固結(jié)磨料拋光墊圖案優(yōu)化及拋光墊性能評價.pdf

1、隨著光學(xué)、光電子學(xué)、數(shù)碼產(chǎn)品和IC產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,各種具有超光滑表面的功能性硬脆性材料的需求日益增多,對精密、超精密加工技術(shù)也提出了更高的要求,化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)是一種基于分子量級的材料去除以獲得高精度和高表面質(zhì)量完整性的加工技術(shù)。然而,傳統(tǒng)游離磨料CMP存在著諸如加工效率低、成本高、污染嚴(yán)重、工藝可控性差等缺點(diǎn),由此固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光(FA-CMP)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
　　 本文通過數(shù)學(xué)建模對固結(jié)磨料拋光墊表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)

2、化,并通過圖形轉(zhuǎn)移法和UV固化工藝制備出了親水性固結(jié)磨料研磨拋光墊(FAP),圍繞著FAP,開展了如下工作:
　　 1.建立了FAP的磨損數(shù)學(xué)模型,探討了FAP表面的磨損規(guī)律,揭示了研磨拋光過程中拋光墊沿徑向磨損的不均勻性；分析了化學(xué)機(jī)械拋光工藝參數(shù)以及拋光墊結(jié)構(gòu)參數(shù)對FAP的均勻磨損性能的影響,結(jié)果表明:增大工件的半徑會使最大磨損量增大；增大偏心距會使拋光墊磨損軌跡密度的最大值出現(xiàn)的位置遠(yuǎn)離拋光墊中心,但最大磨損量卻越來越小,

3、在保證工件與拋光墊的內(nèi)外徑都相交的情況下,選擇較大的偏心距有利于提高拋光墊的均勻磨損性；選擇較大的轉(zhuǎn)速比可以顯著改善拋光墊的均勻磨損性。提出了一種對FAP表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法以達(dá)到較佳的FAP均勻磨損性能,并通過圖形轉(zhuǎn)移法和UV固化工藝,以親水性UV固化樹脂作為FAP的基體,將磨粒固結(jié)于其中,制備出了具有特殊圖形結(jié)構(gòu)的親水性FAP。
　　 2.以工件材料去除率(MRR)、三維輪廓表面粗糙度(Sa)和工件表面局部平面度作為

4、評價指標(biāo),對優(yōu)化圖案后的FAP的加工性能進(jìn)行評價。實(shí)驗(yàn)證明:使用優(yōu)化圖案后的FAP加工單晶硅片可以獲得更加優(yōu)異表面粗糙度和局部平面度；利用FAP加工材料可以獲得比用傳統(tǒng)游離磨料拋光墊加工高出數(shù)十倍的MRR,大大提升加工效率；不管拋光墊表面結(jié)構(gòu)是否經(jīng)過優(yōu)化,用FAP進(jìn)行研磨拋光加工均可以獲得比用游離磨料拋光墊更加優(yōu)異的平面度。
　　 3.總結(jié)評價親水性FAP基體性能的兩個指標(biāo):溶脹率和鉛筆硬度,提出了磨粒保持性的概念并將其作為評價

5、親水性FAP的一個新的指標(biāo)；提出了一種用實(shí)驗(yàn)測定磨粒保持性的方法:通過實(shí)驗(yàn)分析了溶脹率和鉛筆硬度對磨粒保持性的影響,研究結(jié)果表明:在溶脹率相近的情況下,隨著拋光墊濕態(tài)鉛筆硬度的增加,磨粒保持率呈上升趨勢:而在鉛筆硬度一定的情況下,隨著溶脹率的增大,磨粒保持性也呈增大的趨勢.
　　 4.通過對金剛石的表面進(jìn)行改性處理來探索提高磨粒保持性,取得了較為滿意的結(jié)果。經(jīng)過表面改性后的金剛石制成的FAP磨粒保持性比未經(jīng)過表面改性金剛石制成的

6、拋光墊的磨粒保持性高出數(shù)倍。但由于磨粒保持性不是評價拋光墊優(yōu)劣的唯一指標(biāo),實(shí)驗(yàn)比較了用改性和未改性的金剛石制成的FAP的加工性能,綜合考慮認(rèn)為改性后的金剛石PDMN56或PDM可以代替未改性的金剛石磨料添加到FAP基體中制成新型FAP,在提高加工效率、加工后工件表面質(zhì)量以及FAP使用壽命等方面都有積極的作用。
　　 5.結(jié)合目前實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際加工條件建立了用FAP研磨拋光時磨粒嵌入工件表面的切深數(shù)學(xué)模型,提出了當(dāng)不考慮拋光墊的彈性

7、變形且FAP中添加的磨粒粒徑范圍在10μm～14μm之間時,磨粒壓入工件的最大深度值在0.4μm左右；當(dāng)考慮拋光墊的彈性變形時,磨粒嵌入工件的深度將普遍減小從而使得加工后工件的表面質(zhì)量得到明顯提高,主要表現(xiàn)在加工后工件表面劃痕數(shù)量和劃痕深度大大減小,表面粗糙度值降低；為了驗(yàn)證模型的正確性,本文通過研磨拋光實(shí)驗(yàn)收集了大量磨屑并對其拍攝大量SEM照片,通過圖像處理證明了加工產(chǎn)生的磨屑中,91％以上(均值96.5％)的磨屑深度小于0.3μm,