最後更新:2026年10月8日CMP・平坦化CMP・平坦化中國大陸:划痕

刮傷(CMP 刮痕)是什麼

CMP Scratch

刮傷是 CMP 製程中在晶圓表面產生、長度數μm至數百μm的線狀傷痕。元兇並非奈米尺寸的磨粒本身,而是研磨液中的凝聚粒子、研磨墊或固定環的磨耗碎片等大上好幾個數量級的異物。在柔軟的銅導線與脆弱的 low-k 膜上容易發生,主要對策是以使用點過濾器(POU filter)過濾,以及管理耗材零件的磨耗。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

刮傷是 CMP 製程中在晶圓表面產生的線狀傷痕。長度從數μm到數百μm,深度從數nm到數十nm,若發生於金屬導線層會造成斷路或短路,若發生於絕緣膜則會因後續金屬填入而引起漏電,因此作為 CMP 特有的致命缺陷加以管理。

主要原因是異常粒子。研磨液中的磨粒凝聚成大塊、研磨墊或固定環的磨耗碎片混入、前段製程的殘留物被帶入,或研磨碎屑再度凝聚。這些異物夾在晶圓與研磨墊之間被拖行,就直接形成線狀傷痕。典型情況是,元兇並非奈米尺寸的磨粒本身,而是大上好幾個數量級的異物。

容易出現刮傷的是柔軟材料與脆弱材料。銅導線柔軟、容易留下傷痕,low-k 絕緣膜則為多孔質、機械強度弱,提高壓力就會產生傷痕或剝離。隨著微縮化,可容許的傷痕尺寸也變小,若提高檢測設備的偵測靈敏度,反而會抓到大量雜訊,這也是困難之處。

對策依發生源而分。研磨液在使用前一刻以使用點過濾器過濾,捕捉凝聚粒子。供應管線使用低剪切的幫浦,在不破壞磨粒的情況下輸送。研磨墊與固定環則監控磨耗並定期更換,也重新檢討修整條件。此外,不將研磨壓力提高到超出必要是基本原則。

偵測是以研磨後的表面檢測設備(暗場光學檢測或電子束檢測)進行。刮傷多以同心圓狀或放射狀等特徵形狀出現,可從其方向與位置推定發生源。傷痕一旦產生便無法補救,因此在 CMP 中,發生源的管理比事後偵測更受重視。

刮傷(CMP 刮痕)的常見問題

刮傷的原因是研磨用的磨粒嗎?
通常不是。元兇是研磨液中凝聚的異常粒子、研磨墊或固定環的磨耗碎片、前段製程帶來的殘留物等,比原本磨粒大上好幾個數量級的異物。這些異物夾在晶圓與研磨墊之間被拖行,便形成線狀傷痕。
哪些材料的刮傷會成為問題?
柔軟的銅導線,以及多孔質、機械強度弱的 low-k 絕緣膜。銅容易留下傷痕,low-k 則在提高壓力時會產生傷痕或剝離。隨著微縮化,可容許的傷痕尺寸也變小,因此要兼顧檢測靈敏度與良率愈來愈困難。
如何防止刮傷?
基本的發生源對策包括:研磨液在使用前一刻以使用點過濾器過濾以捕捉凝聚粒子、以低剪切幫浦在不破壞磨粒的情況下輸送、監控研磨墊與固定環的磨耗並定期更換、不將研磨壓力提高到超出必要。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題