1 研磨、拋光液

在研磨拋光工藝中包含四個(gè)基本要素即工件、研磨液、研磨拋光盤和研磨條件。金剛石研磨液是隨著我國電子工業(yè)的發(fā)展而迅速得到發(fā)展的一種液體拋光材料。主要在自動(dòng)研磨、拋光機(jī)上用其加工陶瓷材料、硅片、硬質(zhì)合金等。

液體金剛石研磨/拋光液基本有三種形式：水基、油基和乳化液。水溶性金剛石研磨液由于具有易清理、不易污染、使用方便的特性，所以在自動(dòng)研磨/拋光機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。

水溶性金剛石研磨液使用的金剛石微粉有兩種：多晶和單晶金剛石微粉。金剛石粒度為0.25～40μm，常用規(guī)格為1～6μm。所添加金剛石微粉粒度不同，有不同規(guī)格的金剛石研磨液。根據(jù)所使用金剛石微粉粒度的大小，研磨液分別承擔(dān)著研磨或拋光的作用。

金剛石研磨液的使用屬于研磨、拋光加工工藝范疇。研磨、拋光加工是采用游離磨料對(duì)被加工表面產(chǎn)生微細(xì)去除作用以達(dá)到加工效果的一種精加工方法。從材料的去除機(jī)理來看，研磨加工介于脆性材料破壞和彈性去除之間的一種方法，而拋光加工基本上是在材料的彈性去除范圍之內(nèi)進(jìn)行。

2 拋光墊

拋光墊作為CMP系統(tǒng)中的主要組成部分，起著貯存拋光液并把它們運(yùn)送到工件的整個(gè)加工區(qū)域、維持拋光所需的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境、傳遞材料去除所需的機(jī)械載荷等作用。在研磨拋光過程中，加工工藝參數(shù)和拋光墊結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)研磨拋光后工件的質(zhì)量以及去除速率有著重要影響。

目前拋光墊的研究主要集中在物理性能和加工工藝方面，對(duì)其動(dòng)態(tài)磨損性能與加工精度關(guān)系的研究較為缺失。根據(jù)相關(guān)研究可知，拋光沿徑向上的磨損不是均勻分布的，而研磨拋光過程中的“復(fù)制效應(yīng)”則將拋光墊的磨損的不均勻性反映到工件表面材料的去除不均勻性，影響工件表面的加工精度。

3 金剛石間距

金剛石間距影響表面切削率與碎屑形狀修整率(圖6)。金剛石間距減小，切削率提高，修整率降低，反之亦然。要想得到佳的金剛石間距，應(yīng)同時(shí)考慮正反兩方面的影響，否則，就會(huì)影響到修整性能和晶片拋磨率。

　　如果不對(duì)金剛石間距進(jìn)行控制，有的地方金剛石顆粒會(huì)過多，而有的地方又過少。前者不利于切入修整，后者會(huì)導(dǎo)致局部修整不到而打滑(圖7)。傳統(tǒng)修整器有三分之二的金剛石顆粒位置不合理。多余并起反作用，容易堵塞拋光液和碎屑的通道，增加劃傷晶片的可能性。

4 金剛石平齊度

控制金剛石間距，即可優(yōu)化修整面積和深度。參與修整的金剛石數(shù)目是其平齊度來決定的。如果金剛石不平齊，只有部分出露高的金剛石顆粒工作，修整時(shí)會(huì)形成寬而深的溝槽，拋磨晶片時(shí)作用不均勻，劃傷晶片多。

出露高的晶粒在負(fù)荷工作時(shí)容易碎裂而劃傷工件，即使不碎，也會(huì)很快變成非常鈍的晶粒(鈍化面邊長>70μm)，失去修整作用，妨礙其它晶粒的修整，導(dǎo)致晶片拋磨率迅速降低，修整器失效。

5 金剛石柵

由于傳統(tǒng)的金剛石修整器不能實(shí)時(shí)修整，須過量修整磨盤才能保證在不修整時(shí)進(jìn)行拋光，因此拋光率是連續(xù)下降的。金剛石柵可以在磨盤工作的同時(shí)對(duì)其實(shí)施修整，不必過量修整，不僅提高了拋光率，而且由于金剛石柵可保證磨盤平。

金剛石柵容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，修整器的重要特性，如金剛石間距、出露及平整度都可以定量分析。這些參數(shù)都和CMP過程的拋光率及其它技術(shù)參量相關(guān)，從而進(jìn)一步優(yōu)化修整器和CMP過程。下表展示的是金剛石柵的使用優(yōu)點(diǎn)。

6 材料去除的非均勻性

隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，硅片尺寸不斷增大，其面型精度要求也越來越高，影響硅片面型精度的主要因素是硅片表面材料去除的非均勻性。因?yàn)椴牧先コ蔷鶆蛐缘拇笮?，關(guān)系到多層布線質(zhì)量的好壞。在大規(guī)模集成電路(ULSI)制造中，化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(Chemical Mechanical Polishing，CMP)已成為半導(dǎo)體加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)硅片全局平面化的實(shí)用技術(shù)和核心技術(shù)。硅片表面材料去除非均勻性有三種表示方法：一是硅片內(nèi)材料去除非均勻性(With-In-Wafer Nonuniformity，WIWNU)，二是芯片內(nèi)材料去除非均勻性(With-In-DieNonuniformity，WIDNU)，三是片間材料去除非均勻性(Wafer To Wafer Nonuniformity，WTWNU)。蘇建修等對(duì)片內(nèi)材料去除非均勻性進(jìn)行了研究。

所得到的結(jié)論是：硅片CMP時(shí)，表面材料去除非均勻性的大小與拋光盤與拋光頭的轉(zhuǎn)速比有著密切的關(guān)系。即在轉(zhuǎn)速比大于等于1時(shí)，片內(nèi)材料去除非均勻性較小。因此，在選擇拋光機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量使拋光頭與拋光盤的轉(zhuǎn)速相同，且轉(zhuǎn)速選擇大于等于1，但由于拋光盤的尺寸及重量遠(yuǎn)大于拋光頭的尺寸，實(shí)際的硅片CMP操作時(shí)不采用拋光盤的轉(zhuǎn)速大于拋光頭的轉(zhuǎn)速，尤其是大直徑硅片拋光機(jī)更是如此。

目前，在硅片CMP材料去除非均勻性的研究還有如：

Hocheng等人通過對(duì)硅片表面相對(duì)速度及其影響參數(shù)的分析，建立了以硅片與拋光墊相對(duì)速度為依據(jù)的材料去除非均勻性預(yù)測模型，并研究了單頭拋光機(jī)運(yùn)動(dòng)變量對(duì)硅片CMP材料去除非均勻性的影響。

Tso等人通過對(duì)雙面拋光機(jī)拋光頭與拋光盤的運(yùn)動(dòng)關(guān)系研究，分析了磨粒在硬盤基片上劃痕分布非均勻性及其影響因素。

Luo也認(rèn)為硅片表面上的速度分布非均勻性導(dǎo)致了硅片表面材料去除非均勻性。

V.H.Nguyen等人也從硅片表面上的相對(duì)速度分布方面研究了材料去除率的非均勻性。

7 固結(jié)磨料加工的綠色特性

研磨拋光加工大都采用氮化鈰或二氧化硅磨料，為非環(huán)境友好物質(zhì)，不利于國家與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，固結(jié)磨料新磨(拋光)墊的使用，大大減輕了拋光廢液的處理成本及其對(duì)環(huán)境帶來的壓力，是一種綠色環(huán)保的加工技術(shù)，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保要求。

在半導(dǎo)體研磨加工過程中，需要在保證拋光階段所需加工余量及要求的表面質(zhì)量的同時(shí)盡可能快的去除材料，因此材料去除率MRR是研磨階段評(píng)價(jià)拋光墊的重要指標(biāo)。從圖9中可以看出，固結(jié)磨料拋光墊(FAP)可以獲得比傳統(tǒng)游離磨料加工更高的MRR(約20倍～30倍)。這是因?yàn)樵贔AP中破基體把持著的金剛石較游離磨料加工中滾動(dòng)磨削的金剛石產(chǎn)生更大的犁削力，更易去除材料。

在研磨用FAP中所添加的磨料和游離磨料拋光光墊加工所用研磨液中的磨粒均為金剛石，其粒度范圍為10～14μm。

采用親水性固結(jié)磨料研磨墊后，磨料使用量可節(jié)約95%左右，每臺(tái)研磨機(jī)一年可節(jié)約近萬元的磨料開支;固結(jié)磨料研磨墊的使用，隔離了鑄鐵盤與磨料之間的接觸，可減少每年一萬元左右的耗材開支;另外，游離磨料加工時(shí)，研磨廢液無法回收，須經(jīng)處理后排放。采用固結(jié)磨料研磨，由于研磨液中不含磨料，可以從廢液中回收硅，不僅可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還可減少對(duì)環(huán)境的污染。

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