从粗抛到精抛，CMP抛光垫是怎么分工的？

CMP抛光垫有很多种，比如聚氨酯发泡类（环球LP系列）、无纺布类（杜邦SUBA系列）、阻尼布类（杜邦Politex系列）、微球类（杜邦IC1000系列）。

这么多种类的抛光垫，该如何选择呢？

我先简单的把抛光工艺分为粗抛、中抛、精抛三个过程，方便理解。（实际并非所有CMP工艺都严格采用三道独立工序。在实际应用中，抛光垫选择需要结合材料类型、抛光液、设备参数及工艺要求综合确定。）

先说说什么是粗抛。

粗抛，我的理解是效率优先，先把多余材料去掉。

可以把CMP抛光理解成给一块凹凸不平的表面做精密修整，如果表存在比较明显的高低差，第一步自然不是追求镜面效果，而是尽可能高效地去除多余材料，让整体表面趋于平整。这就是粗抛阶段的主要任务。

在这一阶段，抛光垫第一要义就是要具备极好的切削能力，保证足够的去除率。因此，粗抛工艺通常会选择具有一定硬度和刚性的抛光垫，以保证稳定的接触状态和较好的平坦化能力。

以半导体晶圆制造为例，在部分氧化物CMP、金属CMP以及其他需要较强平坦化能力的工艺中，硬质聚氨酯抛光垫是第一选择，业内比较经典的IC1000系列抛光垫，就属于具有代表性的硬质抛光垫产品。当然，硬质抛光垫也不是越硬越好，硬度过高、接触状态不合适，或者抛光液中存在较大的团聚颗粒，都可能增加划伤风险。所以，粗抛阶段真正追求的不是单纯提高硬度，而是在材料去除速率、平坦化能力和缺陷控制之间取得平衡。

简单来说，粗抛垫主要解决的是：如何稳定、高效地去除多余材料。

经过粗抛之后，工件表面的高低差已经得到一定程度的改善，但这并不意味着加工结束。粗抛虽然能够快速去除材料，却可能在表面留下微小划痕、局部不均匀以及其他表面缺陷。

如果直接进入最终精抛，后续工序可能需要花费更多时间来改善表面质量。因此，一些CMP工艺会设置中间抛光阶段，也就是我们通常所说的中抛。

这一阶段的任务，是进一步改善表面状态，同时控制材料去除量，为最终精抛创造条件。与粗抛相比，中抛对抛光垫的要求更加综合。

一方面，需要保持一定的材料去除能力，不能因为过度追求柔软而导致加工效率明显下降；另一方面，也需要改善晶圆表面的微观接触状态，降低局部应力集中和划伤风险。因此，中间阶段可能使用硬度、孔隙结构和表面纹理经过调整的抛光垫，也可能根据工艺需求继续使用硬垫，通过调整抛光液、压力、转速等参数完成加工。

这里需要特别说明一下并不是所有CMP工艺都存在独立的中抛工序，也不是所有工艺都必须更换抛光垫，具体采用几道抛光工序，取决于被抛材料、晶圆结构、工艺目标以及设备配置。例如，在一些氧化物CMP工艺中，可能通过多段抛光实现材料去除和表面质量控制；而在其他工艺中，也可能通过单一抛光阶段配合不同参数完成目标。

经过前面的加工，工件已经比较平整，但在纳米级加工要求下，表面仍然可能存在细微划痕、微小缺陷以及局部粗糙度问题。这些缺陷看起来很小，却可能影响后续薄膜沉积、光刻以及器件性能，这就需要精抛来解决。

精抛阶段更多的是关注表面粗糙度、缺陷数量、均匀性以及材料损伤。

在精抛工艺中，通常会使用相对柔软、具有较好顺应性的抛光垫。例如，Politex就是具有代表性的软质抛光垫产品，常用于晶圆表面精整和最终抛光等场景。

与硬质抛光垫相比，软质抛光垫能够更好地顺应表面微观形貌，有助于改善表面质量。但它也存在局限：由于自身变形能力较强，平坦化能力通常不如硬质抛光垫。如果用于需要强平坦化的工艺，可能出现局部材料去除不均匀等问题。因此，软垫并不是硬垫的简单升级，而是针对不同工艺目标设计的另一种解决方案。

一句话总结就是：粗抛重效率，中抛重平衡，精抛重质量。

以上是从不同抛光阶段对抛光垫的选择做简单介绍，下面将从不同抛光工件再做补充。

提起CMP抛光，大多数目光聚集在集成电路制造上，其实除了半导体，蓝宝石、碳化硅、玻璃、光学材料等领域，也存在不同形式的精密抛光需求。碳化硅碳化硅具有硬度高、化学性质稳定等特点，加工难度较大。

在碳化硅衬底制造过程中，需要经过研磨、减薄、抛光等多道工序。其中，CMP主要用于进一步改善表面平整度和粗糙度，降低表面损伤。

这对抛光垫提出了较高要求：既要能够保持稳定的接触状态，又要适应不同抛光液体系，控制划伤和表面缺陷。尤其是在精抛阶段，抛光垫的表面结构、硬度、弹性和孔隙分布，都会影响最终加工效果。

蓝宝石

蓝宝石具有硬度高、透光性好、化学稳定性强等特点，广泛应用于LED衬底、光学窗口以及部分消费电子领域。在蓝宝石加工过程中，通常需要经过切割、研磨和精密抛光等步骤。对于最终表面质量要求较高的应用，CMP能够帮助改善表面粗糙度和加工损伤。在这一领域，抛光垫不仅需要考虑材料去除效率，还需要关注表面划伤、平整度和加工一致性。

玻璃

在泛半导体行业中，玻璃也是一个重要应用方向。无论是显示面板玻璃、盖板玻璃，还是部分光学玻璃，都有不同程度的表面精密加工需求。尤其是在高端显示和光学制造领域，对玻璃表面平整度、粗糙度以及外观缺陷有着严格要求。在一些玻璃精密抛光工艺中，会使用聚氨酯发泡抛光垫、无纺布抛光垫等不同材料。例如，玻璃CMP可能采用氧化铈等磨料体系，结合抛光垫的表面结构，实现材料去除和表面质量改善。

通过上面的介绍，我们可以发现，CMP抛光垫的分工并不是简单地按照粗抛用硬垫、精抛用软垫来划分。

真正决定抛光垫性能的，是一整套材料和结构参数：硬度影响抛光垫的形变能力、接触压力分布和平坦化效果；抛光垫内部的孔隙以及表面微观结构，关系到抛光液的储存、输送和副产物排出；不同沟槽形状、深度和排列方式，会影响抛光液流动、排屑能力以及晶圆表面的接触状态。

此外，抛光垫的耐磨性、压缩率、回弹性能、表面粗糙度和批次一致性，同样非常重要。

本文参考资料（后台回复“参考资料2”获取）

1.《CMP Consumables》

2.《Polishing pad surface characterisation in chemical mechanical planarisation》

3. 《Overview of CMP Technology》

4. 《Precision and ultra-precision machining with elastic polishing tools: a review》

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