固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法
【專利摘要】一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，其特征是采用氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊對銅或銅膜進(jìn)行拋光加工，控制拋光溫度在10~30℃，拋光壓力控制在10~50kPa，拋光液由不含磨料的去離子水、表面活性劑、抑制劑、配位劑、pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑和氧化劑穩(wěn)定劑組成，拋光液流速為60~200ml/min，拋光盤轉(zhuǎn)速為50~200r/min，可獲得納米級(jí)精度的表面粗糙度，表面質(zhì)量優(yōu)。本發(fā)明提高了銅的加工效率和表面質(zhì)量，避免磨粒劃傷金屬表面，成品合格率高，不會(huì)造成環(huán)境污染，清洗容易，成本低。
【專利說明】固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬材料的加工方法，尤其是集成電路中銅和銅膜的加工方法，具體說是一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，銅在電氣、電子工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最大，占總消費(fèi)量一半以上，用于各種電纜和導(dǎo)線，電機(jī)和變壓器，開關(guān)以及印刷線路板的制造中。銅在集成電路領(lǐng)域應(yīng)用尤為重要，在集成電路的制造工藝中，由于銅具有更低的介電常數(shù)和電阻率，銅取代鋁成為互連材料，80%的芯片缺陷與互連有關(guān)，銅互連線及介質(zhì)層的厚度偏差、表面缺陷成為影響芯片性能的關(guān)鍵因素之一；銅較軟，精密加工過程中容易被劃傷表面。
[0003]目前銅的加工方法大都采用游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光加工，美國專利為5527423公開了一種用于金屬層的化學(xué)機(jī)械拋光液，其拋光液采用游離磨粒，磨粒對工件表面滾軋和微量刻劃同時(shí)作用，當(dāng)磨粒粒徑較大時(shí)，滾軋效果更加明顯，壓入工件的深度也較深，產(chǎn)生較大的亞表面損傷，其次游離磨料對環(huán)境污染比較嚴(yán)重且浪費(fèi)磨粒；中國專利⑶201110279927]公開了一種銅化學(xué)機(jī)械拋光組合物，其采用的壓力過低，小于0.5^81,其材料去除率很低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)；中國專利⑶200780040805.7公開了一種用于銅/釕/鉭的化學(xué)機(jī)械方法，其磨料采用氧化鋁，表面凹陷比較嚴(yán)重，表面損傷較為嚴(yán)重，影響了表面質(zhì)量；中國專利⑶200410006812.3公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其要求四為3?4范圍，對設(shè)備抗腐蝕能力要求比較高，設(shè)備腐蝕比較嚴(yán)重。游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅，拋光液中的硬質(zhì)磨料容易損傷銅表面，很難獲得高質(zhì)量表面，磨料利用率不高并且加工后會(huì)殘留工件表面不易清洗。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅時(shí)表面材料去除率不可控，全局平坦化效果差，易劃傷金屬表面，同時(shí)游離磨料拋光銅工藝復(fù)雜，大量使用拋光液，力口工成本高；后清洗困難，拋光廢液及清洗過程中大量有害化學(xué)物品污染環(huán)境等一系列問題，發(fā)明一種加工效率高，工藝簡單，表面質(zhì)量優(yōu)的拋光方法；磨料固結(jié)在拋光墊中，拋光液中沒有隨機(jī)分布的磨粒，避免磨粒劃傷金屬表面，減少表面亞表面損傷，后清洗簡單，加工成本低。
[0006]本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，其特征包括以下步驟:
首先，配制拋光液，控制拋光液的邱為3?10 ；
其次，采用固結(jié)磨料拋光墊對銅進(jìn)行拋光加工，拋光過程中拋光溫度控制在1(^301，拋光壓力控制在10?拋光液流速為60?2001111加111，拋光盤轉(zhuǎn)速為50?20017^111,直至表面質(zhì)量滿足設(shè)定要求。
[0007]所述的拋光墊為氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊。
[0008]所述的拋光液由不含磨料的去離子水、表面活性劑、抑制劑、配位劑、調(diào)節(jié)劑、氧化劑、氧化劑穩(wěn)定劑和1)?調(diào)節(jié)劑組成。
[0009]所述的拋光液中表面活性劑采用0？-10 (辛基酚聚氧乙烯醚-1(0、冊-10 (壬基酚聚氧乙烯醚〉、十二烷基苯磺酸鈉、卵磷脂或季銨鹽的一種或一種以上的組合，體積分?jǐn)?shù)為0.1%?1%。
[0010]所述的拋光液中抑制劑采用苯并三氮唑、山梨酸鉀、十二烷基硫酸銨或3-氨基-1，2，4三氮唑、亞乙基硫脲的一種或一種以上的組合，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?1%。
[0011]所述的拋光液中配位劑采用乙二胺、三乙醇胺、氨基乙酸、氨水、乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、氨基三甲叉膦酸的一種或一種以上的組合，體積分?jǐn)?shù)為0.3%?1%。
[0012]所述的拋光液中邱調(diào)節(jié)劑采用檸檬酸、乙二胺、鹽酸、草酸、硝酸、次氯酸鈉的一種或一種以上的組合。
[0013]所述的拋光液中氧化劑采用過氧化氫、過乙酸或硝酸鐵的一種或一種以上的組合，體積分?jǐn)?shù)為1%?5%。
[0014]所述的拋光液中氧化劑穩(wěn)定劑采用硅酸鈉、硅酸鎂、聚丙烯酰胺、過氧乙酸、尿素的一種或一種以上組合，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?1%。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明所采用拋光墊為固結(jié)磨料拋光墊，其主要特征是磨料鑲嵌于拋光墊中，拋光墊內(nèi)部采用微觀孔狀結(jié)構(gòu)以達(dá)到自修整功能，拋光液不含磨料，只含有去離子水和幾種簡單的化學(xué)試劑不僅成本低、利用率高，拋光墊修整后可重復(fù)利用，而且不會(huì)污染環(huán)境。
[0016]本發(fā)明拋光液中不含磨粒，工件加工后表面無磨粒殘留，易清洗，廢液處理簡單并且材料去除率高，獲得的表面粗糙度好，無凹坑等缺陷。
[0017]本發(fā)明采用固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光解決了傳統(tǒng)游離磨料拋光所產(chǎn)生的亞表面損傷高、加工效率低、污染環(huán)境等問題。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0019]實(shí)例1。
[0020]一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，它包括以下步驟:
首先，配制拋光液，拋光液中乙二胺體積分?jǐn)?shù)為0.8%，0？~10體積分?jǐn)?shù)0.3%，雙氧水體積分?jǐn)?shù)為5%，苯并三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%，硅酸鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，余量為去離子水，用檸檬酸(或乙二胺、鹽酸、草酸、硝酸、次氯酸鈉)調(diào)節(jié)拋光液的邱為10 ；
其次，采用粒度為3 9 ?。?！的氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊對銅片進(jìn)行拋光，拋光液溫度為251，拋光壓力為35?^，拋光液流速為1001111/111111，拋光盤轉(zhuǎn)速為7517111111，拋光時(shí)間控制在15111111。拋光后表面粗糙度為2.6511111，材料去除率為0.1她?111，無劃痕，表面質(zhì)量好。
[0021]實(shí)例2。
[0022]一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，它包括以下步驟:
首先，配制拋光液，拋光液中三乙醇胺體積分?jǐn)?shù)為0.5%，冊-10體積分?jǐn)?shù)0.3%，過乙酸體積分?jǐn)?shù)為3%，十二烷基硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%，硅酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，用乙二胺(或檸檬酸、鹽酸、草酸、硝酸、次氯酸鈉)調(diào)節(jié)拋光液的邱為9 ；
其次，采用粒度為1 9砠的氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊對銅膜進(jìn)行拋光，拋光液溫度為201，拋光壓力為25?^，拋光液流速為801111/111111，拋光盤轉(zhuǎn)速為10017111111，拋光時(shí)間控制在20111111。拋光后表面粗糙度為1.5111111，材料去除率為0.15她?111，無劃痕，表面質(zhì)量好。
[0023]實(shí)例3。
[0024]一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，它包括以下步驟:
首先，配制拋光液，拋光液中氨基乙酸體積分?jǐn)?shù)為0.3%，十二烷基苯磺酸鈉體積分?jǐn)?shù)
0.1%，硝酸鐵體積分?jǐn)?shù)為1%，3-氨基-1，2，4三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%，聚丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.1%，用次氯酸鈉(或檸檬酸、鹽酸、草酸、硝酸、乙二胺)調(diào)節(jié)拋光液的邱為5 ；
采用粒度為3 0 ?。?！的氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊對銅片進(jìn)行拋光，拋光液溫度為301，拋光壓力為10--，拋光液流速為601111/111111，拋光盤轉(zhuǎn)速為50171^11，拋光時(shí)間控制在25111111。拋光后表面粗糙度為3.1611111，材料去除率為0.23她?111，無劃痕，表面質(zhì)量好。
[0025]實(shí)例4。
[0026]一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，它包括以下步驟:
首先，配制拋光液，拋光液中氨基乙酸體積分?jǐn)?shù)為1%，^-10體積分?jǐn)?shù)1%，過乙酸體積分?jǐn)?shù)為4%，山梨酸鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，用草酸(或檸檬酸、鹽酸、乙二胺、硝酸、次氯酸鈉)調(diào)節(jié)拋光液的邱為3 ；
其次，采用粒度為2 9 ?。?！的氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊對銅膜進(jìn)行拋光，拋光液溫度為10。〇，拋光壓力為50--，拋光液流速為2001111/111111，拋光盤轉(zhuǎn)速為20017111111，拋光時(shí)間控制在30111111。拋光后表面粗糙度為1.4111111，材料去除率為0.14她?111，無劃痕，表面質(zhì)量好。
[0027]本發(fā)明的氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊的成分及制備方法可采用 申請人:在先申請的申請?zhí)枮?01010145260]的方法和配方加以實(shí)現(xiàn)，其制備方法可參照 申請人:在先申請的相關(guān)固結(jié)磨料拋光墊的制備方法。
[0028]本發(fā)明的最佳實(shí)施例已闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光銅的加工方法，其特征是采用固結(jié)磨料拋光墊對銅進(jìn)行拋光加工，拋光過程中拋光溫度控制在1(T30°C，拋光壓力控制在l(T50kpa，拋光液pH為3^10,拋光液流速為6(T200ml/min，拋光墊轉(zhuǎn)速為5(T200r/min，直至表面質(zhì)量滿足設(shè)定要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征是所述的固結(jié)磨料拋光墊為氧化鈰固結(jié)磨料拋光墊，固結(jié)磨料的粒度不超過3微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征是所述的拋光液由不含磨料的去離子水、表面活性劑、抑制劑、配位劑、pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑、氧化劑穩(wěn)定劑以及pH調(diào)節(jié)劑組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的加工方法，其特征是所述的拋光液中表面活性劑采用OP-1O (辛基酚聚氧乙烯醚-10 )、NP-10 (壬基酚聚氧乙烯醚)、十二烷基苯磺酸鈉、卵磷脂或季銨鹽的一種或一種以上的組合，體積分?jǐn)?shù)為0.19Tl%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的加工方法，其特征是所述的拋光液中抑制劑采用苯并三氮唑、山梨酸鉀、十二烷基硫酸銨或3-氨基-1，2，4三氮唑、亞乙基硫脲的一種或一種以上的組合，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.19Tl%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的加工方法，其特征是所述的拋光液中配位劑采用乙二胺、三乙醇胺、氨基乙酸、氨水、乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、氨基三甲叉膦酸的一種或一種以上的組合，體積分?jǐn)?shù)為0.39Tl%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的加工方法，其特征是所述的拋光液中pH調(diào)節(jié)劑采用檸檬酸、乙二胺、鹽酸、草酸、硝酸、次氯酸鈉的一種或一種以上的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的加工方法，其特征是所述的拋光液中氧化劑采用過氧化氫、過乙酸或硝酸鐵的一種或一種以上的組合，體積分?jǐn)?shù)為1°/Γ5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的加工方法，其特征是所述的拋光液中氧化劑穩(wěn)定劑采用硅酸鈉、硅酸鎂、聚丙烯酰胺、過氧乙酸、尿素的一種或一種以上組合，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.19Tl%。
【文檔編號(hào)】B24B37/20GK104400624SQ201410556103
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】李軍, 黃建東, 朱永偉, 左敦穩(wěn), 宋龍龍 申請人:南京航空航天大學(xué)