CMP（化學機械拋光）技術作為半導體制造中的關鍵工藝步驟，其操作流程的精確性直接影響晶圓表面平整度和器件性能。以下是基于行業標準操作規范及設備廠商指南整理的詳細操作步驟，涵蓋從準備到維護的全流程：
一、前期準備工作
1. 環境確認
確保潔凈室環境達到Class 100或更高標準，溫度控制在22±1℃，濕度40%60%，避免顆粒污染和靜電干擾。
檢查設備接地狀態，確認壓縮空氣壓力穩定在0.50.7MPa范圍內。
2. 耗材與配件檢查
拋光墊：檢查表面無劃痕、老化或污染，新墊需進行預 Conditioning（約30分鐘磨合）。
拋光液：根據工藝要求選擇酸性（如SiO?拋光）或堿性（如金屬拋光） slurry，使用前搖勻并過濾（0.1μm濾芯）。
鉆石修整盤：確認金剛石顆粒完整度，修整壓力通常設定為35N。
3. 晶圓預處理
通過兆聲波清洗去除表面顆粒，測量初始厚度并記錄（如使用激光干涉儀）。
二、設備啟動與參數設置
1. 系統初始化
啟動主機電源，執行設備自檢程序，確認真空吸附系統、溫度控制模塊（如配備）無報警。
裝載工藝配方（Recipe），典型參數包括：
拋光頭下壓力：2035kPa（銅拋光）或1020kPa（介質層拋光）
拋光盤轉速：60120rpm（與晶圓轉速比通常為1:1至1:3）
拋光液流量：150300ml/min（根據材料調整）
2. 校準與定位
使用標準校準片進行厚度傳感器校準，誤差需＜0.5%。
機械臂傳輸路徑驗證，確保晶圓裝載位置精度±0.1mm。
三、拋光過程執行
1. 晶圓裝載
采用真空吸附或邊緣夾持方式固定晶圓，檢查是否無翹曲（Warpage＜50μm）。
啟動載片臺旋轉，同步開啟拋光液供給系統。
2. 多階段拋光控制
粗拋階段：高壓力（30kPa+）、低轉速去除大部分材料，時間占比約60%。
精拋階段：降低壓力至15kPa以下，提高轉速改善表面粗糙度（Ra＜0.5nm）。
實時監控電機電流波動（異常波動可能預示劃傷風險）。
3. 終點檢測
光學干涉法或電機扭矩法判斷終點，銅拋光典型厚度變化率0.51μm/min。
遇過度拋光（Overpolish）立即停止并檢查配方邏輯。
四、后處理與檢測
1. 晶圓卸載與清洗
使用去離子水（DIW）+兆聲波清洗殘留 slurry，必要時采用SC1（NH?OH/H?O?）溶液去除有機物。
氮氣吹干后轉入無塵盒，避免二次污染。
2. 關鍵參數測量
表面粗糙度測試（AFM或白光干涉儀）。
厚度均勻性檢測（9點測量法，要求＜3%非均勻性）。
五、設備維護與故障處理
1. 日常維護
每班次結束后清理拋光墊殘留物，使用專用刮刀+DIW沖洗。
每周檢查軸承潤滑狀態，補充高溫潤滑脂。
2. 常見問題應對
劃痕（Scratch）：檢查拋光液過濾系統或鉆石修整盤狀態。
腐蝕（Corrosion）：調整拋光液pH值或增加緩蝕劑濃度。
設備報警代碼E207（真空失效）需檢查密封圈磨損情況。
六、安全注意事項
操作人員需穿戴防靜電服、護目鏡及耐酸堿手套。
廢液收集需分類處理（含重金屬廢液需專用容器）。
緊急停機按鈕功能測試每日一次。
通過上述標準化流程，可確保CMP工藝的重復性與穩定性。實際應用中需根據材料特性（如Lowk介質、鈷互連等）動態調整參數，并定期進行設備能力分析（CPK＞1.33）。建議建立完整的SPC（統計過程控制）體系，持續優化工藝窗口。
