中國粉體網(wǎng)訊  超精密加工是指實(shí)現(xiàn)加工零件的尺寸精度為0.1～100 nm，同時(shí)表面粗糙度小于10 nm的加工技術(shù)，“超精密”的表面粗糙度和形狀精度分別是傳統(tǒng)加工方法的1000倍和100倍。超精密加工最開始被開發(fā)用于制造計(jì)算機(jī)和電子等各個(gè)領(lǐng)域的核心組件，在半導(dǎo)體的加工領(lǐng)域大放異彩。

其中，研磨、拋光是最古老的加工工藝，也一直是超精密加工的主要方式。當(dāng)前，應(yīng)用最廣泛的拋光技術(shù)是化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)技術(shù)。CMP加工通過磨粒-工件-加工環(huán)境之間的機(jī)械、化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)工件表面材料的微量去除，以獲得超光滑，低損傷的加工表面。

CMP技術(shù)即是于1965年由Monsanto首次提出，技術(shù)最初是用于獲取高質(zhì)量的玻璃表面，如軍用望遠(yuǎn)鏡等。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是進(jìn)入亞微米工藝后，臨界尺寸的降低和器件高密度的集成，集成電路材料層間的平整度變得越來越關(guān)鍵。

在20世紀(jì)50年代早期，拋光被用于最大限度地減少硅片襯底制備過程中的表面損傷，CMP是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精度全局平坦化的技術(shù)，最早的應(yīng)用是精密光學(xué)儀器透鏡的超光滑表面制造。20世紀(jì)80年代，IBM首次將用于制造精密光學(xué)儀器的CMP技術(shù)引入其動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器制造。CMP的主要工作原理是在一定壓力下及拋光液的存在下，被拋光的晶圓對(duì)拋光墊做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借助納米磨料的機(jī)械研磨作用與各類化學(xué)試劑的化學(xué)作用之間的高度有機(jī)結(jié)合，使被拋光的晶圓表面達(dá)到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。

CMP的關(guān)鍵技術(shù)包括拋光液的配方、拋光墊的選擇、壓力的控制、終點(diǎn)的監(jiān)測(cè)等。隨著半導(dǎo)體制程的推動(dòng)，制程節(jié)點(diǎn)不斷縮小，因此對(duì)拋光液的性能和穩(wěn)定性、拋光墊的耐久性和均勻性、壓力的精確性和一致性、監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏性等都將提出更高的要求。

目前，CMP技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成以化學(xué)拋光機(jī)為主體，集在線監(jiān)測(cè)、終點(diǎn)檢測(cè)、清洗、甩干等技術(shù)為一體的化學(xué)機(jī)械平坦技術(shù)，是集成電路向微細(xì)化、多層化、薄型化、平坦化工藝發(fā)展的產(chǎn)物。目前，光學(xué)拋光的最高水平為：Rms<0.05nm,平面度<0.01λ。

此外，CMP后晶圓清洗是CMP工藝中不可缺少的一道工藝。CMP工藝之后，晶圓必須立刻被徹底清洗，否則晶圓表面上將產(chǎn)生很多缺陷，這與研磨過程和研磨漿有關(guān)。CMP后晶圓清洗必須移除殘余的研磨漿粒子及其他CMP期間因研磨漿、襯墊和調(diào)整工具形成的化學(xué)污染。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)晶圓清潔度的要求也在不斷提高。通過采用先進(jìn)的清洗技術(shù)和持續(xù)的工藝優(yōu)化，可以有效提高清洗效率，保證晶圓質(zhì)量，進(jìn)而提升半導(dǎo)體器件的性能和可靠性。

2024年7月9日，中國粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2024高端研磨拋光材料技術(shù)大會(huì)”。屆時(shí)，河北工業(yè)大學(xué)何彥剛博士將帶來《材料的超精密加工與化學(xué)機(jī)械平坦化》的報(bào)告，報(bào)告將從CMP技術(shù)的主要影響因素、磨料的影響，以及集成電路中對(duì)CMP的要求等方面對(duì)CMP工藝全面剖析，最后對(duì)CMP后清洗工藝進(jìn)行介紹。

來源：

陳磊等：面向超精密加工的微觀材料去除機(jī)理研究進(jìn)展

半導(dǎo)體視界：化學(xué)機(jī)械拋光在精密加工和超精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除