非離子型活性劑在ULSl堿性Cu拋光液中的性能

拋光后表面質(zhì)量用ZYGO測得的粗糙度(Ra)來衡量，通過實(shí)驗(yàn)觀察添加烷基酚聚氧乙烯醚后，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．25％時(shí)表面質(zhì)量較好，與未添加前相比表面Ra值由原來的1．354 nm降到0．897 6 nm(圖2)。

當(dāng)非離子活性劑烷基酚聚氧乙烯醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0．25％或大于0．5％時(shí)，試件表面Ra沒有降低，仍然為2 nm左右；當(dāng)添加烷基醇酰胺后，在實(shí)驗(yàn)限定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)區(qū)間內(nèi)，表面Ra都有所上升，且劃痕嚴(yán)重，Ra值約為4 nm。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，脂肪醇聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚兩種表面活性劑其表面Ra與未添加時(shí)相比變化不大。
對(duì)添加烷基酚聚氧乙烯醚的情況進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．25％時(shí)表面質(zhì)量穩(wěn)定，通過CP-4型CMP實(shí)驗(yàn)臺(tái)的在線檢測法向載荷和摩擦力，發(fā)現(xiàn)拋光過程中拋光壓力與添加活性劑之前相比，波動(dòng)幅度變小且呈周期性變化，摩擦力由未添加時(shí)的0．9 N左右下降到0．3 N左右，其波動(dòng)的幅度也較小。未添加非離子活性劑烷基酚聚氧乙烯醚前拋光后表面產(chǎn)生的腐蝕點(diǎn)和劃痕較多(圖3(a))，由圖3(b)可見經(jīng)過以烷基酚聚氧乙烯醚為活性劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)O．25％)的拋光液拋光后，此點(diǎn)的劃痕和腐蝕坑明顯減少。這是由于活性劑的滲透和潤濕作用，使拋光液中的雜質(zhì)顆粒和較大的磨料顆粒更加容易被帶出拋光區(qū)域。加入活性劑后由于表面張力降低、滲透力增強(qiáng)，從而使拋光區(qū)域溫度均一性提高，有效地控制了因溫度不均產(chǎn)生的非均勻化腐蝕現(xiàn)象。烷基酚聚氧乙烯醚的親水基為聚氧乙烯鏈，其分子較大，親水基占到整個(gè)分子的2／3以上，聚氧乙烯鏈可以通過醚鍵與水分子形成氫鍵，因而在聚氧乙烯周圍形成一層溶劑化的水膜，形成較大的空間障礙，所以被吸附的表面會(huì)受到一定程度的保護(hù)，消弱了化學(xué)成分對(duì)被吸附表面的腐蝕反應(yīng)。又由于凸處表面很容易受到機(jī)械磨除和拋光液流動(dòng)的沖擊作用，新鮮的表面不斷露出，活性劑分子無法對(duì)此處形成保護(hù)作用。而低處和腐蝕坑的表面會(huì)在一定程度上受到這層水膜的保護(hù)，從而導(dǎo)致了低凹處的低去除率，腐蝕坑也不會(huì)被繼續(xù)腐蝕變大，因此隨著拋光的進(jìn)行，表面會(huì)更加光亮平整。

3 結(jié)論
在Cu拋光液中加入合適的非離子活性劑，可以有效地減少腐蝕坑、劃痕等缺陷，拋光過程也較平穩(wěn)，能夠提高拋光表面質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中，除烷基醇酰胺外，其他幾種非離子活性劑對(duì)材料去除率的影響不大。烷基酚聚氧乙烯醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．25％時(shí)，拋光后表面微劃痕消失，腐蝕坑明顯減少，表面質(zhì)量較好，拋光表面Ra值下降到0．897 6 nm，材料去除率為534 nm／min，原因是聚氧乙烯鏈可以通過醚鍵與水分子形成氫鍵，在聚氧乙烯周圍形成一層溶劑化的水膜保護(hù)了被吸附表面。