在現代半導體制造工藝中，化學機械拋光（CMP）是至關重要的一步，它決定了晶圓表面平坦度和拋光質量，對最終產品性能有直接影響。而CMP工藝的核心之一便是拋光墊。拋光墊的表面結構及材料特性直接影響拋光效果，進而影響芯片的良率和性能。因此，了解和優化CMP拋光墊的表面特性，對于提高半導體制造效率和產品質量至關重要。

拋光墊

拋光墊表面結構特性對拋光效果的影響

CMP過程中，拋光墊之所以可以在改變亞納米級缺陷性能中起重要作用，一是它能承載化學拋光液及反應產物，二是能傳遞加工載荷，保證拋光過程的平穩進行，因此拋光墊的微形貌變化和局部的變質會直接影響磨粒和拋光液對加工材料的效果。

拋光墊的表面結構特性包括微表面形貌（孔隙率、微孔密度）、表面溝槽紋理圖案、拋光墊表面微凸體高度及分布等，這些表面結構特性不僅會影響墊本身的性能，還會進一步影響CMP過程以及加工效果，因此要想提高其結構性能，首先就需要對其進行了解。

1、拋光墊表面微形貌

拋光墊通常表面充滿微孔，可用于儲存運輸拋光液和磨料顆粒，并且能耐受拋光液中化學物質的侵蝕，能及時排除拋光產物，從而對材料去除產生影響。

拋光墊表面 SEM 照片

基于拋光墊的結構特點，將主流的商用拋光墊分為網狀型（阻尼布）、纖維型（合成革）、微孔型（聚氨酯）三類。網狀墊相比于其他兩種墊具有更好的壓縮性和更佳的拋光液攜帶能力，而硬度也比較低，因此用于在精拋過程中不易產生劃痕，纖維型和聚氨酯兩類由于特有的硬度和結構，多用于粗拋和非金屬材料的拋光。

微孔幾何形狀及分布會影響拋光墊的表面強度與密度。拋光墊的孔隙率及密度等多孔性特征主要通過泊松比反映，研究發現拋光墊表面強度隨著孔隙率的增加而減小。孔徑越大其運輸能力越強，但孔徑過大時又會影響拋光墊的密度和強度。

2、拋光墊表面溝槽紋理

拋光墊表面開槽一方面提高拋光墊儲存、運送拋光液能力，改善拋光液的流動性；另一方面可改善墊表面的摩擦系數和剪切應力。目前常見的溝槽形式有放射型、網格型、圓環型以及螺旋對數型等，如圖所示。下圖中(a)~(d)為單一型拋光墊，圖(e)~ (g)為復合型拋光墊。復合型拋光墊普遍比單一型效果更優，負螺旋對數型拋光墊可顯著提升拋光速率。

拋光墊的各種溝槽形式

3、拋光墊微凸體

拋光墊表面粗糙凸起部分具有彈性以免導致晶片表面產生過多不可修復性劃痕，拋光墊的微觀表面高度輪廓是高斯分布或指數分布。研究人員針對拋光墊微凸體對CMP結果的影響展開了研究。B.Park等人發現拋光墊凸起的平均高度(RPK)強烈影響材料去除率(MRR)的變化。在沒有進行墊修整的情況下，MRR隨著拋光時間的延長而降低，如果RPK通過墊修整恢復，則MRR將恢復到原始水平附近。拋光過程中的拋光墊磨損和隨后的拋光墊修整工序導致實際拋光墊的粗糙度不斷變化，拋光墊粗糙度、凸起直徑和粗糙度分布的變化對 MRR有直接影響。

總結

CMP拋光墊的表面結構特征對拋光效果有著至關重要的影響。通過優化拋光墊的孔隙率、溝槽和表面微凸體等特征參數，半導體制造商可以顯著提高晶圓的平坦度和質量，進而提升芯片的性能和良率。此外，材料特性的改進也同樣重要，通過選擇合適的材料，可以增強拋光墊的耐用性和化學穩定性。總之，理解和優化CMP拋光墊這些特征，不僅能提升生產效率，還對未來的半導體領域發展有著重要意義。

資料文獻：

梁斌,高寶紅,劉鳴瑜,等.CMP拋光墊表面及材料特性對拋光效果影響的研究進展[J].微納電子技術,2024,61(04):44-54.DOI:10.13250/j.cnki.wndz.24040103.

蘇建修,傅宇,杜家熙,等.拋光墊表面特性分析[J].半導體技術,2007,(11):957-960.DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.2007.11.010.

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