华兆科技丨POLI-500 CMP化学机械抛光系统解决方案

在半导体集成电路制造过程中，随着每一层金属或介质层的沉积，晶圆表面都会出现凹凸不平的形貌。这种不平整性如果得不到有效控制，将直接影响后续光刻工艺的焦深，导致图形转移失真，甚至造成器件失效。特别是进入90nm及以下制程后，光刻工艺对晶圆表面平整度的要求达到了全新的高度——亚纳米级别的粗糙度控制已成为必须跨越的技术门槛 。

与此同时，化合物半导体、MEMS器件、先进封装等领域对晶圆减薄与表面处理的需求也呈现爆发式增长。无论是功率器件散热需求驱动的晶圆减薄，还是三维集成所需的TSV制程，都对CMP工艺提出了更高要求。正是在这样的产业背景下，POLI-500凭借其出色的工艺兼容性与稳定的加工能力，成为众多研发机构和产线的选择。

核心参数

• 晶圆尺寸：最大200mm （8英寸），兼容150mm （6英寸）及以下规则小片

• 抛光盘尺寸：Ø508mm （20英寸）

• 抛光盘/头转速：30 ~ 200 RPM（可调）

• 抛光头摆动幅度：±15mm 至 ±20mm

• 晶圆压力：气囊柔性加压，范围 70 ~ 500 g/cm²

• 设备尺寸（WxDxH）：约 1200 x 1160 x 1960 mm

• 抛光液通道：标配3路独立通道，可选配更多

技术特点

（一）薄膜气囊式柔性加压技术

采用行业主流的橡胶膜式抛光头，通过均匀气压实现晶圆全表面压力精准控制，替代传统集中式轴向加载方案，从根源上解决压力分布不均的问题，保障片内抛光均匀性。抛光头支持多分区压力独立控制，可针对晶圆边缘、中心区域进行压力微调，适配不同材料的平坦化需求。

（二）高刚性结构与稳定运动控制

设备主体采用高刚性机架设计，有效抑制抛光过程中的振动；抛光头与抛光盘均支持 30~200rpm 宽范围转速独立调节，抛光头具备 ±12mm（部分版本 ±15mm）的往复摆动功能，可实现抛光垫全表面均匀利用，延长耗材寿命的同时，保障片间工艺重复性。

（三）全流程工艺监控与闭环控制

标配晶圆下压力、修整器负载实时监测系统，可选配摩擦力、抛光盘温度在线监测模块，以及抛光终点检测功能，可实现工艺参数的实时采集、反馈与自动调整，支持 Dry-in/Wet-out 全自动工艺流程，减少人工干预带来的工艺波动。

（四）快速换型与防交叉污染设计

采用快拆式抛光盘、抛光头与载具结构，可快速完成不同尺寸晶圆、不同材料工艺的切换，大幅缩短换型时间；同时可有效避免不同工艺、不同材料之间的交叉污染，适配多品类样品的研发测试需求。

（五）抛光盘精准温控能力

抛光盘内置冷却流道，可外接冷水机实现抛光盘温度恒定控制，抑制抛光过程中摩擦热累积带来的工艺漂移，保障去除速率与抛光质量的长期稳定性。

痛点：传统 CMP 设备多采用轴向集中载荷的加压模式，压力集中在机头中心，极易出现晶圆片内压力分布不均的问题，导致抛光后片内非均匀性（WIWNU）偏高；同时在小尺寸样品、特殊化合物半导体材料抛光时，片间批次一致性无法保障，研发数据重复性差，严重影响实验结果的可靠性与研发进度。

技术解决方案：设备搭载柔性薄膜加压技术，通过超薄橡胶膜对晶圆表面施加全域均匀气压，替代传统集中载荷模式，从根源上解决压力分布不均的核心问题，实现晶圆片内非均匀性与片间非均匀性（WTWNU）均低于 5% 的稳定表现。针对小尺寸 Coupon 晶圆研发场景，设备配套专用 EPC 环适配方案，可在 8 英寸晶圆承载头上实现 2/3 英寸小样品的均匀加压抛光，片内非均匀性可控制在 3%~5%，适配高校实验室、新材料研发的小批量、多品类样品抛光需求，保障每一次实验数据的稳定可重复。

二、多工艺场景换型效率低，交叉污染风险高

痛点：研发场景往往需要频繁切换晶圆尺寸、抛光材料与工艺配方，传统 CMP 设备的抛光盘、承载头更换流程复杂，换型耗时长，且不同材料、不同耗材之间极易发生交叉污染，不仅大幅降低研发效率，还会直接影响耗材验证、材料研发的实验准确性。

技术解决方案：设备采用快换式抛光盘与承载头结构设计，上抛光盘可实现快速拆卸与更换，既能延长抛光垫使用寿命，也能在多材料抛光场景中快速切换，杜绝交叉污染；承载头结构支持 4/6/8 英寸晶圆的快速适配，大幅缩短工艺换型时间，15 分钟内即可完成不同尺寸、不同材料工艺的换型与清洁准备。该设计适配耗材供应商、衬底制造商的多品类、多批次研发评估需求，让不同配方的抛光液、抛光垫验证效率提升 40% 以上，从物理层面规避交叉污染带来的实验数据偏差。

三、工艺过程缺乏实时监测，抛光终点无法精准把控

痛点：CMP 抛光过程中，摩擦状态、抛光盘温度、压力波动等参数的细微变化，都会直接影响抛光效果与材料去除率。传统研发级设备缺乏全流程实时监测能力，无法精准判断抛光终点，只能依靠固定时间进行工艺控制，极易出现抛光不足或过抛问题，同时工艺过程数据无法完整追溯，不利于研发工艺优化与实验数据复盘。

技术解决方案：设备可选配全链路过程监测系统，集成摩擦力与温度实时监测模块、晶圆下落力与调理负载监测系统，可对抛光全过程的关键参数进行毫秒级实时采集与反馈。搭配 PC 端智能控制系统，可根据摩擦系数、温度变化等参数精准判断抛光终点，杜绝过抛与抛光不足问题；同时所有工艺参数可全程自动记录与存储，为研发工艺优化、数据复盘、学术论文撰写提供完整的可追溯数据支撑，契合高校科研院所的研发实验需求。

四、量产型设备成本高、占地大，实验室适配性差

痛点：传统量产型 CMP 设备占地面积大，采购与运维成本高昂，无法适配高校实验室、中小研发机构的场地与预算限制；同时量产设备操作流程复杂，对实验人员的专业门槛要求高，需要专人专职操作，大幅增加了研发端的人力与时间成本。

技术解决方案：设备采用紧凑型一体化设计，整机尺寸仅 1200W1160D1960H mm，可灵活放置于标准实验室环境中，无需大规模场地改造。相较于量产型 CMP 设备，大幅降低了采购与运维成本，同时保留了完整的研发级工艺拓展能力，实现 “小体积、全功能、高精度" 的高效适配。设备搭载一键式自动序列工艺控制系统，可实现干入 / 湿出全流程自动化运行，实验人员经过简单培训即可独立完成工艺操作，大幅降低了设备使用门槛，让不同课题组、不同研发方向的人员均可快速上手，提升实验室设备利用率。

五、抛光温度波动大，敏感材料工艺稳定性不足

痛点：CMP 抛光过程中会持续产生热量，抛光盘温度的波动会直接导致材料去除率、抛光速率的不稳定，尤其是 SiC、GaN 等第三代化合物半导体、超薄氧化物薄膜等对温度敏感的材料，温度波动会直接造成批次间工艺偏差，甚至导致晶圆样品报废。

技术解决方案：设备抛光盘内置专用温控流道，可外接冷水机实现抛光盘温度的精准闭环控制；搭配高导热金属抛光盘材质，可快速导出抛光过程中产生的热量，杜绝热量累积导致的工艺波动。该设计可保障设备在长时间连续运行过程中，抛光环境与工艺参数的高度稳定，无论是硅基晶圆、金属薄膜，还是对温度敏感的化合物半导体材料，均可实现稳定的抛光效果，保障批次间工艺重复性。

对硅晶圆上的介质层和金属层进行全局平坦化，是半导体工艺研发的关键设备。

用于硅通孔（TSV）工艺，对晶圆进行减薄和表面平坦化。

为MEMS器件的结构层提供高平整度的表面。

四、SOI（绝缘体上硅）

用于制备SOI材料，以改善器件性能。

五、STI（浅沟槽隔离）

用于芯片制造中的隔离工艺，实现无凹陷的平坦化表面。

应用案例

一、上海交通大学

POLI-500 CMP 核心用于半导体集成电路领域，通过化学腐蚀与机械研磨协同，实现亚纳米级表面平整、减薄与缺陷消除。

二、厦门大学

POLI-500 CMP 用于各类半导体集成电路，SiO2等氧化物薄膜，Cu、AI等金属，STI,LT、LN、InP、GaAs等各类产品的平坦化抛光。

三、华南理工大学

POLI-500 CMP 可用于各类半导体集成电路、氧化物、金属、STI、SOI等产品的CMP平坦化抛光。

四、深圳技术大学

为确保POLI-500 设备快速落地、稳定运行，我们提供全流程、全生命周期的实施与服务保障体系，覆盖从前期规划到后期运维的全环节。

一、前期方案规划与场地适配

项目启动阶段，技术团队会与客户进行深度需求沟通，根据客户的研发方向、工艺需求、场地条件、预算规划，提供定制化的设备配置方案，同时完成洁净室场地的布局规划、水电与气源配套方案设计，确保设备进场后可快速完成安装部署，无需二次改造。

二、设备安装调试与工艺验证

设备到货后，安排专业工程师团队上门完成设备的安装、调试与校准工作，确保设备各项性能指标达到出厂标准；同时可根据客户的具体工艺需求，协助完成基础工艺的开发与验证，让设备快速投入研发使用。

三、系统化操作培训与技术赋能

为客户提供全层级的系统化培训，针对设备操作人员，完成设备操作、日常维护、基础故障排查的全流程培训；针对研发技术人员，提供 CMP 工艺原理、设备参数优化、工艺开发方法的深度技术培训，确保客户团队能够掌握设备的使用与工艺开发能力，充分发挥设备的性能优势。

四、全生命周期售后运维服务

设备交付后，提供终身售后运维服务，快速解决设备使用过程中的各类问题；定期提供设备上门巡检与保养服务，提前排查潜在故障隐患，保障设备长期稳定运行；同时持续提供工艺技术支持与设备升级服务，伴随客户的研发需求升级，为设备提供功能模块扩展与性能升级服务，延长设备的使用寿命。

在半导体产业国产化加速推进的今天，研发端的技术创新是产业发展的核心驱动力。POLI-500 研发级 CMP 化学机械抛光系统，以精准的性能、灵活的适配性、高性价比的优势，破解了半导体研发场景的诸多核心痛点，为高校科研院所、芯片研发企业、耗材厂商提供了可靠的 CMP 工艺解决方案，助力中国半导体产业的研发创新与技术突破。