雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺研究

探究了雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺抛光单晶硅片的可行性,分析其材料去除机理.试验采用传统的化学机械抛光CMP和雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP,使用三种含有不同成分的抛光液对硅片进行抛光,对抛光前后的硅片进行称重比较两种工艺方法的材料去除率;通过扫面探针显微镜观察硅片的表面形貌,对其表面粗糙度进行分析.使用雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺对硅片进行抛光时,硅片表面材料去除率随着抛光压力的增大而增大,抛光压力为9 psi时达到最大为711 nm/min,高于传统化学机械抛光的630 nm/min;对两种工艺抛光后的硅片进行扫描分析得出雾化施液化学机械抛光工艺抛光后的硅片表面粗糙度为3.8 nm,低于传统化学机械抛光工艺的6.8 nm.雾化施液同质硬脆晶体互抛CMP工艺抛光硅片是可行的,优于传统化学机械抛光工艺,具有材料去除率高、抛光效果好、节约成本以及绿色环保的优点.     

工件自旋转平面磨削单晶功能材料的研究进展

单晶Si,SiC,α-Al2 O3,LiTaO3等是制作半导体晶圆的常用功能材料,晶圆的精密加工多采用工件自旋转平面磨削(RISG).RISG不同于传统的往复平面磨削,相互接触的砂轮和晶圆绕各自轴线旋转,依靠砂轮的轴向进给磨削.本文介绍了RISG加工的原理及磨粒运动的数学模型,分析了磨纹密度、倾斜角、系统刚度等因素对RISG加工晶圆的平面度和表面粗糙度的影响,并通过分析磨削力探索RISG的材料去除机理,展望了晶圆加工的研究方向.     

碲锌镉晶体高效低损伤CMP工艺研究

本文采用新型的自行研制的化学机械抛光液,对碲锌镉晶体进行了化学机械抛光方法的尝试性试验,并分析了在化学机械抛光(CMP)过程中抛光垫的硬度、磨料的种类、氧化剂、抛光液的pH值对表面质量和材料去除率的影响,提出适合软脆功能晶体碲锌镉的高效低损伤抛光工艺.结果表明,采用自行研制的带有硝酸的化学机械抛光液,在pH优化值为2.5时,15 min即可获得Ra为0.67 nm的超光滑无损伤表面,大大提高了加工效率和精度.     

断续磨削加工聚晶金刚石的机理研究

分别采用超声振动冲击和脉冲激光加热技术对开槽金刚石砂轮断续磨削加工聚晶金刚石过程中的机械冲击和热冲击进行了模拟实验研究.研究结果表明,在断续磨削加工过程中,由于开槽砂轮和工件之间接触面积变化引起的磨削力周期性变化,有利于聚晶金刚石材料加工表面上的晶粒产生脆性微细破碎去除;由于开槽砂轮和工件之间接触面积变化引起的热冲击,有利于聚晶金刚石材料加工表面上的晶粒产生微细裂纹和疲劳破碎.实验结果表明,开槽金刚石砂轮磨块切入部分的磨粒以破碎损耗为主,磨块切出部分的磨粒以机械磨耗、氧化、石墨化损耗为主.     

大尺寸单晶金刚石磨抛一体化加工研究

金刚石因其优异的物理性质被视为下一代半导体材料,然而其极高的硬度、脆性和耐腐蚀性导致其加工困难,尤其是对于大尺寸的化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)单晶金刚石(SCD)晶片而言,目前还缺乏一种高效、低成本的磨抛加工方法。本文提出一种基于工件自旋转的同心双砂轮磨抛一体化加工技术,在一次装夹中,先采用金刚石磨料的陶瓷内圈砂轮磨削单晶金刚石晶片表面,将单晶金刚石表面迅速平坦化,后采用金刚石与CuO混合磨料的外圈溶胶-凝胶(sol-gel,SG)抛光轮抛光单晶金刚石晶片表面,使其在较短时间内完成从原始生长面(Sa约46 nm)到原子级表面精度(Sa＜0.3 nm)的加工。磨削加工中,硬质金刚石磨料的陶瓷砂轮高速划擦金刚石晶片表面,在强机械作用下获得较大的材料去除以及纳米级的光滑单晶金刚石表面,同时引起进一步的表面非晶化;SG抛光加工中,硬质金刚石磨料高速划擦单晶金刚石表面形成高温高压环境,进一步诱导CuO粉末与单晶金刚石表面的非晶碳发生氧化还原反应,实现反应抛光。磨抛一体化的加工技术为晶圆级的单晶、多晶金刚石的工业化生产提供借鉴。     

KDP晶体超声辅助磨削的亚表面损伤研究

通过采用角度抛光和逐层抛光法以及择优化学腐蚀,对基于超声辅助磨削的KDP晶体试件进行亚表面损伤形式观察以及损伤深度检测,以便为后续加工提供指导.损伤检测实验表明:在超声辅助磨削工艺条件下,亚表面损伤以与磨粒运动方向平行的中位裂纹为主,且裂纹间距具有一定的规律性;亚表面损伤深度为19～48 μm,磨头形状(有无倒角)较之磨头磨粒粒度对亚表面损伤深度具有更大的影响,使用有倒角的磨头可得最小亚表面损伤.     

反转法消除硅片重力附加变形适用性研究

建立了计算硅片重力附加变形的有限元模型,模型包含硅片残余应力的影响.通过有限元与实验方法研究了反转法对抛光与磨削加工硅片适用性.结果表明,反转法适用于抛光硅片,有限元与反转法所得重力附加变形差值小于1 μm;对#5000砂轮磨削的300 mm直径394 μm厚度硅片,硅片残余应力使反转前后重力附加变形不再相同,误差超过最大重力附加变形值的5;;对#2000砂轮磨削的200 mm直径194 μm厚度硅片,残余应力超过临界值,硅片变形发生分岔,硅片自由面形与重力附加变形不再符合叠加关系,反转法不再适用.     

SiC单晶片ELID超精密磨削氧化膜特性研究

SiC单晶片的材质既硬且脆,加工难度很大,通过ELID磨削技术超精密加工SiC单晶片是一种高效的加工方法,而氧化膜的特性是ELID磨削技术的关键.本文研究了ELID磨削中氧化膜的形成规律,基于电化学基本原理,建立了砂轮表面氧化膜形成过程的一般模型,并对电压、占空比等工艺参数对金属结合剂砂轮表面氧化膜形成特性的影响进行了研究.结果表明:氧化膜厚度和生长率随着电压和占空比的增加而增加,随后逐渐降低并趋于稳定.根据SiC单晶片硬脆性质,在超精密加工SiC单晶片时,开始阶段采用较高电压(120 V)和较高占空比(2/3),在稳定阶段采用较低电压(90 V)和较低占空比(1/4).     

硅片加工表面层损伤检测技术的试验研究

单晶硅片超精密加工表面层损伤较小,检测评价比较困难.为了确定合适的检测技术,对多种硬脆材料表面层质量检测技术进行了系统的试验研究.结果表明,硅片加工表面宏/ 微观形貌可采用各种显微镜及3D表面轮廓仪等进行检测,表面损伤分布可采用择优腐蚀法和分步蚀刻法检测;粗加工和半精加工硅片的损伤深度宜采用角度抛光法检测,而精加工硅片的损伤深度较小,宜采用截面Raman光谱分析和恒定腐蚀速率法检测;损伤层的微裂纹、位错、非晶及多晶相变等微观结构可采用分步蚀刻法、平视和剖视TEM分析法及显微Raman光谱仪检测;表面层宏观残余应力分布可用显微Raman光谱仪检测,其微观应变可采用高分辨X射线衍射仪的双品摇摆曲线的半高宽值来衡量.综合以上检测技术可以对硅片加工表面层损伤进行系统的评价.     

完全烧结氧化锆牙科陶瓷材料的旋转超声加工实验研究

针对口腔修复领域中大量应用的预烧结氧化锆陶瓷存在二次烧结加工工艺复杂、收缩率难以控制、断裂率高等问题,提出了采用旋转超声加工完全烧结氧化锆陶瓷的方法.开展了完全烧结氧化锆陶瓷的旋转超声加工和普通金刚石磨削加工实验,重点研究了主轴转速对磨削力、最大边缘碎裂尺寸及亚表面损伤特性的影响规律.通过对比分析得到,旋转超声加工不仅能降低磨削力,有效抑制完全烧结氧化锆陶瓷材料的边缘碎裂,同时明显减少了其亚表面微裂纹,是实现完全烧结氧化锆陶瓷口腔修复体低损伤加工的新途径.