【摘要】：隨著國家汽車工業(yè)、電子信息、航空航天和軍事等領(lǐng)域的不斷發(fā)展,碳化硅材料由其優(yōu)異性能得到廣泛的應(yīng)用。然而,碳化硅材料硬度高,脆性大,具有難加工的特性�；瘜W(xué)機械拋光(CMP)針對硬脆性材料可以提高材料去除率,縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,同時基于“軟磨硬”原理,使得拋光后工件具有較好的表面質(zhì)量。因此,CMP獲得各國研究學(xué)者的廣泛關(guān)注�；瘜W(xué)機械拋光技術(shù)包括化學(xué)作用和機械作用。因此,拋光過程中不僅需要考慮化學(xué)作用和機械作用單獨作用效果,還要研究化學(xué)機械的協(xié)同作用效果。本文分別研究化學(xué)作用、機械作用及化學(xué)機械協(xié)同作用對碳化硅材料去除率的影響。本文主要研究工作如下:(1)研究化學(xué)改性機理。改性為利用化學(xué)試劑與工件表面層材料發(fā)生反應(yīng),來改變工件表面層機械性能。其中,改性層厚度和硬度會影響機械去除時磨粒去除深度,進而影響CMP的材料去除率。因此,為分析化學(xué)作用對改性層厚度的影響,基于表面擴散原理和氧化模型建立化學(xué)改性速率模型,獲得改性速率先線性后拋物線變化規(guī)律。并進行過氧化氫改性碳化硅實驗,研究分別改變時間、濃度和溫度等參數(shù)時的改性層厚度�；诒∧ちW(xué)原理,對改性層進行納米壓痕實驗,獲得改性層硬度隨壓頭壓入深度變化曲線,與后期機械作用的磨粒壓入工件深度建立聯(lián)系,從而分析改性過程對材料去除率的影響。(2)研究機械作用去除機理。機械去除過程中,拋光墊和磨粒性質(zhì)均會對工件材料去除產(chǎn)生影響。對拋光墊表面進行特征高度建模,對磨粒進行受力分析,研究拋光墊性質(zhì)、磨粒粒徑和法向壓力對單顆磨粒壓入工件深度的影響。建立上下拋光盤的相對速度模型,研究單顆磨粒去除體積模型。計算拋光去除過程中的瞬時有效磨粒數(shù),將單顆磨粒去除深度按瞬時有效磨粒數(shù)進行累加,獲得多顆磨粒材料去除深度,對其進行積分可得材料去除率。此模型不只預(yù)測壓力和速度等工藝參數(shù)對材料去除的影響,還真實的反應(yīng)了拋光過程中拋光墊表面廓形、拋光墊承載磨粒能力、磨粒粒徑、磨粒體積比濃度以及工件表面硬度對材料去除的影響。通過改變拋光過程的壓力和速度,對碳化硅材料進行去除實驗,獲得壓力和轉(zhuǎn)速對材料去除的影響,從而驗證模型準(zhǔn)確性。(3)材料去除仿真研究。單顆磨粒去除為材料去除的基礎(chǔ),本文采用ABAQUS軟件對單顆磨粒作用的材料去除過程進行仿真。分別用殘余應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變(PEEQ)和剖面高度來描述拋光后工件表面強度、材料去除量和拋光后工件表面質(zhì)量,獲得了壓力、轉(zhuǎn)速、磨粒粒徑和種類等因素對殘余應(yīng)力,PEEQ和剖面高度的影響。進行NiP拋光實驗,獲得壓力、轉(zhuǎn)速和粒徑等參數(shù)對拋光后表面質(zhì)量的影響,從而驗證仿真的準(zhǔn)確性。(4)化學(xué)機械協(xié)同作用實驗。在化學(xué)和機械作用基礎(chǔ)上,通過實驗研究化學(xué)機械協(xié)同作用影響效果。改性過程可有效降低工件表面硬度,使得磨粒壓入工件改性層的深度變大,導(dǎo)致材料去除率增加。研究改性層生成速率與單位時間內(nèi)磨粒去除厚度的關(guān)系,探索在化學(xué)作用下,拋光去除層材料為改性層或碳化硅基體。通過實驗研究磨粒性質(zhì)、拋光液中離子添加劑種類、濃度和拋光液的化學(xué)性質(zhì)等對材料去除率的影響。獲得在最佳拋光壓力和轉(zhuǎn)速下,化學(xué)機械協(xié)同作用的最優(yōu)拋光液組分。
【圖文】：

圖 1.1 碳化硅材料的應(yīng)用領(lǐng)域但由于 SiC 材料硬度高，僅次于金剛石，傳統(tǒng)加工方式的拋光效率低，表面平整度差[10-12]。同時，SiC 具有很大脆性，拋光過程中極易產(chǎn)生裂紋，從而導(dǎo)致不規(guī)則脆性斷裂。因此需要對 SiC 材料進行表面處理，改變其表面性質(zhì)，降低表

圖 1.3 SiC 反射鏡圖片 圖 1.4 各種半導(dǎo)體材料性質(zhì)對比圖反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(RB-SiC)強度高，，硬度高，熱膨脹系數(shù)小，致密性高，且易進行輕量化，是太空望遠(yuǎn)鏡基體平臺和鏡頭的主要研究材料。相同直徑的 RB-SiC(reaction bonded-SiC)工件比微晶玻璃質(zhì)量輕，比鋁的熱膨脹系數(shù)低，穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ163.4

【參考文獻】

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本文編號：2686468