技术分享|微谱助力化学机械抛光液研发

2023-12-11 15:07:07 上海微谱检测科技集团股份有限公司

化学机械抛光

21世纪随着机械加工业的飞速发展，工件的表面平整度需要越来越高。化学机械抛光技术（CMP）则从加工性能和速度上同时满足工件加工要求。

国内的化学机械抛光（CMP）所需要的抛光液、抛光垫和抛光设备主要是国外生产，抛光材料的国产化有一定的难度。其中CMP抛光液的需求量最大，国产化极为迫切。

化学机械抛光（CMP）是工件的表面与抛光液中的氧化剂、腐蚀剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层，然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除软质层，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应，这样在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光，根据加工精度的要求，选择合适的磨料、化学添加剂、抛光垫。

图1 化学机械抛光原理图

化学机械抛光液

抛光液是化学机械抛光工艺中的重要一环，通常需要根据抛光基材、抛光效果、抛光设备等等的不同来设计调整抛光液的体系。

化学机械抛光液通常由磨料（氧化铝、氧化硅、碳化硅、金刚石等）、光亮剂（有机酸、蜡等）、分散剂（聚丙烯酸钠、聚羧酸、聚乙烯吡咯烷酮等）、润滑剂（聚醚、硅油、基础油等）、表面活性剂（脂肪醇聚氧乙烯醚、聚醚等）、络合剂（柠檬酸钠、EDTA、葡萄糖酸钠等）、防锈剂（有机胺类、亚硝酸盐等）、腐蚀剂（硝酸、硫酸、氢氟酸、柠檬酸等）等组成，而我们在设计配方时常考量的抛光液指标有磨料粒径、磨料含量、磨料凝聚度、酸碱度、粘滞系数等。

这其中磨料、分散剂、络合剂的选择对性能的影响最直观，市面上性能较稳定的产品，多聚焦于上述物质的改性与复配。

化学机械抛光液分析

化学抛光液的成分组成比较复杂，抛光液各成分的准确定性定量在抛光液研发中非常重要。

扫描电子显微镜—能谱仪（SEM-EDX）可以明确表征磨料形貌、粒径、改性剂等，下图为磨料-改性金刚石的SEM图。通过SEM图可以得到改性金刚石粒径约为5.0-7.0um，改性剂为有机硅。

图2 改性金刚石的SEM图

X射线衍射仪技术（XRD）可以明确表征磨料种类，下图为磨料-金刚石的XRD图。通过XRD图可以得到磨料为金刚石。

图3 磨料的XRD图

质谱仪(MS)可以明确表征出抛光液中表面活性剂种类，下图为抛光液1中表面活性剂的MS谱图。其中311、325、339是表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠出峰。

图4 抛光液1中表面活性剂的MS谱图

下图为抛光液2中表面活性剂的MS谱图。其中565、609、653、697是表面活性剂-壬基酚聚氧乙烯醚单磷酸酯的出峰。

图5 抛光液2中表面活性剂的MS谱图

核磁共振波谱仪(NMR)可以分析出抛光液中分散剂的种类，下图为抛光液中分散剂的NMR谱图。其中1.0-1.5ppm、2.0ppm是聚丙烯酸钠的出峰。

图6 抛光液中分散剂的NMR谱图

核磁共振波谱仪(NMR)还可以分析出抛光液中络合剂的种类，下图为抛光液中络合剂的NMR谱图。其中2.4ppm、2.5ppm是柠檬酸钠的出峰。

图7 抛光液中络合剂的NMR谱图

液相离子色谱仪(IC)可以分析出抛光液中防锈剂、腐蚀剂的种类，下图为抛光液中防锈剂及腐蚀剂的IC谱图。其中亚硝酸盐为抛光液中的防锈剂、硫酸为抛光液中的腐蚀剂。

图8 抛光液中防锈剂及腐蚀剂的IC谱图

当然抛光液的成分比较复杂，根据单一的仪器很难精确的分析，还是需要多中的设备进行联合分析，才能得到一个准确的分析数据。

想了解更多关于化学机械抛光液（CMP）的技术知识，欢迎联系我们，电话：400-700-8005！

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