提高10.16cm砷化镓晶片单面精抛表面质量的工艺研究

在半导体制造工艺中,要获得一个平滑、光亮、无损伤层的表面,需要对半导体晶片进行表面精抛。国际上主要采用化学机械混合同时抛光,获得的晶片表面平整、光洁度好、机械损伤小。目前砷化镓材料的抛光液配方较多,但工艺条件比较严格,抛光结果并不理想。从抛光转速、抛光压力、抛光液3方面进行试验设计与研究,并对结果进行讨论,最终得到了一种稳定、重复性好的10.16cm砷化镓单面精抛工艺。     

环形抛光盘几何参数对去除函数的影响

为获得与理想去除函数更为接近的去除函数,采用中心开孔的环形抛光盘作为抛光工具,推导环形抛光盘在行星运动方式下的去除函数模型,探究环形抛光盘偏心率m及中心孔径r1对去除函数形状及误差修正能力的影响。研究表明:当0<06时,去除函数的中心区域出现较大程度的“凹陷”,不具备理想去除函数特性;中心开孔孔径r1主要影响去除函数的峰值区域大小及边缘去除量,随着r1增大,去除函数中心峰值区域越窄,边缘去除量减小,去除函数呈现出“脉冲特性”,有利于中频误差的修正;与应用较为广泛的圆形抛光盘去除函数相比,在相同偏心率m下,环形抛光盘的中频误差控制能力优于圆形抛光盘。>     

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.     

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。     

光学元件气囊抛光去除效率影响因素研究

基于Preston方程分析了气囊抛光特性,确定去除函数的三个重要特征,即抛光斑尺寸、形状以及去除量,得到影响光学元件气囊抛光材料去除效率的主要参数.通过定点抛光实验,分析气囊充气压强、压缩量、主轴转速对BK7光学元件去除函数和材料去除效率的影响.结果表明:充气压强与压缩量对于气囊抛光去除函数的形状影响较大,去除效率随气囊充气压强增大先升高到2.08mm3/min后逐渐降低然后又升高,压缩量与气囊转速的提高增大了材料的去除效率,分别可以达到6.84mm3/min和5.04mm3/min.     

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。     

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。     

内窥镜中透镜的准球心加工工艺改进

为了改进内窥镜中透镜的生产工艺,采用三片不胶盘夹具代替传统的刚性盘和弹性盘对透镜的大面进行精磨和抛光,缩短了工艺流程;运用直压治具解决了因零件边缘过薄、夹具夹持难度大的问题;通过对传统工艺流程的调整,避免了因机械定心磨边产生的压痕及划痕对抛光表面质量的影响;采用电木代替聚氨酯抛光皮对小面进行抛光,提高了光圈的稳定性。测试结果表明,三片不胶盘加工的成品率为94%,相对较低,如何进一步提高三片加工的成品率成为提高总体成品率的关键。     

曲面抛光的材料去除模型与摆线轨迹控制

基于柔性盘抛光的材料去除模型,提出了沿摆线轨迹的曲面抛光参数控制方法.首先确定柔性盘与表面的接触状态,采用支持向量机方法建立下压力预测模型,确定接触区的压力分布规律,并依据Preston方程建立材料去除模型,进而依据摆线半径和步距的相对关系,将摆线分为单周期内存在2个交叠区与3个交叠区两种情况,在去除模型基础上将单道摆线分为两部分单独叠加,再根据交叠区宽度作总叠加,控制摆线轨迹参数实现最优去除率分布效果.去除率仿真实验和工业机器人抛光实验结果表明,精抛后工件表面粗糙度达0.57μm,说明提出的摆线轨迹参数控制方法适用于高精度曲面抛光.     

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.     

机械变速器换档的接合过程建模及特性分析

接合套和接合齿圈的接合过程是影响机械变速器换档品质的关键阶段。针对在接合过程中,当接合套和接合齿圈在齿端倒角处接触时碰撞发生,其相对速度会发生突变,相应的耦合关系及动力学方程也会发生改变的现象,为了得到机械变速器整个接合过程的精确数学模型和特性,运用多体动力学理论和混杂系统方法建立了描述接合过程的混杂自动机模型。在该模型中,用3个微分方程组描述接合过程中接合套和接合齿圈在不同耦合关系下的动力学特性;引入泊松恢复系数,建立了4个差分方程组描述碰撞过程接合齿圈转速、接合套轴向运动速度和转速产生的突变。基于该混杂自动机模型,在MATLAB环境下进行了仿真分析,得到了接合过程中接合套和接合齿圈的轨迹、接合时间和最大冲击,分析了换档力、接合套相对接合齿圈的初始转速和位置对接合性能(时间和最大冲击)的影响。研究结果表明:接合套和接合齿圈的相对位置对接合时间和冲击有显著影响;当接合套和接合齿圈的转速差在一定范围内时,接合时间较短,过大的转速差则会使接合时间呈指数上升;接合套和接合齿圈的转速差越大,冲击越大;增大换档力可缩短接合时间,但会增大冲击。在设计机械式自动变速器的控制系统时,应根据机械变速器换档过程的特性,选取最佳的换档力、相对转速、相对位置作为控制参数,进而缩短动力中断时间,减小换档冲击。     

碱腐蚀减薄硅片过程中少子寿命性质研究

通过高频光电导法研究了超薄晶硅片少数载流子寿命的变化规律,分析了碱液腐蚀速率、表面缺陷态的变化对少子寿命的影响,得到:在现有的切片工艺条件下,腐蚀10分钟即可将表面损伤层完全去除,使超薄晶片显示出体内和表面寿命共同决定的较大少子寿命值.     

300mm硅片双面抛光机的优化设计

首先介绍了抛光机的抛光原理,针对传统抛光机的不足,提出了新的改进措施:在传动结构上,采用了齿圈太阳轮同步升降及销齿传动,避免在加工过程中长期在同一高度位置啮合,导致齿圈太阳轮局部磨损而造成使用寿命快速缩短的现象,提高了零件的接触刚度和使用寿命;在上下抛光盘温度控制方面,上下抛光盘采用多个进水口与出水口的结构,能在最短的时间内达到冷却的效果;在压力控制方面,采用多段压力,拉力传感器检测工件受力,并将信号反馈给控制单元构成压力的闭环控制;在控制方面,采用多点温度监测,严格地控制抛光液的进液温度;在电气系统方面,采用PLC控制,当参数设定有误或运转出现异常时,NT会自动列项报警,并提示操作者如何排除故障。最后对改进措施进行了试验验证,并对试验结果进行了分析。结果表明:通过上述改进措施使得设备加工出的硅片GBIR、SFQR等参数均达到了工艺要求,从而有效地改善硅片的平整度。     

极大径厚比薄壁件的加工变形仿真与试验研究

针对径厚比极大的铝合金薄壁件易加工变形的问题,开展基于有限元显示动力学的铣削过程仿真研究。在相同材料去除率下,分析转速、切深及每齿进给量的组合条件对切削力与变形的影响;采用单侧独立切削与双侧交替切削两种加工路径,在薄壁件不同高度处进行切削变形仿真计算。结果表明：较高的转速、较小的切深及适当的每齿进给量可保证加工效率并减小加工变形;采用内外表面双侧交替切削路径时的加工变形小于内外表面独立切削的变形。随着切削高度的下降,两种切削路径的变形差异逐渐减小,变形差值百分比由顶部42.7%降至中部11.1%。在仿真研究的基础上,进行工程试验与薄壁件加工误差测试,验证了仿真研究所确定的工艺参数及其内外表面双侧交替切削方案的可靠性。     

软质印章石抛光工艺

为了提升软质印章石的加工质量,在不同型号砂纸和溶胶-凝胶(SG)抛光膜上磨抛巴林石、高山石、芙蓉石3种印章石,探讨研磨盘和载物盘的转动方向、转速,加工压力,加工时间等工艺参数及工艺路线,并确定每道工序的最大光泽度值,以及印章石表面形貌和粗糙度之间的关系.结果表明:最终优化工艺的研磨盘、载物盘分别以300,120 r·min^-1同向转动,加工压力为15 MPa;最佳工艺路线是通过在400#砂纸半精磨、在2 000#砂纸的精磨和在SG抛光膜上抛光,使印章石表面光泽度达到50以上,粗糙度在100 nm左右,表面形貌在放大100倍时无明显划痕.     

换能器阵列型超声抛光机理及声场仿真和实验研究

为了提高工件表面抛光质量和抛光效率,对传统非接触式超声振动抛光进行了改进,将单个换能器换成换能器阵列,同时加入料筐的旋转运动,设计了实验样机。分析了超声抛光的材料去除机理,推导出单颗磨粒去除材料体积和磨粒振动速度的表达式。利用COMSOL对样机抛光槽内液体进行声场仿真,研究了换能器个数、换能器布置间距、换能器输入电压对抛光液声场分布的影响,优化了抛光槽底部换能器的布置方式,仿真结果显示,换能器个数为4个、布置间距为55mm时,抛光槽中心区域声压分布更加均匀。实验探究了样机料筐转速、抛光时间、换能器输入电压对工件表面抛光质量的影响规律,确定了工件表面抛光效果最佳时的工艺参数组合,结果表明:料筐转速为50r/min、抛光时间为80min、换能器输入电压为150V时,抛光效果最好,此时工件表面粗糙度减小量为0.019μm,表面粗糙度变化率为33.33%。     

叶片难抛光区域粗糙度对压气机性能的影响

研究压气机转子中叶片叶顶、叶根倒圆、下端壁这类难以自动抛光区域的表面粗糙度对转子气动性能的影响规律,旨在为叶片抛光加工表面粗糙度目标的制定提供指导.基于计算流体动力学(CFD)对跨音速转子rotor37进行气动计算,分析了98%阻塞流量工况不同转速下各部位表面粗糙度对转子的损失系数和出口总压的影响规律.结果表明,在设计转速下,叶片各部位的表面粗糙度增加均使转子损失增加,叶顶的表面粗糙度使出口总压升高,而叶根倒圆和下端壁表面粗糙度使出口总压降低;表面粗糙度15μm是一个转折点,大于15μm时表面粗糙度对气动性能的影响程度开始变大;下端壁表面粗糙度对性能的影响最大,在60%设计转速下,下端壁表面粗糙度使损失降低,但是在80%和100%设计转速下,则使损失增加.     

多丸片固着磨料研磨高精密光学元件的参数优化

为了增强固结磨料研磨去除的可控性和确定性,提高光学元件的研磨加工精度和效率,以高精度光学元件为研究对象,分析了行星转动加工方式的多丸片固结磨料研磨的去除特性及参数优化。首先基于Preston方程分析了在研磨接触区域的相对速度、接触时间,并在利用ANSYS求得应力分布规律的基础上建立了多丸片固结磨料研磨的材料去除函数模型;引入趋近因子概念,通过对比去除函数归一化图形,对6种抛光盘模型的运动偏心比和速度比参数进行了优化,获得了多丸片固结磨料抛光盘的最大去除深度和去除量。     

单齿圈牙轮钻头运动学实验研究

本文根据实验结果,着重分析了单齿圈单牙轮钻头的运动规律。指出:牙轮绕牙轮轴的转动和钻头绕钻头轴线的转动都不是匀速的,而是变速的。此外,还简要分析了牙轮的受力情况及牙轮齿与钢井底的相互作用过程。文章结合实验结果,还分别讨论了单齿圈双牙轮钻头和单齿圈三牙轮钻头的基本运动规律。以往,国内外关于牙轮钻头运动学的文章大多假定钻头的转动和牙轮的转动是匀速转动。这与实际情况不相符。为了真正掌握牙轮钻头的运动规律,我们拟实测钻头的转速和牙轮的转速,并从最简单的,既无移轴又无超顶的单齿圈等布齿的牙轮钻头入手进行研究。     

磁流变抛光头形状对加工表面粗糙度的影响

设计了4种不同形状的抛光头,并使用自制的磁流变抛光液体在三轴数控铣床上对K9平面玻璃进行了磁流变抛光工艺试验.分析了在不同的磁场强度、磁极转速,加工间隙等多种情况下抛光头形状对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明:槽型平面抛光头的抛光效果最好;同等条件下,在抛光头上开槽能有效地提高加工效率和加工质量.