固結磨料拋光墊圖案優(yōu)化及拋光墊性能評價.pdf

1、隨著光學、光電子學、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、超精密加工技術也提出了更高的要求,化學機械拋光(CMP)技術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量完整性的加工技術。然而,傳統(tǒng)游離磨料CMP存在著諸如加工效率低、成本高、污染嚴重、工藝可控性差等缺點,由此固結磨料化學機械拋光(FA-CMP)技術應運而生。
　　 本文通過數(shù)學建模對固結磨料拋光墊表面結構進行優(yōu)

2、化,并通過圖形轉移法和UV固化工藝制備出了親水性固結磨料研磨拋光墊(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；分析了化學機械拋光工藝參數(shù)以及拋光墊結構參數(shù)對FAP的均勻磨損性能的影響,結果表明: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表面結構進行了優(yōu)化設計的方法以達到較佳的FAP均勻磨損性能,并通過圖形轉移法和UV固化工藝,以親水性UV固化樹脂作為FAP的基體,將磨粒固結于其中,制備出了具有特殊圖形結構的親水性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,對優(yōu)化圖案后的FAP的加工性能進行評價。實驗證明: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；不管拋光墊表面結構是否經(jīng)過優(yōu)化,用FAP進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.總結評價親水性FAP基體性能的兩個指標: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；提出了一種用實驗測定磨粒保持性的方法:通過實驗分析了溶脹率和鉛筆硬度對磨粒保持性的影響,研究結果表明: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行改性處理來探索提高磨粒保持性,取得了較為滿意的結果。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,實驗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、加工后工件表面質量以及FAP使用壽命等方面都有積極的作用。
　　 5.結合目前實驗室的實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)學模型,提出了當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；為了驗證模型的正確性,本文通過研磨拋光實驗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,