化學機械拋光(CMP)技術是半導體晶片表面加工的關鍵技術之一,并用于集成電路制造過程的各階段表面平整化,近年來得到廣泛應用。在CMP過程中,拋光墊做為關鍵耗材之一，具有儲存、運輸拋光液、去除加工殘余物質、傳遞機械載荷及維持拋光環境等功能。不過隨著拋光的不斷進行，拋光墊發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，導致拋光墊儲存、運輸磨料能力降低。為了消除以上現象,必須對拋光墊進行修整，以改善拋光效果，提高其使用壽命。目前，研拋墊的常規修整技術可以分為兩類自修整技術和非自修整技術。

自修整技術

自修整技術是指將磨料嵌入到拋光墊內部，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脫離拋光墊表面，同時，拋光墊表層的基體材料也會適當的磨損，從而使研拋墊亞表層的磨粒得以出露，具有較好的自動修復功能。目前，具有自修整的親水性固結磨料研拋墊已經成為了研究的熱點。

親水性固結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，會使原本的聚合物中的高分子長鏈網狀結構變得膨脹和疏松，不僅降低了基體表面的結合強度，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”現象，而且緩解研磨過程中材料表面凹凸不平、機械振動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，提高拋光質量。

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

非自修整技術

非自修整技術借助于某種外力使研拋墊表層磨損的磨粒、空隙內存的磨屑等雜質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直徑為100-108mm的圓盤為基體，通過電鍍、釬焊、金屬燒結等方法在上面均勻固結了數十萬顆金剛石顆粒。金剛石具有極高的硬度，修整拋光墊時有較好的機械磨切效果，能夠使拋光墊表面部分變鈍的金剛石磨粒從結合劑組織上脫落，同時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，實現拋光墊表面的平整和細微結構的調整，以保證材料拋光的質量與效率。

3M金剛石修整盤

由于金剛石高硬度和優異的化學穩定性，能確保自身長期在高強度狀態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，也對拋光墊產生切削和破壞，使得拋光墊的使用壽命下降。此外，為實現金剛石的有序排列，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“機械包鑲”的形式固結金剛石顆粒，容易脫落，對工件造成劃傷和損壞。

2、高壓水射流修整技術

高壓水射流修整技術的原理是利用水射流沖擊產生的剪切力，將研拋墊表面松動或固結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，可實現對拋光墊表面進行適當的修整，提高研拋墊的加工性能。

相比金剛石修整盤，高壓水射流對機體的破壞程度較小，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上，開發了磨料水射流修正技術。

磨粒水射流的修整機理

在磨料水射流中，磨粒和空氣被水射流產生的負壓吸入混合腔內，并通過高壓泵的加壓作用從噴嘴高速射向拋光墊表面，其中內部混合的磨料粒子會與拋光墊表面通過撞擊和剪切作用實現材料去除，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現對拋光墊表面進行適當的修整，而且也提高了對拋光墊的修整力度，修整效率更高。

高壓水射流vs磨料水射流

小結

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節。自修整拋光墊雖然在拋光前期具有較強的自我修復功能，但隨著拋光的進行，仍舊不能徹底的解決研拋墊表面“釉化”的現象，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、使用壽命長的優點，但也易對拋光墊造成一定程度的破壞，且當前的電鍍鎳固結方式使金剛石易脫落，而對工件造成破壞，需進一步開發釬焊等固結方式。而高壓水射流能夠對拋光墊表面進行適當的修整，但修正效率較低，未來可進一步探索磨料水射流修正技術。

參考文獻：

楊亞坤.固結磨料研拋墊磨料水射流修整工藝研究[D].河南科技學院.

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