[发明专利]一种大口径石英玻璃基板的复合磨削方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合磨削方法，本发明尤其涉及一种基于化学机械复合方式的高表面质量、高精度超精密磨削方法。

背景技术

近年来，随着高集成度半导体工艺技术的发展，其尖端工艺用光掩模技术的需求也越来越迫切。早日开发能够适应目前芯片制造要求光掩模技术及装备也已经成为摆在研究者面前的紧迫课题。其中光掩模所用的石英玻璃基板的加工质量直接决定着掩模设备的加工能力和性能，因此光掩模用玻璃基板的加工在下一代光掩模技术中有着至关重要的作用。

目前，光掩模用玻璃基板的加工主要是采用CMP(Chemical-Mechanical-Polishing，化学机械抛光)方法。CMP采用游离磨粒和研磨盘通过化学和机械复合的去除方式，能够获得具有无变质层、低表面粗糙度的表面，很好的满足了光掩模设备对玻璃基板的加工质量要求。但是由于游离磨粒加工无法稳定实现形状精度的精密控制，只适合小口径玻璃基板的加工，在加工大口径工件时很难获得高的形状精度(如平坦度等)；并且由于CMP需要多个预备加工阶段，效率比较低并且造成了加工成本偏高；同时使用过的研磨剂的废弃也会对环境造成影响，无法实现可持续生产。和CMP等游离磨粒方式相比，采用砂轮等固定磨粒加工的方式由于磨粒被结合剂所固定，工件的形状精度可以通过加工设备的精度进行控制，加工大口径工件时更容易获得高的形状精度。但是目前常用的传统固定磨粒磨削方式和CMP相比，由于材料去除方式是单一的机械去除，存在着表面粗糙度差、易产生加工变质层等缺点，容易造成玻璃基板透光性、折射率等光学性能变差，影响掩模质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现大口径光学元件的高效超精密无损伤加工的一种大口径石英玻璃基板的复合磨削方法。

(1)将专用砂轮安装在立式端面磨床上对其预磨进行精密整形直至专用砂轮的面型精度达到预定的形状精度要求；

(2)将经过粗加工的石英玻璃基板，清洗后安装在立式端面磨床主轴上；

(3)启动立式端面磨床主轴带动石英玻璃基板旋转，利用专用磨削液喷射石英玻璃基板表面，使石英玻璃基板表面和专用磨削液间发生充分的化学反应；

(4)启动砂轮轴带动专用砂轮旋转，驱动主轴带动石英玻璃基板进给，同时使砂轮轴作左右往返运动实现对石英玻璃基板整个表面的均匀磨削，磨削过程中控制石英玻璃基板与专用砂轮间的磨削压力，使专用砂轮以恒压的方式对石英玻璃基板进行材料去除，磨削过程中专用磨削液持续喷射石英玻璃基板表面；

(5)观察石英玻璃基板被加工表面，当整个表面都被磨削到以后，再继续无进给加工至少5min后，按照石英玻璃基板-专用砂轮-专用磨削液的顺序停止加工，将石英玻璃基板卸下来后，重复步骤(2)～(4)完成石英玻璃基板另一侧表面的加工；

(6)将完成两侧表面加工的石英玻璃基板利用乙醇乙醚混合液清洗后，再放入超声波清洗装置清洗；清洗后的石英玻璃基板放入干燥装置进行干燥，完成玻璃基板的加工工序；

所述的专用砂轮以体积百分比计由以下组分组成：磨料20～35％，结合剂40～50％，气孔15～40％，结合剂采用添加了质量百分比为2～10％碳酸盐的酚醛树脂或改性环氧树脂，磨料采用氧化铈；

所述的专用磨削液的组分以重量百分比计由0.5～1.5％的磷酸钠、0.5～2％的三乙醇胺、0.5～1.5％的丙三醇，5～10％的硝酸锌和85～93.5％的纯净水组成。

采用本发明方法的有益效果是：

采用本发明方法加工克服了目前国际上通用的玻璃基板加工方法加工面型精度低、无法制造大口径基板及加工废弃物严重影响环境的的缺点，通过利用专用固结磨料磨具(砂轮)定压磨削的方法提高大口径光学基板的面型精度和加工效率，并利用促进砂轮(结合剂、磨粒)与工件、磨削液与工件之间的化学反应弱化工件分子之间的结合强度，实现砂轮对工件材料的塑性去除，避免了原有的脆性去除方式导致的工件表面崩碎及亚表面损伤，提高了工件表面质量。同时，磨削过程中的磨削液等能够循环利用，解决了加工废弃物污染环境的问题。