稀土抛光粉抛光效率及机理的研究

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)作为目前唯一能够提供表面全局平坦化的一项新技术,在未来高新技术产业中的作用日益突显,稀土抛光粉则是现今应用最为广泛的抛光材料。近年来,随着 CMP 应用领域的拓展和稀土资源的减少,对稀土抛光粉的抛光性能要求越来越高,其成本和用量也迅速增加。稀土抛光粉的主要成分是 CeO2,因此,配制高效的 CeO2抛光液对节约稀土资源、提高其附加值具有重要的现实意义。而稀土抛光液的分散稳定性是影响其抛光性能的关键因素。本文讨论了高分子分散剂和电解质对抛光液分散性悬浮稳定性的影响,并对抛光液的调配及在 CMP 过程中的对玻璃的抛光机理进行了探讨,归纳为以下几个方面： 1 通过比较不同高分子分散剂对 CeO2抛光粉表面 Zeta 电位的影响,择优选取聚乙烯亚胺(PEI)对CeO2抛光粉进行表面改性,使CeO2抛光粉表面等电点向碱性方向移动,在 pH=8 时颗粒表面 Zeta 电位值增大到 49mV,悬浮液的分散稳定性得到了明显改善,分散机理为静电-空间位阻协同稳定机理；PEI改性增加了参与抛光的有效颗粒数,抛光效率由改性前的330 nm/min增加到381.6 nm/min。 2 采用三聚磷酸钠和柠檬酸钠混合电解质作为分散剂时,CeO2抛光粉颗粒的Zeta电位均变为负值,且Zeta电位在pH为4~10之间绝对值均大于纯CeO2抛光粉颗粒,pH为 8左右时达到最大值 52.4mV；抛光液的悬浮稳定性和抛光效率得到提高,分散机理为通过增加Zeta电位和改善颗粒表面的双电层结构。 3 通过探讨抛光粉料形貌对抛光粉抛光性能的影响,确定带有棱角的颗粒比球形颗粒抛光效率更好,且大小适中的颗粒可以达到玻璃平坦化和厚度的要求； 4 比较了不同抛光粉浓度、分散剂和添加剂对抛光液抛光效率的影响：用PEI作为分散剂比混合电解质具有更好的悬浮稳定性和抛光效率；硝酸锌和硼酸的添加使抛光效率分别提高了4.4%和5.9%。则抛光液的最佳配比(质量比)为：5%稀土抛光粉+0.025%PEI+0.1%硝酸锌,抛光液pH为8。