CN108997941A - 一种铜片化学机械抛光液 - Google Patents

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万策
康仁科
郭江
朱祥龙
吴頔
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Abstract

本发明属于精密及超精密加工技术领域，涉及一种铜片化学机械抛光液，抛光液的pH值为7.5～9.5，包含溶质和溶剂两部分：溶剂为去离子水；溶质各组分及其质量百分比含量为：络合剂2～7wt％，氧化剂0.5～3wt％，表面活性剂0.2～0.6wt％，二氧化硅磨粒0.9～2.1wt％。使用本发明对铜片进行抛光，抛光后工件平面度可以达到2.95μm，表面粗糙度可以达到8.6nm，且工件表面无明显腐蚀坑及划痕。与以往抛光液相比，使用本发明对铜片进行抛光能够综合改善工件面形精度及表面质量，解决了以往铜抛光液常见的难以同时改善工件表面质量而工件面形精度的问题，取得了良好的综合抛光效果。

Description

一种铜片化学机械抛光液
技术领域
本发明属于精密及超精密加工技术领域，涉及一种铜片化学机械抛光液。
背景技术
精密物理实验涉及大量实验样品及极端条件产生装置的制造，这些样品及装置应用环境极端特殊，材料特性极端复杂，制造尺度极大跨越，制造质量极端稳定可靠。而极端制造是为精密物理实验提供近无偏差、缺陷或者偏差、缺陷可控的实验样品或装置的核心技术，其不仅是先进制造业创新发展的科学先导，而且是国家增强工业及国防实力并由制造大国向制造强国转变的重要物质基础，因此急需开展面向精密物理实验的极端制造基础问题相关研究。其中解决精密物理实验对薄壁平面、曲面等弱刚性构件的极端制造需求是重中之重。但弱刚性构件在制造过程中因往往自身刚度的不足而造成严重的加工变形，并对工件制造质量带来不利影响，为此美欧等工业发达国家对弱刚性薄壁工件进行持续且深入的理论与工艺研究。而针对这些弱刚性构件的使役性能需求，我国虽然在超精密切削工艺、装备、技术等方面取得了长足进步，但在材料性能优化、工艺装备误差传递和关键功能部件等方面与国外同领域研究仍有较大差距。目前，面对精密物理实验所需的弱刚性构件极端制造需求，国内研究尚不足以满足精密物理实验对弱刚性构件近无偏差、近无缺陷的极端制造需求。
而在弱刚性构件的极端制造研究当中，铜因其弱刚度特性而成为典型的研究对象材料。因铜对力、热载荷极为敏感，所以使用传统的切削加工工艺对铜进行镜面加工时，所产生的切削力和切削热将严重影响构件的加工精度和表面完整性。目前针对铜材料的镜面加工方法主要有机械研磨、化学机械抛光(CMP)等。但机械研磨会带来较多残余应力，使铜产生变形，而使用化学机械抛光(CMP)对铜进行加工，不仅抛光后残余应力小，而且工件表面质量较好，能够实现加工全局平坦化，所以各国对于铜的化学机械抛光工艺展开广泛研究。
目前在铜的化学机械抛光工艺中，抛光液是影响抛光效果的最重要因素。现阶段，铜的CMP抛光液按pH值分为两类：酸性抛光液(pH值小于7)和碱性抛光液(pH大于7)。其中酸性抛光液去除速率快，但容易使铜表面留下腐蚀斑等缺陷，同时腐蚀过程中的大量放热也会使铜产生变形；碱性抛光液抛光后表面质量较好，但往往需要较大抛光压力以保证去除速率，易使铜片因外力作用而变形。
在现有的铜抛光液技术中，CN1731567A公开了一种用于集成电路多层铜互连结构铜/钽多层膜抛光液，使用该抛光液对铜/钽多层膜进行抛光，可以达到较高的去除速率及纳米级表面粗糙度，但抛光时抛光压力较大(3psi)，不适用于纯铜片的抛光；CN104263248B公开了一种适用于低下压力的弱酸性铜抛光液，该抛光液可以在1psi以下的低下压力条件下对铜进行抛光，可以达到较高的去除速率(542.8nm/min)和0.2nm的表面粗糙度。但该抛光液仅对镀铜片有良好的抛光效果，在纯铜片的抛光中易造成过腐蚀等缺陷，从而影响铜片表面质量。
上述研究中抛光液的抛光效果仅从表面粗糙度及去除速率上进行描述，缺少关于面形精度的叙述，而且以往的抛光液主要应用于集成电路铜互连层的抛光，而对于径厚比大的薄铜片，因其结构特点导致其相较铜互连层刚性更弱，更易受力、热作用影响而产生变形等缺陷，所以使用以往抛光液对此类铜片进行抛光后，仅能改善铜片的表面粗糙度，提升表面质量，而无法改善铜片的平面度，甚至经常因为腐蚀作用过强而产生较多热量，使铜片产生变形，从而使铜片面形精度产生恶化。所以有必要研制一种用于铜片低应力化学机械抛光的抛光液，使抛光后铜片的平面度和表面粗糙度均有较大幅度的改善，达到良好的综合抛光效果。
发明内容
本发明针对现有技术的空白，提出一种铜片化学机械抛光液。该铜片化学机械抛光液能够在铜片的抛光中大幅改善工件的平面度及表面粗糙度，使工件达到表面平坦化，且工件表面无明显腐蚀坑及划痕，实现铜片抛光的良好综合抛光效果。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种铜片化学机械抛光液，包含溶质和溶剂两部分；所述溶剂为去离子水，所述溶质各组分及其质量百分比含量为：络合剂2～7wt％，氧化剂0.5～3wt％，表面活性剂0.2～0.6wt％，二氧化硅磨粒0.9～2.1wt％。铜片化学机械抛光液的pH值为7.5～9.5，由氢氧化钠溶液调节。
所述络合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)、六偏磷酸钠、乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)中至少一种。
所述氧化剂选自双氧水、次氯酸钠、过硫酸铵中至少一种。
所述表面活性剂选自曲拉通X-100、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)、吐温-80中至少一种。
所述二氧化硅(SiO2)磨粒粒径范围为10～70nm。
本发明所述的一种铜片化学机械抛光液，可采用本领域常规方法进行制备，例如将各组分按配比加入去离子水中，搅拌约30分钟使其搅拌均匀，再加入氢氧化钠溶液调整pH值到7.5-9.5，即可得到该抛光液。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的铜片化学机械抛光液腐蚀作用适中，抛光时在保证腐蚀速率的同时，产生的热量较小，从而减少铜因受热影响而变形。
(2)本发明的铜片化学机械抛光液可以在极小压力下(小于0.1psi)对铜片进行高效率抛光，大幅减少铜片受抛光压力影响的变形；抛光后铜片表面光亮，平面度有明显改善，面形精度优，同时表面粗糙度也有较大幅度的改善，解决了使用以往抛光液进行抛光难以改善工件面形精度的问题，达到了良好的综合抛光效果。
(3)本发明的铜片化学机械抛光液中含有络合剂，其可以与抛光时产生的铜离子进行络合，降低游离的铜离子浓度，从而加速新的铜离子产生，提高抛光速率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明，本发明的具体实施例及其说明仅用于解释本发明，并不对本发明的范围进行限定。
将配置后的铜片化学机械抛光液用于抛光实验，抛光实验参数如下：
抛光机：沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力抛光机；
抛光铜片规格：直径100mm，厚度3.5mm(径厚比28.5)
抛光盘转速：70r/min
抛光时间：30min
抛光垫：聚氨酯抛光垫
抛光液流量：13ml/min
抛光压力：小于0.1psi
抛光温度：15℃
使用美国Corning Tropel公司生产的平面度仪(FlatMaster200)测量抛光后铜片的平面度，使用美国ZYGO公司生产的表面轮廓仪(NV5000 5022S)测量抛光后铜片的表面粗糙度。
使用以下实施例对铜片抛光后的平面度和表面粗糙度见表1。
实施例1
按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置抛光液。溶剂组分为：乙二胺四乙酸(EDTA)3wt％，双氧水0.5wt％，曲拉通X-100 0.3wt％，二氧化硅(SiO2)磨粒0.9wt％；溶剂为去离子水。氧化剂磨粒的粒径为15nm，抛光液的pH值为7.6，抛光压力0.035psi。
实施例2
按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置抛光液。溶剂组分为：六偏磷酸钠6wt％，次氯酸钠0.8wt％，辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)0.3wt％，二氧化硅(SiO2)磨粒1.5wt％；溶剂为去离子水。氧化剂磨粒的粒径为45nm，抛光液的pH值为8.9，抛光压力0.043psi。抛光后铜片表面均匀。
实施例3
按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置抛光液。溶剂组分为：乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)7wt％，过硫酸铵2wt％，吐温-80 0.3wt％，二氧化硅(SiO2)磨粒2.1wt％；溶剂为去离子水。氧化剂磨粒的粒径为65nm，抛光液的pH值为9.4。抛光压力0.05psi。
实施例效果列表
通过以上实施例效果列表，可以说明本发明的铜片化学机械抛光液性能优良，在弱碱性的环境下通过氧化剂的氧化作用将铜表面氧化，同时通过络合剂将铜离子络合，加速铜的腐蚀溶解，并且通过二氧化硅磨粒的机械作用能够很好地去除铜表面的氧化层，从而在弱刚性铜片的抛光当中能够对工件产生良好的化学机械抛光效果，结果表明抛光后工件平面度得到明显改善，面形精度达到较优水平，同时工件表面粗糙度也有较大幅度的改善，使工件达到全局平坦化，实现了铜片抛光的良好综合效果。
与以往研究相比，使用本发明对铜片进行抛光能够同时改善工件面形精度及表面质量，解决了以往铜抛光液只能改善工件表面质量而无法提升工件面形精度的问题。

Claims (8)

1.一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述的铜片化学机械抛光液包含溶质和溶剂两部分；所述溶剂为去离子水，所述溶质各组分及其质量百分比含量为：络合剂2～7wt％，氧化剂0.5～3wt％，表面活性剂0.2～0.6wt％，二氧化硅磨粒0.9～2.1wt％；铜片抛光液的pH值为7.5～9.5，由氢氧化钠溶液调节。
2.根据权利要求1所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述的络合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)、六偏磷酸钠、乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述的氧化剂选自双氧水、次氯酸钠、过硫酸铵中至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述的表面活性剂选自曲拉通X-100、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10、吐温-80中至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述的表面活性剂选自曲拉通X-100、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10、吐温-80中至少一种。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅磨粒粒径范围为10～70nm。
7.根据权利要求3所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅磨粒粒径范围为10～70nm。
8.根据权利要求4所述的一种铜片化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅磨粒粒径范围为10～70nm。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090031636A1 (en) * 2007-08-03 2009-02-05 Qianqiu Ye Polymeric barrier removal polishing slurry
CN101463225A (zh) * 2007-12-21 2009-06-24 安集微电子（上海）有限公司 一种阻挡层化学机械抛光液
CN102093818A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料及其应用
CN102533118A (zh) * 2010-12-10 2012-07-04 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料
CN104449398A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 河北工业大学 一种适用于钴阻挡层的碱性化学机械抛光液

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090031636A1 (en) * 2007-08-03 2009-02-05 Qianqiu Ye Polymeric barrier removal polishing slurry
CN101463225A (zh) * 2007-12-21 2009-06-24 安集微电子（上海）有限公司 一种阻挡层化学机械抛光液
CN102093818A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料及其应用
CN102533118A (zh) * 2010-12-10 2012-07-04 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料
CN104449398A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 河北工业大学 一种适用于钴阻挡层的碱性化学机械抛光液

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