【摘要】：半導(dǎo)體晶片磁流變拋光是利用磁流變拋光液的磁流變效應(yīng)對(duì)晶片表面進(jìn)行超光滑平坦化加工的一種新型拋光方法,其中梯度磁場(chǎng)的形成是磁流變效應(yīng)產(chǎn)生的關(guān)鍵。磁場(chǎng)發(fā)生裝置是半導(dǎo)體晶片磁流變拋光設(shè)備中的核心裝置,用于在拋光區(qū)產(chǎn)生特定分布的梯度磁場(chǎng)。磁場(chǎng)發(fā)生裝置的性能對(duì)磁流變拋光設(shè)備的加工能力起著決定性的制約作用。在半導(dǎo)體晶片磁流變平面拋光中,永磁體集群式磁場(chǎng)發(fā)生裝置能夠有效兼顧拋光效率與拋光質(zhì)量,因而本文針對(duì)此類磁場(chǎng)發(fā)生裝置展開(kāi)了研究與設(shè)計(jì),建立了各設(shè)計(jì)參數(shù)與磁流變拋光液中磁場(chǎng)分布的解析模型,分析了各參數(shù)對(duì)磁流變拋光液中磁場(chǎng)的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究,確定了最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)和永磁體磁極排布方式,最終完成磁場(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)與制造。本文涉及的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:建立單一介質(zhì)中磁場(chǎng)發(fā)生裝置空間磁場(chǎng)的理論求解模型。在單永磁體空間磁場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置中多永磁體的空間磁場(chǎng)求解問(wèn)題,確立了磁場(chǎng)發(fā)生裝置在單介質(zhì)空間的磁場(chǎng)分布求解方法,并在此基礎(chǔ)上建立了磁場(chǎng)發(fā)生裝置在磁流變拋光液中磁場(chǎng)分布的理論分析模型。以所建立的理論分析模型為基礎(chǔ),進(jìn)一步研究了磁場(chǎng)發(fā)生裝置相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)與磁流變拋光液中磁場(chǎng)分布的映射關(guān)系。針對(duì)磁流變拋光液中磁場(chǎng)的求解問(wèn)題,提出了雙介質(zhì)雙界面空間磁場(chǎng)的鏡像法分析思路,建立了磁場(chǎng)發(fā)生裝置相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)與磁流變拋光液中磁場(chǎng)分布的映射模型,通過(guò)算例與仿真分析對(duì)比驗(yàn)證了該模型的正確性。在確定磁場(chǎng)發(fā)生裝置中影響磁流變拋光液中磁場(chǎng)的主要因素基礎(chǔ)上,分析了磁場(chǎng)發(fā)生裝置相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)磁流變拋光液中磁場(chǎng)的影響規(guī)律。由相關(guān)模型得到磁場(chǎng)發(fā)生裝置中各參數(shù)與磁流變拋光液中相關(guān)磁場(chǎng)參數(shù)間的對(duì)應(yīng)曲線;根據(jù)分析結(jié)果對(duì)永磁體磁極排布方式進(jìn)行初步篩選,確定磁場(chǎng)發(fā)生裝置相關(guān)參數(shù)的合理取值區(qū)間。為了優(yōu)化磁場(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)方案,提出了磁場(chǎng)發(fā)生裝置參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的求解方法。建立了磁場(chǎng)發(fā)生裝置參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型,并借助人工蜂群算法對(duì)兩種可行磁極排布下的磁場(chǎng)發(fā)生裝置參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了求解。結(jié)合實(shí)際需求,通過(guò)分析與對(duì)比得到了磁場(chǎng)發(fā)生裝置的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)和磁極排布方式,并最終根據(jù)相關(guān)參數(shù)與磁極排布方式對(duì)半導(dǎo)體晶片磁流變拋光的磁場(chǎng)發(fā)生裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)與試制驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN305.2
【圖文】：

ｌ緒論逡逑ｌ．ｉ研究背景及意NB逡逑隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以集成電路和光電子器件制造為代表的子和光電子制造產(chǎn)業(yè)，己成為當(dāng)今世界競(jìng)爭(zhēng)最激烈、發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)［１，２］。體材料（如：硅、鍺、砷化鎵和碳化硅）是集成電路的基礎(chǔ)，其優(yōu)異的物理學(xué)性能使之廣泛應(yīng)用于各種電子器件中，而電子器件日益提高的性能要求，其所需半導(dǎo)體元件的表面形狀精度、表面粗糙度以及亞表面損傷程度的要求來(lái)越高［３＿５］。一般作為集成電路基片所用的半導(dǎo)體晶片，如圖ｉ－ｉ所示，其表糙度要達(dá)到亞納米級(jí)水平，面形精度要控制在微米級(jí)，且無(wú)表面及亞表面損與變質(zhì)層［６７］。因此，相應(yīng)的高質(zhì)量光滑表面拋光技術(shù)成為現(xiàn)代半導(dǎo)體材料加術(shù)中重要的研宄部分。拋光作為半導(dǎo)體晶片加工中至關(guān)重要的一道工序，其導(dǎo)體晶片面質(zhì)量和可靠性的提升起著決定性作用。邐逡逑

１．２．１輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置現(xiàn)狀分析逡逑輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置的應(yīng)用與革新始于１９９５年美國(guó)羅切斯特大學(xué)光學(xué)中心逡逑（ＣＯＭ）對(duì)正置式輪式磁流變拋光設(shè)備的研制成功，如圖１－２所示，前蘇聯(lián)的逡逑Ｗ．Ｉ．Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ最早提出了這種輪式結(jié)構(gòu)［１９，２（）］。輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置和相應(yīng)磁流變拋逡逑光設(shè)備的發(fā)明使得磁流變拋光技術(shù)可以真正用于非球面光學(xué)元件的修形和拋光。逡逑１９９７年在ＣＯＭ對(duì)磁流變拋光技術(shù)研宄的基礎(chǔ)上，建立了邋ＱＥＤ公司，由此磁流變逡逑拋光便開(kāi)始了商業(yè)化道路，而隨著ＱＥＤ公司對(duì)輪式磁流變拋光設(shè)備的不斷推出，逡逑輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置在應(yīng)用過(guò)程中也越來(lái)越成熟，這也使得輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置成為逡逑了后續(xù)磁流變拋光研究者在磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)計(jì)中的主要借鑒對(duì)象［２１＿２３］。就公開(kāi)文逡逑獻(xiàn)而言，目前，國(guó)內(nèi)最早展開(kāi)輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置研究的是國(guó)防科技大學(xué)的彭小強(qiáng)逡逑等人；之后，清華大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)以及東華大學(xué)等又相續(xù)對(duì)輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置進(jìn)逡逑行了研究和拓展。逡逑ｉＳｙ逡逑Ｉ逡逑圖１－２第一臺(tái)輪式磁流變拋光原理樣機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋ｗｈｅｅｌｅｄ邋ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ逡逑輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置按工作形式分，可分為正置式輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置和倒置式逡逑輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置［２４］

逑W逡逑（ａ）倒置式輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置邐（ｂ）正置式輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置逡逑圖１－３兩種不同形式的輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｗｏ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｗｈｅｅｌｅｄ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｇｅｎｅｒａｔｏｒ逡逑不管是正置式輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置還是倒置式輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置其主要結(jié)構(gòu)都逡逑是由永磁體（或勵(lì)磁線圈），左右磁極以及托架等構(gòu)成，其中左右磁極最大的特點(diǎn)逡逑就是磁極端部為圓弧形，如圖１－４邋（ｂ）所示；圖１－４邋（ａ）是該輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置逡逑的工作原理圖，在拋光過(guò)程中，輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝置的弧形磁極端緊靠拋光輪并在逡逑其下方產(chǎn)生弧形分布的梯度磁場(chǎng)，液態(tài)磁流變拋光液從噴管中輸出經(jīng)拋光輪旋轉(zhuǎn)逡逑帶入拋光輪與工件間的狹小加工區(qū)域，在磁場(chǎng)的作用下液態(tài)磁流變拋光液會(huì)形成逡逑相應(yīng)的“柔性拋光膜”，并對(duì)半導(dǎo)體晶片材料產(chǎn)生去除作用［２６］。在輪式磁場(chǎng)發(fā)生裝逡逑置工作過(guò)程中，拋光輪上形成的“柔性?

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭永成;黃文;何建國(guó);;磁路結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對(duì)磁流變拋光區(qū)磁場(chǎng)的影響[J];磁性材料及器件;2015年06期

2 董國(guó)正;胡皓;李圣怡;陽(yáng)燦;;基于永磁體的小口徑磁流變拋光裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J];納米技術(shù)與精密工程;2015年04期

3 王永強(qiáng);尹韶輝;魏長(zhǎng)青;陳逢軍;羅虎;龔勝;;高效磁流變平整加工中的勵(lì)磁裝置優(yōu)化及試驗(yàn)研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年17期

4 潘繼生;閻秋生;路家斌;徐西鵬;陳森凱;;集群磁流變平面拋光加工技術(shù)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年01期

5 童和平;閻秋生;潘繼生;;一種電磁式集群磁流變電磁鐵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J];機(jī)電工程技術(shù);2012年10期

6 楊雪玲;蘇君;;磁流變拋光技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年24期

7 陳聰;李定國(guó);龔沈光;;鏡像法求淺海中靜態(tài)電偶極子在空氣中的電磁場(chǎng)[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2010年06期

8 鄭偉;劉靜;曾建潮;;人工蜂群算法及其在組合優(yōu)化中的應(yīng)用研究[J];太原科技大學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

9 楊建國(guó);李中會(huì);李蓓智;陶曉峰;;精密磁流變拋光裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2010年09期

10 石峰;戴一帆;彭小強(qiáng);宋辭;;高精度光學(xué)表面磁流變修形[J];光學(xué)精密工程;2009年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 王澤忠;盧斌先;王炳革;;恒定磁場(chǎng)鏡像法的三維表述[A];第二屆全國(guó)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 蘇凱凱;云制造環(huán)境下的制造資源優(yōu)化配置方法研究[D];北京交通大學(xué);2017年

2 李龍響;大口徑非球面磁流變加工的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2016年

3 王永強(qiáng);大拋光模磁流變超光滑平面拋光技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2016年

4 潘繼生;單晶SiC基片超精密磨粒加工機(jī)理研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2015年

5 白楊;磁流變拋光液的研制及去除函數(shù)穩(wěn)定性研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

6 白振偉;集群磁流變效應(yīng)拋光墊特性及其加工機(jī)理研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2014年

7 柴京富;集群磁流變效應(yīng)研磨刷研拋工具加工機(jī)理研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

8 王卓;光學(xué)材料加工亞表面損傷檢測(cè)及控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

9 孫希威;磁流變拋光機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 李智;組合磁流變拋光的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2016年

2 馬英鈞;基于人工蜂群算法的約束優(yōu)化問(wèn)題研究[D];華中師范大學(xué);2015年

3 李鑫;永磁體空間磁場(chǎng)分布規(guī)律及其在傳感器中的應(yīng)用[D];南京師范大學(xué);2015年

4 楊R

本文編號(hào)：2794945