[发明专利]锡固结金刚石磨料仿生抛光盘及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷零件、光学晶体零件和半导体晶片的抛光和平坦化技术领 域，特别是涉及一种表面按植物叶序理论排布的锡固结金刚石磨料仿生抛光盘 及制造方法。

背景技术

抛光，特别是化学机械抛光(CMP)是解决平面陶瓷零件、光学晶体零件和 半导体晶片表面超光滑和超平坦的一种重要技术方法。通常化学机械抛光是利 用化学腐蚀和机械摩擦的综合作用使材料得到去除。在平面抛光过程中如何有 效地解决接触压力场和温度场的均衡问题，抛光液的均匀流动问题及抛光废物 的有效排除问题一直是该技术领域的难题，这些成为国内外理论研究者和行业 专家们关注的热点问题。

在平面抛光或集成平坦化过程中，抛光垫的作用是将抛光液带入抛光区域， 与被抛光工件表面摩擦切削和将抛光产生物带出抛光区域的作用。对于现有的 抛光垫来说，无论是连续介质形态的还是具有一定微孔形态的抛光垫，由于材 料的牵连或剪切效应，及表面宏观的连续性，使得抛光接触压强产生不均匀、 产生的温度分布不均匀、抛光液难以均匀的引入和抛光废物难以顺畅排除，更 不能有效地均衡分配化学与机械作用的比例，从而导致被抛光表面宏观与微观 轮廓精度下降，更难以实现全局平坦化。

为了解决上述问题，人们从经典的弹性接触理论出发对接触压力场进行了 计算，获得了接触压力场不均匀的原因，并采用了护环法、背垫法和流体负载 法来解决该问题；也采用了抛光垫开槽的方式解决抛光液的流动问题，但是仍 然没有使所有问题得到更有效全面地解决。然而，“Winkler地基”理论和生物 的叶序理论为我们解决上述问题提供了可能。“Winkler地基”理论是把接触的 支撑对象看成是无数个独立没有横向牵连或剪切效应的“土柱”支撑，而遵循 叶序理论的葵花籽粒排布结构满足了“Winkler地基”理论的接触要求，同时葵 花籽粒的叶序分布又具有了对辐射最大均匀吸收，对空气流体的均布发散作用。 这些效应满足了解决抛光过程所存在的问题的要求。因此，只要按照上述理论 制造出相应的抛光垫就能达到解决问题的目的。

激光快速原型制造技术是一种先进制造技术领域的重要技术方法。它能从 CAD直接通过分层制造的方式将零件制造出来，具有周期短、单件小批生产成本 低的特点。激光快速原型技术是通过将CAD产生的零件进行切片，生成数控扫 描程序控制激光头的运动，利用激光加热固化成型材料的技术方法。利用该技 术将混有金刚石微分的锡膏进行激光加热，使锡熔化然后固结金刚石磨料、并 按点状扫描使锡焊接在基盘上。因此，锡膏激光快速原型技术为我们具体实现 这一抛光盘的制造提供了技术上的保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种具有均匀接触压强分布、均衡温度 场和均匀抛光液流动作用，并能及时将抛光的形成废物及时排除，提高抛光效 率和改善抛光质量的锡固结金刚石磨料仿生抛光盘，同时给出相应的制造方法： “Winkler地基”理论是将接触对象看成是剪切弹性模量为零，接触为由一个个 与接触变形与压强成正比的独立“土柱”所组成，因此，将抛光垫切割成相互 分离的单元块就可以解决连续结构抛光垫的横向牵连效应，使接触平均压强达 到均匀的目的。遵循叶序理论的葵花籽粒排布的结构具有自分离效应，满足 “Winkler地基”理论模型要求。而这种排布满足生物学的叶序理论的F.R. Yeatts叶序模型，即满足θ＝137.508°n，籽粒块径向位置满足具 有了生物进化带来的表面具有对热辐射的最大吸收，形成的螺旋沟槽具有对流 体作用时的发散效应。因此，按照上述理论设计和制造的抛光盘就均有均匀接 触压强分布、抛光液均布和接触温度场分布的作用，同时沟槽和垫凸起块的交 互作用可合理地匹配化学与机械作用，从而达到提高抛光效率的目的。

采用的技术方案是：

锡固结金刚石磨料仿生抛光盘，包括按照所用抛光盘直径制作的基盘、锡 固结材料与金刚石磨料混合的锡凸块。所述的锡凸块焊接在基盘上，其锡凸块 在基盘上的分布满足θ＝137.508°n，籽粒块径向位置满足叶序理论 的F.R.Yeatts叶序模型葵花籽粒的排布结构，其中θ是第n个凸起籽粒块的极 坐标角度，R是第n个凸起籽粒块的极坐标半径，R₀为抛光盘的直径，k生长系 数。其锡凸块排布所形成的分割间距具有“Winkler地基”的分割性。

上述的锡凸块为半球状凸块。