化学机械抛光ppt课件
半导体-第十四讲-CMP
抛光液流量：如果抛光液流量过低,不能及时带走抛光下来的化 学反应物, 如果抛光液流量过高，不经济
抛光时间：为防止过抛,根据去除率选择抛光时间,一般为1一3 分钟
抛光液
抛光液的成分决定着抛光液的性能,抛光液中 的化学成分主要用于加强抛光去除率及钝化保护 凹处。影响其成分的主要因素有络合剂、表面活 性剂、氧化剂、pH值、磨料
表面材料与磨料发生化学反应生成一层 相对容易去除的表面层，这一表面层通过磨 料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运 动被机械地磨去。
在化学机械研磨的处理过程中，晶片表面薄膜与研磨剂， 研磨垫相互运动的机制里，包含了机械与化学作用。因此 在同样的机台下，配合晶片表面薄膜的材料特性。可能需 要不同的研磨剂与研磨垫的组合，才能获取工艺的最佳状 况。然而从实际生产的角度而言，主要的应用是在晶片后 段工艺介质膜的平坦化。
为了满足上述工艺的目标，第一代CMP机台功能已 具备：(1)以热交换系统，控制研磨平台的常温状 况；(2)精确控制与均匀的晶片施压；(3)精确控 制旋转速率；(4)维持机台乾净；(5)晶片装卸自 动化。最早完成的商品化设备为IPEC／Westech 372系列产品。此372系列可略分为9种功能：(1) 电脑监控及显示；(2)研磨剂帮浦与流量控制；(3) 研磨平台及排放：(4)卸晶片区：(5)上晶片区； (6)载具清洁区：(7)研磨垫整容器：(8)主臂驱动 装置；(9)研磨主旋臂。IPEC／Westech因为成功 开发出这种化学机械抛光设备，在1995年时拥有 全球75％以上市场。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的 研磨料，由于它比其他大多数研磨料都更 接近于钨的硬度。钨通过不断的，自限制 的钨表面的氧化和随之以后的机械研磨被 去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数 量级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已 经表明，对于典型的CVD钨，当膜变薄时去 除速率增加。这与钨晶粒尺寸的改变相关。
化学机械抛光液
化学机械抛光液行业研究一、行业的界定与分类 (2)（一）化学机械抛光 (2)1、化学机械抛光概念 (2)2、CMP工艺的基本原理 (2)3、CMP技术所采用的设备及消耗品 (2)4、CMP过程 (2)5、CMP技术的优势 (2)（二）化学机械抛光液 (3)1、化学机械抛光液概念 (3)2、化学机械抛光液的组成 (3)3、化学机械抛光液的分类 (3)4、CMP过程中对抛光液性能的要求 (3)（三）化学机械抛光液的应用领域 (3)二、原材料供应商 (4)三、化学机械抛光液行业现状 (4)（一）抛光液行业现状 (4)1、国际市场主要抛光液企业分析 (4)2、我国抛光液行业运行环境分析 (4)3、我国抛光液行业现状分析 (5)4、我国抛光液行业重点企业竞争分析 (5)（二）抛光液行业发展趋势 (5)（三）抛光液行业发展的问题 (5)四、需求商 (6)（一）半导体硅材料 (6)1、电子信息产业介绍 (6)2、半导体硅材料的简单介绍 (6)（二）分立器件行业 (7)（三）抛光片 (8)化学机械抛光液行业研究一、行业的界定与分类（一）化学机械抛光1、化学机械抛光概念化学机械抛光（英语：Chemical-Mechanical Polishing，缩写CMP），又称化学机械平坦化（英语：Chemical-Mechanical Planarization），是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。
2、CMP工艺的基本原理基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(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的材料去除,并获得光洁表面。
3、CMP技术所采用的设备及消耗品主要包括，抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等，其中抛光液和抛光垫为消耗品。
cmp 化学机械抛光 技术详解
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机械抛光、化学抛光和电解抛光的定义及优缺点
机械抛光、化学抛光和电解抛光的定义及优缺点机械抛光定义机械抛光是靠切削或使材料表面发生塑性变形而去掉工件表面凸出部得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。
机械抛光是模具抛光的主要方法。
优缺点机械抛光缺点是劳动强度大，污染严重，而且复杂零件无法加工，而且其光泽不能一致,光泽保持时间不长，发闷、生锈。
其优点是加工后零件的整平性好，光亮度高。
化学抛光定义化学抛光是靠化学试剂的化学浸蚀作用对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种方法。
化学抛光可作为电镀预处理工序，也可在抛光后辅助以必要的防护措施直接使用。
优缺点化学抛光缺点是光亮度差,有气体溢出，需要通风设备，加温困难。
抛光液容易失效，溶液消耗快。
抛光结果不是太佳，试样的棱角易受蚀损，抛光面易出现微小波纹起伏，高倍观察时受到影响。
其优点是加工设备投资少,复杂件能抛,速度快,效率高,防腐性好。
电解抛光定义以金属工件为阳极，在适宜的电解液中进行电解，有选择地除去其粗糙面，提高表面光洁程度的技术，又称电解抛光。
电抛光可增加不锈钢的耐腐蚀性，减少电气接触点的电阻，制备金相磨片，提高照明灯具的反光性能，提高各种量具的精度，美化金属日用品和工艺品等，适用于钢铁、铝、铜、镍及各种合金的抛光。
优缺点其缺点是1：电解抛光的质量与电解液以及电流与电压的规范有关。
要摸索不同的抛光参数，而影响电解抛光的参数较多，不易找到正确的电解抛光参数。
2：对于铸铁及夹杂物等试样，较难获得良好的结果。
3：电解液组成复杂，使用时需要注意安全操作。
其优点是1：内外色泽一致，光泽持久光无法抛到的凹处平。
2：生产效率高，成本。
可大批量制备样品3：增加工件表面抗腐蚀性，可适用于所有不锈钢材质。
化学机械抛光工艺(CMP)全解
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。
化学机械抛光技术及其应用
化学机械抛光技术及其应用随着现代制造业的快速发展，要求物品表面的质量越来越高。
化学机械抛光技术 (CMP)便应运而生，已经成为了当今制造业中必不可少的一种技术。
本文将为您介绍CMP的原理、影响因素、制备流程、应用及未来发展趋势。
一、原理CMP是一种通过采用化学物质和磨料相结合进行机械抛光的技术。
CMP通常涉及到多步处理，其中含有化学反应的步骤是至关重要的。
在了解CMP过程的原理之前，有几个基本概念需要先了解一下。
磨料和抛光垫是CMP操作中的两个重要组成部分。
磨料是一种坚硬且可用作研磨介质的微粒，通常由石英、二氧化硅、氧化铝和氮化硅等材料制成。
不同类型的磨料适用于不同类型的 CMP 过程。
抛光垫则是放置在抛光机内，用于支撑并带动涂层片材的承载面。
CMP过程中，抛光垫会与涂层片材接触，并受到一定的压力。
同时，抛光垫上涂有一层抛光液体是由含有稳定剂、缓蚀剂、防泡剂、表面活性剂等重要组成部分的溶液混合而成。
抛光液体的主要作用是将磨料中的氧化铝或氮化硅或二氧化硅等无机纳米颗粒溶解，产生各种络合离子，从而形成化学反应抛光液。
CMP液具有清除氧化物、甲醛和有机污染物、降低不良缺陷率、提高复杂性和增强电子器件表面平整度等特点。
CMP过程中，抛光垫和磨料相互作用、摩擦产生的热量引发化学反应，这种反应会形成发生化学反应的物种。
这些物种通常包括金属络合物、稳定剂、和表面活性剂。
二、影响因素在执行CMP过程时，有几个参数可能对抛光结果产生很大的影响，如下所述。
1. 抛光压力CMP操作过程中的抛光压力非常重要。
试验结果表明，如果抛光压力过大，那么会对整个 CMP 操作造成负面影响，例如导致表面结构劣化。
过低的压力也可能会导致不良缺陷和几何形状的不稳定性。
2. 磨料选择合适的磨料是 CMP 操作成功的关键。
不同类型的 CMP 操作通常涉及到不同类型的磨料。
根据物理特性和机械特性，可选择不同磨料来完成CMP操作，例如石英、二氧化硅、氮化硅等。
机械抛光、电解抛光与化学抛光有何不同
机械抛光、电解抛光与化学抛光有何不同
• 化学抛光可用于仪器制造、铝质反光镜 的制造，以及其他零件和镀层的装饰性 加工。同电解抛光比较，化学抛光的优 点是：不需外加电源，可以处理形状更 为复杂的零件，生产效率高等。
不锈钢电解抛光设备
机械抛光、电解抛光与化学抛光ห้องสมุดไป่ตู้何 不同
• 微观及宏观的凸凹部分得以整平。这一 过程能改善金属表面的显微几何形状， 降低金属表面的显微粗糙程度，使零件 表面变得光亮。电解抛光常用于钢、铝、 铜等零件，或铜镍等镀层的装饰性加工。
• 多相合金中，当有一相不易在阳极溶解 时，将会影响电解抛光的质量。化学抛 光是金属零件在特定条件下的化学浸蚀。 在这一浸蚀过程中，金属表面被溶液浸 蚀和整平，从而获得比较光亮的表面。
• 电解抛光是将工件作为阳极，在电解过程中， 工件突出的部位溶解速度大于低凹处，随着 抛光的进行，工件表面的
机械抛光、电解抛光与化学抛光有何不同
• 在许多场合下，电解抛光可以用来代替 繁重的机械抛光， 尤其是形状 较复杂、用机械方法难以加工的零件。 但是电解抛光不能除去金届中的非金届 夹杂物，也不能除去或掩饰金属表面的 划痕、深麻点等表面缺陷
机械抛光、电解抛光与化学抛光有何不同
• 机械抛光、电解抛光与化学抛光有何不 同?它们在电镀中作用如何了机械抛光一 般是将工件压向预先涂有抛光膏(剂)的 转动布轮或其他弹性轮子上的操作。
机械抛光、电解抛光与化学抛光有何 不同
• 其实质是用抛光轮来平复磨光后的制件 表面上极微小的不平处。通过机械抛光 可得到似镜而般的表面，其泽色随所用 抛光膏不同而变化，其外观问抛光者技 术有关。
抛光技术之电化学机械
抛光技术之电化学机械模具是工业生产中的重要工艺装备，是工业产品批量生产的有效工具。
目前模具的成型工艺，采用铣削、电火花、线切割、电铸等方法已经普及。
但是加工出来的模具表面光洁度只有▽5至▽6，采用高水平的电加工机床也只能达到▽9至▽10级，有更先进的设备加工能基本达▽12以上，但它的机床设备昂贵并加工时间要数几倍。
所以，抛光是制造型腔模具的一道重要工序。
它的成本占模具成本的5%~30%，急需使用的模具往往在抛光时间跟不上要求。
电化学机械抛光，同时结合SD1型独有的液体抛光技术，应用于各种复杂形状的金属模具的零件，收到了极佳效果。
这项抛光技术得到北京市模具行业专家的一致好评。
专家们认为这项抛光技术填补了国内空白，抛光效率高，效果好，型腔达到镜面要求，缩短模具制造周期，比手工抛光效率高十倍以上，解决了异型面、勾糟的抛光难关，为模具制造者带来了福音。
1、电化学机械抛光的原理化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。
将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。
它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。
其方法与电解磨削类似。
导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。
2、用途电修磨抛光机可用来修磨抛光各种复杂开头的零件和模具，不受材料的硬度所限制。
（1）经电火花加工后的型腔模具，基表层产生由溶化层和热影响层组成的硬化层硬度高达60~70HRC。
钳工手工打磨非常困难。
电修磨抛光能有效地去除这层“硬化层”，并将原表现为Ra4~7um的粗糙度改善为Ra0.35~0.6um，生产率为每平方厘米3分钟左右。
（2）用它来修磨抛光复杂形状，特别是模具的窄缝、沟糟、角部、根部以及内孔等能明显地提高劳动生产率。
（3）用机械方法加工的各种注塑模具，其型面经锉刀、砂纸等打磨后残剩的很多划痕，用电修磨方法可迅速抛光划痕，获得无任何条纹的光滑表面，可提高注塑制品的外观质量。
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有机碱腐蚀介质的稀土抛光液
现有的几种抛光液主要为金刚石磨料的碱性 溶液，由于其中磨粒粒径大小不均匀，不能 很好的解决机械作用造成的损伤和应力的问 题，无法达到光滑镜面的目的。现有一种有 机碱腐蚀介质的稀土抛光液，包括磨料二氧 化铈和腐蚀剂有机碱三乙醇胺，重量百分比 含量为二氧化铈 0.5％～5％、三乙醇胺为 0.05～1.0％，其余为水。此抛光液中还可 包含0.25％～1.0％的氧化剂铁氰化钾。上 述抛光液在加入氧化剂铁氰化钾还可同时加 入重量百分含量为5％～15％过氧化氢。此 抛光液用于单晶硅片表面抛光，克服了使用 现有抛光液中磨料硬度高造成的表面划伤和 选择其他种类腐蚀介质带来的缺陷，获得了 理想的光滑镜面抛光效果。
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抛光液
化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削 同时进行，分为铜离子抛光、铬离子 抛光和普遍采用的二氧化硅胶体抛光。 二氧化硅胶体抛光是由极细的二氧化 硅粉、氢氧化钠（或有机碱）和水配 制成胶体抛光液。在抛光过程中，氢 氧化钠与硅表面反应生成硅酸钠，通 过与二氧化硅胶体的磨削，硅酸钠进 入抛光液，两个过程不停顿地同时进 行而达到抛光的目的。
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机械夹持与石蜡粘结方法
早期的硅片固定方法有机械式夹钳和 石蜡粘结等。但机械夹持方法容易使 硅片发生翘曲变形或者损坏硅片的边 缘区域，所以目前已经很少使用。
石蜡粘结方法是另一种使用较早的方 法。具体方法是将硅片放置在夹具上 的规定位置，先加热，然后将熔化的 粘结剂渗 在工件上进行加压，使石蜡将硅片平 整的固定在基板上。
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真空吸盘夹持方法
目前在CMP加工中使用最广泛的 硅片夹持方法是真空吸盘。真空 吸盘顾名思义就是采用了真空原 理，利用真空负压来“吸附”工 件以达到夹持硅片的目的。在抛 光过程中，通过真空吸盘将工作 压力作用在硅片表面，吸盘上的 保持环保证硅片与吸盘之间不会 产生相对运动。
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多孔陶瓷真空吸 静电吸盘 盘
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硅片的夹持技术
由于化学机械抛光中材料去除量很少， 一般只有几微米，因此，化学机械抛 光的材料去除力较小，对夹持系统的 吸附力强度要求不高，但要求有较高 的平整度。针对这种要求，目前在化 学机械抛光中主要使用的夹持方法有 石蜡粘结、水的表面张力吸附、多孔 陶瓷式真空吸盘、静电吸盘和薄膜式 真空吸盘吸附等方法。
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水表面张力吸附夹持方法
利用水的张力进行夹持的方法与 用石蜡进行粘结类似，是将网状 泡沫聚氨酯布粘贴在不锈钢基板 表面，并利用泡沫聚氨酯表面的 水将硅片吸住。
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静电吸盘夹持方法
为满足对硅片的高精度夹持和定 位，70年代Wardly首先将静电吸 盘应用在硅片的夹持中。目前静 电吸盘的形式很多，大致可以分 为两个类型：一种是硅片本身也 通上高压，称作“平板电容式静 电吸盘”；另一种不对硅片直接 加压，称为“整体电极式静电吸 盘”
化学机械抛光
报告人：万珊珊
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半导体产业是现代电子工业的核心，而半导体产业的 基础是硅材料工业。虽然有各种各样新型的半导体材 料不断出现，但 90%以上的半导体器件和电路，尤 其是超大规模集成电路（ULSI）都是制作在高纯优 质的硅单晶抛光片和外延片上的。
目前，超大规模集成电路制造技术已经发展到了 0.12μm 和 300mm 时代，特征线宽为 0.1μm 的技术 也正在走向市场。随着特征线宽的进一步微小化，对 硅片表面的平坦化程度提出了更高的要求，CMP 被 公认为是 ULSI 阶段最好的材料全局平坦化方法，该 方法既可以获得较完美的表面，又可以得到较高的抛 光速率，已经基本取代了传统的热流法、旋转式玻璃 法、回蚀法、电子环绕共振法等。
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传统的化学机械抛光
1965 年 Walsh 和 Herzog 首次提出了化学 机械抛光技术，之后逐渐被应用。在半导体 行业，CMP 最早应用于集成电路的基底硅 材料的抛光中，其后被逐步应用于集成电路 的前半制程中（集成电路的制造过程共分为 4 个阶段：单晶硅片制造-前半制程-硅片测 试-后半制程） ，主要用于层间介质，绝缘 体，导体，镶嵌金属 W、Al、Cu，多晶硅， 硅氧化物沟道等的平面化中。传统的 CMP 系统由以下三部分组成：旋转的硅片夹持装 置；承载抛光垫的工作台；抛光液（浆料） 供应系统。