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浅谈半导体材料的研磨抛光

磨削和研磨等磨料处理是生产半导体芯片的必要方式,然而研磨会导致芯片表面的完整性变差。因此,抛光的一致性、均匀性和表面粗糙度对生产芯片来说是十分重要的。

研磨与抛光的区别

研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒,通过研具与工件在 压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。研磨可用于加工各种金属和非金属材料,加工的表面形状有平面,内、外圆柱面和圆锥面,凸、凹球面,螺纹,齿面及其他型面。加工精度可达IT5~IT1,表面粗糙度可达Ra0.63~0.01微米。

抛光是利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。

两者的主要区别在于:抛光达到的表面光洁度要比研磨更高,并且可以采用化学或者电化学的方法,而研磨基本只采用机械的方法,所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗,即粒度大。故生产芯片,研磨抛光都是必不可少的一个方式。

一. 研磨处理

利用硬度比被加工材料更高的微米级颗粒,在硬质研磨盘作用下产生微切削,实现被加工芯片表面的微量材料去除,使工件的尺寸精度达到要求。

磨料:研磨液通常使用1微米以上颗粒由表面活性剂、PH调节剂、分散剂等组分组成,各组分发挥着不同的作用。

为了满足研磨工艺要求,研磨液应具有:

1)良好的悬浮性,短时间内不能产生沉淀,分层等问题。

2)良好的流动性,粘度低,易于操作。

3)稀释能力强,便于降低成本,方便运输。

4)研磨工艺后,便于清洗研磨盘。

5)良好的润滑性,在研磨工艺上降低划伤点。

研磨时磨料的工作状态:

1)研磨颗粒在家具与研磨盘之间发生滚动,产生滚轧效果。

2) 研磨颗粒压入到盘磨盘表面,实现微切削加工。

需要注意的地方:

1)研磨后肉眼观察无任何划伤后才可进行抛光,如有划伤应是研磨料被污染,应清洗盘磨盘、夹具、导流槽等。清洗后再研磨可解决划伤问题。

2)研磨芯片时如出现一致性较差和均匀性较差,可测量研磨盘平整度,修盘后可解决。

二.抛光处理

利用微细磨料的物理研磨和化学腐蚀,在软质抛光布辅助作用下,未获得光滑表面,减小或消除加工变质层,从而获得表面高质量的加工方法。

抛光布开槽作用:储存多余抛光液,防止抛光液堆积产生损伤;作为向工件供给抛光液的通道;作为及时排废屑的通道,防止划伤。

影响抛光的工艺的因数:抛光盘转速、夹具压力、抛光时间以及抛光液的浓度和流速等,如:

1)加工速度过高,会因离心力将抛光液甩出工作区,降低加工稳定性,影响精度。精加工应用低速、低压力。

2)在范围内增加夹具压力可提高抛光效率,压力减小可减小表面粗糙度。

3)抛光液的浓度增加,抛光速率增加,但可能会引起质量恶化。

4)抛光液的流速过大,会导致橘皮现象。可增加蠕动泵控制流速

抛光后表面如有残留物,可用清水抛光5分钟解决脏污问题

值得一提的是,在研磨抛光处理中研磨液和抛光液是极其重要的,其既能提高速率、平整度、一致性,有利于后续清洗,使得研磨粒子不会残留在粒子表面。