[发明专利]一种主动控制工件材料去除机理转变的超精密抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密和超精密加工技术领域，尤其是一种主动控制工件材料去除机理转变的超精密抛光。

背景技术

抛光技术是降低表面粗糙度、去除损伤层，获得超光滑无损伤表面的主要终加工手段。针对基片(尤其是半导体材料基片)的少/无损伤、高精度抛光要求，研究者开发了众多抛光方法，主要包括沥青盘抛光、金属盘抛光、化学机械抛光、液面滑行抛光、水合抛光、弹性发射加工、浮动抛光、磁悬浮抛光、电泳抛光等。这些抛光方法，按照在加工过程中工件和抛光盘(或抛光工具)之间的间隙状态可分为三种类型：紧接触式抛光、准接触式抛光和非接触式抛光。

沥青盘抛光和金属盘抛光属于紧接触式抛光，工件和抛光盘表面紧密贴合。通过工件和抛光盘的相互修整，可以获得很好的加工精度。但由于材料以磨粒的机械去除作用为主，由机械力所产生的晶格畸变等损伤不可避免。化学机械抛光(CMP)是目前实现基片超精密加工的基本方法。工件上的载荷由抛光盘和抛光液膜共同支持，抛光盘与抛光液中磨粒共同抛光基片表面，属于准接触式抛光。虽然这种加工方式有助于获得较好的加工精度和光滑表面，但是由于存在抛光盘与基片表面的机械力作用，将不可避免地会造成抛光工件加工表面的表层晶格发生畸变等缺陷，化学机械抛光所造成的表面损伤层深度大约为55nm，这将严重影响到基片所制成器件的性能。弹性发射加工、浮动抛光和水合抛光加工时，工件和抛光盘(或抛光工具)间形成较大的间隙，属非接触式抛光。这类加工方法主要以抛光液化学作用和磨粒冲击工件表面去除材料，不仅不会降低前工序加工精度，而且还可以获得无损伤超光滑表面，但去除效率一般较低，因此一般只作为获得超光滑表面的最后一道精加工工序。现有抛光方法中，工件和抛光盘之间的接触状态只是紧密接触状态、准接触状态和非接触状态三种接触状态其中的一种情况。为消除紧接触式抛光和准接触式抛光过程中产生的损伤层，一般都需要再增加一道化学抛光或化学腐蚀工序来实现。

以上抛光方法分析可知：工件与抛光盘的紧接触状态有利于获得较好的加工精度和较高的材料去除率，但容易造成工件表面损伤，非接触的抛光加工更容易实现无损伤的抛光，但去除量小、加工时间长却不能保证优良的表面粗糙度和平面度。为获得良好的加工精度和无损伤表面，需要两道工序来完成，即前道工序采用紧接触抛光以保证加工精度，后道工序采用非接触抛光以去除加工损伤层。对于传统的基片抛光方法而言，已很难适应基片(尤其是半导体材料基片)目前大批量、高精度、高效加工的要求。

因此，研发一种应用于基片(尤其是半导体材料基片)少/无表面损伤、高精度的超精密加工方法尤为必要。

发明内容

为了克服现有的抛光方法无法适用于基片(尤其是半导体材料基片)的高精度、少/无损伤超光滑表面加工要求的不足，本发明提出了一种能实现基片高精度、少/无损伤超光滑表面加工要求的主动控制工件材料去除机理转变的超精密抛光方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种主动控制工件材料去除机理转变的超精密抛光方法，该方法采用工件抛光盘接触状态调整机构调节紧接触抛光或非接触抛光状态，所述工件抛光盘接触状态调整机构的基准盘顶面与球头盖固定连接，所述球头盖内有球头，所述球头与所述基准盘为点接触，所述球头与调整杆的下端连接，所述调整杆的上端与调整旋钮连接，所述调整旋钮外安装有锁紧圈，所述调整旋钮的外壁与调整套的内壁螺纹连接，所述调整套固定安装在基座上，所述基座的底面上放置被加工工件，所述的基座上安装有一个千分表，所述千分表表杆与所述基准盘相接触，用于指示基准盘与所述基座相对位置变化；

加工时，装有工件的工件抛光盘接触状态调整机构置于抛光盘上，抛光液从注入口进入所述的抛光盘的加工区域，抛光初始时采用紧接触抛光以保证工件加工形状精度，然后调整工件与抛光盘接触状态，采用非接触抛光去除紧接触抛光的工件表面加工损伤层；所述工件上载荷、所述抛光盘转速、抛光液浓度和抛光液流量可调。

进一步，所述调整旋钮、锁紧圈、调整套组成螺旋调节机构，用于调整所述基准盘与所述基座在抛光盘上的相对高度差。