化学机械研磨(CMP)

晶片黏貼研磨拋光系統( CMP ) 儀器介紹

一.目的

化學機械研磨是一個移除製程，它藉著結合化學反應和機械研磨達到其目的。並且我們使用它在半導的薄膜體製程中，利用它來剝除薄膜使得表面更加平滑和更加平坦。它也被用在半導體的金屬化製程中，用來移除在其表面大量的金屬薄膜以在介電質薄膜中形成連線的栓塞或是金屬線。並且當晶圓從單晶矽晶棒被切下來後，就有很多的製程步驟被用來準備平坦的、光亮的以及無缺陷的晶圓畏面以滿足積體電路的製程所需，而化學機械研磨製程通常被用在晶圓生產的最後一道步驟，它可以使晶圓平坦化，並且可以從表面完全消除晶圓鋸切步驟所引起的表面缺陷。當矽單晶棒被鋸成薄片，在鋸開的過程中在晶圓的兩面會留有鋸痕，必須除去，晶圓然後放在一拋光板上，用蠟和真空固定住，拋光板再放在拋光機上將晶圓一面磨成像鏡子一樣，才可以開始進入製作積體電路與元件的製程。

二.實驗原理

化學機械研磨的原理是將晶圓置在承載體與一表面承載拋光墊的旋轉工作台之間，同時浸在含有懸浮磨粒、氧化劑、活化劑的酸性或鹼性溶液，晶圓相對於拋光墊運動，在化學蝕刻與磨削兩個材料移除機制交互作用下達成平坦化,其結構如下圖所示。

CMP研磨機制的概略圖

通常，一個化學機械研磨的設備架構，由幾個主要部分組成，一是負責研磨晶圓表面的研磨平台，另一部分是負責抓住待磨晶圓的握柄。其中，握柄是利用抽真空的方式，吸咐待磨晶圓的背面，然後向下壓在鋪有一層研磨墊的研磨台上，進行平坦化過程。當CMP進行的時候，研磨平台將會與握柄順著同一方向旋轉，同時，提供研磨過程中化學反應的研磨液將由一條管線，輸送到系統中，不斷滴在研磨墊上，幫助研磨。

CMP-Lapping

磨粒是以懸浮方式添加到硬的盤面，這些磨粒不會被壓入或固定在盤面，而是朝向各方向自由自在地滾動，因此這些磨粒會對試片進行敲擊作用。Lapping的運動模式：

1.磨粒滾入試片與盤面中間

2.磨粒滾動過試片表面並且敲下一塊試片材料

3.磨粒又再次滾動，沒有接觸試片表面而滾出

Lapping原理與機制示意圖

CMP-Polishing

將拋光液中的磨粒固定於盤面上，並且利用此種方式，對試片材料進行切削的作用，因而產生屑片。

Polishing的運動模式

1.磨粒進入試片表面，並開始對試片進行切削作用

2.磨粒隨著時間增加，切削力逐漸加強

3.最後磨粒通過試片表面及留下一條刮痕

Polishing原理與機制示意圖

三.實驗儀器

晶片壓合機（Ｗafer Substrate Bonding Machine）

型號：LOGITCH 1WBS2

化學機械研磨機（Precision Lapping and Polishing Machine）型號：LOGITCH 1PM55