[发明专利]水合抛光机

说明书

技术领域

本发明涉及抛光机领域，尤其是一种用于高亮度LED蓝宝石晶体抛光的抛光机。

背景技术

抛光加工是获得优质蓝宝石晶体表面的重要方法，制造高亮度LED的半导体材料体系提出的要求比传统LED更为严格。在异质结构中，蓝宝石晶圆因研磨、抛光等产生的微小内应力将改变AlN、AlGaN、GaN薄膜的晶格常数，导致薄膜应力的产生，当薄膜累积了过多的应力时，其表面会产生许多小凸起、裂纹与空隙；此外，衬底表面的划痕同样也能发映到外延层表面，良好表面粗糙度是低位错106-1010cm-3GaN薄膜生长的必要条件；蓝宝石晶圆表面晶格完整性直接影响镀膜厚度均匀性及透光性，这些因素与高亮度LED的发光效率与稳定性密切相关。目前国内高亮度LED所采用的蓝宝石衬底全部从日本、俄罗斯、美国等进口，国内尚未见有高亮度LED蓝宝石衬底的自主加工技术。国际社会对高亮度LED蓝宝石晶圆的加工技术严格保密和实施封锁，关键设备实行禁销，因此该方面的研究是我国实施半导体照明工程上游产业中亟待攻克的重要难题之一。

蓝宝石是一种相当难加工的材料，熔点高2040℃，硬度高9Mohs，目前主要的加工方法有机械抛光、化学抛光、化学机械抛光、激光冷抛光、机械化学抛光干式、湿式。

1、机械抛光采用金刚石、碳化硼、碳化硅等磨料，材料去除机理主要为磨粒磨损，虽然可以得到不错的表面粗糙度，但容易在工件表面产生微小划痕及造成次表面损伤。

2、化学抛光是以合适的介质如KOH、H₃PO₄、H₂SO₄、Cl₂/BCl₃、硼酸钠玻璃液(Na₂O-B₂O₃)等在高温下进行腐蚀来实现抛光的效果，化学抛光产生的破坏层深度较浅，但容易导致抛光雾斑，一般只用于生长前超光滑衬底的抛光来去除应力。

3、化学机械抛光一般采用Al₂O₃、金刚石微粉为磨料，强碱为抛光液，抛光过程中，强碱的化学液以化学反应使蓝宝石晶圆表面原子键结合强度变弱并且形成一层钝化层，再由磨料强制性机械力的方式将钝化层去除。图3为CMP过程中使用强碱pH10研磨液、1μm金刚石微粉所得到的加工表面，化学机械抛光最大的优点就是能使蓝宝石衬底实现全局平面化，但加工后的蓝宝石表面仍然存在细微的划痕。

4、激光冷抛光表面质量较高，不易产生裂纹，具有广泛的应用前景，但激光器设备较昂贵，抛光成本高，冷抛光机理的系统研究还很缺乏。

5、干式和湿式机械化学抛光Mechanical Chemical Polishing，MCP是目前蓝宝石晶圆抛光加工的主要手段。干、湿式机械化学抛光以软质粒子SiO₂为磨粒，利用固相化学反应作为材料去除方式，极大地改善化学机械抛光对蓝宝石晶圆表面引发的次表面损伤。虽然蓝宝石晶圆没有明显的磨粒划伤，但SiO₂磨料莫式硬度仍然高达7，导致抛光表面的转位缺陷十分明显，此外MCP所需要设备成本与技术要求非常高。随着纳米时代的来临，开发符合成本且可以达到亚纳米级绿色抛光技术乃时势所趋。

蓝宝石晶圆的机械抛光方法具有较高的加工精度和加工效率，但表面质量不能完全达到要求，化学抛光可以得到无加工变质层的平滑表面，却在加工精度和加工效率上存在一些问题。

传统抛光机分为单面抛光机和双面抛光机，它们在加工过程中都属于常温常压下的开放式(不用密封)加工，在加工过程中含有磨料的抛光液从抛光盘上方不断注入盘面，实际上就是工件、磨料和抛光盘三者之间的切削。由于抛光头的运动方式不同单面抛光机又可分为定偏心式、不定偏心式和摆动式；双面抛光机具有上抛光盘和下抛光盘两个盘面，分别对工件上下面进行抛光，工件由行星轮带动。前文所述几种对蓝宝石等难加工材料抛光的方法大多用这两种抛光机进行加工。

发明内容

为了克服已有的各种抛光机在加工蓝宝石晶体时不能兼顾加工质量和加工精度、加工效率的不足，本发明提供一种在加工蓝宝石晶体时既具有良好的加工质量，又具有高的加工精度、加工效率的水合抛光机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：