CVD金刚石膜化学机械抛光液的研制

论文摘要

金刚石具有优异的机械性能、热力学性能、光学性能、声学性能、半导体性能及化学惰性,作为一种全方位的多功能材料,在诸多领域具有非常广阔的应用前景。尽管CVD金刚石膜的问世缓解了天然金刚石储量极少和价格昂贵的问题,但它表面质量太差,很多情况下难以直接使用。因此金刚石膜的抛光技术已成为扩大金刚石膜应用的关键技术之一。在过去的近二十年中,大量的学者和工程人员对金刚石膜的抛光进行了深入的研究,探讨了多种抛光方法,建立了多种理论模型,取得了丰硕的研究成果。但这些抛光方法所能达到的表面粗糙度Ra停留在亚微米级,比如:电火花抛光、热化学抛光等,而且容易对金刚石膜的表面造成损伤,缺少一种超精密低损伤的抛光技术。因此学者们对于CVD金刚石膜的抛光技术的研究从未间断,不断涌现出新的理论和方法。本文采用一种化学机械抛光方法对CVD金刚石膜的抛光进行了研究,主要的研究内容和结论如下:(1)根据氧化还原电位选择10种氧化剂进行了抛光试验,研究了不同氧化剂对金刚石膜的材料去除率和表面粗糙度Ra的影响。根据试验结果,优选出了高锰酸钾作为抛光液的氧化剂。(2)选用硫酸、磷酸、三氯化铁等化学试剂作为添加剂进行了抛光对比试验,选择了材料去除率及表面粗糙度Ra均比较好的磷酸作为抛光液的添加剂。通过对磷酸的浓度进行优选,发现当磷酸的浓度为磷酸:去离子水=115ml:35ml时抛光效果最佳。(3)在确定了氧化剂和添加剂的基础上,对磨料的硬度、粒径进行了优选,试验结果表明:在粗加工时,采用粒径10μm的金刚石作为磨料,精加工时采用粒径2μm的碳化硼磨料可以获得最佳的效果。(4)对抛光盘的材料进行了优选,研究结果表明:在粗加工时宜采用耐磨损的碳化硼盘,而在精加工时宜采用硬度适中、载料能力强的玻璃盘。(5)最后通过正交试验研究了抛光的主要工艺参数,优化出了最佳工艺参数:抛光压力为0.35MPa,抛光盘转速为50r/min,配重块转速为70r/min,抛光温度为50℃。(6)采用优化工艺抛光后的金刚石膜表面,没有出现变质层或其他杂质,表面品质良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 金刚石膜抛光的研究现状
• 1.2.1 金刚石的性质
• 1.2.2 CVD金刚石膜的制备
• 1.2.3 CVD金刚石膜的抛光技术
• 1.3 课题来源、学术思想及预期达到的效果
• 1.4 主要研究内容
• 2 抛光液配制方案设计
• 2.1 影响金刚石膜CMP抛光质量的因素分析
• 2.2 配制方法规划
• 2.3 抛光液性能评价指标
• 2.3.1 材料去除率
• 2.3.2 表面粗糙度
• 2.4 试验检测设备与材料
• 2.4.1 试验检测设备
• 2.4.2 试验材料
• 2.5 抛光试验装置与金刚石膜的粘结方案
• 2.5.1 抛光试验装置
• 2.5.2 金刚石膜的粘结要求
• 2.5.3 金刚石膜的粘结方案设计
• 2.6 小结
• 3 抛光液主要成分选择
• 3.1 CVD金刚石膜的预处理
• 3.2 氧化剂的选择
• 3.2.1 氧化剂在金刚石膜CMP抛光液中的作用
• 3.2.2 试验条件与安排
• 3.2.3 试验结果与分析
• 3.3 添加剂的选择
• 3.3.1 试验条件及安排
• 3.3.2 试验结果与分析
• 3.4 添加剂浓度的选择
• 3.4.1 试验条件及安排
• 3.4.2 试验结果与分析
• 3.5 磨料的选择
• 3.5.1 磨料硬度的选择
• 3.5.2 磨料粒径的选择
• 3.6 小结
• 4 抛光盘材料的选择与抛光工艺研究
• 4.1 抛光盘的选择
• 4.1.1 试验条件及安排
• 4.1.2 试验结果与分析
• 4.2 抛光工艺研究
• 4.2.1 试验方案设计
• 4.2.2 正交试验安排
• 4.2.3 正交试验结果分析
• 4.3 表面质量分析
• 4.3.1 表面形貌分析
• 4.3.2 表面成分分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢