單晶藍(lán)寶石基片雙面研磨工藝研究.pdf

1、單晶藍(lán)寶石由于其優(yōu)良的光學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，為制備高溫超導(dǎo)薄膜、紅外光學(xué)器件、微電子器件等的最優(yōu)質(zhì)基片，但無論何種應(yīng)用，均對(duì)藍(lán)寶石基片的加工精度和表面質(zhì)量提出了極高的要求。單晶藍(lán)寶石硬度高（莫氏硬度9），脆性大，是一種典型的極難加工材料，目前主要采用游離磨料雙面研磨和單面拋光的方法來獲得高精度高表面質(zhì)量的藍(lán)寶石基片，通過雙面研磨加工使藍(lán)寶石基片獲得高精度低損傷表面，然后再通過單面拋光加工進(jìn)一步獲得超光滑表面。因此，雙面研磨工藝是

2、獲得藍(lán)寶石基片高精度低損傷表面的關(guān)鍵工藝。然而，雙面研磨工藝的加工參數(shù)過多，如研磨液的濃度、粘度、流量、粒徑、加工壓力、轉(zhuǎn)速、游星輪的運(yùn)行軌跡等，這些參數(shù)對(duì)藍(lán)寶石基片的表面精度和表面質(zhì)量均有影響。因此，針對(duì)于藍(lán)寶石基片應(yīng)用最廣泛的LED領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如總厚度偏差（TTV）、局部厚度偏差（LTV）、翹曲度（Warp）、彎曲度（Bow）、表面粗糙度值（Ra），本文在規(guī)?；a(chǎn)的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的藍(lán)寶石基片雙面研磨加工，研究工藝參數(shù)對(duì)TT

3、V、LTV、Warp、Bow和Ra的影響規(guī)律，同時(shí)兼顧良品率和加工成本，提出合理的工藝參數(shù)。具體研究如下：
　　本文以Speedfam雙面研磨機(jī)為加工平臺(tái)，通過4 inch藍(lán)寶石基片研磨試驗(yàn)，研究了研磨液流量、轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù)對(duì)基片表面粗糙度和加工精度的影響。試驗(yàn)過程中，使用德國(guó)FRT平面度儀測(cè)量加工藍(lán)寶石基片的TTV、LTV、Warp、Bow，使用Mitutoyo表面輪廓儀測(cè)量加工藍(lán)寶石基片的表面粗糙度。首先，根據(jù)基片表面粗糙度

4、要求，初步確定使用的碳化硼研磨液粒徑號(hào)為240＃。擬定工藝定量，改變流量、轉(zhuǎn)速、壓力，分別對(duì)單晶藍(lán)寶石基片進(jìn)行雙面研磨加工，流量在20ml/min到60ml/min之間，對(duì)基片的TTV、LTV、Warp、Bow等指標(biāo)的影響并不明顯，但對(duì)表面粗糙度和劃傷情況影響很大。轉(zhuǎn)速對(duì)基片的TTV、LTV數(shù)據(jù)影響明顯，轉(zhuǎn)速?gòu)?5r/min提升至30r/min的過程中，基片TTV逐步減小，但是轉(zhuǎn)速過快會(huì)帶來基片的破碎和劃傷。壓力影響基片的去除率，并且壓

5、力增大會(huì)使基片的Warp和Bow值明顯提升，并帶來劃傷和粗糙度不均勻。其次，針對(duì)現(xiàn)階段生產(chǎn)加工的良率和成本，進(jìn)行壓力、轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)的多變量實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化基片參數(shù)指標(biāo)。通過三種參數(shù)的有效配合，使基片上各位置的去除率與研磨液分布均勻性相匹配，降低TTV等參數(shù)值。采用經(jīng)優(yōu)化新工藝加工，基片的TTV均值降低2.5μm， LTV均值降低0.6μm，Warp均值降低2.1μm，Bow絕對(duì)值均值降低1.27μm；每批的加工時(shí)間縮短約10％，研磨液耗量