揭秘 CMP 核心技术：薄膜传感器如何破解抛光压力分布难题？—— 来自高校联合研究的突破性发现

常州天策电子 20250529

化学机械抛光压力分布检测

平面光学元件在国防工业、航空航天、集成电路、惯性约束核聚变等高科技领域都有着广泛的应用。在整个制造工艺路线中，化学机械抛光（CMP）是影响元件加工效率和精度的最关键工序之一。

研究背景

平面光学元件在国防工业、航空航天、集成电路、惯性约束核聚变等高科技领域都有着广泛的应用。近年来，不断增长的元件数量和精度的需求给相关制造业提出了更高的要求。在整个制造工艺路线中，化学机械抛光（CMP）是影响元件加工效率和精度的最关键工序之一，其耗时占比 80%~90%。为了研究如何提高加工效率和精度将对CMP去除机理展开研究。

因此，湖北工业大学与大连交通大学在《激光雨光电子学进展》期刊上共同发表了一篇题为《基于薄膜传感器的化学机械抛光面压力分布检测装置研制及应用》的论文。接下来，让我们借助这篇论文，一同深度剖析问题。

传感专家

实验设计

1. 应变式检测方案

设计：采用辐射式贴片方法，在抛光盘开槽布置应变片引线。

不足：需较大载荷才能测出压力变化，采集点少，集成度差，不适合该场景压力测量。

2. 薄膜压力传感器检测方案

设计：选用 4×4 阵列式薄膜压力传感器组合排布，粘贴于抛光垫与抛光盘之间，采集系统包括传感器阵列、通道选择模块等，通过无线传输数据。

优势：结构简单、集成度高、抗干扰能力强，能布置更多采集点，有效检测压力分布。

3. 装置标定：使用推拉力计标定，结果表明电压值与压力非线相关，压力数值为 0~4096 间相对值，反映压力分布差异。

实验设备

传感专家

结果与讨论

1. 有限元仿真

模型参数：工件为 K9 玻璃，抛光垫为聚氨酯，抛光盘为铝合金基板，施加均匀载荷 0.1MPa。

结果：接触应力在元件边缘处激增，存在 “边缘效应”，圆心接触应力 0.011MPa，边界处达 0.025MPa。

2. 实验验证

（1）静态实验：压力分布呈 “中心小、四周大”，与仿真一致，载荷增大，压力区域渐连续。

（2）动态研磨实验

平台搭建：使用电镀金刚石砂轮作为工件，沿径向不同同心圆路线测量抛光垫面形。

关键数据：

研磨时间	抛光垫面形标准差（mm）	压力标准差下降幅度
初始	0.2079	-
30min	0.194	第一阶段下降 8.2%
60min	0.1839	第二阶段下降 0.2%

结论：随着研磨时间增加，抛光垫面逐渐平整，压力分布渐均匀，材料去除效率降低并接近极限。

研究结论

1. 模型结论：接触压力与实际接触深度密切相关，抛光盘跳动误差影响压力分布和材料去除率。

2. 装置适用性：薄膜压阻式传感器灵敏度高、覆盖面积广，适合接触面压力测量，电阻应变片不适用。

3. 效应验证：仿真与实验均证明 “边缘效应” 存在，实际接触状态使边界压力分布不均匀。

4. 装置有效性：该装置能有效检测抛光过程中的压力分布及实时变化，为后续研究提供帮助。

关于常州天策（案例分享）

测试项目

随着芯片尺寸的持续缩减以及晶圆直径的不断扩展，贴合多块晶圆所面临的挑战日益加剧。为确保晶圆贴合的精准性，晶圆表面必须达到极高的平整度、光滑度及清洁标准。某客户为了验证其晶圆放置设备在点胶过程中的平行度是否达标，以符合晶圆点胶贴合的严苛要求，决定采用我司的压力分布测量设备来检测设备的平行度以及压力分布情况。

测试环境

※采集设备：DPM02

※传感器型号：CN3030

※感测面积：300mm*307mm

※测试量程：10PSI

传感专家 测量结果