什么是化学机械抛光？材料有哪些？

1.什么是化学机械抛光

化学机械抛光即CMP，是指在化学与机械共同作用下，在一定磨具压力和抛光浆料环境下，抛光浆料中的腐蚀物质在工件表面发生作用，形成一层软化层。其通过磨粒—工件—加工环境之间的机械、化学作用，实现工件材料的微量去除，获得超光滑、少/无损伤的加工表面，加工轨迹呈现多方向性，有利于加工表面的均匀一致性，加工过程遵循进化原则，无需精度很高的加工设备。

2.化学机械抛光的核心材料

在CMP材料细分占比当中，抛光液和抛光垫是最核心的材料，其他抛光材料还包括抛光头、研磨盘、检测设备、清洗设备等。

(1)抛光液：抛光液是影响化学机械抛光质量和抛光效率的关键因素，一般通过测定材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)的方法来评价抛光液性能优良程度。其组分一般包括磨料、氧化剂和其它添加剂，通常根据被抛光材料的物理化学性质及对抛光性能的要求，来选择所需的成分配置抛光液。

1)磨料：是抛光液最主要的组成部分，在抛光过程中通过微切削、微擦划、滚压等方式作用于被加工材料表面，达到机械去除材料的作用。

混合磨料抛光液：随着研究的深入，单一磨料已无法满足使用需求，研究人员开始尝试将不同粒径、不同形貌的一种或多种粒子组合到一起使用。复合磨料抛光液：除了混合磨料外，目前也有各种新兴的材料制备方法被用来制备复合磨料，常用的方法有纳米粒子包覆和掺杂等。

2)氧化剂：氧化剂的作用是将被抛光工件表面的材料氧化，生成一层质地较软且与基底结合力较弱的氧化膜，然后通过磨粒的机械去除作用将氧化膜层去除，以达到抛光的目的。氧化剂的种类决定了氧化膜生成的速率及氧化膜去除的难易程度，对抛光速率以及抛光效果有显著的影响。

3)其他添加剂：抛光液中磨粒、氧化剂和去离子水的含量一般占整个抛光液质量的99%以上，虽然添加剂含量较少，但是能显著的改善抛光液的性能。常用的添加剂包括络合剂(螯合剂)、缓蚀剂、pH调节剂和表面活性剂。

(2)抛光垫：抛光垫根据材料可以分为硬质和软质两类，硬质抛光垫可以较好的保证工件表面的平面度，软质抛光垫可以获得表面损伤层薄和表面粗糙度低的抛光表面。常用的硬质抛光垫有粗布垫、纤维织物垫、聚乙烯垫等，软质抛光垫有聚氨酯垫、细毛毡垫、绒毛布垫等。

在化学机械抛光过程中，抛光垫的作用主要有：

1)存储抛光液及输送抛光液至抛光区域，使抛光持续均匀的进行;2)传递材料，去除所需的机械载荷;3)将抛光过程中产生的副产物(氧化产物、抛光碎屑等)带出抛光区域;4)形成一定厚度的抛光液层，提供抛光过程中化学反应和机械去除发生的场所。

延伸阅读

3.化学机械抛光设备的应用

CMP设备在集成电路产业链中应用广泛。从产业上下游关系来看，集成电路制造产业链可分为硅片制造、集成电路设计、集成电路制造、封装测试等四大领域，除集成电路设计领域外，其他领域均有CMP设备应用场景。在硅片制造领域，半导体抛光片在完成拉晶、硅锭加工、切片成型环节后，为最终得到平整洁净的抛光片需要通过CMP设备及工艺来实现。在集成电路制造领域，芯片制造过程按照技术分工主要可分为薄膜淀积、CMP、光刻、刻蚀、离子注入等工艺环节，各工艺环节实施过程中均需要依靠特定类型的半导体专用设备。在先进封装领域，CMP工艺越来越多被引入并大量使用，其中硅通孔(TSV)技术、扇出(Fan-Out)技术、2.5D转接板(interposer)、3DIC等将用到大量CMP工艺。

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