亚微米氧化铈的合成及抛光性能研究

作     者：常民民 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李永绣;李静

授予年度：2015年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：化学机械抛光 亚微米氧化铈 水热合成 机械化学反应法 抛光浆料 

摘      要：化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)是高精密光学器件和超大规模集成电路制造技术中最为有效的平坦化技术之一。随着高精尖技术的发展,对工件表面精度的要求越来越来高,对抛光材料颗粒大小和形貌也提出了更高的要求。本研究采用不同方法合成了不同粒径大小和形貌的亚微米氧化铈,并评价了它们抛光K9玻璃的材料去除速率(MRR)和表面质量(Ra),探讨了抛光效果与氧化铈的粒度分布、表面电位、悬浮稳定性的关系。利用XRD、SEM、TEM、激光粒度分析仪、Zeta电位仪等手段对以Ce(NO3)3.6H2O和PVP为原料,在不同水热条件下合成的前驱体进行了物相结构、表面形貌、粒度分布和颗粒表面电位的表征。研究了煅烧温度和气氛、分散剂等因素对氧化铈抛光粉粒度大小及其对K9玻璃抛光性能的影响。结果表明:通过调节合成pH值和水热合成温度与时间,可以方便地制备出不同粒径大小和形貌的氧化铈。在pH=5时180℃下水热合成24h,得到一次粒径8nm,团聚颗粒0.3μm的具有立方萤石结构的球形氧化铈。随着煅烧温度的提高,产物的结晶度提高,但抛光效果随煅烧温度的变化曲线在1050℃时最好。以碱式碳酸铈为原料,采用盐辅助的机械化学反应法,制备出了亚微米级氧化铈。煅烧后的样品在乙醇中球磨分散后可以得到粒度分布均匀,无团聚,颗粒形貌较好亚微米氧化铈颗粒,一次粒径为100nm左右。它们对K9玻璃的抛光实验结果表明:随着煅烧温度的提高,材料去除速率都是先增加而后再下降,最佳煅烧温度在1000℃。针对磁流变抛光液的严格要求,考察了不同种类的分散剂以及无机盐对氧化铈浆料悬浮稳定性的影响,并评价了它们对K9玻璃的抛光效果。结果表明:阴离子型和无机盐类的分散剂对提高浆料的悬浮稳定性有更好的效果。增加磁流变抛光的时间,可以提高玻璃的表面质量。