[发明专利]一种快速磨抛金刚石晶圆的方法

说明书

本发明公开了一种快速磨抛金刚石晶圆的方法。具体的，在磨抛机上，利用自修整冻干凝胶砂轮磨抛金刚石晶圆，完成金刚石晶圆的快速磨抛；本发明将凝胶体依次经过真空干燥、冷冻干燥，得到自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块；再与基体结合，得到自修整冻干凝胶砂轮。本发明首次以冻干凝胶块为磨抛工具，较现有研磨金刚石晶圆的方法，取得粗糙度低、良品率高的优点。

技术领域

本发明属于磨抛技术，具体涉及一种快速磨抛金刚石晶圆的方法。

背景技术

金刚石晶圆作为第三代半导体的代表材料，具有超高的热导性，超宽带隙等诸多优良特点，被认为是第三代半导体的“明星材料“。但同时，由于金刚石晶圆本身具有超高硬度及超大脆性，本身材料的加工难度限制了其快速发展，其晶圆的加工技术已成为制约其发展的瓶颈之一。磨抛是金刚石晶圆加工过程中的重要一环，是现有晶圆加工的必要工序。但由于金刚石晶圆材料的难加工性，现有的传统对晶圆加工的研磨砂轮加工金刚石晶圆时效率极低，成为制约其快速产业化的发展瓶颈。因此，需要研发新的砂轮，以高效、低粗糙度的对金刚石晶圆进行磨加工。

发明内容

针对金刚石加工，本发明设计了一种基于新型自修整冻干凝胶砂轮快速磨抛金刚石晶圆的方法，区别于现有加工方法，本发明在明显短的时间内达到了高质量的研磨效果。

本发明采用如下技术方案：

一种快速磨抛金刚石晶圆的方法，包括以下步骤，在磨抛机上，利用自修整冻干凝胶砂轮磨抛金刚石晶圆，完成金刚石晶圆的快速磨抛。利用本发明自修整冻干凝胶砂轮加工工件时，仅需加水，无需其他试剂，可以实现nm级粗糙度的效果，且材料去除率高，得到的磨抛金刚石晶圆表面粗糙度低于1nm，甚至0.5nm，达到粗抛的加工效果。

本发明的自修整冻干凝胶砂轮的制备方法为，将混合物2加入混合物1中，再加入混合物3，搅拌得到混合液；将混合液倒入模具后浸入钙盐溶液中，得到凝胶体；然后将凝胶体依次经过真空干燥、冷冻干燥，得到自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块；将自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块与基体结合，得到自修整冻干凝胶砂轮。

本发明中，将海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、水混合，得到混合物1；将芳纶粉末与水混合，得到混合物2；将玻璃纤维粉末、金刚石磨料与水混合，得到混合物3。优选的，混合液中，海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、芳纶粉末、玻璃纤维粉末、金刚石磨料、水的质量比为（15～25）∶（3～8）∶（80～110）∶（180～230）∶（50～100）∶1200，优选为（15～25）∶（3～8）∶（90～105）∶（190～210）∶（70～90）∶1200。金刚石磨料为W10～W63的金刚石磨料，其余原料都为凝胶研磨工具领域常规原料。

本发明中，搅拌的转速为800～1500rpm，时间为1～15小时；优选的，搅拌的转速为900～1200rpm，时间为2～10小时。

本发明中，钙盐溶液为氯化钙水溶液；浸入钙盐溶液的时间为100～150分钟；钙盐溶液中，钙盐浓度为0.1～1wt%。

本发明中，真空干燥时，真空度为500～1000Pa，时间为1～2小时，温度为40～60℃；冷冻干燥时，真空度为1～50 Pa，5～7小时降至-80～-60℃，然后保持20～30小时；优选的，冷冻干燥时，真空度为1～5 Pa，5.5～6.5小时降至-75～-65℃，然后保持21～27小时。冷冻干燥前，将真空干燥后的凝胶体于-30～-10℃冰冻3～5小时，再进行冷冻干燥。

本发明中，磨抛机为现有产品，本发明无需改变现有磨抛工艺，仅更换砂轮，即可实现无需研磨剂等试剂，仅需要水就能实现nm级粗糙度的效果，达到了粗抛的加工水平。磨抛加工时，转速为1200/200rpm～2000/500rpm, 加工时间为20～50min，优选的，转速为1300/250rpm～1800/400rpm, 加工时间为25～40min。其中，1200/200rpm为磨抛机两个盘的转速，其表示为常识。本发明的磨抛对象为金刚石晶圆，磨抛前，其表面粗糙度为80～150nm，经过本发明的方法加工后，可以取得小于0.5nm的加工效果。