CMP拋光墊是采用化學研磨拋光工藝技術(shù)的關(guān)鍵核心材料，為了有助于持續(xù)輸送新鮮漿料到晶圓和拋光墊接觸區(qū)域，并能夠攜帶并排除研磨產(chǎn)生的碎屑，拋光墊表面往往設(shè)計有各種紋路。不過，由于拋光過程中材料施加的摩擦力和法向壓力，拋光墊發(fā)生表面磨損和基體壓縮，逐步變得光滑，并形成一層釉面，而且拋光墊表面用于分布拋光液和排除廢液的溝槽也逐漸被拋光殘留物和拋光粉顆粒填滿，導致拋光墊儲存、運輸磨料能力降低，因此，當拋光墊的磨損達到一定程度時，需要使用金剛石修整器對拋光墊進行修整，恢復拋光墊的原始紋理。

拋光墊的磨損過程

金剛石修整器有什么優(yōu)點？

3M金剛石修整盤

金剛石修整器有兩大突出特點，一是高硬度，二是耐腐蝕。

硬度高：在實際研磨拋光作業(yè)時，要對拋光墊修整時有較好的機械磨切效果，就要求具有較高的硬度。金剛石作為自然界中最硬的物質(zhì)，有效地去除拋光墊表面的磨損層和填充物，恢復拋光墊的原始紋理和粗糙度，以保證材料拋光的質(zhì)量與效率，同時也能確保自身長期在高強度狀態(tài)下使用也不易磨損，延長了修整器的使用壽命。

耐腐蝕：為了提供合適的拋光環(huán)境，拋光液往往會有一定酸堿腐蝕性，而金剛石具有良好的化學穩(wěn)定性，在CMP過程中不易與其他化學物質(zhì)反應(yīng)，除了保證自身不被腐蝕，延長使用壽命外，也不會對拋光液或拋光墊造成污染，確保了拋光過程的純凈性和穩(wěn)定性。

如何提升金剛石修整器的修整性能？

金剛石修整器多采用金屬基體，通過高溫釬焊等技術(shù)將金剛石磨粒與基體結(jié)合而成，其金剛石本身尺寸、排列方式、與基體材料的粘結(jié)方式及基體材料對修整效果有重要影響。

1、金剛石尺寸

不同的金剛石尺寸對修正效果有著明顯影響。較大尺寸的金剛石，能夠更快地去除砂輪表面的材料，修整速率快，但所獲得的拋光墊表面粗糙度大，表面凹坑多，容易產(chǎn)生劃痕等缺陷，導致拋光效果不理想。而小尺寸金剛石能夠在拋光墊表面形成更精細的表面，但修正效率低，且尺寸過小時，難以去除拋光墊表面的釉化層。

2、金剛石排列方式

當金剛石處于隨機排列狀態(tài)時，在金剛石密集堆積區(qū)，基體對金剛石把持力不夠，容易自行脫落，同時利用其對拋光墊進行修整時，由于動靜態(tài)摩擦系數(shù)大，容易產(chǎn)生拋光墊的過度磨損，導致拋光墊使用壽命的降低。而在金剛石較為稀疏的地方，單顆粒金剛石承受工作載荷大，金剛石顆粒易受沖擊力破碎而脫落，同樣導致工具的過早失效。

無序排列金剛石

有序排列金剛石工具由于金剛石按照設(shè)計排列，單顆金剛石的受力均勻，每顆都可被有效利用，且金剛石之間沒有偏析，使得表面刮痕等缺陷減少，使用壽命大幅提高的同時，也能在修整時更易在拋光墊表面形成溝槽，有利于容納、清除加工殘余物質(zhì)以及拋光液的快速輸送和均勻分布，從而改善了拋光效果。目前經(jīng)常使用的均勻排列方式有矩陣式排列和同心圓排列。

有序排列金剛石

3、金剛石與基體的粘結(jié)方式

金剛石修整器主要通過燒結(jié)、電鍍、釬焊三種技術(shù)實現(xiàn)金剛石與基體材料的粘結(jié)。

燒結(jié)法是直接將金剛石、粘結(jié)劑、基體等混合壓制后燒結(jié)成型，結(jié)構(gòu)為多層金剛石。即可以實現(xiàn)金剛石顆粒與基體粉末的緊密結(jié)合，也具有自銳性，因此使用壽命長。不過，金剛石為隨機分布狀態(tài)，每一層金剛石的露出度不一致，導致有效利用率并不高，修整效率低。

電鍍鎳(EP)是當前金剛石修整盤采用的主要粘結(jié)方式，是利用鎳以“機械包鑲”的形式固定的金剛石顆粒，可實現(xiàn)金剛石的有序排列，且露出率很高，因此修整效率高。不過， 在修整過程中，容易造成金剛石顆粒的自由脫落，影響修整器的使用壽命。

釬焊法是利用高活性釬料使金剛石顆粒與胎體之間依靠化學冶金的原理來粘結(jié)的一種新型粘結(jié)方式。由于發(fā)生化學冶金后釬料很薄，大部分金剛石裸露在外，因此修整效率也非常高，同時相比電鍍法，粘結(jié)力顯著增強，修整器壽命也顯著提升。

釬焊法原理

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4、金屬基體

CMP拋光液通常具有一定腐蝕性，對于基體材料就要求具有很強的抵抗化學腐蝕的能力。目前大多數(shù)金剛石修整器多采用金屬基體，并不具備抗腐蝕能力。隨著胎體材料的腐蝕，金剛石顆粒脫落胎體，不僅會影響修整效果，縮短了修整器的使用壽命，還會給嚴重影響拋光效果。因此為了增強金剛石修整器的抗腐蝕能力，需要進一步開發(fā)新的修整盤基材，如陶瓷材料等，不過其與金剛石的粘結(jié)方式通常采用燒結(jié)法。

小結(jié)

金剛石具有耐腐蝕、硬度大的特點，是CMP拋光修整盤的絕佳材料。隨著化學機械拋光技術(shù)的不斷發(fā)展，對金剛石修整器的性能提出了更高的要求，不僅需要提升金剛石與基體的粘結(jié)強度，優(yōu)化基體材料，提升使用壽命，還需要提升修整效率。為了充分發(fā)揮金剛石修整器的修整性能，需要研究金剛石本身尺寸、排列方式、與基體材料的粘結(jié)方式及基體材料的影響。除此之外，修整過程中還應(yīng)考慮修整壓力、轉(zhuǎn)速、溫度、密度等工藝參數(shù)對修正效果的影響。

參考文獻：

1、胡偉,魏昕,謝小柱,等.化學機械拋光中拋光墊修整的作用及規(guī)律研究[J].金剛石與磨料磨具工程.

2、徐良,吳震宇,劉一波,等.有序排列金剛石工具發(fā)展現(xiàn)狀及制備工藝[J].鉆探工程.

3、姜榮超.金剛石均勻分布/有序排列是改善金剛石工具性能的有效途徑

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