氧化铈浆料中无机电解质的加入对ZF7玻璃抛光材料去除速率的显著促进作用

论文摘要

抛光粒子的微结构控制合成及抛光浆料的调配是化学机械抛光(CMP)领域的研究热点,其技术突破直接促进到超大规模集成电路和许多高精度光学器械的发展。本论文采用不同类型的无机电解质来调配氧化铈抛光浆料,评价其对ZF7玻璃抛光的材料去除速率(MRR)和表面质量(Ra),以及与浆料中粒子表面ZETA电位、粒度分布、悬浮稳定性之间的关系。确定了一些能有效提高ZF7玻璃抛光去除速率的方法,并讨论了产生促进作用的原因。实验结果证明:氯化钠的加入将使氧化铈浆料对ZF7玻璃抛光的MRR下降,而六偏磷酸钠则可使MRR值得到有效提高;当同时添加氯化钠和六偏磷酸钠,MRR值可以在六偏磷酸钠促进作用的基础上得到进一步增加,表现出明显的协同增强作用。用原子力显微镜(AFM)测定了最大MRR值(351.26nm/min)时被抛光玻璃的表面粗糙度R_a为0.799nm,完全可以满足高质量玻璃抛光的要求。与未加添加剂时的MRR值199.36 nm/min和R_a值0.754nm相比,前者提高了76.2%,后者仅增加5.6%。观察到MRR值与粒子表面ZETA电位值之间的线性关系,证明可以通过合理构筑粒子表面双电层来提高表面电性,进而提高抛光效果。其他1:1型电解质如:氯化铵、硝酸钠、硝酸铵也都表现出类似的规律。铈盐的添加可以达到成倍提高抛光MRR的效果,但与抛光时浆料pH值有着密切关系。当浆料pH值维持在4～4.5范围内,铈盐的添加可以在维持玻璃表面较好质量的前提下达到大幅提高MRR的效果,具有一定的工业应用价值。硝酸锌与硝酸铝的添加也可以一定程度提高MRR,且不论从提高幅度或是添加浓度变化都表现出相似之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 化学机械抛光及材料去除机理
• 1.1.1 化学机械抛光的研究进展及应用概况
• 1.1.2 化学机械抛光过程中的界面相互作用
• 1.1.3 化学机械抛光材料去除模型
• 1.2 ZF（重型火石）光学玻璃基本性质
• 1.2.1 光学玻璃的性能、分类及成分
• 1.2.2 ZF光学玻璃的水解及对去除速率的影响
• 1.2.3 提高ZF类光学玻璃化学稳定性的方法
• 1.3 CMP抛光浆料及调配方法
• 1.3.1 CMP粉体组成及其对抛光性能的影响
• 1.3.2 CMP抛光浆料的调配方法
• 1.3.3 改善浆料悬浮稳定性的途径及测试方法
• 1.4 最新研究动态与待解决的问题
• 1.4.1 抛光粉的合成
• 1.4.2 界面相互作用及性能优化途径
• 1.4.3 抛光浆料的调配
• 1.5 本研究的立项依据及待解决的问题
• 第二章 1:1型电解质与六偏磷酸钠对氧化铈抛光ZF7光学玻璃的协同促进作用
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂及仪器清单
• 2.2.2 抛光粉及浆料的制备
• 2.2.3 浆料Zeta电位、粒度及吸光度测定
• 2.2.4 抛光速率及玻璃表面质量检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 1:1型电解质及六偏磷酸钠添加对抛光去除速率的影响
• 2.3.2 氯化钠及六偏磷酸钠浓度对抛光去除速率的影响
• 2.3.3 1:1型电解质及六偏磷酸钠添加对光学玻璃表面质量的影响
• 2.3.4 1:1型电解质及六偏磷酸钠添加对粒子表面电性的影响
• 2.3.5 1:1型电解质及六偏磷酸钠添加对浆料稳定性的影响
• 2.3.6 1:1型电解质及六偏磷酸钠添加对浆料粒度的影响
• 2.3.7 促进作用机理分析
• 2.4 小结
• 第三章 其他电解质对氧化铈抛光ZF7光学玻璃的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂、仪器及参数测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 氧化铈浆料在不同pH值下对ZF7光学玻璃抛光的MRR值比较
• 3+的氧化铈浆料在不同pH值下对ZF7光学玻璃抛光的MRR值比较'>3.3.2 含Ce³⁺的氧化铈浆料在不同pH值下对ZF7光学玻璃抛光的MRR值比较
• 3+的氧化铈浆料在不同pH值下抛光的ZF7光学玻璃玻璃表面分析'>3.3.3 含Ce³⁺的氧化铈浆料在不同pH值下抛光的ZF7光学玻璃玻璃表面分析
• 3+的氧化铈浆料抛光ZF7光学玻璃时的速率稳定性'>3.3.4 含和不含Ce³⁺的氧化铈浆料抛光ZF7光学玻璃时的速率稳定性
• 3.3.5 铈盐浓度对氧化铈浆料抛光ZF7玻璃的影响
• 3.3.6 添加铈盐对氧化铈浆料粒度的影响
• 3.3.7 添加铈盐氧化铈浆料悬浮稳定性的影响
• 3.3.8 含硝酸铈的氧化铈浆料对不同光学玻璃的抛光速率比较
• 3.3.9 铝盐、锌盐对氧化铈抛光ZF7玻璃MRR的影响
• 3.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果