铌酸锂晶片化学机械抛光研究

发布时间：2017-09-29 02:02

  本文关键词：铌酸锂晶片化学机械抛光研究

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【摘要】：铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、可掺杂性好等一系列优良特性,被广泛应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域,在非线性光学晶体中占据很大市场份额,享有“光学硅”的美誉,被称为“通用型”和“聪明型”晶体。LN晶体的硬度处于软脆晶体和硬脆晶体之间,具有强烈的温度和力学各向异性性能,因此具有非常低的损伤阀值及较高的脆性,传统的加工方法例如机械抛光、研磨、飞秒激光加工会出现划痕、磨料嵌入、塌边、断裂等加工缺陷,而LN晶体一般作为高性能的光学器件使用,表面粗糙度需要达到亚纳米级别,同时表面不能有任何缺陷,这些要求对铌酸锂的加工提出了严峻的挑战。针对传统加工出现的各种问题,本文采用化学机械抛光的方法,优化抛光液配方及工艺参数,使得在较高的材料去除率下,获得好的表面质量。本文提出通过固结磨料研磨、粗抛、精抛的加工工艺方法来加工铌酸锂晶片,采用固结磨料研磨时,可获得6.342μm的全局表面平整度,同时材料去除率达到1.3μm/min,研磨过后采用粗抛工艺去除研磨产生的损伤层,粗抛时选用氧化铝磨料和聚氨酯抛光垫,获得了420.3 nm/min的材料去除率,同时表面粗糙度为1.727nm,基本去除了研磨时表面产生的划痕,之后用配置的抛光液对铌酸锂晶片精抛,抛光液配方为1000 mL抛光液中含有次氯酸钠30 g、柠檬酸16g、二氧化硅(粒径20 nm)140 g、硅酸钠2g、pH值为10,不断优化机床工艺参数,获得了0.312 nm的超光滑低损伤表面,同时材料去除率达到341.5 nm/min,满足加工要求。采用能谱分析(EDS)和电化学实验对各种成分抛光液的化学腐蚀作用做了研究,通过扫描电镜和能谱图的方法,发现在抛光液中加入次氯酸钠之后表面含氧量上升,表面氧元素重量百分比从31.86%增加到34.51%,原子百分比从56.56%增加到66.62%,加入柠檬酸之后,氧元素的含量进一步上升,表面氧元素重量百分比从31.86%增加到37.1%,原子百分比从56.56%增加到74.89%,初步解释了材料去除率上升的原因；通过电化学实验测量不同抛光液的塔菲尔极化曲线,然后由塔菲尔极化曲线求得腐蚀电流及腐蚀电压,判断不同抛光液的腐蚀能力,以及研究不同pH值和氧化剂对抛光液腐蚀能力的影响,实验发现当抛光液中含有次氯酸钠、柠檬酸,同时pH值为11时,可以提高抛光液的腐蚀能力,获得较高的材料去除率,提高加工效率。
【关键词】：铌酸锂晶体 化学机械抛光 抛光液 表面粗糙度 材料去除率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG175
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 铌酸锂性质10-11
• 1.2.1 铌酸锂晶体的特性及其基本物理结构10
• 1.2.2 铌酸锂晶体的空位及其半导体性质10-11
• 1.2.3 铌酸锂晶体的生长11
• 1.2.4 铌酸锂晶体的掺杂技术11
• 1.3 铌酸锂晶体的超精密加工现状11-13
• 1.4 CMP技术发展及应用13-17
• 1.4.1 CMP技术简介13-16
• 1.4.2 化学机械抛光关键技术及相关问题16-17
• 1.5 课题的研究目的与重要意义17
• 1.6 课题来源及本文的研究内容17-19
• 1.6.1 课题来源17
• 1.6.2 本文的主要研究内容17-19
• 2 抛光液的配置19-38
• 2.1 氧化剂的确定19-22
• 2.2 络合剂的选择22-23
• 2.3 磨料的选择23-30
• 2.3.1 磨料种类的选择24-27
• 2.3.2 磨料粒径大小对材料去除率的影响27-29
• 2.3.3 磨料浓度对材料去除率的影响29-30
• 2.4 pH值对抛光过程的影响30-35
• 2.4.1 pH值的确定30-32
• 2.4.2 接触角实验32-35
• 2.5 分散剂的确定35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 铌酸锂晶片化学机械抛光38-52
• 3.1 试验样品的研磨38-39
• 3.2 抛光垫的选择39-42
• 3.2.1 抛光垫主要作用39
• 3.2.2 抛光垫特性及种类39-40
• 3.2.3 各种抛光垫加工效果及选择40-42
• 3.3 试验样品粗抛工艺42-43
• 3.4 铌酸锂晶片精抛工艺的确定43-51
• 3.4.1 抛光压力的确定43-46
• 3.4.2 主盘转速的确定46-47
• 3.4.3 横移速度的确定47-48
• 3.4.4 抛光液流速的确定48-49
• 3.4.5 抛光时间的确定49-51
• 3.5 CMP后清洗工艺51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 铌酸锂晶片化学机械抛光机理研究52-65
• 4.1 材料去除研究52-54
• 4.1.1 机械去除机理52-54
• 4.1.2 化学作用机理54
• 4.2 EDS实验54-57
• 4.2.1 EDS分析方法及原理54-55
• 4.2.2 EDS实验及结果分析55-57
• 4.3 电化学实验57-64
• 4.3.1 电化学实验简介58-60
• 4.3.2 不同抛光液的塔菲尔曲线测量及结果分析60-62
• 4.3.3 PH对塔菲尔极化曲线的影响62-63
• 4.3.4 氧化剂的种类对极化曲线的影响63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 武晓玲;刘玉岭;王胜利;刘长宇;刘承霖;;pH值对铌酸锂晶片抛光速率及抛光表面的影响[J];半导体技术;2007年01期

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本文编号：939310