化學機械拋光(CMP),目前已成為公認的納米級全局平坦化精密超精密加工技術(shù)。CMP技術(shù)將磨粒的機械研磨作用與氧化劑的化學作用有機地結(jié)合起來,可實現(xiàn)超精密無損傷表面加工,滿足集成電路特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化要求。
CMP技術(shù)所采用的設(shè)備及消耗品包括:拋光機、拋光漿料、拋光墊、后CMP清洗設(shè)備、拋光終點檢測及工藝控制設(shè)備、廢物處理和檢測設(shè)備等。拋光機、拋光漿料和拋光墊是CMP工藝的3大關(guān)鍵要素,其性能和相互匹配決定CMP能達到的表面平整水平。其中拋光漿料和拋光墊為消耗品。通常一個拋光墊使用壽命約僅為45至75小時。
CMP拋光墊,又稱CMP研磨墊,英文名為CMP Pad,主要用于半導體和藍寶石等方面。CMP拋光墊由含有填充材料的聚氨酯材料組成,用來控制毛墊的硬度。拋光墊的表面微凸起直接與晶片接觸產(chǎn)生摩擦,以機械方式去除拋光層在離心力的作用下,將拋光液均勻地拋灑到拋光墊的表面,以化學方式去除拋光層,并將反應產(chǎn)物帶出拋光墊。拋光墊的性質(zhì)直接影響晶片的表面質(zhì)量,是關(guān)系到平坦化效果的直接因素之一。
CMP是提供超大規(guī)模集成電路制造過程中表面平坦化的一種新技術(shù),于1965年首次由美國的Monsanto提出,最初是用于獲取高質(zhì)量的玻璃表面。自從1991年IBM將CMP成功應用到64M DRAM的生產(chǎn)中以后,CMP技術(shù)在世界各地迅速發(fā)展起來。區(qū)別于傳統(tǒng)的純機械或純化學的拋光方法,CMP通過化學的和機械的綜合作用,從而避免了由單純機械拋光造成的表面損傷和由單純化學拋光易造成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點。它利用了磨損中的“軟磨硬”原理,即用較軟的材料來進行拋光以實現(xiàn)高質(zhì)量的表面拋光。在一定壓力及拋光漿料存在下,被拋光工件相對于拋光墊作相對運動,借助于納米粒子的研磨作用與氧化劑的腐蝕作用之間的有機結(jié)合,在被研磨的工件表面形成光潔表面。CMP技術(shù)最廣泛的應用是在集成電路(IC)和超大規(guī)模集成電路中(ULSI)對基體材料硅晶片的拋光。而國際上普遍認為,器件特征尺寸在0.35μm以下時,必須進行全局平面化以保證光刻影像傳遞的精確度和分辨率,而CMP是目前幾乎唯一的可以提供全局平面化的技術(shù),其應用范圍正日益擴大。