化學機械拋光（CMP）是一種超精密的表面加工技術，其通過化學腐蝕和機械磨削的雙重耦合作用，來實現工件表面納米級的局部或全局平坦化。在CMP過程中，磨料作為機械作用和(he)化學作用的直接實施者(zhe)和(he)傳遞(di)者(zhe)起到了(le)非常關鍵的作用，其硬度、粒(li)徑、形狀、用量(liang)等參(can)數(shu)都會(hui)影響著拋光的具(ju)體(ti)效果。下(xia)(xia)面，小編將詳細(xi)的給大家介紹一下(xia)(xia)目前CMP中常用的幾種磨料(liao)。

        硅溶膠SiO2

        硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)是(shi)(shi)CMP工藝(yi)中應用最廣的(de)(de)(de)磨料之(zhi)一，屬于(yu)(yu)軟(ruan)性(xing)(xing)(xing)磨料。SiO2溶(rong)(rong)(rong)于(yu)(yu)水后會(hui)(hui)與(yu)水接觸形(xing)成(cheng)(cheng)Si—OH鍵，這使得(de)它與(yu)大量的(de)(de)(de)羥基(ji)相互附著(zhu)形(xing)成(cheng)(cheng)硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)。硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)呈乳白色膠(jiao)(jiao)狀液體(ti)，其內部是(shi)(shi)Si—O—Si鍵相聯結(jie)而(er)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)立體(ti)網狀結(jie)構(gou)，外部則包裹著(zhu)帶負(fu)電(dian)的(de)(de)(de)羥基(ji)，硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)中的(de)(de)(de)水分(fen)子(zi)(zi)解離形(xing)成(cheng)(cheng)H3O+在靜電(dian)作用下(xia)吸(xi)(xi)附于(yu)(yu)吸(xi)(xi)附層和(he)擴散層，形(xing)成(cheng)(cheng)雙電(dian)子(zi)(zi)層結(jie)構(gou)，其厚(hou)度(du)對硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)在拋(pao)光液中的(de)(de)(de)分(fen)散穩定性(xing)(xing)(xing)起關(guan)鍵作用。硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)中納米粒子(zi)(zi)的(de)(de)(de)直徑(jing)可(ke)以(yi)控制在10-150nm，不同(tong)粒徑(jing)的(de)(de)(de)硅(gui)(gui)溶(rong)(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)會(hui)(hui)產生不同(tong)的(de)(de)(de)去(qu)除速率(lv)，通過(guo)有效的(de)(de)(de)選(xuan)擇可(ke)以(yi)滿足不同(tong)制程的(de)(de)(de)需求；它機械磨損性(xing)(xing)(xing)能適中，選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)和(he)分(fen)散性(xing)(xing)(xing)良好(hao)，使得(de)在拋(pao)光過(guo)程中對工件表面的(de)(de)(de)損傷極小，加上硬度(du)與(yu)單質(zhi)硅(gui)(gui)接近，所(suo)以(yi)常用于(yu)(yu)硅(gui)(gui)、軟(ruan)金(jin)屬等材(cai)料的(de)(de)(de)拋(pao)光。

硅溶膠雙(shuang)電子層(ceng)示(shi)意圖(tu)（圖(tu)源(yuan)：文獻2）

        氧化鋁Al2O3

        氧化鋁是一種擁有較高硬度和良好磨削性能的磨料，它在自然界中存在多種同質異性相，其中α-Al2O3因具備高強度、高硬度、高電阻率等諸多優良性能，被廣泛應用于航天、磨料、半導體等領域。氧化鋁表面細膩，質地堅硬，莫氏硬度約為9，僅次于金剛石，可以(yi)有(you)效去除硬質材(cai)料(liao)(liao)表(biao)(biao)面的突出部分，以(yi)實(shi)現較(jiao)高(gao)(gao)的材(cai)料(liao)(liao)去除率；它(ta)在(zai)(zai)化學(xue)上相對穩定，不(bu)(bu)易與大(da)多數化學(xue)物(wu)質發生反應，因此在(zai)(zai)CMP過程中(zhong)能夠保持拋光液的壽(shou)命(ming)；與其他(ta)高(gao)(gao)級磨(mo)料(liao)(liao)相比，氧化鋁的成(cheng)本相對較(jiao)低，故在(zai)(zai)工業應用(yong)中(zhong)更具有(you)優勢。但由于氧化鋁磨(mo)料(liao)(liao)表(biao)(biao)面容易帶有(you)正電荷或負(fu)電荷，從而產生靜電引(yin)力(li)、范德華力(li)等分子間作用(yong)力(li)，在(zai)(zai)拋光液中(zhong)較(jiao)易產生團聚(ju)現象，加上其本身硬度較(jiao)高(gao)(gao)，在(zai)(zai)CMP制程中(zhong)如果操作不(bu)(bu)當，容易導致材(cai)料(liao)(liao)去除率不(bu)(bu)均勻(yun)，在(zai)(zai)材(cai)料(liao)(liao)表(biao)(biao)面造(zao)成(cheng)機械損傷，因此在(zai)(zai)使用(yong)時需要謹慎。

        氧化鈰CeO2

        氧化(hua)鈰是一種具(ju)有(you)(you)優(you)(you)異拋(pao)(pao)光(guang)(guang)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)磨(mo)料，其切(qie)削力強、拋(pao)(pao)光(guang)(guang)時間短、使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)長、拋(pao)(pao)光(guang)(guang)精度(du)高，常(chang)應(ying)用(yong)于(yu)光(guang)(guang)學玻璃器件、電視(shi)機顯像管、半導體晶片(pian)等(deng)器件的(de)(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)。氧化(hua)鈰在拋(pao)(pao)光(guang)(guang)過程中化(hua)學穩定(ding)性(xing)較好，不(bu)易與拋(pao)(pao)光(guang)(guang)液中的(de)(de)(de)其他成分發(fa)生不(bu)良反應(ying)，有(you)(you)利(li)于(yu)維持拋(pao)(pao)光(guang)(guang)液的(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)和使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，相對于(yu)一些其他磨(mo)料，它對環(huan)境的(de)(de)(de)影響較小，符合當(dang)下綠色化(hua)學和可(ke)持續發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)要(yao)求。氧化(hua)鈰的(de)(de)(de)莫氏硬(ying)度(du)約(yue)為7，與玻璃的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)相似，對SiO2質材料具(ju)有(you)(you)優(you)(you)異的(de)(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)性(xing)能(neng)，即可(ke)以在兼顧(gu)表面(mian)質量的(de)(de)(de)情況下，擁有(you)(you)較高的(de)(de)(de)切(qie)削速(su)率。

        *作用原理：在壓力作用下，拋(pao)光(guang)液(ye)中的(de)(de)(de)(de)水(shui)分(fen)子會使(shi)SiO2晶片表面羥基化(hua)，CeO2會與SiO2生成Ce—O—Si鍵(jian)(jian)，由(you)于玻璃表面易水(shui)解，繼而形(xing)(xing)成Ce—O—Si(OH)3鍵(jian)(jian)，CeO2與拋(pao)光(guang)平臺之間產生的(de)(de)(de)(de)機械(xie)力促使(shi)Si—O—Si鍵(jian)(jian)斷(duan)裂，SiO2會以塊(kuai)狀的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)式被CeO2拋(pao)去在這個(ge)過程中，Ce—O—Si鍵(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成是反應(ying)的(de)(de)(de)(de)控制步驟，它的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成增大了拋(pao)光(guang)切應(ying)力，整個(ge)拋(pao)光(guang)速(su)度受Ce—O—Si鍵(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成和Si—O—Si鍵(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂速(su)度影響。

        此外，氧(yang)化(hua)鈰也是一種(zhong)半導體(ti)光催化(hua)劑，存在可變價態(tai)（Ce4+、Ce3+）和豐富氧(yang)空(kong)位，結合了摩擦化(hua)學(xue)能力和光化(hua)學(xue)氧(yang)化(hua)活性，可應用(yong)于光催化(hua)輔(fu)助的(de)拋光。

        除了上述幾種常見的磨粒外，CMP拋光中還可能使用到其他類型的磨料，如氧化鐵、碳化硅等。這些磨料在某些特定應用或特定材料拋光中可能具有優勢，在實際應用中需要考慮磨粒的粒徑、濃度等因素對拋光效果的影響。通過對磨粒的合理選擇和使用，可以實現高效、高精度的CMP拋光過程，滿足各種精密加工應用的需求。

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