【摘要】：為了解決平面拋光加工中提高精度和效率的難題,根據(jù)中性微粒在非均勻電場(chǎng)中可以產(chǎn)生介電泳效應(yīng),提出了一種可以提高拋光均勻性和效率的介電泳拋光方法.討論了介電泳理論及拋光原理,運(yùn)用COMSOL軟件仿真分析了不同電極的電場(chǎng)線分布.仿真結(jié)果表明:圓環(huán)70~90mm電極形狀的電場(chǎng)線分布最不均勻.進(jìn)行了相應(yīng)電極的加工試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:使用圓環(huán)70~90mm電極時(shí)材料去除率最大,達(dá)到0.573mg/min,相比傳統(tǒng)CMP提升了19.9%.使用圓Φ60mm電極形狀,工件材料去除最均勻、拋光效率最高,2.5h可以將Φ76.2mm硅片全部拋亮,比傳統(tǒng)CMP提高了3.6倍,且最終表面粗糙度為0.97nm.在實(shí)際加工中,圓Φ60mm電極形狀最適合Φ76.2mm硅片的介電泳拋光.
【圖文】：

］采用一種微電極，依據(jù)介電特性的不同，將人類(lèi)乳癌細(xì)胞肌從正常的血細(xì)胞中分離出來(lái)；文獻(xiàn)［１０］利用介電泳效應(yīng)從血細(xì)胞中分離出了癌細(xì)胞，還將正常的老鼠紅血球從紅白血病細(xì)胞中分離出來(lái)，并改變應(yīng)用電場(chǎng)的頻率測(cè)試了這些細(xì)胞的介電特性．根據(jù)微納顆粒的介電泳效應(yīng)，本研究提出了一種介電泳拋光方法，將微納顆粒的介電泳效應(yīng)運(yùn)用到超精密拋光加工中．１介電泳拋光方法１．１介電泳原理介電泳是中性粒子在非均勻電場(chǎng)中被極化，進(jìn)而誘導(dǎo)出電偶極子，從而產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象［１１］．如圖１所示，中性粒子中的正、負(fù)電荷處于電場(chǎng)強(qiáng)度不同的位置，電場(chǎng)較強(qiáng)的一端受到較大的電場(chǎng)力，作用力之差使粒子被拉向強(qiáng)電場(chǎng)的方向，并沿電場(chǎng)強(qiáng)度變化的方向作直線位移運(yùn)動(dòng)，即介電泳．圖１介電泳原理介電泳力ＦＤＥＰ的計(jì)算模型為［１２］ＦＤＥＰ＝２πε１Ｒ３Ｒｅ［Ｋ（ω）］鄀Ｅ２ｒｍｓ，（１）式中：ε１為溶液的介電常數(shù)；Ｒ為粒子的半徑；Ｒｅ［Ｋ（ω）］為克勞修斯－莫索提因子的實(shí)部（ＣＭ因子的實(shí)部）；鄀Ｅ２ｒｍｓ為電場(chǎng)平方的梯度；Ｋ（ω）＝（ε＊２－ε＊１）／（ε＊２＋２ε＊１），（２）ε＊＝ε－ｉσ／ω，（３）ε＊２為粒子的復(fù)介電常數(shù)，ε＊１為溶液的復(fù)介電常數(shù)，ω為電場(chǎng)角頻率，σ為電導(dǎo)率；ε＊和ε分別為復(fù)介電常數(shù)和介電常數(shù)．根據(jù)式（１）～（３）可知，介電泳力的大小與溶液的介電常數(shù)ε１、粒子的半徑Ｒ、ＣＭ因子的實(shí)部和電場(chǎng)平方的梯度鄀Ｅ２ｒｍｓ有關(guān)．當(dāng)

．根據(jù)式（１）～（３）可知，介電泳力的大小與溶液的介電常數(shù)ε１、粒子的半徑Ｒ、ＣＭ因子的實(shí)部和電場(chǎng)平方的梯度鄀Ｅ２ｒｍｓ有關(guān)．當(dāng)選定拋光液時(shí)，ε１和Ｒ為定值，影響介電泳力大小的因素僅為ＣＭ和鄀Ｅ２ｒｍｓ．鄀Ｅ２ｒｍｓ的大小與電場(chǎng)分布均勻性有關(guān)，即電場(chǎng)線分布越均勻，鄀Ｅ２ｒｍｓ值越�。浑妶�(chǎng)線分布越不均勻，鄀Ｅ２ｒｍｓ值越大，因此分析極板間電場(chǎng)線的分布十分必要．１．２介電泳拋光原理介電泳拋光設(shè)備如圖２所示，在傳統(tǒng)平面拋光設(shè)備的上下拋光盤(pán)中加入非對(duì)稱的電極，高壓電源通過(guò)電刷與上下盤(pán)中電極相連，使拋光區(qū)域形成非均勻電場(chǎng)，利用磨粒的介電泳效應(yīng)進(jìn)行拋光加工．磨粒在非均勻電場(chǎng)中被極化，受到介電泳力的作用向電極方向移動(dòng)，使參與拋光加工的磨粒數(shù)量增加；同時(shí)，運(yùn)動(dòng)的磨粒使拋光液與工件接觸區(qū)域的壓力增大，進(jìn)而工件的材料去除率增大．另一方面，增大的壓力可以減慢拋光液受到離心力被甩出加工區(qū)域的時(shí)間，進(jìn)而改善拋光液因受離心力而分布不均勻的問(wèn)題，使拋光液與所加工表面形成較大的接觸面積，提高拋光加工的均勻性．因此，利用磨粒的介電泳效應(yīng)，可直接提高工件的加工表面質(zhì)量和加工效率．圖２介電泳拋光設(shè)備示意圖２電極形狀仿真分析拋光加工時(shí)，電極分別被放置在上下盤(pán)中，，并通過(guò)絕緣層與工件、拋光液隔絕，在加工區(qū)域形成非均勻電場(chǎng)，輔助拋光加工．用ＣＯＭＳＯＬ軟件仿真４種電極形狀電場(chǎng)區(qū)域的電場(chǎng)線分布，分析比較不同電極形狀電場(chǎng)線分布的均勻性，電場(chǎng)分布越不均勻介電泳力越大．上極板形狀分別為２種環(huán)形，２種圓形，下極板均相同
【作者單位】： 浙江工業(yè)大學(xué)超精密加工研究中心;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51275746,51275272) 浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY15E050022,LY17E050022) 浙江省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(2011R50011-06)
【分類(lèi)號(hào)】：TG580.692

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本文編號(hào)：2517219