研磨墊修整(Pad Conditioning)是在 CMP(化學機械研磨)製程中,持續再生與維持研磨墊表面狀態的製程。CMP 反覆研磨晶圓時,研磨墊表面的微小突起(asperity)會被壓扁而平坦化,即所謂「釉化(Glazing)」,使研磨液的保持能力與研磨速率急遽下降。研磨墊修整是以鑽石電鍍盤(修整器)磨削研磨墊表面,恢復微小突起的製程。
研磨墊修整的運作原理是:將電鍍、燒結鑽石磨粒的修整盤(直徑100~300mm)一邊加壓於研磨墊表面、一邊旋轉與擺動,微量磨削研磨墊表層,使新鮮的多孔質表面(微小突起)露出。研磨液(研磨液中的磨粒與化學藥劑)保持在這些微小突起上並供應給晶圓,維持高研磨速率與均勻性。
修整的時機有「原位修整(In-situ:研磨中同時進行)」與「非原位修整(Ex-situ:停止研磨後進行)」。原位修整讓研磨與修整同時進行,產出量高,也容易使研磨墊狀態保持一定,但由於修整器與晶圓在同一腔體內運作,控制較為複雜。非原位修整則是在晶圓處理後再生研磨墊,可進行更均勻的修整。
研磨墊修整的控制參數有下壓力(按壓壓力)、修整器轉速、擺動速度與模式(sweep)、修整時間與頻率(recipe)。透過最佳化這些參數,可在研磨墊消耗速率與微小突起恢復之間取得平衡,在處理100~500片晶圓的過程中維持穩定的研磨速率(MRR:Material Removal Rate)。修整過度會縮短研磨墊壽命,修整不足則會導致研磨速率下降。
在先進 CMP 製程中,研磨墊修整的課題是在 Low-k 絕緣膜 CMP 或銅 CMP 等研磨選擇比要求嚴格的製程中確保均勻性。在3D NAND 的鎢(W)字元線 CMP 中,研磨墊修整不均會直接導致晶圓面內研磨速率差異→層間電容變動→記憶胞特性差異。研磨墊修整器的主要廠商有3M(舊 Rodel)、中國砂輪(Kinik)、Saesol(韓國)與 A.L.M.T.(日本)。