金刚石薄膜的抛光技术

介绍了目前正在研究和应用的金刚石薄膜抛光技术，并对它们的原理、特点和适用范围进行了分析和总结。     

陶瓷球高效超光滑磁流变柔性抛光新工艺研究

目的为实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,提出一种集群磁流变抛光陶瓷球的新工艺。方法在传统V型槽抛光陶瓷球的基础上增加集群磁极和上盘旋转动力,配制适当的磁流变抛光液,通过在上下抛光盘的集群磁极,形成磁流变抛光垫包覆陶瓷球,进行研磨抛光加工。然后,基于陶瓷球工件几何运动学和动力学分析得到球体各运动参数的影响关系,利用机械系统分析软件ADAMS对成球过程进行动态仿真,可以看出该抛光方法能够主动控制球体的运动,实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络。最后,根据仿真结果,通过调整上下抛光盘的转速比、偏心距和加工间隙等参数,控制陶瓷球的自转角,实现球面的快速高效超光滑抛光。结果用自行设计的陶瓷球集群磁流变抛光实验装置,对氮化硅陶瓷球进行抛光2.5 h,表面粗糙度Ra从60 nm左右下降到10 nm左右,球形误差为0.13μm,达到了陶瓷球轴承氮化硅球的国家标准(G5水平)。结论集群磁流变抛光方式可以实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络,实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,值得进一步深入探讨研究。     

催化剂浓度对6H-SiC晶片Si面化学机械抛光性能的影响

目的提高6H-SiC晶片Si面化学机械抛光(CMP)的材料去除率(MRR),改善其抛光表面质量。方法使用含有不同Cu~(2+)浓度和甘氨酸形成的配合物作为催化剂、H2O2作为氧化剂的抛光液,对6H-SiC晶片Si面进行CMP。使用精密天平称量SiC晶片抛光前后的质量,计算其MRR。使用AFM观测Si C晶圆表面,测其表面粗糙度(Ra)。使用Zeta电位仪测量在不同Cu~(2+)浓度下纳米氧化硅磨粒的Zeta电势和粒径分布。使用摩擦磨损试验机测量不同Cu~(2+)浓度时Si C晶圆的摩擦系数。对比不同压力和转速在CMP中对Si C的MRR和Ra的影响。结果随着Cu~(2+)浓度的增大,MRR先增大后减小,在Cu~(2+)体积浓度为300μmol/L时,MRR有最大值,为82 nm/h,此时,Ra为0.156 nm;相比之下,不加入Cu~(2+)-甘氨酸配合物的MRR为62 nm/h,Ra为0.280 nm。同时,随着Cu~(2+)浓度的增大,一方面,溶液中磨粒的Zeta电势绝对值不断减小,但高于不加入Cu~(2+)-甘氨酸配合物时的Zeta电势绝对值;另一方面,其平均粒径逐渐增大,但低于不加入Cu~(2+)-甘氨酸配合物时的平均粒径(104.0nm)。另外,随着Cu~(2+)浓度的增大,Si C晶圆的摩擦系数先增大后减小,在300μmol/L时达到最大,为0.6137。最后,随着压力的增大,MRR不断增加,但压力过大,使得Ra增大。随着抛光盘转速的增大,MRR先增大后减小,Ra无明显变化,在120 r/min时,MRR有最大值,为96 nm/h,Ra为0.161nm。结论 Cu~(2+)-甘氨酸配合物作为催化剂能够加快Si C化学机械抛光中的化学氧化速率,从而提高MRR,并且能够提高抛光液分散稳定性,改善Si C晶圆表面质量。另外,增大抛光压力可以增强机械磨削作用,提高MRR,但压力过大,会损伤晶片表面。抛光盘转速的增大也可以提高MRR,但其过大则会使抛光液外溅,降低化学作用,导致MRR降低。     

紫外光催化辅助SiC抛光过程中化学反应速率的影响

目的为了探究紫外光催化辅助抛光过程中,化学反应速率对SiC化学机械抛光的影响规律。方法通过无光照、光照抛光盘和光照抛光液3种光照方式,研究紫外光催化辅助作用对单晶SiC抛光过程中材料去除率的影响。测量不同条件下光催化反应过程中的氧化还原电位(ORP)值,来表征光催化反应速率,并进行了单晶SiC的紫外光催化辅助抛光实验,考察光催化反应速率对抛光效果的影响规律。结果实验表明,引入紫外光催化辅助作用后,材料去除率提高14%～20%,随着材料去除率的增加,光催化辅助作用对材料去除率的影响程度变小。光照射抛光液方式的材料去除率明显高于光照射抛光盘。不同条件下的抛光结果显示,化学反应速率越快,溶液的ORP值越高,材料去除率越大,表面粗糙度越低。在光照抛光液、H_2O_2体积分数4.5%、TiO_2质量浓度4 g/L、光照强度1500 mW/cm~2、pH=11的条件下,用W0.2的金刚石磨料对SiC抛光120 min后,能够获得表面粗糙度Ra=0.269 nm的光滑表面。结论在单晶SiC的紫外光催化辅助抛光过程中,光催化反应速率越快,溶液ORP值越高,抛光效率越高,表面质量越好。在H_2O_2浓度、TiO_2浓度、光照强度、pH等4个因素中,对抛光效果影响最大的是H_2O_2浓度,光照强度主要影响光催化反应达到稳定的时间。     

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。     

长余辉发光粒子与光催化剂在SiC晶圆化学机械抛光中的协同作用

目的 获得一种可改善单晶SiC晶圆化学机械抛光(CMP)效率的复合增效技术，实现单晶SiC晶圆高效率和低成本的加工要求，并对其增效机理进行深入研究。方法 通过抛光实验和原子力显微镜测试，探究长余辉发光粒子(LPPs)与不同光催化剂的协同作用对SiC–CMP的材料去除速率和表面粗糙度的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)、紫外–可见漫反射光谱仪(UV–vis)、光致发光光谱仪(PL)和X射线光电子能谱仪(XPS)等仪器的测试结果，研究LPPs与光催化剂的协同增效机理。结果 与传统CMP的条件相比，在光催化条件下采用LPPs(质量分数0.5%)+TiO2(质量分数0.5%)+ H2O2(质量分数1.5%)+Al2O3(质量分数2%)的抛光液时，SiC的材料去除速率(MRR)由294 nm/h提高到605 nm/h，同时获得的晶圆表面粗糙度(Ra)为0.477 nm。然而，采用含有LPPs和ZrO2的抛光液抛光SiC时，其材料去除速率和表面粗糙度都未得到明显改善。XPS测试结果表明，LPPs与光催化剂的协同作用增强了抛光液对SiC的氧化作用。UV–vis和PL测试结果显示，LPPs与不同光催化剂协同效果的差异主要与其光学性能有关。结论 在光催化条件下，LPPs和TiO2对单晶SiC–CMP具有协同增效的作用，然而LPPs和ZrO2没有展现出协同增效的作用，即LPPs与光催化剂的协同作用可以改善SiC–CMP的性能，但是光催化剂的选择需要考虑LPPs的发光特性。     

弹性基体磨具的磨抛轨迹与表面加工质量研究

目的 解决以光学玻璃为代表的硬脆材料加工效率与表面质量难以同时得到保证的共性问题。方法 以弹性基体工具磨削抛光技术为基础,分析弹性接触区域内有效工作磨粒的运动行为。基于Preston方程材料去除模型,研究磨抛过程中磨抛接触区域的接触面积、速度分布、多颗磨粒的运动轨迹。基于运动学模型,探究磨抛过程中磨具的运动学参数、磨粒浓度及排布特征等因素对磨粒磨抛轨迹的影响,采用磨具与工件接触区域磨粒运动轨迹相对面积占比和变异系数表征磨粒运动轨迹分布的均匀性,并建立基于轨迹均匀性的加工表面质量评价方法,优化工艺参数。以石英玻璃为加工对象,以硅橡胶中混入金刚石磨粒为基体,通过正交实验研究不同参数对工件表面质量的影响。结果 仿真结果表明,选取自转速度为300 r/min、进给速度为1 mm/s、磨抛进动角为15°,磨粒浓度及排布采用1 mm磨粒理论间距,此时获得的最大磨粒运动轨迹相对面积占比为96.46%,最小变异系数为0.375。通过实验,得到了选取磨抛工艺参数中的最佳参数组合,自转速度为1 200 r/min,进给速度为1 mm/s,磨抛进动角为15°~20°,磨粒浓度及排布采用磨粒间距1 mm,该组合可将工件的表面粗糙度由1.078 μm降至0.057 μm,材料去除率为3.8×10⁸ μm³/min。结论 磨粒运动轨迹的密集程度与自转速度、磨粒浓度及排布呈正相关,与进给速度呈负相关,在考虑加工成本的前提下,采用高自转速度、高磨粒浓度、低进给速度及15°~20°的进动角可以获得密集且均匀的磨粒运动轨迹,提高了工件的表面质量和材料去除效率。     

镍钛合金心血管支架电解抛光流场仿真及试验研究

针对不同转速对电解抛光镍钛合金心血管支架流场分布的影响特点,利用ANSYS软件对电解抛光心血管支架过程中电解液的流速分布进行了仿真,分析了电解液速度场及涡流场对电解抛光心血管支架去除机理的影响规律,并通过试验验证了其仿真结果的正确性。结果表明：随着转速的增加,速度场分布均匀,涡流变化小,电解液更新及时,电解产物可及时排出,加工精度提高,抛光后的心血管支架表面完整性好;但当转速过高时,涡流分布区域明显增大,较多气体析出,导致速度场分布不均匀且不连续,加工精度低,抛光后的心血管支架表面完整性差。     

自由曲面抛光机器人设计与运动学仿真

设计了一种自由曲面抛光并联机器人,对其进行了运动学分析,建立了并联机器人机构位姿逆解方程,并给出了显式解析表达。应用Solidworks2008软件完成了三维实体建模,并利用机械系统动力学分析软件ADAMS对该并联机器人机构进行了运动学仿真和分析,验证了方案的可行性。     

氧化铈纳米颗粒的合成及其化学机械抛光性能

在醇水混合溶液中以HMT为缓释沉淀剂制备了纳米CeO2颗粒,并用TEM,SAD,XRD对其形貌和结构进行了表征,将制备的不同粒径纳米CeO2粉体配置成抛光液,对GaAs晶片进行了化学机械抛光,用AFM对其表面粗糙度进行了测量。结果表明,不同尺寸的纳米颗粒具有不同的抛光效果,随着磨料粒径的增大,表面粗糙度值随之升高。