原创 《华林科纳-半导体工艺》 CMP中晶圆和抛光垫温度变化的研究

书籍：《华林科纳-半导体工艺》

文章：CMP中晶圆和抛光垫温度变化的研究

编号：JFKJ-21-1101

作者：华林科纳

引言

由于化学机械抛光过程中晶圆与抛光垫接触面积温度的测量困难，因此对温升机制和传热机制的研究还不够充分。本文研究的温度特征如下：（1）利用抛光垫表面的红外热摄像机测量温度，（2）利用晶片与抛光垫接触面积的热偶测量温度。此外，还讨论了晶片表面和抛光垫表面的温升分布。

CMP是指 这是一种超精密抛光技术，将被称为浆料的抛光液中的化学成分的化学作用和磨粒等的机械作用重叠在一起。一般认为，CMP时产生的热具有促进温度上升、助长浆料的化学效果的作用。 对材料去除速度等产生影响，因此， 为了实现均匀的材料去除分布，其温度控制可以说是一个重要的课题。 

实验

在这次实验中，使用φ200mm晶圆抛光装置，对表面形成SiO2膜的橡皮布晶圆（以下简称SiO2晶圆）进行了抛光。晶圆载体是气压加压方式，加工压力为34.45 kPa（5psi）。CMP的温度特性受到浆料流动的强烈影响。因此，可以推测抛光垫的槽形状也会影响浆料流动，是改变温度特性的要素。因此，抛光垫是无槽垫，同心圆槽垫（间距2mm，宽1mm，深1mm），晶格槽垫（间距50mm）和放射状槽垫（放射32条）4。红外辐射温度计及热电偶的同时温度测量，使用红外线辐射温度计，测量抛光垫表面和浆料温度，同时通过嵌入晶圆的热电偶测量晶圆的温度。测量位置为红外线辐射温度通过计测量，抛光垫上的晶圆的3个流入点(IN)，3个流出点(OUT)，通过热电偶测量晶圆背面7个点（晶圆外周部(A)，晶圆半径中央部(B)，晶圆中心(C)）。

由于晶圆抛光面与抛光垫接触，因此在过程中的温度测量非常困难。从晶圆背面挖出7处微孔，通过嵌入热电偶，尝试了晶圆抛光面附近的温度测量。通过这种方法，可以测量晶圆面内的温度分布。由于热电偶的信号是在过程中测量的，所以实时地向PC发送。另外，为了严密地把握传热现象，作为温度测量方法，在抛光垫表面以及垫上的浆料中，认为不对系统产生影响的非接触式的方法是合适的，使用了红外线放射温度计。同时使用这2个测定器，评价CMP中的温度特性。

图4显示的是利用红外线放射温度计进行的(a)无槽垫、(b)格子槽垫的温度测量结果比较无槽焊盘和格子槽焊盘的结果，在初期的急速温度上升部（τ=30，60sec）中，无槽焊盘的温度梯度较大。也就是说，到达稳定状态的时间较短。这是因为没有槽，温度较低的新鲜浆料很难进入晶圆面下方。另外，两者都是，焊盘中心附近部（in_1以及out_1）的温度最高，随着向焊盘外周部（in_2，in_3以及out_2，out_3）的温度下降。