原液高濃度Zeta電位分析儀用于化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）過(guò)程中顆粒電荷對(duì)材料去除率影響的檢測(cè)

在宏觀尺度長(zhǎng)度下，拋光過(guò)程中的材料去除率（dh/dt）被普雷斯頓方程描述為：dh/dt=kpσoVr，其中kp是普雷斯頓系數(shù)，σo是施加的壓力，Vr是拋光顆粒相對(duì)于工件表面的平均速度。然而，光學(xué)拋光過(guò)程涉及工件、漿料和搭接之間在多個(gè)尺度長(zhǎng)度上的一系列復(fù)雜的相互作用。因此，普雷斯頓系數(shù)代表了眾多拋光參數(shù)的集合，包括工件材料、漿料顆粒組成、漿料粒度分布（PSD）、漿料化學(xué)、焊盤形貌和焊盤機(jī)械性能。這些相互作用及其對(duì)工件光學(xué)性能的影響一直是化學(xué)機(jī)械平面化（CMP）和光學(xué)制造工藝的一個(gè)研究領(lǐng)域。

拋開(kāi)這些參數(shù)和相互作用不談，宏觀材料去除率和表面粗糙度基本上與單個(gè)漿料顆粒去除的材料量有關(guān)。圖1說(shuō)明了在拋光過(guò)程中可能發(fā)生的各種單顆粒去除機(jī)制，包括化學(xué)溶解、納米塑料去除和化學(xué)反應(yīng)。目前已經(jīng)提出的各種去除機(jī)制，其效果或特征主要屬于圖1所示的類別。由于化學(xué)溶解本身不能提供控制工件形狀的手段，通常并不這樣做。因此，拋光通常由納米塑料或化學(xué)反應(yīng)去除機(jī)制決定。

圖1磨削和拋光過(guò)程中工件表面的各種去除機(jī)制。

基于各種去除機(jī)制，目前已經(jīng)提出了許多微觀模型來(lái)描述宏觀材料速率，例如利用接觸力學(xué)溫度和非牛頓漿料流動(dòng)。在這里，我們利用最近制定的普雷斯頓材料去除率方程的微觀形式來(lái)說(shuō)明隔離控制材料去除的各種因素的策略。該模型被稱為集成赫茲多間隙（EHMG）模型，基于赫茲力學(xué)，該模型考慮了工件-搭接界面處每個(gè)單個(gè)粒子通過(guò)納米塑料或化學(xué)反應(yīng)的去除。使用該公式，去除率方程表示為：

其中，Nt是工件-焊盤界面處顆粒的面數(shù)密度，fr是PSD中活性顆粒的分?jǐn)?shù)，fA是與工件接觸的焊盤面積的分?jǐn)?shù)，fL是顆粒所承受的施加載荷的分?jǐn)?shù)，fp是導(dǎo)致納米塑性去除的活性顆粒的分率，dp是納米塑性機(jī)制的平均去除深度，ap是導(dǎo)致納米塑料去除的顆粒的平均接觸區(qū)半徑，fm是導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的活性顆粒的分?jǐn)?shù)，dm是與化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的平均去除深度，am是導(dǎo)致化學(xué)化學(xué)反應(yīng)的顆粒的均勻接觸區(qū)半徑。如果拋光由納米塑料機(jī)制主導(dǎo)，括號(hào)內(nèi)的第一項(xiàng)將占主導(dǎo)地位;類似地，如果去除是由化學(xué)反應(yīng)機(jī)制主導(dǎo)的，括號(hào)中的第二項(xiàng)將占主導(dǎo)地位。Nt fr fA fL表示與工件-搭接界面上粒子集合相關(guān)的接觸力學(xué)。之前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這一公式受到諸如漿料PSD和濃度、墊塊的機(jī)械和地形特性以及施加壓力等因素的定量影響。

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)去除機(jī)制，最近提出了被廣泛接受的反應(yīng)途徑，其中玻璃氧化物工件和漿料顆粒之間先發(fā)生縮合反應(yīng)，然后是近表面工件的水解反應(yīng)。在一般形式下，這些反應(yīng)由下式給出：

其中Mwp是工件的金屬原子（例如，Si表示SiO2，Al表示Al2O3），Mp是拋光顆粒的金屬原子，例如，Ce表示CeO2。注意在水解鍵斷裂步驟中，提出了相對(duì)鍵強(qiáng)影響是否從工件、界面鍵或顆粒上發(fā)生去除。Hos-hino等人后來(lái)提出，水解步驟可能涉及去除二氧化硅簇，模糊了納米塑料去除和化學(xué)去除之間的界限。

Cook還提出，材料去除率由漿液顆粒通過(guò)凝結(jié)與工件表面部分結(jié)合的速率決定。此外，Cook認(rèn)為這種凝結(jié)反應(yīng)的速率與拋光粒子的等電點(diǎn)(IEP)有關(guān)。對(duì)于拋光硅酸鹽玻璃的具體情況，當(dāng)拋光漿顆粒的等電點(diǎn)(IEP)為7時(shí)，使用不同拋光漿化合物的相對(duì)材料去除率最大，例如CeO2。漿料顆粒的iep值越低或越高，去除率越低。經(jīng)驗(yàn)上，影響物料去除率的反應(yīng)速率因子描述為:

其中Esbs為單鍵強(qiáng)度，IEPs為漿料顆粒的等電點(diǎn)。后來(lái)，Osseo提出，可以通過(guò)調(diào)節(jié)漿液pH值來(lái)優(yōu)化各種拋光化合物的材料去除率。

此外，有人提出當(dāng)工件表面電荷為凈負(fù)電荷，而顆粒表面電荷基本為中性時(shí)，縮合反應(yīng)速率反應(yīng)更有利。對(duì)于用CeO2 (IEP = 7)拋光(IEP = 2)的硅玻璃，料漿pH = 7的具體情況，式(3)的縮合反應(yīng)為:

然而，從膠體穩(wěn)定性的角度來(lái)看，將漿料保持在其IEP附近會(huì)導(dǎo)致團(tuán)聚，通常會(huì)導(dǎo)致有害影響，例如刮擦或拋光工件的粗糙度增加。溶膠-凝膠科學(xué)文獻(xiàn)中可以找到更大的凈表面電荷導(dǎo)致冷凝速率提高的進(jìn)一步證據(jù)。例如，對(duì)于硅醇氧化合物，當(dāng)pH值高于或低于SiO2的IEP (IEP = 2)時(shí)，凝結(jié)速率(測(cè)量為凝膠時(shí)間的倒數(shù))急劇增加，在那里它將有一個(gè)增加的凈表面電荷(或負(fù)或正)。

由胤煌科技推出的原液/高濃度粒度及Zeta電位分析儀：Zeta-APS可滿足漿料及Zeta電位的測(cè)量，儀器采用超聲電聲法原理，具有：原液檢測(cè)、無(wú)需稀釋；同時(shí)檢測(cè)pH、溫度、電導(dǎo)率等參數(shù)的測(cè)量；可同時(shí)測(cè)量同一樣品的粒度分布（PSD）和Zeta電位；自動(dòng)電位滴定和容量滴定，最快速度的IEP等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

胤煌科技(YinHuang Technology)是一家專注于為醫(yī)藥、半導(dǎo)體及化工材料等行業(yè)提供檢測(cè)分析設(shè)備及技術(shù)服務(wù)的高科技公司，致力于為客戶提供全面、準(zhǔn)確的檢測(cè)分析和解決方案。主營(yíng)產(chǎn)品包括不溶性微粒分析儀，可見(jiàn)異物檢查分析儀，原液粒度及Zeta電位分析儀，CHDF高精度納米粒度儀，高分辨納米粒度儀，溶液顏色測(cè)定儀，澄清度測(cè)定儀等，公司自主研發(fā)的YH-MIP系列顯微計(jì)數(shù)法不溶性微粒儀、YH-FIPS系列流式動(dòng)態(tài)圖像法粒度儀，YH-FIPS系列微流成像顆粒分析儀已經(jīng)在生物醫(yī)藥、半導(dǎo)體及材料化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。