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。

软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理

基于阿伦尼乌斯原理和分子振动理论,分析了软性抛光粒子、石英玻璃和抛光垫之间的弹性与超弹性接触,研究了用软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理。基于理论研究进行了大量的抛光试验,建立了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率模型。理论计算与试验结果表明:在石英玻璃化学机械抛光中,材料的去除主要由抛光粒子与石英玻璃的界面摩擦化学腐蚀作用来实现;单个抛光粒子压入石英玻璃的深度约为0.05nm,且材料去除为分子量级;石英玻璃表层的分子更易获得足够振动能量而发生化学反应实现材料的去除;抛光压力、抛光液中化学试剂种类和浓度以及石英玻璃试件与抛光盘的相对运动速度决定了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率大小。

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。

微电子材料化学机械平坦化加工中的材料去除率模型

采用有限元数值方法分析微电子材料化学机械平坦化(CMP)工艺过程中材料的变形和去除机理,得到作用在磨料颗粒上的力与名义压力、磨粒含量以及垫板几何和力学特性之间的关系,进而建立起一个材料去除率(MRR)模型。利用该模型预测得到的材料去除率与悬浮液中磨料颗粒含量以及压力间的关系与已有的实验结果相吻合,合理解释了实验观察到的现象。

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%。

磨料水射流加工材料去除机制及影响因素分析

对磨料水射流加工过程材料的去除机制及相关影响因素进行了分析,结果表明:工件表面材料的去除主要取决于磨料粒子的切削、铲削以及压痕成坑等侵蚀行为的综合作用,介质水起到加速粒子以及冷却工件作用,保证加工过程材料无热变形现象发生。影响工件切割效果的因素有很多,包括射流压力P、进砂比、进给速率V以及喷嘴高度h等,其中射流压力P和进砂比影响工件切割深度和切割效率,进给速率V影响切面质量及切缝角的大小,喷嘴高度h影响切缝形态及切割深度,h过大时射流束失去聚合性,出现发散现象,无法完成预设切割深度。

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.

二维超声复合电解/放电展成加工试验研究

为了提高铝基复合材料的表面成型质量和加工效率,提出了应用低电压、低电流密度的二维超声复合电解/放电展成加工(2UE/DM)技术。利用镀覆金刚石磨粒的工具侧面对复合材料进行3种不同工艺对比试验和3组参数下的性能试验,测量了铝基陶瓷增强复合材料(SiCp/Al)在质量分数0.5%的NaNO3溶液中展成加工时的电流、材料去除率(MRR)和表面粗糙度,探究了工具转速、电压和振幅对加工效率和质量的影响。结果表明,工件振动周期性改变加工间隙,单位周期内的放电频率增加了2倍;5000 r/min时放电频率减少,而表面粗糙度比1000 r/min降低了13.2%;在电压为6 V时,材料去除率达到0.89 mm^(3)/min,比3 V电压时增加45.9%,但较高电压导致裸露更多增强颗粒,比3 V时的表面粗糙度高出1.4μm;振幅增至5μm时,表面粗糙度比2μm时降低了17.5%,具有较高的加工质量。

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。

单晶SiC超精密加工研究进展

单晶碳化硅(SiC)的高脆性、高硬性和强化学惰性是制约第三代半导体超精密抛光发展的关键,实现衬底高效率、超光滑表面的加工具有挑战性。对于单晶SiC的化学机械抛光(CMP),分别从材料去除和工艺优化两个维度出发,阐述了CMP SiC的影响因素和规律,指出了该方法的不足。介绍了光催化、超声振动、电场、等离子体、磁流变、表面预处理等辅助CMP抛光方法,分析了复合增效抛光的去除机理和优势。通过对比发现,辅助能场的介入有助于改善SiC表面质量,并能获得较好的加工效果,然而,复合抛光技术涉及的能场复杂,多能场作用下的材料去除机制和工艺参数匹配仍需进行深入研究。最后,对未来单晶SiC超精密加工的研究给出了建议,并进行了展望。

基于正交法的超声电火花钻削微小孔最佳加工参数研究

采用正交法研究了用于制造微小孔的高速电火花钻孔机的最优工艺参数。使用的工件材质为钛合金,铜电极直径为2.0 mm。选择要优化的参数是:截至脉冲、最大电流和标准电压。采用正交阵列L9分析了以上参数对材料去除率(MRR)和孔径的影响。获得了孔加工工艺的最佳放电加工参数,并通过实验进行了验证。

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。

脉冲电源下GH4099的短电弧铣削加工实验研究

GH4099作为航天中常用的难加工材料,传统加工不能很好地满足其加工需求,选择短电弧铣。削加工对GH4099开展加工实验。为探索GH4099短电弧铣削加工的最优参数组合,设计正交实验,以材料去除率(MRR)、相对电极损耗率(RTWR)以及表面质量作为衡量指标,采集加工过程中的电压电流波形,拍摄加工完的工件表面超景深图、微观形貌图以及截面金相图,并用X射线能谱分析工件表面元素,得出在电压为30 V、占空比为50%、频率为2.6 kHz、电机转速为900 r/min、冲液压力为0.3 MPa时可以保证GH4099高效加工的同时,也能使加工过程具有较低的电极损耗以及获得较为理想的表面质量。

冲液方式对短电弧-电化学复合加工性能的影响研究

针对短电弧-电化学复合加工时内-外冲液方式存在的加工不稳定及加工效率低等问题,提出了一种更适用于短电弧-电化学复合加工的外气-内液冲液方式。在加工过程中通过侧面冲入高压空气,实现加工间隙内短电弧加工与电化学加工相结合的同时,改善了间隙流场分布,提高了短电弧-电化学复合加工效率及工件表面质量。基于Fluent软件进行内-外冲液及外气-内液冲液方式的流场仿真,分析了侧面高压气体的冲入对间隙流场分布状态及介质电导率的影响。通过对比实验研究了两种冲液形式下的材料去除率、单位能耗体积比以及表面热损伤层。结果表明,外气-内液冲液方式下的材料去除率(MRR)可以达到750 mm^(3)/min,相对于内-外冲液方式提高了1.9倍,单位能耗体积比仅有149.98 kJ/cm^(3),加工后工件表面无重铸层,尺寸精度也得到了较大改善,实现了材料的无重铸层加工。

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。

二维超声振动磨削机理与试验研究

基于单颗磨粒切削运动轨迹仿真模型，定义了单颗磨粒在工件表面的相对运动轨迹为“椭螺线”曲线轨迹．分析了二维超声振动磨削机理，进行了二维超声振动磨削与普通磨削对比试验．试验结果表明：同样磨削条件下，二维超声振动磨削法向力可以减少20％～30%，材料去除率增大近2倍；原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）表面微观特性分析表明：二维超声振动磨削表面明显优于普通磨削，具有优良的表面完整性．二维超声振动磨削是一种精密、高效的加工新工艺．

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。