磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光性能

磨粒和抛光垫为化学机械抛光(CMP)提供了重要的机械磨削作用。为了探讨磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光的磨削作用,研究了不同种类磨粒和抛光垫对材料去除率和表面形貌的影响。结果表明：在pH=12-13时,氧化铝抛光液去除率(MRR)为910nm/min,远大于二氧化硅与氧化铈抛光液,且获得较为理想光滑表面。3种不同抛光垫抛光后的铝合金表面,呢子抛光垫表面将不会出现划痕与腐蚀点,表面粗糙度较低为10.9nm。随着氧化铝浓度的增加,材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)均增加。当氧化铝含量为4wt%时,抛光垫使用呢子抛光垫适宜铝合金化学机械抛光,在获得高去除率的同时铝合金表面精度高。     

氮化镓晶片的化学机械抛光工艺

研究了抛光工艺参数对氮化镓(GaN)化学机械抛光(CMP)表面形貌和材料去除率的影响。通过精密分析天平和原子力显微镜对其材料去除率和表面形貌进行分析,采用单因素及正交实验法探究压力、抛光盘转速和氧化剂浓度对GaN材料去除率和表面形貌的影响。结果表明:在下压力为14.1×10~4 Pa、抛光盘转速为75 r/min、H_2O_2浓度为0.8%、SiO_2磨粒为30%、抛光液流量为20 mL/min、抛光时间为15 min的条件下,GaN晶片表面材料去除率最大达到103.98 nm/h,表面粗糙度最低为0.334 nm。可见,在优化后的工艺参数下采用化学机械抛光,可同时获得较高的材料去除率和高质量的GaN表面。     

哑铃形氧化硅磨粒的制备及其化学机械抛光性能

通过阴离子诱导辅助生长法制备哑铃形氧化硅磨粒,并对哑铃形氧化硅磨粒进行表征,研究该磨粒对氧化锆陶瓷化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)性能的影响.实验结果表明:哑铃形氧化硅磨粒稳定性好、分散性好,具有优异的化学机械抛光性能.与球形氧化硅磨粒相比,用哑铃形氧化硅磨粒对氧化锆陶瓷抛光时,材料去除率提高39%,抛光后陶瓷表面平整光滑,表面粗糙度为1.960 nm.这是因为哑铃形氧化硅磨粒抛光液润湿性好,可以与氧化锆陶瓷表面充分接触,有利于固相化学反应的发生.此外,哑铃形氧化硅磨粒的摩擦系数更大,这使得机械效应显著增强.     

小振幅兆声对硅片化学机械抛光效果的影响

为了改善硅片化学机械抛光效果,提高硅片表面质量,一小振幅兆声振子引入化学机械抛光系统,通过对比表面粗糙度大小和分布,发现该振子对改善硅片化学机械抛光效果有明显促进作用。测试表明:振子频率为1.7 MHz,中心最大振幅约为70 nm;硅片表面振动频率为1.7 MHz,中心最大振幅小于10 nm;该振子独立抛光时,未发现硅片表面粗糙度明显降低,但它能引起抛光液微流动,使储存在抛光垫窠室中更多的抛光液进入接触区参与抛光。无振动抛光时,硅片中心区域抛光液供给不足,造成该区抛光效果较差;兆声致微流动能有效缓解这种不足,改善硅片中心区域抛光效果,不仅如此,它还能有效降低其他区域的表面粗糙度。与无振动抛光的硅片相比,经过兆声辅助抛光的硅片,表面粗糙度更小,分布更均匀。     

氧化铝复合磨粒对硬盘NiP/Al基板CMP的研究

在Al2O3表面改性的基础上,制备了以氧化铝、水、双氧水、氢氧化钠溶液为主要成分的抛光液,研究了计算机NiP/Al硬盘盘基片的化学机械抛光(chemical mechanical polishing,简称CMP)特性.通过螺旋测微仪测量了NiP/Al硬盘盘基片表面在不同抛光压力、抛光盘转速、时间、pH值下的材料去除率,利用原子力显微镜AFM表征了抛光后的硬盘盘基片表面粗糙度及形貌,并分析研究了Al2O3抛光液的CMP机理.最终得到最佳抛光工艺参数:抛光盘速率为30r/min、抛光压力2.1kPa、抛光时间为60min、抛光液pH值为9,此时表面粗糙度Ra为4.67nm.     

单晶硅片化学机械抛光材料去除特性

根据化学机械抛光(CMP)过程中硅片表面材料的磨损行为,建立了硅片CMP时的材料去除率模型,设计了不同成分的抛光液并进行了材料去除率实验,得出了机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率.结果表明,磨粒的机械作用是化学机械抛光中的主要机械作用,磨粒的机械作用与抛光液的化学作用交互引起的材料去除率是主要的材料去除率.     

缓蚀剂在镁合金化学机械抛光过程中的作用

利用碱性体系抛光液研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓蚀剂对镁合金化学机械抛光过程和抛光效果的影响。采用能谱仪XPS分析缓蚀剂在镁合金表面形成的膜层成分,并通过腐蚀试验、电化学分析和磨粒粒径测试的手段分析了抛光液中SDBS在镁合金化学机械抛光过程中的作用机理。结果表明:当SDBS含量为1.0%时,抛光液中SDBS可有效抑制镁合金在抛光过程中的腐蚀,缓释效果可达91%。SDBS与镁合金通过缩合反应生成保护膜,减小抛光后的表面粗糙度以及点蚀的出现,提高表面质量;另外,SDBS对Al2O3抛光磨粒具有一定的吸附作用。当SDBS含量为1.0%时,能有效抑制Al2O3磨粒团聚,进而对抛光效果产生一定的影响,减少抛光过程中划痕的产生。     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.     

超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验研究

在研制超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验装置基础上,进一步开展了抛光压力P,抛光点速度v及抛光液供给量Q等可控工艺参数对硅片抛光表面粗糙度、表面形貌和材料去除率影响的有无超声椭圆振动辅助抛光的对比实验研究.实验结果表明:抛光工具的超声椭圆振动有利于抛光垫保持良好的表面形貌和抛光区获得良好的工作状况,提高硅片材料的去除率;抛光压力对抛光质量的影响最大,抛光速度次之,抛光液供给量影响最小;在最佳抛光效果情况下,可使硅片抛光表面粗糙度值由传统抛光法所获得的Ra0.077ìm降到超声辅助抛光法的Ra0.042 ìm,材料去除率最多可提高18%,并且工件表面形貌有明显改善.     

互连芯片化学机械抛光材料去除的仿真分析

针对互连芯片化学机械抛光去除机理的认知不足,假设金属材料弹塑性变形连续,对单磨粒划擦互连芯片的材料去除进行了数值表征.通过芯片应力分布和工艺参数对材料去除率分析发现:平均法向力大于平均切向力;滑动摩擦系数、材料去除率随抛光速度增加而增加;当抛光速度为10~12 mm·s~(-1)时,粒径为30 nm的磨粒材料去除率最大;当工作载荷为6μN,抛光速度为6~10 mm·s~(-1)时,粒径为30 nm的磨粒材料去除率略低,粒径为60 nm的磨粒的材料去除率最大.     

超声波协同作用下非离子表面活性剂对铝合金抛光后清洗的影响

利用静态浸泡清洗和超声波辅助清洗方法,使用非离子表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)溶液对经过化学机械抛光(浸泡SiO2抛光液)后的7003铝合金试样进行浸泡清洗,利用原子力显微镜观测试样表面的清洗效果,并计算清洗后铝合金的表面粗糙度;通过对比去离子水与TX-100溶液在铝合金表面的接触角,分析了非离子表面活性剂TX-100对铝合金化学机械抛光后清洗中SiO2颗粒的分散性、Zeta电位、表面润湿性及去除率的影响,以及TX-100与超声波协同作用的清洗机制.结果表明:随着TX-100质量分数增加,SiO2的颗粒粒径和Zeta电位均先减小而后增大;当TX-100质量分数为2.0%时,SiO2颗粒的分散性最佳;表面活性剂TX-100能够提高铝合金表面的亲水性;在铝合金的清洗过程中,由于超声波与TX-100的协同作用而使得SiO2颗粒去除率由57%提高到90%,且未出现腐蚀现象;清洗后铝合金的表面粗糙度为2.16nm.     

剪切增稠抛光加工Si_3N_4陶瓷的试验研究

基于剪切增稠抛光(STP)的加工原理分析Si3N4陶瓷超精密加工的控制策略,考察所制备的含有立方氮化硼(CBN)磨粒的剪切增稠抛光液的流变行为,分析工件抛光前后表面形貌变化及表层应力状态,研究其抛光特性.结果表明:抛光液具有可逆的剪切增稠与稀化效应,可达到STP加工工艺用抛光液的要求;改变磨粒粒径,可以控制Si3N4加工效率与表面质量,且材料去除量和表面粗糙度的理论值能够反映试验值的变化;STP加工Si3N4为持续微切削的"柔性抛光",初期为脆性剪切、粘着磨损去除,后期为塑性去除;当磨粒粒径达到纳米级时,表层应力状态由初始残余拉应力变为压应力,说明STP不仅能高效去除原有表面损伤层而且新引入的损伤小;随着抛光时间的延长,去除量先快速增大而后趋缓;抛光90 min后,去除率由初期的5.00~2.40μm/h降至3.24~2.04μm/h,表面粗糙度Ra由108.9~111.1nm降至22.0~10.7nm;抛光150min后,Ra可降至9.6~7.2 nm,实现了Si3N4陶瓷粗抛后的精密抛光.     

化学机械抛光中抛光垫作用分析

化学机械抛光（chemical mechanical polishing／planarization,CMP）能够提供高级别的整体平面度和局部平面度而成为集成电路（integrated circuit,IC）中起重要作用的一门技术．抛光垫是CMP性能的主要影响因素．这里建立了一个初步的二维流动模型以考虑抛光垫的弹性、孔隙参数、粗糙度以及晶片形状等因素对抛光液流动性能的影响,并通过数值模拟得出了它们对压力分布和膜厚等的作用．结果表明：由于抛光垫的变形和多孔性,承载能力将有所下降,膜厚增大,从而有利于抛光液中粒子和磨屑的带出．晶片表面曲率的变化对压力和膜厚的作用也很明显,全膜条件粗糙度的存在将引起流体压力的波动．研究为设计CMP中合适的抛光垫参数提供了初步的理论依据．     

Zr-4合金管砂带随形磨削实验分析

采用3种不同磨料的砂带对Zr-4合金管进行了磨削工艺试验,探究了磨粒与工件间的交互创成机理,得到了Zr-4合金材料砂带磨削过程中材料去除率和表面粗糙度的主要影响因素。借助先进的测试设备,对磨削后的砂带磨粒磨损形貌、工件表面形貌进行了观测,并对Zr-4合金表面烧伤层金相组织及显微硬度变化规律做了分析研究。试验结果表明：砂带线速度、磨削压力、接触轮硬度和磨料种类对材料去除率和表面粗糙度均有较大的影响,其中砂带线速度影响最为显著;锆刚玉和氧化铝磨粒的粘附磨损较为严重,碳化硅磨粒主要以磨耗磨损为主;工件烧伤时材料表层金相组织发生变化,使得Zr-4合金物理机械性能下降。试验及研究结果为寻求高效、高精度Zr-4合金砂带磨削加工工艺提供了试验和理论依据。     

光学元件磁性复合流体抛光特性研究

采用磁性复合流体(MCF)对BK7玻璃进行定点抛光实验,对抛光斑进行三维模型重构,并对磁场空间分布进行仿真与实验分析,阐明抛光材料去除机理,确定材料去除率、表面粗糙度及硬度随抛光时间的变化规律,建立了材料去除量与磁通密度的关系曲线。实验结果表明:抛光形成的抛光斑表面轮廓为蝶形,其沿抛光轮轴向的截面轮廓呈"W"形;材料去除量与磁场强弱及抛光时间密切相关,抛光深度去除率最高可达553 nm/min;表面粗糙度随抛光时间的增加先上升后下降,MCF抛光可获得表面粗糙度Ra6 nm的光滑表面,且粗糙度与硬度呈现一定的正相关关系。     

硬质合金麻花钻的剪切增稠抛光试验研究

针对硬质合金钻削刀具曲面加工效率低的问题,提出了用剪切增稠抛光（Shear Thickening Polishing, STP）方法实现硬质合金钻削刀具的复杂双螺旋曲面的低成本、高效率整体高质量抛光加工. 配制具备剪切增稠特性的非牛顿抛光流体,使用MCR302旋转流变仪测试其流变特性. 基于剪切增稠抛光液的流变特性,对硬质合金麻花钻的刃背、刃带和螺旋槽曲面进行整体抛光. 采用控制变量法分析抛光槽转速和工件转速对硬质合金麻花钻表面粗糙度与材料去除率的影响规律. 试验结果表明,加工后的麻花钻整体表面粗糙度随抛光槽转速的增大先减小再增大,在抛光槽转速为90 r/min时,加工效果最好. 随着工件转速的增加,其整体表面粗糙度先减小后基本不变或略有增加,在工件转速为3 500 r/min时,加工效果最好. 麻花钻材料去除率与抛光槽转速及工件转速呈正相关. 在较优加工参数抛光槽转速90 r/min、工件转速3 500 r/min下,麻花钻经STP 60 min后,其刃背、刃带和螺旋槽表面粗糙度分别从原始的310 nm、450 nm、270 nm降低至10 nm、243 nm、15 nm,刃背和螺旋槽磨削痕迹几乎消失,螺旋槽刃口处缺陷明显减少.     

YAG基片的机械抛光研究

通过对机械抛光后的YAG表面进行了研究,结果表明:合理优化工艺参数,可获得较好的面形和较低的粗糙度,影响抛光效率的因素为磨粒、正压力和转速。采用较大粒度的磨粒,合理的增加压力和转速,有利于提高抛光效率。     

氮化铝基板抛光工艺的正交实验研究

为解决氮化铝基板抛光工艺的问题,采用正交实验方法系统研究了抛光工艺参数、抛光液平均粒度、抛光液PH值、抛光盘转速、抛光头压力对氮化铝基板微表面粗糙度的影响规律。通过确定较佳的工艺参数,能够批量化生产出满足Al N薄膜材料的抛光基板,成品率达90%。正交实验表明,各因素对氮化铝基板微表面粗糙度的影响因素由大至小顺序为:抛光液平均粒度、抛光液PH值、抛光盘转速、抛光头压力;探索出批量化生产氮化铝抛光基板抛光工艺条件是:抛光液平均粒度为75nm、抛光液PH值为11、抛光盘转速为40RPM、抛光头压力为0.55MPa。     

ULSI碱性抛光液对铜布线平坦化的影响研究

研究了铜化学机械平坦化的模型.通过研究分析,采用40 nm粒径的硅溶胶作为磨料,H2O2作为氧化剂,还包含螯合剂和FA/O表面活性剂作为抛光液.分析了工艺条件(包括压力、流量、转速、温度等)和抛光液(H2O2、有机碱、磨料粒径)对抛光过程的影响.通过实验结果,确定了相应的实验条件和抛光液来解决铜化学机械抛光过程中出现的...     

磁场辅助软质工具游离磨粒抛光工艺研究

在软质工具机械抛光的基础上耦合外置环形磁场的辅助控制,采用混合铁磁性颗粒的硬质游离磨粒作为磨削介质,实现磁场辅助的软质工具游离磨粒抛光加工,并研究该工艺对抛光加工效率和质量的影响.通过抛光轨迹补偿实验,确定合理的轨迹补偿参数,并利用自行开发的轨迹规划软件,生成补偿后的抛光加工轨迹.采用正交实验的方法对多种金属材料的磁场辅助游离磨粒抛光加工过程进行参数优化研究并作对比验证,结果表明:外置的辅助磁场可提高软质工具抛光加工效率,改善工件抛光的表面粗糙度.