固结磨料抛光垫抛光硅片的探索研究

采用失重法与铅笔硬度计分析了抛光垫的组分对其溶胀率及干湿态硬度的影响,比较了固结磨料方法与游离磨料方法抛光后硅片的表面粗糙度。结果表明:抛光垫基体的溶胀率随基体中聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)或乙氧基化三羟基丙烷三丙酸酯(EO15-TMAPTA)含量的增加而提高;基体的干态硬度随PEGDA含量的增加先有所增大,而后减小,随EO15-TMAPTA含量的增加而增大;湿态下铅笔硬度随PEGDA或EO15-TMAPTA含量的增加而减小;光引发剂量的增加,有利于增大基体的干湿态硬度;固结磨料抛光硅片的去除速率是游离磨料加工的2～3倍,而前者抛光硅片后的表面粗糙度Ra为12.2nm,大于后者的4.32nm。

铜粉含量对亲水性固结磨料抛光垫加工性能的影响研究

通过向亲水性固结磨料抛光垫中添加铜粉,改善抛光垫的抛光性能,研究铜粉添加量对抛光垫的理化特性及加工K9光学玻璃的材料去除率和工件表面质量的影响。结果表明:随着铜粉添加比例的增加,抛光垫的硬度增加,其材料去除速率呈现先增大后减小的趋势,当铜粉质量分数为5%时,抛光垫的材料去除速率达到最大值58.18 nm/min。同时加工后K9玻璃表面粗糙度也对应地呈现出先增大后减小的趋势,粗糙度Sa最大值为9.28 nm,最小值为2.53 nm。

固结磨料抛光垫的凸起图案对其加工性能的影响

抛光垫是化学机械抛光中的重要组成部分,其磨损均匀性能是影响加工后工件平面度的重要因素。本文比较了具有优化凸起图案的固结磨料抛光垫、凸起均布的固结磨料抛光垫和聚氨酯抛光垫的研磨抛光性能,结果表明:利用优化凸起图案的固结磨料抛光垫加工,可以得到更加优异且稳定的表面质量,材料去除效率远高于聚氨脂抛光垫游离磨料的加工方式。

固结磨料抛光垫基体性能与加工性能的实验研究

采取不同基体性能的固结磨料抛光垫(FAP),在相同的化学机械抛光(CMP)参数下,研究了溶胀率和铅笔硬度等基体性能对K9光学玻璃加工时的材料去除率(MRR)和三维轮廓表面粗糙度(Sa)等加工性能的影响规律。结果表明,溶胀率和铅笔硬度两个基体性能指标共同影响着工件的MRR和表面粗糙度。随着基体溶胀率的增大,工件的MRR降低,而工件的表面粗糙度变大;随着湿态铅笔硬度的增加,工件的MRR也相应增大,而工件的表面粗糙度依据溶胀率的某一值呈现先增大后减小的趋势;同时亲水性FAP能对工件进行长时间持续稳定加工,可说明具有自修整功能。

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体,探究抛光垫基体硬度、磨料浓度和抛光液添加剂对被抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒浓度为100%、抛光液添加剂为草酸时,固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min,表面粗糙度Sa为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。

固结磨料抛光中不同抛光液组分对铜的加工性能的影响

通过单因素法研究了抛光液中的各组分(双氧水、络合剂乙二胺、缓蚀剂BTA)的浓度对固结磨料抛光铜材的表面粗糙度及材料去除速率的影响。结果表明:在试验浓度范围内,随着双氧水体积分数的增大,材料去除速率升高,表面粗糙度值减小;乙二胺可显著提高材料的去除速率,但随着乙二胺体积分数的增加,表面粗糙度值减小;随着BTA质量分数的增大,表面粗糙度值增大,材料去除速率降低。双氧水体积分数为5%,乙二胺体积分数为0.8%,BTA质量分数为0.1%时,抛光效果最佳,抛光后工件表面粗糙度为4.41nm,材料去除速率达到2 932 nm/min。

开槽冰冻固结磨料抛光微晶玻璃的工艺研究

采用成形模具热压法给微米级α-Al2O3冰冻固结磨料抛光垫开槽。设计四因素三水平正交试验,对开槽冰冻固结磨料抛光垫抛光微晶玻璃的工艺进行了研究,与同样试验条件下未开槽冰冻固结磨料抛光垫的抛光效果进行了对比分析。结果表明:开槽情况下的去除率比未开槽情况下的去除率提高40%左右,微晶玻璃表面形貌略有改善但出现划痕现象,主轴转速对材料去除率影响更为显著。

金刚石固结磨料研磨K9玻璃的研究

为提高光学材料的研磨效率与质量,提出一种亲水性固结磨料研磨方法。采用图形转移与UV固化工艺,将粒径为5～10μm的金刚石磨料固结于亲水性光固化树脂中,制备固结磨料研磨抛光垫(FAP)。选取工件的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Sa)来评价研磨的加工性能。对比研究了在相同粒径磨粒下的游离磨料研磨、固结磨料丸片研磨、及亲水性FAP研磨三种不同方法对K9光学玻璃的加工性能。实验结果表明:采用FAP研磨K9玻璃,MRR为350nm/min,表面粗糙度Sa为3.24nm,达到了精研的加工效率和抛光的表面质量。提出了固结磨料抛光丸片和亲水性FAP的加工模型,以及亲水性FAP的自修整机理。

固结磨料研磨中去除机理探索

结合目前实验室的实际加工条件建立了用FAP(fixed abrasive pad,固结磨料抛光垫)研磨抛光时磨粒嵌入工件表面的切深数学模型,提出了当不考虑抛光垫的弹性变形且FAP中添加的磨粒粒径范围在10～14μm之间时,磨粒压入工件的最大深度值在0.4μm左右。当考虑抛光垫的弹性变形时,磨粒嵌入工件的深度普遍减小,从而使得加工后工件的表面质量得到明显提高,主要表现在加工后工件表面划痕数量和划痕深度大大减小,表面粗糙度值降低。为了验证模型的正确性,在研磨抛光实验过程中收集了大量磨屑并对其拍摄大量SEM照片,通过图像处理和分析证明了在加工产生的磨屑中,91%以上(均值96.5%)的磨屑厚度小于0.3μm,非常好地吻合了本文中所建立的切深数学模型。

固结磨料抛光K9光学玻璃的工艺实验研究

采用一种亲水性固结磨料抛光垫(FAP),通过单因素实验法,系统地研究了抛光K9光学玻璃过程中抛光时间、偏心距、压力、转速、抛光液流量及pH值等工艺参数对材料去除速率(MRR)和表面粗糙度的影响规律,并对实验结果进行了解释。结果表明:随着抛光时间的延长,K9光学玻璃的MRR逐渐呈下降趋势;在抛光20min时,MRR达最大值310nm/min,且表面粗糙度降至最低值为2.73nm;选择较大的偏心距和碱性抛光液环境均有利于提高MRR;随着抛光盘转速的升高,MRR将显著增大。而在一定范围内,抛光压力和抛光液流量对MRR的影响不大。