梅特勒托利多小课堂@@：为什么晶圆表面需要极度平坦@@？_教育@@_ob体育官网

01 - 什么是@@硅片@@@@？为什么硅片@@表面如此光滑@@？

硅片@@，又称为晶圆@@，是制造芯片和@@各种@@半导体器件的重要原材料@@。晶圆通常拥有完美抛光的表面@@，宛如镜面或者珠宝@@，那为什么要将晶圆打磨得如此光滑@@？晶圆打磨后被切分成一枚枚芯片@@，制程@@中反复将晶圆打磨抛光@@，是为了满足生产中的平坦化需要@@，尤其是光刻过程中的晶圆表面更是@@要求极致的平坦@@。

随着芯片制程@@的缩小@@，光刻机的镜头要实现纳米级的成像分辨率@@，需要增大镜片的数值孔径@@，但同时会导致焦深下降@@。要保证光刻图像清晰@@，晶圆表面的高低起伏必须落在焦深范围内@@。因此晶圆表面不够平坦@@，厚度不平均@@，将导致高低处的光刻出现问题@@。

02 - 什么是@@CMP技术@@？

芯片厂最主要的抛光技术@@叫做化学机械研磨或者化学机械平坦化@@，简称@@CMP。CMP工艺过程@@中@@，晶圆被固定在仪器@@，面朝下压在抛光垫@@上进行旋转打磨@@，期间注入抛光液@@@@，让晶圆表层充分腐蚀氧化后再物理去除@@，最终打磨极致光滑的表面@@。抛光液@@和@@抛光垫@@是@@CMP技术@@的核心@@。

（1）抛光液@@

抛光液@@的配方属于厂商机密@@，一般由液态的刻蚀溶剂@@、分散剂@@、ph调节剂和@@固态的细小磨料组成@@。在研磨过程中@@，腐蚀性溶液负责软化晶圆表面@@，因此液体中的各种@@湿法化学品的纯度@@、配比和@@浓度变化的控制都要非常精细@@，才能保证稳定的腐蚀速度@@，实现较高的选择比@@。抛光液@@中的固体磨料用来帮助机械打磨@@，定量去除被腐蚀的表面@@。分散剂@@是为了防止抛光液@@中的小颗粒发生沉降和@@聚集@@。

抛光液@@必须现场调配@@，立即使用@@。通过测量容积或液位实时确保各种@@成分的配比@@，实现现配现磨@@。先进的芯片制程@@采用非接触式的称重计量法来做配比@@，采用自动化的高精密称重模块来实现每次@@@@0.5g的调配精度@@。

*高精度称重解决方案@@

*耐颗粒物@@、耐腐蚀的@@pH传感器@@系列@@

配置好的抛光液@@再通过密度@@，pH值等检测@@后@@，在打磨过程中持续注入@@，让液体时刻保持流动@@，有效带走研磨中产生的热量和@@碎屑@@。因此抛光液@@是一种@@消耗品@@，制成越是精密@@，废液越难回收@@。

（2）抛光垫@@

抛光垫@@也是一种@@需要定期更换的耗材@@。抛光垫@@一般由多孔结构的高分子材料制成@@，多孔结构既形成了粗糙的打磨表面@@，也有利于研磨过程中对抛光液@@的容纳吸收@@。但随着使用时间增长@@，抛光垫@@的表面粗糙度会逐渐下降降低打磨性能@@，还会导致每次@@研磨的残余物在孔隙中积累@@，造成对晶圆造成划伤@@。所以抛光垫@@需要及时更换@@，定期维护@@。新的抛光垫@@也需要段时间的磨合才能达到均匀的表面粗糙度@@，实现好的打磨效率和@@均匀性@@。

03 - CMP如何引入芯片制造领域@@？

早在芯片诞生前@@，CMP已经作为一种@@精加工手段用于给望远镜镜片之类的精密仪器做表面抛光处理@@。和@@单一材质的镜片相比@@，芯片的结构更加精密复杂@@，且生产过程对于洁净度的要求非常高@@，因此尽管@@CMP的打磨效果很好@@，但由于采用细颗粒物作为磨料@@，芯片厂一直不敢采用这种@@加工工艺@@。

直到@@80年代@@，在日本厂商的竞争压力下@@，IBM为了制造多层金属的芯片@@，必须要将晶圆的每一层磨得更平@@，这才尝试引进了@@CMP技术@@。在经过多次@@实验后@@，IBM逐渐掌握了打磨技巧@@，并在打磨后结合湿法清洗@@，CMP这才变成芯片制造中非常重要的工艺@@，很快在半导体到领域被推广开来@@。

0.35微米以下芯片的制程@@@@，CMP已经成为各大芯片厂不可缺少的晶圆平坦化技术@@@@。随着半导体制程@@越来越小@@，芯片结构越来越复杂@@，CMP工艺也变得越发重要@@。90纳米以下@@，制程@@CMP步骤通常不超过十次@@@@，抛光液@@种@@类不超过五六种@@@@；14纳米以下@@的制程@@@@，CMP步骤多达@@30次@@，抛光液@@种@@类超过@@20种@@。

CMP技术@@也存在许多不足@@。例如@@，机械研磨的过程容易过度打磨@@，难以保证高选择比@@，依赖设备的终点检测@@@@，旋转抛光容易造成晶圆表面的回旋型套壳偏差@@，影响后续光刻的质量@@。当未来芯片对于平坦化的要求进一步提高@@，在抛光过程中如何实现更加严格的污染和@@精度控制将是@@CMP打磨技术@@必须跨越的挑战@@。