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    草莓狀PS/SiO2復(fù)合磨料的可控合成及其拋光性能

    2013-06-05 03:11:08穆為彬陳志剛
    關(guān)鍵詞:氧化硅核殼磨料

    陳 楊,穆為彬,陳志剛

    (1.常州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,常州 213164;2.蘇州科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院,蘇州 215011)

    化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical mechanical polishing,CMP)作為一種基于化學(xué)和機(jī)械復(fù)合作用原理的超精密加工技術(shù),被廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路制造工藝中半導(dǎo)體襯底材料、多層布線金屬互連結(jié)構(gòu)中層間電介質(zhì)、淺溝槽隔離和鑲嵌金屬導(dǎo)體等的全局平坦化及硬磁盤(pán)、光學(xué)系統(tǒng)等超精密表面加工領(lǐng)域[1]。為了提高成品率,加工表面要求具有納米級(jí)面形精度和亞納米級(jí)粗糙度、表層/亞表層無(wú)損傷,同時(shí)兼顧對(duì)材料去除效率的要求[2]。因此,高效地實(shí)現(xiàn)無(wú)損傷拋光始終是CMP技術(shù)的追求目標(biāo)。

    磨料作為拋光介質(zhì)在 CMP過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,其種類和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)拋光質(zhì)量產(chǎn)生重大影響[1]。目前,磨料的表面或結(jié)構(gòu)改性以及復(fù)合化已經(jīng)成為CMP領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。例如,美國(guó)Clarkson大學(xué)BABU教授課題組[3?4]分別以n-(三甲氧基硅基丙基)氯化異硫脲和二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷作為偶聯(lián)劑對(duì)SiO2磨料進(jìn)行功能化改性,提高了對(duì)多晶硅和 Si(100)的拋光速率(>1 μm/min),以及對(duì) Si3N4/SiO2/多晶硅的拋光選擇性(Si3N4、SiO2與多晶硅的體積比>20:1:1),并認(rèn)為拋光效果的改善與磨料與晶片之間的靜電吸附作用有關(guān)。再如,LEI等[5?7]從傳統(tǒng)磨料的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控入手,分別采用水熱法和溶膠凝膠法制備了新型(銅摻雜)Al2O3和Fe2O3/SiO2多孔磨料用于鍍NiP硬磁盤(pán)的拋光,利用其多孔結(jié)構(gòu)降低磨料的硬度,從而使得拋光表面的機(jī)械損傷得以降低。

    核/殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料的設(shè)計(jì)合成也同樣引起了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的剛性無(wú)機(jī)磨料相比,該類型復(fù)合磨料具有特殊的非剛性力學(xué)特性,期望利用核/殼中不同種類材料之間的協(xié)同作用提高 CMP質(zhì)量。為了提高Cu-CMP性能,LI等[8]利用三聚氰胺、三聚氰酸和2, 4?二氨基?6?甲基?1, 3, 5三嗪對(duì)膠體SiO2進(jìn)行表面修飾,制備分布均勻的核殼結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合磨料,并利用動(dòng)力學(xué)核磁共振方法研究了拋光漿料中各組分之間的相互作用,為研究拋光液/銅表面之間的固液界面環(huán)境提供了有效信息。ARMINI等[9?10]較為系統(tǒng)地考察 PMMA/SiO2復(fù)合磨料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)SiO2-CMP和Cu-CMP性能的影響規(guī)律,特別是利用激光共聚焦掃描顯微鏡對(duì)拋光后表面各種缺陷進(jìn)行定量分析。ZHANG等[11]和MU等[12]以表面帶正電荷的PS微球?yàn)閮?nèi)核,通過(guò)誘導(dǎo)TEOS在PS微球表面原位水解的方法,合成了具有光滑連續(xù)氧化硅殼層的PS/SiO2復(fù)合磨料,改善了SiO2-CMP和Cu-CMP質(zhì)量?,F(xiàn)有的研究表明,核殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料在超精密無(wú)損傷表面加工領(lǐng)域已表現(xiàn)出積極的作用和特殊的優(yōu)勢(shì),具有重要的應(yīng)用前景。

    為了進(jìn)一步研究氧化硅殼層形態(tài)對(duì) PS/SiO2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合磨料拋光特性的影響,本文作者首先通過(guò)無(wú)皂乳液聚合的方法制備表面經(jīng)過(guò)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化處理的 PS微球,利用 PS 微球表面的PVP(呈弱堿性)和 SiO2顆粒表面的羥基(呈弱酸性)之間的酸?堿相互作用,制備具有非連續(xù)氧化硅殼層的草莓狀PS/SiO2微球,并將其作為磨料用于SiO2-CMP試驗(yàn)。采用原子力顯微鏡觀察和測(cè)量拋光后晶片的表面形貌、粗糙度及微觀輪廓曲線,考察復(fù)合磨料中氧化硅包覆量對(duì)拋光特性的影響。

    1 實(shí)驗(yàn)

    1.1 化學(xué)試劑

    苯乙烯單體(St,經(jīng)過(guò)處理除去阻聚劑)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、過(guò)硫酸鉀(KPS)、正硅酸乙酯(TEOS)、十六烷基苯磺酸鈉(SDBS)、氨水和無(wú)水乙醇等均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

    1.2 PS/SiO2復(fù)合微球的合成及表征

    采用兩步法制備核/殼結(jié)構(gòu)PS/SiO2復(fù)合微球。第一步:利用無(wú)皂乳液聚合體系制備單分散 PS微球乳膠液。依次將去離子水(50 mL)、St(5 g)和PVP(1.0 g)加入到250 mL三口燒瓶(帶有冷凝管和氮?dú)鈱?dǎo)管)中,在磁力攪拌條件下氮?dú)怛?qū)氧20 min。待油浴溫度升至70 ℃后緩慢滴加引發(fā)劑(取0.125 g KPS溶于50 mL去離子水中),反應(yīng)7h后停止加熱,關(guān)閉冷凝水和磁力攪拌裝置,即可得到乳白色 PS乳膠液,備用。第二步:SiO2納米顆粒在 PS微球表面的原位包覆。取上述方法制備的PS乳膠液5.5 g、乙醇50 mL和一定量的氨水加入到250 mL 燒瓶中,磁力攪拌均勻后置于在油浴鍋中加熱至35 ℃。再將一定量的TEOS與40 mL無(wú)水乙醇混合均勻,以3 mL/min的速率滴加到燒瓶中。在磁力攪拌的條件下于35 ℃反應(yīng)5 h,將沉淀物離心分離、洗滌(蒸餾水洗兩遍、無(wú)水乙醇洗一遍),置于 80 ℃鼓風(fēng)烘箱中烘干,研磨即可得到淡白色PS/SiO2復(fù)合顆粒。在本實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)控制TEOS的濃度(0.12、0.24、0.48和0.96 mol/L)以制備具有不同SiO2含量的復(fù)合微球(Composite microspheres),樣品依次標(biāo)記為CM-1、CM-2、 CM-3和 CM-4。

    用美國(guó)Nicolet公司Avatar 370型傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(FT-IR)對(duì)樣品的紅外吸收進(jìn)行測(cè)定,KBr壓片,掃描波長(zhǎng)范圍 400~4 000 cm?1;用荷蘭 Philips公司Tecnai?12型和日本電子JEM?2100型透射電鏡(TEM)觀察樣品的形貌和殼層厚度;用美國(guó) TA公司 SDT Q600TA型熱重示差掃描量熱儀(TGA)測(cè)定樣品的熱質(zhì)量損失,并計(jì)算樣品中氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

    1.3 拋光試驗(yàn)及表征

    拋光設(shè)備如下:丹麥 Struers公司 TegraForce-1/TrgraPol-15型精密拋光機(jī),使用多孔聚氨酯拋光墊,型號(hào)為MD-Chem(Struers)。被拋光材料如下:硅熱氧化片(氧化層厚度約1.1 μm),購(gòu)自常州華誠(chéng)常半微電子有限公司。對(duì)比用膠體二氧化硅(10~20 nm)購(gòu)自浙江宇達(dá)化工有限公司。

    將純SiO2磨料和PS/SiO2復(fù)合磨料配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的拋光漿料,用氨水將漿料的pH值調(diào)至10,并加入0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的SDBS作為分散劑,使用前超聲分散10 min。具體拋光工藝條件如下:拋光壓力為28 kPa,拋光液流量為100 mL/min,上盤(pán)和下盤(pán)轉(zhuǎn)速分別為120和90 r/min,拋光時(shí)間為1 min。

    拋光試驗(yàn)后分別用去離子水、乙醇和丙酮將拋光后的晶片進(jìn)行超聲清洗,再置于超凈工作臺(tái)中自然晾干。用美國(guó)Digital Instruments公司Dimension Ⅴ型原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量拋光后樣品表面的二維形貌、粗糙度和輪廓曲線,測(cè)量范圍為10 μm×10 μm。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 復(fù)合微球的表征及其形成機(jī)制

    圖1所示為 PS微球和 PS/SiO2復(fù)合微球樣品(CM-2)的FTIR譜。從圖1(a)可以看出,3 400 cm?1左右的吸收峰對(duì)應(yīng)的樣品是物理吸附水;2 900、2 860和1 480 cm?1附近的吸收峰對(duì)應(yīng)于亞甲基的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰和對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰;3 050 cm?1附近的吸收峰為苯環(huán)上不飽和碳?xì)浠鶊F(tuán)的伸縮振動(dòng)峰;3 050~2 800 cm?1處對(duì)應(yīng)次甲基的伸縮振動(dòng);1 450~1 600 cm?1為苯環(huán)骨架上C=C的伸縮振動(dòng)峰;755 cm?1附近為苯環(huán)(苯環(huán)上鄰接 5個(gè)氫)上不飽和碳?xì)浠鶊F(tuán)的面外彎曲振動(dòng)峰,上述峰位置與聚苯乙烯的特征吸收峰吻合[13]。此外,圖1(a)中在1 670 cm?1附近出現(xiàn)了與PVP上與—N—相連的羰基吸收峰[14],可知PVP與聚苯乙烯發(fā)生了接枝共聚。從復(fù)合微球樣品的FTIR譜(圖1(b))中出現(xiàn)如圖1(a)中所有的伸縮振動(dòng)吸收峰,這表明復(fù)合微球樣品中存在聚苯乙烯。進(jìn)一步對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),在1 080 cm?1處出現(xiàn)Si—O—Si鍵的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,在470 cm?1附近出現(xiàn)Si—O鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰[15],說(shuō)明復(fù)合微球樣品中存在SiO2。

    圖1 PS微球和PS/SiO2復(fù)合顆粒樣品的紅外光譜Fig.1 FT-IR spectra of PS microspheres(a)and PS/SiO2 composite particles(b)

    圖2所示為 PS微球和 PS/SiO2復(fù)合微球樣品CM-1~CM-4典型的TEM像。對(duì)于獲得高質(zhì)量的核殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合微球來(lái)說(shuō),首先合成出具有合適表面性質(zhì)、球形度高以及粒徑分布窄的有機(jī)物內(nèi)核是關(guān)鍵因素之一。從圖2(a)中可以看出,所制備的PS微球表面光滑、尺寸均一,平均粒徑約在 220 nm。從圖2(b)~(e)可以看出,復(fù)合微球表面較為粗糙,其中氧化硅殼層以顆粒態(tài)包覆在 PS微球內(nèi)核表面,形成了草莓狀核殼包覆結(jié)構(gòu)。在本實(shí)驗(yàn)條件下,TOES濃度對(duì)最終產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)方面的影響。一方面,隨著TOES濃度的增加,相應(yīng)樣品表面氧化硅的包覆量隨之增大。當(dāng)TEOS濃度較低(0.12 mol/L)時(shí),如圖1(b)所示,PS內(nèi)核表面未能完全被氧化硅顆粒包覆;而當(dāng)TEOS濃度較高(0.96 mol/L)時(shí),如圖2(e)所示,樣品中存在大量單獨(dú)形核的氧化硅顆粒,即得到SiO2顆粒與PS/SiO2復(fù)合微球所組成的混合樣品。當(dāng)TEOS濃度適中(0.24和0.48 mol/L)時(shí),可以得到具有完整核殼包覆結(jié)構(gòu)的復(fù)合微球。如圖 2(c)所示,樣品 CM-3的粒徑約為240 nm,其中粒徑約在5 nm氧化硅顆粒均勻包覆在PS內(nèi)核表面。與原PS內(nèi)核(約220 nm)相比,樣品CM-3的粒徑增大了約20 nm,由此可估算出SiO2殼厚約為10 nm。另一方面,TEOS的濃度對(duì)復(fù)合微球表面氧化硅顆粒的粒徑也有一定程度的影響,其中樣品 CM-1和 CM-2表面氧化硅粒徑為 5~10 nm,而樣品CM-3和CM-4殼層中氧化硅粒徑則增至10~20 nm,這可能與TEOS在不同濃度條件下的水解速率有關(guān)[16?17]。

    所制備 PS/SiO2復(fù)合微球可能的形成機(jī)制如下。首先,正硅酸乙酯在氨水的催化作用下發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)生成游離的SiO2納米顆粒,同時(shí)由于水解得到的氧化硅表面存在羥基,因此其表面呈弱酸性。在PS內(nèi)核制備過(guò)程中,PVP起著穩(wěn)定劑的作用[18],同時(shí),PVP也會(huì)吸附在 PS微球表面,使之表面呈弱堿性[19](PVP中 N原子的作用)。在酸?堿作用下,SiO2顆粒在PS微球表面富集,形成草莓狀氧化硅包覆層,最終得到具有核殼結(jié)構(gòu)的 PS/SiO2復(fù)合微球。陳敏[20]在制備草莓狀包覆結(jié)構(gòu)PMMA/ SiO2復(fù)合微球時(shí)也提出類似的形成機(jī)理。

    圖2 所制備PS微球和PS/SiO2復(fù)合微球樣品的TEM像Fig.2 TEM images of PS microspheres and PS/SiO2 composite particles: (a)PS;(b)CM-1; (c)CM-2; (d)CM-3; (e)CM-4

    為了定量分析復(fù)合微球樣品中氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù),對(duì)樣品進(jìn)行熱質(zhì)量損失測(cè)試,其結(jié)果如3所示。由圖3可以看出,樣品的質(zhì)量損失可分為兩個(gè)階段,第一階段為 80~300 ℃,主要是殼層中氧化硅顆粒表面吸附水及溶劑乙醇的質(zhì)量損失所致;第二階段為300~500 ℃,這是樣品內(nèi)核中聚苯乙烯鏈段斷裂引起的質(zhì)量損失所致。加熱至500 ℃后,曲線呈水平狀,這表明樣品中的 PS內(nèi)核已完全分解,因此,可根據(jù)殘留物的質(zhì)量計(jì)算樣品中氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。計(jì)算結(jié)果表明,復(fù)合微球樣品CM-1~CM-4中氧化硅的包覆量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為12%、31%、41%和69%,且隨著包覆量的增大,復(fù)合微球樣品的 TGA曲線逐漸向高溫方向偏移,這可能是由于殼層中氧化硅顆粒與 PS內(nèi)核之間存在較大的相互作用力,使得樣品的熱穩(wěn)定性提高所致[20]。

    圖3 PS/SiO2復(fù)合微球樣品的TGA曲線Fig.3 TGA curves of PS/SiO2 composite microspheres samples

    2.2 復(fù)合磨料的拋光性能及機(jī)理分析

    用 AFM 測(cè)定經(jīng)拋光前后晶片典型的二維形貌和表面粗糙度以評(píng)價(jià) PS/SiO2復(fù)合磨料的拋光特性,其結(jié)果如圖4所示。由圖4(a)可知,拋光前晶片表面較為粗糙、存在大量微凸物。經(jīng)測(cè)定,拋光前晶片在10 μm×10 μm范圍內(nèi)粗糙度Ra值和RMS值分別為0.741和1.04 nm。經(jīng)純SiO2磨料拋光后的晶片形貌如圖4(b)所示,對(duì)比可知,拋光后表面的微觀輪廓明顯趨于平緩,粗糙度Ra值和RMS值可分別降至0.395和0.548 nm,但經(jīng)純 SiO2磨料拋光后,晶片上仍存在較為明顯的條狀劃痕。

    結(jié)合圖4(c)~(f)可以看出,復(fù)合磨料中氧化硅的包覆量對(duì)拋光后晶片的表面形貌和粗糙度值具有較為明顯的影響。當(dāng)殼層中氧化硅包覆量(12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),樣品CM-1)過(guò)低時(shí),如圖4(c)所示,拋光后晶片仍基本保持了原始晶片的形貌,這可能是由于樣品 CM-1中氧化硅顆粒未能形成連續(xù)殼層,樣品的表面硬度不夠,未能使得磨料與晶片接觸過(guò)程中產(chǎn)生足夠的機(jī)械作用所致。如圖4(f)所示,當(dāng)氧化硅包覆量(69%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),樣品CM-4)過(guò)高時(shí),拋光后晶片表面產(chǎn)生了少量劃痕,這可能是由于復(fù)合磨料的表面硬度過(guò)高、機(jī)械作用過(guò)強(qiáng)所致,同樣也導(dǎo)致平坦化效果降低。當(dāng)復(fù)合磨料中SiO2包覆量居中(31% 和41%)時(shí),拋光后晶片表面的粗糙度值最低,且表面更加平整(如圖 4(d)和(e)所示)。其中,經(jīng)復(fù)合磨料CM-2拋光后,表面在10 μm×10 μm 范圍內(nèi)粗糙度 Ra值和 RMS值分別為0.235和0.308 nm。

    核殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料對(duì)拋光性能的改善可能歸因于其特殊的非剛性力學(xué)特性。一方面,在CMP過(guò)程中,該類型復(fù)合磨料可能會(huì)發(fā)生微量的彈性變形以增大磨料/芯片之間的真實(shí)接觸面積,并改善兩者之間的接觸應(yīng)力分布狀態(tài)。根據(jù) CMP接觸面積作用機(jī)制[21],這將有利于減少劃痕和亞表層損傷。另一方面,考慮到拋光墊表面存在凹凸峰,復(fù)合磨料所特有的“彈簧狀”結(jié)構(gòu)還將有利于調(diào)節(jié)磨料與晶片之間的接觸狀態(tài),以提高平整度。本課題組在前期的工作[22]中,利用AFM力曲線測(cè)定技術(shù)和Hertz接觸模型,分別計(jì)算了PS微球(120 nm)以及不同殼厚PS/CeO2復(fù)合微球的彈性模量。結(jié)果顯示:PS微球的平均彈性模量為2.80 GPa,PS/CeO2復(fù)合微球的彈性模量隨CeO2殼厚的增加而增大,當(dāng)復(fù)合微球中CeO2殼厚為8~16 nm時(shí),其彈性模量為7~11 GPa。與純氧化鈰(彈性模量約為264.1 GPa[23])相比,該復(fù)合微球的彈性模量明顯更接近于 PS內(nèi)核,表現(xiàn)出與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)顆粒不同的非剛性力學(xué)特性。此外,ARMINI等[24]也納米壓痕技術(shù)測(cè)定并計(jì)算PMMA微球以及PMMA/SiO2復(fù)合微球的壓縮彈性模量,同樣得出了類似的結(jié)論。因此,有理由推測(cè)同樣類型的核殼結(jié)構(gòu) PS/SiO2復(fù)合微球也具有非剛性的力學(xué)性質(zhì)。

    在目前的描述磨料/晶片之間接觸狀態(tài)的模型和機(jī)理[25]中,其中一個(gè)基本假設(shè)則是認(rèn)為磨料是剛性的,并沒(méi)有考慮到非剛性磨料的力學(xué)特性及自身變形的影響,因此,現(xiàn)有的 CMP接觸模型不能完全適用于非剛性核殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料的材料去除過(guò)程,但利用現(xiàn)有的接觸模型仍能在一定程度上定性的描述磨料的彈性模量對(duì)壓痕深度及表面粗糙度的影響。

    在王永光[25]根據(jù)赫茲理論得到的小變形接觸模型基礎(chǔ)上,給出晶片/磨料/拋光墊三者之間的接觸示意圖,如圖5所示。

    磨料在晶片表面所產(chǎn)生的壓痕深度(wδ)如式(1)所示:

    圖4 復(fù)合磨料拋光前后表面的AFM二維形貌Fig.4 AFM topographies of oxide wafer surfaces before and after CMP: (a)Before CMP; (b)Polished with SiO2 abrasives;(c)Polished with CM-1; (d)Polished with CM-2; (e)Polished with CM-3; (f)Polished with CM-4

    式中:Hw為晶片表面的綜合硬度;D為磨料的直徑;Fs/p為拋光墊與磨粒之間的接觸力,可由式(2)表示。

    式中:pδ為磨料壓入到拋光墊的深度;Ea/p為磨料與拋光墊之間的有效彈性模量,可由式(3)表示。

    圖5 晶片/磨料/拋光墊的接觸模型Fig.5 Schematic diagram of wafer/abrasive/pad microcontact model

    式中:Ea和aν分別為復(fù)合磨料的彈性模量和泊松比;Ep和pν分別為拋光墊的彈性模量和泊松比。

    由式(3)可知,隨著磨料彈性模量Ea的降低,磨料與拋光墊之間的有效彈性模量 Ea/p隨之降低。此外,從式(2)中可以看出,有效彈性模量Ea/p的降低使得拋光墊與磨粒的接觸力 Fs/p降低,最終使得磨料壓入到晶片內(nèi)的深度wδ減小(如式(1)所示),同時(shí)這個(gè)壓痕深度最終決定了拋光后表面的粗糙度值[25]。由于核殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料具有非剛性的特性,其壓縮彈性模量要顯著低于傳統(tǒng)的剛性無(wú)機(jī)磨料。因此,在使用該類型復(fù)合磨料進(jìn)行拋光時(shí),可以將拋光壓力更加溫和地傳遞給拋光表面,使得接觸應(yīng)力降低,最終降低了使得單個(gè)磨料在晶片表面的壓入深度wδ。這不僅使拋光表面粗糙度得以降低,還將有利于減少劃痕和亞表層損傷。

    需要指出的是,上述分析是基于現(xiàn)有的 CMP接觸力學(xué)模型,定性地解釋復(fù)合磨料彈性模量Ea對(duì)磨粒壓入晶片的深度wδ的影響。必須指出,與傳統(tǒng)的剛性無(wú)機(jī)磨料相比,非剛性有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料的自身力學(xué)特性將會(huì)直接影響到晶片/磨料/拋光墊三者之間的接觸狀態(tài),因此,在構(gòu)建模型時(shí)的基本假設(shè)將會(huì)發(fā)生很大的改變。需要在深入了解復(fù)合磨料自身力學(xué)特性(彈性模量和表面硬度等)的基礎(chǔ)上,通過(guò)系統(tǒng)研究其微觀結(jié)構(gòu)?力學(xué)特性?拋光性能之間的內(nèi)在關(guān)系,從而揭示出非剛性復(fù)合磨料特殊的核/殼結(jié)構(gòu)在材料去除過(guò)程中的協(xié)同效應(yīng)及其高效無(wú)損傷拋光機(jī)理和模型。

    3 結(jié)論

    1)利用TOES水解得到的氧化硅表面呈弱酸性,與表面呈堿性 PS微球之間的酸堿作用,制備了具有核/殼結(jié)構(gòu)PS/SiO2復(fù)合微球。TEM結(jié)果證明:在本研究范圍內(nèi),所制備的復(fù)合微球呈草莓狀包覆結(jié)構(gòu),殼層由SiO2納米粒顆粒所組成;TG分析表明,樣品中氧化硅的含量在12%~69%之間(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

    2)拋光試驗(yàn)顯示,復(fù)合磨料中氧化硅的含量對(duì)拋光后晶片表面的形貌、粗糙度和輪廓曲線具有較為明顯的影響。當(dāng)包覆量適中(31%)時(shí),拋光晶片表面的微觀起伏最為平緩,在10 μm×10 μm范圍內(nèi)粗糙度Ra值和RMS值分別為0.235和0.308 nm。進(jìn)一步分析表明,核/殼結(jié)構(gòu)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合磨料的非剛性力學(xué)特性對(duì)晶片表面壓痕深度和粗糙度具有重要影響。

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