氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响

为了探究氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响及其作用机制,采用过氧化氢作为氧化剂,研究不同氧化剂质量分数下304不锈钢材料去除率及表面粗糙度值的变化规律,并基于接触角和电化学试验分析过氧化氢在抛光过程中的作用机制。结果表明：化学机械抛光过程中过氧化氢含量的增加有利于304不锈钢表面氧化膜的生成,从而有效提高304不锈钢的材料去除率及表面质量;但是过高的过氧化氢含量会导致304不锈钢表面氧化膜致密,使得化学作用与机械作用失衡从而造成304不锈钢表面质量下降;当过氧化氢质量分数为0.04%时,抛光后304不锈钢表面粗糙度值最低,仅有2.5 nm,材料去除率达到324.21 nm/min。     

超薄不锈钢基板CMP抛光头的改进

介绍了化学机械抛光过程中传统的工件夹持方式,针对传统夹持方式在夹持超薄不锈钢基板等柔性工件时存在的缺点,设计了一种新的CMP抛光头,该抛光头采用真空吸盘吸附工件。同时设计了相应的真空气路系统,保证抛光头响应速度和对工件夹持的可靠性。通过ABAQUS软件分析了超薄不锈钢基板在抛光过程中的变形及其与抛光垫之间的接触压力,得到真空吸盘的合理结构。最后采用改进后的抛光头进行不锈钢基板抛光实验,并对比基板抛光前后表面质量验证抛光头的有效性。     

LED蓝宝石衬底抛光表面原子台阶形貌及其周期性研究

LED蓝宝石衬底的表面质量会极大影响到后续外延质量,进而影响到LED器件性能。蓝宝石研磨片经Al2O3磨粒粗抛液、SiO2磨粒精抛液下进行化学机械抛光(CMP),最终表面经原子力显微镜(AFM)所测表面粗糙度达到0.101nm,获得亚纳米级粗糙度超光滑表面,并呈现出原子台阶形貌。同时,通过使用Zygo表面形貌仪、AFM观察蓝宝石从研磨片经Al2O3粗抛液、SiO2精抛液抛光后的表面变化,阐述蓝宝石表面原子台阶形貌的形成原因,提出蓝宝石原子级超光滑表面形成的CMP去除机理。通过控制蓝宝石抛光中的工艺条件,获得a-a型、a-b型两种不同周期规律性的台阶形貌表面,并探讨不同周期规律性台阶形貌的形成机理。     

抛光垫特性对氧化镓CMP影响的实验研究

对比分析了不同抛光垫的表面形貌、表面粗糙度、硬度以及涵养量对氧化镓晶片化学机械抛光过程中表面质量和材料去除率的影响规律,结果表明:在同一抛光参数条件下,Suba600无纺布抛光垫的材料去除率最大,为30.8nm/min,但抛光后氧化镓表面有明显的凹坑;Politex阻尼布、LP57聚氨酯抛光垫抛光后晶片表面形貌都较好,获得了镜面无损伤晶片表面,但LP57聚氨酯抛光垫的材料去除率为22.6nm/min,大于Politex阻尼布抛光垫16.4nm/min的材料去除率;LP57聚氨酯抛光垫更适合对单晶氧化镓晶片进行化学机械抛光。该研究为氧化镓化学机械抛光(CMP)提供了参考依据。     

氮化硅陶瓷回转曲面零件化学机械抛光工艺实验研究

在数控坐标磨床上应用化学机械抛光(Chemo-mechanical polishing,CMP)技术,对氮化硅陶瓷回转曲面零件进行超精密加工工艺实验研究.分析了氮化硅陶瓷化学机械抛光原理,并搭建化学机械抛光实验平台.通过实验研究了水基CeO2抛光液浓度、抛光液流量、抛光轮转速等主要工艺参数对氮化硅陶瓷零件抛光的表面质量的影响规律,根据实验结果对抛光工艺参数进行了优选.结果表明:在抛光液浓度为20%,抛光液流量为0.6 L/min,抛光轮转速为6 000 r/min的条件下,能获得较好的抛光表面质量,其表面粗糙度Rα达12 nm.     

化学机械抛光工艺中的抛光垫

抛光垫是晶片化学机械抛光中决定表面质量的重要辅料。研究了抛光垫对光电子晶体材料抛光质量的影响：硬的抛光垫可提高晶片的平面度;软的抛光垫可改善晶片的表面粗糙度;表面开槽和表面粗糙的抛光垫可提高抛光效率;对抛光垫进行适当的修整可使抛光垫表面粗糙。     

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.     

不锈钢表面复合抛光工艺研究

阐述了不锈钢表面复合抛光原理,研究分析确立了先进行前期机械抛光处理不锈钢表面至Ra 0.2μm然后进行复合抛光,最后进行电化学光亮化处理的大面积抛光工艺路线,重点研究了前期机械抛光处理和复合抛光工艺参数,介绍了复合抛光技术特性指标和工业应用效果。     

氧化镓衬底基片化学机械抛光的研究

针对氧化镓衬底基片的化学机械抛光(CMP)进行了研究。介绍了氧化镓衬底基片的化学机械抛光工艺,讨论了影响抛光结果的因素:p H值、温度、压力、磨粒。通过大量的实验,最终确定了优化方案。提出先以粗抛光去除研磨后产生的划痕、凹坑等表面缺陷,再以精抛光降低表面粗糙度并获得高光洁衬底基片的方案。研究结果表明:在27℃抛光温度,9.0≤p H≤11的条件下,使用粒径为40nm,低分散度的Si O2溶胶磨粒,并加入适量添加剂,配合合理的工艺参数,可以获得具有良好表面质量的氧化镓衬底基片及较高的抛光去除率。     

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。     

KDP无磨粒抛光微机械作用力学模型建立与仿真

无磨粒化学机械抛光是一种柔和的表面处理方法,可以有效去除磷酸二氢钾(KDP)晶体表面的小尺度飞切刀纹。在抛光过程中不使用磨粒,KDP晶体与抛光垫粗糙峰直接接触,两者之间相对运动,在表面接触应力的作用下,抛光垫对KDP晶体表面产生微机械作用,在实现材料去除和改善表面质量方面具有重要的作用。为了深入了解无磨粒化学机械抛光中微机械去除作用,文章通过研究表面接触应力分布和变化规律,对抛光过程中的微机械作用进行定量分析,建立了KDP晶体与抛光垫粗糙峰接触力学的数学模型并开展系统研究。根据Hertz理论对抛光过程中KDP晶体表面接触应力进行了计算与分析,研究了抛光压力、摩擦系数、抛光垫杨氏模量和抛光垫粗糙峰半径等抛光参数对微机械作用的影响规律,获得了不同抛光条件下最大许用抛光压力。结合实验结果,对KDP晶体与抛光垫之间的微机械作用进行了实验验证,进一步揭示了KDP晶体无磨粒化学机械抛光去除机理。     

轴承圆柱滚子外圆精密抛光工艺研究

为解决研磨后圆柱滚子外圆表面质量差的问题,将化学机械抛光技术应用到圆柱滚子外圆加工中。基于自制的双平面研磨抛光机,采用偏心转摆式的加工方式对圆柱滚子进行了化学机械抛光,观测了不同抛光阶段圆柱滚子外圆表面的微观形貌,测量了不同抛光阶段圆柱滚子的表面粗糙度、圆度及表面硬度,并分析了不同抛光阶段中的抛光液对于圆柱滚子加工所起的作用。研究结果表明:在粗抛阶段时,圆柱滚子的表面质量及形状精度能得到快速改善;在精抛阶段时,圆柱滚子的表面质量及形状精度可得到进一步修正;抛光后,圆柱滚子的表面粗糙度可达到0. 011±0. 004μm,圆度可降至0. 31±0. 075 um。     

超声振动协同化学辅助固结磨粒抛光技术的开发

传统化学机械抛光是硅片获得超光滑表面的常见加工方法,这种游离磨粒的化学机械抛光的加工效率及加工表面质量低,加工时需大量使用对环境污染严重的化学抛光剂,特别是硅片直径的不断增大而导致加工困难等方面所表现的问题越来越突出。因此提出了一种超声椭圆振动协同化学作用辅助固结磨粒的复合抛光硅片新技术,并对此加工机理进行了理论分析。研制了复合抛光装置,对抛光工具设计进行了详细论述,在此基础上开展了硅片复合抛光与传统抛光的对比试验研究。试验结果表明,在相同的试验条件下,复合抛光技术不但硅片抛光表面质量得到改善,而且抛光效率也得到提高。该方法为硅片的精密加工探索了一种新方法。     

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。     

原子级光滑表面的制造技术与机理研究

报告中国国家重点基础研究发展计划(973计划)项目《高性能电子产品设计制造精微化、数字化新原理和新方法》中有关于原子级光滑表面制造的基础研究中所取得的进展和阶段性成果.包括CMP的若干关键技术的突破,化学机械抛光的机理研究,CMP中纳米粒子行为的计算机模拟和实验研究. 开展原子级光滑表面制造和化学机械抛光开展的实验研究,理论分析和计算机模拟.内容包括固体磨粒材料的选择,磨粒的表面修饰和分散,磨粒大小和含量的优化;抛光液中氧化剂,络合剂,缓释剂和其它化学助剂的作用机理;抛光压力速度等工艺参数的优化,抛光中纳米粒子的行为以及纳米团簇-硅基体碰撞过程的分子动力学模拟,纳米粒子与基体的冲击实验,抛光过程和二相流动中纳米粒子运动的荧光跟踪观察等.研究结果表明,抛光液中的固体磨粒对抛光中的材料去除和高质量表面的形成具有重要的贡献.减小颗粒的粒径一般有利于改善表面质量,但关键是保证粒子的大小均匀,因为大颗粒容易造成表面划痕或缺陷.通过对固体磨粒的含量和大小尺寸的优化,可以获得高质量的抛光表面、同时保证较高的抛光去除速率.除了固体磨粒外,抛光液中还包含氧化剂,络合剂,缓释剂,以及多种化学助剂.氧化剂与抛光工件表面发生化学反应形成软质钝化层,以便通过抛光垫和磨粒的机械作用加以去除,形成“氧化去除-氧化”的材料去除循环.但钝化层的形成阻碍了氧化反应过程的继续发展,络合剂的作用是与氧化反应产物形成流动性较好的络合物,从而增加了钝化层的化学活性,使氧化反应和材料去除得以继续发展,高品质的抛光液的研制取决与对抛光液中各种化学成分的精心调配和长期的潜心试验.我们在计算机磁头,磁盘基片,硅片和集成电路芯片等化学机械抛光研究中取得了重要的技术进展,研制出多种高品质CMP抛光液,成功地实现了原子级光滑表面的抛光,表面粗糙度和波纹度的参数Ra和Wa的测量值达到或优于国际著名商用抛光液的水平.在硅片抛光中,运用复合螫合和创新性制作工艺等关键技术,成功解决了抛光液循环使用过程中pH值不稳定、使用寿命短等难题.通过对SiO2纳米团簇与单晶硅基体碰撞作用的分子动力学模拟研究了抛光中纳米粒子的行为.模拟表明具有一定动能的纳米粒子与基体的碰撞作用可导致基体变形和非晶化相变,并当粒子速度超过临界值Vcr时通过挤推(extrusion)作用形成撞击坑.临界速度与粒子的入射角度、基体的晶格取向等因素有关.在碰撞过程中纳米粒子的动能大部分转化为基体的变形能和热能,提高粒子动能向基体变形的转化比例,有利于提高材料去除效率.纳米粒子与硅基体的冲击实验中也观察到相似的撞击坑,在基体表层和撞击区域内部均观察到了非晶化相变,在一定程度上验证了模拟结果.此外还利用荧光示踪技术观察了CMP加工抛光液以及二相流动中纳米粒子的运动规律. 有关研究纳米粒子行为的研究是初步的,在分子尺度上模拟了一个粒子的碰撞行为.实际的化学机械抛光过程往往涉及大量固体粒子的碰撞、犁削、磨损与刻划等作用是复合作用,纳米粒子的运动被局限在抛光垫与基体之间的狭窄空间内,粒子行为涉及量子尺度的化学-机械作用耦合和协同,原子尺度的切削与碰撞,介观与宏观尺度的磨损和平整化等跨尺度材料去除过程,这些还需要进行更深入的研究.     

抛光液pH值等对硬盘玻璃盘基片化学机械抛光的影响

随着硬盘存储密度的增大、转速的提高、磁头飞行高度的降低,对硬盘基板材料及基板表面质量提出了更高的要求。采用纳米SiO2作为抛光磨料,在不同抛光液条件下(pH值、表面活性剂、润滑剂等),对玻璃基片化学机械抛光去除速率和表面质量的变化规律进行了研究,并利用原子力显微镜(AFM)和光学显微镜观察了抛光表面的微观形貌。结果表明,玻璃基片去除速率在酸性、碱性条件下变化趋势相近,即随着pH值的升高,材料去除速率先增大后减小。加入一定量的表面活性剂和润滑剂使得去除速率有一定程度的下降,但是表面粗糙度明显降低,并且表面没有出现颗粒吸附现象。     

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.     

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。     

雾化施液CMP工艺及材料去除机制研究

介绍通过雾化供液方式进行化学机械抛光(CMP)的工作原理以及试验装置设计,通过雾化供液抛光工艺试验考察该方法的抛光效果,分析其材料去除机制。结果表明,雾化施液CMP方法的抛光浆料利用率高,在达到去除率为257.5 nm/min,表面粗糙度小于3.8 nm的抛光效果时,雾化抛光液消耗量仅为350 mL。雾化抛光材料去除机制是表面材料分子级氧化磨损去除,即通过抛光液中氧化剂的化学作用使表面原子氧化并弱化其结合键能,通过磨粒的机械作用将能量传递给表面分子,使表面分子的能量大于其结合键能而被去除。     

超声椭圆振动-化学机械复合抛光工具及实验研究

针对硅片的传统化学机械抛光,特别是随着硅片直径不断增大,硅片抛光表面质量和抛光效率成为一个亟待解决的问题。介绍一种超声椭圆振动-化学机械复合抛光新技术,并对抛光机理,抛光工具设计,性能及检测进行了详细论述和说明。在上述研究工作基础上,建立了超声椭圆振动辅助抛光实验系统,并进行了实验研究。实验结果显示,在抛光加工中引入超声椭圆运动后,工件抛光表面粗糙度值由传统抛光法的Ra0.077μm降低到Ra0.032μm,材料去除率最多可提高24%,且工件表面形貌有明显改善。