【摘要】：隨著國(guó)家汽車(chē)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(jī)械拋光(CMP)針對(duì)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(shí)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(guó)研究學(xué)者的廣泛關(guān)注�；瘜W(xué)機(jī)械拋光技術(shù)包括化學(xué)作用和機(jī)械作用。因此,拋光過(guò)程中不僅需要考慮化學(xué)作用和機(jī)械作用單獨(dú)作用效果,還要研究化學(xué)機(jī)械的協(xié)同作用效果。本文分別研究化學(xué)作用、機(jī)械作用及化學(xué)機(jī)械協(xié)同作用對(duì)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(jī)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(lái)改變工件表面層機(jī)械性能。其中,改性層厚度和硬度會(huì)影響機(jī)械去除時(shí)磨粒去除深度,進(jìn)而影響CMP的材料去除率。因此,為分析化學(xué)作用對(duì)改性層厚度的影響,基于表面擴(kuò)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(jìn)行過(guò)氧化氫改性碳化硅實(shí)驗(yàn),研究分別改變時(shí)間、濃度和溫度等參數(shù)時(shí)的改性層厚度�；诒∧ちW(xué)原理,對(duì)改性層進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn),獲得改性層硬度隨壓頭壓入深度變化曲線,與后期機(jī)械作用的磨粒壓入工件深度建立聯(lián)系,從而分析改性過(guò)程對(duì)材料去除率的影響。(2)研究機(jī)械作用去除機(jī)理。機(jī)械去除過(guò)程中,拋光墊和磨粒性質(zhì)均會(huì)對(duì)工件材料去除產(chǎn)生影響。對(duì)拋光墊表面進(jìn)行特征高度建模,對(duì)磨粒進(jìn)行受力分析,研究拋光墊性質(zhì)、磨粒粒徑和法向壓力對(duì)單顆磨粒壓入工件深度的影響。建立上下拋光盤(pán)的相對(duì)速度模型,研究單顆磨粒去除體積模型。計(jì)算拋光去除過(guò)程中的瞬時(shí)有效磨粒數(shù),將單顆磨粒去除深度按瞬時(shí)有效磨粒數(shù)進(jìn)行累加,獲得多顆磨粒材料去除深度,對(duì)其進(jìn)行積分可得材料去除率。此模型不只預(yù)測(cè)壓力和速度等工藝參數(shù)對(duì)材料去除的影響,還真實(shí)的反應(yīng)了拋光過(guò)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(duì)材料去除的影響。通過(guò)改變拋光過(guò)程的壓力和速度,對(duì)碳化硅材料進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn),獲得壓力和轉(zhuǎn)速對(duì)材料去除的影響,從而驗(yàn)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(duì)單顆磨粒作用的材料去除過(guò)程進(jìn)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(lái)描述拋光后工件表面強(qiáng)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(lèi)等因素對(duì)殘余應(yīng)力,PEEQ和剖面高度的影響。進(jìn)行NiP拋光實(shí)驗(yàn),獲得壓力、轉(zhuǎn)速和粒徑等參數(shù)對(duì)拋光后表面質(zhì)量的影響,從而驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性。(4)化學(xué)機(jī)械協(xié)同作用實(shí)驗(yàn)。在化學(xué)和機(jī)械作用基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究化學(xué)機(jī)械協(xié)同作用影響效果。改性過(guò)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(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)研究磨粒性質(zhì)、拋光液中離子添加劑種類(lèi)、濃度和拋光液的化學(xué)性質(zhì)等對(duì)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(jī)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(shí)，SiC 具有很大脆性，拋光過(guò)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(duì) SiC 材料進(jìn)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(duì)比圖反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(RB-SiC)強(qiáng)度高，，硬度高，熱膨脹系數(shù)小，致密性高，且易進(jìn)行輕量化，是太空望遠(yuǎn)鏡基體平臺(tái)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ163.4

【參考文獻(xiàn)】

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3 賈英茜;牛新環(huán);王現(xiàn)彬;;鎢CMP中堿性?huà)伖庖航M分間化學(xué)作用及其影響[J];微納電子技術(shù);2015年05期

4 鐘靜;魏昕;謝小柱;楊向東;;CMP過(guò)程中拋光墊表面溝槽對(duì)液膜厚度影響研究[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2015年05期

5 王彤彤;;提高反應(yīng)燒結(jié)碳化硅反射鏡光學(xué)性能的研究[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2014年09期

6 葉常青;吳振偉;王小偉;管法東;;碳化硅陶瓷材料的制備工藝和應(yīng)用研究進(jìn)展[J];信息記錄材料;2014年04期

7 齊光;許艷軍;劉炳強(qiáng);;空間相機(jī)反射鏡SiC/Al支撐板輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];紅外與激光工程;2014年07期

8 彭進(jìn);夏琳;鄒文俊;;化學(xué)機(jī)械拋光液的發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向[J];表面技術(shù);2012年04期

9 閆勇;金光;;RB-SiC反射鏡的材料制備、表面改性及非球面加工[J];光學(xué)精密工程;2011年08期

10 耿連福;高順喜;李美巖;;難加工材料的切削加工性研究與實(shí)踐[J];煤礦機(jī)械;2009年07期

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2 沈新民;燒結(jié)碳化硅光學(xué)零件的氧化輔助拋光機(jī)理研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

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1 林廣川;化學(xué)機(jī)械拋光中顆粒運(yùn)動(dòng)與材料去除的實(shí)驗(yàn)研究[D];清華大學(xué);2015年

2 馬磊;碳化硅光學(xué)材料芬頓輔助拋光機(jī)理與工藝研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

3 鄭磊;SIC晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安理工大學(xué);2010年

4 熊偉;化學(xué)機(jī)械拋光中拋光墊的作用研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2686468