[發明專利]一種超聲輔助化學機械拋光藍寶石襯底材料的裝置及方法

有效

• 申請號: 200910237484.0
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101716745A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 路新春;許文虎;潘國順;雷源忠;雒建斌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00;B24B1/04;B28D5/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于藍寶石襯底材料的拋光技術領域，特別涉及一種超聲輔助化學機械拋光藍寶石襯底材料的裝置及方法。

背景技術

藍寶石是一種集優良的光學性能、物理性能和化學性能于一體的多功能氧化物晶體。單晶藍寶石硬度僅次于金剛石，具有很好的熱特性、耐磨性、電器特性和介電特性，因此廣泛應用于光電子、通訊、國防等領域，其中很重要的應用就是作為GaN基發光二極管(LED)的襯底材料。LED是當今世界最有發展前途的節能技術和產業，作為LED外延片和芯片產品最重要基礎材料的藍寶石材料，則是國際高端LED芯片產業上游技術產品。隨著科學技術的不斷發展，上述應用領域對藍寶石襯底的加工精度和表面質量要求越來越高，而藍寶石晶體作為典型的難加工材料，目前還沒有非常成熟的高效低損傷加工工藝。

化學機械拋光(CMP)是目前唯一能夠實現全局平坦化的拋光技術，然而由于其工藝的復雜性，人們對于CMP機理仍缺乏深入的認識，許多方面還需要進行深入地研究。用CMP技術對藍寶石襯底進行拋光時，存在材料去除率低，表面質量不夠好的問題。超聲振動加工技術已經被證明是加工硬脆性材料的高效技術。為了提高藍寶石襯底的拋光效率和質量，在傳統CMP技術中加入超聲振動來輔助其拋光。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲輔助化學機械拋光藍寶石襯底材料的裝置及方法。

一種超聲輔助化學機械拋光藍寶石襯底材料的裝置，其特征在于，超聲電源控制箱1通過導線與安裝在碳刷支架4上的碳刷5相連，碳刷5通過導電銅滑環7將超聲電源正負極接到超聲換能器6的正負極，超聲換能器6與變幅桿13通過螺紋相連接，拋光頭14固定在變幅桿13的下端；變幅桿13通過滾動軸承9穿過支撐板11，滾動軸承9外圈通過螺釘固定在支撐板11上，內圈固定在變幅桿13上，直線電機A10通過皮帶8和滾動軸承9帶動變幅桿13和拋光頭14旋轉，滾動軸承9、直線電機A10和碳刷支架4均安裝在支撐板11上；支撐板11與滑桿12相連接，滑桿12設置在定位導向桿3上，定位導向桿3通過固定支腳2安裝在花崗巖底座25上，氣缸21通過輸氣軟管與氣道連接，通過氣壓表20調節氣缸21里的空氣壓力大小，氣缸21帶動滑桿12在定位導向桿3內上下移動，從而帶動支撐板11及其上固定部件上下移動，用以調整拋光頭14的位置；拋光頭14下設置拋光盤17，拋光盤17上設有拋光墊16，拋光盤17設置在箱體23上，箱體23內安裝的直線電機B22通過控制系統帶動拋光盤17和拋光墊16旋轉，箱體23通過調平螺栓24靜置在花崗巖底座25上；藍寶石襯底材料15安裝在拋光頭14上，拋光液18由蠕動泵19輸送到拋光墊16與藍寶石襯底材料15之間。

所述超聲換能器6由壓電陶瓷片和絕緣片構成。

所述直線電機A10帶動旋轉的變幅桿13和拋光頭14與直線電機B22帶動旋轉的拋光墊16和拋光盤17同轉速同方向轉動。

所述拋光壓力由支撐板11及其上固定部件自重減去或加上空氣壓力得到。

所述拋光頭14為臺階式彎曲振動圓盤，將超聲換能器6沿豎直方向的振動轉化為超聲彎曲振動，即含有豎直方向和水平方向的振動分量。

所述拋光頭14繞著豎直軸旋轉，同時具有豎直方向和水平方向的超聲振動。

一種超聲輔助化學機械拋光藍寶石襯底材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將藍寶石襯底材料15安裝在拋光頭14上；

(2)啟動直線電機A10和直線電機B22，控制拋光頭14與拋光墊16及拋光盤17同轉速同方向轉動；

(3)啟動蠕動泵19，將拋光液18輸送到拋光墊16上；

(4)打開氣道開關，空氣由輸氣軟管進入氣缸21，通過氣壓表20調節氣缸21里的空氣壓力大小，使支撐板11沿著定位導向桿3豎直向下移動至藍寶石襯底材料15與拋光墊16接觸；

(5)支撐板11及其上固定部件自重減去或加上空氣壓力即為拋光壓力；

(6)啟動超聲電源控制箱1，超聲電源通過導線、碳刷5和導電銅滑環7接入超聲換能器6的正負接線柱上，超聲換能器6將電信號轉化為機械振動信號，超聲振動通過變幅桿13傳遞給拋光頭14及安裝在其上的藍寶石襯底材料15，由此，在超聲能量和拋光液18、拋光墊16的化學機械共同作用下，實現對藍寶石襯底材料15的超聲輔助化學機械拋光；

(7)完成工作后關閉所有開關。