超薄不锈钢基板CMP过程动态压力和抛光温度在线检测的研究

【摘要】平板显示器的技术发展使得柔性显示器逐渐成为发展趋势,而超薄不锈钢基板的出现改善了传统柔性显示衬底在工艺特性上的缺陷。化学机械抛光作为一种新型抛光方法,又进一步满足了高质量、低损伤的技术要求。然而化学机械抛光工艺过程复杂,影响因素较多。抛光过程参数的变化对其化学及物理作用产生影响,其中动态压力和抛光温度的变化更是直接与抛光表面质量有关。由于抛光环境的复杂性及抛光过程参数变化特征导致了这两种动态参数都较难被测量,国内外对于这方面的研究也比较少。本文基于超薄不锈钢抛光过程的特征及抛光环境,设计并构建了动态压力与抛光温度的在线检测系统,并通过实验研究不锈钢抛光工艺参数与过程参数和表面质量三者的关系。首先选择传感器类型,并设计合适的静态性能,在软硬件中均加入数据处理环节,使得系统满足测量要求,最后用软件编程实现数据的采集与存储。然后,通过实验研究了抛光工艺参数和抛光垫结构参数、过程参数及表面质量的三者的影响关系,建立了抛光工艺参数及抛光垫工艺参数与抛光温度的经验公式。最后,通过正交试验,对不锈钢基板的工艺参数进行优化。主要的研究结果如下：(1)选用Kistler9257B型三向力传感器和BZ2105型电荷放大器作为动态压力的采集硬件部分；E型热电偶传感器进行抛光温度的检测。采集卡选择PCI-9118DG多功能模数/数模转换卡。LabVIEW软件实现数据采集和存储功能。(2)不锈钢的抛光温度随着抛光压力和抛光垫转速的增大而增大,随抛光液流量的增大而减小。抛光压力增大,不锈钢基板的动态压力增大；不锈钢的动态压力随抛光液的增大而下降。不锈钢材料去除率随抛光压力和抛光垫转速增大而增大,随抛光液流量的增大先减小后略有上升。表面粗糙度Ra随抛光压力和抛光垫转速的增大先下降后上升,随抛光液流量增大而减小。(3)相同条件下,聚氨酯无沟槽抛光垫动态压力和温升值最大,材料去除率和表面粗糙度Ra也更大,合成革次之,磨砂革最小。当抛光垫加沟槽后,动态压力和抛光温度明显下降,材料去除率增大较多,表面粗糙度Ra下降。径向型沟槽与周向型沟槽的抛光温度变化趋势较为接近,网格型沟槽效果最佳。(4)动态压力和抛光温度随抛光垫沟槽间距及宽度的增大而增大,而材料去除率随沟槽间距的增大而减小,随沟槽宽度的增大略有上升,表面粗糙度Ra随沟槽间距的增大先上升后下降,随沟槽宽度的增加在一定范围内上下波动。(5)正交试验得出抛光压力对材料去除率的影响最大,最优的试验参数方案分别是抛光压力8kPa,抛光垫转速70r/min,抛光液流量85mL/min,抛光垫沟槽宽度6mm。
【作者】郑海凤；
【导师】魏昕；
【作者基本信息】广东工业大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】化学机械抛光；不锈钢基板；动态压力和抛光温度；在线检测；表面质量；

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