董云娜;曹淑云
【摘 要】采用化学机械抛光(CMP)的方法,使用自主研发的氧化铝抛光液作为研磨介质,通过对硒化锌(ZnSe)晶片进行抛光实验,得出了氧化铝磨粒的粒度尺寸、抛光液的pH值、氧化剂种类及质量分数对ZnSe晶片表面状态和去除率的影响.实验结果表明:氧化铝抛光液适宜ZnSe晶片的抛光,采用质量分数l5％的氧化铝抛光液(氧化铝粒度尺寸200 nm),加入质量分数3％的次氯酸钠浸泡24 h,抛光液的pH值为8,试验结果较佳,此时去除率可达2μm/min,晶片表面平整无划痕,表面质量较理想. 【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》
【年(卷),期】2016(036)001
【总页数】4页(P83-86)
【关键词】硒化锌晶片;抛光;去除率
电热丝绕线机
【作 者】董云娜;曹淑云
【作者单位】天津西美科技有限公司,天津300382;天津西美科技有限公司,天津300382
【正文语种】中 文
【中图分类】TG58
硒化锌(ZnSe)材料为一种黄透明的多晶材料，属面心立方结构，化学性质稳定，具有较强的抗潮解能力；光学上表现为各向同性，具有良好的理化性质，在波长范围0.5～22 μm有良好的透射性能，可基本覆盖可见—红外波段，是一种优秀的红外材料；广泛应用于激光、医学、天文学和红外夜视等领域，可用于制造光探测器件、非线性光学器件、半导体激光器等[1-2]。ZnSe晶片高端应用的不断发展，对ZnSe晶片的质量，特别是表面光洁度、透光率，提出了越来越高的要求，所以ZnSe晶片的加工技术研究很有意义。
目前，国内外有关ZnSe晶片抛光加工工艺的报道较少，从已有报道[3-6]看，化学机械抛光(CMP)是一种较为理想的加工工艺。CMP是利用物理作用和化学作用，依据物质的硬度差别，用硬度高的物质划磨比其软的材料，从而使被抛光工件的表面达到要求的粗糙度和表
面平整度。
影响ZnSe晶片加工质量的因素很多，包括抛光液的粒度尺寸、种类、流速，抛光布的选择、压力等。我们对ZnSe晶片的CMP工艺进行了研究，并探讨了抛光液中氧化铝磨粒的粒度尺寸、抛光液的pH值、氧化剂种类及质量分数对晶片去除率和表面质量的影响。最后，得出了最佳加工工艺参数。
1 条件与过程
抛光实验设备为UNIPOL-1501型精密研磨抛光机。ZnSe晶片的直径为20 mm、厚度为2.6 mm。使用质量分数15%的氧化铝抛光液。抛光加工时，晶片置于抛光模板上，转速为80 r/min，抛光布为聚氨酯布，抛光压力为0.75 N/cm2，抛光时间为正反面各20 min，抛光液流量为90 mL/min。加工完毕，去离子水清洗工件，进行甩干。
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试验采用单因素试验方法，各因素及水平见表1所示。探讨各因素水平情况下，晶片去除率和加工表面质量的变化情况。
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表1 试验因素水平表水平氧化铝粒度尺寸/nmpH值氧化剂种类双氧水氧化剂质量分数/%次
氯酸钠氧化剂质量分数/%11003双氧水121．522005次氯酸钠152．535007183．0484．0510
晶片的表面状态使用数码显微镜(200×)进行观察；晶片厚度用LINKS电子外径千分尺五点法测量，取平均值；抛光后的晶片，在60 W的日光灯下观察表面有无划痕和蚀坑；使用日本奥林巴斯TFT/LCD半导体专用显微镜MX50观察晶片表面质量。
2 结果与讨论
2.1 氧化铝粒度尺寸对去除率和表面质量的影响
抛光磨料的选用原则为粒度尺寸小、硬度适中、纯度高。二氧化硅抛光液对ZnSe晶片抛光时，晶片表面易出现“桔皮”现象，因此，本试验选用氧化铝抛光液。
不同粒度尺寸的氧化铝磨料对ZnSe晶片抛光去除率的影响如图1。图1中因素水平为：pH值为8、双氧水氧化剂、氧化剂质量分数为12%。由图1可知：随氧化铝粒度尺寸的增大，ZnSe晶片的去除率也在增大。图2是不同粒度尺寸的氧化铝抛光液对ZnSe晶片的抛光效果。由图2可知：粒度尺寸为100 nm的氧化铝抛光效果最好，其次是200 nm，500 nm的较
差。因为大粒度尺寸的磨料切削能力强，去除率高，可以提高抛光效率，但粒度尺寸过大导致切削深度增加，使得加工表面质量差。综合考虑生产效率、加工质量，抛光液中的氧化铝粒度尺寸优选为200 nm。
图1 不同粒度尺寸的氧化铝对ZnSe晶片抛光去除率的影响Fig. 1 Impact of alumina with different particle sizes on removal rate for polishing zinc selenide wafer
(a)500nm(b)200nm
(c)100 nm图2 不同粒度尺寸的氧化铝对ZnSe晶片抛光表面质量的影响Fig. 2 Impact of alumina with different particle sizes on surface quality for polishing zinc selenide wafer
2.2 抛光液的pH值对去除率和表面质量的影响
抛光液的pH值影响抛光去除率和晶片的表面粗糙度。图3是在因素水平为：抛光液中氧化铝粒度尺寸是200 nm、双氧水氧化剂、氧化剂质量分数是12%，抛光液的pH值对ZnSe晶片抛光去除率的影响。由图3可知：在酸性、碱性条件下，随pH值的增大，ZnSe晶片的去除率增大。随着pH值的增大， 抛光液对ZnSe晶片的腐蚀速率会加快，腐蚀速率大，使得Z
nSe晶片表面的摩擦损伤层去除的充分，表面质量也会较好。抛光液的pH值对ZnSe晶片表面质量的影响如图4。由图4可知：碱性条件下的表面平整度更好，其表面质量优于酸性下的表面质量，较佳的抛光液pH值为8。
图3 抛光液的pH值对ZnSe晶片抛光去除率的影响Fig. 3 Impact of polishing liquid with different pH values on removal rate for polishing zinc selenide wafer
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(a)pH=3(b)pH=5
绕线电感(c)pH=7(d)pH=8
(e) pH=10图4 抛光液的pH值对ZnSe晶片表面质量的影响Fig. 4 Impact of polishing liquid with different pH values on surface quality for polishing zinc selenide wafer
2.3 氧化剂种类及质量分数对去除率和表面质量的影响
氧化剂能有效提高被抛光材料的抛光效果和表面平整度[7]。本试验选用了双氧水和次氯酸钠两种氧化剂分别进行研究。
图5是在因素水平为：抛光液中氧化铝粒度尺寸是200 nm、pH值是8，双氧水质量分数、次氯酸钠质量分数对ZnSe晶片抛光去除率的影响。由图5可知：随氧化剂质量分数的增大，ZnSe晶片的去除率增大。这是因为双氧水、次氯酸钠作为氧化剂，可软化ZnSe晶片的表面，有利于晶片表面的去除[3]，另外氧化剂的加入可以提高晶片表面的光亮度[7]。使用显微镜观察，发现：当双氧水的质量分数为15%时，晶片表面质量优于12%，继续增加双氧水的质量分数至18%时，表面没有特别明显的改善。这是因为双氧水质量分数为15%时，已经达到最大氧化性，再增加双氧水的浓度只能增加可以腐蚀的ZnSe晶片的数量，而不是改善表面质量。综上，双氧水的质量分数优选15%。
(a) 双氧水
(b) 次氯酸钠图5 氧化剂种类和质量分数对ZnSe晶片抛光去除率的影响Fig. 5 Impact of oxidant with different types and contents on removal rate for polishing zinc selenide wafer
使用显微镜观察，发现：当次氯酸钠的质量分数为3%时，晶片表面质量较质量分数为1.5%、2.5%时更优，继续增加次氯酸钠的质量分数至4%，表面质量没有特别明显的改变。因此，次氯酸钠的质量分数优选3%。含次氯酸钠的抛光液抛光后的ZnSe表面质量优蒸汽消毒锅
于含双氧水的抛光液。图6是含15%质量分数双氧水和含3%质量分数次氯酸钠的抛光液抛光ZnSe晶片的表面形貌对比，可知，含3%质量分数次氯酸钠的抛光液抛光后的ZnSe晶片表面更细致。
(a)w(H2O2)=15%(b)w(NaClO)=3%
图6 15%质量分数双氧水和3%质量分数次氯酸钠抛光后的ZnSe晶片的表面质量
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