CMP是什麼意思？Slurry製程深入介紹，清楚瞭解技術與原理！

目錄 1.CMP是什麼意思？製程中可應用在哪些環節？ 2.CMP Slurry是什麼？作用與組成成分有哪些？ 2.CMP製程技術與原理介紹 3.CMP製程如何應用在環節中？   a.CMP製程關鍵材料｜研磨液的粒徑與界達電位   b.CMP製程關鍵研究｜晶圓表面電位與研磨液及清潔劑的交互作用   c.CMP製程即時監控｜架設於研磨機內部即時監控研磨厚度   d.CMP製程成果發表｜研磨後膜厚分佈量測 4.CMP Slurry的關鍵製程指標有哪些？ 5.CMP成效的三角關係：Pad × Conditioner × Slurry 的聯動機制 6.CMP Slurry製程應用與管理推薦

對於半導體產業的人來說，對於CMP這個詞肯定不陌生。但卻對於CMP製程原理與技術應用，總是一知半解有看沒有懂。其實，CMP製程可以應用於多方面的平面化。如果你對於CMP製程認識還是很模糊的話，那就讓專業達人帶你一同揭秘，用最淺顯易懂的方式說明，讓你快速了解CMP製程的相關內容與應用！

 

CMP是什麼意思？製程中可應用在哪些環節？

所謂的「CMP」，意為「化學機械研磨，Chemical-Mechanical Polishing」的縮寫。是指使用研磨劑（Slurry），將晶圓減薄或是鏡面化的一道工藝。一般在半導體前段製程中，會使用化學腐蝕與機械加工的方式，歷經反覆地曝光顯影蝕刻所形成的微電路中。
如果在每一道製程下，卻有表面平整度不均與凹凸不平的缺陷，將會影響最終成品的良率與效率。故CMP製程，則是讓反覆製程堆疊造成的高低誤差減少或是去除，讓製程中的晶圓基材或鍍膜材料表面厚度減薄的一種方式。

CMP製程中的應用環節

而在半導體製程日益精進的今日，從一開始的類比IC、記憶體到邏輯IC的產品推進中，每一世代從1.3毫米～3奈米的產品複雜度與日俱增，使用到CMP製程的頻率更甚以往。 在半導體反覆鍍膜後，利用CMP製程將多餘的厚度給移除後再鍍上另外一層；如同建造高樓大廈般，在每一層的堆疊中，CMP製程是用來精準控制每一層鍍膜高度的最佳監工。
CMP製程除了厚度控制以外，最後進行的表面拋光也是CMP一道手續。將已經研磨至目標厚度的晶圓表面殘留物去除（也有人稱為鏡面加工），以亮晶晶的表面迎接下一道半導體製程。一般來說，CMP製程中會有下列環節：
 

將被研磨物放置貼合至於研磨底盤Pad

CMP研磨液注入

設置轉速、研磨時間、目標厚度...

開始研磨拋光

研磨結束後清洗

 

CMP Slurry是什麼？作用與組成成分有哪些？

所謂的「CMP Slurry（化學機械研磨液）」，就是一種同時結合化學反應與機械磨耗作用於晶圓表面的核心材料。CMP Slurry主要功能在於先透過化學反應使材料表層產生氧化或軟化，接著藉由磨料的微切削作用達到平坦化效果，有效消除晶圓表面的高度差異。CMP Slurry性能是會直接影響晶圓的去除率、表面粗糙度、缺陷密度，進而影響後續製程的良率表現。
一般而言，CMP Slurry主要由以下幾種成分組成：磨料、化學反應物、界面調整劑與pH控制系統。這些成分之間的搭配與平衡關係，將直接決定研磨行為的穩定性與效率。CMP Slurry的設計在於建立「化學軟化 × 機械研磨」的最佳平衡，使其於不同膜種中皆能提供穩定且可預測的研磨表現。CMP Slurry 的3大組成與作用機制如下：

✅磨料（Abrasive）

常見材質包括：SiO₂、Al₂O₃、CeO₂ 等。磨料粒徑大小、粒度分佈（PSD）、表面電位以及形貌會影響去除率與缺陷形成。舉例來說，粒徑過大可能提高刮痕風險，而粒徑分布過寬則容易造成非預期的局部侵蝕。

✅化學反應物與添加劑（Oxidizers / Complexing Agents / Corrosion Inhibitors）

化學反應物負責控制材料的氧化速率，並搭配螯合劑、緩蝕劑等添加物，形成特定膜種的選擇性，例如：銅CMP Slurry中會加入緩蝕劑抑制過度腐蝕，使去除行為更可控。

✅pH控制與分散穩定機制（pH Adjusters / Dispersants / Stabilizers）

pH不僅會影響化學反應速率，也會左右磨料表面電荷，使得Slurry的分散狀態更加穩定。並適當的穩定機制能避免粒子聚集、沉降與凝聚造成的異常缺陷。

CMP製程技術與原理介紹

在CMP製程中，能否精準地將多餘厚度移除，主要是取決於幾種重要的零部件；研磨頭Disk、研磨墊底盤Pad與研磨液Slurry，皆會影響研磨製程好壞的重要因素。在良好的CMP製程中，CMP研磨頭Disk的研磨顆粒細緻度，會直接影響研磨後待測物表面的平整度（粗糙度Ra）；研磨墊底盤Pad與樣品的黏貼均一性，也會影響整個樣品研磨後的上下表面是否為水平狀。
而CMP研磨液Slurry，更是CMP研磨中不可或缺的潤滑劑與散熱材。可根據不同的研磨目標，選用不同種類的研磨液，例如：不同粒徑大小、不同種類粒子、不同組成溶液等等。

	關鍵因素	影響
CMP研磨頭Disk	研磨頭細緻度	研磨後的平整度(粗糙度Ra)
CMP研磨墊Pad	黏貼均一性	研磨樣品的水平
CMP研磨液Slurry	粒徑大小、電位正負與晶圓的關係	研磨效果
CMP清潔液Cleaner	電位正負與晶圓的關係	清潔效果

在研磨的產品中，又有分單面拋光與雙面拋光：

• 單面拋光：指在上面加以一平均分散的機械力於單一方向的旋轉後，使待測物表面以固定速率來移除表面的厚度
• 雙面拋光：是指待測物的正面&反面各施予反方向的旋轉的機械力來研磨，並依據實際產品的需要，而使用各自符合的方式來達成其減薄目的

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CMP製程如何應用在環節中？

👉 CMP製程關鍵材料｜研磨液的粒徑與界達電位

講到CMP製程中不可或缺的就是－CMP研磨液，品質不佳的研磨液可能會讓晶圓表面直接變身月球表面。根據不同研磨程度，選用不同大小及種類的研磨液。大塚的ELSZ系列為業界普遍採用的界達電位粒徑分析機種，具有強大的感度以及穩定性幫您監控研磨液的穩定度。

👉 CMP製程關鍵研究｜晶圓表面電位與研磨液及清潔劑的交互作用

除了研磨液以外，被研磨的對象晶圓本身表面電位也是一個重要的參數。為了控制晶圓與研磨液的關係，表面電位也是一個重要指標。大塚獨家的固體表面電位量測，可直接量測晶圓的表面電位，更可以自由更換液相成份讓你得到晶圓<=>研磨液，或晶圓<=>清潔劑的交互作用。且除了晶圓本身以外，也可研究研磨底盤Pad的電位喔！

👍推薦閱讀: 界達電位量測原理介紹，固態樣品表面電位(surface zeta potential)量測方法與實踐-->
 

👉 CMP製程即時監控｜架設於研磨機內部即時監控研磨厚度

針對於半導體基材不管是Si、GaAs、GaN、SiC等，皆可使用CMP方式使其材表面平坦化。大塚使用其獨自開發的光學膜厚量測技術，可針對上述所提到的各種半導體基材做即時研磨監控與厚度管理。

特別是SF-3晶圓即時量測單元，利用強度穩定之半導體雷射於正面量測反射率，可直接內藏於各種製程設備中，並針對基材厚度做real time的基材厚度量測。可輕鬆得到應用高速研磨的CMP設備中，單點量測的時間低最低可以達到μs等級。
不只是單層基材構造可以對應，針對半導體於3D IC封裝時其晶背減薄厚，也能夠輕易地將上層Si減薄層的厚度量出。量測精度方面，更是超越目前市面上其他量測方式的結果。另外，還可搭配小光斑20um的量測點位，可透過CCD對位的方式，針對樣品表面特定之Pattern量測定點厚度量測。

👉 CMP製程成果發表｜研磨後膜厚分佈量測

針對薄膜鍍膜製程後，在CMP製程中上層減薄厚度的量測，也有高膜厚精度顯微分光量測儀OPTM可以對應。並使用正反射的方式依膜厚需求選配對應之波長範圍（可從UV紫外光波段到NIR近紅外光波段），完全可以支援針對一般鍍膜工程所需要的膜厚量測範圍10-10000A。
其量測精度誤差在A（0.1nm）等級，單點量測時間可以在一秒內完成。同樣搭配高倍率的光學顯微系統，可以量測spot size光斑依照規格（最小可以縮小到3um），再搭配自動定位Auto alignment的功能，自動定位量測點位到樣品表面任何待測Pattern位置。並依據實際產線需求，給予In-situ 或是 standalone型式做選擇，提供產線自動化SECS/GEM的通訊協定支援。

 

CMP Slurry的關鍵製程指標有哪些？

評估一款CMP Slurry的整體性能，需從多項關鍵製程指標進行綜合判斷，涵蓋傳統物理參數與後續電性良率相關的評估指標，才能全面掌握其對製程穩定度與晶圓品質的影響：

• MRR（Material Removal Rate）材料去除率：去除率需兼顧速度與穩定性。高 MRR 能縮短製程時間，但仍需避免過度侵蝕與損傷底層結構，因此常透過化學與機械參數共同控制。
• WIWNU（Wafer-Intra-Wafer Non-Uniformity）片內均勻性：均勻性是衡量 Slurry 能否於整片晶圓維持穩定研磨的重要指標。WIWNU 越低，後段製程的膜厚一致性越高，可顯著提升整體良率。
• Selectivity（選擇性）：針對不同膜層的抑制或加速機制會形成特定的選擇性。例如 Cu 與 Barrier 間的差異控制、Oxide 與 Nitride 間的選擇性等，皆仰賴化學配方的精準調整。
• Defectivity（缺陷率）：包含刮痕（Scratch）、腐蝕（Corrosion）、殘留顆粒（Residue）、點缺陷（Pitting）等。缺陷率高會直接影響後段光阻塗佈、曝光、蝕刻及金屬沉積的品質，因此 Defectivity 是先進製程最具敏感度的指標之一。

電性行為相關指標｜晶圓表面電位與Zeta Potential

• 電位相關指標：隨著製程微縮與介面敏感度提升，「晶圓表面電位（Wafer Surface Potential）」與「研磨液電位（Zeta Potential）」也成為 CMP 製程中不可忽略的重要參數。這些電性行為會直接影響磨料在晶圓表面的吸附與研磨表現，成為CMP Slurry性能的重要指標。
• 晶圓表面電位：晶圓表面可能因材料特性、化學反應速率、氧化層形成狀態而帶有不同極性的表面電荷，晶圓電位控制通常透過 pH、氧化劑濃度與添加物平衡來達成

磨料吸附行為	若晶圓表面與磨料帶相反電荷，吸附量增加，去除率可能上升，但亦可能提高刮痕機率
缺陷生成機制	相同電位可能造成磨料排斥，提高顆粒滑移，降低缺陷但可能使 MRR 降低
腐蝕與侵蝕速度	晶圓電位變化會影響化學反應層厚度，進而影響選擇性與均勻性

 

• 研磨液電位 (Zeta Potential)：Zeta Potential 為磨料在溶液中的電荷狀態，是 Slurry 分散穩定性的核心指標之一。

高絕對值 Zeta Potential	代表分散穩定、凝聚風險低、顆粒不易黏附晶圓，缺陷率較低
低絕對值 Zeta Potential（接近 0 mV）	磨料易聚集，可能形成大型顆粒造成刮痕、不均勻侵蝕或局部過度研磨

Zeta Potential也會影響磨料與晶圓表面的靜電吸附行為，因此必須與晶圓電位共同考量，形成CMP界面行為的電性平衡。故先進製程會將Zeta Potential與晶圓電位視為CMP Slurry的「基礎物性項目」，並納入量產監控機制中。

CMP成效的三角關係：Pad × Conditioner × Slurry 的聯動機制

CMP製程的成效不僅取決於Slurry本身，其表現更受到Pad與Conditioner之間的交互作用所影響。此三者形成一組動態平衡，直接關聯到晶圓表面的研磨速率與均勻性。

三者角色與功能說明

• Pad：左右接觸壓力、孔洞結構、含液量與磨料保留狀態。
• Conditioner：則透過鑽石刮片開孔，使 pad 維持適當表面粗糙度，避免 glazing（硬化失效。
• Slurry： 決定化學反應速率、磨料切削行為與流體潤滑狀態。

動態調整的實務情境

當其中任一條件偏移時，其餘兩項就需重新調整。常見的例子如下：

• Slurry去除率（MRR）提升：若未同步調整Pad的表面粗糙度或孔洞結構，則可能導致局部過度研磨，降低片內均勻性。
• Pad過度開孔：雖能提升Slurry的吸收與流通，但也會加快Slurry消耗速率，甚至提高局部侵蝕風險。

因此 CMP 設計必須以 Pad／Conditioner／Slurry 的整體參數組合 來進行最佳化。
 

CMP Slurry製程應用與管理推薦

大塚科技長期協助半導體客戶建立CMP製程的量測基礎，並針對Slurry與研磨後表面狀態提供一系列量測解決方案，包括：

• 界達電位粒徑分析儀：評估 Slurry 中磨料粒徑、分佈與穩定性。獨家的固體表面電位量測機能更能進一步評估晶圓與研磨液/清潔劑間的電性交互作用。

 

• 分光干涉晶圓厚度儀：以超高速實時量測各階段的研磨，精準監控研磨厚度。

 

• 光學膜厚量測系統：用於CMP前後膜厚差分析，協助製程監控膜厚均勻性。

透過完整的量測鏈，大塚科技能協助客戶掌握Slurry行為與製程變因，提升 CMP 製程的可靠度與重現性。
成立於1970年的大塚電子，在2003年進入臺灣成立－大塚科技，致力於將本身具備的厚實光學量測技術導入，以「光」為中心研發出各項量測需求，並提供客戶最佳的解決方案。若對於CMP製程還有相關的疑問，不妨就直接到聯絡我們填寫表單，將會有專人為你服務喔！