不同粒径磨料对蓝宝石晶片及其抛光过程的影响EI北大核心CSCD

采用不同粒径的W28和W7碳化硼（B4C）磨料对蓝宝石晶片进行研磨和化学机械抛光。研究了不同粒径的B4C磨料对蓝宝石晶片研磨和化学机械抛光后的移除率、粗糙度、平坦度、弯曲度、翘曲度等参数的影响。结果表明：W28和W7的磨料有不同的研磨和抛光性能,在相同的加工条件下,使用W28的B4C磨料,移除速率较快,但研磨所得蓝宝石晶片的损伤层较深,单面抛光20μm不足以去除其损伤层,抛光后表面划痕较多,粗糙度较大（Ra=1.319 nm,Rt=2.584 nm）,表面有明显起伏;而W7磨料的移除速率慢,研磨时间长,在单面抛光移除20μm后其损伤层全部移除,抛光所得蓝宝石晶片平坦度略佳,抛光表面平整,粗糙度较小（Ra=0.194 nm,Rt=0.361 nm）,无明显起伏,表面质量相对较高,适于精修平坦度。     

Nd:Y3Al5O12透明陶瓷的超精密加工

用化学机械抛光法加工掺钕钇铝石榴石(Nd:Y3Al5O12,Nd:YAG)透明陶瓷.为了提高加工效率,在研磨阶段逐步减小B4C磨料的粒径,精密研磨和抛光阶段采用粒度为3,1 μm和0.3 μm氧化铝粉;最后,选用胶体二氧化硅作为抛光液进行化学机械抛光,以获得更好的表面光洁度.采用Wkyo激光干涉仪测量加工样品的平面度,光学显微镜观察表面宏观损伤,原子力显微镜测量表面粗糙度和微观形貌.结果表明:采用该工艺可实现高效率、高精度Nd:YAG透明陶瓷的超精密加工,加工后的Nd:YAG陶瓷表面粗糙度<0.2 nm RMS(root mean square),平面度<λ/10 (λ=633 nm),微观损伤少.     

二氧化硅磨料粒径分布对蓝宝石化学机械抛光的影响

针对蓝宝石晶圆化学机械抛光(CMP)高去除速率和高抛光质量的要求,对比了分别采用单一粒径、连续粒径和混合粒径的SiO2磨料对蓝宝石晶圆的抛光效果.结果表明,将粒径为120 nm的40％(质量分数)硅溶胶与粒径为30 nm的20％(质量分数)硅溶胶按体积比8:2混合作为磨料对蓝宝石晶圆进行CMP时,去除速率最高,抛光后蓝宝石晶圆的表面粗糙度(Ra)低至0.158 nm,无明显的划痕、划伤等缺陷.     

CeO2/ZrO2硅溶胶复合磨料的制备及其对蓝宝石抛光性能的影响

以硅溶胶为原料,通过化学沉淀法对硅溶胶进行铈锆改性,制备出抛光用单分散的CeO2/ZrO2硅溶胶复合磨料.考察了不同铈锆掺杂量的CeO2/ZrO2硅溶胶复合磨料对蓝宝石晶片抛光性能的影响,研究了CeO2/ZrO2硅溶胶复合磨料对蓝宝石晶片的抛光机理.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)对样品的组成、形貌等进行表征.以所制备的复合磨料对蓝宝石晶片进行抛光,利用原子力显微镜(AFM)检测抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度.结果表明:CeO2/ZrO2硅溶胶复合磨料中最佳的铈锆掺杂量为:铈掺杂量为1.5wt％,锆掺杂量为1.0wt％,材料去除速率可以达到36.1 nm/min,表面粗糙度可以达到0.512 nm,而相同条件下纯硅溶胶抛光后的蓝宝石表面粗糙度为1.59 nm,材料去除速率为18.4 nm/min,该复合磨料表现出较好的抛光性能.     

金刚石固结磨料研磨K9玻璃的研究

为提高光学材料的研磨效率与质量,提出一种亲水性固结磨料研磨方法.采用图形转移与UV固化工艺,将粒径为5～10 μm的金刚石磨料固结于亲水性光固化树脂中,制备固结磨料研磨抛光垫(FAP).选取工件的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Sa)来评价研磨的加工性能.对比研究了在相同粒径磨粒下的游离磨料研磨、固结磨料丸片研磨、及亲水性FAP研磨三种不同方法对K9光学玻璃的加工性能.实验结果表明:采用FAP研磨K9玻璃,MRR为350 nm/min,表面粗糙度Sa为3.24 nm,达到了精研的加工效率和抛光的表面质量.提出了固结磨料抛光丸片和亲水性FAP的加工模型,以及亲水性FAP的自修整机理.     

不同粒径纳米二氧化硅磨料对蓝宝石CMP去除机制的影响

采用不同粒径的纳米二氧化硅磨料对蓝宝石晶圆进行化学机械抛光(CMP).结合实验与量子化学参数的仿真计算,研究了磨料粒径对抛光后蓝宝石晶圆表面性能的影响及其材料去除机制.结果表明:在CMP过程中,纳米二氧化硅磨料与晶圆表面发生了主要基于磨粒表面羟基官能团与加工材料表面之间强相互作用的固相反应.提出了磨粒粒径影响固相反应强度的机制.纳米二氧化硅磨料在蓝宝石CMP中对材料的去除是机械磨损和化学反应共同作用的结果,磨料的粒径是影响两者动态平衡的重要因素.建议采用混合粒径纳米二氧化硅磨料来抛光蓝宝石.     

磨料粒径对铝栅CMP去除速率和粗糙度的影响

在铝栅化学机械平坦化(CMP)中磨料直接影响去除速率和表面粗糙度。采用不同粒径的磨料配置抛光液对铝栅进行CMP实验,对去除速率和表面形貌测试结果进行分析。结果表明,去除速率与参与抛光的磨料颗粒数目和单个颗粒去除速率有关,表面粗糙度与单个磨料颗粒机械作用和抛光后磨料颗粒表面吸附有关,并对抛光液稳定性进行了研究。最终选用粒径70 nm,质量分数为5%的磨料,去除速率可达到181 nm/min,表面粗糙度为9.1 nm,对今后铝栅CMP的研究提供了参考。     

YAG晶体研磨工艺与研磨后亚表面损伤研究

YAG晶体是一种典型硬脆材料，莫氏硬度达8.5，常温下不溶于任何酸碱，加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工，本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法，在研磨过程中逐级减小碳化硼(B₄C)磨料粒径，选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨，4种磨料的粒度范围依次为：40～28μm、28～20μm、14～10μm、7～5μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B₄C质量分数等参数对研磨效果的影响，得出最佳研磨参数；通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度，确定后续抛光去除量，并探究了亚表面损伤深度h _SSD与研磨后表面粗糙度R_a的关系。研究表明：当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B₄C质量分数为15%时，每个研磨步骤均取得最好研磨效果：磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53μm/min，研磨后表面...     

蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺研究

对蓝宝石衬底片的化学机械抛光进行了研究。系统地分析了蓝宝石抛光工艺过程的性能参数,通过大量实验,总结出了其影响因素并提出了优化方案。结果表明,采用粒径为40nm、低分散度的二氧化硅溶胶磨料并配合以适当参数进行抛光,可以获得良好的表面状态和较高的去除速率。能够有效地提高蓝宝石表面的性能及加工效率。     

固结磨料研磨镁铝尖晶石的平均切深和亚表面损伤行为EI北大核心CSCD

根据接触力学原理建立了固结磨料研磨的平均切深模型,估算了不同粒径磨料作用下平均切深。依据磨粒平均切深值,采用离散元法对镁铝尖晶石固结磨料研抛的过程进行了模拟,并以此预测了固结磨料研磨条件下工件的亚表面损伤深度。采用角度抛光方法对亚表面损伤层深度的预测值进行了验证。结果表明:W5FAP研磨下工件亚表面损伤层深度的预测值为1.32μm、实测值为1.37μm;W14FAP研磨下的预测值为3.93 m,实测值为4.56μm;W50FAP研磨下的预测值为9.07μm,实测值为9.12μm;离散法的亚表面损伤层的预测结果与实测结果基本一致,验证了该方法的可靠性。     

固结磨料研磨镁铝尖晶石的平均切深和亚表面损伤行为

根据接触力学原理建立了固结磨料研磨的平均切深模型,估算了不同粒径磨料作用下平均切深。依据磨粒平均切深值,采用离散元法对镁铝尖晶石固结磨料研抛的过程进行了模拟,并以此预测了固结磨料研磨条件下工件的亚表面损伤深度。采用角度抛光方法对亚表面损伤层深度的预测值进行了验证。结果表明:W5FAP研磨下工件亚表面损伤层深度的预测值为1.32μm、实测值为1.37μm;W14FAP研磨下的预测值为3.93 m,实测值为4.56μm;W50FAP研磨下的预测值为9.07μm,实测值为9.12μm;离散法的亚表面损伤层的预测结果与实测结果基本一致,验证了该方法的可靠性。     

介孔氧化硅微球的合成及其在化学机械抛光中的应用

利用阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)胶束与硅源(正硅酸乙酯)的协同组装过程,通过改进的St?ber法制备具有放射状孔道的介孔氧化硅(Mesoporous silica,Sm)微球。结果表明:所得Sm微球粒径在260~480 nm范围,样品的BET比表面积为1 300~1 500 m2/g,其内部孔道孔径集中在2~3 nm。利用原子力显微镜比较了Sm磨料与常规实体氧化硅(Solid silica,Ss)磨料对热氧化硅片的抛光特征。经Sm磨料抛光后,衬底表面粗糙度均方根值RRMS为0.240 nm,表面微观轮廓起伏在±0.70 nm范围内,抛光材料去除率γMRR可达93 nm/min。与Ss磨料相比,Sm磨料有利于降低抛光衬底粗糙度,提高材料去除率,并有效避免出现微划痕等表层机械损伤。     

多元胺醇型表面活性剂对铜晶圆平坦化的影响

研究了一种多元胺醇型非离子表面活性剂对铜化学机械抛光(CMP)液粒径及分散度、抛光速率、抛光后铜膜的碟形坑高度、表面非均匀性和表面粗糙度的影响。抛光液的基本组成和工艺条件为:SiO_2(粒径60~70 nm)5%(体积分数,下同),多羟多胺螯合剂3%,30%(质量分数)过氧化氢3%,工作压力1 psi,背压1 psi,抛头转速87 r/min,抛盘转速93 r/min,抛光液流量300 mL/min,抛光时间60 s,抛光温度23°C。结果表明,表面活性剂的引入可提高抛光液的稳定性。当表面活性剂含量为3%时,抛光速率、抛光后碟形坑高度、表面非均匀性和表面粗糙度分别为614.86 nm/min、76.5 nm、3.26%和0.483 nm,对铜晶圆的平坦化效果最好。     

蓝宝石基片超精密抛光技术研究进展

介绍了作为LED衬底材料使用的蓝宝石基片抛光方法的进展。通过介绍各种抛光技术所依靠的机械能、化学能、复合能和特种能场等的不同能场形式分析了当前不同蓝宝石基片抛光技术,如浮法抛光、磁流变抛光、水合抛光、化学机械抛光和激光抛光等的工艺原理和技术特点,指出当前现有加工方法的优缺点和发展进程。目前蓝宝石衬底的抛光质量已达到表面粗糙度为0.1nm、平面度为0.5μm。随着机械表面界面科学和加工工艺的不断进步,数字化、全自动和环境友好型的抛光技术是未来蓝宝石衬底加工的发展方向。     

籽晶处理工艺对物理气相传输法生长SiC单晶的影响

将块体SiC单晶中切割下的晶片经研磨、抛光和腐蚀不同工艺处理后作为籽晶,用物理气相传输法生长SiC晶体,生长时间为10min。用光学显微镜观察晶片生长前后的形貌,讨论了不同处理工艺籽晶对晶体生长的影响。结果表明,研磨和抛光可以去除晶体切割时产生的凹坑和划痕,但残留的研磨变质层和抛光导致的机械损伤层可诱导晶片在高温晶体生长时产生多晶成核,腐蚀可以去除研磨和抛光时产生的机械损伤层,用腐蚀后的晶片作为籽晶,生长的晶体表面光滑,并且能够很好地复制籽晶的结构。     

铜/钽/绝缘介质用碱性化学机械抛光液的优化

在工作压力2 psi,抛光头转速55 r/min,抛光盘转速60 r/min,流量150 m L/L,温度22.7°C的条件下,采用一种不含H_2O_2的碱性抛光液对Cu、Ta、SiO_2绝缘介质3种材料进行化学机械抛光(CMP)。通过研究抛光液中SiO_2磨料粒径和用量、FA/O II型螯合剂和非离子型表面活性剂用量对3种材料去除速率的影响,得到了高选择性的阻挡层抛光液:SiO_2粒径为50 nm的浆料20%(质量分数),FA/O II型螯合剂0.15%(体积分数),表面活性剂3%(体积分数)。该抛光液的SiO_2/Ta/Cu去除速率之比为3.4∶1.6∶1.0。采用该抛光液抛光后,铜的表面粗糙度由5.18 nm降至1.45 nm,碟形坑和蚀坑分别由116 nm和46 nm降至42 nm和24 nm。     

磁性磨料和磨粒相粒径对磁力研磨效率的影响

按照逐级研磨思路,采用目数和磨粒相直径不同的磁性磨料(MAP)对304不锈钢进行磁力研磨光整加工(MAF),工艺条件为:磁极转速1 000 r/min,加工间隙2 mm,磁感应强度1.2 T,磨料填充量2 g。依次采用磨料目数与磨粒相粒径为50~80目/W40、80~120目/W40、120~200目/W7、200~300目/W7的磁性磨料研磨工件2、2、3和5 min(总研磨时间为12 min),工件表面粗糙度由初始的0.646μm降至0.021μm,材料去除量为42.3 mg。而采用200~300目、磨粒相粒径为W7的单一磁性磨料研磨工件时,要降至相同的表面粗糙度耗时30 min。因此,合理选用不同规格的磁性磨料对工件进行逐级研磨能大幅提升研磨效率,使工件表面质量在短时间内就得到明显改善。     

蓝宝石晶片研磨工艺的研究

利用碳化硼W5对蓝宝石研磨实验进行研究,得出不同磨料浓度、不同悬浮液黏度和加工压力对表面状态、粗糙程度和工件去除率的影响。结果表明,碳化硼W5比较适宜研磨,用此磨料在浓度为15%,悬浮液黏度为0.15%(黏度通过控制羧甲基纤维素的衍生物的含量控制),研磨压力为4 N/cm2时效果较佳,去除率可达0.63μm/min,表面无划痕,粗糙度较理想。     

金刚石表面织构化处理技术（上）

在单晶工业金刚石的应用中，金刚石微粉常用作研磨和抛光材料，配制成研磨液或研磨膏，其颗粒尺寸为微米级和次微米级，粒径小于37微米。在光学工业中常用于镜头、镜片、光透射窗等元件的研磨和抛光加工；在电子工业中则用于蓝宝石、碳化硅、氮化镓、砷化镓等高级晶片的研磨抛光，一般均要求达到表面无划痕的光洁度。随着高科技的发展，在宇航工业和空间技术应用的超精光学元件如高清晰度摄像镜头、超高倍放大镜、远红外探测器、激光器等都要求有更高的表面光洁度。     

包覆型CeO_2/SiO_2和CeO_2/聚苯乙烯复合磨料的制备及其化学机械抛光性能

以SiO2和聚苯乙烯(polystyrene,PS)微球为内核,采用液相沉淀工艺制备了具有包覆结构的CeO2/SiO2和CeO2/PS复合颗粒。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、动态光散射仪和zata电位测定等手段对所制备样品进行了表征。将所制备的CeO2/SiO2和CeO2/PS复合颗粒用于硅晶片热氧化层的化学机械抛光,用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)观察抛光表面的微观形貌、测量表面粗糙度。结果表明:所制备的CeO2/SiO2和CeO2/PS复合颗粒呈球形,粒径在150～200nm,CeO2纳米颗粒在SiO2和PS微球内核表面包覆均匀。包覆的CeO2颗粒与SiO2内核之间形成了化学键结合。CeO2颗粒的包覆显著的改变了复合颗粒的表面电性。AFM测量结果表明:经CeO2/SiO2和CeO2/PS复合磨料抛光后的硅热氧化片表面在5μm×5μm范围内粗糙度值分别为0.292nm和0.180nm。