化學機械拋光后清洗專利技術綜述

佟曉明

摘? 要：化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing， CMP）清洗的目的就是把CMP中的殘留粒子和金屬沾污減少到可接受的水平，后清洗是CMP加工的重要部分。文章通過對全球?qū)＠暾埩俊＠暾堅诓煌瑖业姆植?、重要申請人分布進行分析，概述了CMP后清洗技術的發(fā)展脈絡，為日后CMP后清洗技術的發(fā)展提供了借鑒。

關鍵詞：CMP;清洗;專利申請

中圖分類號：TN305.97? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）26-0020-02

Abstract： The purpose of chemical mechanical polishing（CMP） cleaning is to reduce residual particles and metal contamination in CMP to an acceptable level. Post CMP cleaning is an important part of CMP processing. This paper summarizes the development of post CMP cleaning technology by analyzing the global application volume， the distribution of patent applications in different countries， the distribution of original national applications， and the distribution of important applicants， in order to provide a reference for the development of post CMP cleaning technology.

Keywords： CMP; cleaning; patent application

1 CMP后清洗

晶片經(jīng)化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing，簡稱CMP）加工后，會在工件上殘留有少量的漿料，需要通過CMP的后清洗（其CMP加工的重要部分）將其清除，目的是把CMP中的殘留粒子和金屬沾污減少到可接受的水平。因而為了確保得到進一步金屬化所需要的無缺陷無玷污晶片表面，CMP后清洗工藝是必需步驟[1]。目前因拋光后表面清洗不干凈引起的電子器件產(chǎn)品合格率會降低，清洗質(zhì)量的高低直接影響到先進電子產(chǎn)品的性能、可靠性和穩(wěn)定性[2]。隨著器件特征尺寸的持續(xù)減小及CMP應用領域的擴大，將會出現(xiàn)新的介質(zhì)材料，研漿的組成也會出現(xiàn)相應的變化，因而必將給后清洗工藝提出更多的課題[3]。

2 CMP后清洗的申請情況

2.1 后清洗在全球的申請情況

如圖1所示，是全球近28年來帶化學機械拋光清洗裝置的專利申請量，其可以分成三個階段。第一階段是該裝置的萌芽發(fā)展期（1997年以前），在這個階段具有代表性的IBM公司在1992年3月16日提交的名為通過CMP技術使晶圓平坦化，旋轉的拋光墊是浸潤在拋光漿材料中，經(jīng)過CMP拋光后，每個晶圓會依次被放置在CMP設備的收納盒中，當全部浸沒入去離子水中，整個收納盒中的晶圓被取出并放置在獨自的清洗機中實現(xiàn)清洗，清洗過程是采用多槽浸泡化學濕法清洗技術。

在經(jīng)過技術探索以后，萌芽發(fā)展期的后期世界范圍內(nèi)的技術積累的基礎上，突破主要的技術難題，很快進入高速發(fā)展階段。1998-2003年間屬于該技術迅猛發(fā)展階段，專利申請保持著穩(wěn)步的增長。1998年是該階段的開始，日本的占據(jù)整個市場份額29%的荏原（EBARA），穩(wěn)居世界第一;另外美國的應用材料公司占也占據(jù)了市場較大份額為14%。隨著時間的推移和技術的不斷改進，1999年后，美國應用材料公司在該技術上得到了迅猛發(fā)展，將市場份額擴大至32%，并在以后的時間內(nèi)一直在市場上占據(jù)主導地位。從1998年的80件增長到2003年的158件左右，在這一階段，世界范圍內(nèi)開發(fā)研究也呈現(xiàn)了不同態(tài)勢。20世紀90年代末期，單片清洗技術開始使用，這樣不僅保證片與片之間不會產(chǎn)生玷污，而且保持了較佳的清洗效率。

第三階段是衰退期（2003-2018年），在這期間的2008年，在全球范圍內(nèi)發(fā)生了金融危機，技術創(chuàng)新的熱情受到打擊，從而2008年間的全球申請量大幅度減少。雖然在2009年和2014年申請量有所提升，但一直也沒有趕上其最高水平，分析原因可能是對于化學機械拋光設備研磨過程中的清洗裝置的發(fā)展在技術上遇到了瓶頸，致使很少的清洗技術能夠再次被用在化學機械拋光設備上。

2.2 后清洗在不同國家的分布情況

從圖2中發(fā)現(xiàn)，化學機械拋光中的后清洗技術中，美國的申請量占有絕大的份額，其中數(shù)量占據(jù)了32%，緊隨其后的韓國、日本、中國、德國，它們的各自申請量份額在圖中進行了展示。其中美國、日本、韓國的申請份額占據(jù)了總數(shù)的76%，遠遠超過其他國家的總和，說明在該項技術發(fā)展過程中美國、日本、韓國具有較高的重視度，也能夠反映美國、韓國和日本三個國家，在這個領域具有較多的原創(chuàng)創(chuàng)新。如若在化學機械拋光后清洗領域中有所發(fā)展，需要借鑒這三個國家的相關專利技術。

2.3 后清洗重要申請人分布

圖3是全球重要申請人分布情況。從該圖中看出，韓國三星電子公司處于先導地位，在其后依次是應用材料公司、臺積電、EBARA公司、東部電子、中芯國際集成電路制造、海力士半導體、KCTech等。三星電子的領先地位，是因為有廣大用戶對其產(chǎn)品（如電視、手機等）有相當高的認可度，在這背后離不開三星電子公司對發(fā)明創(chuàng)造的應用與技術的轉化。

3 結束語

應用在高性能的元器件制造的CMP后清洗技術，隨著技術的不斷改進，其應用領域也在不斷的擴展，已變成超精細表面全局平面化重要技術之一，其發(fā)展勢頭和應用前景非常值得注意。在國內(nèi)技術發(fā)展過程中，需要借鑒美國、韓國和日本這一領域的技術發(fā)展，特別是需要著重看韓國三星電子、EBARA公司、東部電子、海力士半導體、KCTech等公司的技術發(fā)展。通過借鑒和自身的創(chuàng)新，以增強CMP后清洗技術的研究和開發(fā)，并形成擁有自主知識產(chǎn)權的材料和工藝，提高我國在精密制造領域中的國際地位，為國家和社會發(fā)展提供有利的技術支撐。

參考文獻：

[1]張偉峰，周國安，詹陽.CMP后的晶圓清洗過程研究[J].電子工業(yè)專業(yè)設備，2008（6）：28-32.

[2]雷紅.CMP后清洗技術的研究進展[J].半導體技術，2008（5）：369-373.

[3]雷紅，雒建斌，馬俊杰.化學機械拋光（CMP）技術的發(fā)展、應用及存在問題[J].潤滑與密封，2002（4）：73-76.