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氧化铈抛光液在硅片抛光机上的运用

2014/11/11 14:41:50      点击:

    氧化铈抛光液在硅片抛光机抛光时运用的非常广泛,由于很多研磨操作者只会去用很少用心去研究它的抛光机理,所以在运用过程中会出现一些小偏差。本文中我们将重点讲述纳米级氧化铈抛光液的制备和在硅片抛光机上的抛光机理。此文章仅提供给硅片表面处理的公司做下参考,希望你们能在此学到研磨抛光的知识。

  纳米氧化铈对硅片进行化学机械抛光,首先是源于抛光液的化学腐蚀作用,根据摩擦化学的相关理论,抛光过程中,磨粒与硅片局部接触点处会产生高温高压,这会导致一系列复杂的摩擦化学反应。与热化学反应相比,摩擦化学反应所需要的自由能仅为热化学反应活化自由能的1% --10%,在某些极端的摩擦状况下甚至可以观察到热化学反应条件下所不能进行的摩擦化学反应。

纳米氧化铈抛光硅片的模型如图6所示。

在图6中的凸处及深度小于磨料直径的凹处,会发生一系列复杂的摩擦化学反应。纳米氧化铈与水发生水合反应,其产物及强碱KOH会与硅片表面发生氧化还原反应,生成SiO32

水解产物H2SiO3能部分聚合成多硅酸,同时另一部分H2SiO3电离生成离子SiO32-,结果形成硅酸胶体 {[SiO2]m·nSiO32-·2(n-x)H+}2x-·2xH+覆盖在硅片表面上,软质层厚度不会超过磨粒粒径,一般可过磨料的机械磨削作用去除。同时氧化铈也具有络合作用,能迅速地将SiO32- 等转化为络合物[Ce(SiO)3]32-,可加速反应去除。其络合反应式为:

  而对于图6中硅片表面的凹处,当其深度大于磨料直径时,在抛光时磨料机械作用基本没有影响,不会发生复杂的摩擦化学反应,只会发生热化学反应,因此硅片表面的化学腐蚀作用有所降低,腐蚀层厚度较凸处小,成分也不同。根据修正后的Presto方程:Vr=KPαSβ(6)式中Vr为机械去除速率;K Preston常数;P为压力;S为抛光盘与硅片表面的相对线速率β为大于0的系数。Vr随压力的增大而增大,P=0,Vr=0,抛光压力一般通过磨粒作用于硅片表面,在划痕深度远大于磨料直径的凹处,磨粒是以随意状态分布在凹处的,压力几乎为0,此时磨粒不会对软质层产生机械去除作用,软质层对硅片表面还有保护作用,阻碍化学腐蚀作用继续进行。当P>0,Vr>0,抛光液中的CeO2起机械磨削作用,它和抛光垫一起对硅片表面摩擦,磨去化学反应生成物进入抛光液中,随抛光液流出硅片表面,使得新鲜的Si表面裸露,而继续与碱反应,产物再从表面被磨削下来,周而复始,这样,随着抛光的继续进行,硅片表面逐渐趋于平整,硅片表面各点的抛光速率差异逐渐减小直至为0,dV=0,即可获得抛光镜面。

  根据以上实验结论得知:

  1)纳米氧化铈可对硅片进行超精密抛光,抛光后在面积172μm×128μm范围内硅片的表面粗糙度Ra0. 689 nm

  2)纳米氧化铈磨料比纳米SiO2磨料抛光硅片速率快的原因可能是:纳米CeO2比纳米SiO2更易腐蚀硅片表面,化学作用更胜一筹;腐蚀层莫氏硬度更小也可能是一个影响因素。

  3)纳米氧化铈抛光硅片是化学腐蚀和机械作用相结合的过程,在硅片表面不同高度的各点存在抛光速率梯度,该梯度会随着抛光的进行逐渐消失,dV=0,即可获得抛光镜面。

  由此可见需要抛光到镜面,在硅片抛光机上进行抛光时选用的抛光液也非常重要。选用氧化铈抛光液比二氧化硅抛光液一定程度上更容易达到效果。深圳海德不仅生产硅片抛光机还独家配置各种硅片抛光液,可免费试样,根据客户的要求单独配置,欢迎咨询!