硅片CMP抛光工艺技术研究

介绍了硅片机械-化学抛光技术,重点分析了10.16 cm硅片抛光加工过程中抛光液的pH值、抛光压力和抛光垫等因素对硅片抛光去除速率及表面质量的影响.通过试验确定了硅片抛光过程中合适的工艺参数,同时对抛光过程中出现的各种缺陷进行了分析总结,并提出了相应的解决方案.     

液体喷射抛光技术研究

液体喷射抛光(FJP)技术是近几年提出的一种新型光学抛光工艺,本文简介了这种抛光技术的原理,介绍了我们的研究结果,其中包括在抛光机理方面提出抛光液中磨料粒子的径向流动对工件产生的径向磨削剪切作用是材料去除的关键;建立了较完善的描述FJP过程的数学模型;提出了获得较理想工作函数的方法;得到了求解时间驻留函数的一种算法;另外还研究了不同FJP溶液及一些工艺参数对样品表面粗糙度的影响、被抛光材料特性对材料去除率及表面粗糙度的影响等.结合这些研究建立了一套非球面数控液体喷射抛光没备和相关工艺,并利用其对实际非球面做了数控抛光实验,最后得到其截面的误差优于0.15靘PV,表面粗糙度Ra达到2.25nm,实验结果表明此技术可用于非球面的数控抛光.     

方形工件的数控抛光模拟计算与分析

利用Preston方程,对实际中的磨头运动方式(平转动)进行了讨论,并用此运动方式的去除函数对一工件进行了模拟计算,同时用目前大口径光学元件的评价参数P -V值,RMS值,以及波前梯度对模拟结果进行了分析。通过数控抛光的模拟分析可以全面的了解光学元件的面形情况,为实际的数控加工提供一定的参考。     

精密数控抛光碳化硅表面去除特性研究

计算机数控精密机械抛光技术是制造高精度、高质量光学元件表面的主要技术之一。然而,对于碳化硅材料表面去除特性方面的研究却相对较少。在航天航空领域中,陶瓷类材料碳化硅的应用较为广泛。针对计算机数控精密机械抛光技术,根据一系列的抛光实验,研究并总结出碳化硅材料表面的去除机理。基于选择不同等级的四种变量参数:抛光磨头转速、抛光压力、磨头补偿量和抛光头角度,分析碳化硅材料表面的去除趋势。采用Taguchi方法可以有效优化实验设计参数、减少实验整体次数。结果表明:文中总结出对应的抛光参数组合和材料表面的去除特性,确保加工出高质量表面的碳化硅材料。     

抛光垫表面特性分析

研究抛光垫表面特性有利于了解和分析硅片化学机械抛光(CMP)材料的去除机理及优化抛光垫的微观结构.使用ZYGO 5022轮廓仪、SEM等仪器研究了IC1000/SubaIV平抛光垫表面粗糙度、表面组织结构、孔隙率、微孔深度及直径、抛光垫表面微凸峰分布形式及面积支承率,测量和计算的结果:抛光垫表面粗糙度为σP(RMS)=6.8μm,均方根粗糙度9.4μm,表面孔隙率为56%,平均孔径为36μm,平均孔深为20μm,平均孔距为43μm,微孔数量为550个/mm2,抛光垫表面微凸峰高度服从高斯分布.     

平面光学元件研磨抛光磨粒运动轨迹研究

为提高平面光学元件的加工质量和效率,理解元件与抛光盘之间的相对运动轨迹变化规律是获得良好表面质量的重要前提.根据“运动学原理”和“坐标变换”建立了磨粒运动轨迹模型,推导了磨粒轨迹长度公式.利用Matlab软件模拟计算了各参数下的磨粒轨迹长度和磨粒轨迹变化形态.研究表明:不同转速比对材料去除速率和表面质量影响显著;随着磨粒径向距离和偏心距的增大,磨粒轨迹长度增加,考虑到偏心距对工件表面质量的影响,偏心距不宜太大或太小;同一转速比下,不同的磨粒初始角度对磨粒轨迹形状没有影响,只会使其转过相应角度.     

喷射距离对射流抛光去除函数的影响

通过对不同喷射距离的射流抛光实验,研究了喷射距离影响材料去除函数的复杂表现和机理.喷射距离对材料去除函数的影响主要表现在材料的去除率变化和去除范围变化,其中,喷射距离对冲击去除区和壁面磨蚀区的材料去除率的影响作用是不同的.基于冲击射流理论分析,引入修正因子,分别对壁面磨蚀区和冲击去除区的材料去除函数受喷射距离的影响作用...     

光学球罩数控抛光工艺关键技术研究

光学球罩被广泛应用于各类光电系统中,其面形精度制约着光电系统的成像质量。随着数控技术的发展,数控加工技术逐渐成为目前光学加工行业的主流发展方向。基于高质量的铣磨表面,为了能够在准球心高速抛光工艺中实现等去除量加工,本文对同步抛光技术进行了理论分析及数学模型推导,并通过实验证明,同步抛光技术可以有效地提升加工效率,获得高质量的光学表面。     

基于椭圆运动方式的小工具抛光去除函数

为了改进传统的小工具抛光的去除函数的特性和提高去除效率,在行星和平转动抛光方式的基础上,通过三转子机构,实现了椭圆式运动方式;以Preston理论为基础,研究并推导了在这种运动方式下的材料去除函数;通过计算机模拟得到了去除函数的面形矩阵,经过优化后获得了最终的抛光参量,得到了与理想的高斯型函数吻合程度高的去除函数。结果表明,仿真加工后,其去除效率优于行星式去除函数。基于椭圆运动方式的小工具抛光避免了行星和平转动抛光方式去除函数存在的缺陷,有助于提高抛光过程的去除效率。     

不同抛光参数对蓝宝石衬底CMP质量的影响

蓝宝石衬底化学机械抛光(CMP)质量直接影响器件的成品率和可靠性。抛光液和抛光工艺参数是影响CMP质量的决定性因素。为了得到更优的抛光液利用率以及更好的抛光效果,系统研究了自主研制的抛光液pH值、抛光压力、转速和流量等抛光参数对c面蓝宝石衬底化学机械抛光去除速率和表面粗糙度的影响。结果表明,去除速率随pH值、抛光压力、转速和流量的升高先增加后减小;表面粗糙度随pH值、抛光压力、转速的升高先减小后增加,随流量升高而慢慢降低。通过实验进行优化,当pH值为10.5、抛光压力为27.6 kPa、抛光头转速为40 r/min、抛光盘转速为45 r/min、流量为160 mL/min时,去除速率能稳定在2.69 μm/h,表面粗糙度为0.184 nm。此规律对指导工业生产具有重要的意义。     

抛光盘、抛光头转速比对化学机械抛光效果的影响分析

针对化学机械抛光(CMP)过程中,抛光盘、抛光头转速比不同,其晶片的抛光效果不同的现象,从运动学角度详细分析了CMP过程中晶片上任一点的去除速度和运动轨迹,并通过Matlab进行仿真,找出转速比与去除速度和运动轨迹的函数关系.     

基于神经网络的机器人抛光材料去除提升模型

提出了一种基于深度神经网络的提高材料去除模型精度的策略。提出一种具有特征选择能力的深度学习算法。在机器人抛光的材料去除率模型的基础上,生成由材料去除率和相应的抛光参数组成的一系列仿真样本。深度学习算法学习了仿真样本和实际样本,建立了深度学习模型。通过使用所提出的深度学习模型,根据抛光参数,估测测试样本的材料去除深度,并计算估测了测试样本的材料去除深度与实际的测试样本的材料去除深度之间的误差。结果表明:改进后的模型可以获得比传统模型更高的精度。     

微通道板双面抛光过程材料去除特性研究

材料去除率是表征双面抛光加工效率的重要参数,也是影响工件表面质量的关键因素。基于双面抛光加工中工件运动过程的分析,通过向量法构建了工件上任一点的运动轨迹及其相对速度的数学模型。运用Preston模型,建立双面抛光过程中材料去除特性方程,并辅助计算机软件模拟了不同工艺条件下的材料去除特性。最后,通过微通道板的双面抛光实验,研究了不同工艺参数下的材料去除量,验证了理论模拟的正确性。     

计算机控制磁流变抛光软件去除算法设计

根据计算机控制磁流变抛光的去除机理,分析了抛光工艺软件的去除算法核心问题即求解驻留时间函数和加工路径设计。采用简森-范锡图特法对驻留时间函数进行迭代求解,同时优化设计工艺软件的加工路径算法,开展工艺软件全过程模块化、流程化设计,完成工艺软件的代码集成测试。最后,通过工艺软件控制磁流变抛光330mm×330mm石英平面反射镜实验,验证去除算法控制抛光过程的有效性及准确性,实验值与理论值吻合良好,从而证实工艺软件去除算法能够准确、有效地指导大口径光学元件的磁流变加工。     

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。     

碱性条件下硬盘基板两步抛光法的实验研究

在对硬盘基板CMP机理进行分析后,采用河北工业大学研制的计算机硬盘抛光专用碱性抛光液,选择氧化剂添加量、抛光压力两个重要参数分别进行实验,讨论它们在两步抛光方法中的重要作用。总结实验结果后,得出了上述两个参数在两步抛光方法中的影响规律,提出粗抛光中,应该采用较高氧化剂添加量和抛光压力以得到较高的去除速率和一定的表面质量;精抛光中,应该采用低氧化剂含量、低抛光压力以得到较完美的表面质量。用此方法抛光,较好地解决了当前硬盘基板加工中抛光速率与表面质量之间的矛盾。     

单点金刚石车削刀痕的螺旋正弦轨迹气囊抛光去除

单点金刚石车削技术已经广泛应用于高精度光学表面的制造,然而其残留在被加工表面的微纳织构将会影响部分光学系统的性能,需要光滑去除。文中对单点金刚石车削刀痕的抛光去除技术进行了研究,发现抛光方向与刀痕垂直时刀痕去除效率最高。基于此,提出了一种螺旋正弦抛光运动轨迹,介绍了螺旋正弦运动轨迹的设计原则,并应用气囊抛光的方式与螺旋式和光栅式运动轨迹进行了对比抛光实验,证明此运动轨迹下微纳织构的改善效果明显优于其他两种方式。最后应用螺旋正弦运动轨迹对一锗材料单点金刚石车削非球面进行了抛光光滑处理,在保持了面形精度的前提下,表面糙度Ra由1.28 nm降低到0.4 nm,规律性微纳刀痕变为随机织构,达到了表面织构改善的目的。     

磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理的研究

抛光磨料在抛光衬底和抛光垫间做磨削运动,它是CMP工艺的重要组成部分,是决定抛光速率和平坦化能力的重要影响因素。因此分析磨料的各物性参数对CMP过程的影响尤为重要。随着晶圆表面加工尺寸的进一步精密化,磨料黏度作为抛光磨料重要物性参数之一,受到越来越多的重视。根据实验结果从微观角度研究了磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理,并由此得出当抛光液磨料黏度为1.5 mPa.s时,抛光速率可达到458 nm/min且抛光表面粗糙度为0.353 nm的良好表面状态。     

光学玻璃超精密抛光加工中材料去除机理研究综述

光学玻璃以其优异的物理性能被广泛应用于航天、信息、能源、化工、微电子等领域。随着这些领域的不断发展,传统技术已无法满足日新月异的光学元件超光滑表面加工的要求。为此,需要针对光学玻璃表面的超精密抛光加工展开深入且广泛的研究。在诸多有关超精密抛光加工技术的研究中,光学玻璃材料的抛光去除机理始终是人们的研究重点。为此,本文从超抛加工涉及的基本组件、材料去除的物理机理、材料去除的化学机理三个方面入手,对光学玻璃超精密抛光加工中材料去除机理进行综述,目的是掌握国内外学术界对于该问题的认识,并据此提出若干问题的思考,以期指导工程实践,进一步提升超光滑表面的成形能力。     

硬盘基板化学机械粗抛光的实验研究

针对硬盘NiP/Al基板粗抛光,采用SiO2作为抛光磨料的碱性抛光液,在不同压力、转速、pH值、磨料浓度和活性剂体积浓度下,对硬盘基板粗抛光的去除速率和表面粗糙度的变化规律进行研究,用原子力显微镜观察抛光表面的微观形貌。最后对5个关键参数进行了优化。结果表明:当压力为0.10 MPa,转速为80 rad/min,pH值为11.2,磨料与去离子水体积比为1∶0.5,表面活性剂体积浓度为9 mL/L时,硬盘基板的去除速率为27 mg/min,粗抛后表面粗糙度为0.281 nm,获得了高的去除速率和较好的表面粗糙度,这样会大大降低精抛的时间,有利于抛光效率的提高。