研磨速率(移除速率)是指 CMP 中單位時間內被削除的膜厚,通常以 nm/min 表示。由於 CMP 是削除到既定膜厚即停止的製程,速率的絕對值及其穩定性會直接轉換為膜厚變異與良率。
理解速率的基礎是 Preston 方程式。這是一個經驗式:移除速率與研磨壓力 P 和相對速度 V 的乘積成正比,材料、研磨液與研磨墊的效應全部歸入比例常數(Preston 係數)。實際上化學反應的貢獻很大,相對於壓力與速度偏離線性的區域也很多,因此這個式子是作為「提高壓力與速度,速率就會上升」的設計出發點來使用。
實際影響速率的因素相當多樣,包括研磨液的磨粒濃度、pH、氧化劑濃度,研磨墊的表面狀態(釉化的進展程度),修整條件,研磨液的流量與溫度,以及圖形密度。特別是研磨墊會隨使用而劣化,因此即使設定相同,速率也會隨時間漂移。
應對這種不穩定性的是終點偵測與 APC(先進製程控制)。研磨中從馬達電流或光學反射的變化偵測終點並停止,研磨後則實測膜厚並回饋至下一片晶圓的研磨時間。藉由逐批、逐片修正速率,吸收研磨墊隨時間的變化。
速率並不是愈高愈好。為了提高速率而提高壓力,刮傷、碟形凹陷、low-k 膜剝離等機械性損傷就會增加。速率的設定值會放在生產性(產能)與缺陷・平坦性取得平衡之處。