離子束拋光機(jī)課件

Student:wenjhengLinAdviser:LirenTsaiPrecisegrinding&polishingOutlineIntroduction-----------------------------------------------(5)超精密拋光方法介紹-----------------------------------(6)

各種材料之拋光盤(pán)及研磨粒子比較表FreeAbrasiveMachining水合研磨拋光--------------------------------------------(9)液面研磨拋光--------------------------------------------(10)拋光機(jī)械化學(xué)(固向反應(yīng))-----------------------------(11)

拋光機(jī)械化學(xué)(固向反應(yīng))過(guò)程

拋光機(jī)械化學(xué)(固向反應(yīng))示意圖離子束拋光-----------------------------------------------(14)

離子束拋光機(jī)電解拋光--------------------------------------------------(16)電解拋光應(yīng)用範(fàn)圍

OutlineUltrasonicpolishing--------------------------------------(18)超音波機(jī)臺(tái)示意圖磁性流體拋光--------------------------------------------(20)熱噴塗塗層製程原理-----------------------------------(21)熱噴塗塗層製程原理圖示塗層的功能-----------------------------------------------(23)電漿噴塗--------------------------------------------------(24)電漿噴塗圖示電漿噴塗機(jī)剖面圖電漿噴塗優(yōu)缺點(diǎn)電漿(CVM)-----------------------------------------------(28)氧氣-燃料高速火燄噴塗法---------------------------(29)氧氣-燃料高速火燄噴塗圖示電弧噴塗--------------------------------------------------(31)

Outline電漿滲氮腐蝕試驗(yàn)-------------------------------------(32)反應(yīng)式離子蝕刻----------------------------------------(33)反應(yīng)式離子蝕刻示意圖反應(yīng)式離子蝕刻機(jī)References------------------------------------------------(36)

Introduction超精密加工技術(shù)標(biāo)誌著一個(gè)國(guó)家機(jī)械製造業(yè)的水準(zhǔn)，在提高光機(jī)電產(chǎn)品的性能、品質(zhì)、壽命和研發(fā)高科技產(chǎn)品等方面具有十分重要的作用。當(dāng)前，超精密加工是指加工誤差小於0.01μm、表面粗糙度小於Ra0.025μm的加工，又稱(chēng)之為亞微米級(jí)加工?，F(xiàn)在，超精密加工已進(jìn)入納米級(jí)，稱(chēng)之為納米加工。研磨或者拋光(LappingorPolishing)是使工件產(chǎn)生平滑鏡面的超精密研磨技術(shù)，其目的在於使表面粗糙度及平坦度到達(dá)一定的可容許範(fàn)圍，常被廣泛的使用在硬脆金屬、陶瓷、玻璃及晶圓等材料表面的精密加工。超精密拋光方法介紹

#

基於力學(xué)加工原理之機(jī)械加工方法:

將較加工物硬度高的研磨粒子，以稱(chēng)之為拋光盤(pán)(Polisher)之工具，押附在加工物表面，研磨粒子的大小與押附力相對(duì)應(yīng)，再加工物表面層產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，因此，發(fā)生延性或脆性破壞，而進(jìn)行拋光加工。液面拋光、水合拋光化學(xué)機(jī)械(固向反應(yīng))拋光(mechano-chemicalpolishing)乾式超精密拋光(dryprocess):以惰性氣體離子衝擊，產(chǎn)生力學(xué)作用進(jìn)行加工。噴塗腐蝕、離子束腐蝕及其他。將電漿中之腐蝕激化，與加工物表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，變成揮發(fā)性物質(zhì)將之除去。電漿腐蝕、電漿CVM及其他。將上記兩種現(xiàn)象組合，利用離子衝擊及化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)力學(xué)作用。反應(yīng)性離子腐蝕、反應(yīng)性離子束腐蝕及其他。各種材料之拋光盤(pán)及研磨粒子比較表FreeAbrasiveMachining水合研磨拋光是一種積極利用在工件臨界面上生成水合化反應(yīng)的研磨拋光方法。其主要特點(diǎn)是不使用磨粒和加工液，而加工裝置又與目前使用的拋光機(jī)相似，只是在水蒸汽環(huán)境中進(jìn)行加工。為此，要儘量避免使用能與工件產(chǎn)生固相反應(yīng)的材料拋光盤(pán)。水合研磨拋光液面研磨拋光示意圖研拋時(shí)工件與拋光盤(pán)（水晶平板）之間由流體壓力形成間隙，利用具有腐蝕作用液體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研拋加工，中使用的腐蝕液為甲醇、乙二醇與溴的混合液。主要用來(lái)加工CaAs、InP基片表面。拋光機(jī)械化學(xué)(固向反應(yīng))

(mechano-chemicalpolishing)化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)尚偉股份有限公司&尚上儀器股份有限公司266

×

370

18KBJPG圖片可能受版權(quán)保護(hù)。下列圖片位於：.tw拋光機(jī)械化學(xué)(固向反應(yīng))過(guò)程

(mechano-chemicalpolishing)CMP是將工件壓在旋轉(zhuǎn)之彈性襯墊（研磨墊）上，利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)加工之拋光技術(shù)。將具有腐蝕性之加工液供給到工件上，當(dāng)工件進(jìn)行腐蝕加工（化學(xué)性）時(shí)，同時(shí)供給超微磨粒（直徑100奈米以下）拋光（機(jī)械性）材料，對(duì)工件之凸部進(jìn)行選擇性的拋光操作，故稱(chēng)機(jī)（械）化學(xué)拋光或化學(xué)機(jī)械拋光。拋光機(jī)械化學(xué)(固向反應(yīng))示意圖

(mechano-chemicalpolishing)離子束拋光採(cǎi)用被充電的高能原子或離子（離子的品質(zhì)較原子品質(zhì)更大，因而可獲得更大的動(dòng)能），在真空狀態(tài)下由離子槍射向工件，當(dāng)帶有很高能量的離子撞擊工件表面時(shí)，在撞擊點(diǎn)上材料以原子量級(jí)實(shí)現(xiàn)去除。離子束拋光離子束拋光機(jī)離子束拋光機(jī)美佳光電科技有限公司圖片可能受版權(quán)保護(hù)。下列圖片位於：/電解拋光（ElectrolyticPolishing）所謂電解拋光，即是將工件放置陽(yáng)極，於電解液中通電，在適當(dāng)操作參數(shù)下，使工件發(fā)生電解反應(yīng)（亦稱(chēng)反電鍍），工件表面而因電場(chǎng)集中效應(yīng)而產(chǎn)生溶解作用，因而可達(dá)成工件表面平坦與光澤化之加工技術(shù)。電解拋光機(jī)制示意圖電解拋光應(yīng)用範(fàn)圍：(1)可處理銅、黃銅、鉛、鎳、鈷、鋅、鍚、鋁、不銹鋼、鐵、鎢等材料。(2)電解拋光技術(shù)廣泛應(yīng)用於半導(dǎo)體/LCD等級(jí)閥件、管配件、接頭、IGS之表面處理。(3)電解拋光可達(dá)鏡面級(jí)光澤，拋光後產(chǎn)品表面可達(dá)Ra=0.2~0.5μm。(4)不銹鋼電解拋光表面可生成鈍化層，有效提昇抗腐蝕能力。電解拋光成品如相片（一）所示：電解拋光應(yīng)用範(fàn)圍UltrasonicpolishingPolishingtoolAbrasiveparticlesWork-piecelatitudinalmachininglongitudinalmachiningobliquemachining超音波拋光是一種非接觸超精密研磨方法。超音波振動(dòng)工具頭的端面與工件表面保持一固定的間隙δ，並在其間充以微細(xì)磨粒工作液，當(dāng)超音波振動(dòng)工具以一定的頻率振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)微細(xì)磨粒衝擊工件表面，從而對(duì)工件表面進(jìn)行拋光。超音波拋光時(shí)，大量的磨粒以與超聲振動(dòng)相同的頻率、脈衝式的衝擊被加工表面，除去或改造工件表面原有的變質(zhì)層，並在其下面構(gòu)成新的變質(zhì)層（即表面加工層）。Polishing

Aroboticpolishingsystem.1.RV-M1robot.2.Ultrasonictransducer.3.Tooltong.4.Elastictool.5.Work-piece.6.Forcesensor.7.Worktable.8.Ultrasonicgenerator.9.Computer.10.Serialinterface.超音波機(jī)臺(tái)示意圖磁性流體拋光Magneticpowdersandfibers1980年代即被廣為實(shí)際運(yùn)用做加工後段拋光之用，M.Fox等人利用此法對(duì)非磁性材料做過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，其加工後的表面精度約可達(dá)8nm，但磁性研磨法能進(jìn)行小區(qū)域修補(bǔ)加工，對(duì)於大型平面工件而言相當(dāng)費(fèi)時(shí)。熱噴塗塗層製程原理(1)原料熔融–所使用的熱源可為電漿、燃?xì)饣馃?、燃?xì)獗ɑ螂娀?。（粉末不適用於電弧，線材不適用於電漿及燃?xì)獗ǎ?2)熔融顆粒加速。(3)熔融顆粒撞擊工件表面成扁平狀後附著於工件表面。(工件表面必須清潔並具適當(dāng)粗糙度，以使塗層附著良好)(4)原料迅速凝固形成塗層。擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf熱噴塗塗層製程原理圖示擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf塗層的功能任何機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，於選用其材料時(shí)，除考量零件本體所需承受荷重之機(jī)械強(qiáng)度外，亦需兼顧零件使用時(shí)其週遭環(huán)境的影響（腐蝕、磨損、溫度），以維持零件的功能及使用壽命。當(dāng)環(huán)境因素?zé)o法由所選用材料兼顧時(shí)，於零件表面增加一層能抵抗環(huán)境影響所需性能的塗層，便成為零件設(shè)計(jì)的重要考量因素。除了環(huán)境因素的考量外，塗層的選用亦可能涉及某些特殊功能的需求，例如裝飾、絕緣、電磁波或光線的反射或吸收??等。擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf電漿噴塗(PlasmaSpray)利用高電流低電壓在電極與噴嘴之間，以高瀕產(chǎn)生電位能此時(shí)溫度可達(dá)20,000K以上，當(dāng)噴塗氣體通過(guò)電極與噴嘴之間，因受激發(fā)而產(chǎn)生第四態(tài)(電漿態(tài))，氣體因解離而吸收大量熱能，氣體因高溫作用而急速膨脹，以非?？焖?gòu)膰娮靽娚涠?，此時(shí)藉由粉末輸送器由送粉氣體(Ar，N2)將粉末輸入至火焰中心，粉末吸收大量熱能而融化，並藉燃燒氣體氣流快速撞擊到已經(jīng)吹砂後基材上，形成塗層稱(chēng)之電漿噴塗．?dāng)X取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf電漿噴塗圖示(PlasmaSpray)擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf電漿噴塗機(jī)剖面圖(PlasmaSpray)擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf電漿噴塗優(yōu)缺點(diǎn)(PlasmaSpray)優(yōu)點(diǎn)金屬，非金屬，碳化物，陶瓷，及窯業(yè)金屬粉末塗層用途廣泛(工業(yè)及航空界)學(xué)習(xí)及操作較難自動(dòng)化擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf缺點(diǎn)學(xué)習(xí)及操作較難自動(dòng)化設(shè)備昂貴製程成本高電漿(CVM)所謂電漿CVM(ChemicalVaporizationMachining)，將鹵素(halogen)類(lèi)電氣陰性度大的原子在高壓氣氛中，在局部空間激起高周波電漿，進(jìn)行反應(yīng)性較高的中性激發(fā)，因此，與被加工物反應(yīng)，變成揮發(fā)物質(zhì)，進(jìn)行去除加工法。激發(fā)原子和被加工物原子反應(yīng)後，或揮發(fā)被除去被加工物原子氧氣-燃料高速火燄噴塗法高速火焰噴塗以粉末作為噴覆材料，利用氮?dú)鉃檫\(yùn)送氣體，輸送至超過(guò)2-3倍音速之大量高壓燃燒火焰氣體中心，粉末受熱熔化後同時(shí)以800-1200m/sec的速度撞擊在已經(jīng)吹砂處理後之工件表面上，形成緻密之塗層.擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf氧氣-燃料高速火燄噴塗圖示擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf電弧噴塗利用兩根欲噴塗之金屬線穿過(guò)特別設(shè)計(jì)之噴槍,金屬線帶電形成電弧,其溫度高於7200℉,熔解金屬線並利用壓縮空氣或氮?dú)鈱⑵潇F化噴在以已處理過(guò)之基材,形成塗層擷取自:.tw/swl/non/pluasma/pluasma.pdf電漿滲氮腐蝕試驗(yàn)電漿滲氮條件為在450℃及420℃分別施以25小時(shí)與10小時(shí)。試片在滲氮爐中先經(jīng)10分鐘的電漿清潔，除去原生氧化層，然後再經(jīng)4小時(shí)的升溫至滲氮溫度作滲氮處理。SchematicdiagramofASPNfacility在半導(dǎo)體製程中，蝕刻（Etch）被用來(lái)將某種材質(zhì)自晶圓表面上移除。蝕刻通常是利用腐蝕性物質(zhì)移除部份薄膜材料，以達(dá)到產(chǎn)生所需圖案（Pattern）之技術(shù)。一般將蝕刻分為濕式蝕刻和乾式蝕刻，而乾式蝕刻（DryEtching）又稱(chēng)為電漿蝕刻（PlasmaEtching）且屬於非等向性蝕刻，所以是目前最常使用的蝕刻方式。指電漿將蝕刻氣體解離成各種離子，然後這些離子對(duì)薄膜或晶圓產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；此法的優(yōu)點(diǎn)是我們可以藉由材料的選擇來(lái)決定蝕刻的大小、範(fàn)圍，缺點(diǎn)是不具有非等向性蝕刻的效果。反應(yīng)式離子蝕刻（ReactiveIonEtching）擷取自:NCKUMicro-NanoTechnologyCenter/SouthernRegionMEMSCenter本文件及文件之內(nèi)容屬?lài)?guó)科會(huì)南區(qū)微系統(tǒng)研究中心所有，謹(jǐn)供列印閱讀，未經(jīng)許可，請(qǐng)勿以任何形式翻製抄襲。反應(yīng)式離子蝕刻示意圖擷取自:NCKUMicro-NanoTechnologyCenter/SouthernRegionMEMSCenter本文件及文件之內(nèi)容屬?lài)?guó)科會(huì)南區(qū)微系統(tǒng)研究中心所有，謹(jǐn)供列印閱