基于室温离子液体的高硬晶体基片化学机械抛光新方法项目摘要

现行化学机械抛光（CMP）技术主要采用水基抛光液体系，在加工单晶蓝宝石、SiC和GaN等高硬晶体时，由于这些材料的硬度高、化学稳定性好，水基抛光液环境中化学作用有限，存在材料去除率极低、加工质量不稳定等问题。本项目创新地提出采用室温离子液体体系的CMP新原理。以新型可工业化的离子液体——深共熔溶剂（DES）为基液，利用DES所具有的离子浓度高、液程宽、催化能力强、热稳定性好等不同于水基溶液的独特性质，开发高硬晶体高效CMP新方法。针对高硬晶体的特性，研究晶体材料与DES之间物理化学性质的适配性，研制以DES为基液、并含有氧化剂、表面活性剂等的CMP抛光液，优选适用于新型CMP体系的抛光垫；研究DES环境中摩擦作用下高硬晶体表面与新抛光液之间的物理化学效应和微观力学行为，揭示新CMP体系加工高硬晶体的材料去除和表面形成机理。通过系统的理论研究和工艺开发，发展具有自主知识产权的CMP新技术

针对三类高硬、高化学惰性晶体材料（蓝宝石（Al2O3）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC））在传统化学机械抛光（CMP）加工过程中材料去除速率低下，加工成本高的问题。进行了三类晶片在深共溶剂（DES）环境中的纯化学刻蚀，研究了对三类晶片产生化学刻蚀的组分及添加剂；研究了以DES为基液的抛光液基本特性，特别是磨粒在基液中的分散情况，设计并搭建了可与DES基液相配合使用的CMP平台进行三类晶片CMP加工实验；重点研究了GaN晶片在不同溶液组分、添加剂及紫外光照情况下的光化学和光电化学刻蚀机理；将GaN晶片的光化学氧化机理和光电化学氧化机理与机械抛光进行组合，创新性地提出了GaN晶片的光化学机械抛光加工（PCMP）和光电化学机械抛光加工（PECMP）方法；基于PCMP加工和PECMP加工方法，设计并搭建了相应的加工实验平台，开展了对GaN晶片的PCMP和PECMP实验研究和机理研究。研究结果表明：GaN晶片的PECMP加工可获得约1.2 um/h的材料去除速率和超光滑晶片表面。

本项目将根据微电子和光电子产品制造对硬脆晶体超薄基片加工精度、加工表面质量和加工效率的要求，针对现有基片薄化加工技术所存在的加工效率低、成本高、碎片率高和环境污染等问题，提出微粉金刚石砂轮磨削和耦合能量软磨料砂轮磨削集成的单工序超精密薄化加工新工艺。重点研究应用耦合能量软磨料砂轮磨削技术薄化加工硬脆晶体基片过程中的微观力学行为、物理化学效应和机械摩擦作用，分析基片材料去除和表面形成机理、超薄基片变

离子液体(ILs)是完全由离子组成的在室温或使用温度下呈液态的盐,一般由较大的有机阳离子和较小的无机阴离子组成。离子液体的物化性质以及应用方面已有较多报道,但有关离子液体的负面影响直到最近才引起人们的注意。有报道指出:离子液体因没有蒸气压,在使用过程中本身不会形成挥发性有机物而被称为“绿色产品”,但离子液体本身并非“绿色”产品———某些离子液体甚至是有毒的。Jastorff等则指出离子液体在设计应用方面存在一定的危害,并提出应结合多学科知识对其潜在危害性进行综合评价。从离子液体的制备、再生和处置过程看:用于制备离子液体的主要原料(烷基取代咪唑、烷基取代吡啶、烷基取代盐和烷基取代铵盐等)大多是挥发性有机物;而离子液体的再生过程主要是采用具有挥发性的传统有机溶剂进行萃取的过程;某些离子液体本身是有毒且难以生物降解的。因此,在离子液体大规模应用前需对其应用风险进行评价 。

离子液体的毒性在其对生态环境的影响与应用风险评价方面起着极其重要的作用。近年来有关离子液体毒性方面的研究却远远滞后于离子液体物性及应用研究,直到最近才有少量报道 。