固结磨料研磨蓝宝石晶片的工艺优化

为了满足蓝宝石晶片高效低损伤的加工要求,采用亲水性固结磨料研磨垫研磨蓝宝石晶片的工艺,研究基体中碳化硅粒度尺寸、基体类型、金刚石粒度尺寸及研磨液中磨料4个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高加工效率和优表面质量的工艺参数。实验结果表明:基体中碳化硅粒度尺寸为10 μm、基体类型为Ⅱ、研磨垫采用F公司粒度尺寸为35~45 μm的金刚石、研磨液中磨料的粒度尺寸为5 μm的碳化硅为最优工艺组合,亲水性固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为431.2 nm/min,表面粗糙度值为R_a 0.140 2 μm。      

蓝宝石晶片纳米级超光滑表面加工技术研究

本文提出以蓝宝石塑性磨削和化学机械抛光为主要手段，以原子力显微镜为主要检测工具，来制备满足光电子领域要求的纳米级超光滑蓝宝石晶片的新方法。在高刚性磨床上，用W7的金刚石砂轮以f=1μm／r进给量，实现了蓝宝石晶片的浅损伤塑性域磨削。配制了以SiO2溶胶为抛光料的监宝石晶片专用抛光液，稳定地获得了无损伤层的RMS小于0.2nm的超光滑蓝宝石晶片表面。GaN外延生长所需蓝宝石晶片的合理抛光参数是：SiO2的粒子直径为7nm、浓度为3％、pH=11、压力P=200Pa。     

单晶蓝宝石高效超精密加工技术研究

针对光电子器件、集成电路等应用领域对单晶蓝宝石高质量的表面需求,而单晶蓝宝石自身的硬度和良好的化学稳定性给抛光带来较大的困难。文章在分析、对比直接采用2μm金刚石磨料化学机械抛光蓝宝石基片效果的基础上,提出机械研磨与化学机械抛光相结合的工艺抛光蓝宝石。结果表明,采用10μm的碳化硼磨料机械研磨蓝宝石,材料去除率为8.03μm/h,表面粗糙度Ra由1.18μm迅速降至22.326 nm;采用粒径为2μm和0.5μm的金刚石磨料化学机械抛光蓝宝石晶片,有效的去除机械抛光带来的损伤,最后表面粗糙度Ra可达0.55 nm。此抛光工艺能满足蓝宝石晶体高效、超光滑、低损伤的抛光要求。     

基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

目的 实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法 选择合适的添加剂作为辅料,利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤,制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标,在相同粒径条件下,用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工,对比加工结果。结果 在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下,3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为37.89 μm/h,表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm,但是晶片表面出现深划痕,从而导致易破碎,且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下,采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为66.19 μm/h,表面粗糙度Sa降低至97.004 nm,且晶片表面划痕较浅,无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论 采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低,表面形貌更好,材料去除率更高,达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时,其表面粗糙度随压力、转速增大而减小,材料去除率随压力、转速增大而增大。     

基于磁控磨料定向的SiC固相芬顿反应研抛盘制备及性能研究

目的 提出结合磁控磨料定向和固相芬顿反应的研抛方法,研制新型研抛盘,提高单晶SiC精密加工效率及表面质量.方法 通过磁场控制磁性粒子形成的链串结构,促使磨料定向分布,制备研抛盘.利用研抛盘中的磁性粒子与过氧化氢发生的固相芬顿反应生成羟基自由基(·OH),进而氧化单晶SiC,在其表面生成结合力小、硬度低的SiO2氧化层.通过定向分布的磨料运动,去除氧化层,实现高效率、高表面质量的研抛加工.同时,研究磁场强度、磨料定向、固相芬顿反应及其协同作用对单晶SiC研抛性能的影响.结果 选用在磁场强度为100 mT条件下制备的研抛盘研抛60 min后,SiC C面的粗糙度Ra由100 nm降为1.19 nm,材料去除率达到33.71 nm/min.单纯磨料定向作用使单晶SiC C面和Si面的材料去除率分别提高了60.23％和111.19％,单纯固相芬顿反应作用则分别提高了78.5％和100.09％,两者的协同作用使材料去除率分别提高了100％和144.55％,表面粗糙度Ra分别下降了345.83％和118.78％.结论 新型研抛盘综合运用了固相芬顿反应的化学作用和磨料定向的机械去除作用,能大幅度提高材料去除率,获得较好的研抛质量,有望在单晶SiC的精研和抛光阶段得到较好的应用.     

大粒径SiO2磨粒固结磨具加工蓝宝石试验研究

目的验证大粒径(30μm)SiO_2磨粒固结磨具加工蓝宝石晶片的有效性,优化磨具配方,为实现蓝宝石晶片高效、高质量、低成本加工提供有效参考。方法制作不同配方的氯氧镁结合剂SiO_2固结磨具加工蓝宝石,以去除率、表面粗糙度为评价指标,研究磨粒粒度、结合剂比例、磨粒含量对加工效果的影响。结果 6种不同粒径(均30μm)的SiO_2磨粒固结磨具加工蓝宝石,表面粗糙度均有改善,粒径越小,改善效果越好。结合剂中,活性Mg O、MgCl_2和H_2O三者的摩尔比会影响去除率和粗糙度。磨具磨粒的含量高,去除率高,粗糙度小。结论氯氧镁结合剂中,活性MgO:MgCl_2:H_2O的摩尔比为7:1:16,325#SiO_2为磨粒,磨粒质量占结合剂质量的60%,制作磨具加工蓝宝石,转速210 r/min,加载0.4 MPa,加工3 h,去除率为平均17μm/h,表面粗糙度Ra由初始平均345 nm改善至平均9 nm。     

CN1887997超大规模集成电路多层布线SiO2介质的纳米SiO2磨料抛光液

本发明涉及一种超大规模集成电路多层布线SiO2介质的纳米SiO2磨料抛光液。该抛光液的组分及重量％如下：磨料：二氧化硅水溶胶固含量：20-45，复合碱：0．5—5．5，渗透剂：1．0—10，表面活性剂：1．0-10．     

GaN晶片芬顿反应化学机械抛光液组分优化

针对芬顿反应CMP抛光GaN晶片的抛光液,开展以表面质量为评价指标的参数优化试验,找出抛光液组分的最优配比。结果表明:当H₂O₂质量分数为7.5%时,GaN晶片加工表面效果最优,表面粗糙度达到3.2 nm;催化剂能有效调节芬顿反应的速率,对比液体催化剂FeSO₄溶液和固体催化剂Fe₃O₄粉末,固体催化剂Fe₃O₄粉末能在溶液中持续电离Fe2+,使芬顿反应能在整个加工过程中持续作用。当Fe₃O₄粉末粒径为20 nm时,抛光效果最佳,表面粗糙度达到3.0 nm;对比氧化铝、氧化铈、硅溶胶磨料,硅溶胶磨料抛光的表面效果最佳,晶片表面粗糙度达到3.3 nm;当硅溶胶磨料质量分数为20.0%,磨料粒径为60 nm时,抛光后晶片表面粗糙度达到1.5 nm。抛光液组分优化后,采用最优的抛光液组分参数抛光GaN晶片,其能获得表面粗糙度为0.9 nm的光滑表面。      

纳米碳化硅抛光液的制备及其对蓝宝石晶片抛光性能的研究

制备了一种纳米SiC抛光液,用透射电镜观察其粒子形貌,通过纳米粒度仪研究了分散剂种类对悬浮液中SiC的粒径分布和Zeta电位的影响,并用制备的抛光液对蓝宝石晶片进行化学机械抛光。使用原子力显微镜观察蓝宝石晶片抛光后的表面形貌。结果表明:SiC磨料在以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂的悬浮液中分散效果最好;在相同试验条件下,采用质量分数1%的SiC抛光材料的去除速率最大,为24.0 nm/min,获得蓝宝石晶片表面质量较好,表面粗糙度R a为2.2 nm。     

基于层叠式夹持超薄蓝宝石晶片双平面加工实验研究

目的 针对超薄蓝宝石晶片的双平面加工,研究基盘表面高度差对工件平面度的影响,确定双平面加工超薄蓝宝石晶片的有效性.方法 通过多种方式得到具有不同表面高度差(高度差分别为5.3、9.8、19.9、29.7μm)的基盘,利用层叠式夹持方法对超薄蓝宝石晶片进行夹持(厚度0.17 mm)并进行双平面加工,获得不同高度差下的工件平面度.分别采用层叠式夹持方法及石蜡粘接的方法对超薄蓝宝石晶片进行双平面加工,通过对比实验验证层叠式夹持方法的有效性.结果 在4种不同表面高度差下加工的超薄蓝宝石晶片,其平面度随着高度差的增大而增大,但其增大的趋势远小于基盘平面度变化的趋势.层叠式夹持方式及石蜡粘接方式均可实现超薄蓝宝石的双平面加工,两者相差较小,层叠式夹持方式最终可获得表面粗糙度Ra=1.4 nm、平面度PV=0.968μm的光滑表面.结论 基盘表面高度差应不低于超薄蓝宝石晶片的目标平面度,层叠式夹持方式在加工效果上与石蜡粘接方式相当,但单位时间内的加工效率高于石蜡粘接方式,具有较好的工程应用前景.     

磨粒类型对K9玻璃剪切增稠抛光的影响

目的 采用剪切增稠抛光方法对K9玻璃进行抛光,以工件表面粗糙度Sa为评价指标,研究不同磨粒抛光液对K9玻璃的抛光效果。方法 采用金刚石、CeO2、Al2O3和SiO2等4种单一磨粒,以及金刚石+SiO2混合磨粒,制备了不同的剪切增稠抛光液,并测试其流变特性。以?20 mm K9玻璃圆片为工件,首先在相同磨粒浓度下,进行4种单一磨粒抛光液的抛光实验,观测在抛光时间不同时工件表面粗糙度Sa的变化情况,比较4种抛光液的抛光效果。然后,对比CeO2抛光液与金刚石+SiO2混合磨粒抛光液的抛光效果,并分析讨论混合磨粒抛光液的材料去除过程。结果 使用CeO2抛光液抛光35 min后,将工件的表面粗糙度Sa从(233.1±15.2)nm降至(1.6±0.2)nm;金刚石抛光液次之,在抛光55 min后工件的表面粗糙度Sa达到(1.86± 0.2)nm;Al2O3抛光液的效果相对最差。采用SiO2(质量分数10%)+金刚石(质量分数5%)抛光液,在抛光5 min后工件的表面粗糙度Sa比CeO2抛光液的低53.3%;在抛光35 min后,工件的表面粗糙度Sa从(230.7±10.5)nm降至(1.43±0.9)nm。在金刚石(质量分数5%)抛光液中添加不同浓度SiO2磨粒的抛光实验中发现,在抛光初始阶段,抛光效率随着SiO2磨粒浓度的增加而增大。结论 CeO2抛光液和SiO2(质量分数10%)+金刚石(质量分数5%)抛光液的抛光效果相对最优,后者在低表面质量时的抛光效率更高。     

化学机械抛光液的研究进展

化学机械抛光（CMP）技术是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段,化学机械抛光液是影响抛光质量和抛光效率的关键因素之一,而抛光液中的磨粒和氧化剂决定了抛光液的各项化学机械抛光性能。将抛光液磨粒分为单一磨粒、混合磨粒以及复合磨粒,综述了近年来国内外化学机械抛光液磨粒发展现状,其中重点分析和总结了SiO2、Al2O3、CeO2三种单一磨粒,SiO2/Al2O3、SiO2/SiO2、SiO2/CeO2混合磨粒,CeO2@SiO2、PS@CeO2、PS@SiO2、sSiO2@mSiO2、PMMA@CeO2、PS@mSiO2等核-壳结构复合磨粒,Co、Cu、Fe、Ce、La、Zn、Mg、Ti、Nd等离子掺杂复合磨粒的研究和应用现状,并针对目前存在的问题进行了详细的分析。针对目前化学机械抛光液不同材料氧化剂（高锰酸钾和过氧化氢）的选择和使用进行了分析总结。此外,介绍了一种新型绿色环保抛光液的研究和使用情况,同时对化学机械抛光液存在的共性问题进行了总结,最后展望了化学机械抛光液未来的研究方向。     

抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响试验

抛光垫是影响抛光加工效率和表面质量的关键因素之一,但影响规律和作用机理尚不清晰。为研究抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响规律,制作有、无固结磨料的表面六边形微细结构抛光垫,分别对YG15硬质合金、单晶Si和单晶4H-SiC三种硬度差异较大的工件进行抛光试验。结果表明：各抛光垫对不同硬度工件抛光效果的影响规律一致,随着抛光工件的硬度增大,各抛光垫的材料去除率（MRR）减小,表面粗糙度Ra增大。抛光垫内的固结磨料能将MRR提高5～10倍,但也会导致Ra增大5～20倍。抛光垫表面微细结构会使得抛光过程中有效接触面积Ap和有效磨粒数Ns减小而导致MRR下降,而抛光垫硬度的增加能够部分弥补抛光垫表面微细结构造成的影响,抛光工件硬度越大,弥补效果越好。增加游离磨料能够有效降低抛光后Ra并提高硬度较大工件的MRR（上升约8%）,但对硬度较小工件的MRR有抑制作用（下降约27%）。根据抛光试验结果,建立工件-磨料-抛光垫接触模型,深入分析抛光垫表面微细结构、表面硬度对不同硬度工件抛光MRR和表面质量的作用机理,为不同工件抛光时抛光垫的选择提供了理论基础。     

化学机械抛光液的发展现状与研究方向

简述了化学机械抛光液的主要成分及其作用;综述了近年来国内外化学机械抛光液的发展现状,主要介绍了二氧化硅胶体抛光液、二氧化铈抛光液、氧化铝抛光液、纳米金刚石抛光液.最后指出,化学机械抛光液未来应向环保化、精细化以及专门化的方向发展.     

Polishing of Structured Molds

High precision molds for the replication of structured optical elements like Fresnel lenses or prism arrays are generated by diamond machining or precision grinding. In some cases surface quality of the replicated components is not sufficient to meet the increasing demands concerning surface roughness and form accuracy for optical applications. Subsequent polishing of the structures may therefore be necessary. Within this work structured molds were finished by a newly developed abrasive polishing process, by laser polishing, and by abrasive flow machining. This paper focuses on the material removal mechanisms and achievable surface quality in abrasive polishing. Surface quality is compared to that achieved by laser polishing and abrasive flow machining.     

单层磨料凝胶抛光垫的加工性能研究

目的 研究单层磨料凝胶抛光垫的加工性能,为提高磨料利用率以及降低磨料对凝胶基体的破坏提供解决思路.方法 使用自行搭建的测力装置,对磨粒与基体的界面结合强度进行研究,分析磨料粒度和偶联剂对界面结合强度的影响,研究磨料粒度和结合剂厚度对磨粒附着的影响,并将制备的单层磨料凝胶抛光垫与常规多层磨料凝胶抛光垫分别在湿抛光和干抛光工艺条件下加工碳化硅衬底,对比两者的材料去除率、表面粗糙度和工具的磨损情况.结果 200/230目金刚石磨粒的界面结合强度是80/100目的4倍有余,添加偶联剂后,80/100目金刚石磨料与基体的界面结合强度提高了75％.粗粒度的W40多层磨料容易破坏凝胶基体的结构,而细粒度的W5单层磨料不会破坏凝胶基体结构,且单层磨料工具的凝胶体涂覆厚度应低于0.6 mm.湿抛光条件下,单层磨料工具能达到多层磨料工具的抛光效果;干抛光条件下,单层磨料工具的材料去除率相比多层磨料工具提升11.5％;湿抛光和干抛光条件下,单层磨料凝胶工具的耐磨性都显著强于多层磨料工具.结论 单层磨料凝胶工具在湿抛光条件下具有与多层磨粒凝胶工具等效的加工能力,但是在干抛光条件下,单层磨料凝胶工具的加工能力和使用寿命要显著优于多层磨料凝胶工具.     

化学机械抛光超薄SUS304不锈钢抛光液研究

柔性显示已成为下一代显示技术的研究热点,不锈钢材料是柔性大尺寸显示器衬底的主要材料之一。为优化不锈钢表面的超光滑无损伤加工,采用化学机械抛光（CMP）技术,通过正交试验,研究磨料粒度尺寸、分散剂、氧化剂、磨料质量、缓蚀剂用量等因素对抛光后材料去除率和表面粗糙度的影响。试验结果表明:磨料粒度尺寸对表面粗糙度的影响最大,其次为双氧水、丙三醇、草酸、磨料质量;影响材料去除率的因素排列是磨料粒度尺寸、磨料含量、丙三醇含量、草酸含量、双氧水含量。      

高性能新型花岗石抛光磨具的研制

研制了一种新型花岗石抛光磨具。该磨具采用混合复配的磨料、酚醛树脂作结合剂,应用压制成型新工艺研制而成。探讨了影响该磨具抛光花岗石光泽度的各种因素,得到了较佳的工艺参数。磨削实验表明该抛光磨具抛光石材的光泽度高、加工效率高、使用寿命长。     

磨具组成成份对花岗岩抛光效果的影响

研究了酚醛树脂、磨料成份和填充剂含量等对花岗岩抛光光泽度和磨削比的影响,指出软抛光磨料在抛光过程中可起到较好的微切削作用,存在一个使光泽度和耐磨性最佳的酚醛树脂和气孔填充剂含量值。     

化学机械抛光工艺参数对氧化锆陶瓷抛光速率的影响

目的探究SiO_2磨料固含量、抛光垫和下压力等工艺参数对氧化锆陶瓷化学机械抛光速率的影响和作用机理。方法采用粒径为80 nm的钠型稳定型硅溶胶,氢氧化钠溶液作为pH调节剂,将硅溶胶pH调至为10。通过CP-4抛光设备进行氧化锆陶瓷抛光实验及摩擦系数采集,采用黏度测试仪测试不同固含量硅溶胶的黏度,采用扫描电子显微镜分析了SUBA系列两种抛光垫的微观结构。结果硅溶胶固含量为37%时,抛光速率最快,达到54.3 nm/min,此时摩擦系数最小,为0.1501。随着固含量的增加,摩擦系数小幅增加,并稳定在0.1540附近。硅溶胶固含量高于37%的抛光机制是流体力学作用的结果,固含量低于37%的抛光机制是流体力学和机械力共同作用的结果。扫描电镜下观察发现,SUBA800抛光垫的孔隙尺寸比SUBA600抛光垫的孔隙尺寸小,使用前者的抛光速率快于后者,抛光速率相差10 nm/min。因为孔隙多改变了硅溶胶和抛光垫的接触机制,增大了切应力和摩擦系数,机械作用力加强,从而加快了抛光速率。摩擦系数与下压力没有关系,下压力小于3.5 psi时,抛光速率符合Preston方程。结论对氧化锆陶瓷进行化学机械抛光处理,固含量在37%时,抛光速率最快。SUBA800抛光垫相比SUBA600抛光垫,更适合氧化锆陶瓷抛光。下压力小于3.5 psi时,抛光速率符合Preston方程行为,且摩擦系数和下压力没有关系。