[发明专利]一种金刚石晶片抛光的材料去除率计算方法及系统

说明书

本发明涉及金刚石抛光技术领域，公开了一种金刚石晶片抛光的材料去除率计算方法，包括：S1、在未抛光的金刚石晶片的表面加工划痕；S2、测量划痕的深度h₀；S3、对金刚石晶片具有划痕的表面进行抛光，记录抛光所用的时间t；S4、测量金刚石晶片抛光后的划痕的深度h；S5、根据MRR＝(h₀‑h)/t计算材料去除率MRR。由于金刚石的硬度极大，抛光加工MRR极低，难于快速准确的计算，本发明采用的材料去除率计算方法中，利用表面轮廓仪测量金刚石抛光前后表面划痕深度变化。其测量直观方便，且测量结果准性高、精度高，进而使抛光加工时微小材料去除率的计算准确性高，便于金刚石晶片抛光方法优劣的评价。本发明还提供一种实现上述方法的金刚石晶片抛光的材料去除率计算系统。

技术领域

本发明涉及金刚石抛光技术领域，特别是涉及一种金刚石晶片抛光的材料去除率计算方法及系统。

背景技术

随着半导体材料在电子通讯、航空航天等众多领域的发展，半导体晶片的性能和稳定性方面的要求越来越高。金刚石作为第三代半导体材料，在所有材料中有最强的、物理、光学和机械性能。如最低摩擦系数、最低压缩性、最高体积模量以及导热率、从深紫外(UV)到远红外的宽光学透明度、极端机械硬度和耐磨性等。金刚石已被广泛使用于现代工业应用，如刀具、光学窗、散热等。带隙为5.5eV的金刚石晶体，电场击穿强度为10MVcm^-1，而2000WMK^-1的高导热率被认为是制造高性能半导体电子元件的理想材料。

为了提高采用金刚石材料的器件的性能，需要对金刚石晶片进行抛光，得到超光滑、无表面/亚表面损伤的工件表面。对金刚石表面进行抛光的方法有很多种，如机械抛光、化学机械抛光等。评价金刚石抛光方法的优劣通常采用晶片表面材料去除率(MaterialRemoval Rate，MRR)。现有的计算材料去除率的方式是通过计算金刚石晶片工件抛光前后的质量差，并用质量差除以抛光时间得到的。

然而，由于金刚石晶片材料的硬脆性大、耐磨性强和化学稳定性好，对金刚石晶片表面的超精密加工难度极大、加工成本高，因此金刚石超精密抛光的材料去除率极低，往往在几到几十个nm/h。由此可见，如果利用称重法对金刚石的材料去除率进行评估，其精度难以保证，计算结果误差较大。称重法评估抛光材料去除率的方式缺点也较为明显，例如：用称重测量抛光MRR时测量的整个面的平均MRR，随着抛光晶片的尺寸越来越大,称重法测量的平均MRR的实用性越来越差；同时在抛光后可能有微量磨料黏附在晶片上或者天平精度不高都会导致测量结果存在偏差；而随着晶片尺寸变大、加工要求更高，所以亟需一种新的材料去除率评估方式，能够快速准确的评估晶片抛光加工过程中不同位置的材料去除率。

中国发明专利申请CN109848838A(公开日为2019年06月07日)公开了一种弹性模量梯度变化研抛盘的材料去除率测量装置及方法，在第三步中先测量被测硬脆材料工件质量W1、W2、W3、W4；在第五步中，启动抛光机5，设置加工转速，加工五小时后测量被测硬脆材料工件质量w1、w5、w3、w4；根据材料去除速率＝质量差/(密度*抛光面积*时间)，可一次得到每个弹性模量梯度变化研抛盘4的材料去除率。该专利是通过抛光前后的质量差来计算材料去除率的，但是对于金刚石工件来说，其材料去除量较少，导致材料的去除率计算误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确性和便捷性较高的金刚石晶片抛光的材料去除率计算方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种金刚石晶片抛光的材料去除率计算方法，包括：

S1、在未抛光的金刚石晶片的表面加工划痕；先配置芬顿反应液和光催化反应液，将芬顿反应液和光催化反应液均输送到金刚石晶片的表面，然后通过紫外光照射该金刚石晶片的表面一段时间，最后在该金刚石晶片的表面上加工划痕；通过工具头与金刚石晶片的表面接触来加工划痕，工具头采用能够发生催化并降低金刚石化学反应活化能、加速金刚石晶片氧化的材料；工具头采用铁或镍或铝或铬或锰或钴或铜制成；