AT切型石英晶圆抛光工艺对材料去除速率及厚度非均匀性的影响

通过双面抛光工艺研究了抛光盘转速、抛光盘压力及抛光垫材质与厚度等对AT切型石英晶圆材料去除速率(MRR)与厚度非均匀性(TNU)的影响。实验结果表明,抛光盘压力越大、转速越高,材料去除速率越高;晶圆厚度非均匀性随抛光盘压力增加先减小后增加,随抛光盘转速增加而增加;杨氏模量越大、厚度越薄的抛光垫在晶圆表面产生的压力分布越均匀,有助于提高抛光均匀性。最后基于上述实验结果对抛光工艺参数进行了优化,优化后晶圆的材料去除速率为0.9μm/h、单片晶圆厚度非均匀性小于1.5‰、表面粗糙度为0.6 nm。该研究结果适用于石英晶圆的批量抛光工艺,对石英晶圆加工企业的抛光工艺优化有较高的参考价值。

CP4研抛晶片时非均匀性和材料去除速率研究

建立了CP4研抛晶片时,晶片上任一点相对于研抛盘的运动方程。通过对其运动轨迹的分析,建立了工件材料研抛非均匀系数的函数模型和相对研抛材料去除速率的函数模型。运用Matlab软件,模拟分析了各个参数变化对研抛非均匀系数和相对研抛效率的影响。结果表明:对材料去除效率影响最大的参数是偏心距e的大小,其次是从动系数λ1;对晶片非均匀性影响最大参数是从动系数λ1,其次是偏心距e;当λ1=1,λ2>0.3,e取工艺允许的最大值时,工件研抛的均匀性最好。

偏心距在偏心抛光中对去除速率均匀性的影响

从相对运动的角度出发,首先分析了在固结磨料抛光中工具与工件的相对运动轨迹。而后从纯机械去除的角度出发,利用有限元的思想,建立了工件去除速率的数学模型,并分析了偏心距对工件去除速率均匀性的影响规律。结果表明:在偏心距一定时,如果工件外圈有一部分和抛光垫内圈或者外圈相交,那么工件的去除速率沿半径方向的变化为:先增大后急剧减小;如果全部工件完全与抛光垫接触,那么工件的去除速率沿半径方向的变化趋势为不断增大,而且先增大较快,后趋于平缓。在偏心距变化时,当工件完全位于抛光垫上时,随着偏心距的增大,工件上各个半径处的去除速率有明显增大的趋势。

固结磨料研磨蓝宝石单晶的材料去除特性分析

研磨加工的材料去除速率受到磨料、研磨液、工件材料等诸多因素的影响。本文采用分量处理法把影响材料去除速率的因素逐项分解,开展固结磨料研磨蓝宝石的实验研究,分析机械、化学及其耦合作用对材料去除速率的影响。结果表明:研磨液作用下的机械化学耦合能够有效提高材料去除速率,耦合作用对材料去除速率的贡献率可达34.18%。固结垫基体在接触摩擦力的作用下,可以实现材料的去除,但其对材料去除速率的贡献率约为5%。

材料特性对亲水性固结磨料研磨垫加工性能的影响

为研究材料特性对亲水性固结磨料研磨垫的加工性能影响,本文研究了K9玻璃和硅片两种材料在不同加工顺序下研磨过程中的声发射信号和摩擦系数特征,采用扫描电镜分析磨屑的尺寸与形态.结果表明:不同加工顺序下工件的材料去除速率差别很大.与直接研磨硅片相比,先研磨K9玻璃再研磨硅片,硅片的材料去除速率大幅下降;相反,先研磨硅片再研磨K9玻璃,与直接研磨K9玻璃相比,K9玻璃的材料去除速率变化不大.无论采用哪种加工顺序,后研磨的工件表面粗糙度均比直接研磨的同种工件要大.扫描电镜的分析表明,硅片的磨屑尺寸集中在600 nm^1.5μm,磨屑大部分都棱角完整;而K9玻璃的磨屑尺寸集中在300 nm^500 nm左右,无明显棱角.硅片磨屑较大的尺寸与完整的棱角促进了研磨垫的自修正过程,所以硅片这类脆性较大的材料有利于研磨垫的自修正过程.

GH625镍基高温合金化学抛光工艺

[目的]化学抛光是高温合金化学铣切的关键步骤之一,能够去除高温合金表面的微观不平整缺陷,令其满足航空航天、石油化工等领域对零件表面高品质的要求。[方法]通过正交试验和单因素实验研究了抛光液配方和工艺参数对GH625高温合金化学抛光速率和表面粗糙度的影响。[结果]GH625高温合金化学抛光的较佳配方和工艺条件为:盐酸100 g/L,硝酸170 g/L,氢氟酸90 g/L,Fe^(3+)170 g/L,温度50℃,时间5 min,试片水平放置。在该条件下化学抛光后,GH625高温合金表面变得平整均匀而富有金属光泽,表面粗糙度Ra从初始的10.3μm降至1.1μm。[结论]本文的研究结果可为GH625高温合金的化学抛光提供参考。

硅通孔化学机械平坦化中铜去除的电化学与选择性研究

利用极化曲线测量法研究了甘氨酸和过氧化氢浓度及pH对硅通孔(TSV)化学机械平坦化(CMP)中铜腐蚀的影响。结果表明:甘氨酸对铜的腐蚀随其浓度增大而增强;随着过氧化氢浓度增大,铜腐蚀电位逐渐增大;在p H为10时铜的腐蚀效果最佳。CMP实验表明,在不同浓度的甘氨酸和过氧化氢之下,抛光速率可调,达1.9~5.8μm/min,铜表面粗糙度为5~29 nm,铜钽去除速率比为20~50。

磨料形貌及分散介质对4H碳化硅晶片研磨质量的影响研究

研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一,对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响,基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况,推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明,磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率,材料去除速率越高,晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性,4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面:水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高,磨料分散均匀,水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度;乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小,磨料易发生团聚,增大研磨过程的磨料切入深度,晶片的材料去除速率提高,晶片最大划痕深度随之增大。

抛光介质对固结磨料化学机械抛光水晶的影响

在固结磨料化学机械抛光中,工件表面与抛光介质易发生水解反应,产生软化层,而软化层厚度直接影响材料去除速率及表面质量。本文采用显微硬度计测量了不同介质条件下水晶表面的变质层厚度,并基于CP-4研磨抛光平台研究了不同抛光介质及温度对材料去除速率的影响,进而在线测量了抛光过程中声发射信号及抛光垫与工件之间摩擦系数的变化。结果表明:六偏磷酸钠的加入可促进水晶玻璃表层网络结构断裂,软化表层,软化层厚度随着浸泡时间、温度升高而增加,进而提高了水晶玻璃的去除率;而且随着温度升高,水解作用更加明显。实验显示,声发射信号及摩擦系数实时测量对抛光工艺参数的优化具有指导意义。

乙二醇对固结磨料研磨蓝宝石晶圆的影响

研磨液中的化学添加剂对于蓝宝石晶圆的高效超光滑表面加工至关重要.文中开展了固结磨料研磨蓝宝石晶圆的实验研究,探索了不同乙二醇含量的研磨液对材料去除速率和表面形貌的影响规律,采用微/纳米压痕技术和光电子能谱剖析了工件表层的物理化学性能.结果表明:当研磨液中含有5%的乙二醇时,工件表面变质层深度约为3.90 nm,远优于去离子水研磨液的工件变质层深度(1.04 nm);乙二醇含量的提高促进了表面变质层的生成,有利于蓝宝石工件研磨效率的提高和表面质量的改善.

固结磨料研磨垫孔隙结构对其加工性能的影响

为了解决铜在研磨过程中铜屑黏附减小了容屑空间,易导致研磨垫钝化问题,本文尝试在亲水性固结磨料研磨垫(FAP)内部添加硫酸镁晶体,利用硫酸镁晶体遇水溶解的特性,在研磨垫表面制造不同特征的孔隙。实验在FAP中添加粒径为8目、170目、500目的硫酸镁晶体制造了3种不同孔隙分布的研磨垫,研究了不同加工参数下FAP研磨铜片时的材料去除速率、摩擦系数、表面形貌及磨屑特征。结果表明,仅含170目硫酸镁的FAP与含8目和500目硫酸镁、质量分数分别为5%和10%的FAP在研磨过程中出现了不同程度的钝化,而FAP表现出良好的自修整性能,研磨过程摩擦系数较大且保持平稳;在研磨液流量为60ml/min时,其材料去除速率为4.46μm/min,表面粗糙度Ra为159nm。

流体动压超光滑加工关键工艺参数优化

流体动压超光滑加工材料去除主要受工件表面流体动压和剪切分布的影响,根据材料去除的理论模型分析了影响材料去除的关键工艺参数。基于流体动力学仿真和具体实验对抛光轮浸没深度、抛光轮转速和抛光轮间隙对流体动压超光滑加工的材料去除速率的影响规律进行了研究。分析结果表明:抛光轮的浸没深度对材料去除速率影响不大;材料去除速率随着抛光轮转速的减小、抛光间隙的增大而减小;考虑实际使用条件,最优抛光轮转速为300 r/min、抛光间隙为25μm、抛光轮浸没深度为(2/3)R。同时对抛光头温度稳定性进行了具体实验测试,其在装置启动后4 h基本达到热平衡,通过试运行预热的方式可有效避免温升变化对抛光间隙的影响。

亲水性固结磨料研磨垫自修整机理探索

自修整特性是亲水性固结磨料研磨垫(FAP)的重要性能之一.为了探究其自修整的实现机理,使用PHL-350型平面高速研磨抛光机对K9玻璃圆片进行马拉松式实验.研究了研磨压力和孔隙对研磨垫自修整性能的影响.实验表明:研磨压力从0.15 MPa提高到0.20 MPa,研磨垫的自修整效果显著提高,经过一段时间后,1#研磨垫和2#研磨垫的材料去除速率分别保持在10μm/min和8μm/min以上.同时,成孔剂的加入使基体砂浆磨损率提高了近7倍,提高了固结磨料研磨垫的材料去除速率的稳定性.因此,提高压力和适当弱化基体有助于实现固结磨料研磨垫的自修整过程.

金刚石丸片与固结磨料抛光垫研磨硅片的比较研究

采用金刚石丸片和固结磨料抛光垫两种方式研磨加工硅片,以硅片的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Sa)为指标对金刚石丸片和固结磨料抛光垫的研磨性能进行了评价。结果表明:固结磨料抛光垫研磨硅片的材料去除率高于金刚石丸片;研磨后硅片的表面粗糙度也优于金刚石丸片,且表面粗糙度(Sa)在中部和边缘相差不大。最后分析了研磨硅片的产物-磨屑的形状特征,得出固结磨料抛光垫研磨硅片时的塑性去除量远高于金刚石丸片。

A向蓝宝石化学机械抛光研究

以纳米氧化铝为磨料对A向蓝宝石进行化学机械抛光,实验中考察了磨料浓度、磨料粒径、抛光时间、抛光压力以及NH4F浓度等因素对A向蓝宝石的材料去除速率和表面粗糙度的影响。利用原子力显微镜(AFM)检测抛光后A向蓝宝石的表面粗糙度,系统分析抛光过程中各影响因素,优化实验条件,结果表明:当抛光液中磨料质量分数为1%、磨料粒度尺寸为50nm、抛光时间为40min、抛光压力为16.39kPa、NH4F质量分数为0.6%、pH=4.0时,抛光后材料去除速率(MRR)为18.2nm/min,表面粗糙度值Ra22.3nm,抛光效果最好。

不同磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响

为了提高微晶玻璃化学机械抛光(CMP)的材料去除速率(MRR),降低其表面粗糙度,利用自制的抛光液对微晶玻璃进行化学机械抛光,研究了4种含不同磨料(Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ce O2)的抛光液对微晶玻璃化学机械抛光MRR和表面粗糙度的影响.利用纳米粒度仪检测抛光液中磨料的粒径分布和Zeta电位,利用原子力显微镜观察微晶玻璃抛光前后的表面形貌.实验结果表明,在相同条件下,采用Ce O2作为磨料进行化学机械抛光时可以获得最好的表面质量,抛光后材料的表面粗糙度Ra=0.4 nm,MRR=100.4 nm/min.进一步研究了抛光液中不同质量分数的Ce O2磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响,结果表明,当抛光液中Ce O2质量分数为7%时,最高MRR达到185 nm/min,表面粗糙度Ra=1.9 nm;而当抛光液中Ce O2质量分数为5%时,MRR=100.4 nm/min,表面粗糙度最低Ra=0.4 nm.Ce O2磨料抛光后的微晶玻璃能获得较低表面粗糙度和较高MRR.

二氧化铈抛光液化学机械抛光微晶玻璃的机理及优化

以纳米CeO_2为磨料自制抛光液,研究磨料质量分数、pH值、抛光液流量、抛光盘转速、表面活性剂种类和氟化铵质量分数等因素对微晶玻璃化学机械抛光的影响,分析总结CeO_2在微晶玻璃化学机械抛光中的作用机理,利用原子力显微镜(AFM)检测微晶玻璃抛光后的表面粗糙度。结果表明:当CeO_2质量分数为3%、抛光液流量为25mL/min、抛光盘转速为100r/min、pH=8.0、十二烷基硫酸钠质量分数为0.01%,氟化铵质量分数为0.7%时,抛光后微晶玻璃表面粗糙度(Ra)最低为0.72nm,材料去除速率达到180.91nm/min。

磨料特性对InP晶片集群磁流变抛光效果的影响

对InP晶片进行了集群磁流变抛光实验,研究了抛光过程中磨料参数(类型、质量分数和粒径)对InP材料去除速率和表面粗糙度的影响。实验结果表明,InP晶片的去除速率随磨料硬度的增加而变大,表面粗糙度受磨料硬度和密度的综合影响;在选取的金刚石、SiC、Al2O3和SiO2等4种磨料中,使用金刚石磨料的InP去除速率最高,使用SiC磨料的InP抛光后的表面质量最好。随着SiC质量分数的增加,InP去除速率逐渐增加,但表面粗糙度先减小后增大。当使用质量分数4%、粒径3μm的SiC磨料对InP晶片进行抛光时,InP去除速率达到2.38μm/h,表面粗糙度从原始的33 nm降低到0.84 nm。

镍包覆率对固结金刚石磨料研磨垫加工性能的影响

通过化学镀镍的方法,在金刚石磨粒表面包覆一层Ni-P合金层;采用不同包覆率的金刚石磨料制备固结磨料研磨垫;通过SEM观察分析金刚石的微观形貌;研究了磨料包覆率对研磨垫加工K9玻璃过程中的摩擦系数和声发射信号的影响;采用马拉松式试验方法,比较了不同包覆率磨料的研磨垫加工K9的材料去除速率及研磨后工件的表面粗糙度。结果表明:化学镀镍可以显著改变磨料的表面形貌;研磨过程中的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度均随着包覆率的提高呈现出先增大后减小的趋势;包覆率50%时的金刚石磨料对工件的摩擦力和切入深度最大,研磨垫的磨粒保持与自修整性平衡,加工效率及其稳定性最高。

氧化镍镀覆金刚石对固结磨料研磨垫加工性能影响

黏结剂把持磨粒的能力对固结磨料研磨垫的加工性能有重要影响。选择K9玻璃作为加工对象、不饱和树脂作为黏结剂,通过沉积法在金刚石表面镀覆一层氧化镍改善金刚石与树脂的结合性能,研究了镀覆后金刚石的形貌和热处理工艺,及其对固结磨料研磨垫加工性能的影响。研究表明:镀覆量达到30%,氧化镍镀覆金刚石的热处理工艺为3 h/450℃+5 h/500℃时,能够提高固结磨料研磨垫25%的材料去除速率。