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(guò)程中與芯片表面均勻接觸，實(shí)現材料的均勻去除。若球形度不佳，球體會(huì )出現局部突出或凹陷，導致在拋光時(shí)局部材料去除過(guò)快或過(guò)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(huì )在硅片表面留下不均勻的劃痕，影響后續光刻工藝的圖形轉移精度27。

2. 拋光軌跡穩定性
   球形度良好的氧化鋯球在拋光墊上滾動(dòng)時(shí)，其運動(dòng)軌跡較為穩定，有利于維持拋光過(guò)程的一致性。而球形度偏差較大的球體會(huì )產(chǎn)生不規則運動(dòng)，使拋光區域內的材料去除量難以預測，降低了拋光的重復性和可靠性。

（三）粒徑對拋光的影響

1. 材料去除率
   一般來(lái)說(shuō)，較大粒徑的氧化鋯球具有較高的切削能力，能在單位時(shí)間內去除更多的材料，提高材料去除率。但粒徑過(guò)大，可能會(huì )導致切削深度過(guò)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致地修整芯片表面，使表面粗糙度降低。然而，過(guò)小的粒徑可能導致材料去除效率過(guò)低，增加拋光時(shí)間和成本。因此，需要根據不同的芯片制造工藝階段，選擇合適粒徑的氧化鋯球來(lái)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。一般來(lái)說(shuō)，球形度偏差應控制在 ±0.05mm 以?xún)?，以確保氧化鋯球在拋光過(guò)程中能較為均勻地與芯片表面接觸，實(shí)現高效的材料去除。

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)間內將硅片表面的粗糙度從較高水平降低到一定程度，為后續的精拋光做準備。

（二）半精拋光階段

1. 球形度要求
   隨著(zhù)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，球形度偏差應控制在 ±0.03mm 以?xún)?。更精確的球形度有助于保證氧化鋯球在拋光過(guò)程中的運動(dòng)穩定性，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。球形度偏差應控制在 ±0.01mm 以?xún)?，以確保氧化鋯球與芯片表面實(shí)現原子級別的均勻接觸，避免因球形度偏差導致的表面微觀(guān)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)行精細修整，有效降低表面粗糙度，達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(mǎn)足高精度光刻等工藝的要求。

五、結論