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研究生:邱思齊
論文名稱:CVD鑽石膜表面拋光技術之研究—熱化學拋光及化學輔助機械拋光
論文名稱(外文):A Study of Polishing Technique for CVD DiamondThin Films—Thermo chemical Polishing andChemical-Assisted Mechanical Polishing andPlanarization
指導教授:左培倫
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:化學氣相沉積鑽石膜熱化學拋光化學輔助機械拋光
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利用化學氣相沉積法所製造的鑽石膜是一種廣泛被應用的鑽石鍍膜技術。由於其多晶鑽石結構的特性,造成必須在後段製程中加入拋光的步驟,將表面平坦化,以增加其應用之範圍。

在各種鑽石的拋光法中,熱化學拋光以及化學輔助機械拋光均具有可達成大面積拋光、奈米等級拋光表面以及製程設備成本低等特性,故本文針對此兩種製程做研究與分析。

為了了解熱化學拋光以及化學輔助機械拋光的各項參數影響趨勢以及達成大面積拋光之目標,分別對各項參數做趨勢分析,探討表面粗度值與材料移除率的變化,建立製程參數之資料庫,已達成最適化製程參數的設計。同時藉由理論模型之建構,將理論值與實際值比較,探討熱化學拋光以及化學輔助機械拋光之拋光機制。



關鍵字:化學氣相沉積鑽石薄膜、熱化學拋光、化學輔助機械拋光、碳原子擴散
Chemical vapor deposited diamond thin firm technique is generally applied in the years. Because of the characteristic of polycrystalline diamond, it must be polished in final processes to improve the quality of surface for widely application. In many polishing technologies, thermo chemical polishing and chemical assisted mechanical polishing and planarization (CAMPP) both have the advantages: large area polishing, fine polished surface and low equipment cost.

In this article they will be experimented and analyzed. To realize the effect of the parameters in thermo chemical polishing and chemical assisted mechanical polishing and planarization, and to achieve large area polishing, they are analyzed for the variation of surface roughness, material removal rate…etc.

And a theory model is set to compare the ideal value and true value, to know the polishing process in thermo chemical polishing and chemical assisted mechanical polishing and planarization.

Keywords: Chemical vapor deposited diamond thin firm (CVDD), thermo chemical polishing, chemical assisted mechanical polishing and planarization (CAMPP)
第一章 簡介
1-1 研究背景……………………………………………………………1
1-2 化學氣相沉積鑽石膜的生成………………………………………2
1-3 化學氣相沉積鑽石膜與表面聲波濾波器…………………………4
1-4 化學氣相沉積鑽石膜的拋光………………………………………6
1-4-1 熱化學拋光 …………………………………………………7
1-4-2 化學輔助機械拋光 …………………………………………8

第二章 研究動機
2-1 研究動機……………………………………………………………9
2-2 問題描述 …………………………………………………………12

第三章 文獻回顧
文獻回顧…………………………………………………………14

第四章 實驗規劃
4-1 實驗設備 …………………………………………………………21
4-2 實驗材料 …………………………………………………………28
4-3 實驗規劃 …………………………………………………………30
4-3-1熱化學拋光參數對表面粗度影響趨勢分析 ………………30
4-3-2 化學輔助機械拋光參數對表面粗度影響趨勢分析………32
4-3-3 建立表面粗糙度與拋光時間之關係………………………34

第五章 實驗結果
5-1熱化學拋光參數對表面粗度影響趨勢分析………………………35
5-1-1 轉速的影響趨勢分析………………………………………35
5-1-2 溫度的影響趨勢分析………………………………………38
5-1-3 通入氣體的影響趨勢分析…………………………………41
5-2化學輔助機械拋光參數對表面粗度影響趨勢分析………………43
5-2-1 轉速的影響趨勢分析………………………………………43
5-2-2 溫度的影響趨勢分析………………………………………46
5-2-3 加入磨粒種類的影響趨勢分析……………………………49
5-2-4 拋光液種類的影響趨勢分析………………………………52
5-3 拋光時間及表面粗度之趨勢分析 ………………………………55
5-3-1 熱化學拋光中拋光時間及表面粗度之趨勢分析…………55
5-3-2 化學輔助機械拋光中拋光時間及表面粗度之趨勢分析…59

第六章 分析與討論
6-1熱化學拋光及化學輔助機械拋光之拋光機制討論………………64
6-1-1 熱化學拋光之拋光機制……………………………………64
6-1-2化學輔助機械拋光之拋光機制 ……………………………66
6-2熱化學拋光及化學輔助機械拋光之異同及優劣…………………68
6-3最適化拋光參數設計………………………………………………71
6-3-1最適化拋光參數之建構流程 ………………………………71
6-3-2最適化拋光參數之設定 ……………………………………73

第七章 結論與展望
7-1 結論一:各項拋光參數之影響趨勢 ……………………………76
7-1-1 熱化學拋光參數影響趨勢…………………………………76
7-1-2 化學輔助機械拋光參數影響趨勢…………………………77
7-2 結論二:拋光機制與最適化拋光參數之建構 …………………79
7-2-1 拋光機制……………………………………………………79
7-2-2 最適化拋光參數之建構……………………………………79
7-3 未來展望 …………………………………………………………80

Reference………………………………………………………………81


















圖表目錄

表1-1 鑽石的應用層面及跨足產業領域………………………………1
表1-2 各種SAW Filter基板材料之比較…………………………… 3
表1-3各種鑽石拋光技術的比較………………………………………6
表4-1 實驗設備規劃………………………………………………… 21
表4-2 掃描式電子顯微鏡S-570的規格 ……………………………27
表4-3 熱化學拋光實驗使用之CVD鑽石薄膜試片 …………………28
表4-4 化學輔助機械拋光使用之CVD鑽石薄膜試片 ………………29
表4-5 熱化學拋光主要製程參數設定 ………………………………30
表4-6 熱化學拋光轉速實驗 …………………………………………31
表4-7 熱化學拋光溫度實驗 …………………………………………31
表4-8 熱化學拋光通入氣體實驗 ……………………………………31
表4-9 化學輔助機械拋光主要製程參數設定 ………………………32
表4-10 化學輔助機械拋光轉速實驗…………………………………33
表4-11 化學輔助機械拋光溫度實驗…………………………………33
表4-12 化學輔助機械拋光拋光液種類實驗…………………………33
表4-13 化學輔助機械拋光磨粒種類實驗……………………………34
表4-14 粗糙度與時間關係實驗流程圖………………………………34
表5-1 熱化學拋光拋光時間實驗參數設定 …………………………55
表5-2 化學輔助機械拋光拋光時間實驗參數設定 …………………55
表6-1熱化學拋光及化學輔助機械拋光製程比較之異同 …………68
表6-2 最適化拋光參數之設定 ………………………………………73


圖1-1 CVD鑽石鍍膜機示意圖…………………………………………2
圖1-2 CVD鑽石膜生長示意圖…………………………………………3
圖1-3表面聲波濾波器示意圖…………………………………………4
圖1-4 熱化學拋光示意圖………………………………………………7
圖1-5 碳原子的擴散及石墨化示意圖…………………………………7
圖1-6 CAMPP工作示意圖………………………………………………8
圖3-1 M. Yoshikawa所開發之熱化學拋光機台 ……………………14
圖3-2 氫氣中的拋光機制 ……………………………………………14
圖3-3 拋光前(a)與拋光後(b)的里曼光譜分析圖 …………………15
圖3-4純鑽石薄膜隨拋光時間改變的XRD圖譜分析圖………………15
圖3-5 實驗中設計的熱化學拋光機台 ………………………………16
圖3-6 CAMPP機台 ……………………………………………………16
圖3-7 各種不同情況化學拋光液的結果 ……………………………17
圖3-8振動式熱化學拋光機示意圖--平坦化拋光 …………………18
圖3-9 振動式熱化學拋光機示意圖--斜面拋光 ……………………18
圖3-10 不同厚度介質層的CVD鑽石膜,壓力與裂痕長度的關係..19
圖3-11 CAMPP 拋光時間對表面粗糙度關係圖………………………20
圖4-1熱鎢絲CVD鑽石鍍膜機 ………………………………………22
圖4-2 熱鎢絲CVD示意圖 ……………………………………………22
圖4-3 熱化學拋光機 …………………………………………………23
圖4-4 熱化學拋光機系統設計 ………………………………………23
圖4-5 CAMPP拋光機台 ………………………………………………25
圖4-6 化學輔助機械拋光機台示意圖 ………………………………25
圖4-6 掃描式電子顯微鏡 ……………………………………………26
圖4-7 Wyko表面輪廓儀………………………………………………28
圖5-1 不同轉速實驗下的SEM影像(6000X)…………………………36
圖5-2 使用Wyko量測之表面粗度結果………………………………37
圖5-3 熱化學拋光轉速影響之趨勢結果 ……………………………38
圖5-4 不同溫度實驗下的SEM影像(6000X)…………………………39
圖5-5 使用Wyko量測之表面粗度結果………………………………40
圖5-6 熱化學拋光溫度影響之趨勢結果 ……………………………41
圖5-7 不同氣氛實驗下的SEM影像(6000X)…………………………41
圖5-8 使用Wyko量測之表面粗度結果………………………………42
圖5-9 轉速實驗的SEM影像(6000X)…………………………………44
圖5-10 使用Wyko量測之表面粗度結果 ……………………………45
圖5-11 化學輔助機械拋光轉速影響之趨勢結果……………………45
圖5-12 溫度實驗的SEM影像(6000X) ………………………………47
圖5-13 使用Wyko量測之表面粗度結果 ……………………………48
圖5-14 化學輔助機械拋光溫度影響之趨勢結果……………………48
圖5-15 磨粒種類實驗的SEM影像(6000X) …………………………50
圖5-16 使用Wyko量測之表面粗度結果 ……………………………51
圖5-17 化學輔助機械拋光磨粒種類影響之趨勢結果………………51
圖5-18 拋光液種類實驗的SEM影像…………………………………53
圖5-19 使用Wyko量測之表面粗度結果 ……………………………54
圖5-20 化學輔助機械拋光拋光液種類影響之趨勢結果……………54
圖5-21 熱化學拋光中拋光時間實驗之SEM影像……………………56
圖5-22 熱化學拋光拋光時間實驗之Wyko 2D影像…………………57
圖5-23 熱化學拋光時間影響之趨勢結果……………………………58
圖5-24 化學輔助機械拋光中拋光時間實驗之SEM影像……………60
圖5-25 熱化學拋光中拋光時間實驗之Wyko 2D影像………………61
圖5-26 化學輔助機械拋光材料移除示意圖…………………………62
圖5-27 化學輔助機械拋光時間影響之趨勢結果……………………63
圖6-1 熱化學拋光轉速與磨除率關係—理論值與實際值 …………65
圖6-2 化學輔助機械拋光轉速與磨除率關係—理論值與實際值 …67
圖6-3 化學輔助機械拋光表面刮痕SEM圖 …………………………69
圖6-4 熱化學拋光表面鑽石膜剝落SEM圖 …………………………70
圖6-5 最適化參數的建構流程圖……………………………………71
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