CMP工藝工程師常用專業術語

一、 核心工藝參數與性能指標 (Core Process Parameters & Metrics)

這些是你在日常工作中每天都要監控、分析和報告的關鍵數據。

1. 去除速率 (Removal Rate, RR)

   • 解釋：單位時間內去除的薄膜厚度，是CMP最核心的性能指標。通常單位為埃/分鐘 (?/min) 或納米/分鐘 (nm/min)。RR的穩定性和可控性至關重要。

2. 不均勻性 (Non-Uniformity, NU%)

   • 解釋：衡量整個晶圓表面去除速率差異的指標。通常分為片內不均勻性 (WIWNU, Within-Wafer) 和片間不均勻性 (WTWNU, Wafer-to-Wafer)。NU%越小，代表平坦化效果越均勻，對器件性能一致性越好。

3. 選擇比 (Selectivity)

   • 解釋：指在同一工藝條件下，對兩種不同材料的去除速率之比。例如，在淺溝槽隔離(STI) CMP中，我們希望氧化物(Oxide)相對于氮化物(Nitride)有很高的選擇比，以在去除多余氧化物的同時，盡可能少地磨損作為停止層的氮化物。

4. 下壓力 (Downforce / Pressure)

   • 解釋：研磨頭(Polishing Head)施加在晶圓背面的壓力，單位通常是psi (磅/平方英寸)。根據普雷斯頓方程，它是決定去除速率的關鍵輸入參數之一。

5. 轉速 (Rotation Speed)

   • 解釋：指研磨盤(Platen)和研磨頭(Head)的旋轉速度，單位是rpm (轉/分鐘)。同樣是影響去除速率和流體動力學的關鍵參數。

這些是你每天都要接觸、更換和維護的物理部件。

1. 研磨液 (Slurry)

   • 解釋：CMP工藝的“化學”核心。它是由研磨顆粒(Abrasive)和各種化學添加劑(助氧化劑、絡合劑、pH穩定劑、表面活性劑等)混合而成的懸浮液。

2. 研磨墊 (Pad)

   • 解釋：CMP工藝的“機械”核心。通常是聚氨酯(Polyurethane)材料，表面有特定的溝槽(Grooves)設計，用于傳輸研磨液和帶走碎屑。分為硬墊和軟墊。

3. 研磨墊修整器 (Pad Conditioner / Dresser)

   • 解釋：帶有金剛石顆粒的圓盤，用于在研磨過程中或研磨間隙對研磨墊進行“修整”。目的是去除嵌入的碎屑，恢復研磨墊表面的粗糙度和微觀結構，以維持穩定的去除速率。

4. 擋環 (Retaining Ring)

   • 解釋：位于研磨頭邊緣的環狀部件，用于在研磨時固定晶圓，防止其滑出。同時，擋環的材質和狀態對晶圓邊緣的研磨輪廓(Edge Profile)有決定性影響。

5. 研磨顆粒 (Abrasive)

   • 解釋：研磨液中的固體顆粒，提供主要的機械研磨作用。常見的有二氧化硅(Silica)、二氧化鈰(Ceria)、氧化鋁(Alumina)等，其粒徑、形狀和硬度都經過精密設計。

這些是CMP工藝需要解決的核心問題和常見的失效模式。

1. 碟形凹陷 (Dishing)

   • 解釋：在金屬CMP（如銅互連）中，大尺寸金屬區域由于材質較軟，被過度研磨，中心區域低于周圍介電層，形成碟狀凹陷。這會增加后續連線的電阻。

2. 腐蝕凹陷 (Erosion)

   • 解釋：在高密度圖形區域，由于局部壓力和化學作用增強，導致大面積的介電層被過度磨損而變薄的現象。

3. 殘留 (Residue)

   • 解釋：研磨后，本應被去除的材料（如金屬、氧化物）未能完全去除，殘留在晶圓表面。這通常發生在圖形的凹陷區域，會導致短路等致命缺陷。

4. 劃傷 (Scratches)

   • 解釋：CMP工藝最常見的缺陷之一。由大的研磨顆粒、外部異物或研磨墊碎屑在晶圓表面劃出的線狀痕跡。

5. 邊角磨圓 (Corner Rounding)

   • 解釋：在STI CMP中，溝槽的邊角被過度研磨而變得圓鈍的現象。這會影響晶體管的幾何形狀和電學性能。

這些是確保工藝穩定性和精確性的關鍵技術。

1. 終點檢測 (Endpoint Detection, EPD)

   • 馬達電流法 (Motor Current)：通過監測研磨盤或研磨頭馬達的電流變化（摩擦力變化）來判斷。

   • 光學法 (Optical)：通過監測特定波長光的反射或干涉信號來判斷薄膜厚度變化。

   • 渦電流法 (Eddy Current)：專門用于金屬CMP，通過感應金屬膜厚變化引起的渦電流變化來判斷。

   • 解釋：判斷CMP過程何時應該停止的技術。這是從按時間控制(Timed Polish)向量產控制(Process-Controlled Polish)轉變的關鍵。常見方法有：

2. 原位 (In-situ)

   • 解釋：指在研磨過程中實時進行。例如“原位終點檢測”(In-situ EPD)，“原位修整”(In-situ Conditioning)。

3. CMP后清洗 (Post-CMP Clean)

   • 解釋：一個至關重要的獨立工序。使用刷洗、兆聲波清洗和化學藥液，去除CMP后殘留在晶圓表面的顆粒、金屬離子和有機物。清洗的好壞直接決定最終的缺陷水平。

4. 金屬填充 (Dummy Fill / Metal Fill)

   • 解釋：一種版圖設計端的優化手段（DFM, Design for Manufacturability）。在圖形密度低的區域，預先填充不具備電學功能的“假”金屬塊，以提高整個版圖的圖形密度均勻性，從而極大地改善CMP后的平坦度，減少Dishing和Erosion。

這些是理解CMP機理、進行深入研究的理論基礎。

1. 普雷斯頓方程 (Preston's Equation)

   • 解釋：CMP最基礎的經驗模型：RR = Kp * P * V。其中RR是去除速率，P是壓力，V是相對速度，Kp是普雷斯頓系數（一個包含了所有其他化學和材料因素的經驗常數）。

2. 斯特里貝克曲線 (Stribeck Curve)

   • 解釋：描述潤滑狀態下摩擦系數與（粘度×速度/壓力）關系的曲線。在CMP中，它被用來解釋研磨墊、晶圓和研磨液三者之間的復雜作用，幫助我們理解從接觸式研磨到流體動力學研磨的轉變，對優化工藝窗口有指導意義。

希望這份清單對你有所幫助。在實際工作中，你會發現這些術語總是交織在一起出現。例如，你需要調整下壓力和轉速來優化去除速率，同時監控不均勻性，并利用終點檢測來防止碟形凹陷和腐-蝕凹陷的發生。祝你在CMP領域不斷進步。

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