蓝宝石化学机械抛光及清洗技术研究现状与存在问题分析论文
蓝宝石化学机械抛光时磨粒运动轨迹及抛光效果研究

蓝宝石化学机械抛光时磨粒运动轨迹及抛光效果研究李鑫;梁庭;赵丹;姚宗;雷程;李旺旺;齐蕾【摘要】Sapphire wafer can get excellent surface flatness and roughness by chemical mechanical polishing process.The trajectory equation of abrasive particles in the process of chemical mechanical polishing sapphire wafer was simulated by numerical analysis software.The results show that as the wafer speed increases,the coverage area of abrasive particles on the sapphire wafer surface is increased.When the ratio of chip speed and polishing disk rotational spe ed is close to 1 ∶ 1,the whole face of sapphire wafer is covered by the abrasive particles.The influence of arm swing and the speed of disc on polishing effect was studied by mesns of control variable method,and the surface morphology of sapphire chips was analyzed by AFM.The results indicate that the disc speed has the greatest influence on the polishing effect,while the movement amplitude and movement speed have less influence on the polishing effect.By adjusting the revolving speed,the surface of sapphire wafer after polishing can meet the requirements of the surface flatness and roughness required by the bonding process.%通过化学机械抛光工艺,获得表面平整度和粗糙度优良的蓝宝石晶片,提高蓝宝石键合接触面的表面性能.采用数值分析软件对蓝宝石晶片化学机械抛光过程中磨粒的运动轨迹进行仿真,结果发现,随着晶片转速的上升,磨粒的覆盖区域增大,当晶片转速与抛光盘转速接近于1∶1时,磨粒的抛光区域覆盖整个晶面.采用控制变量实验的方法研究摆臂的运动和抛光盘的转速对抛光效果的影响,并采用AFM对抛光后的蓝宝石晶片表面形貌进行分析.结果表明,抛光盘转速对抛光效果的影响最大,而移动幅度与移动速度的影响较小.通过调整晶片转速,蓝宝石晶片抛光后达到了键合工艺所要求的表面平整度和表面粗糙度要求.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)004【总页数】7页(P57-63)【关键词】蓝宝石;化学机械抛光;轨迹方程;表面粗糙度;平整度【作者】李鑫;梁庭;赵丹;姚宗;雷程;李旺旺;齐蕾【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051;北方自动控制技术研究所山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051;北方自动控制技术研究所山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TH117.1蓝宝石由于具有非常好的弹性和光学性能且在高温下有着很好的工作特性,在液压传动、爆破、国防、航天以及生活领域中得到了广泛的应用,其中基于蓝宝石材料的高温光纤法珀式压力传感器已开始研究并投入使用。
单晶蓝宝石衬底磨粒抛光技术研究现状

elꎬ process characteristics and the influence law of the various factors of freeꎬ fixed and semi ̄fixed abrasive
产生的压力( MPa)
蓝宝石
考虑磨料的消耗及衬底表
R MR = K P × P α + V β + C rv
α 和 β 为无量纲的值ꎬ且 α 大于 βꎻC rv 为研磨系统的补偿
参数
(2) 塑性去除模型 采用粒度较小的磨粒对
衬底表面加工ꎬ使磨粒切入的深度足够小、加工面
发生塑性流动的现象ꎮ 塑性去除最重要的是通过
衬底材料ꎬ占目前 LED 衬底市场的 96%以上
[3]
ꎮ
LED 器件性能的优劣及其可靠性严重依赖
面损伤的单晶蓝宝石衬底表面是高质量外延层生
底的最后一道工序ꎬ如何高效获得高质量、低损伤
衬底表面是超精密抛光领域的重要研究课题ꎮ
近年来ꎬ国内外学者相继提出了众多的单晶
蓝宝石衬底抛光新方法ꎬ且仍以磨粒加工方式为
足 0 ≤ γ ≤ 1ꎻ χ 为磨料的体积分数ꎻ D 为磨料的
图 1 游离磨料加工的作用机理
Tseng [6]
Zhou [7]
Lin
[8]
R MR = K C × P × ( e -λ0 × V )
K C 为磨料消耗因子ꎻλ0 为衬底表面因切痕的增加所导致相
对速度退化的系数
单晶硅
用于GaN生长的蓝宝石衬底片化学机械抛光工艺研究

原 子 力 显微 镜 A M 为 主 要检 测 工 具 ,通 过 分 析在 蓝宝 石 晶 片 F
维普资讯
20 0 7年 1 0月刊 ( 总第 9 8期 )
大 众 科 技
DA ZHONG KE J
2 0 .0 0 71
( muai lN .8 Cu ltey o9 ) v
用 于 G N生 长 的蓝 宝石 衬底 片 a 化学机械抛 光工艺研 究
【 收稿 日期 】2 0 — 8 4 0 7 0 —1
赵 之 雯
( 建 工 程 学院 。福 建 ) 福
【 摘 要 】对蓝宝石衬底 片的化 学机械抛光进行 了研 究。 系统地分析 了蓝 宝石抛光工艺过程 的性 能参数 ,通过 大量 实验 总
结出了其影响 因素并提 出了优化 方案 ,结果表明 ,采用粒径 为 4n 0 m、低分散度的 SO: i 溶胶磨料并配合 以适 当参数进行抛光 ,
可以获得 良好的表面状态和较 高的去除速率 。能够有效提 高蓝宝石表 面的性能及加工效率。
【 关键词 】蓝宝石 ;化 学机械抛光 ;纳米硅 溶胶
【 中图分类号】T 14 P 6. 2
ห้องสมุดไป่ตู้
【 文献标识码 】 A
【 文章编号】10- 11 07 0 0 1- 2 08 15( 0) - 12 0 2 1
将陶瓷抛光盘置于烘箱加热至 一定温度后恒温一段时间 后取 出,平放 于操作 台,取抛 光蜡均匀分区涂抹于抛光盘上
蓝宝石磁流变化学机械抛光工艺研究

DOI:10.16185/j.jxatu.edu.cn.2019.03.005http://xb.xatu.edu.cn蓝宝石磁流变化学机械抛光工艺研究阳志强,李 宏,郭忠达(西安工业大学光电工程学院,西安710021)摘 要: 针对超光滑平面蓝宝石衬底片存在亚表层损伤的问题,文中利用磁流变抛光技术进行蓝宝石衬底片抛光以满足现有生产需要,研究了磁流变抛光中抛光压力、抛光盘转速、工件盘转速及抛光液温度等工艺参数对C向蓝宝石衬底片表面粗糙度和去除率的影响。
采用正交实验方法获得了一组最佳工艺参数为:抛光压力为25kg,抛光盘转速为40r·min-1,工件盘转速为20r·min-1,抛光液温度为38℃。
研究结果表明:蓝宝石抛光后最优表面粗糙度犚a为0.31nm,去除率达到2.68μm·h-1。
关键词: 流变抛光;蓝宝石;化学机械抛光;表面粗糙度;去除率中图号: TH709 文献标志码: A文章编号: 1673 9965(2019)03 0266 07犛狋狌犱狔狅狀犕犪犵狀犲狋狅狉犺犲狅犾狅犵犻犮犪犾犆犺犲犿犻犮狅犕犲犮犺犪狀犻犮犪犾犘狅犾犻狊犺犻狀犵犜犲犮犺狀犻狇狌犲犳狅狉犛犪狆狆犺犻狉犲犢犃犖犌犣犺犻狇犻犪狀犵,犔犐犎狅狀犵,犌犝犗犣犺狅狀犵犱犪(SchoolofOptoelectronicEngineering,Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’an710021,China)犃犫狊狋狉犪犮狋: Forthesub?surfacedamageofultra?smoothplanarsapphiresubstrates,thepaperpresentsamagnetorheologicalfinishing(MRF)techniqueforpolishingsapphiresubstrates.Parameters,whichaffectsurfaceroughnessandremovalrateofC?Directedsapphiresubstratessuchaspolishingpressure,speedofpolishingdisk,speedofworkpiecediskandtemperatureofpolishingfluidinMagnetorheologicalfinishing,arestudied.Bymeansofanorthogonalexperiment,asetofoptimumtechnologicalparametersareobtained:polishingpressure25kg,polishingdiscspeed40r·min-1,workpiecediscspeed20r·min-1,polishingliquidtemperature38℃.Theresultsshowthattheoptimalsurfaceroughnessandtheremovalrateofthepolishedsapphireare犚a0.31nmand2.68μm·h-1,respectively.犓犲狔狑狅狉犱狊: magnetorheologicalfinishing;sapphire;chemico?mechanicalpolishing;surfaceroughness;removalrate 蓝宝石具有优异的光学和机械性能及较好的化学稳定性,被广泛应用于军事航天工程、工业照第39卷第3期2019年6月 西 安 工 业 大 学 学 报JournalofXi’anTechnologicalUniversity Vol.39No.3Jun.2019 收稿日期:2019 03 12基金资助:陕西省科技厅重点研发计划项目(2017ZDXMGY?122);陕西省教育厅重点实验室科研计划项目(16JS039)。
蓝宝石晶片加工技术现状与发展趋势

蓝宝石晶片加工技术现状与发展趋势摘要:研究蓝宝石晶片的加工技术现状和发展趋势。
介绍了蓝宝石晶片的基本性质和应用领域,详细分析了当前蓝宝石晶片加工技术的主要方法和优缺点。
,探讨了蓝宝石晶片加工技术的发展趋势,包括新工艺的研究和应用、设备的升级和改进、生产效率的提高等方面。
最后,总结了本论文的研究成果,并对未来蓝宝石晶片加工技术的发展进行了展望。
本研究对于推动蓝宝石晶片加工技术的发展具有一定的参考价值。
关键词:蓝宝石;晶片加工技术;技术现状引言蓝宝石晶片是一种重要的半导体材料,具有高硬度、高透光率、高抗腐蚀性等优良性质,广泛应用于LED、激光器、光电子器件等领域。
随着科技的不断进步和市场需求的增加,蓝宝石晶片加工技术也得到了广泛关注和研究。
目前,蓝宝石晶片加工技术主要包括机械加工、化学机械抛光、激光加工等方法,每种方法都有其优缺点。
本论文将对当前蓝宝石晶片加工技术的主要方法进行详细分析,并探讨其发展趋势。
通过对蓝宝石晶片加工技术的研究,可以为相关领域的发展提供参考和指导,促进蓝宝石晶片行业的健康发展。
1.蓝宝石晶片的基本性质和应用领域1.1蓝宝石晶片的基本结构和特性蓝宝石晶片是由氧化铝(Al2O3)晶体生长而成的半导体材料,具有高硬度、高透光率、高抗腐蚀性等优良特性。
其基本结构为单晶体,呈六角柱形或圆柱形,晶面呈平滑的镜面效果,表面质量好,可用于制作高品质的器件。
蓝宝石晶片具有很高的抗压强度和硬度,可以承受高温、高压和强酸碱等恶劣环境,不易磨损和老化。
同时,蓝宝石晶片还具有较高的光透过率和折射率,能够在光学器件中发挥重要作用。
此外,蓝宝石晶片还具有良好的电绝缘性能和热导率,适用于微电子器件的制造和散热。
蓝宝石晶片具有优良的物理、化学和光学特性,是一种重要的半导体材料。
其广泛应用于LED、激光器、光电子器件等领域,对于推动相关领域的发展和进步具有重要作用。
1.2蓝宝石晶片的应用领域和市场前景蓝宝石晶片具有高硬度、高透光率、高抗腐蚀性等优良特性,因此被广泛应用于LED、激光器、光电子器件等领域。
蓝宝石加工工艺研究

蓝宝石加工工艺研究摘要:蓝宝石是一种贵重的宝石,其加工工艺对于保证宝石的品质和价值至关重要。
本研究通过对不同加工工艺的实验比较,发现采用机械抛光和酸洗处理可以有效地去除蓝宝石表面的缺陷和污渍,使其呈现出更加明亮的颜色和更高的透明度。
此外,采用高温加热和冷却的方法可以增强蓝宝石的内部结构,提高其硬度和耐磨性。
该研究为蓝宝石加工提供了新的思路和方法。
关键词:蓝宝石加工工艺高温加热引言蓝宝石是一种广受欢迎的高档宝石,其独特的颜色和透明度使其成为珠宝设计师和收藏家们的首选。
然而,在采矿和加工过程中,蓝宝石容易受到破坏和损失,因此加工工艺对于保证蓝宝石的品质和价值至关重要。
本研究旨在探索不同的蓝宝石加工工艺,并比较它们的效果和优缺点。
通过实验和定量分析发现机械抛光和酸洗处理可以有效去除蓝宝石表面的污渍和缺陷,而高温加热和冷却处理则可以增强其内部结构和硬度。
这些发现为蓝宝石加工提供了新的思路和方法,并有望在珠宝工业和相关领域产生积极影响。
1.蓝宝石的加工工艺概述1.1蓝宝石的特性和分类蓝宝石是一种稀有的宝石,其颜色通常为蓝色或深蓝色,但也有其他颜色的变种,如粉红色、黄色和绿色。
蓝宝石的硬度非常高,达到9级,仅次于钻石,因此它具有很高的耐磨性和抗刮擦性。
蓝宝石的产地主要分布在亚洲、澳大利亚和非洲等地区,其中缅甸的蓝宝石最为著名。
根据成因和颜色等特征,蓝宝石可以分为天然蓝宝石、人造蓝宝石和合成蓝宝石等多个类别。
天然蓝宝石是通过自然形成的过程,具有高价值和珍贵性;而人造蓝宝石和合成蓝宝石则是通过人工制造的方法得到,价格相对较低,但也具有一定的市场需求。
1.2蓝宝石的加工流程它分为切割和打磨,根据蓝宝石的形状和大小,使用钻石刀片将其切割成需要的尺寸和形状,然后使用砂轮和抛光机进行打磨,使其表面光滑。
机械抛光,采用机械抛光的方法进一步去除蓝宝石表面的缺陷和污渍,提高表面质量和透明度。
酸洗处理,将蓝宝石浸泡在酸性清洗溶液中进行酸洗处理,去除表面的氧化物和杂质,使其表面更加光滑。
蓝宝石化学机械抛光专利技术分析

工艺与装备163蓝宝石化学机械抛光专利技术分析高玉江刘洋刘腾达李春雨(国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心,天津300304)摘要:本文首先对蓝宝石化学机械抛光专利申请状况进行概述,然后重点从蓝宝石化学机械抛光装置结构 抛光垫、修整器、C M P停止、抛光液、蓝宝石应用及加工工艺等方面,分析蓝宝石C M P专利技术。
关键词:蓝宝石化学机械抛光C M P专利引言蓝宝石(S a卯h i r e)的主要成分为单晶氧化铝(a-A l2〇3),具有高硬度、高熔点、耐磨损、透光性好、电绝缘性优良和化学性能稳定的特点,被广泛应用于医学、工业、国防、航空航天及生活领域,特别适于作为L r o衬 底材料。
同时,由于蓝宝石优异的机械性能,它也逐渐被 用于i P h o n e、i W a t c h等显示面板上。
化学机械抛光(C h e m i c a l M e c h a n i c a l P o l i s h i n g,简 称C M P)技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术。
它借助超 微粒子的研磨作用和浆料的化学腐蚀作用,在被研磨的介质 表面形成光洁平坦的平面。
化学机械抛光是目前唯一可以实 现全局平坦化的抛光方法,现己成为半导体加工行业的主导 技术,同时也成为对蓝宝石表面进行平坦化的主要加工方法。
1蓝宝石化学机械抛光专利申请概述从1972年日本工业技术院安永畅男向日本专利局提交了 一份有关蓝宝石高精度镜面研磨方法的专利申请(申请号为 J P1*******A)开始,到1991年I B M首次将化学机械抛光技术 成功应用到D R A M的生产中,化学机械抛光技术引人注目地得 到了用其他任何平面化加工不能得到的表面形貌变化。
截至2016年1月,在德温特D W P I数据库中检索到涉 及化学机械抛光蓝宝石的全球专利申请共计434项。
其中,年代以专利申请的优先权日为准,同族申请记为一项专利 进行统计。
通过统计分析,得到全球主要国家或地区有关化学机械 抛光蓝宝石的专利申请量。
LED 用蓝宝石衬底抛光后湿法清洗研 究

( 1 . Y a n c h e n g C o l l e g e , J i a n g s u Y a n e h e n g 2 2 4 0 5 1 , C h i n a ; 2 . C h a n g z h o u U n i v e r s i t y , J i a n g s u C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 , C h i n a
3 , H u a l i n g Mo t o r B u s C o mp a n y L i m i t e d , A n h u i Ma ’ a n s h a n 2 4 3 0 6 1 , C h i n a )
Ab s t r a c t : L i g h t E m i t t i n g D i o d e i s t h o u g h t t h e p r i m a r y i l l u m i n a t i o n . w h i c h n e e d s h i g h - q u a l i t y s u b s t r t a e s t o g r o w a il f m o f
护作用。在使用表 面活性剂后再使用 H F溶液清洗, 衬底表 面颗粒数从 1 8降为 1 O , 但表 面存在腐蚀坑样的污染, 在 以表
面活性剂、 浓硫酸 、 H F溶液 的清洗顺序清洗后发现表 面颗粒数从 2 0降至 8 , 没有腐蚀坑样的污染存在 , 因此采用表 面活 性剂、 浓硫酸、 HF溶液的清洗顺序 可以得到好 的效果。
( 1 . 盐城工学院 , 江苏 盐城
蓝宝石化学机械抛光及清洗技术研究现状与存在问题分析论文

目
录
1 绪论......................................................................................................................................1 1.1 课题研究的意义 ..........................................................................................................1 1.2 蓝宝石的材料特性.......................................................................................................1 1.2.1 蓝宝石的晶体结构 .................................................................
蓝宝石抛光技术的研究进展

& 现已成为半导体加工行业的主导技术 ’
!67"
化学机械抛光的研 究 报 道 主 要 集 中 于 抛 光 工 艺 过 程 方 面’ 袁巨龙等 ( 王娟等
!88"
研究了蓝宝石衬底的化学
#- * 图$
#I * 抛光后的蓝宝石衬底的原子力显微镜图
!!"
机械抛光& 考虑了各种因素对抛光质量的影响’ 结果表 明 ) 采用锡抛光盘 & 9+:! 磨料 & 抛光速度为 ;%<=%* > *+0& 抛光压力为 !%7<$774? > ,*!& 抛光液浓度为 %<5@AB & 8$C7D
文献 !8!" 研究了不同种类磨料 %G.!:$( 单 晶 金 刚 石 和 多 晶金刚石 *( 不同 1F 值的抛光液 ( 不同晶面的蓝宝石对抛 光 表 面 质 量 的 影 响 & 结 果 表 明 ) 采 用 G.!:$ 磨 料 & 抛 光 液
表明&
化学机械抛光后的蓝宝石表 面 经 化 学 腐 蚀 处 理 有 助 于 提 高
,!-
. 在上述应用中! 蓝宝石零件必须有很
图( 蓝宝石机械抛光表面微观模型
,)-
高的表面质量 . 所以 ! 蓝宝 石 的 精 密 和 超 精 密 加 工 已 成 为 制造技术领域中的关键问题 . 本 文 在 综 合 归 纳 目 前 常 用 的 几种蓝宝石抛光方法的基础 上 ! 介 绍 近 几 年 出 现 的 一 种 新 型的抛光技术 & && 激光 抛 光 技 术 ! 并 与 传 统 的 抛 光 方 法 进 行比较 .
化学机械抛光技术研究现状及发展趋势

化学机械抛光技术研究现状及发展趋势
化学机械抛光技术是一种集化学反应和机械磨削于一体的表面处理技术。
目前,化学机械抛光技术已广泛应用于半导体、光电子、微机电系统、集成电路等领域的表面处理中。
化学机械抛光技术的发展趋势主要体现在以下几个方面:
1. 精度提高:随着微电子、微机电系统等领域对表面精度要求的不断提高,化学机械抛光技术也在不断提高其抛光精度,将来的发展方向将是实现高精度、高效率、低成本的表面处理。
2. 抛光液研发:化学机械抛光技术主要依赖于抛光液实现化学反应和机械磨削。
因此,对于抛光液的研发将是其未来的重要方向,需要研制出更加环保、高效、低成本的抛光液,以满足各种表面处理需求。
3. 自动化技术提升:随着自动化技术不断提升,化学机械抛光技术也将加速向智能化、自动化方向发展,以提高抛光效率和减少劳动力成本。
4. 适用范围扩大:化学机械抛光技术将不仅局限于半导体、微机电系统等领域,未来有望应用于更广泛的表面处理领域,如汽车制造、医疗器械、航空航天等领域。
综上所述,化学机械抛光技术是一种颇具发展前景的表面处理技术,随着相关技术的不断发展和研究,其应用领域和技术水平将得到进一步提高。
不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究

第42卷第6期人工晶体学报Vol.42No.62013年6月JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS June ,2013不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究熊伟,储向峰,董永平,毕磊,叶明富,孙文起(安徽工业大学化学化工学院,马鞍山243002)摘要:本文制备了几种含不同磨料(SiC 、Al 2O 3、不同粒径SiO 2)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 、Al 2O 3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110nm SiO 2的抛光液,材料的去除速率最高为41.6nm/min ,表面粗糙度Ra =2.3nm ;采用含1%粒径为80nm SiO 2的抛光液,材料的去除速率为36.5nm/min ,表面粗糙度最低Ra =1.2nm 。
关键词:蓝宝石;化学机械抛光;去除速率;表面粗糙度;磨料中图分类号:TN305.2文献标识码:A 文章编号:1000-985X (2013)06-1064-06收稿日期:2013-01-31;修订日期:2013-04-09基金项目:国家自然科学基金项目(50975002);安徽工业大学创新团队项目(TD201204);教育部高校留学回国人员科研项目作者简介:熊伟(1989-),男,湖北省人,硕士研究生。
E-mail :xwahut@126.com 通讯作者:储向峰,教授。
E-mail :xfchu99@ahut.edu.cn Effect of Different Abrasives on Sapphire Chemical-Mechanical PolishingXIONG Wei ,CHU Xiang-feng ,DONG Yong-ping ,BI Lei ,YE Ming-fu ,SUN Wen-qi(School of Chemistry and Chemical Engineering ,Anhui University of Technology ,Maanshan 243002,China )(Received 31January 2013,accepted 9April 2013)Abstract :In this work ,the effect of different abrasives (SiC ,Al 2O 3and various sizes of SiO 2)on thematerial removal rate (MRR)and the surface quality of sapphire substrate after the chemical mechanicalpolishing (CMP )was investigated.The average diameter and shape of the prepared abrasive particles werecharacterized by Mastersizer and atomic force microscopy (AFM ),respectively.The surface roughness ofsapphire substrate polished by different abrasive was measured by AFM.It was found that the lower removalrate and bad surface quality were obtained when SiC and Al 2O 3were chosen as the abrasive in the slurry.Under the same condition ,the MRRof sapphire substrate polished with 1wt%110nm SiO 2is 41.6nm /min ,but the material removal rate of sapphire substrate is 36.5nm /min ,when 80nm SiO 2is used asabrasive.The surface roughness of sapphire substrate polished with 1wt%110nm SiO 2is 2.3nm ,whilethe surface roughness of sapphire substrate polished with 1wt%80nm SiO 2is 1.2nm.Key words :sapphire ;chemical mechanical polish ;removal rate ;removal rate ;surface roughness ;abrasive1引言蓝宝石是LED 重要的衬底材料之一,作为LED 衬底的蓝宝石晶片表面必须达到超光滑无损伤的程度[1],研究表明器件的质量很大程度上依赖于衬底的表面加工工艺[2-5],因此蓝宝石晶片超光滑、少(或无)损伤的高效加工技术已经成为目前该行业急需解决的问题[6]。
蓝宝石衬底材料CMP抛光工艺研究

1引 言
作为继Si,GaAs之后的第三代半导体材料的 GaN,其在器件上的应用被视为20世纪90年代半 导体最重大的事件,它使半导体发光二极管和激光 器上了一个新的台阶。GaN是直接带隙半导体材 料,室温下禁带宽度为3.39 eV,因此近年来成为 国内外半导体材料及光电子器件的研究热点,但由 于Gab/体材料很难制备,所吼必须在其他衬底材 料上外延生长薄膜[1卅。
由河北工业大学微电子研究所研制的以水玻璃 为原料,通过离子交换制备的硅溶胶,现在已制得 大粒径硅溶胶,如图1所示。
图1 116.5 nm硅溶胶分布图(应用激光纳米粒度分析仪测试)
由上图可知,粒径主要为95.1~147.6 nm,且 分散度很小,几乎为单分散,分散度为1.0103。 4.3活性剂的作用
万方数据
●1日●
微纳电子技术 2006年第1期
纳米材料与结构
Nanomaterial&Structure
AIO(OH)3+3H+{:,AI%3H20 AIO(OH)+3H+coAP++2H20 但是酸性腐蚀设备,会产生金属离子,对微电 子本身污染较重,同时污染环境,对人体的危害也 较大,容易造成非均匀化腐蚀,影响局部平整度。 若采用碱性介质,反应物相对于酸来说,速率 较低,反应式为[6] A1203+20H—甘2A10-+H20
在抛光浆料中,研磨料是重要影响因素之一。 根据被抛光材料物化性质的不同可选用不同的研磨 料,常用研磨料主要有硅溶胶研磨料、氧化铈研磨 料和氧化铝研磨料。
由于抛光一般采用软垫,故在研磨料和被抛材 料作用下,抛光表面通常发生形变,这样抛光垫与 被抛材料问就存在两种情况:接触和非接触区域。 且由于抛光垫较软,非接触区域占优。非接触区域 的抛光效率决定了整个抛光片的抛光速率。粒径分 散度较大的研磨料中并不是所有颗粒都参与机械研 磨,而只有部分研磨料参与了机械磨削,称之为有 效研磨料。而其中粒径较小的研磨料虽然也在浆料 中,但并不参与机械研磨,将这一类研磨料定义为 无效研磨料。浆料中研磨料粒径和浓度的选择其实 取决于研磨料的分散度,若研磨料分散度较小,则 根据需要选择对应粒径大小研磨料即可,文献 [14]中指出,对于SiO:磨料来说,粒径在80 nm 时的去除速率最高;但对于粒径分散度较大的研磨 料,考虑到无效研磨料的存在,相同平均粒径情况
蓝宝石镜面化学机械抛光(CMP)理论研究

蓝宝石镜面化学机械抛光(CMP)理论研究CMP 是一个多相反应过程, 是机械作用与化学作用相互加强与促进的过程。
对于化学机械抛光, 研究发现其CMP 的动力学过程主要由以下几个步骤组成: ①反应剂分子从液体主体向待加工片外表面扩散( 外扩散) ; ②反应剂分子由外表面向内表面扩散其速率与质量附面层厚度相关, 在压力与抛光机旋转作用下, 附面层极小; ③反应物吸附在待加工片的表面; ④反应物在加工片表面上进行化学反应, 生成产物; ⑤产物从表面解吸; ⑥产物从反应层的内表面向外表面扩散; ⑦产物从反应层的外表面向主液体扩散。
本文进行CMP 实验大多使用东莞健行新材料生产的QM-501蓝宝石抛光液, 其表面化学活性很低。
QM-501蓝宝石抛光液是双电子层结构, 外层电子显负电荷。
由凝聚法制备的QM-501蓝宝石抛光液粒子表面富含硅羟基,研究还发现采用凝聚法制备的QM-501蓝宝石抛光液内部也富含有硅羟基, 正是这个特点, 使得凝聚法制备的抛光液黏度小, 硬度适中, 无棱角, 在CMP 时不会产生划伤。
为了达到更好的抛光效果保证表面高平整、低损伤、无污染, 必须在抛光过程中加快质量传递过程。
质量传递包括两个方面: 反应物及时到达表面和反应物及时脱离表面。
两个过程中的综合结果直接影响CMP 的速率与表面质量。
蓝宝石的CMP 过程区别于其他CMP 过程, 单晶Al2O3 组成物质的元素化合价已经达到最高, 其立方结构是: 一个Al 原子周围有三个O 原子, 一个O 原子周围连接着两个Al 原子, 这样形成六方密堆积型。
从化学反应式和蓝宝石的结构可以得出, 每生成一个AlO-2 就要断裂三个Al —O 键, 而且Al—O 键能非常高, 在蓝宝石化学机械抛光过程中, 化学作用是至关重要的。
但在研究过程中发现, 蓝宝石( 单晶Al2O3) 表面与抛光液中OH- 的反应过程与Al2O3 粉末与OH- 反应机理是不一样的, 它不只是简单的每个Al2O3 分子与OH- 反应生成AlO-2。
系统地分析了蓝宝石抛光工艺过程的性能参数

系统地分析了蓝宝石抛光工艺过程的性能参数第一篇:系统地分析了蓝宝石抛光工艺过程的性能参数地分析了工艺的性能,通过大量实验总结出了其影响并提出了优化方案。
结果表明,采用粒径为40nm、低分散度的SiO2溶胶磨料并配合以适当参数进行抛光,可以获得良好的表面状态和较高的去除速率,能够有效提高蓝宝石表面的性能及加工效率。
蓝宝石是世界五大名贵宝石之一,优质蓝宝石较为稀少,因此市场上蓝宝石的仿制品也很多。
本文通过对蓝宝石、堇青石、蓝色托帕石、海蓝宝石和蓝晶石的拉曼光谱进行测试与研究,得到蓝宝石具有由Al-O 振动引起的特征拉曼位移413cm-1,640cm-1和668cm-1;堇青石具有由Si-O振动引起的特征拉曼位移550cm-1,662cm-1,964cm-1和1176cm-1;海蓝宝石具有由Si-O振动引起的特征拉曼位移678cm-1,1064cm-1,1232cm-1;蓝色托帕石具有由Si-O振动引起的特征拉曼位移844cm-1和924cm-1;蓝晶石具有由Si-O引起的特征拉曼位移933cm-1和1133cm-1。
根据拉曼位移的位置和,可无损、快速、有效地区分蓝宝石、堇青石、海蓝宝石、蓝色托帕石和蓝晶石。
从效应发现以来,大量的理论和实验研究建立了各种,基于的原因,可能来自于作用在分子上的局域电场的增强或者分子极化率的改变,其理论机制模型中主要分为两大类:物理模型(电磁增强)和化学模型(非电磁增强)。
物理模型将SERS的产生归因于局域电场的增强,主要反映了金属材料本身的光学性质和金属表面的纳米结构性质;而化学模型侧重于分子极化率的改变,认为由分子的基态到金属费米能级附近的空电子态可以发生共振跃迁,从而改变分子的极化率,产生SERS效应。
化学模型主要与分子几何形状、电子结构、分子与基底的成键作用和表面环境密切相关。
第二篇:大理石抛光工艺分析[范文模版]大理石抛光工艺分析大理石国际统称云石,以其自然古朴的纹理,色泽鲜艳亮丽,被广泛用于建筑内饰墙面,由于大理石材质比较疏松,质地较软吸水率相对比较高。
蓝宝石基片超精密抛光技术研究进展

蓝宝石基片超精密抛光技术研究进展罗求发;陆静;徐西鹏【摘要】介绍了作为LED衬底材料使用的蓝宝石基片抛光方法的进展.通过介绍各种抛光技术所依靠的机械能、化学能、复合能和特种能场等的不同能场形式分析了当前不同蓝宝石基片抛光技术,如浮法抛光、磁流变抛光、水合抛光、化学机械抛光和激光抛光等的工艺原理和技术特点,指出当前现有加工方法的优缺点和发展进程.目前蓝宝石衬底的抛光质量已达到表面粗糙度为0.1nm、平面度为0.5μm.随着机械表面界面科学和加工工艺的不断进步,数字化、全自动和环境友好型的抛光技术是未来蓝宝石衬底加工的发展方向.%The progress on ultra-precision polishing technology for sapphire substrate used as LED substrate material has been introduced.Technical principles and characteristics of different polishing technologies for sapphire substrate,such as floatpolishing,magneto-rheological polishing,hydration polishing,CMP and laser polishing,have been analyzed through introduction of different forms of energy fields such as mechanical energy,chemical energy,complex energy and special energy on which the various kinds of polishing technologies rely.And the merit and demerit of the current processing methods and development process have been pointed out.At present,the polishing quality of sapphire substrate has reached a surface roughness of 0.1nm and flatness of 0.5um.With the continuous improvement of mechanical surface interface science and the processing technology,the digitalized,automatic and environment friendly polishing technology will be the future development direction of sapphire substrate processing.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2017(029)001【总页数】5页(P47-51)【关键词】蓝宝石基片;抛光工艺;化学机械抛光【作者】罗求发;陆静;徐西鹏【作者单位】华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心,福建厦门 361021;华侨大学制造工程研究院,福建厦门 361021;华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心,福建厦门 361021;华侨大学制造工程研究院,福建厦门 361021;华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心,福建厦门 361021;华侨大学制造工程研究院,福建厦门 361021【正文语种】中文【中图分类】TQ164蓝宝石以其高硬度、高熔点、透光性好、电绝缘性优良和化学性能稳定的特点而被广泛应用于机械、光学和信息等高技术领域[1-3]。
蓝宝石衬底化学机械抛光中材料去除特性的研究

蓝宝石衬底化学机械抛光中材料去除特性的研究高翔;周海;黄传锦;冯欢;崔志翔【摘要】衬底基片的化学机械抛光(CMP)同时兼顾材料去除率及衬底表面质量,在抛光过程中,化学作用与机械作用相辅相成同时参与抛光,化学作用与机械作用的平衡对能否得到满意的衬底表面有重要有意义。
针对蓝宝石衬底基片的CMP材料去除率进行了研究,分析了材料去除机理。
使用单因素实验法测得:压力的增加会导致材料去除率的增加,但当压力增加到某一点后,材料去除率的增加反而减缓,与此同时衬底基片表面粗糙度达到最小。
这一点附近的抛光参数可以达到机械与化学作用的平衡。
在实验中,当抛光压力为6kg时材料去除率达到80nm/min,表面粗糙度达到0.2nm。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2014(000)016【总页数】4页(P86-89)【关键词】蓝宝石衬底;CMP;材料去除率;压力;平衡【作者】高翔;周海;黄传锦;冯欢;崔志翔【作者单位】江苏大学,镇江212013;盐城工学院,盐城224051;盐城工学院,盐城224051;盐城工学院,盐城224051;盐城工学院,盐城224051【正文语种】中文【中图分类】TH1620 引言LED(Light Emitting Diode)已被广泛认为是下一代主要照明工具,相比于现在使用的白炽灯而言,其具有寿命长、节能、安全等优点。
目前其主要衬底材料为蓝宝石(Al2O3),经长晶、掏棒、切割、研磨、抛光等加工工艺后达到所需的表面质量。
抛光是衬底加工的最后工序,决定着衬底的表面质量。
化学机械抛光(chemical mechanical polishing CMP)是主要的抛光方法。
化学机械抛光是目前唯一兼顾全局与局部平坦化的抛光技术。
其加工过程为将衬底基片粘附在承片盘上,承片盘在一定的抛光压力下与表面覆盖着抛光垫的抛光盘接触,衬底基片与抛光垫做相对运动,并在其间加入由磨粒、活性剂等组成的抛光液[1]。
化学机械抛光技术研究现状与展望

第24卷第2期2009年4月 山东建筑大学学报JOURNAL OF SHANDO NG J I A NZ HU UN I V ERS IT Y Vol .24No .2Apr .2009收稿日期基金项目国家自然科学基金重点项目(U 635);山东省自然科学基金重点项目(Z F 6)作者简介张健(),女,山东东营人,山东建筑大学机电工程学院在读硕士,主要从事硬盘盘片的化学机械抛光研究文章编号:1673-7644(2009)02-0168-07化学机械抛光技术研究现状与展望张健,史宝军,杜运东,杨廷毅(山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101)摘要:化学机械抛光技术几乎是迄今唯一可以提供全局平面化的表面精加工技术,可广泛用于集成电路芯片、计算机硬磁盘、微型机械系统(M E M S )、光学玻璃等表面的平整化。
本文综述了C M P 的技术原理和C M P 设备及消耗品的研究现状,指出了C M P 急待解决的技术和理论问题,并对其发展方向进行了展望。
关键词:化学机械抛光;平整化;表面微加工;无颗粒抛光中图分类号:T H117 文献标识码:AAdvances and pr oble m s of che m i ca l m echan i ca l poli sh i n gZHANG J ian,SH IB ao 2jun,DU Yun 2dong,et a l .(School of Mechanica l and Elec tric Enginee ring,Shandong J ianzhu University,Jinan 250101,China )Ab stra ct :Chem ical m echanica l polishing (C MP )is the only finish m achining technique up t o date f or sur face gl obal p lanarization,which has been w idely used f or the p lana rizing of integrated c ircuits(I C)chip,hard disk,m icr o 2e lectr om echanica l syste m s (MEMS ),op tica l gla ss,e tc .I n this pape r,we re 2vie w the technical principle,equi pm ents and expendables used in C MP,and outline the technical and theor e tical pr oblem s which are p ressed f or s oluti on and give a f uture pr ospect of C MP .Key wor ds:chem ical m echanical polishing;p lana rization;surface m icr om achining;abrasive 2fr ee pol 2ishing0 引言在计算机硬盘技术中,存储密度从2003年以每年60%的速度快速上升,计算机磁头的飞行高度已降低到10nm 左右,并有进一步下降的要求,这就要求磁头及硬盘表面都必须超光滑,磁头、磁盘的表面粗糙度、波纹度和纳米划痕会影响磁头的飞行稳定性和表面抗腐蚀性,其中下一代磁盘要求表面划痕深度≤1n m ,粗糙度≤0.1nm 。
LED用蓝宝石衬底抛光技术进展_卓志国

磁流变液是一种新型的可控智能材料,是由磁敏微粒、表面 活性剂以及其他一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ添加剂按一定比例分散在基载液中形成的 悬浮液。当抛光液被喷洒至转轮的凹槽,并随着凹槽的转动进入 磁场区时,磁敏微粒被磁化,成链状或纤维状排列,这导致整个流 体的粘度增大,从而表现出类固体性质对晶片进行塑性切削加 工,随后又恢复液体状态,如图 1 所示。由于磁流变抛光属于可控
抛光主要以化学和机械作用将晶片表面材料去除,以获得 光洁、无晶格缺陷的表面,在这些加工方法中有的以机械作用为 主,如机械抛光、液体喷射抛光;有的以化学作用为主,如化学抛 光、水合抛光;或化学机械相平衡起作用,如化学机械抛光。
2 以机械作用为主的抛光方法
传统的抛光以机械抛光为主,主要采用比晶片材料硬的物
1 引言
单晶蓝宝石具有优良的物理和化学性质,如耐磨损、抗化学 腐蚀、光透过率高等,广泛用于光学透镜,同时蓝宝石单晶因为与 半导体 GaN 的晶格系数失配率较小、机械强度高、价格便宜等成 为发光二极管的主要衬底材料。而 GaN 膜的无缺陷生长很大程 度上依赖于蓝宝石晶片的表面加工质量,但高硬度和高化学稳定 性导致其难以加工。为获得无损伤层的晶片表面,人们提出各种 加工工艺以期能够获得更高的加工速率、加工质量,降低加工成 本,其中有些已经应用于大规模生产加工,有的还处于实验室阶 段。而在蓝宝石晶片的超精密加工中以抛光最为常用。
1991年ibm首次将化学机械抛光技术成功应用到dram的生产中后cmp引人注目地得到用其他任何平面化加工不能得到的表面形貌变化化学机械抛光时旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶片与抛光垫之间流动抛光液在抛光垫的传输和旋转离心力的作用下均匀分布其上在晶片和抛光垫之间形成一层液体薄膜液体中的化学成分与晶片产生化学反应生成一层比原材料软的反应层然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从蓝宝石晶片表面去除随流动的液体带走即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工
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目
录
1 绪论......................................................................................................................................1 1.1 课题研究的意义 ..........................................................................................................1 1.2 蓝宝石的材料特性.......................................................................................................1 1.2.1 蓝宝石的晶体结构 .............................................................................................1 1.2.2 单晶蓝宝石的机械性质 ......................................................................................1 1.2.3 单晶蓝宝石与二氧化硅的固相化学反应..............................................................2 1.3 蓝宝石化学机械抛光原理 ............................................................................................2 1.4 蓝宝石化学机械抛光研究现状 .....................................................................................3 1.5 蓝宝石清洗技术研究现状 ............................................................................................4 1.6 课题研究的内容 ..........................................................................................................4 2 蓝宝石晶片化学机械抛光运动参数分析 .................................................................................5 2.1 引言............................................................................................................................5 2.2 单面化学机械抛光运动过程分析及仿真 .......................................................................5 2.2.1 单面化学机械抛光加工机理 ...............................................................................5 2.2.2 抛光运动轨迹分析与仿真...................................................................................5 2.2.3 仿真结果及讨论.................................................................................................6 2.3 双面化学机械抛光运动过程分析及仿真 .......................................................................7 2.3.1 双面化学机械抛光加工机理 ...............................................................................7 2.3.2 抛光运动轨迹方程的建立...................................................................................7 2.3.3 ?a、ωp、ωt 及ωw 四者关系的确定.................................................................8 2.3.4 仿真结果及讨论.................................................................................................9 2.4 本章小结................................................................................................................... 10 3 抛光参数对材料去除率及粗糙度的影响 ............................................................................... 10 3.1 抛光设备的确定 ........................................................................................................ 10 3.11 抛光机.............................................................................................................. 10 3.12 抛光垫.............................................................................................................. 10 3.13 抛光液.............................................................................................................. 10 3.2 抛光参数对材料去除率及粗糙度的影响 ..................................................................... 11 3.2.1 SiO 2 的粒度对晶片抛光的影响........................................................................... 11 3.2.2 SiO2 的浓度对晶片抛光的影响.......................................................................... 11 3.2.3 抛光液的 pH 值性对晶片抛光的影响 ................................................................ 12 3.2.4 抛光液的温度对晶片抛光的影响 ...................................................................... 12 3.2.5 抛光压力对晶片抛光的影响 ............................................................................. 12 3.2.6 抛光盘的转速对晶片抛光的影响 ...................................................................... 13 3.3 本章小结................................................................................................................... 13 4 蓝宝石表面的清洗............................................................................................................... 13 4.1 引言.......................................................................................................................... 13 4.2 蓝宝石表面清洗原理 ................................................................................................. 14 4.2.1 蓝宝石表面状态与洁净度................................................................................. 14 4.2.2 吸附理论 .................................................................................................-Al2 O3 , a single crystal material, developed and industrialized with thedevelopment of communication and information industries recently, owns the excellent performances such as excellent rigidity, excellent chemical stability, higher heat exchange, excellent insulation and good mechanical capability ,etc. However,researches on a-Al2 O3 single crystal wafer around world are still lacking. a-Al2 O3 wafers are machined usually by chemical mechanical polishing in industry. Based on the investigation of the mechanical property of a-Al2 O3 crystal wafer and theory analysis of polishing movement tracks, this thesis discuss its mechanical of CMP,present its polishing characteristic and analyzes the effects of polishing condition parameters upon CMP. For selecting suitable CMP condition, the movement of polishing was modelingand simulation. For bosseyed polishing, the analysised results show that the reasonable rotating speed and distance between workpiece plate center and polishing plate center are 60rpm and 100mm. For polishing machine, which is drive by four-bar mechanism, the analytical results show that the scales between the pad and the wafer of rotating speed are variable. When the scale is more than two, the result is the best.For double-sided polishing, the scales between the wafer and the inner gear of rotating speed are also variable, When the value is between 0.79 to 1.4, the effect is the best. The CMP experiment was carried out systematically on a-Al2 O3 . The polishing surface roughness and material removal rate in different polishing conditions were measured and the effects of polishing pad material and its condition, pressure, rotating speed of the polishing plate, the type and size of abrasive, and the properties of the polishing slurry on the surface roughness and material removal rate were analysed in details. We get the best parameter in the process of CMP, such as the press of pad is 400Pa and the time is 15minutes when we grind. While we polish the wafers, the rotating of the pad should be 70rpm and the rotating of wafer should be 30rpm, the press of the pad should be 100Pa. Key word: a-Al2 O3 single crystal wafer; chemical mechanicalgrinding and polishing; movement modeling and stimulation