【摘 要】
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本论文以典型的半导体晶圆为加工对象,针对传统磁流变抛光液存在的问题,对抛光液制备及性能进行了优化。基于磁库伦定律建立了抛光液的剪切应力-剪切速率模型,用于研究磁流变抛光液流变性能。利用流体动力学仿真的方法进行了不同抛光工艺参数下抛光液流变性能的研究,确定了影响抛光质量的关键因素。本论文的研究对抛光液的选料及制备、储存,抛光工艺参数的制定等提供了参考依据,主要内容及成果为:(1)面向半导体晶圆的磁流
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本论文以典型的半导体晶圆为加工对象,针对传统磁流变抛光液存在的问题,对抛光液制备及性能进行了优化。基于磁库伦定律建立了抛光液的剪切应力-剪切速率模型,用于研究磁流变抛光液流变性能。利用流体动力学仿真的方法进行了不同抛光工艺参数下抛光液流变性能的研究,确定了影响抛光质量的关键因素。本论文的研究对抛光液的选料及制备、储存,抛光工艺参数的制定等提供了参考依据,主要内容及成果为:(1)面向半导体晶圆的磁流变抛光液性能需求,开展了构成抛光液组分中磁性颗粒、磨粒、表面活性剂、触变剂等组分作用分析,提出了新的配比方式以改进各组分组合。制备过程中采用表面改性法与粘度基液法相结合的方式,以磁流变抛光液流变性、沉降稳定性以及抗氧化性为应用需求,通过合理利用搅拌及超声分散改进了磁流变抛光液的制备工艺,实现了重新分散后流变性与初始流变性一致,满足了特定使用需求。(2)根据磁偶极子理论,对磁流变抛光液的成链机制做出合理的假设,建立了磁性颗粒和磨粒的微观位置模型。基于磁库仑定律,计算出磁性颗粒发生滑移时需要的外部剪切应力,再引入指数分布,建立起磁流变抛光液的剪切应力-剪切速率模型。通过对模型中磁性颗粒、磨粒、磁场强度等变量对剪切应力影响的分析,得到了与实验数据基本的预测值,验证了该模型在指导抛光液的制备及抛光液剪切应力预测中的实用性。(3)运用ANSYS/Fluent建立起磁流变抛光过程的仿真模型,模拟了磁流变抛光液在抛光过程中的流变性。通过抛光头转速和抛光盘转速对抛光液扭矩和粘度影响的模拟,发现抛光盘转速对抛光液流变性影响较大,导致了粘度曲线的不规律性。实验表明,过高的抛光盘转速会使晶圆的表面质量下降,提高抛光头转速可以保持抛光液流变性能的同时得到高质量的晶圆表面。
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