CMP設(shè)備，作為半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵工藝設(shè)備之一，對(duì)于實(shí)現(xiàn)芯片表面的全局平坦化至關(guān)重要。在現(xiàn)代集成電路的制造過程中，CMP技術(shù)不僅影響著芯片的性能和良率，還直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的可靠性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文將對(duì)CMP設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
晶圓平坦化的必選項(xiàng)
CMP全稱為Chemical Mechanical Polishing，化學(xué)機(jī)械拋光，是半導(dǎo)體晶片表面加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。單晶硅片制造過程和前半制程中需要多次用到化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)。與此前普遍使用的機(jī)械拋光相比，化學(xué)機(jī)械拋光能使硅片表面變得更加平坦，并且還具有加工成本低及加工方法簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，因而成為目前最為普遍的半導(dǎo)體材料表面平整技術(shù)。
由于目前集成電路元件普遍采用多層立體布線，集成電路制造的前道工藝環(huán)節(jié)需要進(jìn)行多層循環(huán)。在此過程中，需要通過CMP工藝實(shí)現(xiàn)晶圓表面的平坦化。集成電路制造是CMP設(shè)備應(yīng)用的最主要的場(chǎng)景，重復(fù)使用在薄膜沉積后、光刻環(huán)節(jié)之前。
CMP設(shè)備是晶圓平坦化的必經(jīng)之路，其工作過程是：拋光頭將晶圓待拋光面壓抵在粗糙的拋光墊上，借助拋光液腐蝕、微粒摩擦、拋光墊摩擦等耦合實(shí)現(xiàn)全局平坦化。拋光盤帶動(dòng)拋光墊旋轉(zhuǎn)，通過先進(jìn)的終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)不同材質(zhì)和厚度的磨蹭實(shí)現(xiàn)3—10nm分辨率的實(shí)時(shí)厚度測(cè)量防止過拋。更為關(guān)鍵的技術(shù)在于可全局分區(qū)施壓的拋光頭，其在限定的空間內(nèi)對(duì)晶圓全局的多個(gè)環(huán)狀區(qū)域?qū)崿F(xiàn)超精密可控單向加壓，從而可以響應(yīng)拋光盤測(cè)量的膜厚數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)壓力控制晶圓拋光形貌，使晶圓拋光后表面達(dá)到超高平整度，且表面粗糙度小于0.5nm，這一數(shù)據(jù)相當(dāng)于頭發(fā)絲的十萬分之一。
與光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備不同，CMP設(shè)備受到摩爾定律的影響較小，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不存在技術(shù)迭代周期，應(yīng)用于28nm和14nm的CMP設(shè)備沒有顯著的差異，僅是特定模塊技術(shù)的優(yōu)化。但CMP工藝由14nm持續(xù)向7nm、5nm、3nm先進(jìn)制程推進(jìn)過程中，CMP技術(shù)將不斷趨于拋光頭分區(qū)精細(xì)化、工藝控制智能化、清洗單元多能量組合化方向發(fā)展。
專利是先行者的福音，也是后來人的“詛咒”。2013年之后，CMP專利申請(qǐng)量緩慢增長(zhǎng)，而CMP后清洗專利申請(qǐng)量卻處于下滑狀態(tài)。全球CMP專利申請(qǐng)量總體保持平穩(wěn)，反映了當(dāng)前全球CMP技術(shù)未存在重大技術(shù)革新，后來者要想追趕必須直面強(qiáng)大的專利壁壘。
CMP包括三道拋光工序，主要運(yùn)用到的材料包括拋光墊、拋光液、蠟、陶瓷片等。不同工序根據(jù)目的的不同，分別需要不同的拋光壓力、拋光液組分、pH 值、拋光墊材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及硬度等。CMP拋光液和CMP拋光墊是CMP工藝的核心要素，二者的性質(zhì)影響著表面拋光質(zhì)量。
作為半導(dǎo)體制造過程中關(guān)鍵工藝制程設(shè)備之一，CMP設(shè)備將持續(xù)受益下游擴(kuò)產(chǎn)以及國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程，但也必須要看到其中的困難，不過有一點(diǎn)是可以肯定的，只要企業(yè)能夠打破國(guó)外壟斷，那么訂單和業(yè)績(jī)是有保障的。
