[發(fā)明專利]一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法

有效

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• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105904333B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘繼生;閻秋生;李衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B24B31/10
• 分類號: B24B31/10;B24B7/17;B24B27/00;B24B41/02;B24B47/04;B24B47/16;B24B41/06;C09K3/14
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 楊炳財(cái),屈慧麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法，特別適合于光電子/微電子半導(dǎo)體基片及光學(xué)元件的平面平坦化加工，屬于超精密加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以集成電路(IC)和光電子器件制造為代表的微電子和光電子制造是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，也是當(dāng)今世界競爭最激烈、發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)。單晶硅(Si)、單晶鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、單晶碳化硅(SiC)和藍(lán)寶石(Al₂O₃)等作為集成電力電子器件和光電子器件的襯底材料，要求具有超平坦、超光滑(粗糙度Ra達(dá)到0.3nm以下)、無缺陷和無損傷表面，加工質(zhì)量直接決定著其應(yīng)用價(jià)值的高低和器件性能的優(yōu)劣。同樣，在光學(xué)領(lǐng)域，光學(xué)透鏡和反射鏡等作為光學(xué)器件的核心元件之一，要達(dá)到良好的光學(xué)性能，其表面精度需要達(dá)到超光滑程度(粗糙度Ra達(dá)到1nm以下)，面形精度也有較高的要求(形狀精度達(dá)到0.5微米以下)。

目前，對光學(xué)平面元件和半導(dǎo)體基片的平坦化加工，主要還是采用傳統(tǒng)的研磨、端面精密磨削、超精密拋光、化學(xué)機(jī)械拋光和磁流變拋光等。其中，磁流變拋光技術(shù)(Magnetorheological finishing,MRF)是20世紀(jì)90年代由KORDONSKI及其合作者將電磁學(xué)、流體動力學(xué)、分析化學(xué)、加工工藝學(xué)等相結(jié)合而提出的一種新型的光學(xué)表面加工方法，具有拋光效果好、不產(chǎn)生次表面損傷、適合復(fù)雜表面加工等傳統(tǒng)拋光所不具備的優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成為一種革命性光學(xué)表面加工方法，特別適合軸對稱非球面的超精密加工，廣泛應(yīng)用于大型光學(xué)元件、半導(dǎo)體晶片、LED基板、液晶顯示面板等的最后加工工序。但目前采用磁流變拋光方法對平面工件進(jìn)行加工時(shí)，主要以美國QED公司研制的各種型號磁流變機(jī)床，其原理是把工件置于一圓弧形拋光盤上方，工件表面與拋光盤之間形成的凹形間隙，拋光盤下方布置一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度可調(diào)的電磁鐵磁極或者永磁體磁極使凹形間隙處形成高強(qiáng)度梯度磁場，磁流變液隨拋光盤運(yùn)動到工件與拋光盤形成的空隙附近時(shí)形成的柔性凸起“拋光緞帶”， 通過“拋光緞帶”去除工件表面材料。在此基礎(chǔ)上，國外學(xué)者還研發(fā)了球頭磁流變加工技術(shù)(BEMRF，ball end magnetorheological finishing)、磁流變磨料流加工(MRAFF，magnetorheological abrasive flow finishing)和磁性復(fù)合流體拋光(MCF,magnetic compound fluid slurry polishing)等新技術(shù)，對光電晶體基片的超精密加工均取得了很好的加工效果。但上述方法均通過“拋光緞帶”去除工件表面材料，“拋光緞帶”與工件表面屬于“斑點(diǎn)”局部接觸，在加工平面工件時(shí)只能靠控制“斑點(diǎn)”沿工件表面按一定規(guī)律軌跡掃描才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)表面的加工，軌跡掃描過程需要大量的時(shí)間，造成效率低、加工形狀精度不易保證，而且目前的磁流變拋光加工報(bào)道僅局限于對工件進(jìn)行單面加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法，通過調(diào)節(jié)柔性拋光墊剛度實(shí)現(xiàn)工件雙面粗拋光到精拋光的全過程，同時(shí)解決傳統(tǒng)加工過程中工件不同位置與拋光墊之間的相對速度不一致而造成工件加工不均勻的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，包括：可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機(jī)構(gòu)、工件快速裝夾機(jī)構(gòu)和工件運(yùn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)；

所述可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機(jī)構(gòu)包括對稱設(shè)置的第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊；所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊均包括：殼體、偏擺主軸、偏心凸輪軸、磁鐵安裝座、永磁鐵和電機(jī)；

偶數(shù)個(gè)永磁鐵一端安裝在具有偶數(shù)陣列孔的磁鐵安裝座上，另一端安裝于偏心凸輪軸的端面內(nèi)；偏擺主軸的大端與偏心凸輪軸連接，偏擺主軸的軸端連接固定在殼體上；電機(jī)固定在殼體上，通過傳動結(jié)構(gòu)帶動所述偏擺主軸轉(zhuǎn)動；

所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊在所述相向移動機(jī)構(gòu)的帶動下前后相向運(yùn)動；

所述工件快速裝夾機(jī)構(gòu)包括工作槽、夾板、連桿、鉸板、固定鉸、方形磁鐵、電工軟鐵塊、圓環(huán)形鑄鐵和條形永磁鐵；