在现代半导体制造工艺中，化学机械抛光（CMP）是至关重要的一步，它决定了晶圆表面平坦度和抛光质量，对最终产品性能有直接影响。而CMP工艺的核心之一便是抛光垫。抛光垫的表面结构及材料特性直接影响抛光效果，进而影响芯片的良率和性能。因此，了解和优化CMP抛光垫的表面特性，对于提高半导体制造效率和产品质量至关重要。

抛光垫

抛光垫表面结构特性对抛光效果的影响

CMP过程中，抛光垫之所以可以在改变亚纳米级缺陷性能中起重要作用，一是它能承载化学抛光液及反应产物，二是能传递加工载荷，保证抛光过程的平稳进行，因此抛光垫的微形貌变化和局部的变质会直接影响磨粒和抛光液对加工材料的效果。

抛光垫的表面结构特性包括微表面形貌（孔隙率、微孔密度）、表面沟槽纹理图案、抛光垫表面微凸体高度及分布等，这些表面结构特性不仅会影响垫本身的性能，还会进一步影响CMP过程以及加工效果，因此要想提高其结构性能，首先就需要对其进行了解。

01抛光垫表面微形貌

抛光垫通常表面充满微孔，可用于储存运输抛光液和磨料颗粒，并且能耐受抛光液中化学物质的侵蚀，能及时排除抛光产物，从而对材料去除产生影响。

抛光垫表面SEM 照片

基于抛光垫的结构特点，将主流的商用抛光垫分为网状型（阻尼布）、纤维型（合成革）、微孔型（聚氨酯）三类。网状垫相比于其他两种垫具有更好的压缩性和更佳的抛光液携带能力，而硬度也比较低，因此用于在精抛过程中不易产生划痕，纤维型和聚氨酯两类由于特有的硬度和结构，多用于粗抛和非金属材料的抛光。

微孔几何形状及分布会影响抛光垫的表面强度与密度。抛光垫的孔隙率及密度等多孔性特征主要通过泊松比反映，研究发现抛光垫表面强度随着孔隙率的增加而减小。孔径越大其运输能力越强，但孔径过大时又会影响抛光垫的密度和强度。

02抛光垫表面沟槽纹理

抛光垫表面开槽一方面提高抛光垫储存、运送抛光液能力，改善抛光液的流动性；另一方面可改善垫表面的摩擦系数和剪切应力。目前常见的沟槽形式有放射型、网格型、圆环型以及螺旋对数型等，如图所示。下图中(a)~(d)为单一型抛光垫，图(e)~ (g)为复合型抛光垫。复合型抛光垫普遍比单一型效果更优，负螺旋对数型抛光垫可显著提升抛光速率。

抛光垫的各种沟槽形式

03抛光垫微凸体

抛光垫表面粗糙凸起部分具有弹性以免导致晶片表面产生过多不可修复性划痕，抛光垫的微观表面高度轮廓是高斯分布或指数分布。研究人员针对抛光垫微凸体对CMP结果的影响展开了研究。B.Park等人发现抛光垫凸起的平均高度(RPK)强烈影响材料去除率(MRR)的变化。在没有进行垫修整的情况下，MRR随着抛光时间的延长而降低，如果RPK通过垫修整恢复，则MRR将恢复到原始水平附近。抛光过程中的抛光垫磨损和随后的抛光垫修整工序导致实际抛光垫的粗糙度不断变化，抛光垫粗糙度、凸起直径和粗糙度分布的变化对MRR有直接影响。

总结

CMP抛光垫的表面结构特征对抛光效果有着至关重要的影响。通过优化抛光垫的孔隙率、沟槽和表面微凸体等特征参数，半导体制造商可以显著提高晶圆的平坦度和质量，进而提升芯片的性能和良率。此外，材料特性的改进也同样重要，通过选择合适的材料，可以增强抛光垫的耐用性和化学稳定性。总之，理解和优化CMP抛光垫这些特征，不仅能提升生产效率，还对未来的半导体领域发展有着重要意义。

资料文献：

梁斌,高宝红,刘鸣瑜,等.CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进展[J].微纳电子技术,2024,61(04)
:44-54.DOI:10.13250/j.cnki.wndz.24040103.

苏建修,傅宇,杜家熙,等.抛光垫表面特性分析[J].半导体技术,2007,(11)
:957-960.DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.2007.11.010.

来源： 粉体圈

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