蓝宝石CMP加工机理与工艺技术的研究

摘要

单晶蓝宝石具有良好的物理、化学和光学特性,在微电子、工业、国防、科研以及GaN晶片LED衬底领域得到越来越广泛的作用。随着科学技术的不断发展,对于蓝宝石晶片的加工精度以及表面质量要求越来越高,因此蓝宝石的高效低损加工工艺成为阻碍蓝宝石工业发展的主要障碍。针对以上问题,本文用超精密双面抛光机对蓝宝石进行双面化学机械抛光加工。该方法加工设备比较简单,利于批量生产,且得到的材料表面精度和加工效率较高,能实现低成本、高效率的精密加工。本文的主要研究工作如下几个方面:1.在蓝宝石抛光中,从动力学过程分析机械作用与化学作用的互相联系。用接触力学和流体动力学理论来建立抛光垫、工件以及磨粒之间的CMP模型,分析磨粒的机械作用机理。并通过抛光液对蓝宝石的化学作用分析CMP加工对蓝宝石表面的影响。2.为提高蓝宝石的去除率和改善表面质量,在超精密双面抛光机上进行蓝宝石CMP双面抛光加工实验。选取不同的抛光液对蓝宝石进行CMP加工,得到由SiO2硅溶胶作为磨料的F/AO抛光液比较适合作为蓝宝石加工的抛光液。同时研究了抛光盘转速、抛光压力、抛光液浓度工艺参数对蓝宝石晶片去除率和表面质量的影响,通过实验对比理想的工艺参数。3.采用BP神经网络和MATLAB的仿真,建立蓝宝石材料去除率的预测模型,可以实现不同的加工参数下的蓝宝石去除率的预测。4.采用较佳的加工参数对蓝宝石进行优化实验,得到的蓝宝石晶片去除率比较高且表面达到镜面要求。金相显微镜与白光干涉仪对优化抛光后的蓝宝石晶片表面形貌进行了检测与分析,经过优化抛光后的晶片表面质量有了明显的提高,基本没有划痕,腐蚀坑等缺陷,也得到了比较好的表面的粗糙度。