化学机械抛光中抛光垫材料的研究与展望＊
李 振 ，邓乾发 ，郑晓锋。，刘 盾 ，王羽寅 ，袁巨龙 。
（１．浙江工业大学超精密加工研究中心，浙江杭州３１００１４；２．特种装备制造与先进加工技术教育部／ 浙江省重点实验室，浙江杭州３１００１４；３．宁波市特种设备检验研究院，浙江宁波３１５０２０）
摘 要：在化学机械抛光中，抛光垫的材料是重要影响因素之一，它直接影响着抛光效果。本文介绍
了化学机械抛光垫的基本材料、材料特性及其对抛光效果的影响，目前化学机械抛光加工中所采用的抛
光垫材料及主要用途，对各种抛光垫材料在抛光过程中存在问题进行了分析，同时展望了抛光垫材料的
发展趋势。
关键词：化学机械抛光；抛光垫；材料
中图分类号：ＴＧ ５８Ｏ．６９２ 文献标志码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ＣＭＰ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｐａｄ
ＬＩ Ｚｈｅｎ ，ＤＥＮＧ Ｑｉａｎｆａ ，ＺＨＥＮＧ Ｘｉａｏｆｅｎｇ。，ＬＩＵ Ｄｕｎ ，ＷＡＮＧ Ｙｕｙｉｎ ，ＹＵＡＮ Ｊｕｌｏｎｇ ’。
（１．Ｕｌｔｒａ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅ＆Ｍ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ８Ｌ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｎｉｎｇｂｏ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５０２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ ｐｅｒ— ｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｐｏｌ— ｉｓｈｉｎｇ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｖａｒｉｏｕｓ ｓｏｒｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｂｏｕｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ ａｒｅ ｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅ ｅｘ—
２５６ 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第１１期 ２０１０年１１月
文章编号：１００１—３９９７（２０１０）１１—０２５６—０２
化学机械抛光的理论模型研究综述术
黄传锦周海陈西府
（盐城工学院机械工程学院，盐城２２４０５１）
Ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
ＨＵＡＮＧ Ｃｈｕａｎ－ｊｉｎ，ＺＨＯＵ Ｈａｉ，ＣＨＥＮ Ｘｉ－ｆｕ
（Ｙａｎｃｈｅｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ ２２４０５ １，Ｃｈｉｎａ） ０ ＞０＜＞（＞０＜＞０《 ＜＞０ ＞（＞（＞（ ０《＞Ｃ （＞０＜＞＜＞ｃ ０＜＞０《 ０＜＞ｃ ）０《 ：《 ０００ｃ《 ０（＞０＜＞０≮ ，（＞ｃ ）（ Ｃ ０＜）ｃ《＞ｃ《Ｈ０＜＞ＣＫ）＜＞０（ ０＜＞Ｃ ；Ｃ ）ｃ ０《＞Ｃ ０Ｃｘ）ｃ ０《 ０＜＞Ｃ ０＜＞０《＞ｃ《 ）０《 ｃ ０ｂｏｏＣ 【摘要】化学机械抛光（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ｃＭＰ）是当今唯一能够提供全局平面化的
技术，其抛光机理的研究是当前的热点。综述了考虑抛光液和抛光垫特性的抛光机理模型，分析了各模型
的相关特点，最后对ＣＭＰ模型的发展和研究方向提出展望。
关键词：化学机械抛光；平坦化；抛光率；抛光垫
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｃｈｅｍｉｃａｌ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ＣＭＰ）ｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｏｎｌｙ ａｂｌｅ
ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｏｐｕｌａｒ．Ａ
ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｓｏｍｅ ｍｏｄｅｌｓ ｇｉｖｅｎ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ
化学机械抛光（ＣＭＰ）技术的发展、应用及存在问题
雷红雒建斌马俊杰
（清华大学摩擦学国家蕈点实验室北京 １０００８４）
摘要：在亚微米半导体制造中，器件互连结构的平坦化正越来越广泛采用化学机械抛光（ＣＭＰ）技术，这几乎是 目前唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平妞化的工艺技术。本文综述了化学机械抛光的基本工作原理、发展状况
及存在问题。 关键词：ＣＭＰ设备研浆平面化技术
Ａｄｖａｎｃｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ０ｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ
Ｌｅｉ Ｈｏｎｇ Ｌｕｏ Ｊｉａｎｂｉｎ Ｍａ Ｊｕｎｊｉｅ
（１１１ｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｅｒｙ ｏｆ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ １００Ｏ８４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｅｎｆｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（ＣＭＰ）ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｗｉｄｅｌｙ ａｃｃｅｐｔｅｄ ｆｏｒ ｆｉｌｅ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｄｅｅｐ ｓｕｂｍｉｃｍｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ａｔ ｐｒｅ￣ｍｔ，ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍｄｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｋｎｏｗｎ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ０｝）ａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｗａｆｅｒｓ．３ｈｅ
ｐｒｏｇｒｅｓｓ＇ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ＣＭＰ ａｒｅ ｒｅ￣ｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＭＰ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｓｌｕｒｒｙ Ｐｌａｍｒｉｚａｔｉｏｎ
１ ＣＭＰ的发展、应用 随着半导体工业沿着摩尔定律的曲线急速下降，
驱使加工工艺向着更高的电流密度、更高的时钟频率
和更多的互联层转移。由于器件尺寸的缩小、光学光
刻设备焦深的减小，要求片子表面可接受的分辨率的
化学机械抛光技术及其应用
随着现代制造业的快速发展，要求物品表面的质量越来越高。化学机械抛光技术 (CMP)便应运而生，已经成为了当今制造业中必不可少的一种技术。本文将为您介绍CMP的原理、影响因素、制备流程、应用及未来发展趋势。
一、原理
CMP是一种通过采用化学物质和磨料相结合进行机械抛光的技术。CMP通常涉及到多步处理，其中含有化学反应的步骤是至关重要的。在了解CMP过程的原理之前，有几个基本概念需要先了解一下。
磨料和抛光垫是CMP操作中的两个重要组成部分。磨料是一种坚硬且可用作研磨介质的微粒，通常由石英、二氧化硅、氧化铝和氮化硅等材料制成。不同类型的磨料适用于不同类型的 CMP过程。抛光垫则是放置在抛光机内，用于支撑并带动涂层片材的承载面。
CMP过程中，抛光垫会与涂层片材接触，并受到一定的压力。同时，抛光垫上涂有一层抛光液体是由含有稳定剂、缓蚀剂、防泡剂、表面活性剂等重要组成部分的溶液混合而成。抛光液体的主要作用是将磨料中的氧化铝或氮化硅或二氧化硅等无机纳米颗粒溶解，产生各种络合离子，从而形成化学反应抛光液。
CMP液具有清除氧化物、甲醛和有机污染物、降低不良缺陷率、提高复杂性和增强电子器件表面平整度等特点。CMP过程中，抛光垫和磨料相互作用、摩擦产生的热量引发化学反应，这种反应会形成发生化学反应的物种。这些物种通常包括金属络合物、稳定剂、和表面活性剂。
二、影响因素
在执行CMP过程时，有几个参数可能对抛光结果产生很大的影响，如下所述。
1. 抛光压力
CMP操作过程中的抛光压力非常重要。试验结果表明，如果抛光压力过大，那么会对整个 CMP 操作造成负面影响，例如导致表面结构劣化。过低的压力也可能会导致不良缺陷和几何形状的不稳定性。
2. 磨料
选择合适的磨料是 CMP 操作成功的关键。不同类型的 CMP 操作通常涉及到不同类型的磨料。根据物理特性和机械特性，可选择不同磨料来完成CMP操作，例如石英、二氧化硅、氮化硅等。
