CN115093795B - 一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁流变抛光液技术领域，尤其涉及一种硅烷改性研磨颗粒的制备方法,包括如下步骤：步骤S1：质量浓度为m1粒径d1为的研磨颗粒分散在溶剂1中，质量浓度为m2的表面活性剂，质量浓度为m3的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；步骤S2：恒定搅拌速度r1室温连续搅拌t1小时24h；步骤S3：用乙醇洗涤，并分散在纯水中；步骤S4：将磁化颗粒分散在上述悬浮液中，并调节PH值。

Description

一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液
【技术领域】
本发明涉及一种磁流变抛光液技术领域，尤其涉及一种硅烷改性研磨颗粒的制备方法。
【背景技术】
目前市面上大多数的抛光液究其原因，主要还是由于半导体基片的高强度、高硬度和稳定的化学性质，抛光效果差。因此还需采用其他方法来增强抛光性能。
在磁流变抛光中，通过磁流变液流体流动产生的流体动力来实现材料的去除。与传统抛光相比，抛光通过磁场可以精确控制的表面剪切力。磁流变液的黏度和刚度随外加磁场而变化，当施加外部磁场后，材料内部的磁性颗粒在磁场力作用下可以沿着磁场方向取向排列，用磁流变液体作为抛光介质，需要加入合适的磨粒，使这些磨粒附着在磁性粒子上，不互相团聚，否则加工过程中研磨颗粒分布不均匀严重影响加工。随着颗粒尺寸的减小，颗粒质量与表面积之间的比率会发生变化。表面积与体积比随着颗粒变小而逐渐增加，这导致颗粒表面原子相对于颗粒内部的原子的支配性增加。颗粒越小，比表面积越大。这也意味着表面上的原子比例更高，内部的原子更少。纳米颗粒在其表面上有更多的原子，这些原子的结合强度低于颗粒内部的原子。简而言之，粒子越小，表面能越大，容易发生团聚，悬浮液稳定性较差，存在加工质量和抛光效率之间存在不协调问题，往往产生不明原因的划痕。本发明基于此而研发。
【发明内容】
为克服上述的技术问题，本发明提供了一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液。硅烷的包覆，钝化并修饰了表面，使得磨料颗粒均匀分散。
本发明解决技术问题的方案是提供一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液，包括如下步骤：
步骤S1：质量浓度为m1粒径d1为的研磨颗粒分散在溶剂1中，质量浓度为m2的表面活性剂，质量浓度为m3的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；
步骤S2：恒定搅拌速度r1室温连续搅拌t1小时24h；
步骤S3：用乙醇洗涤，并分散在纯水中；
步骤S4：将磁化颗粒分散在上述悬浮液中，并调节PH值；
优选地，所述质量浓度m1为1-3wt％，粒径d1为0.01-0.1μm，质量浓度m2为2-5wt％，质量浓度m3为0.5-1.5wt％；
优选地，搅拌速度r1为100-800rpm，搅拌时间t1为12-48h；
优选地，所述表面活性剂包括但不限于PEG-400、PEG-600、PEG-800；
优选地，所述溶剂1包括但不限于甲苯、环己烷；
优选地，所述研磨颗粒包括但不限于氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金刚石；
优选地，所述磁化颗粒为羰基铁；
优选地，所述磁流变液包含15-28wt％的羰基铁；
优选地，所述PH值为1-7。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
通过硅烷的包覆，钝化并修饰了研磨颗粒表面，使得磨料颗粒均匀分散，使得制成的抛光液的稳定性得到提高。
【附图说明】
图1是本发明一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液的流程示意图；
图2为本发明无定形硅烷的透射电镜图；
图3为样品抛光后表面粗糙度轮廓图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1,本发明提供了一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液，包括如下步骤：
步骤S1：质量浓度为m1粒径d1为的研磨颗粒分散在溶剂1中，质量浓度为m2的表面活性剂，质量浓度为m3的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；
步骤S2：恒定搅拌速度r1室温连续搅拌t1小时24h；
步骤S3：用乙醇洗涤，并分散在纯水中；
步骤S4：将磁化颗粒分散在上述悬浮液中，并调节PH值；
在本发明的步骤S1中，优选地，所述质量浓度m1为1-3wt％,粒径d1为0.01-0.1μm,质量浓度m2为2-5wt％，质量浓度m3为0.5-1.5wt％；
在本发明的步骤S1中，优选地，所述搅拌速度r1为100-800rpm，搅拌时间t1为12-48h；
在本发明的步骤S1中，优选地，所述表面活性剂包括但不限于PEG-400、PEG-600、PEG-800；
在本发明的步骤S1中，优选地，所述溶剂1包括但不限于甲苯、环己烷；
在本发明的步骤S1中，优选地，所述研磨颗粒包括但不限于氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金刚石等；
在本发明的步骤S1中，优选地，所述磁化颗粒为羰基铁；
在本发明的步骤S4中，优选地，所述磁流变液包含15-28wt％的羰基铁；
在本发明的步骤S4中，优选地，所述PH值为1-7。
在本发明实施例中，提供进一步具体实施例，结合表1，具体如下：
1、第一具体实施例：
质量浓度为1wt％粒径0.05μm为的碳化硅分散在甲苯中，质量浓度为3.5wt％的PEG-400，质量浓度为0.5wt％的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；恒定搅拌速度300rpm室温连续搅拌24h小时；用乙醇洗涤，然后和25wt％磁化颗粒一起分散在纯水中；
2、第二具体实施例：
质量浓度为1wt％粒径0.05μm为的碳化硅分散在甲苯中，质量浓度为3.5wt％的PEG-600，质量浓度为0.5wt％的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；恒定搅拌速度400rpm室温连续搅拌48h小时；用乙醇洗涤，然后和28wt％磁化颗粒一起分散在纯水中；
3、第三具体实施例：
质量浓度为1wt％粒径0.05μm为的碳化硅分散在甲苯中，质量浓度为3.5wt％的PEG-800，质量浓度为0.5wt％的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；恒定搅拌速度400rpm室温连续搅拌36h小时；用乙醇洗涤，然后和28wt％磁化颗粒一起分散在纯水中；
4、第四具体实施例：
质量浓度为2wt％粒径0.1μm为的碳化硅分散在甲苯中，质量浓度为2wt％的PEG-400，质量浓度为1wt％的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；恒定搅拌速度350rpm室温连续搅拌36h小时；用乙醇洗涤，然后和25wt％磁化颗粒一起分散在纯水中；
5、第五具体实施例：
质量浓度为2.5wt％粒径0.1μm为的碳化硅分散在甲苯中，质量浓度为2wt％的PEG-400，质量浓度为1.5wt％的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；恒定搅拌速度350rpm室温连续搅拌48h小时；用乙醇洗涤，然后和25wt％磁化颗粒一起分散在纯水中；
表1第一具体实施例至第五具体实施例参数比对
表2第一具体实施例至第五具体实施例试样比对
采用单个磁铁形成的微磨头进行加工，其表面磁场强度为0.2T。采用0.1mg精密电子天秤称量加工晶片抛光前后重量，计算去除率。
图2为本发明无定形硅烷的透射电镜图，图3为样品抛光后表面粗糙度轮廓图。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
通过硅烷的包覆，钝化并修饰了研磨颗粒表面，使得磨料颗粒均匀分散，使得制成的抛光液的稳定性得到提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液,其特征在于，其制备方法包括：
步骤S1：将质量浓度为m1粒径为d1的研磨颗粒分散在溶剂1中，与质量浓度为m2的表面活性剂，质量浓度为m3的硅酸四乙酯(TEOS)混合，此处，包裹硅烷的同时，还起到了表面修饰的作用；
步骤S2：恒定搅拌速度r1室温连续搅拌t1小时；
步骤S3：用乙醇洗涤，并分散在纯水中，得到悬浮液；
步骤S4：将磁化颗粒分散在上述悬浮液中，并调节pH值为1-7；所述磁化颗粒为羰基铁；
所述质量浓度m1为1-3wt％,粒径d1为0.01-0.1μm,质量浓度m2为2-5wt％，质量浓度m3为0.5-1.5wt％；所述搅拌速度r1为100-800rpm，搅拌时间t1为12-48h；所述磁流变抛光液包含15-28wt％的羰基铁；
所述表面活性剂包括PEG-400、PEG-600、PEG-800；
所述研磨颗粒包括氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金刚石。
2.如权利要求1所述的一种面向半导体晶圆超精密抛光的磁流变抛光液，其特征在于：所述溶剂1包括甲苯、环己烷。
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