[实用新型]一种集群磁流变-化学机械复合抛光装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种集群磁流变-化学机械复合抛光装置，特别涉及针对单晶SiC及其它超薄硬脆半导体材料的化学机械-集群磁流变复合抛光抛光装置，属抛光设备领域。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶片作为第三代宽带隙半导体材料的核心，具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高和相对介电常数低等特点。因而被用于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件。特别在极端条件和恶劣环境下应用，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。利用它宽禁带的特点还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光电探测器件。另外，SiC由于其较高的弹性模量、适中的密度、较小的热膨胀系数、耐热冲击性、高的比刚度和化学稳定性，越来越广泛的应用于空间光学系统和激光元器件中。因此，SiC是微电子、电力电子和光电子等高新技术进入21世纪后赖以持续发展的重要半导体材料之一。

SiC的应用要求单晶表面超光滑、无缺陷、无损伤。SiC的加工质量和精度优劣，直接影响到其器件的性能。比如当晶片表面有微小的划痕、凹坑、桔皮、颗粒、裂纹等缺陷时，会遗传给外延生长膜而成为器件的致命缺陷。但是SiC的硬度仅次于金刚石，其莫氏硬度为9.2；而且化学稳定性好。常温下很难与其它物质发生反应，故SiC单晶的加工成为其广泛应用必须解决的重要问题。

目前，国内外对碳化硅单晶片的加工方法主要集中在：①沿用传统单晶 Si、Ge等晶片加工中的传统机械研磨抛光加工方法；②以机械去除和化学抛光合并使用为代表的复合加工；③以激光、等离子等特殊能场为去除手段的特种加工；④以磁流变效应控制磨粒行为的磁流变加工。还没有磁流变与化学机械抛光复合的加工方法和加工装置。

发明内容

本实用新型的目的是针对单晶SiC晶片这类难加工材料，将集群磁流变抛光的高效率、柔性化、可控性与化学机械抛光的低损伤、低表面粗糙度等特性相结合，提出一种高效率、低损伤的高效精密复合抛光技术。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的一种集群磁流变-化学机械复合抛光装置，包括有机架、工件安装旋转装置、抛光装置和循环装置，其中工件安装旋转装置包括有晶片贴盘、电主轴、夹具、Z向驱动装置，其中电主轴与Z向驱动装置连接，并与机架的垂直导轨匹配，晶片贴盘通过夹具安装在电主轴下端，抛光装置包括有X向运动平台、Y向运动平台、抛光盘，其中Y向运动平台直接安装在机架上，X向运动平台安装在Y向运动平台上，X向运动平台与X向驱动装置连接，Y向运动平台与Y向驱动装置连接，抛光盘安装在X向运动平台上，且抛光盘与抛光盘驱动装置连接，循环装置包括有回收槽、pH测试仪、循环管、电泵和温控回收桶，其中装有pH测试仪的回收槽位于抛光盘的下方，电泵抽取抛光液通过循环管输送至抛光盘的工作面，且抛光液再通过循环管直接流回温控回收桶中。

上述夹具为弹簧夹头，晶片贴盘通过弹簧夹头安装在电主轴的下端。

上述Z向驱动装置包括有滚珠丝杆及Z向步进电机，其中Z向滚珠丝杆垂直固定在机架上，步进电机安装在滚珠丝杆的下端，电主轴固定在Z向滚珠丝杆上，并与机架的垂直导轨匹配。

上述Z向驱动装置的滚珠丝杆通过联轴器与Z向步进电机的输出轴连接。

上述抛光盘驱动装置包括有同步带轮及步进电机，抛光盘通过同步带轮与步进电机连接。

上述装有pH测试仪的回收槽位于抛光盘的正下方。

上述驱动X向运动平台及Y向运动平台运动的X向驱动装置及Y向运动平台均包括有滚珠丝杆及步进电机，其中滚珠丝杆垂直固定在机架上，步进电机安装在滚珠丝杆的下端，X向运动平台及Y向运动平台固定在滚珠丝杆上，且X向运动平台及Y向运动平台与机架的垂直导轨匹配，且滚珠丝杆通过联轴器与步进电机输出轴连接。

上述抛光盘的下方设有环形槽，环形槽中放置有磁铁，磁铁的下部设有能调节磁铁与抛光盘的盘面之间的距离的调整垫片。

   上述环形槽中放置有不同形状及尺寸的磁铁，垫片为不锈钢垫片。

上述温控回收桶中设有能把抛光液的温度控制在25℃—55℃之间的温控装置。

本实用新型集群磁流变-化学机械复合抛光装置，可确保抛光盘与被加工物外表面平行度较高，抛光间隙能随磨粒粒径大小和加工过程而调整，磁场强度由磁铁下方不锈钢垫片调整，pH测试仪可监测加工过程pH变化，温控回收桶可对抛光液进行温度调节，结构简单，方便实用，具有较强的实用性和推广价值。

  附图说明  

图1是本实用新型平面复合抛光方法的基本原理图；