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(wú)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(lái)獲得高精度高表面質(zhì)量的藍(lán)寶石基片，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中，基片TTV逐步減小，但是轉(zhuǎn)速過(guò)快會(huì)帶來(lái)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(lái)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(guò)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