【精密与超精密加工】广东工业大学阎秋生教授团队:工艺参数对浸没式直流介电泳辅助化学机械抛光蓝宝石晶片的影响

科技   科学   2024-11-12 17:00   重庆  



背景与意义:
蓝宝石具有优异的物理化学性能和光学性能,作为光学元件、衬底材料、激光和释光材料和传感器等广泛应用于众多高科技领域。蓝宝石晶片在这些领域应用时对其表面质量要求极高,化学机械抛光是其表面加工最常用的方法,其优势为很少或没有表面和亚表面损伤、能够消除表面缺陷、高去除率、高效率和低成本。但化学机械抛光主要采用外输液管滴加抛光液的方式实现抛光过程中磨料的补充,由于工件和抛光盘旋转运动产生离心作用,抛光液和磨料被甩离加工区域,磨料的利用率低。

广东工业大学阎秋生教授团队提出一种浸没式直流介电泳辅助化学机械抛光方法,一方面提高了化学抛光液的利用率,另一方面通过介电泳诱导磨料更新利用,提高了抛光效果。介电泳效应化学机械抛光是一种多物理场混合的材料去除过程,在介电泳辅助蓝宝石化学机械抛光中,需结合CMP的影响因素和介电泳效应的影响因素综合考虑。通过铣床上搭建的浸没式介电泳辅助化学机械抛光实验装置,探索接入电压、工件及抛光盘转速、偏摆移动速度、抛光时间和抛光垫类型等工艺参数对蓝宝石晶片的材料去除率MRR、表面粗糙度Ra以及表面形貌的影响规律,研究分析介电泳辅助化学机械抛光对蓝宝石晶片的适应性。

关键词:介电泳效应;化学机械抛光;蓝宝石晶片;工艺参数;抛光垫;有效磨料数;加工效果


图文导读:


结论:
1)浸没式介电泳抛光能够有效地提高CMP加工过程中磨料的有效利用率,从而提高蓝宝石晶片加工的效率,并获得更高的表面质量。

2)外加电场、抛光垫结构及工件盘与抛光盘的相对运动在浸没式介电泳CMP抛光对磨料的汇聚及更新存在交互作用。接入电压为磨料施加负介电泳力,促使磨料向加工区域汇聚,抛光垫的表面结构协调锁住磨料,提高有效磨料数来提高加工效果;而工件及抛光盘旋转、工件偏摆均会引起离心作用和液体流动,破坏磨料的汇聚过程,但同时又为磨料更新提供了基础。

3)在接入电压2000 V、工件和抛光盘转速同向转速80 r/min、偏摆速度60 mm/min、精抛平垫的参数下加工蓝宝石晶片90 min,实现了8.645 nm/min的材料去除率,获得了表面粗糙度Ra0.953 nm的光滑无损伤表面。

文章信息:

该文章发表在《表面技术》第53卷第18期。

引文格式:黄展亮, 柏显亭, 潘继生, 等. 工艺参数对浸没式直流介电泳辅助化学机械抛光蓝宝石晶片的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(18): 144-155.

HUANG Zhanliang, BAI Xianting, PAN Jisheng et al. Influence of Process Parameters on Immersed CMP Assisted by DC Dielectrophoresis of Sapphire Wafers[J]. Surface Technology, 2024, 53(18): 144-155.

DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.18.012


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编辑 | 邓李旸

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审核|汪  潇

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