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。     

旋转磁场磁粒光整加工研究

为解决特大型,异型零件光整加工的难题,提出了脉冲电路控制产生旋转磁场实现磁粒光整加工的新思路。研究旋转磁场磁粒光整加工原理,并对旋转磁场发生装置进行设计分析及实验研究。结果表明,磁粒填充量直接影响材料去除量和表面粗糙度,且存在最佳值,磁粒中添加合理比例和粒度的铁粉,可以有效是提高光整加工效率,改善表面粗糙度。     

细粒度金刚石砂轮形貌测量与评价

采用基于扫描白光干涉原理的三维表面轮廓仪对粒度为3 000的金刚石砂轮表面形貌进行测量,其图像拼接功能可以确保较高的横向分辨率、较高的垂直分辨率和较大的取样面积。利用频谱分析方法对砂轮表面的频率构成进行分析,通过理想的低通数字滤波消除测量仪器引起的系统噪声和砂轮表面的高频分量,然后重建砂轮表面的三维形貌,在此基础上得出砂轮的磨粒出刃高度、静态有效磨粒密度、磨粒平均间距。研究表明,采用细粒度金刚石砂轮进行超精密磨削时,磨粒出刃高度大体上服从正态分布,静态有效磨粒密度远低于理论磨粒密度,真正起切削作用的磨粒数量极少。     

单晶金刚石机械研磨结合化学辅助机械抛光组合加工工艺

单晶金刚石因具有最高的硬度和最低的摩擦系数常被用来制备超精密刀具,而表面粗糙度是影响刀具寿命的重要指标.提出采用机械研磨结合化学辅助机械抛光的组合工艺抛光单晶金刚石.实验优化并确定的加工工艺如下:先用5μm和2μm金刚石粉研磨单晶金刚石表面,然后采用化学机械的方法去除机械研磨带来的损伤.用该工艺抛光单晶金刚石,表面粗糙度Ra可达0.8 nm(测量区域70μm×53μm).表面拉曼光谱分析表明化学机械抛光的表面只有1 332 cm-1拉曼峰.     

电化学机械平坦化抛光垫混合软弹流润滑行为数值研究

电化学机械平坦化(Electrochemical mechanical planarization,ECMP)技术被认为是最具发展潜力的低强度Cu/low-k表面低压力平坦化技术之一,抛光液流动和接触压力的分布是影响ECMP效率和精度的决定性因素。采用混合软弹流润滑模型研究带导电孔ECMP抛光垫表面的流动与接触行为。分析结果表明,对于所研究的抛光垫和晶圆位置关系,尽管宏观平均接触压力为6.895 kPa,但是真正影响Cu/low-k结构完整性的局部接触压力达到了近70 kPa。此外,导电孔的存在并不影响抛光液压力和接触压力的分布趋势,对晶圆的姿态影响也较小。因此,为了提高加ECMP加工效率和面型精度,一方面需要研究导电孔分布方式控制电化学反应速率,另一方面需要改进其他诸如抛光垫和抛光头的设计,提高接触压力的均匀性。所提出的关于ECMP抛光垫混合软弹流润滑行为研究方法和结论对ECMP技术的进一步发展具有指导意义。     

抛光头摆动参数对化学机械抛光材料去除率及材料去除非均匀性的影响

摘要：除抛光头及抛光盘转速外,抛光头摆动参数（如：摆动倾角、摆动速度及摆动幅度等）也是影响材料去除率及去除非均匀性的重要运动参数。基于Preston方程建立了直线轨道式抛光机的材料去除率模型,并运用MATLAB 软件对材料去除率及材料去除非均匀性进行了数值计算,分析了摆动参数对材料去除率及材料去除非均匀性的影响。分析结果表明：小的摆动倾角和大的摆动幅度有利于提高材料去除率和降低材料去除非均匀性;而摆动速度对材料去除率及材料去除非均匀性影响不大。研究结果可以为直线轨道式抛光机的设计及工艺参数选择提供一定的理论指导。     

化学机械抛光过程中扭矩的模型分析与试验研究

提出了一个计算化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）过程中硅片所受扭矩的模型,并通过CMP过程中摩擦力和扭矩的在线检测试验进行了验证。试验结果表明该扭矩计算模型可以较好地描述CMP过程中硅片所受扭矩的特征。该研究可以为基于抛光头旋转轴扭矩变化的CMP终点检测方法提供理论依据。     

单晶金刚石机械研磨与化学机械抛光工艺

单晶金刚石在工业、国防等领域的应用日益广泛,对其加工表面质量的要求不断提高,使用常温低压的化学机械抛光可实现金刚石的超光滑低损伤表面加工.通过理论分析及实验研究得出,使用硅酸盐玻璃材质研磨盘进行研磨加工,可以将金刚石表面粗糙度Ra降至15~25 nm,且无明显机械划痕;在2 MPa压力及室温环境下进行单晶金刚石化学机械抛光实验,优选出Fenton试剂酸性水基抛光液,使用该抛光液抛光单晶金刚石可获得粗糙度Ra值4 nm以下的光滑表面.     

激光近净成形不同颜色Al_2O_3陶瓷件微观组织及裂纹分析EI北大核心CSCD

使用激光近净成形方法,在Ti-6Al-4V基板上进行高纯Al2O3成形实验,分别制备出黑色和白色Al2O3薄壁样品。利用扫描电子显微镜观察样品截面微观组织并检测截面化学元素。利用X射线衍射仪分析原始Al2O3粉末、黑色样品和白色样品的物相组成、成色原因以及成形件样品表面裂纹数量与颜色之间的关系。结果表明:黑色薄壁样品表面裂纹数量多、分布均匀;白色薄壁样品仅中上部含有极少量裂纹。成形工艺可显著影响陶瓷粉末中杂质氧化物的挥发程度,进而影响成形件样品元素组成及物相。次晶相的出现是成形件样品颜色发黑的根本原因,并加剧了黑色样品表面裂纹的产生与扩展。     

模具钢类多元合金原子间势能模型的构建

分子动力学是研究超精密加工机理的一种理想方法,但其研究的对象较为单一,其中多数为无缺陷的单晶材料（主要是铜、铝、硅等）．由于受势函数的限制,目前还没有对模具钢类多元合金体系的分子动力学仿真研究．针对势函数问题,提出了一种多势能函数耦合叠加的方法,分别应用Morse势能函数、Tersoff势能函数和F—S多体势势能函数描述金属与非金属原子之间、非金属原子之间和金属原子之间的作用关系．通过势能函数的耦合叠加构建了模具铜类多元舍金原子间的势能模型．应用了一种简单的模具钢类多元合金体系的构型方法,在纯铁结构基础上,通过置换原子和添加间隙原子,构建了一种含铬镍的假想合金的结构模型．通过构建的模具铜类多元合金原子间势能函数模型进行计算,得到假想合金的体弹性模量约为101．22GPa,与实际铬镍舍金体弹性模量值比较接近．