光学玻璃化学机械抛光微观材料去除机制分析

光学玻璃化学机械抛光微观材料去除机制分析

高同军

深圳市新旗滨科技有限公司 广东深圳 518000

[摘要]化学机械抛光(CMP)，属于集成电路总体制造当中获取全局内平坦化的技术手段，主要是为获取平坦、无玷污、无杂质、无划痕等表面所专门设计的一项技术工艺，为更进一步了解其对光学玻璃的微观材料整个去除机制情况，本文主要探讨光学玻璃制造当中CMP处理微观材料的去除机制，仅供业内参考。

[关键词]微观材料；光学玻璃；机械抛光；化学；去除机制

前言：

伴随光学玻璃制造业的持续发展，对其各项处理技术提出了更高的要求，尤其是对CMP微观材料的去除机制层面有着更高要求。因而，针对此开展综合分析较为必要。

1、简述光学玻璃

光学玻璃，即能够将光的实际传播方向改变，且改变红外光、可见或紫外相对的光谱分布的一种无色玻璃。这种光玻璃，现阶段被广泛应用至光学仪器当中反射镜、棱镜、透镜等制造领域[1]。

2、化学机械抛光处理微观材料的去除机制

2.1在CMP主要机理层面

为更进一步地了解CMP之下微观材料的去除机制，就需先了解CMP主要机理，对此，此次选取750μm半径的相应聚甲醛球，实施抛光处理期间，对抛光垫内部单个的粗糙峰各种作用下，综合模拟并分析材料去除实施过程。针对单聚甲醛球整个划擦过程，其工件表面位置材料受所选用抛光液内部的化学成分影响，且受聚甲醛球整个工件界面部位纳米磨粒产生微机械的交替循环性作用之下予以去除。所有抛光液受旋转离心这一作用下，集中分布于工件表面部位，固定于微力传感装置上面的聚甲醛球则弹性地压置到工件表面部位，工件受抛光液的化学作用和磨粒的微机械等作用，材料去除得以实现。实验当中，选定pH值是10.2二氧化硅的抛光液，磨粒的质量分数是40wt%，且磨粒粒径平均是72nm。那么，通过以粗糙峰的尺度之下单聚甲醛球划擦这一试验方法为基础，对抛光过程当中单个的粗糙峰相应作用之下材料整个去除过程实施模拟分析后了解到，抛光垫所在表面位置粗糙峰、工件表面，二者接触情况下，其所产生的接触点具体大小、空间分布等均有着一定的随机性特征表现，为更好地对CMP处理期间抛光垫、工件两者接触状态实施对比分析。并且，进一步了解聚甲醛球处于划擦过程，聚甲醛球、工件二者总体接触情况，构建接触面积的在线测量系统装置，进一步验证分析了聚甲醛球和工件接触，基本与赫兹接触一致。针对单球划擦整个试验当中，针对石英、光学玻璃不同材料而言，去除率上有着突出差异，基本与CMP宏观试验层面上二者材料实际去除率所产生差异一致，如此证明该单球划擦层面试验分析具备着可行性。对抛光液的磨粒间距予以计算分析后，明确载荷均由磨粒承担[2]。依托赫兹接触相应基础理论、Tresca屈服实施准则，精准计算分析该光学玻璃、石英玻璃二者产生一定塑性变形情况下，临界接触的载荷，对比分析聚甲醛球/光学玻璃、聚甲醛球/石英实际的接触载荷，玻璃表面会有弹性变形情况出现，外载荷相应作用之下，该粗糙峰、工件二者接触点内，纳米磨粒应用下，光学玻璃、石英玻璃则不会产生相应的塑性变形问题。

2.2在玻璃表面基本特性差异层面

现有研究者通过开展单球划擦相关试验，对玻璃表面基本特性差异开展综合分析后了解到，伴随着外载荷持续变化，光学玻璃整个单转的去除深度无线性增加趋势产生，载荷较低这一条件下，单转去除的深度和外载荷2/3次方基本上成正比关系。在一定程度上，外载荷不断增加，则单转实际去除深度便趋于比较稳定的状态之中，沟槽部位横截面积会呈线性的增加趋势，材料去除便由相应深度方向位置向着沟槽宽度相应方向位置靠近，以至于沟整个槽表面形貌会受外载荷的持续增大影响，产生恶化情况。光学玻璃和石英，从属不同的SiO2材料，同等单球的划擦实验基础条件之下，二者各自有着不同的划擦基本特性。缓冲类蚀刻液各种作用下，光学玻璃所在表面位置刻蚀速率将会随着实际刻蚀深度不断增加而呈先降后维持稳定状态等趋势，沟槽内外为同等的刻蚀速率，但刻蚀作业具体时间较为不同条件之下，后沟槽位置形貌则无变化。石英玻璃整个表面部位刻蚀速率，则会因刻蚀深度不断增加而呈先降后稳定趋势，但这种变化小于光学玻璃，沟槽形貌基本一致，沟槽内外部整个区域处于等速刻蚀状态。抛光处理之后，光学玻璃整个表面部位会有一层的反应层存在，待反应层已经全部去除，同等条件之下光学玻璃的单转材料实际去除率与前期相比较未曾下降，还有，其秒量级实际时间间隔并不会对材料去除的深度造成不良影响，由此表明了光学玻璃整个表面部位羟基化的速度相对较快，明显比单晶硅的表面部位羟基化快。结合图1可了解可到，光学玻璃整个表面刻蚀220nm范围，对其表面水合2h之后的刻蚀速率明显比基体层高，水合层对刻蚀速率产生相应影响，缓冲类刻蚀液处于刻蚀过程，不同载荷时候。划擦所获沟槽实际形貌一致，且横截面积整体上均未产生相应的变化，载荷对于水合层总体的影响深度明显较小。

图1光学玻璃内沟槽的横截面积和刻蚀时间之间的关系曲线图

2.3在多粗糙峰的接触点实际面积比和数目对于材料去除产生影响层面

现阶段，相关研究者依托概率统计和分析法，拟定实行随机分布形式抛光垫内部多粗糙峰的材料实际去除率一种计算法，以粗糙峰的高度呈现指数形式之下概率的密度函数为基础，获多粗糙峰、工件表面二者接触情况下，接触点实际半径大小与其分布函数、实际概率密度的函数等。多粗糙峰所在接触点的半径大小均服从相应的瑞利分布，整个接触点实际半径a期望E（a）则确定唯一，只是和粗糙峰的半径R、高度期望及标准差σ等有相关性。粗糙峰相应划擦工件处于特定条件之下，获取相应有效性接触点数，再依托次序性统计量法，对随机分布情况下抛光垫内工件实际接触点的相应间距L算出，以蒙特卡洛相应数值法为基础，进一步地验证分析该解析法的正确性。那么，相关研究者通过围绕着多粗糙峰的接触点实际面积比和数目对于材料去除产生影响层面开展时间分析后了解到，不同参数条件之下对材料实际去除率会产生一定的影响，因粗糙峰的接触点实际数目不断增多，则工件材料总体去除率会有所提高；但实际接触面积RCA对于材料总体去除率所产生影响仍然还无法确定，仍然需对RCA变化基本原因开展深入分析。

3、结语

综上所述，此次研究证实了以粗糙峰相应尺度的单聚甲醛球为基础，开展划擦实验操作，对其接触点内的材料去除、表面特性实施综合研究层面优势显著。伴随外载荷的不断改变，光学玻璃当中单转去除的深度无线性增加情况出现，载荷较低时候，单转去除的深度、外载荷的2/3次方基本为正比，因外载荷产生增加现象，单转去除的深度会逐渐处于一种稳定状态。同时，沟槽整个横截面处于线性增加状态，材料去除从深度方向位置趋于沟槽实际的宽度方向；沟槽表面部位形貌因外载荷不断增大而逐渐恶化。同等单球划擦的实验条件之下，不同的SiOz材料存在划擦特性层面差异。缓冲的蚀刻液相应作用下，光学玻璃和石英玻璃整个表面部位刻蚀速率会因刻蚀深度不断增加而呈先降后趋于稳定这一趋势，沟槽内外的蚀刻速率则一致，不同蚀刻作业时间之下，沟槽形态无变化。此外，不同参数条件之下对材料实际去除率会产生一定的影响。

参考文献：

[1]蒋小为,龙兴武,谭中奇.光学玻璃超精密抛光加工中材料去除机理研究综述[J].中国激光,2021,048(004)：231-248.

[2]孙强,许竞翔,卢康,等.碳化硅化学机械抛光中金刚石磨粒与二氧化硅磨粒作用的微观模拟分析[J].电镀与涂饰,2021(16)：1254-1261.