CMP拋光墊里的微孔是怎么來(lái)的？

剛進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的時(shí)候，主管技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)問(wèn)了我一個(gè)問(wèn)題：拋光墊里面要形成微孔，有哪些方法？當(dāng)時(shí)還是個(gè)小白，啥也不知道。現(xiàn)在，已經(jīng)在這個(gè)行業(yè)干了6年了，借助這個(gè)平臺(tái)，回答一下當(dāng)初的問(wèn)題。

先從 CMP 為什么需要微孔說(shuō)起。

在 拋光時(shí)，拋光液會(huì)不斷流到 待拋工件 和拋光墊之間 ， 如果拋光墊是一塊完全致密的聚氨酯材料，表面沒(méi)有足夠的微孔結(jié)構(gòu)，那么拋光液的儲(chǔ)存和更新能力就會(huì)受到影響。這些微孔可以理解成拋光液的臨時(shí)倉(cāng)庫(kù) ， 拋光液進(jìn)入孔洞，隨著拋光過(guò)程不斷被帶到 待拋工件 表面，再不斷補(bǔ)充新的漿料。

所以可以把拋光墊理解成一個(gè)系統(tǒng)：大溝槽負(fù)責(zé)輸送，微孔負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和分配。這也是為什么 CMP 拋光墊表面的溝槽設(shè)計(jì)和內(nèi)部微孔設(shè)計(jì)往往要結(jié)合起來(lái)考慮。

那么在拋光墊的制造過(guò)程中怎么把孔做進(jìn)去？

第一種方法：發(fā)泡

最容易理解的方法，就是發(fā)泡。大家應(yīng)該都見(jiàn)過(guò)海綿，海綿海綿里面也有很多孔，CMP拋光墊的發(fā)泡思路和海綿類似。在聚氨酯原料反應(yīng)和成型過(guò)程中，通過(guò)物理或者化學(xué)方式形成氣泡。這些氣泡被聚氨酯包裹起來(lái)，隨后，聚氨酯逐漸固化，氣泡的形狀就被凍結(jié)在材料里面。最后得到的就是：聚氨酯骨架+大量微型泡孔。

當(dāng)然，CMP拋光墊和普通海綿完全不是一回事。普通海綿只需要考慮柔軟、彈性和吸水性。CMP拋光墊卻要考慮：孔徑是多少？孔隙率是多少？孔分布是否均勻？孔是否連通？聚氨酯硬度是多少？壓縮率是多少？回復(fù)率是多少？磨損速度是多少？這些參數(shù)全部會(huì)影響最終的拋光性能。

怎么控制氣泡，這才是發(fā)泡工藝真正難的地方。發(fā)泡過(guò)程不是簡(jiǎn)單地生成氣泡就完事了，而是要控制氣泡的整個(gè)生命周期。首先是成核，也就是生成大量微小氣泡；然后是生長(zhǎng)，氣泡會(huì)不斷吸收氣體，體積逐漸擴(kuò)大；接下來(lái)是穩(wěn)定和固化，氣泡不能繼續(xù)無(wú)限膨脹，最終，一個(gè)個(gè)氣泡被固定下來(lái)。

這里面有一個(gè)非常矛盾的問(wèn)題：氣泡太少，孔隙率不夠；氣泡太多，又可能導(dǎo)致材料機(jī)械強(qiáng)度下降；氣泡長(zhǎng)得太大，孔徑失控；氣泡太小，又可能影響拋光液輸運(yùn)。因此，CMP拋光墊控制氣泡其實(shí)沒(méi)有那么容易，所以這種方法制成的拋光墊只能用在較低端的光電行業(yè)、3C行業(yè)等泛半導(dǎo)體領(lǐng)域。

第二種方法：微球

除了直接發(fā)泡，還有一種更加精細(xì)的辦法。那就是：直接往聚氨酯里面加入微球。可以把它想象成往水泥里面混一些乒乓球，等水泥凝固了乒乓球就是一個(gè)個(gè)孔。

但是和乒乓球不同的是，這些微球通常具有聚合物殼層，內(nèi)部包含能夠在特定條件下膨脹的物質(zhì)。制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)加熱等處理后，微球膨脹，等聚氨酯固化以后，就留下了一個(gè)個(gè)微型空腔。

這種方法最大的優(yōu)勢(shì)就是：孔徑可以通過(guò)微球的粒徑和膨脹行為進(jìn)行控制，想要多大的孔徑就加對(duì)應(yīng)的微球就行。而且，這種方法制成的拋光墊，孔徑非常均勻，這對(duì)于CMP很重要，因?yàn)槿绻恳粋€(gè)微孔尺寸都差別很大，那么整個(gè)拋光墊的局部機(jī)械和流體行為就可能出現(xiàn)差異。這種拋光墊，就可以用于半導(dǎo)體的拋光。

第三種方法：相轉(zhuǎn)化

想轉(zhuǎn)化不是給拋光墊打孔，而是讓聚氨酯自己分家，一部分變成骨架，一部分離開(kāi)，留下來(lái)的空位就是微孔。簡(jiǎn)單理解，就是：原本均勻的聚氨酯溶液（PU樹(shù)脂＋溶劑），在溶劑（DMF）和非溶劑（水）發(fā)生交換后，把相分離形成的結(jié)構(gòu)凍結(jié)下來(lái)，留下大量微孔。

這個(gè)過(guò)程是這樣的：PU樹(shù)脂本身是固體，要做成可涂刷的漿料，需要用DMF溶劑把PU化開(kāi)，變成粘稠液體，就像糖溶于水里一樣。把漿料涂布，然后泡進(jìn)水槽里面，就會(huì)發(fā)生雙向擴(kuò)散：DMF拼命跑到水里，水跑進(jìn)漿料內(nèi)部。DMF被水不斷帶走之后，PU沒(méi)有就從溶液里析出，抱團(tuán)固化，形成固體PU骨架。原來(lái)DMF占的位置被水占住，等后面水洗烘干，水跑掉，就留下密密麻麻互相連通的微小孔洞。這就好像凍豆腐，豆腐里的水結(jié)冰，把蛋白撐開(kāi)孔洞；解凍后水流出，就會(huì)留下孔。

因此，相轉(zhuǎn)化成孔并不是把一個(gè)孔造出來(lái)，而是：先發(fā)生相分離，再把其中一相去除，最終留下孔隙。這也是為什么相轉(zhuǎn)化工藝能夠形成大量微米級(jí)甚至更細(xì)尺度的微孔結(jié)構(gòu)，無(wú)紡布拋光墊和阻尼布拋光墊就是這種方法生產(chǎn)的。

這種方法我怎么寫(xiě)總感覺(jué)寫(xiě)不清楚，不像前兩種那么通俗易懂，有沒(méi)有大佬有更通俗的說(shuō)法，歡迎交流。

除了這些，還有其他方法嗎？

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