验结果及数据分析方法。

最后一部分是结论与展望，在这一部分我们将对全文内容进行总结，回顾所得到的研究成果，并提出对未来氮化镓CMP研究方向和工业应用前景的建议与展望。

1.3 目的本文旨在提供一份系统、全面且准确地关于氮化镓CMP技术的文章，以满足读者对该技术原理、应用和发展的需求。

通过深入地研究和分析，本文希望能够促进氮化镓CMP技术在半导体制造领域的应用，并为未来的研究方向和工业应用提供有效的指导和展望。

2. 氮化镓CMP化学机械抛光的原理2.1 化学机械抛光技术概述化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）技术是一种通过在制造过程中对材料表面进行仿佛研磨和化学反应的综合处理方法。

ILD CMP Process工艺简介

ILD CMP 简介
ILD CMP：(Inter Layer Dielectric,层间介质)CMP，它主要是研磨氧化硅（Oxide)，将Oxide磨到一定的厚度，从而达到平坦化；
ILD CMP 的前一站是长Oxide的CVD/PVD区，后一站是CNT Photo区。
CMP 前
CMP 后
ILD CMP 的机理
2)By APC(Automatic Process Control)：APC系统根据前面跑的wafer的厚度情况，以及当前 wafer的ILD Dep厚度值，自动计算出polish time，APC方法厚度精度控制高，Rework ratio 低，但在使用APC前需要建好ILD Dep前值和后值的量测Recipe；
ILD CMP Polishing System
ILD CMP Polishing System
ILD CMP Polishing System
CMP 作业流程(Mirra-Mesa 机台)
12: FI 的机器手从cassette 中拿出未加工的WAFER并送到WAFER的暂放台。
23: Mirra 的机器手接着把WAFER从暂放台运送到LOADCUP。LOADCUP 是 WAFER 上载与卸载的地方。
1.2 um 0.7 um
0.3 um
M2
1.0 um
IMD
M1 0.5 um
2.2 um M2
M1 0.4 um
Isolation
Why use CMP
没有平坦化情况下的PHOTO
在IC工艺技术发展过程中，遇到了硅片的表面起伏（即不平坦）这个非常严重的问题，它使亚微米光刻无法进行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出光刻胶的胶深范围，无法实现亚微米线宽的图形转移；

cmp化学机械抛光极限精度

cmp化学机械抛光极限精度CMP（Chemical Mechanical Polishing）化学机械抛光是一种用于半导体制造和微电子工艺中的关键工艺步骤。

它通过同时利用化学溶液和机械磨擦的方式，将材料表面的不平坦部分去除，从而达到极限精度的要求。

CMP技术的出现，是为了解决半导体制造过程中的平坦化问题。

在芯片制造过程中，各个层次的材料需要被平坦化，以便进行下一步的工艺步骤。

而CMP技术正是通过化学作用和机械磨擦的方式，将表面不平坦的部分去除，使得材料表面变得平坦。

在CMP过程中，主要有三个关键组成部分：研磨液、研磨盘和衬底。

研磨液是一种含有化学溶液的液体，通过与衬底表面的材料发生化学反应，去除表面不平坦的部分。

研磨盘则是用于提供机械磨擦力的工具，通过与衬底接触并施加压力，实现磨擦作用。

而衬底则是待处理的材料，通过与研磨液和研磨盘的作用，使得其表面变得平坦。

在CMP过程中，有几个关键参数需要控制，以保证最终获得极限精度。

首先是研磨液的选择和配方。

不同的材料需要使用不同的研磨液，并且需要根据具体的工艺要求进行配方。

其次是研磨盘的选择和调节。

不同的材料需要使用不同硬度和粗糙度的研磨盘，并且需要根据具体的工艺要求进行调节。

最后是CMP过程中的压力和速度控制。

压力和速度的控制直接影响CMP过程中的磨擦力和化学反应速率，从而影响最终的抛光效果。

CMP化学机械抛光技术在半导体制造和微电子工艺中有着广泛的应用。

首先，在芯片制造过程中，CMP技术可以用于平坦化各个层次的材料，使得芯片的电路结构更加精确和稳定。

其次，在光刻工艺中，CMP技术可以用于去除光刻胶残留物，使得光刻图案更加清晰和精确。

此外，在封装工艺中，CMP技术可以用于平坦化封装层，提高封装层与芯片之间的接触性能。

然而，CMP化学机械抛光技术也存在一些挑战和限制。

首先是对材料选择的限制。

由于不同材料对应不同的化学反应和机械性质，因此在使用CMP技术时需要根据具体材料进行选择。

Chemical mechanical polishing (CMP) composition fo

专利名称：Chemical mechanical polishing (CMP)composition for shallow trench isolation(STI) applications and methods of makingthereof发明人：Xiaobo Shi,John Edward QuincyHughes,Hongjun Zhou,Daniel HernandezCastillo, II,Jae Ouk Choo,James AllenSchlueter,Jo-Ann Theresa Schwartz,LauraLedenbach,Steven Charles Winchester,SaifiUsmani,John Anthony Marsella,MartinKamau Ngigi Mungai申请号：US14709609申请日：20150512公开号：US09305476B2公开日：20160405专利内容由知识产权出版社提供专利附图：摘要：Methods for removing, reducing or treating the trace metal contaminants and the smaller fine sized cerium oxide particles from cerium oxide particles, cerium oxide slurry or chemical mechanical polishing (CMP) compositions for Shallow Trench Isolation (STI) process are applied. The treated chemical mechanical polishing (CMP) compositions, or the CMP polishing compositions prepared by using the treated cerium oxide particles or the treated cerium oxide slurry are used to polish substrate that contains at least a surface comprising silicon dioxide film for STI (Shallow trench isolation) processing and applications. The reduced nano-sized particle related defects have been observed due to the reduced trace metal ion contaminants and reduced very smaller fine cerium oxide particles in the Shallow Trench Isolation (STI) CMP polishing.申请人：AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC.地址：Allentown PA US国籍：US代理人：Lina Yang更多信息请下载全文后查看。

化学机械抛光制程简介半导体CMP工艺介绍PPT

0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化范围 (微米)
Introduction of CMP
Step Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）
H0= step height
高低落差越来越小
局部平坦化：高低落差消失
CMP 发展史
• 1983: CMP制程由IBM发明。 • 1986: 氧化硅CMP （Oxide-CMP）开始试行。 • 1988: 金属钨CMP（W CMP）试行。 • 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 • 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨
应用于生产中。 • 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
B
C
A
C RR
B
Time
CMP 制程的应用
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
• 前段制程中的应用
– Shallow trench isolation (STI-CMP)
• 后段制程中的应用
– Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) – Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) – Contact/Via formation (W-CMP) – Dual Damascene (Cu-CMP) – 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP等。
Introduction of CMP

化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析

文章编号:167320291(2005)0120074204化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析张朝辉1,雒建斌2(1.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;2.清华大学摩擦学国家重点实验室,北京100084)摘　要:化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing ,CMP )是用于获取原子级平面度的一种有效手段,抛光液是其中重要因素之一.目前,CMP 的抛光液通常使用球形纳米级颗粒来加速切除和优化抛光质量,这类流体的流变性能必须考虑微极性效应的影响.本文给出了考虑微极性效应的CMP 运动方程,并进行了数值求解,这有助于了解CMP 的作用机理.数值模拟表明,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,加速材料去除.这在低节距或低转速下尤为明显,体现出尺寸依赖性.关键词:化学机械抛光;微极流体;抛光液;流变特性中图分类号:TH117 文献标识码:AMicro-Polar E ffects of Flow Features of Slurriesin Chemical Mechanical Polishing ProcessZHA N G Chao 2hui 1,L UO Jian 2bi n2(1.School of Mechanical and Electronic Control Engineering ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China ;2.State K ey Laboratory of Tribology ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract :Chemical mechanical polishing (CMP )is a manufacturing process to achieve the planarity in the level of atom where the slurry makes a great deal of contributions to the CMP performances.Cur 2rently ,the slurry used in CMP usually contains sphere-shaped particles at nano scale to enhance the material removal ratio (MRR )and to optimize the planarity.Micro polar theory will provide a feasible candidate to describe the rheology of these fluids.The flow equation of the slurries in CMP ,based on fluid theories with microstructure ,provide some insights into the mechanism of CMP.The effects on load and moments of micro polarity are simulated.The results indicate that micro-polarity can give rise to an increase in load capacity to a certain degree by increasing the equivalent viscosity of the slurries ,thereby the MRR can be enhanced.The size-depend features can be seen since it becomes more promi 2nent with low pivot height and low pad velocity.K ey w ords :Chemical Mechanical Polishing ;micro-polar fluids ;slurry ;rheology收稿日期:2004207212基金项目:国家自然科学基金资助项目(50390060)作者简介:张朝辉(1972—),男,湖南宁乡人,讲师,博士.em ail :zhangchaohui @ 现代芯片制造领域中有两个相互矛盾的趋势:被加工件的尺寸越来越大,而所需的加工精度要求却越来越高.比如下一代集成电路中的晶片要求直径大于300mm 而表面粗糙度和波纹度要小于几个埃.下一代磁盘也要求表面划痕深度≤1nm ,粗糙度≤0.1nm.这样,有必要对材料进行分子级去除.化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing/Pla 2narization ,CMP )是一种合适的技术[1,2].另外,要获取低介电常数的材料来取代SiO 2材料也需要CMP 技术实现表面抛光[3].因技术的需求,CMP 技术现在已经发展为制造过程中的一个完整手段[4].抛光液对CMP 过程有重要作用[5],据预测,从第29卷第1期2005年2月北　京　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF BEI J IN G J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.29No.1Feb.20052000年到2005年全世界抛光液市场将扩大3倍[6].在抛光中,其所含的化学物质与晶片表面或亚表面相互作用形成软化层或者弱键,或者对晶片表面产生钝化反应从而使得材料可以以光滑和均匀的方式被切除,其所含的固体(纳米级)颗粒对软化或弱键表面的磨损形成超精表面.事实上,在CMP 中,重要的相互作用就是表层膜的形成与切除(如晶片金属涂层的氧化与切除),切除材料从表面带走等等,所以对抛光液流动规律的了解将有助于理解CMP的机理.Levert等[7]的实验发现了负压的存在,Tichy等[8]提出了一个初步的二维接触模型来解释Levert等的结果,其研究忽略了无直接接触抛光的情形.然而,在某些特殊场合,如进行纳米级超精抛光,或者在通常抛光的最后步骤中,流动效应将完全平衡外加的载荷.Runnels等[9]就通过求解Navier-Stokes方程讨论了润滑性能和磨损率问题. Sundararajan等[10]求解Reynolds方程给出了抛光液的膜厚和压力关系.Cho和Park[11,12]建立了一流动模型来描述硅片CMP过程.张朝辉等[13]建立了三维流动模型,并且研究了CMP中液体的流动规律[14].抛光液的流变性能对去除率和抛光质量有重要作用[15].大多数的抛光液都含有固体粒子,如胶体SiO2抛光液,可达到高的平整度[2,16].这样改变了其流变性能[17].从物理上讲,微极流体是指这样一类流体:它由刚性、随机取向粒子(或者为球体)构成,粒子悬浮于粘性介质中,而粒子本身的变形可忽略不计[18].由于SiO2粒子通常以球形存在,用微极流体来表征这种流体是一个较好的选择[19].本文作者分析了抛光液中纳米级粒子的微极性对流动性能的影响,数值模拟结果表明,微极性将增加等效粘度,从而增强承载能力,并且体现出尺寸依赖性.1　数学模型考虑抛光液中纳米粒子的微极性,其流动方程可导出为・φ(N,l,h)h312η p= ・V1+V22h(1)式中,h为流体膜厚;η为流体粘度;p为压力;V1、V2分别为晶片和抛光垫的速度向量;=55r+5r5θ,其中,r、θ分别代表晶片的径向和周向;φ(N,l,h)=112+l2h2-N l2hcoth N h2l,其中,N为耦合数,l为特征长度.方程(1)的分量形式为55rh3φ(N,l,h)12η5p5r+ 1r55θh3φ(N,l,h)12η1r5p5θ=55rw1+w22h+1r55θu1+u22h(2)式中,w1、w2、u1、u2分别为速度边界条件,表示为w1=ωp d sinθ,u1=(r+d cosθ)ωp,w2=0,u2=rωw.其中,d为晶片和抛光垫之间的中心距离,ωw和ωp分别为晶片和抛光垫的转速.在抛光中,晶片相对抛光垫成一定角度倾斜(由转角α和倾角β决定),以产生收敛楔效应.于是任一点的流体膜厚度为h=h piv-r sinαcosθ-r sinβsinθ(3)式中,h piv是节距高度值.将晶片半径r0和参考压强p0引入,得量纲一量χ=r0h piv,　Λ=χ26ηωpp0, r=rr0,h=hh piv, p=pp0,　D=dr0,l=lh piv,　ξ=ωwωp(4)膜厚方程为h=1-χ r sinαcosθ-χ r sinβsinθ(5)量纲一流动方程为r255 r h35 p5 rφ(N, l, h)+55θ h35 p5θφ(N, l, h)= χΛ r2( r+ξ r+D cosθ)× (sinαsinθ-sinβcosθ)-Λ rD sinθ(6)且有φ(N, l, h)=112+l2h2-N l2 hcoth Nh2 l(7)量纲一载荷和转矩分别为W f=1π∫2π0∫10 p r d r dθ(8) M x=1π∫2π0∫10 p r2sinθd r dθ(9) M y=-1π∫2π0∫10 p r2cosθd r dθ(10)57第1期张朝辉等:化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析真实载荷和转矩为W f =πp 0r 20 W f ,M x =πp 0r 30 M x ,M y =πp 0r 30 M y ,横轴方向连接晶片和抛光垫的中心.2　计算结果与讨论计算中未指明的变量参数为:ωw =50r/min ,ωp =100r/min ,h piv =100μm ,α=0102°,β=01018°,η=010214Pa ・S ,d =150mm ,r 0=50mm ,p 0=20kPa .图1和图2分别为节距高度对量纲一载荷与力矩的影响.显然,增加节距高度值(即晶片与抛光垫之间的距离),将导致承载能力的降低,所以在CMP 中需要慎重选择合适的间隙值(过大的间隙将降低承载能力,从而降低抛光速率,而过小的间隙将妨碍抛光液中固体颗粒和磨屑的带出,从而恶化抛光质量).另外,纳米粒子引起的微极性将增加承载能力,增加特征长度l 或耦合数N 都将增加承载能力.间隙值越小,这种效应越明显,体现出微极性的尺寸依赖性.图1　载荷与节距高度的关系Fig.1　Relation between loads and pivotheight图2　转矩与节距高度的关系Fig.2　Relation between moments and pivot height抛光垫转速对量纲一载荷与转矩的影响分别见图3和图4所示.一个显著特征即是量纲一载荷与转矩与抛光垫转速呈线性关系变化.另外,微极性同样将增加承载能力.耦合数N 或特征长度l 的增加将提高承载能力,同时增加耦合数N 和特征长度l ,效果更加显著.另外,在低速下这种效应也越明显,体现出微极性的尺寸依赖性.图3　载荷与抛光垫转速的关系Fig.3　Relation between loads and pad rollvelocity图4　转矩与抛光垫转速的关系Fig.4　Relation between moments and pad roll velocity3　结论化学机械抛光技术(CMP )合适于获取高级别平面度.抛光液的流动特性对CMP 的行为有很大的影响.由于抛光液通常含有纳米级的圆形固体颗粒来加速抛光、提高抛光表面质量,利用微极流体可以模拟粒子的微旋运动对抛光性能的影响.模拟结果表明微极性将增加承载能力,从而有利于提高抛光速率.这一特性在低节距或低转速下更为显著,体现出尺寸依赖性.这一分析模型忽略了抛光垫[20]和其他一些因素的影响,因而其结果只有定性意义.参考文献:[1]Hooper B J ,Byrne G ,G alligan S.Pad conditioning inchemical mechanical polishing[J ].J.Materials Processing Technology ,2002,123:107-113.[2]Lei H ,Luo J B ,Pan G S ,et al.Chemical Mechanical Pol 2ishing of Computer Hard Disk Substrate in Colloidal SiO2Slurry[J ].International Journal of Nonlinear Science and67北　京　交　通　大　学　学　报第29卷Numerical Simulation,2002,3(3-4):455-459.[3]Borst C L,G ill W N,Gutmann R J.Chemical-MechanicalPolishing of low Dielectric Constant Polymers and Organosilicate G lasses:Fundamental Mechanisms and A p2 plication to IC Interconnect Technology[M].London: K luwer Academic Publishers,2002.[4]Braun A E.CMP Becomes G entler,More E fficient[J].Semiconductor Int,2001,11:54-66.[5]Grover G S,Liang H,G aneshkumar S,et al.E ffect ofSlurry Viscosity Modification on Oxide and Tungsten CMP [J].Wear.1998,214:10-13.[6]Market Watch:CMP Slurries:A Wild Ride Ahead[J].S olid State Technology,2000,12:74-76.[7]Levert J A,Mess F M,Salant R F.Mechanisms of Chem2ical-Mechanical Polishing of SiO2Dielectric on Integrated Circuits[J].Tribol.Trans,1998,41(4):593-599. [8]Tichy J,Levert J A,Shan L,et al.Contact Mechanicsand Lubrication Hydrodynamics of Chemical Mechanical Polishing[J].J.Electrochemical S oc.,1999,146(4): 1523-1528.[9]Runnels S R,Eyman L M.Tribology Analysis of Chemi2cal-Mechanical Polishing[J].Journal of the Electrochemi2 cal S ociety,1994,141(6):1698-1701.[10]Sundararajan S,Thakurta D G.Two-Dimensional Wafer-Scale Chemical-Mechanical Planarization Models Based on Lubrication Theory and Mass Transport[J].Journal of the Electrochemical S ociety,1999,146(2):761-766. [11]Cho C H,Park S S,Ahn Y.Three-Dimensional WaferScale Hydrodynamic Modeling for Chemical Mechanical Polishing[J].Thin S olid Films,2001,389(1-2):254-260.[12]Park S S,Cho C H,Ahn Y.Hydrodynamic Analysis ofChemical Mechanical Polishing Process[J].Tribol.Int., 2000,33:723-730.[13]张朝辉,雒建斌,温诗铸.化学机械抛光流动性能分析[J].润滑与密封,2004,(4):31-33.ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.Anal2ysis on Flow Properties of Chemical Mechanical Polishing Process[J].Lubrication Engineering,2004,(4):31-33.(in Chinese)[14]ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.Multi2grid Technique Incorporated Algorithm for CMP Lubrica2 tion Equations[J].Progress in Natural Science,2004,14(3):81-84.[15]Grover G S,Liang H,G aneshkumar S,et al.E ffect ofSlurry Viscosity Modification on Oxide and Tungsten CMP[J].Wear.1998,214:10-13.[16]雷红,雒建斌,张朝辉.化学机械抛光技术的研究进展[J].上海大学学报,2003,9(6):494-502.L EI H ong,LUO Jian-bin,ZHANG Chao-hui.Advances in Chemical Mechanical P olishing[J].J.Shanghai University (Natural Science),2003,9(6):494-502.(in Chinese) [17]ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.Mod2eling Chemical Mechanical Polishing with Couple Stress Fluids[J].Tsinghua Science and Technology,2004,3: 270-273.[18]张朝辉.纳米级薄膜润滑性能数值计算的研究[D].北京:清华大学,2002.ZHAN G Chao2hui.Numerical Analysis on Tribological Performances of Lubricating film in the Nano Scale[D].Beijing:Tsinghua University,2002.(in Chinese) [19]张朝辉,温诗铸,雒建斌.薄膜润滑的微极流体模拟[J].机械工程学报,2001,37(9):4-8.ZHAN G Chao2hui,WEN Shi2zhu,LUO Jian2bin.Simu2 lation of Thin Film Lubrication with Micro polar Fluids [J].Chinese J.Mechanical Engineering,2001,37(9):4-8.(in Chinese)[20]张朝辉,雒建斌,温诗铸.考虑抛光垫特性的CMP流动性能[A].中国机械工程学会年会论文集[C].北京: 2003.162-170.ZHAN G Chao2hui,LUO Jian2bin,WEN Shi2zhu.A Porosity Model for Flows in CMP[A].Proc.Chinese Mech.Engr.S oc[C].Beijing:2003.162-170.(in Chi2 nese)77第1期张朝辉等:化学机械抛光中抛光液流动的微极性分析。

CMP化学机械抛光 Slurry的蜕与进

CMP化学机械抛光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。

假如把化学机械抛光(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”。

关于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、化学氧化剂与液体介质构成的混合液）的存在下相关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，之后各类逻辑电路与存储器件以不一致的进展规模走向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0.35μm下列的全局平坦化要求。

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技术已经进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、平坦化工艺进展的产物。

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的进展与蜕变“CMP技术非常复杂，牵涉众多的设备、耗材、工艺等，能够说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，“要紧的挑战是影响CMP工艺与制程的诸多变量，而且这些变量之间的关系错综复杂。

纳米集成电路中镍基cmp工艺

纳米集成电路中镍基cmp工艺纳米集成电路（nanoelectronics）是一种以纳米级尺度制造电子器件的技术。

在纳米集成电路制造过程中，需要使用一种叫做化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）的工艺来平整表面并去除不必要的材料。

镍基CMP工艺是CMP工艺的一种变种，主要用于去除铜、钨等金属材料，用于制造互连结构。

下面是一些关于镍基CMP工艺的要点：
CMP过程中使用的化学药剂：镍基CMP过程中使用的化学药剂包括硝酸、氯化铵、氧化铜等。

硝酸和氯化铵用于去除材料表面的氧化物，而氧化铜则可以作为氧化剂帮助去除表面材料。

CMP过程中的机械抛光：镍基CMP过程中的机械抛光主要是通过研磨头进行的。

研磨头表面覆盖有一层聚氨酯泡沫，用于平衡压力并保证研磨头与晶圆表面保持接触。

CMP过程中的控制参数：镍基CMP过程中需要控制的参数包括压力、速度、药剂浓度、PH值等。

这些参数的控制需要结合CMP设备和材料的特性进行优化。

CMP工艺的影响因素：镍基CMP工艺的影响因素包括压力、速度、药剂浓度、PH值、材料的性质、机械抛光的时间等。

这些因素之间存在相互作用，需要进行综合考虑。

总之，镍基CMP工艺是制造纳米集成电路中必不可少的工艺之一。

在镍基CMP过程中，需要控制好化学药剂的配方、机械抛光的参数，以及对材料的影响因素进行综合考虑，以保证制造出高质量的互连结构。

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ChemicalMechanicalPolishing(CMP)Overview[化学机械研磨(CMP)概述](PPT-54).

5
CMP Basics (cont’d)
• How does CMP work? – A rotating wafer is pressed face-down against a rotating polishing pad; an aqueous suspension of abrasive (slurry) is pressed against the face of the wafer by the pad.
Beaudoin, et al.
NSF/SRC Engineering Research Center for Environmentally Benign Semiconductor Manufacturing 10
CMP Consumables (cont’d)
• Slurries for metal (W, Al, Cu) polishing – oxidants cause metal dissolution and passivation (reactions to form protective layer on metal surface) – typically alumina particles (a or g), 100 to 2000 nm in diameter, 12% (wt) particles, pH 3 to 4
• caused by variations in local removal rate
– important parameter is removal rate (RR)
• RR = average thickness change during polishing divided by polishing time

2024年化学机械抛光(CMP)技市场调查报告

2024年化学机械抛光（CMP）技市场调查报告1. 简介化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）是一种常用于半导体制造过程中的超精密加工技术。

该技术结合了化学溶液和机械摩擦的作用，有效地去除材料表面的微米或纳米级缺陷，以获得高质量的平整表面。

2. 市场规模根据市场调查数据显示，CMP技术在半导体制造行业中有着广泛的应用。

随着半导体行业的发展和需求的增长，CMP市场规模也在不断扩大。

预计到2025年，CMP 技术市场的价值将超过100亿美元。

3. 市场驱动因素CMP技术在半导体行业中的应用越来越广泛，主要得益于以下几个市场驱动因素：3.1 半导体产业的发展随着消费电子产品市场的扩大，半导体产业也得到了快速发展。

半导体元件的制造需要高精度和高质量的表面处理，而CMP技术正是满足这一需求的最佳选择。

3.2 新一代芯片设计新一代芯片的设计越来越复杂，要求更高的制造工艺。

CMP技术能够提供优质的平整表面，有助于实现更高的芯片集成度和性能。

3.3 纳米技术的应用纳米技术的快速发展推动了CMP技术的需求。

纳米级的尺寸要求对制造工艺的精度和控制能力提出了更高的要求，CMP技术在这一领域的优势得到了充分发挥。

4. 市场竞争CMP技术市场竞争激烈，主要供应商包括：•Applied Materials•Cabot Microelectronics Corporation•Ebara Corporation•Dow Chemical Company•3M Company这些公司通过不断的技术创新和产品改进来提高市场份额。

5. 市场前景与机会CMP技术市场前景广阔，未来几年预计将保持稳定增长。

随着新兴技术的发展，如人工智能、物联网和汽车电子等领域的快速增长，CMP技术将得到进一步的推动和应用。

目前，CMP技术仍然存在一些挑战，如成本高、工艺复杂等问题，但随着技术的进步和市场需求的增长，这些挑战也将逐渐得到解决。

化学机械抛光(CMP)技术、设备及投资概况

责任编辑：毛烁
化学机械抛光（CMP）技术、设备及投资概况
Overview of CMP technology, equipment and investment
作者/李丹赛迪顾问集成电路产业研究中心高级分析师（北京 100048）
摘要：分析了CMP设备技术、设备供应商及投资要点。关键词：CMP；设备；投资
1.2 CMP抛光工艺技术原理 CMP从概念上很简单，但纳米级CMP其实是一项
很复杂的工艺。在晶圆表面堆叠的不同薄膜各自具有不同的硬度，需以不同的速率进行研磨。这可能会导致“凹陷”现象，也就是较软的部分会凹到较硬材料的平面之下。区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法，CMP通过化学的和机械的综合作用，最大程度减少较硬材料与较软材料在材料去除速率上的差异，也有效避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。
2017年11月21日上午，由电科装备45所研发的国产首台200 mm CMP商用机通过了严格的万片马拉松式测试，启程发往中芯国际(天津)公司进行上线验证。这意味着电科装备45所的设备得到了用户的认可，产品从中低端迈向了高端，也标志着电科装备向着实现集成电路核心装备自主可控，担起大国重器的责任迈出了重要的一步。杭州众德是新成立的一家公司，由中电科45所中的CMP技术专家创业建立。 2.5 盛美半导体
荏原在欧洲、日本等全球的研发团队继续推动最先进的应用程序定位于行业生产和新技术要求的前沿。除了MEMS / SOI /磁介质行业的挑战外，荏原的高通量F-REX系列CMP系统正在运行当今最严苛的应用，如用于IC制造的氧化物、ILD、STI、钨和铜。它们具有出色的可靠性，性能超过250小时MTBF。适用于200和300 mm晶圆直径的F-REX200和 F-REX300SII平台分别提供最先进的设计和性能，以满足最先进的器件制造需求。它们提供面向用户的系统配置，旨在实现最大吞吐量和所有干燥/干燥晶圆处理功能。F-REX200工具代表了适用于200 mm晶圆的最新CMP技术（也可用150 mm）。它采用了EB原专利的干进干出晶圆处理技术。清洁模块集成在CMP工具内，从而将干晶片输送到后续工艺中。F-REX200 系统配备2个压板，每个压板1个头和4个清洁站，可选配4个盒式SMIF兼容装载端口和CIM主机通信。其

化学机械抛光制程简介半导体CMP工艺介绍-2022年学习资料

化学机-Polishing-CP）
Introduction of CMP-目录-·CMP的发展史-·CMP简介-·为什么要有CMP制程-·C P的应用-。-CMP的耗材-CMP Mirra-Mesa机台简况
Introduction of CMP-CMP发展史-·1983:CMP制程由IBM发明。-·1986:氧硅CMPOxide-CMP开始试行。-·1988:金属钨CMPWCMP试行。-·1992:CMP开始出现在 IA Roadmap。-●-1994:台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨-应用于生产中。-·199 :BM首次使用铜制程CMP。
Introduction of CMP-Teres研磨均匀性Non-uniformity的气流控制法-Be t-Platen-Air -Bearing-1-2-Air Zones:-3-4-56
Introduction of CMP-研磨皮带上的气孔设计Air-belt design-Polish ressure-water Carrer-Slurry-Wator-Pad-Wafer-Fiuid Bea ing-Window-Monitoring-Platen-han阳l-To Light Source an Spectrometer
Introduction of CMP-CMP制程的全貌简介
Introduction of CMP-CMP机台的基本构造I-压力oressure-研磨液Slurryafer carrier-钻石整理器-芯片Wafer-Diamond Conditioner-研磨垫Pad -平台Platform-终点探测Endpoint-Detection-△
Introduction of CMP-CMP机台的基本构造I

化学机械研磨（CMP）

芯片黏贴研磨抛光系统( CMP ) 仪器介绍一.目的化学机械研磨是一个移除制程，它借着结合化学反应和机械研磨达到其目的。

并且我们使用它在半导的薄膜体制程中，利用它来剥除薄膜使得表面更加平滑和更加平坦。

它也被用在半导体的金属化制程中，用来移除在其表面大量的金属薄膜以在介电质薄膜中形成联机的栓塞或是金属线。

并且当晶圆从单晶硅晶棒被切下来后，就有很多的制程步骤被用来准备平坦的、光亮的以及无缺陷的晶圆畏面以满足集成电路的制程所需，而化学机械研磨制程通常被用在晶圆生产的最后一道步骤，它可以使晶圆平坦化，并且可以从表面完全消除晶圆锯切步骤所引起的表面缺陷。

当硅单晶棒被锯成薄片，在锯开的过程中在晶圆的两面会留有锯痕，必须除去，晶圆然后放在一抛光板上，用蜡和真空固定住，抛光板再放在抛光机上将晶圆一面磨成像镜子一样，才可以开始进入制作集成电路与组件的制程。

二.实验原理化学机械研磨的原理是将晶圆置在承载体与一表面承载抛光垫的旋转工作台之间，同时浸在含有悬浮磨粒、氧化剂、活化剂的酸性或碱性溶液，晶圆相对于抛光垫运动，在化学蚀刻与磨削两个材料移除机制交互作用下达成平坦化,其结构如下图所示。

CMP研磨機制的概略圖通常，一个化学机械研磨的设备架构，由几个主要部分组成，一是负责研磨晶圆表面的研磨平台，另一部分是负责抓住待磨晶圆的握柄。

其中，握柄是利用抽真空的方式，吸咐待磨晶圆的背面，然后向下压在铺有一层研磨垫的研磨台上，进行平坦化过程。

当CMP进行的时候，研磨平台将会与握柄顺着同一方向旋转，同时，提供研磨过程中化学反应的研磨液将由一条管线，输送到系统中，不断滴在研磨垫上，帮助研磨。

CMP-Lapping磨粒是以悬浮方式添加到硬的盘面，这些磨粒不会被压入或固定在盘面，而是朝向各方向自由自在地滚动，因此这些磨粒会对试片进行敲击作用。

Lapping的运动模式：1.磨粒滚入试片与盘面中间2.磨粒滚动过试片表面并且敲下一块试片材料3.磨粒又再次滚动，没有接触试片表面而滚出Lapping原理與機制示意圖CMP-Polishing将抛光液中的磨粒固定于盘面上，并且利用此种方式，对试片材料进行切削的作用，因而产生屑片。