一、引言

二、芯片制造工藝對拋光磨料的要求

（一）集成電路制造工藝

（二）硅片加工工藝

三、Nikkato 氧化鋯球的特性及對拋光的影響

（一）Nikkato 氧化鋯球的基本特性

（二）球形度對拋光的影響

1. 材料去除均勻性
   理想的球形度能使氧化鋯球在拋光過程中與芯片表面均勻接觸，實(shí)現(xiàn)材料的均勻去除。若球形度不佳，球體會出現(xiàn)局部突出或凹陷，導(dǎo)致在拋光時(shí)局部材料去除過快或過慢，造成芯片表面平整度下降。例如，在對硅片進(jìn)行拋光時(shí)，非理想球形的氧化鋯球可能會在硅片表面留下不均勻的劃痕，影響后續(xù)光刻工藝的圖形轉(zhuǎn)移精度27。

2. 拋光軌跡穩(wěn)定性
   球形度良好的氧化鋯球在拋光墊上滾動時(shí)，其運(yùn)動軌跡較為穩(wěn)定，有利于維持拋光過程的一致性。而球形度偏差較大的球體會產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動，使拋光區(qū)域內(nèi)的材料去除量難以預(yù)測，降低了拋光的重復(fù)性和可靠性。

（三）粒徑對拋光的影響

1. 材料去除率
   一般來說，較大粒徑的氧化鋯球具有較高的切削能力，能在單位時(shí)間內(nèi)去除更多的材料，提高材料去除率。但粒徑過大，可能會導(dǎo)致切削深度過大，在芯片表面產(chǎn)生較深的劃痕，影響表面質(zhì)量。例如，在粗拋光階段，可選用粒徑相對較大的氧化鋯球快速去除大部分余量材料；而在精拋光階段，則需使用小粒徑的氧化鋯球進(jìn)行精細(xì)拋光，以降低表面粗糙度21。

2. 表面粗糙度
   小粒徑的氧化鋯球能夠更細(xì)致地修整芯片表面，使表面粗糙度降低。然而，過小的粒徑可能導(dǎo)致材料去除效率過低，增加拋光時(shí)間和成本。因此，需要根據(jù)不同的芯片制造工藝階段，選擇合適粒徑的氧化鋯球來平衡材料去除率和表面粗糙度之間的關(guān)系。

四、不同芯片制造工藝中 Nikkato 氧化鋯球最佳球形度和粒徑控制范圍的研究

（一）粗拋光階段

1. 球形度要求
   在粗拋光階段，主要目的是快速去除芯片表面的大部分余量材料，對球形度的要求相對精拋光階段可稍低。但為保證材料去除的均勻性，球形度仍需控制在一定范圍內(nèi)。一般來說，球形度偏差應(yīng)控制在 ±0.05mm 以內(nèi)，以確保氧化鋯球在拋光過程中能較為均勻地與芯片表面接觸，實(shí)現(xiàn)高效的材料去除。

2. 粒徑范圍
   此階段宜選用較大粒徑的氧化鋯球。對于硅片粗拋光，粒徑范圍可控制在 50 - 100μm。較大的粒徑能提供足夠的切削力，快速去除硅片表面的加工損傷層，提高材料去除效率。例如，在一些傳統(tǒng)的芯片制造工藝中，使用粒徑為 80μm 左右的氧化鋯球進(jìn)行粗拋光，可在較短時(shí)間內(nèi)將硅片表面的粗糙度從較高水平降低到一定程度，為后續(xù)的精拋光做準(zhǔn)備。

（二）半精拋光階段

1. 球形度要求
   隨著芯片表面余量材料的減少，對球形度的要求逐漸提高。在半精拋光階段，球形度偏差應(yīng)控制在 ±0.03mm 以內(nèi)。更精確的球形度有助于保證氧化鋯球在拋光過程中的運(yùn)動穩(wěn)定性，使材料去除更加均勻，進(jìn)一步改善芯片表面的平整度。

2. 粒徑范圍
   粒徑需適當(dāng)減小，以兼顧材料去除效率和表面質(zhì)量的提升。對于硅片半精拋光，粒徑范圍可控制在 20 - 50μm。此粒徑既能繼續(xù)保持一定的材料去除能力，又能使芯片表面的粗糙度進(jìn)一步降低。例如，在一些中等精度要求的芯片制造工藝中，使用粒徑為 30μm 左右的氧化鋯球進(jìn)行半精拋光，可使硅片表面粗糙度降低至較低水平，同時(shí)保持相對較高的加工效率。

（三）精拋光階段

1. 球形度要求
   精拋光階段旨在獲得超光滑的芯片表面，對球形度要求高。球形度偏差應(yīng)控制在 ±0.01mm 以內(nèi)，以確保氧化鋯球與芯片表面實(shí)現(xiàn)原子級別的均勻接觸，避免因球形度偏差導(dǎo)致的表面微觀缺陷。

2. 粒徑范圍
   需選用小粒徑的氧化鋯球，一般粒徑范圍控制在 1 - 10μm。小粒徑的氧化鋯球能對芯片表面進(jìn)行精細(xì)修整，有效降低表面粗糙度，達(dá)到原子級別的表面平整度。例如，在先進(jìn)的芯片制造工藝中，使用粒徑為 5μm 左右的氧化鋯球進(jìn)行精拋光，可使芯片表面粗糙度降低至幾納米甚至更低，滿足高精度光刻等工藝的要求。

五、結(jié)論