中國粉體網(wǎng)訊  化學機械拋光(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(yīng)用相當廣泛,。當前，以高亮度GaN基藍光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,，并成為全球半導(dǎo)體領(lǐng)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(guān)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(yīng)用等方面,。

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

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(yīng)，之后在冷卻過程中形成顆粒,。氣相法的優(yōu)點是反應(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)。

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

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(yīng)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,。化學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(shù)也應(yīng)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