化學機械研磨(CMP)

根據摩爾定律(Moore Law)的不斷增加，現在的電子零件往往就有數千萬個電晶體，要使電晶體正常運作需要一定的電壓或電流，必須要有引線來將電晶體連接起來，平面佈線已不符需求，只能藉由立體佈線或者多層佈線。利用化學機械研磨(CMP)技術來使晶圓表面達到全面性的平坦化，使多層佈線成為了可能。其中決定CMP 的效率的重要因素之一就是化學機械研磨漿料(CMP Slurry )。

化學機械研磨(CMP)的簡介
CMP 指化學機械研磨 (Chemical Mechanical Polishing)，或稱為化學機械平坦化 (Chemical Mechanical Planarization)。CMP 是在研磨機的研磨墊(PU Pad)上注入研磨漿料(Slurry)進行研磨晶圓的動作，目的是將積體電路晶圓(IC Wafer)上的介電層(oxide layer)與金屬層(metal layer)磨平，使其全面平坦化進而達到立體佈線或者多層佈線，提升配線密度(pattern density)，同時降低缺陷密度(defectdensity)，提升製程良率。利用奈米技術的CMP 是目前最有效達到晶圓表面平坦化的方法。

 研磨漿料的成分與作用


研磨漿料可分為氧化膜研磨漿料(oxide CMP slurry)與金屬膜研磨漿料 (metal CMP slurry)兩
大類。研磨漿料的成分含有研磨粉末，像是SiO2、Al2O3、CeO2、ZrO2。緩衝劑，像是KOH、NH4OH、HNO3 或其他有機酸。氧化劑，像是H2O2、硝酸鐵、碘酸鉀、鐵氰化鉀。研磨蝕刻薄膜物質，像是SiO2、W、Al、Cu、Na、K、Ni、Fe、Zn。另外還有像界面活性劑、腐蝕抑制和螯合劑等其他添加劑。

研磨漿料有 5 種作用，即軟化、潤滑、洗滌、防銹和緩衝。軟化，即軟化金屬表面氧化膜，研磨漿料與金屬表面產生化學作用，使氧化膜易於研磨除去，以提高研磨效率。潤滑，使研磨物和研磨機零件產生潤滑作用，如同一般研磨潤滑油，減少研磨物的損耗並增加研磨機的壽命。洗滌，研磨漿料像洗滌劑一樣能除去零件表面上的油污。防銹，使研磨加工後的零件，在未清洗前的短時間內達到相當程度的防銹作用。緩衝，在CMP 的過程中，研磨漿料與水一起攪動，會緩衝零件之間的撞擊。

 研磨漿料的問題與發展
CMP 在研磨後的研磨漿料廢水含有大量懸浮微顆粒、SiO2、少量H2O2 和金屬離子等污染物。如何充分再次回收利用和處理廢水是一重大課題。另外，CMP 技術自1985 年由IBM 發展以來，具有龐大市場，往往具有數億美元的商機。傳統的研磨漿料以SiO2為主要組成物，而研磨漿料所引起的化學作用決定了研磨效率，其中pH 值、組成物和顆粒大小等差異都會影響。因此，在專利研究上，許多人致力於研磨漿料的研究，不限制於SiO2 上，企圖找出最合適的研磨漿料。目前，存有許多研磨漿料組成的專利，而研磨漿料的創新不僅有助於積體電路的發展，同時也能為發明者帶來可觀的收入。