抛光液pH值、温度和浓度对蓝宝石抛光效率的影响

目的研究抛光液pH值、温度和浓度对化学机械抛光蓝宝石去除率的影响,以提高抛光效率。方法采用CP4单面抛光试验机对直径为50.8 mm C向蓝宝石晶元进行化学机械抛光,通过电子分析天平对蓝宝石抛光过程中的材料去除率进行了分析,采用原子力显微镜(AFM)对蓝宝石晶元抛光前后的表面形貌和粗糙度(Ra)进行了评价。结果蓝宝石在化学机械抛光过程中的材料去除率均随抛光液pH值和温度的升高呈先增大后减小趋势。当抛光原液与去离子水按1:1的体积比混合配制抛光液,KOH调节pH值为12.2,水浴加热抛光液35℃时,蓝宝石抛光的材料去除率(MRR)达到1.119μm/h,Ra为0.101 nm。结论随着pH的增大,化学作用逐渐增强,而机械作用逐渐减弱,在pH为12.2的时候能达到平衡点,此时的MRR最佳;随着温度的升高,化学作用逐渐增强,而机械作用保持不变,抛光液温度为35~40℃时,化学作用与机械作用达到平衡,MRR最佳,当温度高于40℃后,抛光液浓度明显增大,而过高的浓度会导致MRR的减小。抛光液的相关性能优化后,化学机械抛光蓝宝石的MRR较优化前提高了71.4%。     

磨粒和抛光垫特性对蓝宝石超声化学机械抛光的影响

抛光磨粒和抛光垫对蓝宝石超声化学机械抛光起重要作用,为研究磨粒和抛光垫特性对蓝宝石材料抛光效率和质量的影响,利用自制超声弯曲振动辅助化学机械抛光装置,研究金刚石、氧化铝和二氧化硅3种不同磨粒,以及表面多孔且无沟槽的聚氨酯抛光垫、IC1000抛光垫、IC1000和SubaⅣ复合抛光垫对蓝宝石材料去除率及抛光后表面粗糙度的影响。由质量损失求得的去除率和原子力显微镜表面形貌测试结果表明：二氧化硅抛光液的去除率3.2 μm/h接近氧化铝抛光液去除率3.8 μm/h,远大于金刚石抛光液去除率0.3 μm/h,且其抛光后的蓝宝石表面光滑、无损伤;3种抛光垫抛光后的蓝宝石粗糙度接近,约0.10 nm,但聚氨酯抛光垫的去除率为3.2 μm/h,远大于IC1000抛光垫的去除率1.9 μm/h及复合垫的去除率1.6 μm/h。二氧化硅抛光液和聚氨酯抛光垫适宜蓝宝石超声化学机械抛光工艺,可获得高去除率和原子级光滑表面。     

CMP抛光半导体晶片中抛光液的研究

本文分析了化学机械抛光(CMP)半导体晶片过程中抛光液的重要作用,总结了抛光液的组成及其化学性能(氧化剂、磨料及pH值等)和物理性能(流速、粘性及温度)对抛光效果的影响规律,研究发现:酸性抛光液常用于抛光金属材料,pH最优值为4,碱性抛光液常用于抛光非金属材料,pH最优值为10～11.5;氧化剂能有效提高金属材料的抛光效率和表面平整度;磨料的种类、浓度及尺寸会影响抛光效果;分散剂有助于保持抛光液的稳定性;抛光初始阶段宜采用较低流速,然后逐渐提高;抛光液的粘性会影响晶片与抛光垫之间的接触模式、抛光液的均布、流动及加工表面的化学反应;抛光液温度的升高有助于提高抛光效率.最后本文指出了抛光液循环使用的重要意义及常用方法.     

单晶蓝宝石衬底晶片的化学机械抛光工艺研究

目的设计单晶蓝宝石衬底化学机械抛光的合理方案,探究主要抛光工艺参数对抛光衬底的表面质量和材料去除率的影响,并得到一组材料去除率高且表面质量满足要求的抛光工艺参数。方法借助原子力显微镜和精密天平分别对衬底表面形貌和材料去除率进行分析,采用单因素实验法探究了抛光粒子、抛光时间、抛光压力和抛光盘转速对蓝宝石衬底化学机械抛光的表面质量和材料去除率的影响,并设计合理的交互正交优化实验寻求一组较优的抛光工艺参数。结果在蓝宝石衬底化学机械精抛过程中,在抛光时间为0.5 h、抛光压力为45.09 k Pa、抛光盘转速为50 r/min、SiO_2抛光液粒子质量分数为15%、抛光液流量为60 m L/min的条件下,蓝宝石衬底材料的去除率达41.89 nm/min,表面粗糙度降低至0.342 nm,衬底表面台阶结构清晰,满足后续外延工序的要求。结论采用化学机械抛光技术和优化的工艺参数,可同时获得较高的材料去除率和高质量的蓝宝石衬底表面。     

化学机械抛光过程抛光液作用的研究进展

化学机械抛光(CMP)已成为公认的纳米级全局平坦化精密超精密加工技术。抛光液在CMP过程中发挥着重要作用。介绍了CMP过程中抛光液的作用的研究进展,综合归纳了抛光液中各组分的作用,为抛光液的研制和优化原则的制定提供了参考依据。     

纳米碳化硅抛光液的制备及其对蓝宝石晶片抛光性能的研究

制备了一种纳米SiC抛光液,用透射电镜观察其粒子形貌,通过纳米粒度仪研究了分散剂种类对悬浮液中SiC的粒径分布和Zeta电位的影响,并用制备的抛光液对蓝宝石晶片进行化学机械抛光。使用原子力显微镜观察蓝宝石晶片抛光后的表面形貌。结果表明:SiC磨料在以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂的悬浮液中分散效果最好;在相同试验条件下,采用质量分数1%的SiC抛光材料的去除速率最大,为24.0 nm/min,获得蓝宝石晶片表面质量较好,表面粗糙度R a为2.2 nm。     

化学机械抛光超薄SUS304不锈钢抛光液研究

柔性显示已成为下一代显示技术的研究热点,不锈钢材料是柔性大尺寸显示器衬底的主要材料之一。为优化不锈钢表面的超光滑无损伤加工,采用化学机械抛光（CMP）技术,通过正交试验,研究磨料粒度尺寸、分散剂、氧化剂、磨料质量、缓蚀剂用量等因素对抛光后材料去除率和表面粗糙度的影响。试验结果表明:磨料粒度尺寸对表面粗糙度的影响最大,其次为双氧水、丙三醇、草酸、磨料质量;影响材料去除率的因素排列是磨料粒度尺寸、磨料含量、丙三醇含量、草酸含量、双氧水含量。      

抛光液中磨料和化学成分对单晶MgO基片化学机械抛光的影响

采用扫描电子显微镜和高分辨粒径分析仪对不同抛光液中磨料形貌、平均粒径大小和粒径分布范围进行观测分析,研究了SiO2磨料特性及各种无机酸对单晶MgO基片抛光材料去除率和表面粗糙度的影响.试验结果表明,使用粒径分布较窄的球形磨料和磷酸反应剂配制成抛光液,可以得到较高的材料去除率和较低的基片表面粗糙度.通过对抛光参数的进一步优化,采用抛光压力42 kPa,抛光转数100 r/min和抛光液流量30 mL/min,对单晶MgO基片进行化学机械抛光加工,单晶MgO基片抛光材料去除率可达到400 nm/min,抛光后的基片表面粗糙度Ra降低至0.4 nm.该抛光工艺已具有一定的实用价值.     

用碱性抛光液化学机械抛光304不锈钢片研究

为提高化学机械抛光的加工效果,我们研究了pH值、氧化剂种类和氧化剂含量对材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明:不同氧化剂的抛光液在各自的最佳pH值时达到最大的材料去除率,分别为181 nm/min（H₂O₂抛光液,pH=9）,177 nm/min（Cr₂O₃抛光液,pH=11）,172 nm/min（Na₂Cr₂O₇抛光液,pH=11）和147 nm/min（NaClO抛光液,pH=13）;抛光液中氧化剂含量、pH值对抛光后不锈钢的表面粗糙度影响较小。其中,材料去除率较高的H₂O₂和Cr₂O₃可作为304不锈钢化学机械抛光碱性抛光液的氧化剂。      

新型钢抛光液中磨料的种类及其性能研究进展

磨料在抛光液中主要起机械作用,磨料的理化性质,如硬度、粒径、浓度等,是影响化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)性能的重要因素,对抛光效率有较大影响。针对我国抛光液对外依赖、需求量大,但精度等指标达不到市场要求等问题,同时由于磨料在抛光液的抛光性能中起着至关重要的作用,因此寻求效果更好的改性磨料或新型磨料材料,以促进化学机械抛光技术的发展势在必行。故此,归纳汇总近年来国内外研制出的新型钢抛光液,聚焦于抛光液磨料这一重要组分中不同物质的物化性质及其作用,对抛光性能(如材料去除率、表面粗糙度和光泽度等)的影响等,分类别阐述了不同物质的优劣势、复配协同作用以及在现有抛光液中的效果,为之后抛光液配方研究中磨料的选择提供参考。归纳总结发现,混合与复合磨料较单一磨料有较大的提升,稀土掺杂、核/壳结构等改进存在较大的研究价值,组分间的复配协同作用对抛光性能的提升有一定作用。最后,基于目前钢抛光液应用中存在的问题以及现有的具有前景的技术,对钢抛光液中磨料的发展进行了展望。     

化学机械抛光液的研究进展

化学机械抛光（CMP）技术是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段,化学机械抛光液是影响抛光质量和抛光效率的关键因素之一,而抛光液中的磨粒和氧化剂决定了抛光液的各项化学机械抛光性能。将抛光液磨粒分为单一磨粒、混合磨粒以及复合磨粒,综述了近年来国内外化学机械抛光液磨粒发展现状,其中重点分析和总结了SiO2、Al2O3、CeO2三种单一磨粒,SiO2/Al2O3、SiO2/SiO2、SiO2/CeO2混合磨粒,CeO2@SiO2、PS@CeO2、PS@SiO2、sSiO2@mSiO2、PMMA@CeO2、PS@mSiO2等核-壳结构复合磨粒,Co、Cu、Fe、Ce、La、Zn、Mg、Ti、Nd等离子掺杂复合磨粒的研究和应用现状,并针对目前存在的问题进行了详细的分析。针对目前化学机械抛光液不同材料氧化剂（高锰酸钾和过氧化氢）的选择和使用进行了分析总结。此外,介绍了一种新型绿色环保抛光液的研究和使用情况,同时对化学机械抛光液存在的共性问题进行了总结,最后展望了化学机械抛光液未来的研究方向。     

晶体取向对蓝宝石晶片抛光加工的影响研究

目的 对比分析不同晶向蓝宝石晶圆抛光结果,优化加工参数,探究晶体取向对抛光结果的影响规律.方法 选取A、C面蓝宝石晶片(50.8 mm)为研究对象,采用控制变量法,分别以加工载荷(9.87、14.81、19.75 kPa)和抛光盘转速(20、40、60、80 r/min)为变量,以表面粗糙度Ra和材料去除率MRR为评价指标,对两种晶体取向的蓝宝石晶片进行抛光加工试验,借助3D表面轮廓仪与扫描电子显微镜SEM,对加工前后蓝宝石晶片的表面形貌进行对比,并根据试验结果优化加工参数.结果 A、C面蓝宝石晶片的表面粗糙度与材料去除率,随时间均表现出先快速下降,然后逐渐变缓,最后趋于稳定的趋势.当选取转速60 r/min、载荷14.81 kPa的参数组合时,两种晶片获得目标最小粗糙度和最大材料去除率,最终得到A面Ra=24.874 nm,MRR=3.715 nm/min,C面Ra=2.763 nm,MRR=7.647 nm/min,C面材料去除率为A面的2.1～2.5倍.结论 蓝宝石晶体取向作用对材料加工结果存在显著影响,在相同的加工条件下,相较于A面蓝宝石,C面蓝宝石更容易获得纳米级的表面质量和更高的材料去除率,即C面更易加工.     

硒化锌晶体精细雾化抛光液及去除机理研究

目的配制适合硒化锌雾化施液化学机械抛光的最优抛光液。方法选取氧化铝磨粒、pH调节剂四甲基氢氧化铵、氧化剂过氧化氢、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮为主要活性成分,以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标,通过正交试验对硒化锌晶体进行精细雾化抛光,分析材料去除机理,并与传统抛光对比。结果氧化铝质量分数为9%、pH值为11、过氧化氢含量为3.5%、聚乙烯吡咯烷酮含量为0.75%时,材料去除率较高,为923.67 nm/min,同时表面粗糙度较小,为2.13 nm。在相同工况条件下,传统抛光材料的去除率和表面粗糙度分别为965.53 nm/min和2.27 nm。结论抛光液各组分对试验结果影响最大的为氧化铝磨粒,然后依次为氧化剂、pH值、表面活性剂。精细雾化抛光效果与传统抛光相近,但抛光液用量仅为后者的1/8。     

钴掺杂硅溶胶的制备及其在A向蓝宝石抛光中的应用

目的 提高A向蓝宝石抛光速率.方法 分别采用诱导法和种子法制备了非球形和球形钴掺杂硅溶胶,并应用于A向蓝宝石的化学机械抛光.采用扫描电子显微镜(SEM)、电感偶合等离子体发射光谱仪(ICP)和X射线光电子能谱(XPS)检测产物颗粒的粒径及其分布、形貌、元素组成及存在状态等,采用CP-4抛光机对抛光速率进行验证,并用原子力显微镜测试抛光后的材料表面粗糙度,根据抛光后产物的XPS测试结果对抛光过程中的化学反应进行分析.结果 与纯硅溶胶相比,非球形钴掺杂硅溶胶抛光速率提高了37％,且表面粗糙度相近,而球形钴掺杂硅溶胶抛光速率却无明显优势.XPS结果显示,目前没有证据表明Co元素参与了化学反应.结论非球形钴掺杂硅溶胶在A向蓝宝石抛光中起到了积极作用,归因于其形状优势而非Al2O3与Co之间的化学反应.     

超声磁力研磨加工参数对蓝宝石表面粗糙度的影响

目的提高蓝宝石研磨后的表面质量。方法采用超声研磨与磁力研磨相结合的工艺方法,对蓝宝石进行研磨加工。超声研磨采用恒流超声电源及等效阻抗控制进给方式,通过改变不同阻抗阈值获得不同的加工表面。磁力研磨采用永磁体及磁场旋转的运动方式,通过调节转速、更换磨粒大小获得不同的加工表面。以旋转磁场速度、磁性磨粒大小、阻抗阈值作为主要工艺参数,以表面粗糙度值R_p、R_v、R_z、R_a为评价指标,设计相应的工艺试验。结果采用超声磁力研磨加工方法,当旋转磁场转速为1200 r/min、磁性磨粒目数为120目、阻抗阈值为330?时,得到了蓝宝石加工表面粗糙度值分别为:R_p=1.992μm,R_v=1.313μm,R_z=3.305μm,R_a=0.055μm。结论采用超声磁力研磨工艺加工蓝宝石时,在旋转磁场转速及阻抗阈值一定的情况下,磁性磨粒大小对表面粗糙度值的影响较显著;在磁性磨粒大小一致的情况下,旋转磁场转速及阻抗阈值主要对表面粗糙度值Rp及Rv的影响较大。     

长余辉发光粒子与光催化剂在SiC晶圆化学机械抛光中的协同作用

目的 获得一种可改善单晶SiC晶圆化学机械抛光(CMP)效率的复合增效技术，实现单晶SiC晶圆高效率和低成本的加工要求，并对其增效机理进行深入研究。方法 通过抛光实验和原子力显微镜测试，探究长余辉发光粒子(LPPs)与不同光催化剂的协同作用对SiC–CMP的材料去除速率和表面粗糙度的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)、紫外–可见漫反射光谱仪(UV–vis)、光致发光光谱仪(PL)和X射线光电子能谱仪(XPS)等仪器的测试结果，研究LPPs与光催化剂的协同增效机理。结果 与传统CMP的条件相比，在光催化条件下采用LPPs(质量分数0.5%)+TiO2(质量分数0.5%)+ H2O2(质量分数1.5%)+Al2O3(质量分数2%)的抛光液时，SiC的材料去除速率(MRR)由294 nm/h提高到605 nm/h，同时获得的晶圆表面粗糙度(Ra)为0.477 nm。然而，采用含有LPPs和ZrO2的抛光液抛光SiC时，其材料去除速率和表面粗糙度都未得到明显改善。XPS测试结果表明，LPPs与光催化剂的协同作用增强了抛光液对SiC的氧化作用。UV–vis和PL测试结果显示，LPPs与不同光催化剂协同效果的差异主要与其光学性能有关。结论 在光催化条件下，LPPs和TiO2对单晶SiC–CMP具有协同增效的作用，然而LPPs和ZrO2没有展现出协同增效的作用，即LPPs与光催化剂的协同作用可以改善SiC–CMP的性能，但是光催化剂的选择需要考虑LPPs的发光特性。     

基于稳定pH值的硅衬底晶圆抛光液成分优化

目的 探究不同配比方案配制pH值相同的抛光液对抛光去除速率、抛光液寿命和表面粗糙度的影响,优化硅衬底晶圆抛光液,使其满足半导体产业的发展要求。方法 以二氧化硅水溶胶为磨料,通过设置有机碱、pH缓冲剂、pH稳定剂的不同配比来调节和稳定抛光液的初始pH值(11.0~12.0),在最佳工艺参数下循环使用抛光液对2英寸(1英寸≈2.54 cm)硅衬底晶圆进行抛光实验。研究不同配比下抛光液pH值、抛光去除速率随抛光液循环使用时间的变化情况。对比实验结果,分析各种成分在抛光过程中的作用,以及对抛光效果产生的影响,得出最佳配比方案,优化抛光液方案。结果 通过优化硅衬底晶圆的抛光液方案,使抛光去除速率达到0.804 μm/min,抛光液的寿命延长了约114.29%,抛光后硅衬底晶圆的表面粗糙度最低为0.156 nm。结论 得到了抛光液的最佳配比方案,有机碱的质量分数为1.0%,pH缓冲剂的质量分数为1.1%,并加入pH稳定剂调节pH,使其抛光去除速率、抛光液寿命、表面粗糙度都得到很大提升。     

弹性基体磨具的磨抛轨迹与表面加工质量研究

目的 解决以光学玻璃为代表的硬脆材料加工效率与表面质量难以同时得到保证的共性问题。方法 以弹性基体工具磨削抛光技术为基础,分析弹性接触区域内有效工作磨粒的运动行为。基于Preston方程材料去除模型,研究磨抛过程中磨抛接触区域的接触面积、速度分布、多颗磨粒的运动轨迹。基于运动学模型,探究磨抛过程中磨具的运动学参数、磨粒浓度及排布特征等因素对磨粒磨抛轨迹的影响,采用磨具与工件接触区域磨粒运动轨迹相对面积占比和变异系数表征磨粒运动轨迹分布的均匀性,并建立基于轨迹均匀性的加工表面质量评价方法,优化工艺参数。以石英玻璃为加工对象,以硅橡胶中混入金刚石磨粒为基体,通过正交实验研究不同参数对工件表面质量的影响。结果 仿真结果表明,选取自转速度为300 r/min、进给速度为1 mm/s、磨抛进动角为15°,磨粒浓度及排布采用1 mm磨粒理论间距,此时获得的最大磨粒运动轨迹相对面积占比为96.46%,最小变异系数为0.375。通过实验,得到了选取磨抛工艺参数中的最佳参数组合,自转速度为1 200 r/min,进给速度为1 mm/s,磨抛进动角为15°~20°,磨粒浓度及排布采用磨粒间距1 mm,该组合可将工件的表面粗糙度由1.078 μm降至0.057 μm,材料去除率为3.8×10⁸ μm³/min。结论 磨粒运动轨迹的密集程度与自转速度、磨粒浓度及排布呈正相关,与进给速度呈负相关,在考虑加工成本的前提下,采用高自转速度、高磨粒浓度、低进给速度及15°~20°的进动角可以获得密集且均匀的磨粒运动轨迹,提高了工件的表面质量和材料去除效率。