硅铝铈氧化物复合磨粒的设计及抛光性能

【作者】 袁晓玥； 雷红； 郝萍； 肖保其； 仝开宇；

【机构】 上海大学纳米科学与技术研究中心；

【摘要】 化学机械抛光（Chemical mechanical polishing,简称CMP）技术是迄今几乎唯一可提供全局平面化的表面精加工技术,磨粒是CMP的关键要素之一,其性能直接影响抛光后工件的表面质量。传统CMP磨粒如SiO₂、Al₂O₃等单一无机颗粒,存在硬度高、化学惰性、实心颗粒内表面得不到利用等问题,往往不能达到满意的抛光性能。针对这些问题,我们设计了纳米核壳型SiO₂/CeO₂、介孔SiO₂/CeO₂和铈掺杂胶体SiO₂等复合磨粒,采用XRD、粒度分析、N₂吸附-脱附曲线、SEM、TEM等一系列手段进行了表征。进而研究了这些磨粒对数字光盘玻璃基片、单晶硅片、蓝宝石基片等的抛光性能,发现纳米核壳型SiO₂/CeO₂复合磨粒抛光液对硬盘基片抛光后,硬盘基片的表面波纹度（Wa）降至0.836nm,表面粗糙度（Ra）降至0.48nm;介孔SiO₂/CeO₂磨粒抛光硬盘基片可以减少硬盘基片表面的划痕、凹坑等缺陷,同时提高了材料去除率（MRR）;铈掺杂胶体SiO₂磨粒抛光蓝宝石时,在掺杂量为1.5wt.%时,MRR最高,同时Ra达到最低值1.38nm,而抛光单晶硅片时,同样的掺杂量可以达到Ra最低值,改善表面质量。最后,通过XPS、TOF-SIMS、TG-DSC等方法,分析了纳米核壳型SiO₂/CeO₂复合磨粒、介孔SiO₂/CeO₂磨粒、铈掺杂胶体SiO₂磨粒对不同工件的抛光机理。更多还原