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技術專文

化學機械研磨 圖 1、化學研磨液供應系統簡圖

製程簡介
桶槽單元 混酸單元 供應單元

化 學 機 械 研 磨 (Chemical-Mechani- 雙氧水
水
cal Polishing, CMP) 是半導體製程
中的一種技術，藉由物理的機械力
及化學腐蝕性對加工過程中的矽晶
圓材料進行平坦化處理。

背景
化學機械研磨技術早期應用於光
學鏡片的拋光和晶圓的拋光。因
70 年代引入多層金屬化技術到集 圖 2、管路改善前後對照圖
成電路製程中雖然提高了器件的集
成度，但矽片表面不平整度加劇，
供應桶槽 供應桶槽
進而使得平坦化技術蓬勃發展，
減少氣泡進入
80 年 代 末 IBM 公 司 將 CMP 技 術 量測管路
氣泡
應用於矽片的平坦化獲得了極大的
混酸 量測 混酸
改善，從而使之成為了大規模集成 桶槽 管路 桶槽
電路製造中有關鍵地位的平坦化技
術。 容易產生氣泡的 減少氣泡產生的
QC loop狀態 QC loop設計
量測管路
製程技術
化學機械研磨技術包含化學腐蝕與
機械力研磨，可將表面全局平坦
桶槽單元 磁浮幫浦傳輸到供應桶槽，供應桶
化。製程使用具有研磨粒子和腐蝕
桶槽單元為原物料進入系統供應的 槽經由供應路徑傳輸至設備使用。
性的研磨液，並配合使用研磨頭進
入口，新上線的桶槽在桶槽單元內 因研磨液中有研磨粒子，為了防止
行機械研磨。矽片和研磨頭同時轉
會經過過濾、循環、排泡等程序。 研磨粒子久置會沉降，供應單元提
動去除矽片表面多餘材料和不規則
循環與過濾程序可依照所使用的原 供一循環路徑，即使在設備未使用
結構以達到平坦化的目的。
物料特性來做不同的參數設定，以 的情況下，混好的研磨液也會不斷
確保在進入混酸程序前的原物料是 的循環以防止沉降。
研磨液 最均勻且無多餘的雜質。
研磨液是研磨粒子和化學添加劑的 研磨液供應系統挑戰
混合物，研磨粒子主要是石英、二 混酸單元 研磨液供應系統存在兩大挑戰：化
氧化鋁和氧化鈰，其中的化學添加 化學研磨液在供應給設備使用前通 學研磨液品質的管控與新製程的突
劑則要根據需進行平坦化的材料來 常會經過混合，每種研磨液依製程 破。提供最佳研磨液品質是廠務首
加以選擇，這些化學添加劑可與需 需求會有不同的混合比例稱作「混 要工作，如何有效監控品質需仰賴
被除去的材料行化學反應以弱化其 酸比」，為了確保每次混合的比例 強健的系統硬體與完善的軟體邏
和矽分子聯結，增進機械研磨效 正確，混酸單元會依混酸比設計出 輯。隨著新製程的突破對研磨液品
率。 定量燒杯，可由參數設定來調配比 質的要求會愈來愈嚴苛，故須不斷
例已達混酸比。定量燒杯將原物料 創新改善以達到新的製程需求。而
落至混酸桶槽後利用桶槽底下的幫 面對新製程的發展，新的研磨液不
浦將內部研磨液攪拌均勻，經過自 斷的產出，研磨液供應系統也必須
研磨液供應系統 動量測確認品質後再傳輸到供應桶 跟上新產品產生的速度來做適當的
槽。 應變。

研磨液供應系統主要區分為桶槽、 供應單元 化學研磨液品質控管
混酸與供應三個單元 圖 1 。 在混酸單元混合完成的研磨液經由 化學研磨液品質控管分兩部分，一

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