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在不同芯片制造工藝中，Nikkato 氧化鋯球作為拋光磨料的研究

來源：秋山科技（東莞）有限公司 2025年06月02日 16:29

一、引言

芯片制造工藝的不斷進步對拋光技術提出了更高要求，拋光磨料的性能直接影響芯片表面質量與加工效率。Nikkato 氧化鋯球因其良好的機械性能，如硬度高、耐磨性好等，在芯片拋光領域具有應用潛力。然而，要實現其最佳拋光效果，需精確控制球形度和粒徑范圍。本研究旨在探究在不同芯片制造工藝中，Nikkato 氧化鋯球作為拋光磨料的最佳球形度和粒徑控制范圍。

二、芯片制造工藝對拋光磨料的要求

（一）集成電路制造工藝

在集成電路制造中，芯片表面的平整度和光潔度至關重要。隨著芯片集成度的提高，特征尺寸不斷縮小，對拋光精度要求愈發嚴格。例如，在先進的 7nm 及以下制程中，芯片表面的微觀起伏需控制在原子級尺度，這就要求拋光磨料能實現超精密的材料去除，避免表面劃痕、凹坑等缺陷27。

（二）硅片加工工藝

硅片作為芯片制造的基礎材料，其加工過程包括切割、研磨和拋光等步驟。在拋光階段，需使硅片表面達到高的平整度和極低的粗糙度，以滿足后續光刻、刻蝕等工藝要求。例如，對于大尺寸硅片（如 12 英寸），要保證整個硅片表面的厚度均勻性在極小范圍內，拋光磨料的粒徑一致性和球形度對實現均勻拋光起著關鍵作用。

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

Nikkato 氧化鋯球具有較高的硬度（僅次于金剛石等少數材料），能有效切削芯片表面的材料；同時具有良好的化學穩定性，在拋光液中不易發生化學反應，保證了拋光過程的穩定性。其密度較大，在拋光過程中能提供一定的壓力，有助于提高材料去除率1。

（二）球形度對拋光的影響

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，實現材料的均勻去除。若球形度不佳，球體會出現局部突出或凹陷，導致在拋光時局部材料去除過快或過慢，造成芯片表面平整度下降。例如，在對硅片進行拋光時，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，影響后續光刻工藝的圖形轉移精度27。
拋光軌跡穩定性
球形度良好的氧化鋯球在拋光墊上滾動時，其運動軌跡較為穩定，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生不規則運動，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

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，能在單位時間內去除更多的材料，提高材料去除率。但粒徑過大，可能會導致切削深度過大，在芯片表面產生較深的劃痕，影響表面質量。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行精細拋光，以降低表面粗糙度21。
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，過小的粒徑可能導致材料去除效率過低，增加拋光時間和成本。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平衡材料去除率和表面粗糙度之間的關系。

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

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。一般來說，球形度偏差應控制在 ±0.05mm 以內，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，實現高效的材料去除。
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 左右的氧化鋯球進行粗拋光，可在較短時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

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，球形度偏差應控制在 ±0.03mm 以內。更精確的球形度有助于保證氧化鋯球在拋光過程中的運動穩定性，使材料去除更加均勻，進一步改善芯片表面的平整度。
粒徑范圍
粒徑需適當減小，以兼顧材料去除效率和表面質量的提升。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 左右的氧化鋯球進行半精拋光，可使硅片表面粗糙度降低至較低水平，同時保持相對較高的加工效率。

（三）精拋光階段

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 以內，以確保氧化鋯球與芯片表面實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缺陷。
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，在先進的芯片制造工藝中，使用粒徑為 5μm 左右的氧化鋯球進行精拋光，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、結論

在不同芯片制造工藝中，Nikkato 氧化鋯球作為拋光磨料，其最佳球形度和粒徑控制范圍需根據工藝階段進行調整。粗拋光階段可適當放寬球形度要求，選用較大粒徑以提高材料去除率；半精拋光階段對球形度和粒徑的控制精度逐步提高；精拋光階段則對球形度和粒徑有高要求，以實現超光滑的芯片表面。精確控制 Nikkato 氧化鋯球的球形度和粒徑范圍，有助于提高芯片制造的質量和效率，滿足不斷發展的芯片制造工藝需求。未來，隨著芯片制造技術向更高精度方向發展，對 Nikkato 氧化鋯球等拋光磨料的性能要求將進一步提高，相關研究也需不斷深入，以推動芯片制造產業的持續進步。

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