中国粉体网讯化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）可使晶片表面粗糙度达到亚纳米级别，是目前唯一可以实现晶片表面平坦化要求的关键技术。CMP的基本原理为抛光液与晶片表面发生化学反应生成软质层后经机械摩擦去除，实现晶片表面材料去除及平坦化、/p>
抛光?strong>表面结构特性（粗糙度、沟槽形状等）、材质（硬度、弹性模量等（/strong>是影响CMP的重要因素，抛光垫直接影响晶片的抛光效果、/p>
抛光垫表面结构特?/strong>
1.抛光垫表面微形貌
抛光垫通常表面充满微孔，可用于储存运输抛光液和磨料颗粒，并且能耐受抛光液中化学物质的侵蚀，能及时排除抛光产物，从而对材料去除产生影响、/p>
基于抛光垫的结构特点，将主流的商用抛光垫分为网状型（阻尼布）、纤维型（合成革）、微孔型（聚氨酯）三类。网状垫相比于其他两种垫具有更好的压缩性和更佳的抛光液携带能力，而硬度也比较低，因此用于在精抛过程中不易产生划痕，纤维型和聚氨酯两类由于特有的硬度和结构，多用于粗抛和非金属材料的抛光、/p>
微孔几何形状及分布会影响抛光垫的表面强度与密度。抛光垫的孔隙率及密度等多孔性特征主要通过泊松比（ν）反映。抛光垫表面强度随着孔隙率的增加而减小。孔径越大其运输能力越强，但孔径过大时会影响抛光垫的密度和强度、/p>
抛光垫微孔尺寸以及结构的改变也会对抛光效果产生影响，优化抛光垫表面微孔结构可以改善抛光垫与晶圆片的接触状态，探寻界面机械作用载荷和界面抛光液化学反应的协同关系，可以更好提升对CMP材料去除率的控制效果、/p>
2.抛光垫表面沟槽纹琅/strong>
抛光垫表面开槽一方面能提高抛光垫储存、运送抛光液能力，改善抛光液的流动性；另一方面可改善垫表面的摩擦系数和剪切应力。下表为Rohm Haas生产的IC系列抛光垫的典型沟槽，它是芯片制造工业上广泛应用的抛光垫。经对比可发现，IC1010相比于IC1000有更深的沟槽和更密集的沟槽形状，使得抛光垫粗糙峰、抛光液磨粒的机械作用和抛光液化学作用越强，材料去除能力更高、/p>
不同抛光垫几何参数对毓/p>
常见的沟槽形式有放射型、网格型、圆环型以及螺旋对数型等。下图中，（a）~（d）为单一型抛光垫，（e）~（g）为复合型抛光垫。复合型抛光垫普遍比单一型抛光垫效果更优，负螺旋对数型抛光垫可显著提升抛光速率、/p>
常见的沟槽形弎/p>
3.抛光垫微凸体
抛光垫表面粗糙凸起部分具有弹性以免导致晶片表面产生过多不可修复性划痕，抛光垫的微观表面高度轮廓呈高斯分布或指数分布、/p>
抛光垫凸起的平均高度（RPK）强烈影响材料去除率（MRR）的变化。在没有进行垫修整的情况下，MRR随着抛光时间的延长而降低，如果RPK通过垫修整恢复，则MRR将恢复到原始水平附近。抛光过程中的抛光垫磨损和随后的抛光垫修整工序导致实际抛光垫的粗糙度不断变化，抛光垫粗糙度、凸起直径和粗糙度分布的变化对MRR有直接影响、/p>
抛光垫材质特?/strong>
抛光垫材料物理和化学性能将会影响抛光界面（晶?抛光?抛光垫界面）的接触状态和接触力，从而影响材料去除速率及晶片表面粗糙度、/p>
1.力学性能参数
硬度和弹性模量是抛光垫力学性能的两个重要参数。硬质抛光垫应用于有高去除速率需求的粗抛阶段，但硬度过高则容易引起表面损伤和材料去除不均匀等问题；软质抛光垫一般应用在有低粗糙度需求的精抛阶段。上硬下软的抛光垫能改善MRR的均匀性，但边界排斥区域较大，而上软下硬的抛光垫可以减小边缘排斥区域获得较好的表面质量、/p>
2.化学特?/strong>
抛光垫应具有良好的化学稳定性和亲水性，聚氨酯具有形状记忆效应，形状恢复率随温度升高而增加、/p>
CMP抛光垫生产中的化学反应多为多羟基化合物与异氰酸盐合成，生产CMP抛光垫的主要原料有预聚体、扩链交联剂、发泡剂、催化剂以及其他功能性助剂。通过控制反应物浓度以及配比可以改进抛光垫不同方面的材料性能。同时抛光垫中的活性基团作用也不可或缺，抛光垫中含有一些活性基团，如羟基、酰胺基，这些活性基团提高了抛光材料的再沉积层，改善了机械磨损产生表面质量差的问题。此外，对垫材料的物理化学改性可以提升使用效能、/p>
此外，CMP过程导致抛光垫表面经历载荷以及剪切力作用，从而诱发抛光垫表面凸起发生塑性流动并趋于平面化，被称为釉化现象。抛光垫的修整可以改善垫表面釉化和多孔性，维持稳定的抛光性能、/p>
目前，抛光垫的常规修整技术可以分为两类：非自修整技术和自修整技术、/p>
抛光垫非自修整技术，是指借助于某种外力使抛光垫表层磨损的磨粒、空隙内存的磨屑等杂质从抛光垫表面清除出去，使新的磨粒出露，在研磨中维持磨粒的切削能力、/p>
金刚石修整器修整技?/strong>
金刚石修整器修整研抛垫示意图
金刚石修整器修整主要由三部分组成：金刚石磨料、结合剂和基体。金刚石磨料在基体上通过电镀、钎焊、金属烧结和气相沉积等方法进行固结，其修整性能的好坏与抛光垫的表面状况密切相关，从而对工件加工质量产生影响。金刚石修整器修整原理是利用其表面固结的大粒径的金刚石强制使抛光垫表面部分变钝的金刚石磨粒从结合剂组织上脱落，同时也会对抛光垫表面的釉化层和磨屑层进行去除，从而使抛光垫表面暴露出新的切削刃，以达到修整的目的、/p>
高压水射流修整技?/strong>
高压水射流修整研抛垫示意国/p>
高压水射流修整技术原理是利用水射流冲击产生的剪切力，不仅可以使抛光垫表面松动或固结不好的磨料颗粒冲洗掉，而且会破坏抛光垫表面的“釉化”层，清除杂质，提高抛光垫的加工性能、/p>
抛光垫自修整技术是指借助某种方式使抛光垫表层的基体材料适当的磨损，从而使抛光垫亚表层的磨粒得以出露，在加工过程中保持磨粒的持续出露切削的能力。抛光垫的自修整的出现，给抛光垫的修整方式注入新的方法、/p>
抛光垫的自修整可以省去修整工序步骤，避免了修整器磨损对抛光垫造成的影响，增加了使用寿命。比如添加各种有机碱和无机盐等化学物质可提高自修整性能；使用带有疏水基团的预聚物，在抛光过程中具有自调节作用，使抛光过程稳定，不会出现水膨胀现象、/p>
参考来源：
霍金向等，化学机械抛光中摩擦润滑与化学行为研究进屔/p>
梁斌，CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进屔/p>
杨亚坤，固结磨料研抛垫磨料水射流修整工艺研究
（中国粉体网编辑整理/山林（/p>
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