阳离子表面活性剂对A向蓝宝石晶片化学机械抛光效率的影响

为了探究阳离子表面活性剂对A向(1120)蓝宝石晶片化学机械抛光效率的影响,采用失重法计算蓝宝石的材料去除率(MRR)、原子力显微镜观察抛光后蓝宝石晶片表面粗糙度(Ra).结果表明:纯二氧化硅磨粒抛光液中,蓝宝石晶片的MRR在pH8时最优(MRR=1984/h),此时Ra为0.867 nm;添加一定浓度的阳离子表面活性剂可以提高蓝宝石晶片的抛光效率,其MRR在pH =9时达到最大(MRR=2366 nm/h),此时Ra =0.810 nm.通过粒径和Zeta电位分析,阳离子表面活性剂改变了二氧化硅磨粒表面的Zeta电位值,进而改变了磨粒与磨粒及磨粒与蓝宝石晶片的作用力,且在碱性条件下可以获得较高的MRR.     

LBO晶体超光滑表面抛光机理

胶体SiO2抛光LBO晶体获得无损伤的超光滑表面,结合前人对抛光机理的认识,探讨了超光滑表面抛光的材料去除机理,分析了化学机械抛光中的原子级材料去除机理.在此基础上,对胶体SiO2抛光LBO晶体表面材料去除机理和超光滑表面的形成进行了详细的描述,研究抛光液的pH值与材料去除率和表面粗糙度的关系.LBO晶体超光滑表面抛光的材料去除机理是抛光液与晶体表面的活泼原子层发生化学反应形成过渡的软质层,软质层在磨料和抛光盘的作用下很容易被无损伤的去除.酸性条件下,随抛光液pH值的减小抛光材料的去除率增大;抛光液pH值为4时,获得最好的表面粗糙度.     

不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究

本文制备了几种含不同磨料(SiC、Al2O3不同粒径SiO2)的抛光液,通过纳米粒度仪分析磨料粒径分布,采用原子力显微镜观察磨料的粒径大小.研究了不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光(CMP)的影响,利用原子力显微镜检测抛光前后蓝宝石晶片表面粗糙度.实验结果表明,在相同的条件下,采用SiC、Al2O3作为磨料时,材料去除速率与表面粗糙度均不理想;而采用含1;粒径为110 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率最高为41.6 nm/min,表面粗糙度Ra=2.3 nm;采用含1;粒径为80 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率为36.5 nm/min,表面粗糙度最低Ra=1.2 nm.     

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.     

抛光液酸碱性对固结磨料抛光硫化锌晶体的影响

硫化锌晶体是一种重要的红外光学材料,在红外成像、导弹制导、红外对抗等红外技术领域应用广泛.抛光液能够与工件及抛光垫发生化学反应从而影响工件表面质量和材料去除率.实验采用乙二胺、氢氧化钠、柠檬酸、盐酸分别配制不同的酸碱性抛光液,研究抛光液酸碱性对固结磨料抛光硫化锌晶体材料去除率、表面形貌和表面粗糙度的影响.实验结果表明:酸性抛光液抛光的材料去除率高于碱性抛光液;柠檬酸抛光液可同时获得优表面质量和高加工效率,抛光后的晶体表面粗糙度Sa值为4.22 nm,材料去除率为437 nm/min.     

板片状Al2O3磨料对碲锌镉晶体机械研磨的影响

采用具有不同形状特征的Al2O3磨料对CdZnTe晶片进行机械研磨,研究了磨粒形状、粒径对晶片的去除速率、研磨后晶片表面形貌的影响,并讨论了其影响机理.研究表明,多角形不规则磨粒易在晶片表面产生划痕,且易在磨盘与晶片之间发生滚动,导致去除速率下降.板片状磨粒因不易发生滚动,易形成二体磨粒以边缘凿削晶片表面的方式去除.棱角度较高的薄板片状磨粒有利于CZT晶片的机械研磨,且去除速率随粒径增大而增大,但当粒径较大时易形成深凹坑.表面圆润平滑的厚板片状磨粒对去除速率不利.粒径(D50)为3.34 μm的薄板片状磨料既能得到较高的去除速率,也能保证研磨后晶片表面波纹度Wa值和凹坑面积占比较低,晶片表面质量好.     

基于摩擦磨损的KDP晶体固结磨料抛光垫优化

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO₃固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO₃作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。     

固结金刚石研磨盘加工蓝宝石基片的磨削性能研究

通过蓝宝石基片磨削试验研究了陶瓷结合剂、树脂结合剂和陶瓷树脂复合结合剂制备的固结金刚石研磨盘磨削工件的材料去除率、表面粗糙度和磨盘自锐性能,确定了磨削性能最佳的金刚石研磨盘结合剂,在此基础上,进一步研究了W40、W20、W7和W2.5金刚石研磨盘磨削蓝宝石基片的材料去除率、表面粗糙度、表面/亚表面损伤及其材料去除机理,提出依次采用W40金刚石研磨盘粗磨、W7金刚石研磨盘半精磨和W2.5金刚石研磨盘精磨的蓝宝石基片高效低损伤磨削新工艺.结果表明,陶瓷树脂复合结合剂制备的固结金刚石研磨盘磨削蓝宝石基片的综合性能最好,随着磨料粒径的减小,磨削蓝宝石基片的表面材料去除方式从脆性断裂去除向塑性流动去除转变,同时蓝宝石基片的材料去除率、表面粗糙度和亚表面损伤深度也随之减小.     

酸碱性对雾化施液CMP氧化锆陶瓷的影响

采用精细雾化施液CMP这一抛光工艺对氧化锆陶瓷进行抛光,实验研究了抛光液中具有代表性的酸碱调节剂对抛光氧化锆陶瓷材料去除率、表面形貌和表面粗糙度的影响及酸碱性对精细雾化施液分散稳定性的影响.结果表明:针对精细雾化液抛光工艺配制的二氧化硅抛光液在碱性环境中分散稳定性更好,虽然酸性抛光液对材料去除率更高,但酸对氧化锆陶瓷表面腐蚀性过大,不宜抛光氧化锆陶瓷;有机碱作为调节剂抛光后的表面质量明显优于无机碱及无机酸、有机酸;乙二胺配置的碱性抛光液精细雾化后抛光氧化锆陶瓷可获得优质超光滑低损伤表面及较高加工效率,表面粗糙度Rq为1.67 nm,材料去除率达182.23 nm/min.     

硬盘微晶玻璃基板化学机械抛光研究

利用自制的抛光液对硬盘微晶玻璃基板进行化学机械抛光.研究了抛光压力、SiO2浓度、pH和氧化剂过硫酸铵浓度等因素对材料去除速率MRR和表面粗糙度Ra的影响,系统分析了微晶玻璃抛光工艺过程中的影响因素,优化抛光工艺条件,利用原子力显微镜检测抛光后微晶玻璃的表面粗糙度.结果表明:当抛光盘转速为100 r/min、抛光液流量为25 mL/min、抛光压力为9.4 kPa、SiO2浓度为8wt;、pH=8、过硫酸铵浓度为2wt;时,能够得到较高的去除速率(MRR=86.2 nm/min)和较低表面粗糙度(Ra=0.1 nm).     

抛光加工参数对KDP晶体材料去除和表面质量的影响

针对软脆易潮解KDP功能晶体材料的加工难点,提出了一种基于潮解原理的无磨料化学机械抛光新方法,研制了一种非水基无磨料抛光液,该抛光液结构为油包水型微乳液.通过控制抛光液中的含水量可以方便地控制KDP晶体静态蚀刻率和抛光过程中材料的去除率.实验中还研究了不同加工参数对晶体材料去除率和已加工表面质量的影响.该抛光液的设计为易潮解晶体的超精密抛光加工提供了一条新的技术途径.     

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。     

泥浆中磨粒对Al2O3增强Y-TZP复合陶瓷材料耐磨性的影响

在不同磨粒的5;NaOH泥浆中,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了磨粒对氧化铝增强四方氧化锆多晶陶瓷材料(ADZ)耐磨性的影响进行了研究.结果表明:尖锐SiO2磨粒对ADZ复合陶瓷材料磨损的影响要比球形SiO2磨粒严重得多,磨料硬度是影响陶瓷材料磨损率的重要因素,磨损率随磨粒硬度的提高而增大.在不同形状的SiO2磨粒的泥浆中,ADZ陶瓷材料的主要磨损机理为塑性变形和微犁削.在高硬度Al2O3磨料的泥浆中,ADZ陶瓷材料磨损表面以断裂机制占主导地位.     

大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越,是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式,其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后,其加工难度也随之上升,易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究,深入分析了面积大于50 cm²的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中,不同参数对抛光质量的影响,通过模拟并优化晶片运动轨迹,优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数,实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工,对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。     

影响化学机械抛光4H导电SiC晶片表面质量的关键参数研究

选用二氧化硅抛光液抛光4H导电SiC晶片表面,探究影响SiC晶片表面质量的关键参数,获得更高的去除效率和表面质量.实验结果表明,SiC表面的氧化是氢氧根离子和双氧水共同作用的结果.保持压力不变并增加氢氧根离子或双氧水的含量,SiC表面去除速率先增加后保持不变.在更大的压力下增加氢氧根离子的含量,SiC表面的抛光去除速率进一步增加.通过优化的抛光参数,SiC表面的抛光去除速率达到142 nm/h.进一步研究结果表明,保持化学机械抛光过程中氧化作用与机械作用相匹配,是获得高抛光效率和良好的表面质量的关键.表面缺陷检测仪(Candela)和原子力显微镜(AFM)的测试结果表明,SiC抛光片表面无划痕,粗糙度达到0.06 nm.外延后总缺陷密度小于1个/cm2,粗糙度达到0.16 nm.     

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。     

蓝宝石衬底的化学机械抛光技术的研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,概述了化学机械抛光原理和设备,讨论分析了影响蓝宝石衬底化学机械抛光的因素,阐述了CMP的主要发展趋势:能定量确定最佳CMP工艺,系统地研究CMP工艺过程参数,建立完善的CMP理论模型,满足不同的工艺要求和应用领域,有效降低成本,提高产量.     

单晶蓝宝石球罩的磁控研磨试验研究

开展了金刚石磁性磨料在磁场控制下研磨加工单晶蓝宝石球罩的实验,研究了研磨压力、研磨时间、乙二胺浓度等因素对单晶蓝宝石球罩材料去除率及面粗糙度的影响.实验结果表明:随着研磨压力的增大,材料去除率增加但增幅减小,面粗糙度Sa也降低,降低幅度也减小.当乙二胺浓度为3;,研磨压力为25 kPa时,材料去除率在前30 min能保持在5μm·h-1以上,但在30 min之后,材料去除率开始出现较大幅度的下降,面粗糙度Sa在前30 min较为快速地降低到110 nm左右,后30 min略有降低.