化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)是半導(dǎo)體晶片表面加工的關(guān)鍵技術(shù)之一,并用于集成電路制造過程的各階段表面平整化,近年來得到廣泛應(yīng)用。在CMP過程中,拋光墊做為關(guān)鍵耗材之一，具有儲(chǔ)存、運(yùn)輸拋光液、去除加工殘余物質(zhì)、傳遞機(jī)械載荷及維持拋光環(huán)境等功能。不過隨著拋光的不斷進(jìn)行，拋光墊發(fā)生表面磨損和基體壓縮，逐步變得光滑，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(dǎo)致拋光墊儲(chǔ)存、運(yùn)輸磨料能力降低。為了消除以上現(xiàn)象,必須對拋光墊進(jìn)行修整，以改善拋光效果，提高其使用壽命。目前，研拋墊的常規(guī)修整技術(shù)可以分為兩類自修整技術(shù)和非自修整技術(shù)。

自修整技術(shù)

自修整技術(shù)是指將磨料嵌入到拋光墊內(nèi)部，在拋光過程中，舊磨料借助于拋光墊于晶片之間的摩擦力自動(dòng)脫離拋光墊表面，同時(shí)，拋光墊表層的基體材料也會(huì)適當(dāng)?shù)哪p，從而使研拋墊亞表層的磨粒得以出露，具有較好的自動(dòng)修復(fù)功能。目前，具有自修整的親水性固結(jié)磨料研拋墊已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)。

親水性固結(jié)磨料拋光墊所采用的基體是含有羥基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(-CO)等多種多個(gè)親水性自由基的聚合物，如PEG、PEGMA、TMPTA等。這些聚合物基體具有水溶性和溶脹特性，當(dāng)水性拋光液中的水分子被這些親水性自由基吸引，并逐漸滲入基體中時(shí)，會(huì)使原本的聚合物中的高分子長鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得膨脹和疏松，不僅降低了基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，使得其對磨粒的把持能力下降，有助于拋光過程中鈍化磨粒的脫落以及亞表層的基體材料和新的磨粒露出，在一定程度上可以有效減少研拋墊表面“釉化”現(xiàn)象，而且緩解研磨過程中材料表面凹凸不平、機(jī)械振動(dòng)引起的磨粒與加工材料之間的剛性沖擊，改善磨粒切削條件，提高拋光質(zhì)量。

不過，隨著加工時(shí)間的持續(xù)，加工過程中產(chǎn)生的碎屑仍會(huì)堵塞拋光墊表面的氣孔，使得研拋墊的加工性能下降。因此，親水性固結(jié)磨料研拋墊仍舊不能徹底的解決研拋墊表面“釉化”的現(xiàn)象，在研拋墊使用一段時(shí)間后仍需要借助于非自修整的方法進(jìn)行修整。

非自修整技術(shù)

非自修整技術(shù)借助于某種外力使研拋墊表層磨損的磨粒、空隙內(nèi)存的磨屑等雜質(zhì)從研拋墊表面清除出去，使新的磨粒出露，在研磨中維持磨粒的切削能力。目前，常采用金剛石修整盤或者高壓水射流作為修整工具。

1、金剛石修整盤

金剛石修整盤通常以一個(gè)直徑為100-108mm的圓盤為基體，通過電鍍、釬焊、金屬燒結(jié)等方法在上面均勻固結(jié)了數(shù)十萬顆金剛石顆粒。金剛石具有極高的硬度，修整拋光墊時(shí)有較好的機(jī)械磨切效果，能夠使拋光墊表面部分變鈍的金剛石磨粒從結(jié)合劑組織上脫落，同時(shí)也可切削和去除拋光墊表面的不均勻性、釉化層、堆積物等，從而使研拋墊表面暴露出新的切削刃，實(shí)現(xiàn)拋光墊表面的平整和細(xì)微結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以保證材料拋光的質(zhì)量與效率。

3M金剛石修整盤

由于金剛石高硬度和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，能確保自身長期在高強(qiáng)度狀態(tài)以及在具有腐蝕性的拋光液下使用也不易被破壞，延長了修整器的使用壽命。但是，金剛石修整器修整在修整研拋墊表面的“釉化”層的同時(shí)，也對拋光墊產(chǎn)生切削和破壞，使得拋光墊的使用壽命下降。此外，為實(shí)現(xiàn)金剛石的有序排列，且保持較高的露出率，金剛石修整盤主要采用電鍍鎳(EP)的方式制備，鎳僅以“機(jī)械包鑲”的形式固結(jié)金剛石顆粒，容易脫落，對工件造成劃傷和損壞。

2、高壓水射流修整技術(shù)

高壓水射流修整技術(shù)的原理是利用水射流沖擊產(chǎn)生的剪切力，將研拋墊表面松動(dòng)或固結(jié)不好的磨料顆粒沖洗掉；并去除破壞研拋墊表面的“釉化”層，清除雜質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對拋光墊表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚岣哐袙亯|的加工性能。

相比金剛石修整盤，高壓水射流對機(jī)體的破壞程度較小，可延長研拋墊的使用壽命，但正因如此，水射流對拋光墊的修整力度有限，對拋光墊表面的“釉化”層的去除較不充分，修整效率較低。因此近年來，有研究者在高壓水射流的基礎(chǔ)上，開發(fā)了磨料水射流修正技術(shù)。

磨粒水射流的修整機(jī)理

在磨料水射流中，磨粒和空氣被水射流產(chǎn)生的負(fù)壓吸入混合腔內(nèi)，并通過高壓泵的加壓作用從噴嘴高速射向拋光墊表面，其中內(nèi)部混合的磨料粒子會(huì)與拋光墊表面通過撞擊和剪切作用實(shí)現(xiàn)材料去除，由于磨粒水射流具有較高的加工精度，不僅可以與磨料水射流一樣實(shí)現(xiàn)對拋光墊表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚乙蔡岣吡藢伖鈮|的修整力度，修整效率更高。

高壓水射流vs磨料水射流

小結(jié)

為保證CMP拋光的拋光效果和效率，拋光墊的修正是必不可少的環(huán)節(jié)。自修整拋光墊雖然在拋光前期具有較強(qiáng)的自我修復(fù)功能，但隨著拋光的進(jìn)行，仍舊不能徹底的解決研拋墊表面“釉化”的現(xiàn)象，需要借助非自修整手段。金剛石修整盤作為最常用的拋光墊修正工具，具有修整效率高、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但也易對拋光墊造成一定程度的破壞，且當(dāng)前的電鍍鎳固結(jié)方式使金剛石易脫落，而對工件造成破壞，需進(jìn)一步開發(fā)釬焊等固結(jié)方式。而高壓水射流能夠?qū)伖鈮|表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚拚瘦^低，未來可進(jìn)一步探索磨料水射流修正技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

楊亞坤.固結(jié)磨料研拋墊磨料水射流修整工藝研究[D].河南科技學(xué)院.

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