化学机械抛光设备结构设计-开题报告-机械毕业设计资料
本科生毕业论文（设计）开题报告
毕业论文（设计）题目 化学机械抛光设备结构设计
本
课
题
的
研
究
意
义
1 研究背景
化学机械抛光（Chemical-Mechanical Polishing），又称化学机械平坦化，是半导体器件制造
工艺中的一种技术[1],它利用磨损中的“软磨硬”原理，即采用较软的材料来进行抛光以实现高质
量的表面抛光；基本工艺是将待抛光工件置于由纳米级磨料颗粒、化学氧化剂等组成的抛光液
中，在一定压力下工件相对于一个抛光垫做旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀
作用来完成对工件表面的材料去除，并获得光洁表面[2]。
化学机械平坦化技术来源于平滑镜面研磨中的超精密研磨技术[3]，目前属于半导体元件制程关
键技术之一。对应于集成电路发展节点，CMP 主要经历了以下发展历程，如图 1[4]所示。
图1 CMP 发展历程
随着半导体工业的迅猛发展,集成电路的集成度越来越高,电子元器件的尺寸越来越小。同时为
了降低生产成本、提高生产效率,硅片的直径越来越大,硅片表面的平整度要求越来越高, 已达到纳
米级水平。传统的平坦化技术,如选择淀积、旋转玻璃法等,仅仅能实现局部平坦化,但对于微小尺寸
特征的电子器件,必须进行全局平坦化才能满足硅片的使用要求[5]。
CMP 系统主要由抛光设备、抛光液和抛光垫三个部分组成[6]。CMP 设备是一种集机械学、流
体力学、材料化学、精细化工、控制软件等多领域先进技术于一体的设备，是 IC 制造设备中较为
复杂和研制难度较大的设备之一[7]。高性能的 CMP 设备是实现高效、高精度和高表面质量的关
键，也是研究 CMP 技术所必须的硬件基础[8]。作为实现 CMP 工艺的 CMP 设备，目前主要有三种
典型代表：其一，以应用材料及荏原制造所为代表的旋转型 CMP 设备，如图 2所示。旋转型抛光
机具有很高的抛光线速度，可单个或者多个抛光头同时进行加工，生产效率较高，但缺点是被抛
光工件上任意点的运动轨迹相对简单，抛光过程中存在不同点间抛光线速度相差较大的情况。
图2 应用材料公司的旋转式CMP 设备
其二为以 Novellus 为代表的轨道式 CMP 设备，如图 3所示。轨道式抛光机是在旋转式的基础
上增加了抛光头的轨道运动，抛光头可以沿直线或者弧线摆动，从而解决了旋转式运动轨迹简单
的缺点，更容易实现工件的表面平坦化。
图3 Novellus 轨道CMP 设备
其三，以 Lam Research 公司为代表的线性 CMP 设备，如图 4所示。直线式抛光机采用传送带
式设计替代传统的抛光盘，通过电机带动抛光垫，实现了抛光头相对抛光垫的直线运动，该设计
可以消除抛光平面内不同点线速度差异引起的均匀性问题，能精确控制抛光加载压力及有效的减
少抛光液的使用量[9]。
图4 Lam Research 线性 CMP 设备
2 研究现状
2.1 国外的研究现状
化学机械抛光技术的发展史并不长, 却给工业生产带来了翻天覆地的变化, 随着 20 世纪 90 年代
化学机械抛光技术的成熟, 这一技术逐渐代替传统的抛光工艺, 成为工业生产中最广泛使用的抛光
技术, 而且, 随着科技的发展, 化学机械抛光的市场还在不断的迅速增大, 这是因为直到现在为止, 化
学机械抛光仍然是世界上唯一可以全面平化产品表面的精加工技术, 这一技术被广泛应用于计算机
硬盘加工、集成电路芯片加工、光学玻璃加工、宝石加工等各个方面。 化学机械抛光的概念由
Walsh[10]等人于1965 年提出，最早是用于制造高质量的玻璃表面，如军用望远镜等。
1986 年，IBM 公司首次将该技术应用于金属机械抛光工艺中。随着 IC 制造技术节点的不断推
进及低介电常数（low-k）[11]材料的引入，传统的 CMP 工艺由于抛光压力较高会破坏 low-k 介质材
料，因此 CMP 工艺开始朝着低压力、低磨料[12]的方向发展，并成功地应用到 IC 制造工艺中，逐
渐成长为IC 制造过程中必不可少的关键技术，特别是当IC 制造技术节点发展到 14 nm 及以下时
CMP 已成为实现最新的鳍式场效应晶体管（Fin FET）和硅通孔（TSV）的最核心的技术。在技术
进步的同时，CMP 全球市场规模也得到了快速提升，2018 年全球CMP 设备的市场规模约为18.42
亿美元, 约占晶圆制造设备 4%的市场份额。其中韩国 CMP 设备的市场规模最大, 约为4.74 亿美元,
市场份额 26% ，如图 5所示 , 中国大陆CMP 设备市场规模仅次韩国, 约为4.59 亿美元, 市场份额 2
5%, 北美地区 CMP 设备规模约为2.38 亿美元, 市场份额 13%, 居于第三。
摘要：
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本科生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目化学机械抛光设备结构设计本课题的研究意义1研究背景化学机械抛光（Chemical-MechanicalPolishing），又称化学机械平坦化，是半导体器件制造工艺中的一种技术[1],它利用磨损中的“软磨硬”原理，即采用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光；基本工艺是将待抛光工件置于由纳米级磨料颗粒、化学氧化剂等组成的抛光液中，在一定压力下工件相对于一个抛光垫做旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除，并获得光洁表面[2]。化学机械平坦化技术来源于平滑镜面研磨中的超精密研磨技术[3]，目前属于半导体元件...
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作者：闻远设计
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