[發明專利]一種主動控制工件材料去除機理轉變的超精密拋光方法

有效

• 申請號: 201510366852.7
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105127880B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 鄧乾發;呂冰海
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B37/10
• 分類號: B24B37/10
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及精密和超精密加工技術領域，尤其是一種主動控制工件材料去除機理轉變的超精密拋光。

背景技術

拋光技術是降低表面粗糙度、去除損傷層，獲得超光滑無損傷表面的主要終加工手段。針對基片(尤其是半導體材料基片)的少/無損傷、高精度拋光要求，研究者開發了眾多拋光方法，主要包括瀝青盤拋光、金屬盤拋光、化學機械拋光、液面滑行拋光、水合拋光、彈性發射加工、浮動拋光、磁懸浮拋光、電泳拋光等。這些拋光方法，按照在加工過程中工件和拋光盤(或拋光工具)之間的間隙狀態可分為三種類型：緊接觸式拋光、準接觸式拋光和非接觸式拋光。

瀝青盤拋光和金屬盤拋光屬于緊接觸式拋光，工件和拋光盤表面緊密貼合。通過工件和拋光盤的相互修整，可以獲得很好的加工精度。但由于材料以磨粒的機械去除作用為主，由機械力所產生的晶格畸變等損傷不可避免。化學機械拋光(CMP)是目前實現基片超精密加工的基本方法。工件上的載荷由拋光盤和拋光液膜共同支持，拋光盤與拋光液中磨粒共同拋光基片表面，屬于準接觸式拋光。雖然這種加工方式有助于獲得較好的加工精度和光滑表面，但是由于存在拋光盤與基片表面的機械力作用，將不可避免地會造成拋光工件加工表面的表層晶格發生畸變等缺陷，化學機械拋光所造成的表面損傷層深度大約為55nm，這將嚴重影響到基片所制成器件的性能。彈性發射加工、浮動拋光和水合拋光加工時，工件和拋光盤(或拋光工具)間形成較大的間隙，屬非接觸式拋光。這類加工方法主要以拋光液化學作用和磨粒沖擊工件表面去除材料，不僅不會降低前工序加工精度，而且還可以獲得無損傷超光滑表面，但去除效率一般較低，因此一般只作為獲得超光滑表面的最后一道精加工工序。現有拋光方法中，工件和拋光盤之間的接觸狀態只是緊密接觸狀態、準接觸狀態和非接觸狀態三種接觸狀態其中的一種情況。為消除緊接觸式拋光和準接觸式拋光過程中產生的損傷層，一般都需要再增加一道化學拋光或化學腐蝕工序來實現。

以上拋光方法分析可知：工件與拋光盤的緊接觸狀態有利于獲得較好的加工精度和較高的材料去除率，但容易造成工件表面損傷，非接觸的拋光加工更容易實現無損傷的拋光，但去除量小、加工時間長卻不能保證優良的表面粗糙度和平面度。為獲得良好的加工精度和無損傷表面，需要兩道工序來完成，即前道工序采用緊接觸拋光以保證加工精度，后道工序采用非接觸拋光以去除加工損傷層。對于傳統的基片拋光方法而言，已很難適應基片(尤其是半導體材料基片)目前大批量、高精度、高效加工的要求。

因此，研發一種應用于基片(尤其是半導體材料基片)少/無表面損傷、高精度的超精密加工方法尤為必要。

發明內容

為了克服現有的拋光方法無法適用于基片(尤其是半導體材料基片)的高精度、少/無損傷超光滑表面加工要求的不足，本發明提出了一種能實現基片高精度、少/無損傷超光滑表面加工要求的主動控制工件材料去除機理轉變的超精密拋光方法。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種主動控制工件材料去除機理轉變的超精密拋光方法，該方法采用工件拋光盤接觸狀態調整機構調節緊接觸拋光或非接觸拋光狀態，所述工件拋光盤接觸狀態調整機構的基準盤頂面與球頭蓋固定連接，所述球頭蓋內有球頭，所述球頭與所述基準盤為點接觸，所述球頭與調整桿的下端連接，所述調整桿的上端與調整旋鈕連接，所述調整旋鈕外安裝有鎖緊圈，所述調整旋鈕的外壁與調整套的內壁螺紋連接，所述調整套固定安裝在基座上，所述基座的底面上放置被加工工件，所述的基座上安裝有一個千分表，所述千分表表桿與所述基準盤相接觸，用于指示基準盤與所述基座相對位置變化；

加工時，裝有工件的工件拋光盤接觸狀態調整機構置于拋光盤上，拋光液從注入口進入所述的拋光盤的加工區域，拋光初始時采用緊接觸拋光以保證工件加工形狀精度，然后調整工件與拋光盤接觸狀態，采用非接觸拋光去除緊接觸拋光的工件表面加工損傷層；所述工件上載荷、所述拋光盤轉速、拋光液濃度和拋光液流量可調。

進一步，所述調整旋鈕、鎖緊圈、調整套組成螺旋調節機構，用于調整所述基準盤與所述基座在拋光盤上的相對高度差。