前言

       化學機械拋光(CMP)技術(shu)是半導(dao)體晶片表(biao)面(mian)加工(gong)的(de)(de)(de)關鍵技術(shu)之一,并用(yong)于集成(cheng)(cheng)電(dian)路制造過(guo)程的(de)(de)(de)各階段(duan)表(biao)面(mian)平整(zheng)化,近年來得(de)到廣泛應(ying)用(yong)。在CMP過(guo)程中,拋(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)具(ju)有(you)儲存、運輸拋(pao)光(guang)(guang)(guang)液、去(qu)除加工(gong)殘余物質、傳遞機械載(zai)荷及維(wei)持拋(pao)光(guang)(guang)(guang)環境等功能(neng)。隨(sui)著(zhu)CMP過(guo)程的(de)(de)(de)不斷(duan)進(jin)行(xing),拋(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)的(de)(de)(de)物理(li)及化學性(xing)能(neng)會發(fa)生變化,表(biao)現(xian)為(wei)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)表(biao)面(mian)產生殘余物質,微孔的(de)(de)(de)體積縮小、數量減少(shao),表(biao)面(mian)粗糙度降低(di),表(biao)面(mian)發(fa)生分子重組現(xian)象(xiang),形成(cheng)(cheng)一定(ding)厚度的(de)(de)(de)釉化層,導(dao)致拋(pao)光(guang)(guang)(guang)效率(lv)和(he)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)質量的(de)(de)(de)降低(di)。為(wei)了消除以上(shang)現(xian)象(xiang),必須對(dui)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)墊(dian)進(jin)行(xing)修整(zheng)。合理(li)的(de)(de)(de)修整(zheng)不僅(jin)可以改善拋(pao)光(guang)(guang)(guang)效果(guo)，還可以提高其使用(yong)壽命，降低(di)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)成(cheng)(cheng)本。

       從修整方式的角度來看，拋光墊分為自修整拋光墊和非自修整拋光墊。自修拋光墊將磨料嵌(qian)入到拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)內(nei)部(bu)(bu)，在(zai)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)過程中(zhong)，舊磨(mo)料借助于(yu)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)于(yu)晶片之間的摩(mo)擦力(li)，自(zi)(zi)動脫離(li)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)表面(mian)，使(shi)得新磨(mo)料暴(bao)露(lu)出來，所以該種拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)具有自(zi)(zi)動修(xiu)(xiu)(xiu)復功能。這種自(zi)(zi)修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)目前還未得到廣泛應用，絕大多數拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)均(jun)需(xu)要進行(xing)離(li)線或者在(zai)線修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)。但目前關于(yu)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)的研(yan)究很少(shao)，尚未形成完整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)的理(li)論，主(zhu)要研(yan)究者ATI(Abrasive Technology Inc)、AppliedMaterial，Inc和3M公司(si)，修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)器(qi)及其(qi)修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)工藝(yi)參(can)數作為公司(si)內(nei)部(bu)(bu)機密未作詳細說(shuo)明(ming)。本(ben)文著重(zhong)介紹不同類(lei)型整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)修(xiu)(xiu)(xiu)器(qi)及其(qi)相(xiang)關修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)工藝(yi)參(can)數對修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)效果影響規律的研(yan)究結果，從(cong)而為拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)墊(dian)的合(he)理(li)修(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)提供依(yi)據。

       1 修整器性能參數對修整效果的影響

       目前，最常用的修整器是金剛石修整(zheng)器。金剛石顆粒的性能參(can)數（包(bao)括(kuo)類型。尺寸、形狀及粘(zhan)結力等）、排列方式及胎體(ti)材料對修正(zheng)效果有重要影響。

       1.1 金剛(gang)石顆粒的參數對修整效果的影響

       金剛石(shi)顆(ke)(ke)粒的(de)參數包括(kuo)金剛石(shi)顆(ke)(ke)粒的(de)類型、尺(chi)寸、形狀及粘結力等(deng)多個方面。分析(xi)和評價每一個因素對拋(pao)光(guang)(guang)墊性能及拋(pao)光(guang)(guang)效果的(de)影響規(gui)律,實驗過程非常復雜,目前(qian)幾乎(hu)只有(you)ATI等(deng)公司在進行(xing)。但考慮到商業保密,大部(bu)分有(you)關金剛石(shi)顆(ke)(ke)粒的(de)實驗參數未(wei)予(yu)公開。

       在金剛石(shi)修整器修整效(xiao)率(lv)的(de)評價方面,Prabhu等提出(chu)采用RAS(relative abrasive sharpness)值作為修整效(xiao)率(lv)的(de)評價指(zhi)標(biao),并指(zhi)出(chu)RAS與修整效(xiao)率(lv)成線性關(guan)系(xi)。RAS與修整器和拋光墊(dian)兩者之間的(de)摩擦力相(xiang)關(guan),RAS與修整效(xiao)率(lv)之間的(de)線性關(guan)系(xi)在后續很多實驗(yan)(yan)中得到驗(yan)(yan)證。但RAS的(de)測量方法及(ji)裝置(zhi)未做詳細說明。

       不同金(jin)剛石顆(ke)粒(li)類型(xing)對修整效率產生(sheng)不同影(ying)響。Bubnick等(deng)采用三種不同類型(xing)的顆(ke)粒(li)進(jin)行(xing)修整實驗發(fa)現,修整效率相(xiang)差(cha)2.6倍左右,RAS值(zhi)越大,其修整效率越高。

       不(bu)同金(jin)(jin)剛(gang)石顆粒(li)的(de)尺寸(cun)(cun)、形(xing)狀對修(xiu)(xiu)整(zheng)效果產生(sheng)不(bu)同影響。隨著金(jin)(jin)剛(gang)石顆粒(li)尺寸(cun)(cun)的(de)增大(da),修(xiu)(xiu)整(zheng)效率提高, 所獲得的(de)拋光(guang)墊表(biao)面粗糙度大(da),表(biao)面凹坑(keng)多,容(rong)易產生(sheng)劃痕等(deng)缺陷,拋光(guang)效果不(bu)理想。但(dan)顆粒(li)尺寸(cun)(cun)過小時, 難(nan)以去除(chu)拋光(guang)墊表(biao)面的(de)釉化層(ceng)。Bubnick采用A、B、C和D四(si)種不(bu)同顆粒(li)形(xing)狀(具體(ti)形(xing)狀未作說明(ming))的(de)金(jin)(jin)剛(gang)石修(xiu)(xiu)整(zheng)器(qi)進行試驗發現，RAS和修(xiu)(xiu)整(zheng)效率出現很大(da)差(cha)別，但(dan)RAS與修(xiu)(xiu)整(zheng)效率之間(jian)仍存在線性關(guan)系。

       金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)(ke)粒與胎體(ti)之間(jian)的(de)(de)粘(zhan)結力(li)會(hui)對(dui)修(xiu)(xiu)整效(xiao)(xiao)果產生影(ying)響(xiang)。目前金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)(ke)粒和(he)胎體(ti)之間(jian)的(de)(de)粘(zhan)結主要采(cai)用(yong)(yong)電(dian)鍍鎳(nie)(EP)等方(fang)法(fa)，在修(xiu)(xiu)整過程中，該方(fang)法(fa)容易造成金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)(ke)粒的(de)(de)自由(you)脫落(luo)，從(cong)而(er)使得修(xiu)(xiu)整效(xiao)(xiao)率降低(di)，修(xiu)(xiu)整器(qi)(qi)的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命縮短，還會(hui)影(ying)響(xiang)拋(pao)光(guang)效(xiao)(xiao)果。ATI公司(si)采(cai)用(yong)(yong)一(yi)種P.B.S.m新技術來制備金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)修(xiu)(xiu)整器(qi)(qi)，金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)(ke)粒與胎體(ti)之間(jian)依靠化(hua)學。冶金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)原(yuan)理(li)來粘(zhan)結。將該兩(liang)種修(xiu)(xiu)整器(qi)(qi)進行修(xiu)(xiu)整實驗，通(tong)過對(dui)比單位面積(ji)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)(ke)粒的(de)(de)脫落(luo)數量(liang)發現(xian)，第(di)二(er)種方(fang)法(fa)的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)(ke)粒幾(ji)乎不存在脫落(luo)現(xian)象，說明粘(zhan)結力(li)顯著增(zeng)強(qiang)，如圖(tu)1、2所示(shi)。所以(yi)粘(zhan)結力(li)的(de)(de)增(zeng)大(da)，有(you)利于提(ti)高修(xiu)(xiu)整效(xiao)(xiao)率和(he)修(xiu)(xiu)整器(qi)(qi)的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命。

       1.2 金(jin)剛石顆粒的(de)排列方(fang)式對修(xiu)整(zheng)效(xiao)果的(de)影響

       常(chang)見金剛石顆粒的排(pai)列方式有三種:隨(sui)機排(pai)列、簇擁排(pai)列及(ji)均勻排(pai)列,如圖3、4所示。不同的排(pai)列方式會(hui)對拋光墊性能及(ji)拋光效果產生不同影響。

       簇(cu)擁排(pai)(pai)(pai)列的(de)金剛(gang)石修(xiu)整器(qi)對拋光(guang)墊(dian)修(xiu)整時,動靜態摩(mo)擦系(xi)數最大,修(xiu)整效(xiao)率(lv)最高,但容易產生拋光(guang)墊(dian)的(de)過度磨損,導致(zhi)使用壽(shou)命的(de)降(jiang)低。均(jun)勻(yun)排(pai)(pai)(pai)列的(de)金剛(gang)石修(xiu)整器(qi)對拋光(guang)墊(dian)修(xiu)整時,動靜態摩(mo)擦系(xi)數最小,修(xiu)整效(xiao)率(lv)最低，僅為簇(cu)擁排(pai)(pai)(pai)列的(de)25%。但由于金剛(gang)石顆(ke)粒排(pai)(pai)(pai)列比較規則,易于表面溝槽的(de)形(xing)成。隨機排(pai)(pai)(pai)列方式是由簇(cu)擁排(pai)(pai)(pai)列和均(jun)勻(yun)排(pai)(pai)(pai)列混合而成,所以該類型金剛(gang)石修(xiu)整器(qi)的(de)修(xiu)整性能位于前兩者(zhe)之間(jian)。

       相對于簇(cu)擁式排列,拋(pao)光(guang)墊經(jing)過(guo)均勻排列的(de)金剛石修整(zheng)(zheng)器(qi)的(de)修整(zheng)(zheng)后(hou),拋(pao)光(guang)效(xiao)率提高了(le)35%,表(biao)面不(bu)均勻性降低,表(biao)面刮痕等缺陷(xian)減少(shao),使用壽命大(da)(da)幅度提高。其原因是(shi)修整(zheng)(zheng)后(hou)的(de)拋(pao)光(guang)墊表(biao)面出(chu)現了(le)一層比較均勻、堅韌、厚(hou)實的(de)微凸峰,能夠(gou)承受比較大(da)(da)的(de)載荷,同(tong)時表(biao)面溝槽(cao)的(de)形(xing)成有利(li)于容納、清除加工殘余物質以及(ji)拋(pao)光(guang)液的(de)快速輸送和均勻分布,從而改(gai)善了(le)拋(pao)光(guang)效(xiao)果(guo)。

       1.3 金(jin)剛石修整器(qi)的(de)胎(tai)體材料對(dui)修整效果的(de)影響

       隨著CMP的應用從氧化物發展到鎢、銅等金屬材料時,拋光液的pH值呈強酸性,具有很強的腐蝕性,這就要求修整器不僅具有機械磨削功能,還(huan)必須具有(you)很強的(de)抵抗(kang)化學腐(fu)(fu)蝕的(de)能力(li)(li)。尤其是(shi)對拋光(guang)墊進行在線修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng),修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器的(de)抗(kang)腐(fu)(fu)蝕性更(geng)為重(zhong)(zhong)要(yao)。但現(xian)有(you)的(de)大多數金(jin)剛(gang)石修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器都是(shi)將(jiang)金(jin)剛(gang)石顆粒(li)通(tong)過電(dian)鍍、銅焊(han)或燒(shao)結(jie)等(deng)辦法粘結(jie)到金(jin)屬(shu)材料(liao)胎(tai)體(ti)(ti)(ti)上(shang),并不具備抗(kang)腐(fu)(fu)蝕能力(li)(li)。隨著(zhu)胎(tai)體(ti)(ti)(ti)材料(liao)的(de)腐(fu)(fu)蝕,金(jin)剛(gang)石顆粒(li)脫落胎(tai)體(ti)(ti)(ti),不僅(jin)會(hui)影(ying)響修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)效(xiao)果,縮(suo)短了修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器的(de)使(shi)用壽命,還(huan)會(hui)給嚴重(zhong)(zhong)影(ying)響拋光(guang)效(xiao)果。為了增強金(jin)剛(gang)石修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器的(de)抗(kang)腐(fu)(fu)蝕能力(li)(li),McGregor等(deng)選用陶(tao)瓷作(zuo)為胎(tai)體(ti)(ti)(ti)材料(liao),制成一個超平的(de)修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)面,并將(jiang)金(jin)剛(gang)石顆粒(li)均勻地(di)粘結(jie)到胎(tai)體(ti)(ti)(ti)上(shang)，如圖5所示(shi)。

       經酸(suan)性(xing)溶液(硝酸(suan)鐵(tie)溶液)的(de)(de)浸泡實(shi)驗發現,該修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器(qi)未(wei)發生腐蝕和(he)金剛石顆粒脫落等現象,具有非(fei)常(chang)強的(de)(de)抗(kang)腐蝕能力。經修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)實(shi)驗發現,相(xiang)對于傳(chuan)統的(de)(de)修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器(qi), 該修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器(qi)的(de)(de)修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)效率基本(ben)相(xiang)同,但(dan)由于其(qi)修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)面更加平整(zheng)(zheng)(zheng),使(shi)得更多(duo)的(de)(de)金剛石顆粒與(yu)待修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)面接觸,所以能夠(gou)獲得比較(jiao)好的(de)(de)平面度,同時(shi)降低了(le)金剛石顆粒的(de)(de)磨(mo)損(sun)量(大約為(wei)傳(chuan)統修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器(qi)的(de)(de)金剛石顆粒磨(mo)損(sun)量的(de)(de)50%),提高了(le)修(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)器(qi)的(de)(de)使(shi)用壽命(ming)。

       2 修整工藝參數對修整效果的影響

       2.1 修整壓力及轉速對修整效果的影(ying)響

       當修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)壓(ya)力(li)(li)較小時(shi)(shi)(shi)(shi),金(jin)剛(gang)石顆(ke)粒嵌入拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)深(shen)度較小,不(bu)利(li)于拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)(dian)(dian)(dian)表面釉化(hua)層的(de)完全去除,表面微(wei)孔仍有堵塞,修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)效(xiao)率較低;隨(sui)著(zhu)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)壓(ya)力(li)(li)的(de)增大,去除厚度增大,修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)效(xiao)率提高(gao)(gao),且表面均勻分布的(de)微(wei)孔數量(liang)增大,有利(li)于容納拋(pao)(pao)光(guang)液和加工殘(can)余物(wu)質,從而改善拋(pao)(pao)光(guang)效(xiao)果;但壓(ya)力(li)(li)過(guo)大時(shi)(shi)(shi)(shi),容易(yi)造成(cheng)拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)(dian)(dian)(dian)嚴重磨損(sun),降低其使用(yong)壽命,且壓(ya)力(li)(li)過(guo)大也會使修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)器產生(sheng)振動(dong), 影響修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)效(xiao)果。當修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)器轉速增加時(shi)(shi)(shi)(shi),不(bu)僅可(ke)以提高(gao)(gao)單位時(shi)(shi)(shi)(shi)間內拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)(dian)(dian)(dian)與金(jin)剛(gang)石顆(ke)粒之間發生(sheng)機械摩擦(ca)(ca)的(de)次數,還可(ke)以增大兩者之間的(de)摩擦(ca)(ca)力(li)(li),從而提高(gao)(gao)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)效(xiao)率。總(zong)的(de)看(kan)來,拋(pao)(pao)光(guang)墊(dian)(dian)(dian)(dian)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)時(shi)(shi)(shi)(shi),修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)壓(ya)力(li)(li)及轉速對修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)效(xiao)果的(de)影響基本符合Preston方程的(de)趨(qu)勢。

       2.2 修整溫度對(dui)修整效果的影(ying)響(xiang)

       修整溫度對(dui)拋光(guang)墊的溝槽、微孔及硬度會(hui)產生(sheng)重要影響,并(bing)最終(zhong)影響拋光(guang)效果。

       當(dang)拋(pao)光墊未修(xiu)(xiu)(xiu)整時,加(jia)工(gong)殘余物(wu)質填滿了溝(gou)槽(cao)(cao),阻礙了拋(pao)光液的(de)輸送(song),如(ru)圖6(a);對拋(pao)光墊進(jin)行修(xiu)(xiu)(xiu)整時,隨著修(xiu)(xiu)(xiu)整溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)升高,溝(gou)槽(cao)(cao)內部殘余物(wu)質逐漸去除,溝(gou)槽(cao)(cao)寬(kuan)度(du)(du)(du)逐漸擴(kuo)大(da),如(ru)圖6(b)和6(c);當(dang)修(xiu)(xiu)(xiu)整溫(wen)度(du)(du)(du)達到(dao)80e時,溝(gou)槽(cao)(cao)底部及兩側的(de)殘余物(wu)質完(wan)全去除,槽(cao)(cao)壁比較平整,溝(gou)槽(cao)(cao)寬(kuan)度(du)(du)(du)達到(dao)最大(da)值,有利于拋(pao)光液的(de)輸送(song),如(ru)圖6(d)。

       不(bu)(bu)同(tong)修(xiu)整(zheng)溫度下,拋(pao)(pao)光(guang)墊表面微孔(kong)的(de)(de)變化過(guo)程與溝槽(cao)類(lei)似。未修(xiu)整(zheng)時(shi),加工殘(can)余物質和廢舊(jiu)拋(pao)(pao)光(guang)液(ye)(ye)充滿了微孔(kong),如(ru)圖7(a);隨著修(xiu)整(zheng)溫度的(de)(de)升高(gao),雖然(ran)微孔(kong)尺寸增(zeng)大,孔(kong)內(nei)殘(can)余物質減(jian)少,容(rong)納的(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)液(ye)(ye)增(zeng)多(duo),但微孔(kong)的(de)(de)形(xing)狀(zhuang)不(bu)(bu)規(gui)則,分布(bu)不(bu)(bu)均勻(yun),如(ru)圖7(b)和7(c);當(dang)溫度達到80e時(shi),拋(pao)(pao)光(guang)墊表面的(de)(de)微孔(kong)內(nei)的(de)(de)殘(can)余物質被全部(bu)去除,充滿了新的(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)液(ye)(ye),且微孔(kong)形(xing)狀(zhuang)比(bi)較規(gui)則,分布(bu)均勻(yun),如(ru)圖7(d)。所以經過(guo)高(gao)溫修(xiu)整(zheng)后的(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)墊,由于(yu)溝槽(cao)和微孔(kong)的(de)(de)存在,使得拋(pao)(pao)光(guang)液(ye)(ye)自(zi)由輸送,可(ke)以提高(gao)拋(pao)(pao)光(guang)效率,同(tong)時(shi)獲得比(bi)較好的(de)(de)表面平整(zheng)度。

       修(xiu)整溫度(du)的(de)(de)變化還會導致拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊彈性模(mo)量的(de)(de)改變。隨(sui)著溫度(du)的(de)(de)升(sheng)高,拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)墊的(de)(de)彈性模(mo)量大幅度(du)減小(xiao),硬度(du)降(jiang)低,經(jing)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)實驗后發現,所(suo)獲(huo)得的(de)(de)加工表(biao)面(mian)比(bi)較平(ping)整,未出(chu)現表(biao)面(mian)缺陷及刮痕,從而有(you)效地改善(shan)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)質量。

       2.3 修整(zheng)(zheng)密度(du)對修整(zheng)(zheng)效(xiao)果的(de)影響

       修整密度(Condition ing Density)是指(zhi)拋光墊上某點在單位時(shi)間內修整的次數,其定義如下:

       CD=1/VarmRpad

       其(qi)中,CD為(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)密(mi)度(du),Varm為(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)器的徑向移(yi)動速(su)度(du),Rpad為(wei)該(gai)點(dian)到拋光(guang)墊(dian)圓心的距離(li)。從(cong)公式(shi)可以(yi)看出(chu)Varm為(wei)定(ding)值時，修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)密(mi)度(du)隨著(zhu)Varm發生(sheng)變(bian)化，所以(yi)拋光(guang)墊(dian)中間部分(fen)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)密(mi)度(du)大,邊緣部分(fen)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)密(mi)度(du)小(xiao),這種修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)方式(shi)稱為(wei)過程修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng);如果(guo)適當改變(bian)Varm值,就可以(yi)使得(de)拋光(guang)墊(dian)上各部分(fen)的修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)密(mi)度(du)保持定(ding)值,這種修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)方式(shi)稱為(wei)平坦修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)。

       經(jing)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)實驗發(fa)現(xian),拋(pao)光(guang)墊(dian)的(de)(de)(de)磨損率與修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)密度(du)成正比,因此過(guo)程(cheng)(cheng)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)時(shi),拋(pao)光(guang)墊(dian)中(zhong)(zhong)間部分(fen)(fen)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)量較(jiao)大(da),邊緣(yuan)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)量較(jiao)小(xiao),導致表(biao)面平(ping)(ping)面度(du)不理(li)想;而(er)采用平(ping)(ping)坦(tan)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)時(shi),拋(pao)光(guang)墊(dian)各(ge)(ge)部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)量大(da)體一致。經(jing)粗糙(cao)度(du)分(fen)(fen)析發(fa)現(xian),相對于(yu)過(guo)程(cheng)(cheng)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng),平(ping)(ping)坦(tan)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)后(hou)的(de)(de)(de)拋(pao)光(guang)墊(dian)表(biao)面粗糙(cao)度(du)比較(jiao)小(xiao),各(ge)(ge)點處的(de)(de)(de)波峰、波谷值(zhi)變(bian)化(hua)較(jiao)小(xiao)。經(jing)釉(you)(you)化(hua)層(ceng)(ceng)分(fen)(fen)析發(fa)現(xian),過(guo)程(cheng)(cheng)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)后(hou),拋(pao)光(guang)墊(dian)中(zhong)(zhong)間部分(fen)(fen)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)密度(du)大(da),去除的(de)(de)(de)釉(you)(you)化(hua)層(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)較(jiao)大(da),外圍(wei)部分(fen)(fen)去除的(de)(de)(de)釉(you)(you)化(hua)層(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)較(jiao)小(xiao);而(er)平(ping)(ping)坦(tan)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)后(hou),拋(pao)光(guang)墊(dian)各(ge)(ge)釉(you)(you)化(hua)層(ceng)(ceng)去除厚(hou)度(du)基本一致。考慮到CMP過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong),作為主要加工區(qu)域的(de)(de)(de)拋(pao)光(guang)墊(dian)中(zhong)(zhong)間部分(fen)(fen),發(fa)生磨損、變(bian)形(xing)及(ji)釉(you)(you)化(hua)層(ceng)(ceng)等現(xian)象比較(jiao)嚴重(zhong),是(shi)重(zhong)點修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)區(qu)域,因此過(guo)程(cheng)(cheng)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)方(fang)式(shi)適合(he)于(yu)離(li)線(xian)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)粗修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)階段,平(ping)(ping)坦(tan)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)方(fang)式(shi)適合(he)于(yu)離(li)線(xian)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)精修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)階段。

   ;    此(ci)外(wai),金(jin)剛石顆(ke)粒的(de)刮(gua)除速(su)度(du)、嵌入深度(du)及角(jiao)度(du)、修整(zheng)(zheng)時間及其(qi)間隔(ge)、修整(zheng)(zheng)器的(de)徑向移(yi)動速(su)度(du)等(deng)工藝參數均會對修整(zheng)(zheng)效果產生影響,但有待進一(yi)步(bu)研(yan)究(jiu)。

       3 金剛石修整器的發展趨勢

       化學機械拋光(guang)技術的不斷發展,對(dui)金剛石(shi)修(xiu)整器(qi)的性(xing)能提出了(le)更高(gao)的要(yao)求：

       1)金剛(gang)石(shi)顆(ke)粒(li)不能脫(tuo)落(luo)。在線修整(zheng)(zheng)過(guo)程中(zhong)(zhong),金剛(gang)石(shi)顆(ke)粒(li)的脫(tuo)落(luo)會導(dao)致晶(jing)片(pian)和拋光(guang)墊的表面產(chan)生(sheng)比較深的劃痕,表面缺陷比較嚴重。怎樣增大金剛(gang)石(shi)顆(ke)粒(li)與胎體之(zhi)間的粘(zhan)結力(li),是金剛(gang)石(shi)修整(zheng)(zheng)器(qi)(qi)制備過(guo)程中(zhong)(zhong)必須解決的問題之(zhi)一(yi)。減少金剛(gang)石(shi)顆(ke)粒(li)的脫(tuo)落(luo),不僅可以(yi)(yi)改善拋光(guang)效(xiao)果,還可以(yi)(yi)大幅度提高(gao)修整(zheng)(zheng)器(qi)(qi)的使用壽命,降低生(sheng)產(chan)成本。

       (2)金(jin)剛石顆粒(li)的(de)排列(lie)(lie)(lie)方式(shi)(shi)必須均(jun)勻且規則(ze)。金(jin)剛石顆粒(li)均(jun)勻排列(lie)(lie)(lie)的(de)修整器能獲得比較理想的(de)修整效(xiao)果,使得CMP過程保持穩定,從而有效(xiao)改善拋光效(xiao)果。目前經常使用的(de)均(jun)勻排列(lie)(lie)(lie)方式(shi)(shi)有矩陣(zhen)式(shi)(shi)排列(lie)(lie)(lie)和同心圓排列(lie)(lie)(lie)。

        (3)修整(zheng)器具有(you)較長的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。CMP過程(cheng)中使(shi)用(yong)的(de)(de)一些拋(pao)光(guang)液(ye)酸(suan)度很高,會(hui)對修整(zheng)器的(de)(de)胎體(ti)材料(liao)產生腐蝕作(zuo)用(yong),造(zao)成金剛石(shi)顆粒的(de)(de)脫落(luo)。因此要提高修整(zheng)器的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命,降低拋(pao)光(guang)成本,必須改善胎體(ti)的(de)(de)性(xing)能,如選用(yong)陶(tao)瓷作(zuo)為胎體(ti)材料(liao),或者采用(yong)樹脂涂覆(fu)的(de)(de)方法強化胎體(ti)性(xing)能等。

       可(ke)(ke)以看到(dao)1#結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和主晶(jing)相為(wei)玻(bo)璃相,有(you)(you)少(shao)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)磷(lin)(lin)石(shi)英存在(zai),5#結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)相為(wei)純玻(bo)璃相。對(dui)于1#結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)當(dang)升溫至(zhi)100e以上時結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)磷(lin)(lin)石(shi)英發生(sheng)(sheng)晶(jing)型轉(zhuan)換,產生(sheng)(sheng)0.2%的(de)(de)(de)(de)體(ti)積(ji)膨(peng)脹(zhang)效應,因(yin)此1#結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)140e~170e溫度區間內體(ti)積(ji)迅速增(zeng)大;5#結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)為(wei)玻(bo)璃相,在(zai)整個(ge)測試溫區內沒有(you)(you)相變(bian)因(yin)此膨(peng)脹(zhang)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)沒有(you)(you)明顯變(bian)化。由實(shi)驗分(fen)析我們可(ke)(ke)以得出這樣的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)論:在(zai)該實(shi)驗的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)體(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)中(zhong)(zhong),Na2O是從兩方(fang)(fang)面(mian)(mian)(mian)對(dui)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)膨(peng)脹(zhang)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)產生(sheng)(sheng)影響。一方(fang)(fang)面(mian)(mian)(mian),結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)Na2O含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)提高(gao),增(zeng)加(jia)了結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)體(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)中(zhong)(zhong)自由氧的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang),破壞了結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)Si、O網絡(luo)結(jie)(jie)(jie)(jie)構使膨(peng)脹(zhang)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)增(zeng)大;另(ling)一方(fang)(fang)面(mian)(mian)(mian)當(dang)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)Na2O含(han)(han)量(liang)(liang)較(jiao)低時,Na2O的(de)(de)(de)(de)加(jia)入可(ke)(ke)以抑制結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)析出磷(lin)(lin)石(shi)英,這有(you)(you)利于結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)膨(peng)脹(zhang)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)的(de)(de)(de)(de)減小。兩方(fang)(fang)面(mian)(mian)(mian)共同作用的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)果如圖5所示的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗現象,當(dang)Na2O含(han)(han)量(liang)(liang)較(jiao)低時結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)平均(jun)膨(peng)脹(zhang)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)隨Na2O含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)提高(gao)增(zeng)加(jia)緩慢,當(dang)Na2O含(han)(han)量(liang)(liang)較(jiao)高(gao)(摩爾比大于0.2時)膨(peng)脹(zhang)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)隨Na2O含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)提高(gao)迅速增(zeng)加(jia)。

       3 結論

       在B2O3-SIO2-AI2O3-Na2O體系的金剛石砂輪陶(tao)瓷結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)中(zhong)，結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)的(de)(de)耐火度(du)隨(sui)(sui)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)增加(jia)而降低(di)；結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)中(zhong)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)對(dui)由結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)和(he)金剛石磨料制得力(li)學(xue)試(shi)(shi)(shi)條的(de)(de)強(qiang)度(du)有(you)很大影響,當(dang)結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)較低(di)時,隨(sui)(sui)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)增加(jia),力(li)學(xue)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)抗彎強(qiang)度(du)提高。當(dang)Na2O/(B2O3+Al2O3)的(de)(de)摩爾(er)比為0.5時,試(shi)(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)抗折(zhe)強(qiang)度(du)最高為70MPa。同時              Na2O含(han)(han)(han)量(liang)對(dui)結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)20e~500e平均(jun)熱膨(peng)脹系(xi)數也有(you)影響,當(dang)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)較低(di)時結(jie)(jie)(jie)合(he)劑(ji)的(de)(de)平均(jun)膨(peng)脹系(xi)數隨(sui)(sui)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)提高增加(jia)緩慢,當(dang)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)較高(摩爾(er)比大于0.2時)膨(peng)脹系(xi)數隨(sui)(sui)Na2O含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)提高迅速增加(jia)