本期應(yīng)用專題重點介紹化學機械拋光（CMP）工藝流程中可能出現(xiàn)的問題?；瘜W機械拋光，又稱化學機械平坦化，是半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵制程工藝之一。晶圓的每一個層級都需經(jīng)過多次CMP拋光處理，其目的在于去除表面的材料殘余，或為添加下一層電路結(jié)構(gòu)創(chuàng)設(shè)一個平整的基底。

拋光墊和拋光液（拋光液是一種具有磨蝕性和腐蝕性的化學混合物，通常含有膠體二氧化硅），是實現(xiàn)晶圓平坦化（即通過拋光使晶圓表面實現(xiàn)平整）不可或缺的工具。使用不斷旋轉(zhuǎn)拋光頭，將拋光墊和晶圓擠壓在一起，再通過保持環(huán)將其固定。此時，拋光頭圍繞不同的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)(非同心)，而拋光液中的磨蝕性粒子不斷研磨樣本表面，使殘余材料松動。最終，拋光液中的化學成分會將脫落的殘余材料溶解。

CMP工藝可使整個晶圓表面達到光刻系統(tǒng)的聚焦深度（DOF）范圍。然而，CMP工藝所涉及的尺寸極小——以最新的22納米制程為例，聚焦深度甚至可達數(shù)埃（angstrom）級別——因此，絕對精度才是判斷拋光成功與否的關(guān)鍵。此外，CMP拋光過程通常需在60秒內(nèi)完成，包括退出CMP系統(tǒng)前的拋光后清潔步驟（清洗、沖洗和干燥）。

潛在問題

CMP工藝可能會對芯片產(chǎn)品的質(zhì)量和性能帶來正面和負面的影響。拋光后，晶圓的聚焦深度取決于表面平整度，而聚焦深度又會顯著影響晶圓上層制程的光刻質(zhì)量。換言之，在最壞的情況下，嚴重的CMP缺陷可能產(chǎn)出不合格的芯片。
問題的關(guān)鍵在于，傳統(tǒng)的CMP壓力監(jiān)測方案時常發(fā)生阻力損失，對工藝的準確性造成不良影響。半導(dǎo)體制造商必須準確判斷工件在拋光環(huán)境下受到的實際下壓力，才能實現(xiàn)精確控制，從而避免下游質(zhì)量問題。

實際情況中，CMP工藝涉及兩個力向量（如下圖藍色箭頭所示）：一個是晶圓和拋光墊之間的作用力，另一個則是修整拋光墊表面產(chǎn)生的作用力。只有使用高分辨率的傳感器，才能檢測拋光墊/晶圓接面上產(chǎn)生的極微小力，從而妥善測量上述力分量；理想情況下，傳感器還應(yīng)提供實時反饋，便于制造商監(jiān)控和控制拋光過程。

解決方案

基于動態(tài)力測量技術(shù)構(gòu)建的先進解決方案具有極高的分辨率，能夠檢測極小力的變化（小于1克）。奇石樂的動態(tài)力測量解決方案能夠為客戶提供精確的監(jiān)控數(shù)據(jù)，其卓越性能源自核心組件——壓電式（PE）傳感器獨特的物理性質(zhì)：

分辨率高、測量范圍寬，可測量較小的力而不會損壞傳感器

剛度極佳——抗磨損，使用壽命長，性能和重復(fù)精度穩(wěn)定

緊湊型設(shè)計

能夠捕捉極微小的力值（應(yīng)力計等測量技術(shù)無法實現(xiàn)該功能）

適用于超高測試頻率下的高速測量

實用示例

奇石樂的高度精確的CMP監(jiān)控解決方案清晰地展現(xiàn)了上述優(yōu)勢。

在該解決方案中，一個安裝在載物頭中，載物頭將晶片固定在拋光墊上。另一個則安裝在研磨液輸送系統(tǒng)上，用于測量研磨液在拋光過程中施加的力。

結(jié)果

精準監(jiān)控晶圓的初始接觸力和實際施加的下壓力，實時反饋監(jiān)控和控制情況。針對性能更高的設(shè)備，還可利用各個力傳感器提供的反饋校準主軸。

整體優(yōu)勢

控制精度更高

質(zhì)量更高

行業(yè)專家提供的專業(yè)知識和技術(shù)支持

奇石樂通過提供本地及全球售后支持服務(wù)，為半導(dǎo)體行業(yè)客戶的生產(chǎn)工作提供全方位支持。奇石樂售后支持服務(wù)全面覆蓋系統(tǒng)生命周期的四個階段：

設(shè)備研發(fā)：提供可行性和產(chǎn)品選擇的應(yīng)用建議，提供研發(fā)支持和傳感器安裝服務(wù)；

測試和調(diào)試：測試設(shè)備集成、調(diào)試和培訓(xùn)；

運行和優(yōu)化：測量結(jié)果分析、工廠優(yōu)化、傳感器定期校準；

改造：設(shè)備分析、定制化建議、測量鏈的安裝和調(diào)試。

深入了解奇石樂解決方案如何幫助您的半導(dǎo)體生產(chǎn)線提高質(zhì)量、產(chǎn)量和透明度！我們的專家隨時待命，時刻準備與您分享奇石樂六十余年的豐富經(jīng)驗和專業(yè)知識。聯(lián)系我們，與半導(dǎo)體專家面對面交流！