化学机械抛光中抛光垫的研究

抛光垫是化学机械抛光(CMP)系统的重要组成部分。它具有贮存抛光液，并把它均匀运送到工件的整个加工区域等作用。抛光垫的性能主要由抛光垫的材料种类、材料性能、表面结构与状态以及修整参数等决定。本文介绍CMP过程常用的抛光垫材料种类、材料性能、表面结构，总结了抛光垫的性能对CMP过程影响规律，认为：抛光垫的剪切模量或增大抛光垫的可压缩性，CMP过程材料去除率增大；采用表面合理开槽的抛光垫，可提高材料去除率，降低晶片表面的不均匀性；抛光垫粗糙的表面有利于提高材料去除率。对抛光垫进行适当的修整可以增加抛光垫表面粗糙度、使材料去除率趋于一致。与离线修整相比较，在线修整时修整效果比较好。     

材料表面激光抛光技术研究进展∗

抛光技术是现代制造产业的关键技术之一,现代制造工艺的发展对材料抛光精度的要求已经达到了微纳级。 与传统抛光技术相比,激光抛光技术更容易满足工业要求,并且适用于金属、陶瓷、玻璃等多种材料,在抛光加工领域受到了国内外学者的广泛关注。 综述了近年来不同材料激光抛光技术的研究进展;针对激光抛光过程中产生的热应力,分析了工艺参数以及温度变化对激光抛光效果的影响,探讨了新型的激光抛光技术,梳理了将激光抛光与其他抛光技术进行有效复合的方法与观点。 按照不同的材料,归纳了激光抛光技术的作用机理,并阐述了激光抛光技术的优缺点,最后对激光抛光技术的未来发展进行展望。 对于目前激光抛光研究中尚未解决的问题以及未来不同材料的激光抛光技术的研究方向具有指导意义。     

振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体

为了改善氟化钙晶体加工后的表面质量、提高加工时的材料去除率,提出了振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的加工方法。利用振动与固结磨料抛光有效结合,采用正交实验研究加工工艺参数对材料去除率和表面质量的影响。结果表明:振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的最优工艺参数为转速40 r/min,振动频率40 kHz,抛光液pH值9,转速比0.95;在最优参数下抛光氟化钙晶体的材料去除率为324 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.92 nm;与无振动辅助的固结磨料抛光相比,材料去除率提高了57%,表面粗糙度降低了35%。研究表明:振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触,在固结磨料抛光中提高材料去除率及表面质量。      

硅片化学机械抛光技术的研究进展

随着硅片厚度的增大和芯片厚度的减小,硅片在加工中的材料去除量增大,如何提高其加工效率就成了研究的热点之一。由于化学机械抛光过程复杂,抛光后硅片的质量受到多种因素的影响,主要包括抛光设备的技术参数、耗材(抛光垫和抛光液)的性质和硅片自身在抛光时的接触应力状态等。本文介绍了硅片化学机械抛光技术的研究进展,讨论了影响硅片抛光后表面质量和表面材料去除率的因素,如抛光液、抛光垫、抛光压力等,并对目前用于硅片化学机械抛光的先进设备进行了综述。      

因瓦合金纳米抛光材料去除机理的分子动力学模拟∗

因瓦合金作为一种独特的低膨胀材料已广泛用于航空航天等高科技领域,但目前还鲜有对其超精密加工理论和技术的研究,而纳米抛光是因瓦合金超精密加工的一种重要手段。 针对纳米抛光过程中因瓦合金的材料去除机理,基于分子动力学模拟研究抛光速度对材料去除效率、亚表面损伤和抛光表面平整度的影响。 通过对磨屑、能量、抛光力、位错运动等方面的分析揭示因瓦合金的变形损伤机制。 研究结果表明:材料去除效率随着抛光速度将达到一个临界值,当抛光速度低于 100 m/ s 时,磨削热促使位错形核,亚表面损伤厚度增加;当抛光速度高于 100 m/ s 时,应变速率急剧增大导致位错运动受限,使得亚表面损伤厚度得以降低。 为实现因瓦合金高效率和低损伤加工机制提供理论依据和技术支持。     

抛光垫特性对硬质合金刀片CMP加工效果的影响

目的研究不同种类的抛光垫对硬质合金刀片表面化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing/Planarization,CMP)加工过程的影响,为实现硬质合金刀片高效精密CMP加工提供有效参考。方法利用Nanopoli-100智能抛光机,通过自制的Al2O3抛光液,分别采用9种不同种类的抛光垫对牌号为YG8的硬质合金刀片进行CMP实验,将0~40、40~80、80~120 min三个加工阶段获得的材料去除率和表面粗糙度进行对比,同时观察最佳的表面形貌,分析抛光垫特性对CMP加工效果的影响。结果在抛光转速60 r/min,抛光压力177.8 k Pa的实验条件下,9种不同类型的抛光垫中仅有5种适合用于YG8硬质合金CMP加工。而且抛光垫的表面粗糙度在YG8刀片CMP加工过程中的影响最为显著,抛光垫表面粗糙度越高,CMP加工的材料去除率越高。此外,抛光垫的使用时间对CMP过程也有影响,抛光垫使用时间越长,CMP的材料去除率越小。结论 YG8硬质合金刀片经5种不同类型抛光垫CMP加工后,其表面的烧伤、裂纹等缺陷均得到了极大改善。当使用细帆布加工40 min时,材料去除率最高,为47.105 nm/min;当使用细帆布加工80min时,表面粗糙度最低,为0.039μm。     

304不锈钢化学机械抛光工艺参数研究

为优化抛光效果、节省成本及提高效率,研究抛光压力、抛光液流量、抛光转速和抛光时间对304不锈钢材料去除率和表面粗糙度的影响。实验结果表明:在抛光压力为13.79 kPa、抛光液流量为15 mL/min、抛光时间为35 min、抛光转速为60 r/min的工艺条件下,304不锈钢去除速率达到226.56 nm/min,表面粗糙度降至6 nm,既节约了成本又保证了最好的表面粗糙度和较高的材料去除速率。      

CMP抛光半导体晶片中抛光液的研究

本文分析了化学机械抛光(CMP)半导体晶片过程中抛光液的重要作用,总结了抛光液的组成及其化学性能(氧化剂、磨料及pH值等)和物理性能(流速、粘性及温度)对抛光效果的影响规律,研究发现:酸性抛光液常用于抛光金属材料,pH最优值为4,碱性抛光液常用于抛光非金属材料,pH最优值为10～11.5;氧化剂能有效提高金属材料的抛光效率和表面平整度;磨料的种类、浓度及尺寸会影响抛光效果;分散剂有助于保持抛光液的稳定性;抛光初始阶段宜采用较低流速,然后逐渐提高;抛光液的粘性会影响晶片与抛光垫之间的接触模式、抛光液的均布、流动及加工表面的化学反应;抛光液温度的升高有助于提高抛光效率.最后本文指出了抛光液循环使用的重要意义及常用方法.     

复杂曲面柔性抛光材料去除模型研究

针对目前复杂曲面产品的需求,首先,通过采用Preston方程与Hertz接触理论建立复杂曲面柔性抛光的材料去除模型,采用ANSYS软件对模型进行仿真分析,并与经理论计算得到的表壳工件的接触区域压强与接触面积进行了对比分析。结果表明:两者之间的相对偏差约为20%;其次,引入修正后的Preston方程,建立了最终的材料去除模型且更加符合抛光的实际过程。研究表明:材料的去除量与法向抛光力、抛光轮线速度、进给速度、接触面几何性质、抛光工具与工件的材料性质均有关;最后,通过对进给速度的修正,在恒定不变的法向抛光力下,工件材料去除量不受抛光轮磨损的影响而改变。为了合理控制接触压强和抛光轮的磨损,随着抛光的进行,进给速度逐渐减慢,可加工的工件数减少。     

硬脆材料加工技术发展现状

文章对硬脆材料的各种加工方法作以综述,介绍了切割技术的种类、适用范围及最新研究成果;重点归纳磨削的各种技术,介绍了最新的磨削技术及其发展情况;对研磨抛光及特种加工技术的原理、概况发展及其适用范围也作了说明,尤其对近来出现的硬脆材料加工技术进行了详细介绍,并展望了硬脆材料的发展情况。     

可控柔性表面抛光研究综述

随着光电通讯、生物医疗、航空航天等技术的飞速发展,高性能、高精度、高集成的零件及模具不断涌现,其不仅结构复杂,加工精度和表面质量要求高,而且大部分都属于硬、脆难加工材料,传统的抛光方法难以胜任。基于可控柔性理念的抛光技术,为上述零件的高效率和高精度抛光提供了一种新思路,逐渐成为超精密抛光的重要发展方向。首先,介绍了可控柔性抛光技术的基本概念,并就柔性执行装置、柔性"研抛模"、柔性控制系统三种可控柔性抛光方法的柔性可控原理、结构特点以及国内外研究现状等分别进行了综述;其次,对以上可控柔性抛光方法的加工原理、材料去除、抛光精度等进行了深入分析与比较,进一步阐述各类方法的优缺点;最后,对可控柔性抛光方法基本理论的系统研究、抛光精度和效率的提高、抛光工艺的复合化和智能化以及智能材料应用等方面的发展趋势进行了展望。     

化学机械抛光垫的研究进展

化学机械抛光(CMP)作为一种超精密加工技术,在集成电路制造、计算机硬盘、微机电系统、光学元件加工等领域得到了广泛的应用。抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整均会对化学机械抛光产生影响。首先从抛光垫基体、抛光垫表面纹理、抛光垫结构等3个方面对抛光垫设计制备相关研究进行了综述,重点介绍了不同基体材质抛光垫的抛光性能,指出了各材质抛光垫的优缺点。其次,介绍了抛光和修整过程中的抛光垫磨损,对比了各研究者建立的抛光垫磨损模型,概述了抛光垫磨损监测技术的研究现状,并指出目前抛光垫磨损状态的监测手段较为单一,采用融合多传感器信号对抛光垫磨损状态进行监测,可以提高其监测精度。为了进一步探究抛光垫修整对抛光性能的影响,归纳了修整器的结构参数,以及修整参数对修整效果的影响,介绍了几种新型修整器结构,并综述了抛光垫自修整技术的研究进展。最后,总结了目前关于研究抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整等方面存在的问题,并对其发展前景进行了展望。     

金刚石化学机械抛光研究现状

金刚石由于其独特的性质成为未来科技的重要材料,但较差的表面质量会影响其在高科技领域的应用,因此实现金刚石超精密加工是提高金刚石应用的关键。化学机械抛光(CMP)是集成电路中获得全局平坦化的一项重要工艺,能够实现金刚石的超精密加工。介绍了现有的金刚石加工方法和金刚石化学机械抛光的研究现状,并与其他的加工方法(机械抛光、摩擦化学抛光、热化学抛光等)进行了对比,其他加工方法存在加工后表面损伤严重、加工表面粗糙度无法满足需要等问题。金刚石的化学机械抛光工艺经历了由高温抛光向常温抛光的发展过程,该加工方法设备简单、成本低、抛光后的表面粗糙度(Ra)可以达到亚纳米级别。此外,金刚石的分子动力学模拟(MD)使人们从原子尺度对金刚石抛光过程中纳米粒子的相互作用和抛光机理有了深入了解。虽然金刚石化学机械抛光还存在着许多亟待解决的问题,但是其发展前景依旧十分乐观。     

Computer-based monitoring of the polishing processes using LabView

Despite of an extensive scientific research regarding the polishing technologies of a variety of materials, the mechanisms and interactions of the single components in the process are still not fully understood. In order to facilitate the research activities in the field of polishing the usage of computer-based data acquisition and analysis is recommended. A high data rate provides the researcher an appropriate density of information which can be used to enhance the evaluation of stated hypothesis. This is normally based on various inspection methods which only take place after the processing of the sample, e.g. white light interferometry and scanning electron microscopy. A solution for further elaborating the scientific insight on the removal mechanisms and relevant interactions during the process and enhancing the process stability and reproducibility is the monitoring of the significant chemical, mechanical and thermal indicators. Therefore, a variety of sensors and measurement devices are installed and used to gather data during the process duration (e.g. pH value, conductivity, polishing work, coefficient of friction). The amount of different devices and high data rates requires a computer-based tool to realise an adequate online process monitoring. Thus, a monitoring tool based on the LabView environment was implemented which enables the researcher to use the whole opportunities of computer-based data processing. Examples of the functionality are given for the validation of the polishing behaviour of silicon nitride.     

热轧带钢表面氧化铁皮的EBSD制样及表征方法

为了得到适用于热轧带钢表面氧化铁皮EBSD样品的制备方法，以22MnB5热轧板表面生成的氧化铁皮为研究对象，对比分析了冷镶、热镶和夹具夹持3种样品固定方法，以及振动抛光和手工制样两种制样方法下的热轧带钢表面EBSD扫描效果。结果表明：热镶法是最适宜热轧带钢表面氧化铁皮打磨的固定方法，振动抛光和手工制样两种制样方法均可以表征热轧带钢表面氧化铁皮的形貌、相组成和晶粒尺寸等显微结构特征，且提出的手工制样方法能够在保证制样效果的同时缩短制样时间和降低成本。     

凝聚和离散——制备纳米材料的两大思路

纳米材料制备是当前材料领域研究的热点。本文从分析人：亡最早获得的纳米级TiO2的制备方法开始，进而综观迄今为止已经被证明属于成功的制备方法的特点，结合制备技术原理，讨论当前众多的纳米材料制备的思路，认为制备方法可以从不同大小粒子的相互运动和作用归结为凝聚和离散两类，即两大思路，两大思路不仅在过去为发明这一新型材料提供了设计思路，也将成为下一步纳米材料开发的主流设计途径。     

砷化镓衬底加工技术研究及其新发展

第二代半导体砷化镓(GaAs)材料是衬底外延生长和器件制备的基础材料,其晶片表面要求超光滑、无表面/亚表面损伤和低的残余应力等,且其表面平坦化质量决定了后续外延层的质量,并最终影响相关器件的性能。通过归纳分析砷化镓单晶材料的本征特性及其切割、磨边、研磨、抛光等技术的研究进展,对砷化镓超光滑平坦化加工技术未来的研究方向进行展望。      

钢材料表面的激光抛光技术及应用

激光抛光是一种非接触式材料表面抛光技术,可以在不损耗自身材料的情况下,对材料表面进行抛光处理,这是其他抛光工艺所不具备的特点。激光抛光技术是一种拥有高精度、高效率、无污染等优点的表面加工工艺,为更好地研究钢材料的激光抛光技术,详细总结了近年来国内外钢材料激光抛光技术的发展情况。从激光器选择、仿真模型的建立等方面介绍了钢材料激光抛光的发展趋势,并通过实验证实了在激光抛光后材料表面粗糙度要远低于初始表面。     

纳米材料在表面工程中应用的研究进展

综述了近年有关纳米材料在表面工程领域的研究和应用进展,介绍了纳米材料作为表面工程材料的相关特性和制备方法,重点地纳米材料在表面精加工,制备功能涂料、功能复合镀层、功能性薄膜材料、热喷涂材料和作为抗磨减摩润滑材料的应用研究进展。