中國(guó)粉體網(wǎng)訊  拋光墊表面結(jié)構(gòu)特性（粗糙度、溝槽形狀等）、材質(zhì)（硬度、彈性模量等）是影響CMP的重要因素，拋光墊直接影響晶片的拋光效果。

拋光墊表面結(jié)構(gòu)特性

拋光墊表面微形貌

拋光墊通常表面充滿微孔，可用于儲(chǔ)存運(yùn)輸拋光液和磨料顆粒，并且能耐受拋光液中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，能及時(shí)排除拋光產(chǎn)物，從而對(duì)材料去除產(chǎn)生影響。

基于拋光墊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將主流的商用拋光墊分為網(wǎng)狀型（阻尼布）、纖維型（合成革）、微孔型（聚氨酯）三類。網(wǎng)狀墊相比于其他兩種拋光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(guò)程中不易產(chǎn)生劃痕，纖維型和聚氨酯兩類由于特有的硬度和結(jié)構(gòu)，多用于粗拋和非金屬材料的拋光。

微孔幾何形狀及分布會(huì)影響拋光墊的表面強(qiáng)度與密度。拋光墊的孔隙率及密度等多孔性特征主要通過(guò)泊松比（ν）反映，孔隙率越，高泊松比越低。拋光墊表面強(qiáng)度隨著孔隙率的增加而減小。孔徑越大其運(yùn)輸能力越強(qiáng)，但孔徑過(guò)大時(shí)會(huì)影響拋光墊的密度和強(qiáng)度。

拋光墊微孔尺寸以及結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)對(duì)拋光效果產(chǎn)生影響，優(yōu)化拋光墊表面微孔結(jié)構(gòu)可以改善拋光墊與晶圓片的接觸狀態(tài)，探尋界面機(jī)械作用載荷和界面拋光液化學(xué)反應(yīng)的協(xié)同關(guān)系，可以更好提升對(duì)CMP材料去除率的控制效果。

拋光墊表面溝槽紋理

拋光墊表面開(kāi)槽一方面提高拋光墊儲(chǔ)存、運(yùn)送拋光液能力，改善拋光液的流動(dòng)性；另一方面可改善墊表面的摩擦系數(shù)和剪切應(yīng)力。下表為Rohm Haas生產(chǎn)的IC系列拋光墊的典型溝槽，它是芯片制造工業(yè)上廣泛應(yīng)用的拋光墊。經(jīng)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，IC1010相比于IC1000有更深的溝槽和更密集的溝槽形狀，使得拋光墊粗糙峰、拋光液磨粒的機(jī)械作用和拋光液化學(xué)作用越強(qiáng)，材料去除能力更高。

不同拋光墊幾何參數(shù)對(duì)比

常見(jiàn)的溝槽形式有放射型、網(wǎng)格型、圓環(huán)型以及螺旋對(duì)數(shù)型等。下圖中，（a）~（d）為單一型拋光墊，（e）~（g）為復(fù)合型拋光墊。復(fù)合型拋光墊普遍比單一型拋光墊效果更優(yōu)，負(fù)螺旋對(duì)數(shù)型拋光墊可顯著提升拋光速率。

常見(jiàn)的溝槽形式

拋光墊微凸體

拋光墊表面粗糙凸起部分具有彈性以免導(dǎo)致晶片表面產(chǎn)生過(guò)多不可修復(fù)性劃痕，拋光墊的微觀表面高度輪廓呈高斯分布或指數(shù)分布。

拋光墊凸起的平均高度（RPK）強(qiáng)烈影響材料去除率（MRR）的變化。在沒(méi)有進(jìn)行墊修整的情況下，MRR隨著拋光時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，如果RPK通過(guò)墊修整恢復(fù)，則MRR將恢復(fù)到原始水平附近。拋光過(guò)程中的拋光墊磨損和隨后的拋光墊修整工序?qū)е聦?shí)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(duì)MRR有直接影響。

拋光墊材質(zhì)特性

拋光墊材料物理和化學(xué)性能將會(huì)影響拋光界面（晶片-拋光液-拋光墊界面）的接觸狀態(tài)和接觸力，從而影響材料去除速率及晶片表面粗糙度。

力學(xué)性能參數(shù)

硬度和彈性模量是拋光墊力學(xué)性能的兩個(gè)重要參數(shù)。硬質(zhì)拋光墊應(yīng)用于有高去除速率需求的粗拋階段，但硬度過(guò)高則容易引起表面損傷和材料去除不均勻等問(wèn)題；軟質(zhì)拋光墊一般應(yīng)用在有低粗糙度需求的精拋階段。上硬下軟的拋光墊能改善MRR的均勻性，但邊界排斥區(qū)域較大，而上軟下硬的拋光墊可以減小邊緣排斥區(qū)域獲得較好的表面質(zhì)量。

化學(xué)特性

拋光墊應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和親水性。CMP拋光墊生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)多為多羥基化合物與異氰酸鹽合成，生產(chǎn)CMP拋光墊的主要原料有預(yù)聚體、擴(kuò)鏈交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、催化劑以及其他功能性助劑。通過(guò)控制反應(yīng)物濃度以及配比可以改進(jìn)拋光墊不同方面的材料性能。同時(shí)拋光墊中的活性基團(tuán)作用也不可或缺，拋光墊中含有一些活性基團(tuán)，如羥基、酰胺基，這些活性基團(tuán)提高了拋光材料的再沉積層，改善了機(jī)械磨損產(chǎn)生表面質(zhì)量差的問(wèn)題。此外，對(duì)墊材料的物理化學(xué)改性也可以提升使用效能。

參考來(lái)源：

[1] 梁斌等，CMP拋光墊表面及材料特性對(duì)拋光效果影響的研究進(jìn)展

[2] 王同慶等，拋光墊特性及其對(duì)300 mm晶圓銅化學(xué)機(jī)械拋光效果的影響研究

[3] 曹威等，化學(xué)機(jī)械拋光墊的研究進(jìn)展

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山林）

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