化学机械抛光(CMP)技术是半导体晶片表面加工的关键技术之一,并用于集成电路制造过程的各阶段表面平整化,近年来得到广泛应用。在CMP过程中,抛光垫做为关键耗材之一，具有储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能。不过随着抛光的不断进行，抛光垫发生表面磨损和基体压缩，逐步变得光滑，形成一层釉面，而且抛光垫表面用于分布抛光液和排除废液的沟槽也逐渐被抛光残留物和抛光粉颗粒填满，导致抛光垫储存、运输磨料能力降低。为了消除以上现象,必须对抛光垫进行修整，以改善抛光效果，提高其使用寿命。目前，研抛垫的常规修整技术可以分为两类自修整技术和非自修整技术。

自修整技术

自修整技术是指将磨料嵌入到抛光垫内部，在抛光过程中，旧磨料借助于抛光垫于晶片之间的摩擦力自动脱离抛光垫表面，同时，抛光垫表层的基体材料也会适当的磨损，从而使研抛垫亚表层的磨粒得以出露，具有较好的自动修复功能。目前，具有自修整的亲水性固结磨料研抛垫已经成为了研究的热点。

亲水性固结磨料抛光垫所采用的基体是含有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(-CO)等多种多个亲水性自由基的聚合物，如PEG、PEGMA、TMPTA等。这些聚合物基体具有水溶性和溶胀特性，当水性抛光液中的水分子被这些亲水性自由基吸引，并逐渐渗入基体中时，会使原本的聚合物中的高分子长链网状结构变得膨胀和疏松，不仅降低了基体表面的结合强度，使得其对磨粒的把持能力下降，有助于抛光过程中钝化磨粒的脱落以及亚表层的基体材料和新的磨粒露出，在一定程度上可以有效减少研抛垫表面“釉化”现象，而且缓解研磨过程中材料表面凹凸不平、机械振动引起的磨粒与加工材料之间的刚性冲击，改善磨粒切削条件，提高抛光质量。

不过，随着加工时间的持续，加工过程中产生的碎屑仍会堵塞抛光垫表面的气孔，使得研抛垫的加工性能下降。因此，亲水性固结磨料研抛垫仍旧不能彻底的解决研抛垫表面“釉化”的现象，在研抛垫使用一段时间后仍需要借助于非自修整的方法进行修整。

非自修整技术

非自修整技术借助于某种外力使研抛垫表层磨损的磨粒、空隙内存的磨屑等杂质从研抛垫表面清除出去，使新的磨粒出露，在研磨中维持磨粒的切削能力。目前，常采用金刚石修整盘或者高压水射流作为修整工具。

1、金刚石修整盘

金刚石修整盘通常以一个直径为100-108mm的圆盘为基体，通过电镀、钎焊、金属烧结等方法在上面均匀固结了数十万颗金刚石颗粒。金刚石具有极高的硬度，修整抛光垫时有较好的机械磨切效果，能够使抛光垫表面部分变钝的金刚石磨粒从结合剂组织上脱落，同时也可切削和去除抛光垫表面的不均匀性、釉化层、堆积物等，从而使研抛垫表面暴露出新的切削刃，实现抛光垫表面的平整和细微结构的调整，以保证材料抛光的质量与效率。

3M金刚石修整盘

由于金刚石高硬度和优异的化学稳定性，能确保自身长期在高强度状态以及在具有腐蚀性的抛光液下使用也不易被破坏，延长了修整器的使用寿命。但是，金刚石修整器修整在修整研抛垫表面的“釉化”层的同时，也对抛光垫产生切削和破坏，使得抛光垫的使用寿命下降。此外，为实现金刚石的有序排列，且保持较高的露出率，金刚石修整盘主要采用电镀镍(EP)的方式制备，镍仅以“机械包镶”的形式固结金刚石颗粒，容易脱落，对工件造成划伤和损坏。

2、高压水射流修整技术

高压水射流修整技术的原理是利用水射流冲击产生的剪切力，将研抛垫表面松动或固结不好的磨料颗粒冲洗掉；并去除破坏研抛垫表面的“釉化”层，清除杂质，可实现对抛光垫表面进行适当的修整，提高研抛垫的加工性能。

相比金刚石修整盘，高压水射流对机体的破坏程度较小，可延长研抛垫的使用寿命，但正因如此，水射流对抛光垫的修整力度有限，对抛光垫表面的“釉化”层的去除较不充分，修整效率较低。因此近年来，有研究者在高压水射流的基础上，开发了磨料水射流修正技术。

磨粒水射流的修整机理

在磨料水射流中，磨粒和空气被水射流产生的负压吸入混合腔内，并通过高压泵的加压作用从喷嘴高速射向抛光垫表面，其中内部混合的磨料粒子会与抛光垫表面通过撞击和剪切作用实现材料去除，由于磨粒水射流具有较高的加工精度，不仅可以与磨料水射流一样实现对抛光垫表面进行适当的修整，而且也提高了对抛光垫的修整力度，修整效率更高。

高压水射流vs磨料水射流

小结

为保证CMP抛光的抛光效果和效率，抛光垫的修正是必不可少的环节。自修整抛光垫虽然在抛光前期具有较强的自我修复功能，但随着抛光的进行，仍旧不能彻底的解决研抛垫表面“釉化”的现象，需要借助非自修整手段。金刚石修整盘作为最常用的抛光垫修正工具，具有修整效率高、使用寿命长的优点，但也易对抛光垫造成一定程度的破坏，且当前的电镀镍固结方式使金刚石易脱落，而对工件造成破坏，需进一步开发钎焊等固结方式。而高压水射流能够对抛光垫表面进行适当的修整，但修正效率较低，未来可进一步探索磨料水射流修正技术。

参考文献：

杨亚坤.固结磨料研抛垫磨料水射流修整工艺研究[D].河南科技学院.

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