CMP技術是目前半導體晶片表面加工的關鍵技術之一，并用于集成電路制造過程的各階段表面平整化，其中，拋光墊是重要原部件，也是一種耗材，其對拋光的質量和效率有著重要的影響。

拋光墊的分類

拋光墊按是否含有磨料可以分為有磨料拋光墊和無磨料拋光墊；按軟硬程度分為軟墊和硬墊，按材質的不同可以分為聚氨酯拋光墊、環氧樹脂拋光墊、磺化聚異戊二烯共聚物、海藻酸鈉、無紡布拋光墊等；按表面結構的不同大致可分為圓環形、網格型、放射型、漸開線型和螺旋線型，以及仿生結構等。

除此之外，還有一類特殊的拋光墊-冰凍固結磨料拋光墊，是將含有磨料的拋光液通過澆注、冷凍的方式制備而成。此類拋光墊可隨著拋光墊的融化而使新鮮的磨粒及時露出表面，保證拋光速率和拋光效果，避免劃痕等，也可以使用印壓模具在拋光墊表面開槽形成表面具有溝槽的拋光墊。

無溝槽型冰凍拋光墊的制作工藝流程

不同種類CMP拋光墊在拋光過程中使用環節有所不同。半導體晶圓拋光通常包括粗拋光、細拋光和精拋光三道工序。粗拋工序可去除晶片表面損傷層，使其達到要求的幾何尺寸加工精度，拋光加工量約為15μm-20μm；細拋工序可進一步降低晶片表面平整度及粗糙度，拋光加工量約為3μm-6μm；精拋工序可使晶片表面形成極高納米形貌特征，一般拋光加工量小于1μm。

1.聚氨酯拋光墊

聚氨酯拋光墊具有耐磨性好、形變性小和拋光效率高等優點。多孔結構的聚氨酯拋光材料早已有之，這方面的研究、制備工藝也較為深入和成熟，且與其他類型的拋光墊相比，聚氨酯拋光墊具有較好的去除速率、拋光效果和低缺陷性。

在聚合物種類方面，聚氨酯類型的拋光墊的專利申請也最多，通常聚氨酯拋光墊具有微孔結構，表面具有一定粗糙度，其表面的微孔尺寸越大，運輸能力越強，但會影響拋光墊的剛度。也有公司提出無孔聚氨酯拋光墊，例如某公司生產的一種具有互穿網狀結構、無孔無氣泡的聚氨酯拋光墊，這種拋光墊提高了拋光速率和晶片的均勻度，抑制了劃痕的產生，并具有優良的磨耗性能等。

聚氨酯拋光墊

在晶圓拋光工序中，聚氨酯拋光墊通常被用于粗拋。

2.無紡布拋光墊

無紡布拋光墊原材料為聚合物棉絮類纖維，滲水性好，拋光液能滲透到拋光墊內部，更能充分發揮作用，通常分為普通無紡布拋光墊，一般用于細拋，以及帶絨毛結構的無紡布拋光墊，一般用于精拋。

帶絨毛結構的無紡布拋光墊是以無紡布為主體，中間層為聚合物，表面為多孔絨毛結構。此類拋光墊硬度小、壓縮比大、彈性好，拋光墊絨毛長，受到壓力時吸收拋光液，壓力釋放時排出廢液和副產物，并補充新拋光液，從而得到較好拋光效果。

幾類拋光墊材質區別

無紡布拋光墊還可與聚氨酯材料配合使用制備拋光墊，例如對無紡布進行酸或電暈處理，而后將無紡布浸漬在聚氨酯混合液中，多次浸漬、干燥得到無紡布拋光墊，大大提高了拋光精度、打磨強度和使用壽命。

3.凝膠柔性拋光墊

有些研究人員另辟蹊徑，采用海藻酸鈉這種生物高分材料為凝膠基體材料，添加磨料后制成研磨材料，或者將添加磨料后的組合物涂布于無紡布和PCM布料制備拋光墊，其屬于凝膠柔性拋光墊。因原料凝膠材料可來源于生物體，具有環保、無污染的優勢，代表了未來的發展方向。

硅片的表面粗糙度隨著磨料粒度的減少和磨料濃度的增加以及拋光參數（壓力、轉速和拋光時間）的增加而降低。海藻酸鈉與其他生物材料復配后能夠提升持水性能，降低體積收縮率。同時復配體系凝膠提升了與無紡布的結合情況，對磨料結合無影響，減少了凝膠破損、凝膠與基材布料的脫離。

海藻酸鈉凝膠結構

拋光墊的自修整

隨著CMP過程的不斷進行，拋光墊的物理及化學性能會發生變化，表現為拋光墊表面產生殘余物質，微孔的體積縮小、數量減少，表面粗糙度降低，表面發生分子重組現象，形成一定厚度的釉化層，導致拋光效率和拋光質量的降低。因此，要對拋光墊進行適當修整，去除拋光墊表面釉化層，增加拋光墊表面粗糙度，以修復拋光墊的加工性能，改善晶片的拋光質量，提高拋光墊的使用壽命，降低拋光成本。

拋光墊修整分為自修整和非自修整兩類，絕大多數拋光墊均需要進行離線或者在線修整。與離線修整相比較，采用在線修整可以獲得更好的修整效果，通過在線修整可以提高拋光去除率15％～20％，同時也有利于提高平坦化效率，但加工后工件表面微觀缺陷較離線修整多。

對拋光墊進行修整的常用修整工具有金剛石砂輪修整器、硬金屬盤修整器和砂紙帶等。

金剛石修整器修整拋光墊在線修整示意圖

在穩定的拋光過程中，拋光墊表面結構是由修整的修復作用與拋光墊－晶片接觸造成的磨損作用的平衡關系所決定的。通常在經金剛石修整器修整后拋光墊表面結構是由眾多單獨金剛石顆粒切削拋光墊所形成的，所以可以通過修整器的設計和控制修整條件、修整深度來調整修整后拋光墊的表面結構。金剛石顆粒的參數包括金剛石顆粒的類型、尺寸、形狀及粘結力等多個方面，不同金剛石顆粒的尺寸、形狀對修整效果都會產生不同影響。

參考來源：

1.芯片超精密拋光用CMP拋光墊研究進展，周國營、周文（廣東化工）；

2.化學機械拋光用拋光墊的修整對修整效果的影響因素，華錢鋒、方海生、袁巨龍（輕工機械）；

3.CMP中拋光墊的性質研究，周國安、種寶春、柳濱、王學軍（顯微、測量、微細加工技術與設備）。

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