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在半导体制造过程中，化学机械抛光（CMP）是一项至关重要的技术。CMP技术的出现和发展使得制造更小、更复杂的芯片成为可能。在单晶硅片的制造过程中，化学机械抛光（CMP）技术在前半制程中扮演着至关重要的角色，并且需要多次应用。相较于传统的机械抛光方法，CMP技术不仅能够实现硅片表面的更高平整度，还因其较低的成本和简便的操作流程，已经发展成为目前半导体材料表面平整处理的主流技术。
化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）是一种通过化学和机械作用相结合来实现材料表面平坦化的工艺。在CMP过程中，待抛光的表面被放置在旋转的抛光垫上，抛光液中含有的磨料与抛光垫的摩擦力共同作用，将表面材料逐层去除。这种技术不仅能够去除表面多余的材料，还可以实现极高的平坦度和低的表面粗糙度，这对于制造高性能半导体器件至关重要。
图源：MKS Instruments
下图显示了CMP的大致过程，这种抛光设备主要包括一个旋转的压板，其表面被一层抛光垫所覆盖。硅晶圆以面朝下的方式固定在承载器中，而承载器通过特定的压力系统，可以是气压或机械背压，施加预定的力量压向抛光垫。在抛光过程中，硅晶圆本身也会进行旋转。抛光垫表面涂有含有物理磨料和化学活性剂的混合浆料，这种浆料通过泵送系统均匀分布于垫上。随着硅晶圆在自身轴线上旋转，同时在压力作用下与抛光垫接触并随之移动，晶圆表面便开始被抛光。在这个过程中，晶圆表面的凸起部分会因为更大的压力而遭受更多的磨削，同时化学活性剂也对其产生作用，使得凸起部分的材料去除速度较凹陷部分更快。这种物理和化学作用的结合，促进了表面的均匀化。由于抛光作用会产生热量，而温度的变化可能会影响化学蚀刻的速度，因此在CMP过程中，维持抛光板与晶圆接触面的温度稳定非常关键。这通常通过在抛光板上实施精确的温度控制来达成。
图源：MKS Instruments
芯片制造是一个高度复杂的过程，分为设计、晶圆制造和封装测试三个主要阶段。其中，晶圆制造尤为关键，涉及热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械抛光（CMP）等多个环节。整个过程可能持续6至8周，包含300多个步骤，有些步骤可能重复数百次。CMP工艺在其中非常重要，CMP材料的成本占晶圆制造总成本的7%。
随着制造层数的增加，如果晶圆表面不平整，可能导致金属薄膜厚度不均，进而影响电阻值，导致电子迁移或电路短路等问题。不平整的表面还会影响光刻中的对焦精度，导致线宽控制不准确，限制集成电路的布线层数，进而降低芯片性能。
因此，CMP在保证晶圆表面质量和提升集成电路性能方面至关重要，它能够实现表面的全局平坦化，为后续制造工艺提供可靠的基础。
