作為拋光液中最重要的組分，磨料直接關(guān)系到拋光效果和加工效率，在具體應(yīng)用中，往往要依據(jù)工件的硬度、研磨目標(biāo)（精拋、粗拋等）以及拋光工藝的種類來(lái)挑選。硅溶膠拋光液作為當(dāng)前主流的拋光液之一，其中的SiO₂磨粒具有硬度適中、粒徑小、分散性良好、比表面積大、滲透性優(yōu)異等諸多優(yōu)點(diǎn)，在單晶硅、二氧化硅、藍(lán)寶石、各類軟金屬、合金、氧化鋁、氧化鋯陶瓷等材料的精拋中均有廣泛應(yīng)用。

來(lái)源：惠爾特納米科技

硅溶膠拋光液的特點(diǎn)

硅溶膠是納米SiO₂粒子分散在水（或有機(jī)溶劑）中形成的膠體分散液。由于SiO₂溶于水后可形成Si—OH鍵，其內(nèi)部可形成Si—O—Si鍵相聯(lián)結(jié)而成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，外部則包裹著帶負(fù)電的羥基，可吸附周圍介質(zhì)中的部分反離子組成吸附層，與擴(kuò)散層即膠體溶液中的剩余反離子共同組成了硅溶膠的雙電層結(jié)構(gòu)，這賦予了硅溶膠拋光液一系列優(yōu)勢(shì)：

（1）表面損傷層小：硅溶膠中的SiO₂磨粒表面包覆了一層無(wú)色透明膠體，比常規(guī)SiO₂磨粒還要更軟一點(diǎn)。同時(shí)二氧化硅膠體的粒徑通常為納米尺度，且形貌為球形，可以降低表面粗糙度和損傷層的深度。

（2）拋光一致性：特殊的雙電層結(jié)構(gòu)使得硅溶膠具有良好的懸浮穩(wěn)定性，可以確保磨料在工件表面的均勻分布，提高拋光一致性。

（3）流動(dòng)性好：硅溶膠通常具有較高的流動(dòng)性，不僅有助于排除磨屑，避免材料損傷，還有助于材料拋光后的清洗。

二氧化硅膠團(tuán)結(jié)構(gòu)

硅溶膠拋光液的應(yīng)用

憑借上述優(yōu)勢(shì)，二氧化硅（SiO₂）拋光液不僅可以拋光單晶硅片，還可以拋光層間電介質(zhì)（ILD）、絕緣體、導(dǎo)體、鑲嵌金屬（W、Al、Cu、Au）、多晶硅和氧化硅通道。此類材料經(jīng)過(guò)平面化處理，還廣泛應(yīng)用于薄膜存儲(chǔ)盤、微電子機(jī)械系統(tǒng)（MFMS）、先進(jìn)陶瓷、磁頭、機(jī)械磨料、精密閥門、光學(xué)玻璃、金屬材料等表面加工領(lǐng)域。

1、典型應(yīng)用——單晶硅片

單晶硅片在半導(dǎo)體工業(yè)中被廣泛用于微電子器件的制造，如集成電路、微處理器和傳感器。伴隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展，集成電路的集成度越來(lái)越高，硅片表面的平整度要求越來(lái)越高，已達(dá)到納米級(jí)水平。同時(shí)為了降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，硅片的尺寸也越來(lái)越大，因此對(duì)拋光的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的平坦化技術(shù)，如選擇淀積、旋轉(zhuǎn)玻璃法等，僅僅能實(shí)現(xiàn)局部平坦化，但對(duì)于微小尺寸特征的電子器件，必須進(jìn)行全局平坦化才能滿足硅片的使用要求。而化學(xué)機(jī)械拋光是目前為止唯一能夠?qū)崿F(xiàn)硅片局部和全局平坦化的工藝技術(shù)，是目前單晶硅片最典型的拋光方式。

（來(lái)源：江陰皓睿光電）

在硅晶片化學(xué)機(jī)械拋光中普遍使用粒徑50～80nm左右的球形二氧化硅磨料所制成的堿性硅溶膠拋光液，由于粒徑較大，能夠在獲得較高表面質(zhì)量的同時(shí)，還能兼顧一定的拋光效率。

2、藍(lán)寶石晶體材料

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，藍(lán)寶石晶體材料憑借良好的光學(xué)、熱學(xué)、介電性能和優(yōu)良的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性能以及抗輻射性能，成為現(xiàn)代工業(yè)、尤其是微電子及光電產(chǎn)業(yè)極為重要的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體外延襯底材料包括氮化鎵襯底、SOI襯底（SOS），光學(xué)窗口以及激光基質(zhì)材料等。

藍(lán)寶石襯底（來(lái)源：青島嘉星晶電）

不過(guò)，也正因?yàn)榉€(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和極高的硬度，藍(lán)寶石材料的加工難度也超乎尋常！利用硅溶膠拋光液，納米級(jí)的二氧化硅表面具有更多數(shù)量的羥基，表面活性好，可以促進(jìn)其與藍(lán)寶石襯底之間的固相反應(yīng)速率，生成質(zhì)地較軟的反應(yīng)層——硅酸鋁的二水化合物。同時(shí)，二氧化硅的莫氏硬度為7，其硬度高于反應(yīng)層的硬度且低于基體材料的硬度，因而在拋光過(guò)程中既能去除反應(yīng)層，又不會(huì)對(duì)基體表面造成新的損傷，是目前藍(lán)寶石拋光行業(yè)采用的主流拋光液。

3、計(jì)算機(jī)硬盤基片

硬盤信息的讀寫由磁頭和盤片之間的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。隨著垂直磁記錄技術(shù)在計(jì)算機(jī)硬盤中的發(fā)展與應(yīng)用，硬盤存儲(chǔ)密度不斷提高，磁頭飛行高度不斷降低，這就導(dǎo)致表面上任何一個(gè)微小的缺陷如點(diǎn)蝕、凹坑和突起等都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，因此要求磁頭、磁盤的表面粗糙度Ra和波紋度Wa達(dá)到亞納米級(jí)的精密度。

通常，硬盤基片以鋁鎂合金、玻璃等為基體，表面化學(xué)鍍非晶態(tài)Ni-P層，鍍層中Ni、P物理化學(xué)性質(zhì)的差異、元素分布特性以及非晶結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度等,，增加了獲得高度光滑表面的困難程度。采用化學(xué)機(jī)械拋光，并選用較軟的SiO₂溶膠作為拋光材料，不僅可以同時(shí)對(duì)基體和鍍層進(jìn)行全局平坦化，還不容易在磁盤磁頭表面產(chǎn)生隨機(jī)劃傷，可以提供最佳的磨削效率和表面光潔度，使硬磁盤、光盤、磁頭得到很好的拋光效果。

4、陶瓷基板拋光

與金屬、金屬基復(fù)合材料以及樹脂基片相比，以氧化鋁等陶瓷原料制作的陶瓷基板具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、電絕緣性、氣密性、力學(xué)性能和介電性能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于集成電路、大功率半導(dǎo)體器件、通訊電子領(lǐng)域、LED 產(chǎn)業(yè)、鋰電池、芯片、航天航空和國(guó)防軍工等高科技領(lǐng)域。為了滿足當(dāng)前電子器件小型化、薄型化的要求，陶瓷基板對(duì)尺寸精度和表面質(zhì)量有很高的要求，所以需要對(duì)其進(jìn)行研磨拋光，去除基板表面的附著物、改善平整度、降低表面粗糙度，才得以應(yīng)用，但由于陶瓷基板的硬度高、脆性大、 容易產(chǎn)生裂紋，表面加工難度也極大。

氧化鋁陶瓷基板（來(lái)源：四川六方鈺成）

采用硅溶膠作為拋光液，對(duì)氧化鋁陶瓷基板進(jìn)行CMP拋光，可以促使基板表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成柔性的 Al₂Si₂O₇·2H₂O，軟化基板的同時(shí)通過(guò)機(jī)械研磨將被軟化的表面去除，同時(shí)也有效解決機(jī)械拋光產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力大的問(wèn)題，減少了在基板表面產(chǎn)生微裂紋的可能性，保持了基板的完整性和機(jī)械強(qiáng)度。

5、光學(xué)玻璃

為了更好地透過(guò)和反射光線，減少光損失和像差，光學(xué)儀器、鏡頭、棱鏡等精密光學(xué)元件對(duì)表面的平整度、光潔度和精度要求極高，拋光是獲得光學(xué)玻璃鏡片表面品質(zhì)的主要工序, 目的是去除上道磨削工序殘留的瑕疵, 使表面透明光滑, 達(dá)到規(guī)定的表面瑕疵等級(jí)，并達(dá)到表面形狀精度, 使中心厚度尺寸符合規(guī)定要求。

（來(lái)源：長(zhǎng)春市奧藝科技）

硅溶膠中二氧化硅膠粒為近球形，且其表面包覆了一層無(wú)色透明膠體，比常規(guī)SiO₂磨粒更軟一點(diǎn)，因此拋光時(shí)，能夠在不損害光學(xué)玻璃表面的情況下，溫和地去除磨削痕跡和其他表面瑕疵，不僅可以形成高質(zhì)量的拋光效果，提高光學(xué)元件的成像性能，還可以精確控制光學(xué)元件的表面形狀精度，確保光學(xué)器件的精確性。

參考文獻(xiàn)：

1、周艷,羅桂海,潘國(guó)順.拋光液組分對(duì)硬盤盤基片超光滑表面拋光的影響[J].納米技術(shù)與精密工程,2012,10(02):177-183.DOI:10.13494/j.npe.2012.032.

2、程佳寶,石蕓慧,牛新環(huán),等.CMP拋光液中SiO2磨料分散穩(wěn)定性的研究進(jìn)展[J].微納電子技術(shù),2024,61(02):31-41.DOI:10.13250/j.cnki.wndz.24020103.

3、孔慧停.硅溶膠的可控制備及其在化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用[D].山東大學(xué).

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