化學機械拋光（CMP）是一種依靠化學和機械的協同作用實現工件表面材料去除的超精密加工技術。在CMP過程中，拋光墊起到了儲存拋光液、輸送拋光液、排出廢物、傳遞加工載荷、保證拋光過程平穩進行等作用，其成本占CMP總成本的三分之一左右。拋光墊在材料去除速率、表面質量等CMP性能方面起著重要的作用。接下來，小編將為大家系統介紹CMP中的關鍵組分——拋光墊。

CMP系統示意圖（圖源：文獻1）

介紹

拋光墊，又稱拋光皮、拋光布或拋光片，是化學機械拋光（CMP）過程中決定表面質量的重要元件，一般由高分子材料制作而成，包括聚氨酯、無紡布、合成革等。其表面一般含有大小不一的孔狀結構，這些氣孔在拋光過程中起到了運輸拋光液、保證化學腐蝕、排除廢棄物的作用。其表面還存在一些溝槽和突起圖案，它們可以促進拋光墊表面拋光液的流動，增加拋光墊與晶圓之間的摩擦，對拋光產物的排出、拋光液利用率和材料去除率（MRR）有著較大的影響。拋光墊由于存在大量的微觀粗糙結構，通常只有一些局部高點才會和工件發生真實接觸，在CMP過程中，納米磨粒會嵌入在一個個接觸點內，與拋光墊一起相對工件進行表面運動，在機械載荷以及拋光液的化學作用下實現原子級材料去除。拋光墊作為一種耗材，需要及時的進行更換，如果使用時間過長，會留有被拋光去除的材料殘余物，這些殘余物在后續的拋光過程中，會對新的工件表面造成劃痕，影響表面質量；拋光墊在拋光后需要及時進行清洗，以去除其中的殘余物，否則風干后粘結在拋光墊內的固體會對下一次的拋光質量產生影響。

常見拋光墊表面溝槽紋理形狀（圖源：文獻2）

工作原理

拋光墊主要是通過磨料和拋光墊的摩擦來實現拋光效果的，在拋光機啟動后，拋光墊會以旋轉的方式將拋光液均勻的輸送到拋光墊表面，以確保拋光過程中工件表面能夠充分接觸到拋光液。工件會被固定在拋光機上，以旋轉的形式與拋光墊進行接觸，磨料顆粒和化學物質將與工件表面產生摩擦，去除表面微小的凸起和不平整的部分。拋光墊在這個過程中會利用自身的彈性，以保持磨料和工件的穩定接觸，在磨削進行的過程中適時的變形，以適應不同的拋光需求。拋光過程中產生的反應物和磨屑會被拋光液帶走，通過拋光墊的孔隙或表面結構排出，以維持拋光環境的穩定。拋光液需要定期更換，以維持軟化、溶解工件表面的效果。經過一定時間的拋光，工件表面會逐漸變得光滑、平整，達到所需的拋光效果。

工作原理示意圖（圖源：文獻1）

特點

由于化學機械拋光需要拋光液和機械載荷的共同作用才能實現原子級表面質量，所以需要拋光墊具有耐磨性、耐腐蝕性，以承受長期的機械摩擦和化學腐蝕，保證在拋光過程中不易磨損；在選擇拋光墊基體材料時需要選用抗撕裂強度高的，因為在拋光的過程中，拋光墊需要保持其形狀和結構，以便均勻的施加壓力和拋光劑，抗撕裂的強度越高越不易變形，從而保證拋光效果的一致性；拋光墊需要具備良好的親水性，因為在拋光過程中拋光墊通常會與含有水和其他化學成分的液體接觸，親水性好可以更加有效的吸收和分布拋光液，確保整個拋光過程均勻進行，化學物質也可以更好的與工件表面接觸、作用，提升整體的拋光效率。在拋光過程中會產生一定的熱量，親水性好的拋光墊可以通過水分的蒸發幫助散熱，防止拋光表面過熱，減少熱損傷；特殊情況下，拋光墊需要具備自修整能力，以保證在拋光過程中，拋光墊表面的磨料和化學拋光劑分布均勻，保持拋光效果的均勻性和一致性。自修整能力還有助于拋光墊在使用過程中自動調整，減少因局部磨損造成的表面不平整，減少人工維護的需求，不需要頻繁的更換拋光墊，延長了拋光墊的使用壽命，降低整體的生產成本。

熱熔膠拋光墊制備過程（圖源：文獻3）

種類

拋光墊的硬度、密度、材質、彈性模量等對拋光質量影響較大，選用合適的基體材料對目標工件進行拋光可以起到事半功倍的效果。根據材質、結構和使用特性的不同，拋光墊可以分為以下幾種類型：

（1）聚氨酯拋光墊：聚氨酯拋光墊以強耐磨性、抗撕裂強度高、耐酸堿腐蝕性優異而著稱。其表面微孔結構能夠軟化、粗糙化工件表面，保持磨料顆粒在拋光液中實現高效的平坦化加工。其常用于粗拋工序，如LCD用玻璃基板、玻璃圓盤和光學鏡片等材料的CMP過程中。

（2）無紡布拋光墊：無紡布拋光墊是一種由隨機分布的纖維通過物理方法固定在一起而制成的非織造布材料。它的滲水性能好，容納拋光液能力強，易于使用，不需要復雜的安裝或維護。部分無紡布拋光墊是由回收材料或生物降解材料制成的，非常的綠色環保，成本也相較其他拋光墊低。但無紡布拋光墊硬度較低，在CMP過程中對材料去除率低，常用于半導體晶圓、藍寶石、光學鏡片等材料的細拋工藝中。

（3）復合型拋光墊：復合型拋光墊是結合了兩種或多種不同材料特性的拋光墊，采用“上硬下軟”的復合結構，既滿足平坦度要求又兼顧非均勻性。它含有雙重微孔結構，大幅降低了拋光墊的回彈率，提高了拋光的均勻性。在高端CMP工藝中，根據特定的拋光需求定制的復合型拋光墊能夠顯著提高拋光效果，提升工件的良品率。

不同材質拋光墊的CMP性能（圖源：文獻2）

盡管拋光墊在CMP工藝中占據重要地位，但目前其發展需要面臨技術門檻高、市場需求依賴進口、市場競爭激烈、成本壓力大等問題。面對當前的發展困境，企業需要加大研發投入，提高生產技術水平和產品質量，加強國際合作與交流，以更好的推動我國拋光墊行業的健康發展。

參考文獻：

1、王林.拋光墊微觀接觸對化學機械拋光材料去除的影響及其跨尺度建模方法[D].大連理工大學.

2、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.

3、曹威,鄧朝暉,李重陽,等.化學機械拋光墊的研究進展[J].表面技術.

4、霍金向,高寶紅,李雯浩宇,等.化學機械拋光中摩擦潤滑與化學行為研究進展[J].應用化工.

粉體圈 Alice