清华大学路新春团队自主研发Universal-300系列抛光机 已有10台整机设备进入大生产线应用

芯片制造是制造技术的最前沿，它的水平代表着一个国家制造水平的高低。而我国却面临着这样的困境：

一方面芯片产品市场蓬勃发展；另一方面，作为“世界第一制造大国”，占据战略性地位的芯片制造装备却长期被国外垄断，成为工程应用的“卡脖子”难题。

化学机械抛光（CMP）是芯片制造的五大关键技术之一，其装备与工艺技术在国内长期处于空白。在自然科学基金委重大研究计划“纳米制造的基础研究”支持下，清华大学路新春带领团队进行了一系列亚纳米精度表面制造相关的化学机械抛光技术研究，取得国产CMP设备的突破。

化学机械抛光，是利用抛光液化学腐蚀和抛光垫机械摩擦的综合平衡作用，对晶圆表面材料进行精细去除，制造出超光滑表面。

路新春告诉《中国科学报》，在集成电路制造中，CMP首先被用于芯片制造前道工艺的平坦化，如器件隔离、器件构造；其次在芯片制造后道工艺的金属互连中也需使用，是不可或缺的存在。而且随着集成电路器件密度的增加，CMP的应用越来越多，也越来越重要。但是想要实现高精度的纳米制造，还面临着诸多挑战。

如何实现高效率的材料去除就是其中之一。为此团队研究了原子级材料去除机理，通过摩擦化学消除晶格畸变，实现了单晶硅原则层的可控去除。由于抛光的晶圆尺寸较大，想要实现纳米级的均匀控制对压力的要求非常苛刻，研究人员采用分区控制抛光头，对压力分区调控并对抛光去除率实时检测形成闭环控制，从而使12英寸晶圆全局非均一性小于2%。

停得准是CMP的难点之一，需要非常准确的抛光终点检测与控制。团队利用摩擦力终点检测、电涡流终点检测以及光学终点检测判断工艺终点。所研发的摩擦力终点检测在生产线验证，终点判断准确度达到100%。

据了解，团队自主研发的Universal-300系列抛光机，已经有10台整机设备进入大生产线应用，已累计生产超过45万片，有效实现了关键装备国产化，创造了多项国产设备纪录。

路新春认为，这一切都离不开自然科学基金委对基础研究的长期支持，从而使技术和装备水平短期内得到快速提升。未来，团队将继续进行相关的基础研究，为研发更先进的CMP设备提供理论和技术支撑。

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