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1、河北工业大学城市学院2010届本科毕业设计说明书河北工业大学城市学院毕业设计说明书 作 者： 学 号： 系 ： 城市学院信息工程学院 专 业： 电子科学与技术 题 目： 镁铝合金CMP表面质量的控制 技术研究 指导者： 评阅者： 2010年5月24日21毕业设计中文摘要镁铝合金CMP表面质量的控制技术研究摘要： 随着高新技术的发展，对材料极高精度、近无缺陷的平面化加工技术提出了更高的要求，需要对某些合金材料实现极高精度、近无缺陷的超精密平面化加工。铝镁合金材料因其本身优良的性能，在国防、航空、航天等领域得到了愈来愈广泛的应用，并对其表面完美性提出更高的要求。本论文主要系统研究啦镁铝合金CMP表
2、面质量的控制，通过系列的实验，得如下结论：在转速为60RPM，抛光液流速为220ml/min，压力为0.05Mpa，轻抛时间为30s，重抛时间为30min，抛光温度为27度的条件下，采用抛光液配比为：有机碱含量：10ml/L ，硅溶胶（40wt%）：纯水为1:1 ，活性剂为10ml/L 的抛光液对镁铝进行抛光，表面质量好。关键词： 镁铝合金 化学机械抛光 抛光液毕业设计外文摘要Title Magnesium aluminium CMP surface quality research AbstractThe higher standard to planar process technolog
3、y of special material has been processed with the development of science and technology. Some al-mg alloys material need ultra-precise planarization processing with few defects in the key or importance components of some plane device such as fiyer plate and so on. AL-mg alloys material are widely us
4、ed in the domains of national defense, aerospace etc.due to their special capabilities. Furthermore, higher requirements have been put forward to the perfect surface of al-mg alloys.Control of magnesium aluminium alloy CMP surface quality of main system research of this thesis, through the experimen
5、t of the series, get the following conclusion：It is 60RPM in the rotational speed, the velocity of flow of the polishing liquid is 220ml/min, the pressure is 0.05Mpa, it is 30s to throw time lightly, it is 30min to throw time again, polishing under the at a temperature of 27 degrees terms, adopt pol
6、ishing liquid matching: Organic alkali content: 10ml/L, silicon sol (40wt%): The pure water is 1:1, active pharmaceutical carries on the polishing to magnesium aluminium for the polishing liquid of 10ml/L, the surface is of high quality.Keywords： al-mg alloy chemical mechanical polishing , polishing
7、 solution 目 次1绪论 12 镁铝合金简介 12.1 镁铝合金的性质 12.2 镁铝合金的应用 23 化学机械抛光（CMP）技术 33.1 CMP的历史背景 33.2 CMP技术简介 44 镁铝合金化学机械抛光机理 54.1 抛光机理 54.2 铝镁合金化学机械抛光（CMP）过程中表面质量的影响因素 65 镁铝合金CMP实验研究 85.1 化学机械抛光设备 8 5.2 测量设备105.3 镁铝合金的抛光实验及数据分析115.4 实验小结17结论 18参考文献 19致谢211 绪论自19世纪末叶到20世纪，由于人类文明的进步，金属材料的消耗与日俱增，金属矿产资源逐渐趋于枯竭。镁是地球上
8、储量最丰富的元素之一，在地壳表层金属矿的资源含量为2.3%，位居常用金属的第3位1。镁铝合金是具有重要战略意义的金属。近年来，随着高新技术的发展，对材料极高精度、近无缺陷的平面化加工技术提出了更高的要求，并且在某些平面装置中，飞片、样品等关键或重要零件，需要对某些合金材料实现极高精度、近无缺陷的超精密平面化加工。镁合金材料因其本身优良的性能，在国防、航空、航天、化工、电子以及机械制造等领域得到了愈来愈广泛的应用，并且对其表面完美性提出更高的要求。因此研究镁合金材料的表面加工具有重要的应用价值25。目前国内镁合金的表面抛光工艺，主要有机械抛光和化学抛光。机械抛光是通过抛光液中的研磨介质与材料表面
9、的粗糙部分进行充分接触，从而降低材料表面粗糙度的过程，但是此种方法抛光精度较低，但其抛光较快；化学抛光是通过抛光料中的化学成分与被抛光材料发生腐蚀等化学反应，从而将材料表面的粗糙度降低的过程，其抛光精度较高，但是其表面平整度、平行度差。镁合金的化学抛光又可分为酸性抛光和碱性抛光，都不易得到令人满意的效果。要得到完美的表面必须发展新的抛光技术，化学机械抛光可以真正使镁合金衬底实现全局平面化，从而得到较好的表面和较高的抛光，国内外用此方法对金属抛光应用十分广泛，但对合金抛光应用方面却研究甚少68。2 镁铝合金的简介2.1 镁铝合金的性质镁合金具有很多特殊的性能。这些是用其他材料无法替代的。这些性能
10、使镁合金被广泛应用在许多方面，并且有被广泛应用的潜能。镁合金具有如下几方面的特别性能。1） 重量轻：镁合金是最轻的结构材料；2） 比强度高：镁合金的强度重量比是所有常用的工程金属材料中最高的；3） 超强的吸收塑变能量：镁合金对机械振荡的吸收能力很强，特别是在高应力下，它有极好的抗冲击能力；4） 极好的铸造性；5） 很好的电屏蔽性；6） 无磁性；7） 很高的硬度重量比；8） 较高的导热性；9） 较好的耐疲劳能力；10） 较低的热容量；11） 很负的电极电位；12） 可回收生产：回收再生的产品的性能不下降；13） 镁或镁的化合物毒性极低：即使血浆中镁量超过正常值一倍也无病状9。 以上是镁合金的物理
11、性质，其化学性质简介如下：镁与水蒸气的反应 镁无论是固态还是液态均能与水反应，其反应方程式为 Mg+H2O=MgO+H2+Q Mg+H2O=Mg(OH)2+H2+Q式中Q为热量。室温下，反应速度缓慢，随着温度升高，反应速度加快，并且Mg(OH)2 会分解成H2O及MgO，在高温时只生成MgO。在其它条件相同时，镁与水蒸气间的反应将较Mg-O间的反应更为激烈。2.2 镁铝合金的应用 镁合金具有以上特性，故在国防，航空航天等领域有着很大的应用。尤其在核工业，镁合金MB2用于核禁爆。镁基材料是目前可用的密度最小的一种金属结构材料，具有强度高、易加工、尺寸稳定以及良好的阻尼性、导热性、耐热疲劳性、电磁
12、屏蔽能力、压铸工艺性能等特点，而且还可再生利用，被誉为“21世纪绿色工程金属”，有着很乐观的应用前景。镁的合金化是改善镁合金的力学性能、工艺性能、阻燃性、耐蚀性等有效手段，镁铝合金是目前使用最广泛的一种铸造镁合金之一，它具有较高的室温强度，优良的铸造工艺性能，良好的耐蚀性以及成本低等优点，随着机械、汽车等相关行业的发展，其合金板材的需求量越来越大。由于其优异的耐高温、抗烧蚀性能和耐熔融金属腐蚀性能，在航空、航天、电子、冶金工业、军事以及核能等工业部门领域具有广泛的应用前景1013。虽然铝镁合金具有较高的室温强度，优良的铸造工艺性能，然而由于铝镁系合金容易氧化表面不易保护、凝固区间大、熔液的流动
13、性不好、粘性比较大，因而造成成品率比较低，表面粗糙度比较高，而且国防工业及核工业对加工的表面全局平整化和表面粗糙度要去很高，同时在保证符合要求的情况下，迫于竞争压力，我们必须提高加工效率，增加镁铝合金表面平整化抛光14。因此，研究镁铝合金的表面平整化工艺，降低合金表面的粗糙度系数提高合金表面抛光有很大的使用价值，本论文就是通过实验找到影响合金表面抛光各种因素，从而能够使得合金在核工业及其他工业领域中得到更加广泛更加深入的利用。3 化学机械抛光技术3.1 CMP的历史背景化学机械抛光（chemical mechanical polishing, CMP）技术的概念是1965年由Monsanto首
14、次提出来的。该技术最初用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜等。1988年IBM开始将CMP技术运用于4M DRAM的生产中，而自从1991年IBM将CMP技术成功应用到64M DRAM的生产中以后，CMP技术在世界各地迅速发展起来。区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法，CMP通过化学的和机械的综合作用，从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯的化学抛光易造成的抛光速率慢、表面平整度一致性差等缺点。它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。在一定的压力及抛光浆料存在下，被抛光的工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间
15、的对机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面。CMP技术最广泛的应用于集成电路（IC）和超大规模集成电路（ULSI）对基体材料硅晶片的抛光。而国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35m以下时,必须进行全局平整化以保证光刻影像传递的精确度和分辩率,而CMP技术是目前几乎唯一的可以提供全局平整化的技术。其中化学机械抛光浆料是关键因素之一15。化学机械抛光技术是目前最好的实现全局平面化的工艺技术，加工表面具有纳米级型面精度和亚纳米级表面粗糙度，同时表面和亚表面无损伤，已接近表面加工的极限。广泛应用在集成电路、计算机磁头、硬磁盘等超精密表面加工，如化学机械抛光应用在半导体工业中的层间介电介质，镶嵌金属W、
16、A、Cu、Au，多晶硅，导体，绝缘体，硅氧化物等的平坦化加工；薄膜存储磁盘，微电子机械系统、陶瓷、磁头、机械磨具、精密阀门、光学玻璃、金属材料等表面超精密加工。3.2 CMP技术简介20世纪60年代以前，半导体基片抛光还大都沿用机械抛光，得到的镜面表面损伤是极其严重的。1965年Walsh和Herzog提出SiO2溶胶和抛光后，以SiO2浆料为代表的化学机械抛光工艺就逐渐代替了以上旧方法。CMP是目前能提供超大规模集成电路（VLSI）制造过程中全面平坦化的一种新技术。用这种方法可以真正使整个硅圆晶片表面平坦化，而且具有加工方法简单、加工成本低等优点。CMP技术所采用的设备及消耗品包括：CMP设
17、备、研浆、抛光垫等其中研浆和抛光垫人微言轻消耗品，其余为抛光辅助设备。CMP工艺过程中的关键要素是研浆、抛光垫和抛光机。CMP研浆的基本形式是由一个SiO2抛光剂和一个大碱性组分水溶液组成。SiO2颗粒范围为1100nm，碱性组成一般使用氨或有机胺。由于SiO2硬度和硅单晶硬度相似，所以机械磨作用较少，使机械损伤大大减少。已经有的研究表明，化学机械抛光过程是化学作用、磨削作用及吸附效应共同作用的过程。先进制造技术的一个重要发展方向是精密和超精密加工技术、微细和超微细加工技术，抛光是合金平整化工艺中很重要的一个步骤，其是利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。抛光不能提
18、高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽降低表面粗糙度为目的，有时也用以消除光泽（消光）15。抛光按照其原理不同又可以分为物理机械抛光和化学机械抛光，精密物理对极高精度、近无缺陷的平面化加工技术提出十分迫切的需求，并且在某些平面装置中，飞片、样品等关键或重要零件，需要对Al-Mg合金等材料实现极高精度、近无缺陷或杂质的超精密平面化加工，而这些要求已经达到了目前单一机械切削或研磨抛光加工能力的极限，日益成为制约相关实验进一步精密化发展的“瓶颈”之一16。 化学机械抛光CMP技术是借助超微粒子的研磨和浆料中的化学反应共同作用，集摩擦学、流体力学与化学为一体的超精密平坦化加工技术
19、。它可防止单一机械抛光中硬磨料引起的表面脆性裂纹和凹痕、避免磨粒耕犁引起的隆起及划痕，可获得近无缺陷的光滑表面，且精度极高1720。因此要想得到低粗糙度高平整化的镁铝合金表面必须采用化学机械抛光技术。4 铝镁合金化学机械抛光机理4.1 抛光机理根据Kaufman等人的研究，金属合金CMP模型机理是首先金属表面被氧化剂氧化，形成表面质软的氧化膜；表面凸起处的氧化膜被纳米磨粒的机械磨损除去，脱离表面并在抛光液中进一步发生化学反应，转化为溶于水的物质；而凹处得到氧化膜的有效保护，抛光低。研磨后凸起处的金属被裸露出来，新鲜的表面在抛光液的作用下继续被氧化，机械研磨除去，生成的金属离子或与抛光液中的络合
20、剂反应形成大分子络合物，或形成可溶于水的盐类，被抛光液带走。因此，抛光过程可按照化学反应-磨离-再化学反应-再磨离的方式循环进行，一直得到完美的材料表面。镁铝合金中铝氧化后在抛光液中形成铝的氢氧化物，它具有两性，其反应式为在酸性浆料中化学平衡向左移动，生成铝盐；在碱性浆料中化学平衡向右移动，生成偏铝酸，它是水溶性的。但一般来说，铝在酸性介质中以局部腐蚀为主，在碱性介质中以全面腐蚀为主，同时碱性介质又可以解决酸性介质下易造成塌边、粗糙度及平行度差、污染环境等问题，因此本实验选择采用碱性抛光液。镁在抛光液中的反应方程式为 Mg2+2OH-=Mg(OH)2在酸性浆料中化学平衡向左移动，生成镁盐；在碱
21、性浆料中化学平衡向右移动，生成Mg(OH)2，它是水溶性的。但一般来说，镁在酸性介质中以局部腐蚀为主，在碱性介质中以全面腐蚀为主，同时碱性介质又可以解决酸性介质下易造成塌边、粗糙度及平行度差、污染环境等问题，因此本实验选择采用碱性抛光液。抛光液磨料采用粒径较小的SiO2水溶胶（碱性介质中SiO2水溶胶很稳定，不易凝聚）；采用多胺有机碱为pH值调节剂；同时加入FA/O型表面活性剂，对铝镁合金圆薄片进行初步的实验研究，根据试验效果进行各成分的合理调节，实现强化学、弱氧化、小粒径、高选择、可控速率的效果。试验中，对铝镁合金抛光后严重影响试样表面粗糙度的划伤和桔子皮状等表面缺陷，进行了着重研究2223
22、。4.2 铝镁合金化学机械抛光（CMP）过程中表面质量的影响因素 表面抛光对产品批量生产和生产效率等有着非常重要的影响，因此寻找合金表面粗糙度和抛光的平衡点，提高生产效率，本课题中采用单变量的方法对mb2铝合金进行抛光试验发现试样表面极易出现划伤和桔子皮状表面缺陷，主要原因是CMP过程中化学反应与机械作用不能达到最佳匹配造成的。如果机械作用大于化学作用，磨料在抛光垫和合金试样之间流动摩擦，表面的凹凸处逐渐变平。但是合金表面出现切削划痕，同时化学作用相对低时，各金属氧化膜的形成极不均匀且去除极不匹配，易形成桔皮、腐蚀坑等缺陷。反之，机械作用减小，化学作用增强，生成的金属氧化物部分溶解在溶液里，部
23、分留在合金试样表面上，弱的机械作用不能及时地将它脱离合金表面，使合金表面出现桔子皮等缺陷2425。 要得到低粗糙度高平整度的完美合金表面，并且保持较高的抛光需要从抛光工艺参数和抛光液等方面进行综合考虑，我们把镁铝合金CMP表面质量的研究因素分为一是工艺方面，包括压力，转速，流量，温度等，二是抛光液，不同的配比对镁铝合金表面CMP的影响很大，本实验采用的是专业的抛光液，其抛光组分包括有机碱、活性剂、硅溶胶。4.2.1 工艺因素对合金表面CMP的影响工艺影响因素有很多，因实验时只研究了压力的影响，因此仅对压力进行阐述。抛光压力是抛光工艺中的一个重要参数。一般而言压力越大，抛光速率越大，也正是由于薄
24、膜表面凹凸部位所受压力不同，导致了抛光的差异，凸出的部位抛光高，而低凹部位抛光低，从而达到平整。实验表明，高压抛光是产生表面缺陷：划伤、弹性形变、应力损伤的主要来源。压力大时，磨料划过表面产生的划痕深，更易造成表面划伤。摩擦力增大，产生大量的热量，层间抛光液又少，不能起到很好的润滑、散热作用，产生局部温度梯度，化学作用增强，更易产生桔皮等抛光缺陷。不同材料的硬度及弹性系数不同，因此Al-Mg合金的CMP过程中合理的压力选择必须通过实验来确定出最佳压力范围。4.2.2 抛光液对合金表面抛光的影响1） 硅溶胶对合金表面平整化抛光的影响不同的硅溶胶对合金表面的平整化抛光有着不同的影响，因此本实验采用
25、的是拟选择粒径可控的SiO2水溶胶因其在碱性条件下性能稳定、粒径小、硬度适中且浓度高，可有效地解决表面损伤问题，且流动性好、无沉淀、无毒、无污染。 2） 活性剂对合金表面平整化抛光的影响活性剂的加入可改善浆料的稳定性，抑制反应生成颗粒在被抛光表面的吸附。加快质量传递过程。浆料稳定性的改善使得浆料在抛光垫孔隙间传递受阻减小，使得活性物质容易渗透加快反应。表面活性剂的加入抑制了颗粒在表面的吸附状态，而在研磨料作用下容易离开材料表面，使得抛光进一步进行。此外，在以前的CMP过程研究中发现，活性剂的加入可显著改善抛光表面的损伤和花纹，这主要是表面活性剂在被抛材料表面的优先吸附，减弱研磨料带来的强机械划
26、伤，此外可抑制化学反应的快速进行，使得凹凸选择性提高，平整度较好。 但对于一种新型材料，必须通过实践来选择合适的活性剂，而且要确定加入活性剂的量。3） 有机碱对抛光的影响抛光过程中碱的选择很重要，有机碱可以作为磨料的pH调节剂，能将pH调到12，并可充当缓冲剂，当抛光液局部pH值发生变化时，可以迅速释放本身的羟基调整pH值，使抛光液保持稳定的pH值，从而使氧化物表面处抛光均匀，能得到较好的平行度，达到降低粗糙度的效果。实验发现随着有机碱的加入，溶液的pH值也随之上升，当有机碱加入到一定量后，溶液的pH值上升变得很缓慢。由于抛光过程是以化学作用为主，OH在抛光过程中起着非常重要的作用，当pH值较
27、小时，化学作用较弱，因而去除率较低，随着pH值增大，化学作用增强，去除率增加。当pH值太大时，由于强碱可以使硅溶胶团聚，有效粒子浓度减少，机械作用减弱。化学作用与机械作用失去平衡，去除率增加缓慢，当化学作用与机械作用严重失衡时，去除率还会出现下降的趋势，并且研磨作用的减小会导致表面粗糙度增加6,27。4） pH值对合金表面抛光的影响pH值是CMP过程中重要影响因素之一，不仅影响抛光浆料稳定性，而且对CMP过程中化学反应有着重要的影响。金属抛光过程中，pH值一般在912之间。pH值增大，降低浆料的稳定性，研磨料的团聚造成抛光布的堵塞，不利于抛光时浆料与反应产物的去除，影响质量传输，从而影响抛光速
28、率。而且pH越大，抛光后材料表面桔皮现象越严重。综合考虑以前的研究发现，太高pH值不仅不利于CMP抛光，且容易造成化学反应与机械磨削不匹配而产生桔皮。不同的加工材料，pH值的适用范围不同，具体到最适合Al-Mg合金抛光的pH值范围，需要通过实验确定出。5 镁铝合金CMP实验研究5.1 化学机械抛光设备本抛光实验采用的抛光机为由兰州高科技产业发展股份有限公司生产的X62 8151型单面抛光机，如图1所示，其工作压力最大值为0.2Mpa，转速为060r/min，抛光时间可调。图1 X62815-1型单面抛光机其特点是：1 主传动变频调速，起、停平稳，全程无级平滑调速。2 主抛光盘循环水冷却，使用远
29、红外测温仪控制抛光盘温度。3 设备有四个抛光头，每个抛光头均能单独升、降。每个抛光头内设有循环冷却水，保证抛光盘不受热变形，同时可修正加工个的翘曲度。4 抛光过程分为三个阶段（三个阶段时间控制自动转换）如图2。阶段1：通抛光液，抛光压力为抛光盘自重。阶段2：通抛光液，抛光压力为抛光自重加气缸压力。阶段3：通去离子水，抛光压力为抛光盘自重。自重加压轻抛阶段重拗阶段水抛阶段T（时间）P（压力）图2 抛光的三个阶段 配高压冲洗喷头。 主要气动、电气配套件均为车外品牌产品。抛光机主要技术参数：1研磨盘直径：815mm2粘片盘直径：(外径X厚度)305mmX20mm3研磨盘端面跳动量：0.06mm4研磨
30、盘平面度：0.025mm5主电机：75kw380V1450rpm6最小研磨厚度：0.20mm7研磨头升降行程：240mm8最大研磨件规格：200mm 9研磨件表面平面度：0.002mm(75mm)10加工件厚度一致性：0.004mm(75mm)11单头承片量：4片(4)、6片(3) 整盘承片量：16片(4)、24片(3)12设备外形尺寸：(长宽高)1470ml989mml727mm5.2 测试设备及抛光材料（1）铝镁合金片图3为本课题实验中所用到的铝镁合金片及抛光盘。图3 铝镁合金片（2）红外测温仪在本实验中采用红外测温仪来对实验室室温以及抛光过程中不同时刻抛盘温度来进行随时测量，其如图4所示
31、：图4红外测温仪（3）电热鼓风干燥箱本实验中采用电热鼓风干燥箱来进行合金片对抛盘的粘附以及抛光完毕清洗后合金片表面的干燥工具，其如图5所示：图5 电热鼓风干燥箱5.3 铝镁合金的抛光实验及数据分析通过前边的理论分析已知同合金表面粗糙度大小相关的几个重要因素，实验环节则将通过以上单因素对比试验来找到影响粗糙度大小的各个工艺参数的最佳值，并且根据影响因素的分析来进行抛光液参数的优化，从而降低铝镁合金表面的粗糙度值。Mg-Al合金抛光具体实验步骤如下： 将Mg-Al合金片用高温蜡粘在托盘上。 配置抛光液，并调节好流速。 使用浆料对Mg-Al合金片进行抛光，并记录实验抛光盘的温度、记录实验结果。 抛光
32、结束后及时用无水乙醇进行擦拭防止其被空气氧化，并观察其表面状态。 清洗抛光机。 处理数据。5.3.1 压力对镁铝合金CMP表面质量研究的影响 因前人对镁铝合金CMP的工艺参数进行了大量的研究并且已经得到了大量的研究结果，其中流速、转速、温度、抛光的重抛和轻抛时间都已经有了很好的效果，能达到较好的工艺要求。所以本试验主要对压力进行研究。压力是化学机械抛光中的一个重要参数。实验表明，抛光过程中过高的压力是划伤、弹性形变和应力损伤等表面缺陷的主要来源。所以选择合理的抛光压力是关键。实验条件：抛光液配比：硅溶胶（40wt%）：水1：1 有机碱含量：10ml/L 活性剂含量：10ml/L pH值10.4
33、5CMP工艺参数：转速：60RPM 抛光液流速：220ml/min 抛光时间：轻抛30s 重抛30min 抛光温度：27度实验时观察啦压力为0.04Mpa、0.05Mpa、0.06Mpa及0.08Mpa 下的抛光的影响。实验的结果如图6-图9所示，下图的放大倍数均为300倍。 图6 0.04Mpa时镁铝合金的表面 图 7 0.05Mpa时镁铝合金表面 图 8 0.06Mpa时镁铝合金表面 图 9 0.08Mpa时镁铝合金表面 通过如上图片的对比发现，压力在0.05Mpa时，镁铝合金表面的抛光程度是最好的，当压力超过0.05Mpa时，表面效果很差。当抛光压力为0.04Mpa时，液流层较厚，CMP
34、机械作用较弱，化学作用较强，随着压力增加，抛光液在抛光片和抛光布之间起到了良好的润滑作用，既能有效地与金属表面反应又能及时地将反应产物从抛光片表面脱离,由于实际抛光过程中材料的特殊性，抛光头的压力加到0.08MPa时，抛光布已经可以感觉到明显的压痕，对抛光布有损伤，因此根据实验情况认为压力应控制在0.05MPa为佳。5.3.2 抛光液的配比对镁铝合金CMP的影响CMP过程中，抛光液的配比对抛光的影响也是不容忽视的。当配比较大时，磨料的浓度也增加，从而使抛光过程中的化学作用、机械作用增强，使抛光效果更好。但是配比浓度超过一定的数值，镁铝合金的抛光效果反而会更糟。所以学校采用的是浓度时40%的硅溶
35、胶。 实验条件：CMP工艺参数：转速：60RPM 抛光液流速：220ml/min 压力：0.05Mpa 抛光时间：轻抛30s 重抛30min 抛光温度：27度抛光液配比：活性剂含量：10ml/L 有机碱含量：10ml/L 实验时改变抛光液的配比来进行，选取硅溶胶（40wt%）：水为1:1，1:2及1:3，抛光结果如图10-图12，放大倍数均为300倍。 图10 硅溶胶：水=1：1镁铝合金表面 图 11 硅溶胶：水=1：2镁铝合金表面图12 硅溶胶：水=1：3 镁铝合金表面由图可以看出，抛光效果随磨料浓度的增加逐渐改善，说明pH值一定时，磨料的搅拌作用和质量传输作用加强，机械作用随磨料的浓度增加
36、也逐渐变强，从而提高了镁铝合金表面抛光的粗糙度。且通过实验结果显示硅溶胶：纯水=1：1时镁铝合金表面的抛光效果更好。5.3.3 有机碱含量对抛光的影响实验条件：CMP工艺参数：转速：60RPM 抛光液流速：220ml/min 压力：0.05Mpa 抛光时间：轻抛30s 重抛30min 抛光温度：27度抛光液配比：活性剂含量：10ml/L 硅溶胶（40wt%）：纯水为1:1 实验时改变抛光液的有机碱含量来进行，选取有机碱含量为5ml/L，10ml/L及15ml/L，对应的抛光液pH值为10.11,10.45及11.20，抛光结果如图13-图15，放大倍数均为300倍。 图13 有机碱含量为5ml
37、/L时的抛光表面 图14 有机碱含量为10ml/L时抛光表面图15有机碱含量为15ml/L时的抛光表面 抛光液中的pH值是CMP过程中重要的影响因素之一，不仅影响抛光液稳定性，而且对CMP过程中化学反应有着重要影响。因为镁铝合金质地较软，抛光时容易出现划伤，控制产生表面划伤主要来源之一是机械作用，保证无硬划伤的基础上，通过调节pH值来控制化学作用，使机械和化学作用达到最佳匹配。通过实验结果显示，当pH值为10.45即有机碱的含量是10ml/L时抛光的效果更好。5.3.4 抛光液中活性剂的含量对抛光效果的影响实验条件：CMP工艺参数：转速：60RPM 抛光液流速：220ml/min 压力：0.0
38、5Mpa 抛光时间：轻抛30s 重抛30min 抛光温度：27度抛光液配比：有机碱含量：10ml/L 硅溶胶（40wt%）：纯水为1:1 实验时改变抛光液的有机碱含量来进行，选取活性剂含量为5ml/L，10ml/L及25ml/L，抛光结果如图16-图18，放大倍数均为300倍。 图16 活性剂含量为5ml/L时的抛光表面 图 17 活性剂含量为10ml/L时的抛光表面图18活性剂含量为15ml/L时的抛光表面表面活性剂具有较强的渗透力可深入合金表面与磨料之间，可以将磨料颗粒托起，使得磨料和合金表面脱离。从而机械作用减弱，去除率下降。同时亦可将磨屑托起，防止磨屑在基片表面的粘污，加速磨屑排除体系
39、，从而可以提高去除速率。此外，在以前的CMP过程研究中发现，活性剂的加入可显著改善抛光表面的损伤和花纹，这主要是表面活性剂在被抛材料表面的优先吸附，减弱研磨料带来的强机械划伤，此外可抑制化学反应的快速进行，使得凹凸选择性提高，平整度较好。所以活性剂的含量在10ml/L时的抛光效果最好。5.4 实验小结 通过前边大量的实验，得如下结论：在转速为60RPM，抛光液流速为220ml/min，压力为0.05Mpa，轻抛时间为30s，重抛时间为30min，抛光温度为27度的条件下，采用抛光液配比为：有机碱含量：10ml/L 硅溶胶（40wt%）：纯水为1:1 ，活性剂为10ml/L 的抛光液对镁铝进行抛
40、光，效果较好。 结 论本课题系统的论述了铝镁合金化学机械抛光的机理，并且深入的研究了在铝镁合金平整化工艺中时各个实验参数的变化对合金表面质量的影响状况得出以下结论：1 本论文通过不同的抛光实验逐步研究了磨料配比、压力、pH值和活性剂含量等因素对抛光表面粗糙度的影响，得如下结论：在转速为60RPM，抛光液流速为220ml/min，压力为0.05Mpa，轻抛时间为30s，重抛时间为30min，抛光温度为27度的条件下，采用抛光液配比为：有机碱含量：10ml/L 硅溶胶（40wt%）：纯水为1:1 ，活性剂为10ml/L 的抛光液对镁铝进行抛光，效果较好。 2 在实际实验中，抛光完毕后为了防止铝镁合
41、金表面的划伤和氧化，用去离子水对合金片表面进行清洗，尽量减少手或身体其他部位对其的接触。抛光结束清洗完毕后，在合金片上涂抹一层聚乙二醇有机溶剂，这样可以达到表面保护的目的，从而保证合金片表面的抛光效果。参 考 文 献1 丁文江.镁合金科学与技术.北京:科学出版社,20072 JIANG Y,SMITH J R,EVANS A G.Activity coefficients for dilute solid solutions of Al in NiJ.Scripta Materialia,2006,55(12):114711503 ZHAO S,WOIFE D A,HUANG T S,et a
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