CeO2/SiO2复合磨粒抛光性能及机理研究

为提高硅片抛光质量与效率,利用均相沉淀法制备ＣｅＯ２／ＳｉＯ２ 复合磨粒,配制绿色环保水基型抛光液对硅片进行化学机械抛光,研究ｐＨ值、抛光时间、抛光速度、抛光压力等抛光工艺参数对硅片抛光性能的影响。结果表明：随抛光液ｐＨ值增加,材料去除率相应增大;材料去除率在一定时间范围内随抛光时间增加而下降;材料去除量随抛光速度、抛光压力的增加均先增大后减小。推测ＣｅＯ２／ＳｉＯ２复合磨粒抛光机制为由于水合作用,在硅片表面形成一层易于磨削的软质层。     

利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光工艺参数优化试验研究

为提高硅片抛光速率,提出利用复合磨粒抛光液对硅片进行化学机械抛光.分析SiO2磨粒与某种氨基树脂粒子在溶液中的相互作用机制,观察SiO2磨粒吸附在氨基树脂粒子表面的现象.通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子的方法获得了复合磨粒抛光液.应用田口法对SiO2磨粒质量分数、氨基树脂粒子质量分数以及抛光速度三个影响硅片材料去除率的工艺因素进行了优化分析,得到以材料去除率为评价条件的优化抛光工艺参数.试验结果表明:利用5wt%的SiO2磨料、3wt%的氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液,在抛光盘和载样盘的转速均为50r/min以及抛光压力为22kPa的工艺条件下,对硅片进行抛光的抛光速率达到353nm/min.     

无抛光垫化学机械抛光技术研究

应用双电层理论分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯粒子表面的现象.分析了基于复合粒子抛光液的无抛光垫化学机械抛光技术特点及其材料去除机理.比较试验表明,基于复合粒子抛光液的硅片无抛光垫化学机械抛光具有与传统化学机械抛光相接近的材料去除率和硅片表面粗糙度值,并可避免工件塌边现象的产生.     

静电层层自组装复合磨粒及抛光液的抛光性能研究

利用静电层层自组装原理,通过PDADMAC在聚合物粒子表面改性和吸附不同层数的SiO2磨粒,制备n-SiO2/BGF复合磨粒及其抛光液。分析了交替吸附PDADMAC和SiO2磨粒的BGF微球表面Zeta电位的变化,利用TEM表征了不同层数的n-SiO2/BGF复合磨粒SiO2磨粒的吸附情况。分析了聚合物表面磨粒的吸附层数、游离磨粒浓度、聚合物粒径对复合磨粒抛光液抛光的影响。抛光实验表明:3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液的材料去除率最高,为368.8nm/min;复合磨粒抛光液中的聚合物粒子为1～2μm、游离磨料SiO2的质量分数为5%时,材料去除率取得较大值。经3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液抛光后的硅表面,在10μm×10μm范围内,表面粗糙度从0.3μm降至0.9nm,峰谷值小于10nm,表明复合磨粒抛光液对硅片具有良好的抛光效果。     

利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光

为了提高硅片的抛光速率,利用复合磨粒抛光液对硅片进行化学机械抛光.分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯及某种氨基树脂粒子表面的现象.通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子的方法获得了复合磨粒抛光液.对硅片传统化学机械抛光与利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光进行了抛光性能研究,提出了利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光技术的材料去除机理,并分析了抛光工艺参数对抛光速率的影响.实验结果显示,利用单一SiO2磨料抛光液对硅片进行抛光的抛光速率为180 nm/min;利用SiO2磨料与聚苯乙烯粒子或某氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液对硅片进行抛光的抛光速率分别为273 nm/min和324 nm/min.结果表明,利用复合磨粒抛光液对硅片进行抛光提高了抛光速率,并可获得Ra为0.2 nm的光滑表面.     

脉冲磁场辅助磁性复合磨粒化学机械抛光技术及其加工试验研究

提出一种脉冲磁场辅助新型磁性复合磨粒化学机械抛光技术。该技术利用磁性聚合物微球与SiO2磨粒组成的复合磨粒抛光液,在脉冲磁场辅助作用下,实现磨粒尺寸对硬质抛光盘微观形貌依赖性小、磨粒易进入抛光区域、材料去除率较高的抛光。设计了“之”字形的对位式结构电磁铁,模拟计算表明其磁感应强度沿抛光平面分布均匀,磁性微球受到的磁力一致性好。磁性微球在抛光系统中的受力分析表明：磁性微球受磁力作用时有利于复合磨粒从近抛光区进入抛光区,以二体磨损的方式去除加工表面;磁性微球不受磁力作用时,复合磨粒随抛光液的流动而移动,避免大量聚集形成磁链。以表面粗糙度Ra=1.1μm的硬质抛光盘进行硅片抛光试验,施加不同频率和占空比的脉冲磁场前后,硅片的去除率从137nm/min提高到288nm/min,频率5Hz、占空比50%时获得最大值,硅片表面粗糙度由抛光前Ra=405nm减小到Ra=0.641nm。     

单晶硅同质互抛实验研究

以材料的去除率和表面粗糙度为评价指标设计对比实验,验证了硬脆材料互抛抛光的可行性,得到了抛光盘转速对硬脆材料互抛的影响趋势和大小。实验结果表明：当抛光压力为48 265 Pa（7 psi）、抛光盘转速为70 r/min时,自配抛光液互抛的材料去除率为672.1 nm/min,表面粗糙度为4.9 nm,与传统化学机械抛光方式的抛光效果相近,验证了硬脆材料同质互抛方式是完全可行的;互抛抛光液中可不添加磨料,这改进了传统抛光液的成分;采用抛光液互抛时,材料去除率随着抛光盘转速的增大呈现先增大后减小的趋势,硅片的表面粗糙度随着抛光盘转速的增大呈先减小后增大的趋势。     

超声波精细雾化抛光石英玻璃的抛光液研制*

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明：各因素对材料去除率的影响程度由大到小分别为SiO2、pH值、络合剂、助溶剂和表面活性剂,对表面粗糙度影响程度的顺序为SiO2、表面活性剂、pH值、助溶剂和络合剂;当磨料SiO2质量分数为19%,络合剂柠檬酸质量分数为1.4%,助溶剂碳酸胍质量分数为0.2%,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.9%,pH值为11时,雾化抛光效果最好,材料去除率为169.5 nm/min,表面粗糙度为0.73 nm;去除过程中石英玻璃在碱性环境下与抛光液发生化学反应,生成低于本体硬度的软质层,易于通过磨粒机械作用去除。使用该抛光液进行传统化学机械抛光和雾化化学机械抛光,比较两者的抛光效果。结果表明：两者抛光效果接近,但超声雾化方式抛光液用量少,仅为传统抛光方式的1/7。     

磁性复合磨粒化学机械抛光技术及其加工试验研究

提出一种新型的磁性复合磨粒化学机械抛光技术。该技术利用磁性聚合物微球与SiO2磨粒组成的复合磨粒抛光液,在辅助磁场的作用下,实现了一种磨粒尺寸与硬质抛光盘微观形貌依赖性小、材料去除率较高的抛光工艺。建立直径8 mm、高度不等的稀土钕铁硼永磁体以点阵形式组合形成的4类辅助磁场。仿真计算表明,柱状下凹磁极的磁场磁力HdH/dz分布均匀,磁性微球受到的磁力一致性好。对磁性微球在抛光系统中的受力分析表明,磁性微球受到的磁力有助于复合磨粒从近抛光区域进入抛光区域,磁性复合磨粒能以二体磨损的方式划擦去除加工表面。以表面粗糙度Ra 0.5μm的硬质抛光盘进行硅片抛光试验,施加辅助磁场前后,硅片的材料去除率从66 nm/min提高到179 nm/min,硅片表面粗糙度由抛光前Ra 405.860 nm减小到Ra 0.490 nm。     

络合剂对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响

利用自制的抛光液对蓝宝石晶片进行化学机械抛光,研究化学机械抛光过程中抛光压力、抛光液pH值、SiO2浓度、络合剂种类及其浓度等参数对抛光速率的影响,采用MicroNano D-5A扫描探针显微镜观察抛光前后蓝宝石晶片的表面形貌。结果表明:在抛光条件为压力7psi、转速为50 r/min、抛光液流量为60 mL/min,抛光液组成为pH值12、SiO2浓度5%、络合剂Ⅰ及其浓度为1.25%时,得到最大抛光速率为35.30 nm/min,蓝宝石晶片表面质量较好,表面粗糙度Ra达到0.1 nm。     

纳米CeO2抛光料对硅晶片进行化学机械抛光的研究

通过自制纳米CeO2超细粉体,并配制成抛光液对硅片进行化学机械抛光,研究了纳米CeO2抛光料对硅片的抛光效果,解释了纳米级抛光料的化学机械抛光原理.实验结果表明:由于纳米抛光料粒径小,切削深度小,故材料去除采用塑性流动方式.使用纳米CeO2抛光料最终在1μm的范围内达到了微观表面粗糙度Ra为0.124nm的超光滑表面,满足了产品的要求.     

不同氧化剂对6H-SiC化学机械抛光的影响

选用胶体SiO₂纳米颗粒为磨粒,研究不同pH值条件下高锰酸钾和双氧水两种氧化剂对6H-SiC晶片化学机械抛光的影响,并使用原子力显微镜观察抛光后表面质量。采用Zeta电位分析仪分析溶液中胶体SiO₂颗粒的Zeta电位,采用X射线光电子能谱分析SiC抛光表面元素及其化学状态。结果表明：SiC晶片的材料去除率随pH值变化而变化,采用高猛酸钾抛光液抛光时,材料去除率在pH 6时达到峰值185 nm/h,R_a为0.25 nm;采用双氧水抛光液抛光时,材料去除率在pH 8时达到峰值110 nm/h,R_a为0.32 nm。pH值低于5时,电负性的SiO₂颗粒会通过静电作用吸附在带正电的SiC表面,抑制SiC晶片表面原子的氧化及去除,降低材料去除率;pH值高于5时,SiO₂颗粒在双氧水抛光液中的静电排斥力弱于高锰酸钾抛光液中静电排斥力,从而影响了SiO₂颗粒的分散性能,降低了抛光效果。采用高锰酸钾抛光液抛光后,SiC晶片表面的Si-C氧化产物含量（Si-C-O、Si₄C_4-xO₂和Si₄C₄O₄）较高,高锰酸钾抛光液的氧化能力较强。     

超细CeO2磨料对硅片的抛光性能研究

用均相沉淀法制备了不同形状和尺寸的CeO2超细粉体，并配制成不同pH值的抛光液对硅片进行化学机械抛光。研究了不同粒径CeO2磨料的抛光效果，结果表明，微米级的CeO2磨料粒径比较大，切削深度比较深，材料的去除是以机械作用为主。随着磨料粒径的减小，切削深度随之减小，材料以塑性流动的方式去除，最终在2μm的范围内得到了微观表面粗糙度Ra=0．120nm的超光滑表面。实验证明，CeO2磨料对硅片具有良好的抛光效果。     

精细雾化抛光TC4钛合金抛光液优化研究*

配制适用于TC4钛合金雾化施液抛光的特种抛光液,通过抛光实验获得纳米级的光滑钛合金表面。研究不同磨料、氧化剂和络合剂含量对钛合金材料去除率和表面粗糙度的影响,通过正交试验优化抛光液组成及配比。优化后的抛光液由质量分数20%的SiO2磨料、0.1%的柠檬酸、1%的聚乙二醇-400、2%的H2O2组成,pH值为4。抛光试验结果表明,优化后抛光液的抛光效果较好,材料去除率及试件表面质量均有所提升,其中材料去除率为549.87nm/min,表面粗糙度为0.678 nm。XPS分析表明,抛光过程中钛合金表层在酸性环境下与H2O2和柠檬酸反应,生成了易于通过机械作用去除的氧化层。     

影响TA1钛合金电解质等离子抛光的关键因素研究

为了研究一种高效率、高质量的TA1钛合金植入物表面光整加工方法,在对TA1钛合金电解质等离子抛光过程中的电流-电压特性分析的基础上,研究工作电压、抛光液温度及抛光时间等关键因素对表面粗糙度和材料去除率的影响规律及作用机制,并对电解质等离子抛光前后试样表面的显微形貌、微观组织结构及硬度变化进行表征,验证该方法的有效性。研究结果表明,当工作电压为300和350 V时,采用电解质等离子抛光能够获得表面粗糙度值较小的表面,并且材料去除率随工作电压升高而降低;随抛光液温度升高,试样表面粗糙度增加,同时材料去除率降低;随抛光时间延长,试样表面粗糙度呈下降趋势;电解质等离子抛光后TA1钛合金结晶度提高,晶粒长大;电解质等离子抛光可去除TA1钛合金表面机械作用产生的加工硬化层,同时增强材料的塑性和韧性。     

光助芬顿反应对6H-SiC化学机械抛光的影响

为提高6H-SiC晶片化学机械抛光的材料去除率(MRR)并改善其表面质量,采用光助芬顿反应体系对6H-SiC晶片进行化学机械抛光,研究紫外光功率、抛光液pH值、H2O2质量分数和Fe2+浓度对6H-SiC晶片抛光效果的影响。使用原子力显微镜观察6H-SiC晶片表面质量,采用纳米粒度电位仪测量抛光液中SiO2磨粒的粒径分布及Zeta电位,利用可见分光光度法检测溶液中羟基自由基(·OH)的浓度并通过紫外-可见光谱分析紫外光的作用机制。结果表明:引入紫外光提高了6H-SiC的MRR,增大紫外光功率,MRR也随之增加;随pH值、H2O2质量分数和Fe2+浓度的升高,MRR先增大后减小;pH值影响磨粒间的静电排斥力及磨粒的分散稳定性,从而影响6H-SiC的MRR;与采用芬顿反应体系的抛光液相比,采用光助芬顿反应体系的抛光液中产生的·OH数量较多,说明紫外光能够增加反应体系中·OH的数量,从而促进6H-SiC晶片的表面氧化,提高6H-SiC晶片的MRR,并改善其表面质量。     

SiO_2/CeO_2复合磨粒的制备及在蓝宝石晶片抛光中的应用

采用均相沉淀法制备了SiO2/CeO2复合磨料,并利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对样品的相组成和形貌进行了表征。将所制备的SiO2/CeO2复合磨料用于蓝宝石晶片的化学机械抛光,利用原子力显微镜检测抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度。结果表明:所制备的SiO2/CeO2复合磨粒呈球形,粒径在40-50nm;在相同条件下,经过复合磨料抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度为0.32nm,材料去除速率为16.4nm/min,而SiO2抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度为0.92nm,材料去除速率为20.1nm/min。实验显示,复合磨料的材料去除速率略低于单一SiO2磨料,但它获得了较好的表面质量,基本满足蓝宝石作发光二极管(LED)衬底的工艺要求。     

聚苯乙烯-二氧化硅复合颗粒对铜层的化学机械抛光性能

随着集成电路线宽变窄,要求铜互连表面具有更低的表面粗糙度,对化学机械抛光(CMP)技术提出更高的要求。采用聚苯乙烯(PS)-二氧化硅(SiO2)复合颗粒作为铜层CMP的抛光磨粒,研究出PS-SiO2核壳结构的形成条件,分析新型抛光液体系中各颗粒含量、pH值等因素对Cu抛光效果的影响,通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等手段探讨其中的抛光机制和颗粒残留等问题。结果表明:较之PS、SiO2颗粒抛光液,复合颗粒抛光液抛光Cu后,获得更大的去除和更好的表面质量,且与抛光过程中摩擦因数的关系相符合。     

Ta-W合金的化学机械抛光实验研究

针对Ta-W合金材料圆薄片零件化学机械抛光工艺，设计了Ta-W合金材料化学机械抛光抛光液，并探讨了抛光液各组分的含量及抛光工艺参数对抛光速率和抛光件表面质量的影响。结果表明，当抛光液中磨料SiO2溶胶质量分数为40％-65％时，抛光速率也达到较高值并在一定的硅溶胶含量范围内波动不大；当抛光液中有机碱的质量分数为4％-6％时，抛光速率达到最大值；随着氧化剂含量的增加，去除速率几乎成线性增加，但随氧化剂含量的增大表面状态变差，故应控制氧化剂的含量；随着抛光液流量的增加，抛光速率也增大，但在流量增加到200mL／min后，速率的增加变得缓慢。     

颗粒等抛光液组分对硬盘盘基片抛光的影响

硬盘盘基片粗抛光必须在较高材料去除率的基础上获得高表面质量。分别用合成法和粉碎法制得的α-A l2O3颗粒做了抛光实验,并分析了抛光液中氧化剂、络合剂含量和抛光液pH值对材料去除率的影响机制。结果表明:用合成法制得的颗粒抛光后基片表面凹坑严重,降低抛光液配方中氧化剂的含量,虽可使表面粗糙度(Ra)和表面波纹度(Wa)大幅降低,但材料去除率也大幅下降,该颗粒不适合基片粗抛光;用粉碎法制得的颗粒抛光后基片表面划痕密集,加入一定量的减阻剂后基片Ra和Wa大幅降低,材料去除率有所降低但仍维持在较高的水平,因此减阻剂可平衡该颗粒的材料去除率和抛光表面质量;粉碎法制得的颗粒抛光液中,随氧化剂和络合剂的增加,材料去除率均呈先升后降趋势;pH值的升高会使材料去除率下降,但酸性太强会引起过腐蚀,适宜的pH在2.0~3.0之间。