本期應用專題重點介紹化學機械拋光（CMP）工藝流程中可能出現的問題。化學機械拋光，又稱化學機械平坦化，是半導體制造的關鍵制程工藝之一。晶圓的每一個層級都需經過多次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構創設一個平整的基底。

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），是實現晶圓平坦化（即通過拋光使晶圓表面實現平整）不可或缺的工具。使用不斷旋轉拋光頭，將拋光墊和晶圓擠壓在一起，再通過保持環將其固定。此時，拋光頭圍繞不同的旋轉軸旋轉(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。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的聚焦深度（DOF）范圍。然而，CMP工藝所涉及的尺寸極小——以新的22納米制程為例，聚焦深度甚至可達數埃（angstrom）級別——因此，精度才是判斷拋光成功與否的關鍵。此外，CMP拋光過程通常需在60秒內完成，包括退出CMP系統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品的質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量。換言之，在壞的情況下，嚴重的CMP缺陷可能產出不合格的芯片。
問題的關鍵在于，傳統的CMP壓力監測方案時常發生阻力損失，對工藝的準確性造成不良影響。半導體制造商必須準確判斷工件在拋光環境下受到的實際下壓力，才能實現jingque控制，從而避免下游質量問題。

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，傳感器還應提供實時反饋，便于制造商監控和控制拋光過程。

解決方案

基于動態力測量技術構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）。奇石樂的動態力測量解決方案能夠為客戶提供jingque的監控數據，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：

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——抗磨損，使用壽命長，性能和重復精度穩定

緊湊型設計

能夠捕捉極微小的力值（應力計等測量技術無法實現該功能）

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jingque的CMP監控解決方案清晰地展現了上述優勢。

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上，用于測量研磨液在拋光過程中施加的力。

結果

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

整體優勢

控制精度更高

質量更高

提供的知識和技術支持

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

設備研發：提供可行性和產品選擇的應用建議，提供研發支持和傳感器安裝服務；

測試和調試：測試設備集成、調試和培訓；

運行和優化：測量結果分析、工廠優化、傳感器定期校準；

改造：設備分析、定制化建議、測量鏈的安裝和調試。

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