中國粉體網(wǎng)訊 化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技術是提供全局平坦化的表面精加工技術，其中拋光液是CMP技術中的關鍵因素。拋光液主要由磨料、溶劑和添加劑組成，其種類、性質(zhì)、粒徑大小、顆粒分散度及穩(wěn)定性等與最終拋光效果密切相關。
目前市場上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。其中，SiO2拋光液選擇性、分散性好，機械磨損性能較好，化學性質(zhì)活潑，并且后清洗過程處理較容易；缺點為在拋光過程中易產(chǎn)生凝膠，對硬底材料拋光速率低。CeO2拋光液的優(yōu)點是拋光速率高，材料去除速率高；缺點是黏度大、易劃傷，且選擇性不好，后續(xù)清洗困難。Al2O3拋光液的缺點在于選擇性低、分散穩(wěn)定性不好、易團聚等，但對于硬底材料藍寶石襯底等卻具有優(yōu)良的去除速率。
氧化鋁拋光液簡介
α-氧化鋁（剛玉）的硬度高，穩(wěn)定性好，納米級的氧化鋁適用于光學鏡頭、單芯光纖連接器、微晶玻璃基板、晶體表面等的精密拋光，應用相當廣泛。當前，以高亮度GaN基藍光LED為核心的半導體照明技術在照明領域引起了很大的轟動，并成為全球半導體領域研究的熱點。但GaN很難制備，必須在其它襯底晶片上外延生長薄膜，如藍寶石晶片或碳化硅晶片，因此晶片的拋光也成為關注的焦點。
近年來，國際上采用了一種新的工藝，即用氧化鋁拋光液一次完成藍寶石、碳化硅晶片的研磨和拋光，大大提高拋光效率。不過，由于納米α-氧化鋁的硬度很高，因此拋光時易對工件表面造成嚴重的損傷；而且納米氧化鋁的表面能比較高，粒子易團聚，也會造成拋光工件的劃痕、凹坑等表面缺陷。近年來對氧化鋁拋光液的研究主要集中在納米磨料制備、氧化鋁顆粒表面改性、氧化鋁拋光液混合應用等方面。
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氧化鋁拋光液磨料的制備
在化學機械拋光中使用的氧化鋁磨料，常選用硬度大、性能穩(wěn)定、不溶于水、不溶于酸堿的納米α-氧化鋁。作為化學機械拋光磨料，氧化鋁顆粒的大小、形狀、粒度分布都影響拋光效果。在LED行業(yè)，CMP拋光液中常選用粒徑50∼200 nm、粒徑分布均勻的納米α-氧化鋁。近年來對α-氧化鋁磨料顆粒的研究主要集中在納米級球形顆粒的制備上。常見制備方法有以下幾種。
固相法。其中的硫酸鋁銨熱解法、改良拜爾法、爆炸法等是比較成熟的制備方法。固相法制備超細粉體的流程簡單，無需溶劑，產(chǎn)率較高，但生成的粉體易產(chǎn)生團聚，且粒度不易控制，難以得到分布均勻的小粒徑的高質(zhì)量納米粉體。
氣相法。主要有化學氣相沉淀法，通過加熱等方式改變物質(zhì)形態(tài)，在氣體狀態(tài)下發(fā)生反應，之后在冷卻過程中形成顆粒。氣相法的優(yōu)點是反應條件可以控制、產(chǎn)物易精制，顆粒分散性好、粒徑小、分布窄，但產(chǎn)出率低，粉末難收集。
液相法。常見的有水解、噴霧干燥、溶膠凝膠、乳化等幾種方法。液相法的優(yōu)點體現(xiàn)在：可精確控制產(chǎn)物的化學組成，納米粒子的表面活性高，形狀容易控制分散均勻，生產(chǎn)成本比較低，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
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提高氧化鋁拋光液穩(wěn)定性的方法
近年來隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、寶石襯底需求量的增大，氧化鋁拋光液憑借較高的拋光速率在藍寶石拋光液中有很好的應用前景。然而氧化鋁拋光液在拋光過程中存在分散穩(wěn)定性差、拋光過程容易出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象使拋光面出現(xiàn)劃痕的問題。有許多研究者對提高氧化鋁拋光液穩(wěn)定性進行了研究。
納米氧化鋁顆粒在極性的水溶液中，氧化鋁顆粒由于受靜電力等作用發(fā)生團聚，容易出現(xiàn)絮凝分層等現(xiàn)象，破壞拋光液的分散性、穩(wěn)定性。由磨料顆粒的團聚現(xiàn)象產(chǎn)生的大顆粒膠團，是化學機械拋光過程中襯底表面出現(xiàn)劃痕的主要原因。氧化鋁顆粒的粒徑大小及分布、Zeta電位，以及拋光液添加穩(wěn)定劑、分散劑的種類和質(zhì)量對拋光液穩(wěn)定性有較大的影響。
對納米氧化鋁表面改性可提高顆粒表面規(guī)則度，減少拋光劃痕和凹坑，同時提高氧化鋁磨料分散度和拋光液穩(wěn)定性。常見的處理方法為利用偶聯(lián)劑、有機物、無機物等在硬度較高的氧化鋁粒子表面包覆一層較軟的物質(zhì)以減少拋光劃痕和凹坑等缺陷，進而改善氧化鋁拋光液的穩(wěn)定性和分散性，同時能有效提高拋光磨料的耐磨性能。此外，還可以通過改變氧化鋁顆粒Zeta電位來提高拋光液的穩(wěn)定性。
Al2O3拋光液存在的問題
磨料粒子的分散問題。目前，國內(nèi)外常用超聲波、機械攪拌、表面處理等機械化學方法對納米磨料粒子進行分散，但是往往達不到效果，因此，納米磨料粒子的分散穩(wěn)定性需要進一步的研究。
拋光液對環(huán)境的影響�；瘜W機械拋光液中的化學成分，如氨、酸等有毒成分對環(huán)境和人體的傷害很大。為此，在進一步研究拋光液制備工藝的同時，拋光液的循環(huán)利用技術也應進一步完善，做到經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護相協(xié)調(diào)。
參考資料：
彭進等.化學機械拋光液的發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向
吳俊星等.氧化鋁拋光液磨料制備及其穩(wěn)定性研究進展
