[发明专利]一种磁流变流体动压复合抛光装置及其抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光装置及其抛光方法，尤其是指一种磁流变流体动压复合抛光装置及其抛光方法。

背景技术

随着信息电子化的社会发展，半导体材料作为高性能微电子元器件应用愈发广泛，如单晶硅、氧化铝、钛酸锶和单晶碳化硅等电子陶瓷材料的需求越来越大。一般半导体晶片制造要经过切片、研磨、抛光等工序，要达到良好的使用性能，其表面精度需要达到超光滑程度，面型精度也有较高要求，以LED外延蓝宝石衬底为例，一般要求总厚度偏差小于10μm、表面总平整度小于10μm、表面粗糙度小于0.05μm。因此半导体材料的制造越来越依赖研磨抛光技术来满足其生产要求。

现有国内外对半导体晶片的加工方法主要以下四种：1、沿用传统单晶Si、Ge等晶片加工中的传统机械研磨抛光加工方法；2、以机械去除和化学去除结合使用的CMP加工方法；3、以激光、超声和等粒子等特种加工方式进行加工；4、以基于磁流变液在磁场下的流变特性的磁流变加工。其中，作为磁流变加工方法的现有游离磨料研磨抛光加工方法在抛光加光的过程中，游离磨料微粒在研磨盘与工件之间的运动速度、轨迹、滞留时间无法进行有效和准确的控制，在抛光盘与工件及界面之间的游离态磨料只有较大尺寸的磨料产生加工作用，由于相对运动的作用相当部分较小尺寸的磨粒尚未与工件表面产生干涉作用即脱离研磨盘与工件界面，造成加工精度和加工效率低下。例如，专利200610132495.9提到的集群磁流变抛光方法能很好地对单晶碳化硅进行抛光，并获得纳米级的光滑表面，但由于采用外加磁场强弱来控制磁流变工作液的流变特性，难以控制抛光过程形成的柔性小磨头的分布均匀性，以致经磁流变抛光的半导体基片厚度偏差、表面平整度和表面质量难以控制。

发明内容

本发明的目的在于解决现有游离磨料研磨抛光加工方法存在的加工精度控制困难而造成加工准确性和效率低的问题，提供一种抛光均匀、加工效率高和使用方便的磁流变流体动压复合抛光装置及其抛光方法。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种磁流变流体动压复合抛光装置，包括抛光盘、第一转轴、抛光液、第二转轴、工件盘和待抛光件，所述第一转轴和第二转轴相互平行，且所述第二转轴向第一转轴方向水平滑动，所述磁性体设于所述抛光盘的下方，所述抛光盘固定安装于所述第一转轴上，所述工件盘和待抛光件设于所述抛光盘的上方，所述工件盘固定安装于所述第二转轴上，所述待抛光件固定安装于所述工件盘的下底面，且待抛光件的下底面与所述抛光盘的上表面相接触；所述抛光盘的上表面沿圆周方向设有多个楔形结构，所述楔形结构包括销轴和楔块，所述销轴固定安装于所述抛光盘的上表面，所述楔块可摆动安装于所述销轴上，所述抛光液覆盖于所述抛光盘和楔块的上表面上。

进一步地，所述抛光盘的上方设有喷管，所述抛光液通过喷管流到所述抛光盘的上表面上。

进一步地，所述待抛光件为半导体晶片。

进一步地，所述抛光液由重量百分比15～40％且平均粒径为1～50μm的羰基铁粉、重量百分比为2～20％且平均粒径为1～50μm的磨料、重量百分比为1～10的甘油或油酸稳定剂和重量百分比1～10％的防锈剂组成。。

进一步地，所述磁性体的端面磁场强度不小于2000Gs，所述磁性体设为多个，且磁极相互交错排列设置。

进一步地，所述待抛光件粘贴到所述工件盘的下底面。

作为一种优选的，所述楔块与所述抛光盘之间的倾斜夹角为0～15度。

本发明还提供一种磁流变流体动压复合抛光方法，包括以下步骤：

1)将抛光盘固定在第一转轴上，并通过粘贴的方式将待抛光件固定到工件盘上，然后将工件盘安装到第二转轴上；

2)将待抛光件向下移动到距离楔块的上倾斜端0.4～1.4mm的位置，启动第一转轴和第二转轴旋转，同时，第二转轴带动待抛光件向第一转轴的径向方向往复移动，并且不断向抛光盘的上表面加入抛光液，直至抛光完成。

进一步地，所述步骤2)中，所述第一转轴的转速为每分钟60～180转，所述第二转轴的转速为每分钟1000至3000转，且第二转轴向第一转轴的方向水平移动速度为每分钟5～20米。

作为一种优选的方案，所述待抛光件为半导体晶片。

进一步地，所述抛光液由重量百分比15～40％且平均粒径为1～50μm的羰基铁粉、重量百分比为2～20％且平均粒径为1～50μm的磨料、重量百分比为1～10的甘油或油酸稳定剂和重量百分比1～10％的防锈剂组成。