多场复合磷化铟抛光新工艺及其关键基础问题研究

20250126

制造业

本项目开发的新技术和新方法在抛光效率和质量上都有显著提升，特别是在磷化铟等软脆材料的超精密加工领域，具有重要的技术引领作用。这些技术的应用不仅提高了加工精度，还显著缩短了生产周期，为相关行业带来了技术革新。项目成果在多场耦合作用机制及其对磨粒分布和运动的影响规律、磷化铟表面光滑化创成机制等方面取得了新发现和新原理，对相关领域的技术发展具有重要的引领作用。 通过提高抛光效率和降低成本，项目成果有望在半导体制造、光子器件等行业中得到广泛应用，带来显著的经济效益。这些技术的推广将有助于降低生产成本，提高产品竞争力，从而为相关企业创造更大的经济价值。

合作开发针对半导体，光电材料的磁流变抛光设备

仅限国内转让

预计可以大幅度提高半导体衬底，光电材料的加工效率和加工质量。投产后，预计可实现年产值500万元以上。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本项目来源于北京市自然科学基金面上项目。项目提出了在旋转动态磁场下的多孔泡沫约束磁流变平面抛光新方法，这一创新技术突破了传统技术方案的局限，有效提高了材料去除效率，并显著增强了磁流变抛光液的稳定性。项目建立了抛光介质中环境磁场分布状况的求解模型，并开发了抛光区域磁场呈现动态周期性变化的分析模型，从而提高了抛光过程的作用力，同时降低了正压力，进一步优化了抛光效果。项目在动态磁场特征建模与分析方面取得了重要进展，包括永磁体磁场建模、抛光液磁通分布求解、抛光作用力分布等核心数据的详细研究。 本项目深入研究了多场复合磷化铟抛光新工艺及其关键基础问题，涵盖了在旋转动态磁场作用下抛光粒子行为的动态变化、磷化铟光滑表面创成机理的探究、多场复合作用下抛光机理的研究以及工艺特征的详细分析。项目成功揭示了磷化铟去除行为的规律；明确了旋转磁力线、抛光刷行为、磨粒分布等因素对加工表面形貌的影响机制；阐明了抛光过程中各物理场局部与全局协同作用的机制。 主要内容概述如下： （1）针对传统磁流变平面抛光中存在的问题，提出了旋转动态磁场作用下的多孔泡沫约束的磁流变平面抛光新方法，突破了国内外一直沿用的技术方案，开展了初步验证试验，结果发现：新方法在分布式梯度磁场和多孔泡沫的联合作用下，可以有效的解决现有当前磁流变平面抛光方法中存在的难题，可显著提高材料去除效率、保持抛光效率的一致性、实现纳米级光滑抛光，表现出突出的抛光性能。 （2） 研究了动态梯度磁场作用下的磁流变抛光液行为特征，明确了旋转动态梯度磁场作用下磨粒分布状态；探索了探索磁场、磁性颗粒、磨粒与工件之间的作用传递方式，建立磁场驱动下磨粒晶圆间的接触模型。研究了旋转动态梯度磁场作用下磁性颗粒成断链过程及抛光介质微观结构的形成机理。 （3）当存在梯度环境磁场作用时，磁性颗粒对外的作用力则主要受到环境梯度磁场的影响，工件与抛光介质相接触时所受到的抛光正压力近似等于环境磁场作用力。依据本课题所建议的动态磁场模型，可以真实有效的模拟实际抛光过程动态磁场的作用行为，进而可为未来进一步研究“磁场-力-材料去除”奠定基础。 （4）依据磁流变平面抛光原理，建立用于分析磨粒运动行为的模型，并对各工艺参数对抛光质量的影响进行了分析。通过对磨粒运动行为可以获知抛光过程磨粒的运动速度和抛光正压力，可以获知材料去除量。 （5）使用MD模拟建立了单晶InP纳米压痕模型。研究了最大压痕载荷对单晶InP力学性能的影响。模拟使用Vashishta势和Buckingham势来表示系统中In,P，C原子之间的相互作用。把模拟输出的P-h曲线进行非线性拟合。 （6）发现最大压痕载荷的增大会使得硬度减小，与实验结果一致。在实验中，弹性模量随着最大载荷的增减呈现下降趋势，而在模拟中呈现增长趋势。最大压痕载荷被确定时，（110）晶面中高应变区域比（100）晶面的大。相对于（100）晶面，（110）晶面更易产生原子滑移行为。 本项目开发的新技术和新方法在抛光效率和质量上都有显著提升，特别是在磷化铟等软脆材料的超精密加工领域，具有重要的技术引领作用。这些技术的应用不仅提高了加工精度，还显著缩短了生产周期，为相关行业带来了技术革新。项目成果在多场耦合作用机制及其对磨粒分布和运动的影响规律、磷化铟表面光滑化创成机制等方面取得了新发现和新原理，对相关领域的技术发展具有重要的引领作用。 通过提高抛光效率和降低成本，项目成果有望在半导体制造、光子器件等行业中得到广泛应用，带来显著的经济效益。这些技术的推广将有助于降低生产成本，提高产品竞争力，从而为相关企业创造更大的经济价值。