脉冲磁场辅助磁性复合磨粒化学机械抛光工艺研究

论文摘要

磁性复合磨粒化学机械抛光（Magnetic Composite Abrasive Chemical Mechanical Polishing,MCA-CMP）是一种新型化学机械抛光技术,它采用硬质抛光器在磁场辅助作用下,利用传统抛光液的磨粒与磁性聚合物微球形成的磁性复合磨粒,实现材料的去除作用。辅助磁场促进了硬质抛光器对磁性复合磨粒的把持,降低了磨粒尺寸与抛光器微观形貌的依赖性。在MCA-CMP已有研究中发现,磁性磨粒在恒定磁场作用下易发生聚集,制约了材料去除率的进一步提高。本文主要针对MCA-CMP过程中恒定磁场作用下磁性磨粒发生聚集的问题,对磁场作用下流场中磁性微球分布形态进行了分析,并采用脉冲辅助磁场进行了抛光工艺的改进。本文的主要工作和成果如下:1.根据MCA-CMP抛光基本原理,通过改造现有抛光机结构,搭建了脉冲磁场辅助化学机械抛光实验平台。2.根据抛光工艺要求,通过理论计算设计出了适合MCA-CMP的脉冲电磁发生装置,并采用ANSYS软件对装置磁场的分布进行了模拟分析。3.磁场作用可以使磁性磨粒短时间内沉积在抛光器底面;磁场强度越大,越有利于磁性磨粒沉积在抛光器表面,但持续作用会造成磁性磨粒的聚集现象;一定频率的脉冲磁场作用,可避免大量磨粒聚集而阻碍抛光液的流动,实现了磨粒从近抛光区域顺利进入抛光区域。4.脉冲磁场辅助磁性复合磨粒硅片化学机械抛光实验结果表明:一定频率及占空比的脉冲磁场作用能实现较高的材料去除率,抛光速率的提高跟脉冲磁场的周期内作用与间歇的协调程度有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 CMP技术简介
• 1.2.2 CMP技术发展及国内外研究现状
• 1.2.3 复合磨粒CMP及研究现状
• 1.3 磁场辅助精密加工技术
• 1.4 MCA-CMP简介
• 1.5 本论文主要研究目的及内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 适合MCA-CMP的脉冲磁场发生装置
• 2.1 脉冲磁场辅助复合磨粒CMP实验装置设计思想
• 2.2 电磁学基本知识
• i和磁化强度M'>2.2.1 磁矩m_i和磁化强度M
• 2.2.2 磁场强度H和磁感应强度B
• 2.2.3 麦克斯韦方程
• 2.2.4 磁路基本理论
• 2.2.5 磁性材料基本性质
• 2.3 磁场发生装置的设计
• 2.3.1 脉冲磁场发生系统
• 2.3.2 实验装置总体结构
• 2.3.3 磁路工程设计
• 2.4 电磁发生装置的有限元模拟分析
• 2.4.1 ANSYS软件及电磁场模块简介
• 2.4.2 三维静态磁场分析
• 2.4.3 模拟结果与分析
• 2.4.4 模拟结果与实际情况的比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁场作用下磁性微球分布形态研究
• 3.1 磁性微球及所受磁力
• 3.1.1 磁性聚合物微球简介
• 3.1.2 磁性微球所受磁力
• 3.2 磁性微球受力分析
• 3.3 实验方案及设备
• 3.3.1 实验目的及原理
• 3.3.2 高速摄影设备
• 3.3.3 实验平台
• 3.3.4 实验方案
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 磁场对磨粒分布的影响
• 3.4.2 磁场大小对磨粒分布的影响
• 3.4.3 磨粒的聚集
• 3.4.4 脉冲磁场下磁性微球的分布状态
• 3.5 磨粒运动轨迹的流场模拟
• 3.5.1 流体有限元软件FLUENT简介
• 3.5.2 离散相模型概述
• 3.5.3 模型建立及求解
• 3.5.4 求解结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 脉冲磁场下磁性复合磨粒CMP实验
• 4.1 试验设备及材料
• 4.1.1 实验设备
• 4.1.2 实验材料
• 4.2 试验方法
• 4.3 试验安排
• 4.4 试验结果与分析
• 4.4.1 脉冲磁场辅助复合磨粒CMP可行性验证
• 4.4.2 脉冲磁场频率对抛光去除率的影响
• 4.4.3 脉冲磁场占空比对抛光去除率的影响
• 4.5 抛光后工件表面质量
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果