蓝宝石衬底铜抛-CMP加工技术

针对蓝宝石衬底超精密加工存在的抛光表面不稳定问题,对蓝宝石衬底铜抛-化学机械抛光(CMP)加工技术进行研究,系统探讨铜抛与CMP的抛光压力、转速和抛光时间对蓝宝石衬底表面质量及加工效率的影响.综合评价各表面质量指标,结果表明:在满足表面质量对抛光工艺要求的前提下,采用铜抛的最佳工艺参数为铜抛压力98.0 kPa,转速55 r·min^-1,铜抛时间30 min;化学机械抛光的最佳工艺参数为抛光压力215.6 kPa,转速60 r·min^-1,抛光时间120 min,由此可获得高质量、无损伤的蓝宝石衬底抛光表面.     

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.     

电极形状对介电泳抛光影响的仿真研究

为了解决平面抛光加工中提高精度和效率的难题,根据中性微粒在非均匀电场中可以产生介电泳效应,提出了一种可以提高抛光均匀性和效率的介电泳抛光方法.讨论了介电泳理论及抛光原理,运用COMSOL软件仿真分析了不同电极的电场线分布.仿真结果表明:圆环70~90mm电极形状的电场线分布最不均匀.进行了相应电极的加工试验,试验结果表明:使用圆环70~90mm电极时材料去除率最大,达到0.573mg/min,相比传统CMP提升了19.9%.使用圆Φ60mm电极形状,工件材料去除最均匀、抛光效率最高,2.5h可以将Φ76.2mm硅片全部抛亮,比传统CMP提高了3.6倍,且最终表面粗糙度为0.97nm.在实际加工中,圆Φ60mm电极形状最适合Φ76.2mm硅片的介电泳抛光.     

碳化硅零件氧化辅助抛光超精密加工的研究现状

通过等离子体氧化、热氧化、电化学氧化在碳化硅基材上获得软质氧化层,利用软磨粒抛光实现氧化物的快速去除,有利于提高材料去除效率、提升加工表面质量。研究发现,通过等离子体氧化辅助抛光,表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.626nm和0.480nm;通过热氧化辅助抛光,表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.920nm和0.726nm;在电化学氧化中,基于Deal-Grove模型计算得到的氧化速度为5.3nm/s,电化学氧化辅助抛光后的表面粗糙度RMS和Ra分别是4.428nm和3.453nm。氧化辅助抛光有助于烧结碳化硅加工工艺水平的提升,促进碳化硅零件在光学、陶瓷等领域的应用。     

镍铬合金钢脉冲电流电化学抛光工艺研究

机械零件的表面质量直接影响其使用寿命.采用电化学机械复合抛光,可以大大提高机械零件的抛光效率,但对于深小孔等抛光工具(磨头)很难深入的小结构,采用此方法工艺上很难实现.脉冲电流电化学抛光可以经济有效地对复杂形状的零件型腔进行抛光.对镍铬合金材料试件进行了脉冲电流电化学抛光的工艺试验,讨论并分析了实验结果,得出了加工参数对表面粗糙度的影响规律,以及各加工参数影响表面粗糙度的经验公式.     

不锈钢微结构电解抛光工艺研究与试验

为提高304不锈钢微结构的电解抛光加工质量,开展了不锈钢的电解抛光工艺分析与试验.首先根据不锈钢在电解抛光液中的极化曲线检测结果分析,选定抛光的电流密度为2.2 A/dm2.其次,设计正交因素分析法试验,研究不锈钢在不同电流密度、温度、抛光时间等工艺参数下电解抛光后的表面质量.试验结果表明:随着电流密度增加,表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;温度及抛光时间对表面粗糙度的影响规律与电流密度类似.在影响表面粗糙度的三个因素中,电流密度影响最大,温度次之,抛光时间最弱.最后,利用最佳电解抛光参数组合,加工出高表面质量的不锈钢微结构.     

超高精度大直径硅片表面超声浮动抛光

为了提高大直径硅片表面质量,利用超声浮动抛光加工宏观磨削力、磨削应力、磨削热小,对加工材料表面损伤低的特点,再结合相关磨料对超高精度大直径硅片表面进行超声浮动抛光加工.在工作机理研究的基础上,对大直径硅片超声浮动抛光加工进行了实验研究,优化了其工作参数,获得了满意的效果,为该技术的实际应用奠定了理论与实验基础.     

工程陶瓷镜面加工的研磨与抛光技术

应用高速研磨和抛光新技术进行工程陶瓷镜面加工，大量实验表明，将散粒磨料改为固结磨料研磨可提高生产率、降低加工成本并改善表面质量，此外，还探讨了高速抛光的机理。     

TC4钛合金磁流变抛光的磁感应强度分布及参数

使用磁流变抛光技术对钛合金进行抛光,为了获得更好的表面质量,分别对磁感应强度分布、磁流变液和抛光参数进行了研究。首先,优化了加工区域的磁感应强度分布,通过在加工区域添加两块铁板,磁感应强度分布变得均匀,从而提高抛光后钛合金工件的表面质量。其次,分析了磁流变液的组成,即基液、磨粒类型以及磁性粒子和磨粒的质量占比对工件表面粗糙度的影响。随后,研究了四个基本抛光参数,即磨粒目数、工件转速、磁感应强度和抛光时间,找出这些参数对表面质量的影响规律。采用响应面法获得了工件表面粗糙度变化率的模型,并进行了方差分析以检查模型的显著性。最后,找出最优的抛光参数并对其进行了实验验证。     

磁流变抛光效果影响因素控制的研究

在介绍磁流变抛光原理的基础上,依据Preston方程分析了影响磁流变抛光效果的因素,根据实际加工的需要,对Preston方程进行修正,采用BK9光学工件进行抛光试验,试验结果表明,采用修正的抛光材料去除模型以及对影响抛光效果主要因素的控制,可以有效的提高抛光质量及其加工效率。     

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。     

雾化施液CMP工艺及实验设备

针对传统化学机械抛光的平坦化制程中抛光液使用量大和环保等问题,提出了一种利用超声波雾化抛光液进行抛光的工艺方法。介绍了试验台架搭建、工艺处理方法、工作原理和抛光工艺,并与传统化学机械抛光效果进行了比较。研究表明,在表面质量上,雾化工艺能够达到传统化学机械抛光的量级,其使用量是传统化学机械抛光的1／10。     

Research on the molecular scale material removal mechanism in chemical mechanical polishing

This paper investigates a novel molecular scale material removal mechanism in chemical mechanical polishing （CMP） by incorporating the order-of-magnitude calculations, particle adhesion force, defect of wafer, thickness of newly formed oxidized layer, and large deformation of pad/particle not discussed by previous analysis. The theoretical analysis and experimental data show that the indentation depth, scratching depth and polishing surface roughness are on the order of molecular scale or less. Therefore, this novel mechanism has gained the support from wide order-of- magnitude calculations and experimental data. In addition, with the decrease in the particle size, the molecular scale removal mechanism is plausibly one of the most promising removal mechanisms to clarify the CMP polishing process. The results are useful to substantiating the molecular-scale mechanism of the CMP material removal in addition to its underlying theoretical foundation.     

化学机械抛光技术的研究进展

化学机械抛光(chemical mechanical polishing，简称CMP)技术几乎是迄今惟一的可以提供全局平面化的表面精加工技术，可广泛用于集成电路芯片、计算机硬磁盘、微型机械系统(MEMS)、光学玻璃等表面的平整化．该文综述了CMP技术的研究现状，指出了CMP急待解决的技术和理论问题，并对其发展方向进行了展望．     

基于单分子层去除机理的芯片化学机械抛光材料去除模型

基于单分子层材料的去除机理,应用微观接触力学和概率统计方法建立了化学机械抛光(CMP)及材料去除的数学物理模型.模型揭示了材料的去除率和磨粒的大小、浓度呈非线性关系,而且模型预测结果与已有的试验数据相吻合,为进一步研究磨粒对CMP材料去除的影响提供了新的研究视角.     

Progress in material removal mechanisms of surface polishing with ultra precision

Chemical mechanical polishing (CMP) process is commonly regarded as the best method for achieving global planarization in the field of surface finishing with ultra-precision. The development of investigation on material removal mechanisms for different materials used in computer hard disk and ultra-large scale integration fabrication are reviewed here. The mechanisms underlying the interaction between the abrasive particles and polished surfaces during CMP are addressed, and some ways to investigate the polishing mechanisms are presented.     

摩擦化学反应活化能对CMP的影响

根据质量作用定律,测定了铜膜在静态腐蚀和化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）两种反应条件下的化学反应速率常数;通过Arrhenius方程,测定了铜膜在两种反应条件下的化学反应活化能.结果表明：当抛光液温度为298.15 K,工作压力为13 780 Pa时,静态腐蚀条件下体系化学反应速率常数是114.80 s^-1,而CMP条件下体系的化学反应速率常数是412.11 s^-1,同时,CMP条件下的反应活化能为4 849.80 J,静态腐蚀条件下的反应活化能为31 870.30 J,由此得出,反应活化能的降低是CMP过程中的机械摩擦作用所致.因此,根据CMP过程中铜膜和抛光垫各自克服滑动摩擦力所作的系统功,推导出CMP过程中活化能降低值的系统功表达式,并通过改变工作压力和转速来验证该表达式的适用性.     

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。     

Magnetic Electrochemical Finishing Machining

How to improve the finishing efficiency and surface roughness have been all along the objective of research in electrochemical polishing. However, the research activity, i.e. during electrochemical polishing, directly introduce the magnetic field to study how the magnetic field influences on the finishing efficiency, quality and the electrochemical process in the field of finishing machining technology, is insufficient. When introducing additional magnetic field in the traditional electrochemical pol...