平面抛光中磨粒运动轨迹仿真研究.pdf

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1、平面抛光中磨粒运动轨迹仿真研究口沈晓安浙江工业大学浙西分校浙江衢州324000摘要：对修整环形抛光机平面抛光过程进行了运动分析，给出了抛光垫上某一点相对f-iL件的速度矢量与轨迹方程。通过对相对速度的讨论发现，当抛光垫与试件具有相同的角速度时，有利于试件平面度的提高。详细讨论了抛光垫上不同位置点的相对轨迹，这些轨迹可以视为试件表面形成的划痕。重点描述了开螺旋槽的抛光垫对试件平面度的影响，提出用偏心保持架装置替代目前的同心保持架装置，有利于试件平面度提高。实验结果与理论分析相符。关键词：磨粒轨迹方程偏心保持架平面度中图分类

2、号：TH113．2；TG580．692文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)05—0016—03如图1所示为修整环形抛光机原理简图，其独特之V=pX，p一03×rw(1)处在于，一方面修整环充当工件夹具驱动试件回转，另当∞==∞时，式(1)可写成一方面充当抛光垫的修整装置实现抛光垫的在线修V=×(，p一，)=03×e(2)整。加工时将工件粘贴于基片上，被抛光面向下置于修式中：e为由0点到0点的位移矢量，其大小与方向整环载物孔内，调整基片上的配重用于调节加工压力。均为恒定值。修整环在保持架的支撑下绕其中心旋

3、转，工件即在抛由式(2)不难看出当抛光垫与试件的角速度相等光垫与修整环的共同作用下绕自身轴线回转。时，在任一时刻抛光垫上任一点与试件的相对速度均相同，相对速度矢量的大小与时间无关，方向则随时间1运动分析的变化而均匀变化，也就是说整个试件表面被无方向1．1相对运动速度方程地均匀去除。在双轴式抛光机的俯视图上建立笛卡儿坐标系如Sung—WooPark等对P型硼渗透硅片的CMP工图2所示，抛光垫与试件的角速度分别为∞、∞。绝对艺参数(试件／抛光垫转速、加工载荷、抛光液注入速坐标系固联于抛光垫上，相对坐标系固联于试件上。抛度等)

4、进行了研究，发现当抛光垫与试件的转速比在1光垫上定点距抛光垫旋转中心O点为rp，距试件到2之间时，抛光效率最高且试件的平面度最好，因而旋转中心O为点rwc试件上与点重合的一点为强调有必要设计抛光垫转速与试件转速相等或抛光垫点，则转速两倍于试件转速的加工设备。门点与肘1．2相对轨迹试件点的相抛光垫上定点相对于试件的运动轨迹可描述修整环对速度成：即fx：rpcos(∞一0一∞)一ecos(towt)点的抛【=一rosin(eo0t一0一)一esin(t)光速度，或修整即：+e一2rpeCOS(pt一0)(3)150叫磨粒一l

5、oo抛光垫500⋯．50一-1o0粼件．150▲图1修整环形抛光机原理图▲图2平面抛光运动关系简图▲图3当o=80、n：3时M点的相对轨迹收稿日期：2008年1O月2009／5机械制造47卷第537期．10O0lO0200▲图4当知：87．5、n=4时的相对轨迹▲图5当n=5、。分别为6O、80、90时的相对轨迹▲图6当n=1，M点起始相位分别为0、0+~r／2、0+1r、0+3~r／2时的相对轨迹当rp=e时，式(3)可写成如下形式：r：2elIsin二I(4)式中：0表示时间t=0时，r与轴的夹角；n为抛光8．同心试

6、件保持架垫对试件的转速比。当n为自然数时式(4)即为“玫瑰(实线圆)和偏心线”方程。试件保持架位置2仿真b．不同区域材料去假定R=150，r=50，抛光垫转速为50r／rain，初除率效果始时刻点在绝对坐标系中的横坐标为。，对转速比(抛光垫相对于试件)、点的起始位置对相对轨迹的影响情况进行仿真。C．作用于试件表面2．1转速比的材料去除曲线显然，当n为自然数时，试件旋转一周，抛光垫上▲图7不同试件保持架对试件表面质量的影响效果图的肘点将穿越试件n次。图3显示的是当o=80、n=3时点的相对轨2)当使用表面开螺旋槽的抛光垫时

7、，假定凸峰的迹。当为自然数的倒数时情况似乎要复杂得多。宽度无限小(图7a)，且螺旋线上一点对试件的相对轨2．2M点起始O：-置的横坐标0迹是一条直线(图7b)。考虑一种简单的情况，试件的垂如上所述，当rp=e=R—r=100，即XO=87．5直轴线与螺旋线相切，而水XF轴线与螺旋线垂直。试件时，相对轨迹即为“玫瑰线”，如图4所示。由式(3)可以被3个圆分成3个区域，

8、、，2、h，由动力学分析和仿真结看出，相对轨迹将随rp或o的变化而变化，如图5所果得知，点1(1)的作用区域为，1，点2(2)的作用区域示，rp或o的增大使

9、“花瓣”膨胀，而“花心”的面积就为，。+，2，点3(3)的作用区域为，l+，2+，3，因而距试会缩小。件中心越远被去除的材料就越多(图7c)，因此试件的2．3M点起始相位0平面度不仅不会提高反而会愈加恶化。由式(3)可知，点的起始相位0对rW幅值没有3)为减小划痕出现的几率，并提高试件的平面度，影响，却会使其相位发生