一、引言
芯片制造工藝的不斷進(jìn)步對(duì)拋光技術(shù)提出了更高要求，拋光磨料的性能直接影響芯片表面質(zhì)量與加工效率。Nikkato 氧化鋯球因其良好的機(jī)械性能，如硬度高、耐磨性好等，在芯片拋光領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。然而，要實(shí)現(xiàn)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(duì)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(guān)重要。隨著芯片集成度的提高，特征尺寸不斷縮小，對(duì)拋光精度要求愈發(fā)嚴(yán)格。例如，在先進(jìn)的 7nm 及以下制程中，芯片表面的微觀起伏需控制在原子級(jí)尺度，這就要求拋光磨料能實(shí)現(xiàn)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(chǔ)材料，其加工過(guò)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(dá)到高的平整度和極低的粗糙度，以滿足后續(xù)光刻、刻蝕等工藝要求。例如，對(duì)于大尺寸硅片（如 12 英寸），要保證整個(gè)硅片表面的厚度均勻性在極小范圍內(nèi)，拋光磨料的粒徑一致性和球形度對(duì)實(shí)現(xiàn)均勻拋光起著關(guān)鍵作用。
三、Nikkato 氧化鋯球的特性及對(duì)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(shù)材料），能有效切削芯片表面的材料；同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在拋光液中不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保證了拋光過(guò)程的穩(wěn)定性。其密度較大，在拋光過(guò)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(duì)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(guò)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(huì)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(guò)快或過(guò)慢，造成芯片表面平整度下降。例如，在對(duì)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(xù)光刻工藝的圖形轉(zhuǎn)移精度27。
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(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡較為穩(wěn)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(guī)則運(yùn)動(dòng)，使拋光區(qū)域內(nèi)的材料去除量難以預(yù)測(cè)，降低了拋光的重復(fù)性和可靠性。
（三）粒徑對(duì)拋光的影響
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(nèi)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(dǎo)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(duì)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。
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(guò)小的粒徑可能導(dǎo)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(jù)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
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(duì)球形度的要求相對(duì)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(lái)說(shuō)，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(guò)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。
粒徑范圍
此階段宜選用較大粒徑的氧化鋯球。對(duì)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
球形度要求
隨著芯片表面余量材料的減少，對(duì)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(guò)程中的運(yùn)動(dòng)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。
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(duì)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(duì)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(duì)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(jí)別的均勻接觸，避免因球形度偏差導(dǎo)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(duì)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(jí)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
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(jù)工藝階段進(jìn)行調(diào)整。粗拋光階段可適當(dāng)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(duì)球形度和粒徑的控制精度逐步提高；精拋光階段則對(duì)球形度和粒徑有高要求，以實(shí)現(xiàn)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(zhì)量和效率，滿足不斷發(fā)展的芯片制造工藝需求。未來(lái)，隨著芯片制造技術(shù)向更高精度方向發(fā)展，對(duì) Nikkato 氧化鋯球等拋光磨料的性能要求將進(jìn)一步提高，相關(guān)研究也需不斷深入，以推動(dòng)芯片制造產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。
