450mm 晶圓的總決戰
集成電路(Integrated Circuit; IC)為最精密的電子元件（圖一），其生產芯片(Chip)的技術可衡量一國尖端產品的製造能力。2012 年最先進的水平乃在300 mm 晶圓上製造28 nm 的線路。美、台、日、韓都有這種技術 ，但中國仍然停留在65 nm的階段（包括大連的Intel 工廠及深圳中芯接受IBM 移轉的技術）。然而世界最大的半導體公司： 如美國的Intel 、台灣的TSMC 及韓國的SamSung 都已宣布將在2015 年進軍450 mm 晶圓。1996 年Sematech曾領導全球半導體業由200 mm 晶圓升級成為300 mm 晶圓，現在再整合各大公司開發450mm 晶圓製程。美國紐約州更撥鉅款在Albany成立Global 450 Consortium。
CMP的精髓
CMP 的過程好比刷牙， CMP 結合了化學反應（牙膏）及機械研磨（牙刷），其配置乃將晶圓壓在流滿了拋光液(Slurry)的拋光墊(Polyurethane Pad)上，並各自旋轉，此時磨漿內的氧化劑會先將晶圓的表層（如銅膜）氧化成爛泥，再由拋光墊擦拭。拋光液內的奈米磨粒（如Al2O3）也會藉拋光墊上的絨毛(Asperities)刻劃及移除過厚的鍍膜。在拋光的過程中，必須使用鑽石碟。鑽石碟不僅會將磨屑凝結的硬膜(Glazing)掃除，也能在拋光墊上刻出微紋，即所謂絨毛。絨毛的寬度、高差及分布決定了支撐晶圓的壓力分布。
拋光墊的形貌
由於鑽石碟上的鑽石高點不同，而且形狀有異，修整的拋光墊表面很不規則，其改進空間很大（圖六）。拋光墊在磨除IC 晶圓時不僅會累積髒物（如磨屑、漿料及墊粉等），同時也會形成硬塊(Glaze)。更有甚者，絨毛也會磨平。晶圓和拋光墊的接觸面加大後，晶圓開始打滑，拋光墊速率不斷降低，這時鑽石碟必須進場，移除硬塊(Deglazing)及重生絨毛(Assperitizing) （圖七、圖八）。鑽石修整拋光墊時，不僅會刺入，也會推擠，形成隆起的高點，也就是絨毛（圖九）。絨毛的高低差與規則性決定了拋光晶圓的速率及持久性（圖十、圖十一）。鑽石尖點逐漸磨損後，晶圓的磨除率就會降低，而缺陷數也逐漸增加（圖十二）。
圖九、有效拋光墊的立體（左圖）及平面（右圖）起伏圖
圖十二、刺入拋光墊的鑽石頂點磨平後，鑽石碟的使用壽命就結束了
CMP的耗材
CMP 的主要耗材包括磨漿、拋光墊及鑽石碟，其總價值每年約15 億美元。台灣為CMP 的生產王國，中國大陸雖為集成電路產品的主要市場，但半導體的生產技術仍然相對落後，這是作者在深圳成立第一家鑽石碟製造公司的原因。
鑽石碟的設計
鑽石碟的設計為CMP 450 mm 晶圓的關鍵，它決定了拋光墊絨毛高點(Asperities)接觸壓力的分布，因此不僅反映在晶圓拋光的效率(Production Throughput)，也影響了晶圓製造的良率(Manufacturing Yield)。鑽石碟乃將鑽石磨粒以金屬固定在不銹鋼的圓盤上，其固定的方法包括硬銲（如台灣的中砂產品）、燒結（如美國的3M產品）或電鍍（如韓國的Saesol 產品）（圖十五）。上述三家產品占全球鑽石碟市場(約USD 150M)的約3/4 ……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：宋健民 / 錸鑽科技、鑽石科技中心
★本文節錄自「工業材料雜誌299期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9732