CMP化学机械抛光 Slurry的蜕与进
CMP（化学机械抛光）技术发展优势及应用
CMP（化学机械抛光）技术发展优势及应用第一篇：CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用CMP-化学机械抛光技术它利用了磨损中的“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。
在一定压力及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面151.CMP技术最广泛的应用是在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光。
而国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35 5m以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。
其中化学机械抛光浆料是关键因素之一。
抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。
此外，抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果.随着半导体行业的发展，2003年，全球CMP抛光浆料市场已发展至4.06亿美元.但国际上CMP抛光浆料的制备基本属于商业机密，不对外公布。
1化学机械抛光作用机制过程中晶片表面局部接触点产生高温高压，从而导致一系列复杂的摩擦化学反应;在抛光浆料中的碱性组分和纳米磨料颗粒作用下，硅片表面形成腐蚀软质层，从而有效地减弱磨料对硅片基体的刻划作用，提高抛光效率和抛光表面质量。
另一方面，根据Preston公式: N RR=QWNV(其中，NRR为材料去除率;QW为被抛光材料的密度;N为抛光有效磨料数;V为单个磨料所去除材料的体积，包括被去除的硅丛体的体积V,和软质层的体积V2)，软质层的形成导致v增大(即化学腐蚀作用可促进机械磨削作用)，V1减小，从而有利于减小切削深度、增强塑性磨削和提高抛光表面质量。
因此，在抛光浆料质量浓度相同的条件下，采用纳米磨料抛光不仅有利于减小切削深度、提高抛光表面质量，同时由于有效磨料数N的急剧增大，还有利于提高抛光效率。
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；
化学机械抛光工艺(CMP)全解(可编辑修改word版)
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、device1.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。
半导体cmp抛光材料行业发展趋势
市场现状与驱动力
02
当前市场规模
规模庞大
半导体CMP抛光材料市场已经达 到数十亿美元的规模，在半导体 产业链中占有重要地位。
稳步增长
随着全球电子产业的持续发展， 半导体CMP抛光材料市场呈现出 稳步增长的态势。
市场增长驱动力
01
消费电子需求
智能手机、平板电脑、电视等消费电子产品的普及和升级，推动了半导
，以提高产品性能、降低成本，增强市场竞争力。
推广环保型产品
02
随着环保要求的提高，企业应积极推广环保型抛光材料，减少
对环境的影响，同时满足市场需求。
提高服务水平
03
企业应提高服务水平，建立完善的售前、售中、售后服务体系
，为客户提供全方位的服务支持，提升客户满意度。
行业政策建议与期望
加大技术研发支持力度
主要应用领域
1 2 3
集成电路制造
CMP抛光材料在集成电路制造过程中广泛应用于 晶圆表面的平坦化处理，确保集成电路的高精度 和高可靠性。
微电子机械系统（MEMS）
CMP抛光材料在MEMS制造中用于表面平坦化 和微观结构的制造，提高MEMS器件的性能和稳 定性。
先进封装技术
随着半导体封装技术的不断演进，CMP抛光材料 在先进封装技术中发挥重要作用，提升半导体器 件的封装效率和可靠性。
国际竞争
全球范围内，半导体CMP抛光材料行业竞争激烈，需 要加强国际竞争力。
• 对策
提升产品品质和服务水平，加强与国际客户的合作，拓 展海外市场。
结论与建议
06
行业发展趋势总结
技术创新驱动发展
半导体CMP抛光材料行业发展趋势将受到技术创新的推动，新材 料、新工艺的不断涌现将推动行业不断向前发展。
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 PolishingLei 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 paper1K eyw ords:CMP Equipment Slurry Planarization1 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]。
集成电路封装材料-化学机械抛光液
10.1 化学机械抛光液在先进封装中的应用
抛光垫主要含有微量填充物（氧化铈、氧化锆等）的聚氨酯材料组成，
抛光垫的作用是在CMP过程中基于离心力的作用将CMP液均匀地抛洒到抛光 垫表面，确保晶圆能够全面接触到抛光液，同时CMP过程中的反应产物带出 抛光垫。
其质量、力学性能和表面组织性能将直接影响晶圆CMP后的表面质量，是关 系到CMP效果的直接因素之一。
制程不同，绝缘层的下面分为氮化硅和没有氮化硅两种情况，对就要求抛光扩散 阻挡层的抛光液有高选择比和非选择比两种。对于氮化硅去除制程，还需要高氮 化硅/氧化硅选择比的抛光液。
10.2 化学机械抛光液类别和材料特性
2）晶圆背面化学机械抛光液 晶圆正面工艺制程结束后，正面会采用临时键合工艺与硅或玻璃等晶圆载体 黏接，再对晶圆背面进行减薄和抛光。 首先使用机械粗磨工艺把晶圆减薄到离硅通孔顶端约数微米的高度，然后使 用CMP抛光。 根据流程不同，分为硅/铜晶圆背面CMP液和铜/绝缘层晶圆背面CMP 液。
10.2 化学机械抛光液类别和材料特性
金属络合剂分为氨基类、羟基羧酸类、羟基铵酸类和有机磷酸等。其在酸性 条件下对铜离子的络合效果较好，但酸性抛光液对铜的腐蚀性较强，需要引 入表面抑制剂来抑制对铜的腐蚀。 常用表面抑制剂为苯并三唑（1H-Benzotriazole，BTA）。 分散剂减少溶液中纳米磨料的团聚，提高抛光液的分散稳定性。
化学机械抛光技术（Chemical Mechanical Polishing, CMP）是集成电路制造 中获得晶圆全局平坦化的一种手段，是目前机械加工中最好的可实现全局平 坦化的超精密的工艺技术，
这种技术是为了能够获得低损伤的、即平坦又无划痕和杂质等缺限的表面而 专门设计的，加工后的表面具有纳米级面型精度及亚纳米级表面粗糙度，同 时表面和亚表面无损伤，
化学机械抛光液的研究进展
第48卷第7期表面技术2019年7月SURFACE TECHNOLOGY·1·特邀综述化学机械抛光液的研究进展孟凡宁1,2，张振宇1，郜培丽1,2，孟祥东1，刘健2（1.大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁 大连 116024；2.中国科学院 大连化学物理研究所，辽宁 大连 116024）摘要：化学机械抛光（CMP）技术是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段，化学机械抛光液是影响抛光质量和抛光效率的关键因素之一，而抛光液中的磨粒和氧化剂决定了抛光液的各项化学机械抛光性能。
将抛光液磨粒分为单一磨粒、混合磨粒以及复合磨粒，综述了近年来国内外化学机械抛光液磨粒发展现状，其中重点分析和总结了SiO2、Al2O3、CeO2三种单一磨粒，SiO2/Al2O3、SiO2/SiO2、SiO2/CeO2混合磨粒，CeO2@SiO2、PS@CeO2、PS@SiO2、sSiO2@mSiO2、PMMA@CeO2、PS@mSiO2等核-壳结构复合磨粒，Co、Cu、Fe、Ce、La、Zn、Mg、Ti、Nd等离子掺杂复合磨粒的研究和应用现状，并针对目前存在的问题进行了详细的分析。
针对目前化学机械抛光液不同材料氧化剂（高锰酸钾和过氧化氢）的选择和使用进行了分析总结。
此外，介绍了一种新型绿色环保抛光液的研究和使用情况，同时对化学机械抛光液存在的共性问题进行了总结，最后展望了化学机械抛光液未来的研究方向。
关键词：化学机械抛光；抛光液；磨粒；氧化剂；绿色环保中图分类号：TG175 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2019)07-0001-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2019.07.001Research Progress of Chemical Mechanical Polishing SlurryMENG Fan-ning1,2, ZHANG Zhen-yu1, GAO Pei-li1,2, MENG Xiang-dong1, LIU Jian2(1. Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education,Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2. Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences, Dalian 116024, China)ABSTRACT: Chemical mechanical polishing (CMP) is an important means to achieve global smoothing in integrated circuit manufacturing. CMP slurry is one of the key factors affecting polishing quality and efficiency, while abrasive particles and oxi-dizers are the key factors determining the performance of CMP slurry. The CMP abrasives were divided into single abrasives, mixed abrasives and composite abrasives. The development status and application of CMP abrasives at local and international levels in recent years were summarized, including three kinds of single abrasives SiO2, Al2O3 and CeO2, mixed abrasives SiO2/ Al2O3, SiO2/SiO2 and SiO2/CeO2, core-shell structure composite particles CeO2@SiO2, PS@CeO2, PS@SiO2, sSiO2@mSiO2,收稿日期：2019-04-02；修订日期：2019-06-11Received：2019-04-02；Revised：2019-06-11基金项目：国家优秀青年科学基金（51422502）；国家自然科学基金创新研究群体科学基金（51621064）；教育部首届青年长江学者奖励计划Fund：The Excellent Young Scientists Fund of NSFC (51422502), the Science Fund for Creative Research Groups of NSFC (51621064), the Changjiang Scholar Program of Chinese Ministry of Education作者简介：孟凡宁（1990—），男，博士研究生，主要研究方向为超精密抛光。
用于超精密硅晶片表面的化学机械抛光_CMP_技术研究
设备市场需求和生产线建设设备配置迫切需要 CMP
磨料粒子通常是采用 SiO2、CeO2、 ZrO2、A l2O3、
设备 。目前我国微电子工业较世界发达国家的差距至
TiO2 等 , 不宜用硬度太高的材料 。 SiO2 是目前最具
少在 10年以上 , 微电子工艺装备也相应落后了 2 ～3 代表性的 CMP 用抛光磨料 , 已在 IC 行业的介电薄
的联合体 , 并率先进入了生产线 , 设备市场初步形成 并使 其 旋 转 , 在 含 有 浆
规模 [4 ] , 工业化生产局面逐步打开 [5 - 6 ] 。 1995 年初 ,
料粒子悬浮颗粒的碱性
日本也开始将 CMP 工艺引入其 150 ～200 mm 晶圆 、 溶液 (或酸性溶 液 ) 研
015 μm 工艺线的氧化膜平坦化工艺中 。1996 年日本 浆 的 帮 助 下 完 成 抛 光 ,
玻璃法 、回蚀法 、电子环绕共振法 、选择淀积 、低压 CVD、等离子增强 CVD、淀积 - 腐蚀 - 淀积等 , 这些 技术在 IC工艺中都曾得到应用 , 但它们都属于局部 平面化技术 , 不能做到全局平面化 [2 ] 。
20世纪 60年代中期以前 , 半导体基片抛光大都 沿用机械抛光 , 例如采用氧化镁 、氧化锆 、纯氧化铬 等方 法 , 得 到 的 镜 面 表 面 损 伤 极 其 严 重 。 1965 年 W alsh和 Herzog提出 SiO2 溶胶和凝胶抛光即化学机 械抛光 ( CMP ) 技 术 , 以 SiO2 CMP 浆 料 为 代 表 的 CMP工艺就逐渐代替了上述旧方法 [3 ] , 之后逐渐被 应用起来 。20世纪 80年代中期 , 美国 IBM 公司利用 Strasbaugh公司的抛光机在 East Fish Kill工厂进行工 艺开发 , 才使得 CMP技术在 IC制造用基材硅的粗抛 与精抛方面有了用武之地 。1988 年 , IBM 公司开始 将 CMP工艺用于 4MDRAM 器件的制造 。几乎所有的 半导体制造技术都是从大学或国防研究实验室开发出 来 , 而后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的 。然而 , CMP 技术却 不同 , 该技术一直是由一些主要器件和设备制造厂家 们通力合作而开发出来的 。1990 年 , IBM 公司便向 M icron2Technology 公 司 出 售 了 采 用 CMP 技 术 的 4MDRAM 工艺 。此后不久 , 又与 Motorola 公司合作 , 共同进入为苹果计算机公司生产 PC 机器件的行列 。 1991 年 , 该项技术成功应用于 64Mb 的 DRAM 生产 中 。之后 , CMP技术得到了快速发展。从此各种逻辑
化学机械抛光(CMP)技术、设备及投资概况
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
CMP化学机械抛光Slurry的蜕与进(DOC 6页)
CMP化学机械抛光Slurry的蜕与进(DOC 6页)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。
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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，全在于善于摸索。
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，专门是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〞那么源于上世纪80年代中期CMP技术的显现。
CMP工艺的差不多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，之后各种逻辑电路和储备器件以不同的进展规模走向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，满足了特点尺寸在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，其应用范畴正日益扩大。
目前，CMP技术差不多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技术专门复杂，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，〝要紧的挑战是阻碍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的应用范畴广，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技术所采纳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操纵设备、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 工艺要紧由抛光、后清洗和计量测量等部分组成。
抛光机、slurry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能达到的表面平坦水平〔图2〕。
Slurry是CMP的关键要素之一，其性能直截了当阻碍抛光后表面的质量。
Slu rry一样由超细固体粒子研磨剂(如纳米级SiO2、Al2O3粒子等)、表面活性剂、稳固剂、氧化剂等组成。
固体粒子提供研磨作用，化学氧化剂提供腐蚀溶解作用。
阻碍去除速度的因素有：slurry的化学成分、浓度；磨粒的种类、大小、形状及浓度；slurry的粘度、pH值、流速、流淌途径等。
Slurry的精确混合和批次之间的一致性对获得硅片与硅片、批与批的重复性是至关重要的，其质量是幸免在抛光过程中产生表面划痕的一个重要因素。
Cabot Microelectronics的亚太地区研发总监吴国俊博士介绍说，抛光不同的材料所需的slurry组成、pH值也不尽相同，最早也是最成熟的是氧化物研磨用slurry。
用于氧化物介质的一种通用slurry是含超精细硅胶颗粒〔平均悬浮〕的碱性氢氧化钾〔KOH〕溶液，或氢氧化胺〔NH4OH〕溶液。
KOH类sl urry由于其稳固的胶粒悬浮特性，是氧化物CMP中应用最广的一种slurry。
K+离子是一种可移动的离子弄脏，专门容易被互连氧化层，如硼磷硅玻璃〔BPSG〕俘获。
NH4OH类的slurry没有可动离子弄脏，但它的悬浮特性不稳固，同时成本较高。
此类slurry的pH值通常为10-11，其中的水含量对表面的水合作用和后面的氧化物平坦化至关重要。
在金属钨〔W〕的CMP工艺中，使用的典型slurry是硅胶或悬浮Al2O3粒子的混合物，溶液的pH值在5.0～6.5之间。
金属的CMP大多项选择用酸性条件，要紧是为了保持较高的材料去除速率。
一样来说，硅胶粉末比Al2O3要软，对硅片表面不太可能产生擦伤，因而使用更为普遍。
WCMP使用的slurry 的化学成分是过氧化氢〔H2O2〕和硅胶或Al2O3研磨颗粒的混合物。
抛光过程中，H2O2分解为水和溶于水的O2，O2与W反应生成氧化钨〔WO3〕。
WO3比W软，由此就能够将W去除了。
Slurry研究的最终目的是找到化学作用和机械作用的最正确结合，以致能获得去除速率高、平面度好、膜厚平均性好及选择性高的slurry。
此外还要考虑易清洗性、对设备的腐蚀性、废料的处理费用及安全性等问题。
与二十多年前相比，slurry的研究差不多从基于体会转变为成熟的基于理论和实践的结合。
因此，最终用户能够更好地操纵并提高系统和工艺的稳固性、可靠性及可重复性。
Slurry急需〝与时俱进〞尽管CMP工艺在0.35μm节点就被广为采纳，然而其进展和进步依旧随着IC 集成的进展〝与时俱进〞，专门是新材料和新结构为其带来了许多进步良机。
〝CMP工艺相当复杂，其进展速度一直处于IC制造工艺的前沿。
〞Entrepix 的总裁兼CEO Tim Tobin说，〝新材料包括了掺杂氧化物、稀有金属、聚合物、高k/低k材料以及III-V族半导体材料等，比较热门的前沿结构那么有M EMS、TSV、3D结构以及新的纳米器件等〔图3〕，所有这些新兴技术差不多上摆在CMP面前亟待解决的课题。
也正因为如此，CMP在半导体整个制造流程中的重要性不言而喻，成本与性能的博弈是以后不得不面对的问题。
〞那么，所有这些芯片制造的〝新宠儿〞关于slurry来说意味着什么呢？〝随着芯片制造技术的提升，对slurry性能的要求也愈发的严格。
除了最差不多的质量要求外，如何保证CMP工艺整体足够可靠、如何保证slurry在全部供应链〔包括运输及储藏〕过程中稳固等，一直是slurry过去和现在面对的关键。
摩尔定律推动技术节点的代代前进，这将使slurry的性能、质量操纵、工艺可靠性及供应稳固性面临更大的挑战。
〞王淑敏博士说。
关于新材料来说，slurry不仅要有去除材料的能力，还要保证能够适时恰当的停留在所要求的薄膜层上。
关于某些新材料，如低k材料，其亲水性差，亲油性强，多孔性和脆性等特点还要求slurry的性能要足够温顺，否那么会造成材料的垮塌和剥离。
因此，如何去除线宽减小和低k材料带来的新缺陷，如何在减低研磨压力的情形下提高生产率等也是研发的重点。
〝Cabot目前传统材料的slurry就包括氧化物〔D3582和D7200〕、Cu〔C8800〕、Barrier 〔B 7000〕等，〞吴国俊博士说，〝同时，其它一些新材料，如Ru、Nitride、Si C等的slurry也有所涉足。
〞在新结构方面，直截了当浅沟槽隔离(DSTI，Direct STI〕确实是典型的代表。
由于DSTI CMP应用高选择比的slurry，相较于传统的STI CMP，它不需要额外的刻蚀步骤将大块的有源区上的氧化硅薄膜反刻，能够直截了当研磨。
明显，传统的氧化物slurry已无法满足DSTI CMP工艺的要求，以Ce为要紧成分的slurry成为90nm以下节点DSTI CMP工艺的首选。
BASF差不多开始与专业化学品厂商Evonik Industries AG进行基于二氧化铈〔CeO 2〕的slurry研发工作。
另一新集成结构的典型代表确实是高k/金属栅结构。
〝在45nm技术节点，高k/金属栅结构得以采纳，它在为芯片带来更好性能的同时，也为CMP工艺和slurry带来了诸多问题。
〞Tim Tobin说。
金属栅的CMP过程通常可分为两步：氧化物的CMP和金属栅的CMP〔图4〕。
在氧化物CMP中，第一是要求氧化物的有效平坦化，其次是多晶硅的打开，这要求CMP后的薄膜要能够停留在恰当位置。
在金属栅的CMP中，栅极材料具有一定的专门性，专门是以后极有可能被采纳的钌〔Ruthenium〕、铂〔Platinum〕等金属专门有可能成为金属栅材料的新选择。
这就要求所选择的slurry能够将栅极材料去除，endpoint的操纵是关键和难点。
此外不能有金属残留和尽可能少的dishing 缺陷。
因此，slurry本身也不能在栅极部分带来额外的残留物。
降低缺陷是CMP工艺，乃至整个芯片制造的永恒话题。
王淑敏博士介绍说，半导体业界关于CMP工艺也有相应的〝潜规那么〞，即CMP工艺后的器件材料损耗要小于整个器件厚度的10%。
也确实是说slurry不仅要使材料被有效去除，还要能够精准的操纵去除速率和最终成效。
随着器件特点尺寸的不断缩小，缺陷关于工艺操纵和最终良率的阻碍愈发的明显，致命缺陷的大小至少要求小于器件尺寸的50%〔图5〕。
新缺陷的不断显现，为slurry的研发带来了极大的困难。
新型slurry创意无限吴国俊博士认为，尽管目前的研磨颗粒仍为SiO2、Al2O3和CeO2为主，然而slurry的整体趋势朝着更强的化学反应活性、更温顺的机械作用的方向进展。
这将促进柔软研磨颗粒的研发，从而减少在低k绝缘材料表面产生线状划痕的可能。
在slurry中采纳混合型的颗粒，即聚合物与传统陶瓷颗粒的结合体，在平坦度改善以及缺陷度降低方面展现出了良好的前景。
陶瓷颗粒通常具有较强的研磨能力，因此去除率较高，但同时这也会在与硅片接触点邻近产生更强的局部压强。
专门多时候，这会导致缺陷的产生。
因此，研磨颗粒的形状变得至关重要〔边缘尖锐的或是圆滑的〕，而通常这依靠于sl urry颗粒的合成工艺。
与陶瓷颗粒相反，聚合物颗粒通常比较柔软，具有弹性且边缘圆滑，因此能够将所施加的应力以一种更加温顺、分布平均的方式传递到硅片上。
理论上讲，带聚合物外壳的陶瓷颗粒能够将这两者的优点完美的结合在一起，因为坚硬的颗粒能够以一种非损害的方式施加局部应力。
这种结合体具有提高研磨移除率、改善平坦度、降低缺陷发生率的潜力。
在slurry中添加抑制剂或其它添加剂也是以后slurry进展的趋势之一。
Tim T obin认为，在IC器件进一步向着体积更小，速度更快的技术要求驱动下，互连技术平坦化要求集中表达在：提高平面度、减少金属损害、降低缺陷率。
关于铜互连结构来说，由于铜本身无法产生自然钝化层，发生在宽铜线上的分解或腐蚀力，可能对窄线条产生极大的局部阻碍，造成严峻的失效。