中國(guó)粉體網(wǎng)訊 化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技術(shù)是提供全局平坦化的表面精加工技術(shù)，其中拋光液是CMP技術(shù)中的關(guān)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(guān)。
目前市場(chǎng)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(jī)械磨損性能較好，化學(xué)性質(zhì)活潑，并且后清洗過(guò)程處理較容易；缺點(diǎn)為在拋光過(guò)程中易產(chǎn)生凝膠，對(duì)硬底材料拋光速率低。CeO2拋光液的優(yōu)點(diǎn)是拋光速率高，材料去除速率高；缺點(diǎn)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(diǎn)在于選擇性低、分散穩(wěn)定性不好、易團(tuán)聚等，但對(duì)于硬底材料藍(lán)寶石襯底等卻具有優(yōu)良的去除速率。
氧化鋁拋光液簡(jiǎn)介
α-氧化鋁（剛玉）的硬度高，穩(wěn)定性好，納米級(jí)的氧化鋁適用于光學(xué)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(yīng)用相當(dāng)廣泛。當(dāng)前，以高亮度GaN基藍(lán)光LED為核心的半導(dǎo)體照明技術(shù)在照明領(lǐng)域引起了很大的轟動(dòng)，并成為全球半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但GaN很難制備，必須在其它襯底晶片上外延生長(zhǎng)薄膜，如藍(lán)寶石晶片或碳化硅晶片，因此晶片的拋光也成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
近年來(lái)，國(guó)際上采用了一種新的工藝，即用氧化鋁拋光液一次完成藍(lán)寶石、碳化硅晶片的研磨和拋光，大大提高拋光效率。不過(guò)，由于納米α-氧化鋁的硬度很高，因此拋光時(shí)易對(duì)工件表面造成嚴(yán)重的損傷；而且納米氧化鋁的表面能比較高，粒子易團(tuán)聚，也會(huì)造成拋光工件的劃痕、凹坑等表面缺陷。近年來(lái)對(duì)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(yīng)用等方面。
圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
氧化鋁拋光液磨料的制備
在化學(xué)機(jī)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(xué)機(jī)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(lái)對(duì)α-氧化鋁磨料顆粒的研究主要集中在納米級(jí)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(xì)粉體的流程簡(jiǎn)單，無(wú)需溶劑，產(chǎn)率較高，但生成的粉體易產(chǎn)生團(tuán)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(xué)氣相沉淀法，通過(guò)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(yīng)，之后在冷卻過(guò)程中形成顆粒。氣相法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)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(diǎn)體現(xiàn)在：可精確控制產(chǎn)物的化學(xué)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
提高氧化鋁拋光液穩(wěn)定性的方法
近年來(lái)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(lán)寶石拋光液中有很好的應(yīng)用前景。然而氧化鋁拋光液在拋光過(guò)程中存在分散穩(wěn)定性差、拋光過(guò)程容易出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象使拋光面出現(xiàn)劃痕的問(wèn)題。有許多研究者對(duì)提高氧化鋁拋光液穩(wěn)定性進(jìn)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(tuán)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(tuán)聚現(xiàn)象產(chǎn)生的大顆粒膠團(tuán)，是化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)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(duì)拋光液穩(wěn)定性有較大的影響。
對(duì)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(shí)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(jī)物、無(wú)機(jī)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(jìn)而改善氧化鋁拋光液的穩(wěn)定性和分散性，同時(shí)能有效提高拋光磨料的耐磨性能。此外，還可以通過(guò)改變氧化鋁顆粒Zeta電位來(lái)提高拋光液的穩(wěn)定性。
Al2O3拋光液存在的問(wèn)題
磨料粒子的分散問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外常用超聲波、機(jī)械攪拌、表面處理等機(jī)械化學(xué)方法對(duì)納米磨料粒子進(jìn)行分散，但是往往達(dá)不到效果，因此，納米磨料粒子的分散穩(wěn)定性需要進(jìn)一步的研究。
拋光液對(duì)環(huán)境的影響�；瘜W(xué)機(jī)械拋光液中的化學(xué)成分，如氨、酸等有毒成分對(duì)環(huán)境和人體的傷害很大。為此，在進(jìn)一步研究拋光液制備工藝的同時(shí)，拋光液的循環(huán)利用技術(shù)也應(yīng)進(jìn)一步完善，做到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。
參考資料：
彭進(jìn)等.化學(xué)機(jī)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(jìn)展
