[发明专利]一种蓝宝石衬底抛光的划痕控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石衬底抛光的划痕控制系统及控制方法，属于抛光技术领域。

背景技术

进行蓝宝石衬底片抛光的工艺方法主要有机械抛光、化学抛光和化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)等。机械抛光虽然能够实现全局平面化，但是难以实现表面粗糙度Ra小于1nm的纳米级抛光；化学抛光虽然能够实现纳米级抛光，但是不能实现全局平面化；化学机械抛光技术是机械磨削和化学腐蚀的组合技术，它借助超微粒子的研磨作用及浆料的化学腐蚀作用在被加工表面形成光洁平坦平面，是目前实现蓝宝石衬底片全局平坦化纳米级抛光最成熟的方法。

由于蓝宝石(Al₂O₃晶体)硬度太高，达到莫氏硬度9，仅次于金刚石，单纯的机械抛光几乎没法抛出光滑表面，因此需要化学机械抛光，即使用可与蓝宝石衬底之间发生缓慢的化学反应的碱性抛光液，在蓝宝石表面生成水化物偏铝酸盐，产生的偏铝酸盐是可以较容易的通过机械抛光去除的。但是在没有机械抛光作用的情况下偏铝酸盐会阻挡蓝宝石晶体表面与抛光液之间的直接接触，从而阻挡化学反应的继续进行。

目前在蓝宝石衬底片CMP主要有两种：一种是通过粗糙度较大的粗抛垫去除DMP产生的划痕，再通过粗糙度较小，而去除速率也很小的精抛垫去除粗抛产生的划痕。但这种方式的缺点是效率慢，成本高，随着行业的发展，对生产效率和成本的要求越来越严格，这种方式正逐渐被淘汰；另一种目前常用的方式是直接使用粗抛垫进行CMP，之后进行检验，将划痕较明显的产品进行返工，以降低表面质量要求的方式提高生产效率和加工成本，这种方法缺点是产品质量不稳定，返工率高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有蓝宝石衬底片CMP存在的上述缺陷，提出了一种蓝宝石衬底抛光的划痕控制系统及控制方法，设置有自动调节控制装置、抛光机、冷水机、温度传感器、阻力测量计和PH传感器，实现了自动控制蓝宝石衬底片的抛光和衬底片划痕的控制。

本发明是采用以下的技术方案实现的：包括自动调节控制装置、抛光机、冷水机、温度传感器、阻力测量计和PH传感器，自动调节控制装置分别与抛光机、冷水机、温度传感器、阻力测量计和PH传感器连接，抛光机的旋转轴下连接有抛头，阻力测量计设置在旋转轴与抛头连接处，阻力测量计通过测量抛光机的旋转轴与抛头的侧向作用力以测量蓝宝石衬底片与抛光垫之间的摩擦阻力，抛头的下方为抛光机的抛光盘，抛光垫粘贴于抛光盘上，抛光垫的上方设有温度传感器和抛光液流液管，温度传感器用于检测抛光盘加工温度，抛光液流液管的另一端设置在抛光液灌内且与设置在抛光液灌内的抽液泵连接，PH传感器设置在抛光液灌内并检测抛光液灌内抛光液的PH值。

进一步地，还包括碱液槽，碱液槽与设有电磁阀的碱液滴液管连接，电磁阀通过继电器与自动调节控制装置连接。

进一步地，所述碱液槽内设有质量分数为10％的KOH溶液。

进一步地，所述温度传感器采用红外线传感器。

进一步地，所述阻力测量计采用压力传感器。

进一步地，一种蓝宝石衬底抛光的划痕控制方法，包括下列步骤：

步骤一：将贴好蓝宝石衬底片的陶瓷盘安装于抛光机旋转轴上，并固定，将抛光垫粘贴于抛光盘上；

步骤二：设置工艺条件；

步骤三：启动控制系统并进行蓝宝石衬底片抛光；

设定好工艺条件并启动控制系统后，抽液泵抽取抛光液灌内的抛光液，并通过抛光液流液管不断在抛光垫上流出抛光液，蓝宝石衬底片贴在陶瓷盘上，通过抛光机上的抛头在陶瓷盘背面施加压力，抛光盘和抛头转动时会产生摩擦，从而对蓝宝石衬底片进行抛光；抛光过程中，当PH传感器检测到抛光液灌内抛光液的PH值低于PH设定值时，PH传感器将信号传递给自动调节控制装置，自动调节控制装置控制继电器进而打开电磁阀使碱液滴液管添加KOH溶液；当温度传感器检测抛光盘的温度高于或低于其温度设定值时，温度传感器将检测到的信号传递给自动调节控制装置，自动调节控制装置控制冷水机相应开启加热或制冷程序；当阻力测量计检测到摩擦阻力低于或高于其设定值时，将信号传递给自动调节控制装置，自动调节控制装置控制抛光机逐步升高或降低抛头在陶瓷盘上施加的压力，直到摩擦阻力恢复到其设定值；

步骤四：宝石衬底片抛光完成后关闭控制系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：