化学机械抛光后清洗专利技术综述

佟晓明

摘  要：化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing， CMP）清洗的目的就是把CMP中的残留粒子和金属沾污减少到可接受的水平，后清洗是CMP加工的重要部分。文章通过对全球专利申请量、专利申请在不同国家的分布、重要申请人分布进行分析，概述了CMP后清洗技术的发展脉络，为日后CMP后清洗技术的发展提供了借鉴。

关键词：CMP;清洗;专利申请

中图分类号：TN305.97      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）26-0020-02

Abstract： The purpose of chemical mechanical polishing（CMP） cleaning is to reduce residual particles and metal contamination in CMP to an acceptable level. Post CMP cleaning is an important part of CMP processing. This paper summarizes the development of post CMP cleaning technology by analyzing the global application volume， the distribution of patent applications in different countries， the distribution of original national applications， and the distribution of important applicants， in order to provide a reference for the development of post CMP cleaning technology.

Keywords： CMP; cleaning; patent application

1 CMP后清洗

晶片經化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）加工后，会在工件上残留有少量的浆料，需要通过CMP的后清洗（其CMP加工的重要部分）将其清除，目的是把CMP中的残留粒子和金属沾污减少到可接受的水平。因而为了确保得到进一步金属化所需要的无缺陷无玷污晶片表面，CMP后清洗工艺是必需步骤[1]。目前因抛光后表面清洗不干净引起的电子器件产品合格率会降低，清洗质量的高低直接影响到先进电子产品的性能、可靠性和稳定性[2]。随着器件特征尺寸的持续减小及CMP应用领域的扩大，将会出现新的介质材料，研浆的组成也会出现相应的变化，因而必将给后清洗工艺提出更多的课题[3]。

2 CMP后清洗的申请情况

2.1 后清洗在全球的申请情况

如图1所示，是全球近28年来带化学机械抛光清洗装置的专利申请量，其可以分成三个阶段。第一阶段是该装置的萌芽发展期（1997年以前），在这个阶段具有代表性的IBM公司在1992年3月16日提交的名为通过CMP技术使晶圆平坦化，旋转的抛光垫是浸润在抛光浆材料中，经过CMP抛光后，每个晶圆会依次被放置在CMP设备的收纳盒中，当全部浸没入去离子水中，整个收纳盒中的晶圆被取出并放置在独自的清洗机中实现清洗，清洗过程是采用多槽浸泡化学湿法清洗技术。

在经过技术探索以后，萌芽发展期的后期世界范围内的技术积累的基础上，突破主要的技术难题，很快进入高速发展阶段。1998-2003年间属于该技术迅猛发展阶段，专利申请保持着稳步的增长。1998年是该阶段的开始，日本的占据整个市场份额29%的荏原（EBARA），稳居世界第一;另外美国的应用材料公司占也占据了市场较大份额为14%。随着时间的推移和技术的不断改进，1999年后，美国应用材料公司在该技术上得到了迅猛发展，将市场份额扩大至32%，并在以后的时间内一直在市场上占据主导地位。从1998年的80件增长到2003年的158件左右，在这一阶段，世界范围内开发研究也呈现了不同态势。20世纪90年代末期，单片清洗技术开始使用，这样不仅保证片与片之间不会产生玷污，而且保持了较佳的清洗效率。

第三阶段是衰退期（2003-2018年），在这期间的2008年，在全球范围内发生了金融危机，技术创新的热情受到打击，从而2008年间的全球申请量大幅度减少。虽然在2009年和2014年申请量有所提升，但一直也没有赶上其最高水平，分析原因可能是对于化学机械抛光设备研磨过程中的清洗装置的发展在技术上遇到了瓶颈，致使很少的清洗技术能够再次被用在化学机械抛光设备上。

2.2 后清洗在不同国家的分布情况

从图2中发现，化学机械抛光中的后清洗技术中，美国的申请量占有绝大的份额，其中数量占据了32%，紧随其后的韩国、日本、中国、德国，它们的各自申请量份额在图中进行了展示。其中美国、日本、韩国的申请份额占据了总数的76%，远远超过其他国家的总和，说明在该项技术发展过程中美国、日本、韩国具有较高的重视度，也能够反映美国、韩国和日本三个国家，在这个领域具有较多的原创创新。如若在化学机械抛光后清洗领域中有所发展，需要借鉴这三个国家的相关专利技术。

2.3 后清洗重要申请人分布

图3是全球重要申请人分布情况。从该图中看出，韩国三星电子公司处于先导地位，在其后依次是应用材料公司、台积电、EBARA公司、东部电子、中芯国际集成电路制造、海力士半导体、KCTech等。三星电子的领先地位，是因为有广大用户对其产品（如电视、手机等）有相当高的认可度，在这背后离不开三星电子公司对发明创造的应用与技术的转化。

3 结束语

应用在高性能的元器件制造的CMP后清洗技术，随着技术的不断改进，其应用领域也在不断的扩展，已变成超精细表面全局平面化重要技术之一，其发展势头和应用前景非常值得注意。在国内技术发展过程中，需要借鉴美国、韩国和日本这一领域的技术发展，特别是需要着重看韩国三星电子、EBARA公司、东部电子、海力士半导体、KCTech等公司的技术发展。通过借鉴和自身的创新，以增强CMP后清洗技术的研究和开发，并形成拥有自主知识产权的材料和工艺，提高我国在精密制造领域中的国际地位，为国家和社会发展提供有利的技术支撑。

参考文献：

[1]张伟峰，周国安，詹阳.CMP后的晶圆清洗过程研究[J].电子工业专业设备，2008（6）：28-32.

[2]雷红.CMP后清洗技术的研究进展[J].半导体技术，2008（5）：369-373.

[3]雷红，雒建斌，马俊杰.化学机械抛光（CMP）技术的发展、应用及存在问题[J].润滑与密封，2002（4）：73-76.