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精细雾化抛光TFT-LCD玻璃基板的抛光液研制

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材料科学与工程学报 2015年第3期33卷 438-441页

作者：莫益栋李庆忠江南大学机械工程学院江苏无锡214122

以混合磨料氧化铈和氧化硅、pH调节剂羟乙基乙二胺、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮为原料配制抛光液,通过对TFT-LCD玻璃基板进行超声波精细雾化化学机械抛光的正交试验研究,优化了抛光液的成分,并对传统抛光和雾化抛光进行了对比。结果表明... 详细信息

以混合磨料氧化铈和氧化硅、pH调节剂羟乙基乙二胺、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮为原料配制抛光液,通过对TFT-LCD玻璃基板进行超声波精细雾化化学机械抛光的正交试验研究,优化了抛光液的成分,并对传统抛光和雾化抛光进行了对比。结果表明:当氧化铈和氧化硅的质量分数分别为4%和10%、pH值为11、表面活性剂的质量分数为1.5%时,材料去除率MRR为215nm/min,表面粗糙度Ra为1.6nm。在相同的试验条件下,传统抛光的去除率和表面粗糙度分别为304nm/min和1.5nm;虽然雾化抛光去除率略低于传统抛光,但抛光液用量仅为传统的1/8。

关键词：化学机械抛光玻璃基板精细雾化抛光液正交试验

精细雾化抛光氮化硅陶瓷的抛光液配制参数优化

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材料科学与工程学报 2018年第2期36卷 282-285页

作者：李庆忠高渊魁朱强江南大学机械工程学院江苏无锡214122

采用超声精细雾化施液抛光对氮化硅陶瓷基体进行抛光,研究了不同的pH值、磨料浓度以及氧化剂含量对氮化硅陶瓷基体抛光的材料去除率的影响,优化了pH值、磨料浓度及氧化剂含量,并与传统的化学机械抛光进行了对比。结果表明:当二氧化硅磨... 详细信息

采用超声精细雾化施液抛光对氮化硅陶瓷基体进行抛光,研究了不同的pH值、磨料浓度以及氧化剂含量对氮化硅陶瓷基体抛光的材料去除率的影响,优化了pH值、磨料浓度及氧化剂含量,并与传统的化学机械抛光进行了对比。结果表明:当二氧化硅磨粒质量分数为5wt%,氧化剂含量为1wt%,pH值为8时,材料去除率MRR为108.24nm/min且表面粗糙度Ra为3.39nm。在相同的抛光参数下,传统化学机械抛光的材料去除率MRR为125nm/min,表面粗糙度Ra为2.13nm;精细雾化抛光的材料去除率及表面粗糙度与传统抛光接近,但精细雾化抛光所用抛光液用量仅为传统抛光所用抛光液用量的1/9。

关键词：化学机械抛光 pH值 SiO2磨料精细雾化氮化硅陶瓷

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精细雾化抛光TC4钛合金抛光液优化研究

润滑与密封 2022年第10期47卷 65-70页

作者：杨思远苑晓策李庆忠江南大学机械工程学院江苏无锡214122

配制适用于TC4钛合金雾化施液抛光的特种抛光液,通过抛光实验获得纳米级的光滑钛合金表面。研究不同磨料、氧化剂和络合剂含量对钛合金材料去除率和表面粗糙度的影响,通过正交试验优化抛光液组成及配比。优化后的抛光液由质量分数20%的S... 详细信息

配制适用于TC4钛合金雾化施液抛光的特种抛光液,通过抛光实验获得纳米级的光滑钛合金表面。研究不同磨料、氧化剂和络合剂含量对钛合金材料去除率和表面粗糙度的影响,通过正交试验优化抛光液组成及配比。优化后的抛光液由质量分数20%的SiO_(2)磨料、0.1%的柠檬酸、1%的聚乙二醇-400、2%的H_(2)O_(2)组成,pH值为4。抛光试验结果表明,优化后抛光液的抛光效果较好,材料去除率及试件表面质量均有所提升,其中材料去除率为549.87 nm/min,表面粗糙度为0.678 nm。XPS分析表明,抛光过程中钛合金表层在酸性环境下与H_(2)O_(2)和柠檬酸反应,生成了易于通过机械作用去除的氧化层。

关键词：化学机械抛光精细雾化 TC4钛合金抛光液 SiO_(2)磨料

精细雾化施液拋光TFT-LCD玻璃基板关键技术研究

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精细雾化施液拋光TFT-LCD玻璃基板关键技术研究

作者：莫益栋江南大学

学位级别：硕士

TFT-LCD具有图像细腻逼真、重量轻、功耗低、环保性能好的优点,广泛应用于电视、笔记本电脑、手机、监视器等设备上。玻璃基板作为TFT-LCD显示器面板中的重要部件与显示器的分辨率、透光率等特性密切相关。玻璃基板低密度、高弹性模量... 详细信息

TFT-LCD具有图像细腻逼真、重量轻、功耗低、环保性能好的优点,广泛应用于电视、笔记本电脑、手机、监视器等设备上。玻璃基板作为TFT-LCD显示器面板中的重要部件与显示器的分辨率、透光率等特性密切相关。玻璃基板低密度、高弹性模量和高物理化学稳定性使其成为难加工材料,随着集成度的增加、线宽的减小,对玻璃基板的加工精度和表面质量提出了更高的要求。精细雾化化学机械抛光技术能有效提高抛光液的使用率和工件的表面质量,降低加工成本。本文采用精细雾化施液CMP技术加工TFT-LCD玻璃基板,对高效抛光液的配制、雾化抛光的工艺参数及玻璃材料的去除机理进行了研究,旨在为TFT-LCD玻璃基板的加工提供技术支持。本文介绍了超声精细雾化化学机械抛光系统及其工作原理,分析了抛光液的组成成分及在抛光过程中的作用,以材料去除率、表面粗糙度和分散稳定性为评价指标,通过试验筛选出最合适的物质作为抛光液的组分。采用正交试验优化了各组分的含量,分析了抛光液各组分对材料去除率和表面粗糙度的影响程度,并对TFT-LCD玻璃基板的材料去除机理进行了分析,优化配方是氧化铈浓度为4%,硅溶胶浓度为10%,p H值为11,表面活性剂浓度为1%。通过单因素试验研究了雾液流量、抛光压力和抛光台转速对材料去除率和表面粗糙度的影响,通过正交试验得到最佳的工艺参数组合,分析了各参数对材料去除率和表面粗糙度的影响程度,最佳工艺参数组合是抛光压力8psi,雾液流量8.3 ml/min,抛光台转速65 r/min。在相同试验条件下分别使用雾化抛光方法和自制抛光液以及传统抛光方法和市购抛光液对TFT-LCD玻璃基板进行抛光,将两种方法抛光后的结果进行比较,结果表明雾化CMP方法的材料去除率稍低于传统CMP,但抛光后的表面粗糙度比使用传统方法的要好,且抛光液的消耗量是传统方法的1/10。分析其原因,抛光液被雾化成微米级液粒后,扩散性、吸附性和化学活性极高,加强了与玻璃表面的化学反应,同时因为雾化后磨料团聚现象减少,因此抛光后的表面质量也较好。

关键词： TFT-LCD玻璃基板精细雾化材料去除率表面粗糙度

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精细雾化抛光系统设计及雾化参数的研究

精细雾化抛光系统设计及雾化参数的研究

作者：刘晓鹏江南大学

学位级别：硕士

化学机械抛光（chemical mechanical polishing，cMP）是现今加工硬脆材料最实用的方法，在微电子和光电了产业应用极其广泛。自从上世纪80年代首次由IBM公司在集成电路芯片抛光应用以来，经过不断探索和机理研究，应用方法已经趋于完... 详细信息

化学机械抛光（chemical mechanical polishing，cMP）是现今加工硬脆材料最实用的方法，在微电子和光电了产业应用极其广泛。自从上世纪80年代首次由IBM公司在集成电路芯片抛光应用以来，经过不断探索和机理研究，应用方法已经趋于完善。但传统化学机械抛光技术存在抛光液利用率低、工艺质量不好控制，同时造成环境污染较大。针对上述问题和以材料精细化去除为目的，在中国博士后基金和江苏省自然科学基金的资助下，提出了超声波精细雾化化学机械抛光方法。超声波精细雾化化学机械抛光方法的原理是对特种抛光液的组分进行控频超声精细雾化，形成索太尔直径为5～15um的均匀微米级液粒，通过特殊方式导入到抛光／研抛界面，经过一系列化学和机械作用之后，最后得到光滑无损伤超精纳米级表面。本文介绍了超声精细雾化抛光实验系统工艺流程的确定、实验设备的配置、抛光实验系统的设计及关键技术的解决方案。对抛光机进行了密封改造，防止设备内部被腐蚀;用有机玻璃罩将抛光反应密封在一定的空问内;在玻璃罩E搭建支架，采用极坐标实现对抛光雾液喷嘴的三维精确定位：利用负压方案将抛光雾液导入到抛光界面，实现抛光雾液均匀的分散和有效地利用;用分流的方式实现了去离子水流量的调节，用添加压力块的方式对压力进行调节;采用两级去离子水过滤的方式对抛光液进行过滤和回收。本文对喷嘴的三维坐标和压力进行了正交试验，试验结果表明：超声精细雾化化学机械抛光实验系统能够实现抛光液的超声精细雾化。超声精细雾化化学机械抛光后的表面相糙度可以达到传统化学机械抛光表面l卡日糙度的数量级，但抛光液的用量仅为传统化学机械抛光的1／10左右。本次正交试验的优化参数组合为：压力10Psi、喷嘴高度5mm、雾化半径30mm、喷嘴角度一30。，此时材料的去除率达到最大值113．734nm／min。在选取的四个冈素中，雾化半径对材料去除率的影响最显著，其次为喷嘴角度。通过对抛光机转速、压力、喷嘴高度、雾化半径和喷嘴角度等五个参数进行的单因素试验，得出如下结论：材料去除率随着抛光机转速和压力的增大而增大，随着喷嘴高度、雾化半径和喷嘴角度的增大而减小。通过CSPM5000扫描探针显微镜系统对试件表面的观测，表面粗糙度均在10nm以下，都达到了传统化学机械抛光表面粗糙度的数量级。试验得到的表面粗糙度变化不明显，可以认为在本文做的超声精细雾化化学机械抛光试验中，机械作用占主要地位，所用抛光液中磨粒粒径偏大也是影响表面粗糙度的一个重要因素。

关键词： CMP 超声波精细雾化材料去除率表面粗糙度

TFT-LCD玻璃基板精细雾化抛光的工艺参数优化

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中国表面工程 2015年第2期28卷 121-125页

作者：莫益栋李庆忠江南大学机械工程学院江苏无锡214122

为了研究抛光工艺参数(抛光压力、抛光台转速、抛光液流量)对精细雾化抛光TFT-LCD玻璃基板的影响,实现对玻璃基板的高效、高质量加工,采用正交试验方法对玻璃基板进行雾化抛光,以材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)为评价指标,根据实验结... 详细信息

为了研究抛光工艺参数(抛光压力、抛光台转速、抛光液流量)对精细雾化抛光TFT-LCD玻璃基板的影响,实现对玻璃基板的高效、高质量加工,采用正交试验方法对玻璃基板进行雾化抛光,以材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)为评价指标,根据实验结果得到最优的工艺参数组合,并将传统抛光和雾化抛光进行了对比。结果表明:当压力为0.055 MPa,抛光台转速为65r/min,抛光液流量为8.3mL/min时,雾化抛光的材料去除率为219nm/min,表面粗糙度Ra为1.1nm,光学透过率≥92.6%。在相同的试验条件下,传统抛光的去除率和表面粗糙度分别为335nm/min和1.2nm,两种方法的抛光效果相近,但雾化方法抛光液用量仅为传统的1/10。

关键词：化学机械抛光玻璃基板精细雾化正交试验

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超声波精细雾化抛光石英玻璃的抛光液研制

润滑与密封 2021年第11期46卷 103-108页

作者：苑晓策李庆忠杨思远江南大学机械工程学院江苏无锡214122

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明:各因素对材料去除率的影响程... 详细信息

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明:各因素对材料去除率的影响程度由大到小分别为SiO_(2)、pH值、络合剂、助溶剂和表面活性剂,对表面粗糙度影响程度的顺序为SiO2、表面活性剂、pH值、助溶剂和络合剂;当磨料SiO_(2)质量分数为19%,络合剂柠檬酸质量分数为1.4%,助溶剂碳酸胍质量分数为0.2%,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.9%,pH值为11时,雾化抛光效果最好,材料去除率为169.5 nm/min,表面粗糙度为0.73 nm;去除过程中石英玻璃在碱性环境下与抛光液发生化学反应,生成低于本体硬度的软质层,易于通过磨粒机械作用去除。使用该抛光液进行传统化学机械抛光和雾化化学机械抛光,比较两者的抛光效果。结果表明:两者抛光效果接近,但超声雾化方式抛光液用量少,仅为传统抛光方式的1/7。

关键词：化学机械抛光精细雾化石英玻璃抛光液正交试验

一种使用超声波精细雾化施液的SiO_2抛光液

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半导体技术 2012年第4期37卷 263-266,311页

作者：翟靖李庆忠江南大学机械工程学院江苏无锡214122

使用硅溶胶、pH值调节剂、表面活性剂和氧化剂等组分配制抛光液,通过超声波发生器雾化后,在负压下导入抛光区域界面进行CMP实验,并在相同的抛光参数下,与SSP-L抛光液常规抛光进行了比较。结果表明:当磨粒质量分数为20%、pH值为11、表面... 详细信息

使用硅溶胶、pH值调节剂、表面活性剂和氧化剂等组分配制抛光液,通过超声波发生器雾化后,在负压下导入抛光区域界面进行CMP实验,并在相同的抛光参数下,与SSP-L抛光液常规抛光进行了比较。结果表明:当磨粒质量分数为20%、pH值为11、表面活性剂和氧化剂的质量分数分别为0.5%和2%时,材料去除率MRR达到490 nm/min,表面粗糙度Ra为2.72 nm。配制的抛光液的雾化抛光效果和SSP-L抛光液常规抛光效果接近,而雾化抛光液用量接近常规抛光液的1/10。分析原因是雾化液均匀的化学组分以及在界面化学反应中的高活性、强吸附性,有利于材料去除和形成超精细的表面。

关键词：化学机械抛光精细雾化超声波抛光液硅片

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超声精细雾化化学机械抛光机理研究

超声精细雾化化学机械抛光机理研究

作者：郭志学江南大学

学位级别：硕士

传统的CMP技术在满足IC对高平坦化的加工要求同时,其本身存在着许多难以克服的固有缺陷,阻碍了化学机械抛光技术的进一步推广应用。为解决目前硬脆材料的表面平坦化处理中存在的一些共性难点问题,创造性的提出了超声精细雾化CMP方法,其... 详细信息

传统的CMP技术在满足IC对高平坦化的加工要求同时,其本身存在着许多难以克服的固有缺陷,阻碍了化学机械抛光技术的进一步推广应用。为解决目前硬脆材料的表面平坦化处理中存在的一些共性难点问题,创造性的提出了超声精细雾化CMP方法,其原理为:在抛光过程中,把含有特种化学组分的抛光液进行控频超声精细雾化,使其变为索太尔直径为55μm的微米级均匀液粒,然后通过特殊方式将其导入到抛光界面,具有高比表面积的液粒强吸附在抛光垫和基片表面,与基片材料发生强活性、高效能的均匀化学作用,并在基片表面形成剪切强度较低的反应膜,该膜由磨粒和抛光垫的机械作用去除,过程反复进行并最终形成光滑无损伤纳米级超精表面。本文着重对超声精细雾化CMP中存在的理论问题进行了相关研究。首先,对雾化抛光中抛光雾粒的产生、流动特性及附着特性进行了定量研究。计算研究发现,本系统所用雾化方法所得雾液粒径在5.10.1μm范围,满足了雾化抛光的需要;通过对抛光雾液在雾化抛光系统中的流动分析,得到了各关键位置气体特性参数的理论计算式,其对实际雾化抛光具有指导作用;通过对雾液附着性能的研究发现,抛光空间的温度和压力的增加可以明显改善抛光雾液在抛光界面的黏附性能。同时,对雾化抛光中抛光液各组分及抛光压力等参数对材料去除率的影响进行了实验研究,试验发现:在抛光中,SiO2磨粒的去除作用是硅片表面材料去除的主要影响因素,其造成的材料去除率在所有因素中所占的最大比例为70.6%,对硅片做微观检测发现,抛光后的硅片表面形貌的粗糙度达到纳米级(雾化抛光中磨粒与工件之间的摩擦包括两者的粘着摩擦和工件的变形摩擦,并分别求出了相关表达式;通过先计算单磨粒与工件之间滑动摩擦产生的摩擦热,而后扩展到多个磨粒的方法,得到了雾化抛光中总的摩擦热,并得到了抛光中温升的表达式。作为相关试验,本文运用ANSYS软件分析了接触区域的物理参数的分布状况,发现接触区域的应力、应变及摩擦热的分布很不均匀,在工件边缘特别是尖角处的应力应变要明显大于其中心区域,这是使工件表面材料去除不均匀的重要原因。最后,本文对工件表面材料的磨损进行了定量分析计算,认为雾化抛光中的磨损是磨粒磨损、磨粒与工件的粘着磨损和抛光液的腐蚀磨损共同作用的结果,并得到了磨损的理论表达式。相关的,本文进行了硅片表面的纳米压痕试验,以验证雾化抛光时工件表面是否确实存在化学腐蚀磨损。试验发现,用自制抛光液侵蚀过的硅片做压痕试验时,其表面明显产生了纳米级划痕,说明被腐蚀的表面硬度远小于原始材料表面;同时通过对划痕深度的检测,可以对氧化膜的厚度产生一定了解。本课题的研究结果将为超声精细雾化抛光方法的实际应用提供理论支持。

关键词： CMP 超声波精细雾化材料去除