拋光墊在化學機械拋光過程中具有儲存和運輸拋光液、排除拋光過程產物、維持拋光所需的機械和化學環境等功能,拋光墊的性能對化學機械(xie)拋光過程產生(sheng)重要影響(xiang)。
拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)的(de)性(xing)能(neng)除(chu)了受環境溫度(du)等外(wai)界因素的(de)影響(xiang)外(wai),主(zhu)要取(qu)決于拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)的(de)硬度(du)、剛度(du)、壓(ya)縮比、密度(du)、厚度(du)、表(biao)面溝(gou)槽的(de)形(xing)狀、表(biao)面粗糙度(du)、孔隙率、吸收拋(pao)(pao)光(guang)液的(de)能(neng)力(li)等特(te)性(xing)。因此定量描述和評價拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)特(te)性(xing)對研究(jiu)拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)對化學(xue)機(ji)械(xie)過程(cheng)的(de)影響(xiang)規律、優(you)化和選擇合(he)理的(de)拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)等具有重要意義。
拋光墊的微觀結構的觀察
拋(pao)(pao)光墊(dian)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀(guan)結構如微(wei)(wei)孔(kong)、微(wei)(wei)纖維等的(de)(de)(de)尺度一般在幾(ji)個(ge)微(wei)(wei)米到幾(ji)十個(ge)微(wei)(wei)米之間,因此(ci)觀(guan)察(cha)(cha)拋(pao)(pao)光墊(dian)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀(guan)組織(zhi)結構必(bi)須要(yao)借(jie)助微(wei)(wei)觀(guan)檢(jian)測(ce)(ce)儀(yi)器。常(chang)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)儀(yi)器包括微(wei)(wei)觀(guan)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡和(he)掃描電子(zi)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡(SEM)。當(dang)拋(pao)(pao)光墊(dian)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)孔(kong)在50微(wei)(wei)米以(yi)上(shang)時(shi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)微(wei)(wei)觀(guan)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡對拋(pao)(pao)光墊(dian)進行觀(guan)察(cha)(cha),當(dang)拋(pao)(pao)光墊(dian)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)孔(kong)在50微(wei)(wei)米以(yi)下時(shi),使(shi)用(yong)(yong)(yong)掃描電子(zi)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡對拋(pao)(pao)光墊(dian)進行觀(guan)察(cha)(cha)。目前為(wei)了(le)更好的(de)(de)(de)觀(guan)測(ce)(ce)拋(pao)(pao)光墊(dian)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀(guan)結構,也常(chang)常(chang)采用(yong)(yong)(yong)共聚焦顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡進行觀(guan)測(ce)(ce)。
拋光墊表面粗糙度的檢測
在(zai)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)過(guo)程中拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)粗(cu)(cu)糙度(du)(du)越大拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)與工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)面(mian)積越小(xiao) 因(yin)此作用(yong)(yong)于(yu)單顆磨(mo)粒的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)力(li)變大,對工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)機械作用(yong)(yong)增(zeng)強; 另外拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)越粗(cu)(cu)糙存(cun)儲拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)液的(de)(de)(de)(de)(de)能力(li)越強,有(you)利于(yu)為工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)與拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)液的(de)(de)(de)(de)(de)化學(xue)反(fan)應(ying)提供有(you)利條件(jian)(jian)(jian),因(yin)此拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)粗(cu)(cu)糙度(du)(du)對工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)材料去除率有(you)著(zhu)直接的(de)(de)(de)(de)(de)影響,粗(cu)(cu)糙的(de)(de)(de)(de)(de)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)表面(mian)有(you)利于(yu)提高拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)效(xiao)率。優(you)化拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)粗(cu)(cu)糙度(du)(du)可以在(zai)提高拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)效(xiao)率的(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi)獲得(de)無(wu)損(sun)傷(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)表面(mian)。根據拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)微觀(guan)結構特點和粗(cu)(cu)糙度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)尺度(du)(du),在(zai)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)(dian)表面(mian)粗(cu)(cu)糙度(du)(du)檢測中一(yi)般采用(yong)(yong)粗(cu)(cu)糙度(du)(du)輪廓儀(yi)。
拋光墊表面溝槽尺寸的檢測
在拋光墊的表面開設溝槽有利于提高存儲和運輸拋光液的能力,使磨粒在加工區域內的分布更加均勻,有利于提高材料去除率和降低工件表面的非均勻性。拋光墊表面的溝槽形的形狀、分布形式、溝槽尺寸等對拋光液和磨粒的流動、分布等產生很大影響。考慮到溝槽尺寸較小,一般采用微觀顯微鏡檢測,為了獲取更好的檢測精度,也可以使用線激光輪廓儀進行檢測。
拋光墊孔隙率的檢測
拋光墊的孔隙率越大,儲存、運輸拋光液和排除加工產物的能力就越強,工作區域內的拋光液分布越均勻,有利于提高加工效率。但如果孔隙率過大,拋光墊就容易變形,拋光時對表面材料去除的選擇性不高,影響影響平坦化效果。根據聚氨酯拋光墊表面微孔的尺度和表面形貌特點選擇不同的檢測方法。目前常用的檢測手段有壓汞法、顯微鏡觀察法、液體滲透法等。其中壓汞法使利用汞在高壓下的滲透性,將汞壓入材料內部孔隙中,通過測量汞的體積變化,可以計算出孔隙率。這種方法適用于大孔和中大孔的檢測。顯微鏡觀察法通過直接觀察材料的微觀結構,利用微觀顯微鏡的標尺功能檢測每個孔的孔徑,并用肉眼統計孔的數量,直接計算出孔隙率。液體滲透法是將液體注入材料內部,通過測量液體的滲透深度或體積變化,可以計算出孔隙率。
拋光墊密度的檢測
拋光墊的密度和孔隙率相關,一般密度越大孔隙率越小,密度越小孔隙率越大。最常用最簡單的測量密度的方法為稱重法,即測量其尺寸(長、寬、高、直徑、厚度),算出體積,用精密天平稱量其質量,可以直接算出材料的密度。也可以用壓汞法和飽和水法測量密度,但是材料本身會遭到破壞。
拋光墊硬度的檢測
在CMP拋光過程中使用的拋光墊的材質不同,導致拋光墊的硬度不同,軟質的拋光墊采用邵氏硬度計C型儀器進行測量;硬質的拋光墊使用采用邵氏硬度計A 型儀器進行測量時,但當測量值大于90時,采用邵氏硬度計D 型儀器進行測量。具體測試方法參考:JIS K7311-1995。
拋光墊壓縮比和回復率的檢測方法
拋光墊的可壓縮性決定拋光過程拋光墊與工件表面的貼合程度,從而影響材料去除率和表面平坦化程度。
壓縮(suo)比(%) =l00×(原(yuan)始厚度(du)H1-壓縮(suo)后的(de)厚度(du)H2 )/原(yuan)始厚度(du)Hl
回復率(%)=100×(回彈后厚度(du)H3/原(yuan)始(shi)厚度(du)H1)
根(gen)據(ju)以(yi)上公式,可以(yi)設計不同方法測試(shi)壓(ya)縮比(bi)和回復率。
拋光墊涵養量的測量
拋光墊的涵養量是指拋光墊吸收拋光液的能力,它直接影響拋光墊儲存和傳輸拋光液的性能。拋光墊的涵養量可以用拋光液的吸收率來表示,所謂吸收率是指單位體積拋光墊吸收拋光液的質量。可以將拋光墊浸泡在拋光液中,測量前后的質量變化測量涵養量。測量拋光墊樣件的質量MP 和體積V之后,將該樣件放入盛有拋光液的培養皿中,測量培養皿的整體質量M0 ;浸泡60分鐘后,取出浸有拋光液的拋光墊,再測量該培養皿的質量(剩余拋光液和培養皿的質量) M T ,則可用下面的公式計算涵養量M S=(M0-MT-MP)/V。