[發(fā)明專利]一種銅片化學(xué)機(jī)械拋光液

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810670001.5
• 申請(qǐng)日: 2018-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108997941A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金洙吉;萬(wàn)策;康仁科;郭江;朱祥龍;吳頔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C09G1/02
• 分類號(hào): C09G1/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明屬于精密及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種銅片化學(xué)機(jī)械拋光液，拋光液的pH值為7.5～9.5，包含溶質(zhì)和溶劑兩部分：溶劑為去離子水；溶質(zhì)各組分及其質(zhì)量百分比含量為：絡(luò)合劑2～7wt％，氧化劑0.5～3wt％，表面活性劑0.2～0.6wt％，二氧化硅磨粒0.9～2.1wt％。使用本發(fā)明對(duì)銅片進(jìn)行拋光，拋光后工件平面度可以達(dá)到2.95μm，表面粗糙度可以達(dá)到8.6nm，且工件表面無(wú)明顯腐蝕坑及劃痕。與以往拋光液相比，使用本發(fā)明對(duì)銅片進(jìn)行拋光能夠綜合改善工件面形精度及表面質(zhì)量，解決了以往銅拋光液常見(jiàn)的難以同時(shí)改善工件表面質(zhì)量而工件面形精度的問(wèn)題，取得了良好的綜合拋光效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種銅片化學(xué)機(jī)械拋光液。

背景技術(shù)

精密物理實(shí)驗(yàn)涉及大量實(shí)驗(yàn)樣品及極端條件產(chǎn)生裝置的制造，這些樣品及裝置應(yīng)用環(huán)境極端特殊，材料特性極端復(fù)雜，制造尺度極大跨越，制造質(zhì)量極端穩(wěn)定可靠。而極端制造是為精密物理實(shí)驗(yàn)提供近無(wú)偏差、缺陷或者偏差、缺陷可控的實(shí)驗(yàn)樣品或裝置的核心技術(shù)，其不僅是先進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的科學(xué)先導(dǎo)，而且是國(guó)家增強(qiáng)工業(yè)及國(guó)防實(shí)力并由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，因此急需開(kāi)展面向精密物理實(shí)驗(yàn)的極端制造基礎(chǔ)問(wèn)題相關(guān)研究。其中解決精密物理實(shí)驗(yàn)對(duì)薄壁平面、曲面等弱剛性構(gòu)件的極端制造需求是重中之重。但弱剛性構(gòu)件在制造過(guò)程中因往往自身剛度的不足而造成嚴(yán)重的加工變形，并對(duì)工件制造質(zhì)量帶來(lái)不利影響，為此美歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)弱剛性薄壁工件進(jìn)行持續(xù)且深入的理論與工藝研究。而針對(duì)這些弱剛性構(gòu)件的使役性能需求，我國(guó)雖然在超精密切削工藝、裝備、技術(shù)等方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但在材料性能優(yōu)化、工藝裝備誤差傳遞和關(guān)鍵功能部件等方面與國(guó)外同領(lǐng)域研究仍有較大差距。目前，面對(duì)精密物理實(shí)驗(yàn)所需的弱剛性構(gòu)件極端制造需求，國(guó)內(nèi)研究尚不足以滿足精密物理實(shí)驗(yàn)對(duì)弱剛性構(gòu)件近無(wú)偏差、近無(wú)缺陷的極端制造需求。

而在弱剛性構(gòu)件的極端制造研究當(dāng)中，銅因其弱剛度特性而成為典型的研究對(duì)象材料。因銅對(duì)力、熱載荷極為敏感，所以使用傳統(tǒng)的切削加工工藝對(duì)銅進(jìn)行鏡面加工時(shí)，所產(chǎn)生的切削力和切削熱將嚴(yán)重影響構(gòu)件的加工精度和表面完整性。目前針對(duì)銅材料的鏡面加工方法主要有機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等。但機(jī)械研磨會(huì)帶來(lái)較多殘余應(yīng)力，使銅產(chǎn)生變形，而使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)對(duì)銅進(jìn)行加工，不僅拋光后殘余應(yīng)力小，而且工件表面質(zhì)量較好，能夠?qū)崿F(xiàn)加工全局平坦化，所以各國(guó)對(duì)于銅的化學(xué)機(jī)械拋光工藝展開(kāi)廣泛研究。

目前在銅的化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，拋光液是影響拋光效果的最重要因素。現(xiàn)階段，銅的CMP拋光液按pH值分為兩類：酸性拋光液(pH值小于7)和堿性拋光液(pH大于7)。其中酸性拋光液去除速率快，但容易使銅表面留下腐蝕斑等缺陷，同時(shí)腐蝕過(guò)程中的大量放熱也會(huì)使銅產(chǎn)生變形；堿性拋光液拋光后表面質(zhì)量較好，但往往需要較大拋光壓力以保證去除速率，易使銅片因外力作用而變形。

在現(xiàn)有的銅拋光液技術(shù)中，CN1731567A公開(kāi)了一種用于集成電路多層銅互連結(jié)構(gòu)銅/鉭多層膜拋光液，使用該拋光液對(duì)銅/鉭多層膜進(jìn)行拋光，可以達(dá)到較高的去除速率及納米級(jí)表面粗糙度，但拋光時(shí)拋光壓力較大(3psi)，不適用于純銅片的拋光；CN104263248B公開(kāi)了一種適用于低下壓力的弱酸性銅拋光液，該拋光液可以在1psi以下的低下壓力條件下對(duì)銅進(jìn)行拋光，可以達(dá)到較高的去除速率(542.8nm/min)和0.2nm的表面粗糙度。但該拋光液僅對(duì)鍍銅片有良好的拋光效果，在純銅片的拋光中易造成過(guò)腐蝕等缺陷，從而影響銅片表面質(zhì)量。

上述研究中拋光液的拋光效果僅從表面粗糙度及去除速率上進(jìn)行描述，缺少關(guān)于面形精度的敘述，而且以往的拋光液主要應(yīng)用于集成電路銅互連層的拋光，而對(duì)于徑厚比大的薄銅片，因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其相較銅互連層剛性更弱，更易受力、熱作用影響而產(chǎn)生變形等缺陷，所以使用以往拋光液對(duì)此類銅片進(jìn)行拋光后，僅能改善銅片的表面粗糙度，提升表面質(zhì)量，而無(wú)法改善銅片的平面度，甚至經(jīng)常因?yàn)楦g作用過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生較多熱量，使銅片產(chǎn)生變形，從而使銅片面形精度產(chǎn)生惡化。所以有必要研制一種用于銅片低應(yīng)力化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液，使拋光后銅片的平面度和表面粗糙度均有較大幅度的改善，達(dá)到良好的綜合拋光效果。