一种双面抛光蓝宝石晶片的加工装置的制造方法
【专利说明】
[0001 ](一)
技术领域
[0002]本实用新型涉及一种蓝宝石晶片的加工技术领域，具体涉及一种用于窗口材料的双面抛光蓝宝石晶片的加工装置。
[0003](二)
【背景技术】
[0004]蓝宝石单晶由于具有硬度高、耐磨性好、脆性大、化学性质稳定等特点，对它的精密、超精密加工非常困难。为了得到超光滑表面，目前常用的蓝宝石晶片表面加工过程主要采用机械研磨结合化学机械抛光的方法。
[0005]蓝宝石晶片机械研磨的目的是去除晶片在多线切割过程中产生的表面/亚表面损伤层，修正晶片的几何厚度，改善晶片表面的平整度、粗糙度和翘曲度。为了提高晶片机械研磨的效率和减少机械研磨后晶片表面损伤层的厚度，一般采用粗、细研磨相结合的方法。
[0006]传统的机械研磨方法存在加工效率低、亚表面损伤大、容易碎边等现象，严重影响晶片后续的加工及使用。所以亟需找到一种可获得高效率、优质表面的加工工艺路线解决以上问题。
[0007]湿法腐蚀利用化学腐蚀液浸泡晶体达到去除晶体表面物质的目的，工艺过程较为简单易行、成本较低。目前湿法腐蚀主要用来观察晶体内位错腐蚀坑的形貌和计算位错密度，这主要是利用了存在缺陷损伤处的晶体组织在化学腐蚀过程中反应速率较晶体结构完整处快的特点。湿法腐蚀可通过改变腐蚀时间、腐蚀温度等工艺参数来达到预期的腐蚀效果，并且腐蚀温度越高，达到相同的腐蚀效果所需腐蚀时间越短。此外腐蚀速度受反应速度和扩散速度共同影响。反应速率相对较快的地方，反应持续一段时间后，受扩散作用的影响，这些地方的腐蚀去除速度会逐渐下降，最后低于前期腐蚀去除速度较慢的地方。因此经化学湿法腐蚀可得到表面平整度相对较好的材料。
[0008](三)
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的是提供一种能够优化蓝宝石双抛片的加工工艺，缩短加工时间，降低加工成本，提高产品成品率的双面抛光蓝宝石晶片的加工装置。
[0010]本实用新型的目的是这样实现的:它包括工作台和工作台上设置的多线切割单元、化学湿法腐蚀单元和外周倒角与化学机械抛光单元，多线切割单元包括下降装置和一根可以运动的线锯，线锯上附着有金刚石颗粒，待加工工件放置在下降装置上，化学湿法腐蚀单元包括装有片状KOH固体颗粒的坩祸，外周倒角与化学机械抛光单元包括夹具、金刚石树脂砂轮和抛光游星轮。
[0011 ]本实用新型还有这样一些技术特征:
[0012]1、所述的金刚石树脂砂轮的粒径为30?50μηι，倒角量为0.08?0.2mm;
[0013]2、所述的抛光游星轮包括粒度为20?40nm和80?120nm的二氧化硅溶胶按1:1混合制成的抛光液。
[0014]本实用新型使用时操作步骤包括:(I)多线切割:将蓝宝石待加工工件(晶棒或者方块料)粘贴到下降装置上，通过工作台的下降装置实现工件的进给，通过一根高速运动的线锯带动附着在线锯上的金刚石颗粒对工件进行切割。
[0015](2)晶片退火:将蓝宝石切割片通过夹具放置在高温退火炉内，按阶梯式升温模式逐步将炉内温度升至最高温，即首先匀速升温5h使炉内温度达到1000?1100°C，并保温恒定I?3h;然后再匀速升温5h使炉内温度达到1600?1650°C，并保温恒定2?5h。降温工艺为，以不高于120°C/h的降温速度使炉内温度从1600?1650°C匀速降至室温。
[0016](3)晶片化学湿法腐蚀:将蓝宝石退火片和化学湿法腐蚀单元装有片状KOH固体颗粒的坩祸同时加热至290?310°C，保温使KOH恪化至澄清。将蓝宝石晶片置于KOH恪体中，保温30?50min后立马取出晶片并自然冷却至室温。冷却后用清水冲洗晶片两表面5?lOmin，在超声振动环境下先后用体积百分比为0.5%的稀盐酸清洗晶片10?20min和去离子水清洗5?15min。
[0017](4)晶片外周倒角:将蓝宝石腐蚀片置于外周倒角与化学机械抛光单元的夹具上，金刚石树脂砂轮选取粒径为30?50μηι，转速为1000 m/min，倒角量为0.08?0.2mm。
[0018](5)晶片化学机械抛光:将倒角后的蓝宝石晶片按顺序摆放入外周倒角与化学机械抛光单元的抛光游星轮，以粒度为20?40nm和80?120nm的二氧化硅溶胶按1:1混合制成抛光液，抛光转速、抛光压力和抛光温度分别控制在40?60rpm、350?550g/cm2和40?50°C。
[0019]本实用新型的有益效果在于:
[0020](I)化学湿法腐蚀的速度和程度可控。可通过改变腐蚀温度和腐蚀时间达到控制腐蚀去除晶片厚度的目的。
[0021](2)化学湿法腐蚀去除晶片表面/亚表面损伤层的速度快。同时化学湿法腐蚀后晶片表面平整度较好，表面损伤层较薄，可降低后续化学机械抛光的加工量，提高加工效率尚O
[0022](3)晶片在化学湿法腐蚀过程中不会产生新的表面损伤层，可显著降低整个加工过程中晶片表面的材料去除量，降低切片预留加工余量，提高材料的利用率；
[0023](4)晶片经化学湿法腐蚀后，表面只存在溶解性能好的KOH，不会发生传统研磨工艺中存在的磨料和研磨液对晶片表面的污染问题，因此加工后的晶片易于清洗干净，只需用清水冲洗和稀盐酸浸泡即可清洗干净。
[0024](四)
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型结构不意图；
[0026]图2为蓝宝石晶片退火温度曲线图；
[0027](五)
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
[0029]如图1，本实施例提供了一种双面抛光蓝宝石方形晶片的加工装置。本实施例包括工作台和工作台上设置的多线切割单元3、化学湿法腐蚀单元2和外周倒角与化学机械抛光单元I，多线切割单元3包括下降装置和一根可以运动的线锯，线锯上附着有金刚石颗粒，待加工工件放置在下降装置上，化学湿法腐蚀单元2包括装有片状KOH固体颗粒的坩祸，外周倒角与化学机械抛光单元I包括夹具、金刚石树脂砂轮和抛光游星轮。
[0030]采用方法的工艺过程包括:Pl，金刚石多线切割:将蓝宝石方块料(截面为52X52_的方形)粘贴在下降装置上，使用直径为0.22_的金刚石线锯进行切片，其中表面金刚石颗粒的中粒径为30?40nm，切割片的厚度为最终抛光片的厚度加上为后续腐蚀抛光预留出的0.08?0.1mm0[0031 ] P2，晶片退火:将蓝宝石切割片放入高温退火炉内，匀速升温5h使炉内温度升至1000°C，保温2h;然后再以120°C/h的升温速度匀速升温5h，使炉内温度达到1600°C，保温3h;最后匀速降温16h，使炉内温度从1600°C降至室温。
[0032]P3，晶片化学湿法腐蚀:将退火处理后的晶片和化学湿法腐蚀单元2中装有片状KOH固体颗粒的坩祸同时加热至310°C。当KOH恪体澄清后，将蓝宝石晶片放入其中，温度恒定在310°C并保温30min，取出晶片后自然冷却至室温。然后用清水持续冲洗晶片两表面5min，在超声振动环境下先后用体积百分比为0.5%的稀盐酸浸泡晶片15min和去离子水清洗1min0
[0033]P4，晶片外周倒角:将蓝宝石腐蚀片置于外周倒角与化学机械抛光单元I的夹具上，金刚石树脂砂轮选取粒径为40μηι，砂轮的线速度为1000m/min，倒角量为0.1mm。
[0034]P5，晶片化学机械抛光:将蓝宝石倒角片按顺序摆放入抛光游星轮，抛光液采用粒度分别为40nm和I 1nm的两种二氧化娃水溶胶按1:1混合，抛光盘转速控制在45rpm，抛光压力为450g/cm2，抛光温度为45°C。
[0035]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本本实用新型的具体实施只限于这些说明。对于具有本实用新型所属领域基础知识的人员来讲，可以很容易对本实用新型进行变更和修改，这些变更和修改都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【主权项】
1.一种双面抛光蓝宝石晶片的加工装置，其特征在于它包括工作台和工作台上设置的多线切割单元、化学湿法腐蚀单元和外周倒角与化学机械抛光单元，多线切割单元包括下降装置和一根可以运动的线锯，线锯上附着有金刚石颗粒，待加工工件放置在下降装置上，化学湿法腐蚀单元包括装有片状KOH固体颗粒的坩祸，外周倒角与化学机械抛光单元包括夹具、金刚石树脂砂轮和抛光游星轮。2.根据权利要求1所述的一种双面抛光蓝宝石晶片的加工装置，其特征在于所述的金刚石树脂砂轮的粒径为30?50μηι，倒角量为0.08?0.2mm。3.根据权利要求1或2所述的一种双面抛光蓝宝石晶片的加工装置，其特征在于所述的抛光游星轮包括粒度为20?40nm和80?120nm的二氧化硅溶胶按1:1混合制成的抛光液。
【专利摘要】本实用新型提供了一种双面抛光蓝宝石晶片的加工装置。它包括工作台和工作台上设置的多线切割单元、化学湿法腐蚀单元和外周倒角与化学机械抛光单元，多线切割单元包括下降装置和一根可以运动的线锯，线锯上附着有金刚石颗粒，待加工工件放置在下降装置上，化学湿法腐蚀单元包括装有片状KOH固体颗粒的坩埚，外周倒角与化学机械抛光单元包括夹具、金刚石树脂砂轮和抛光游星轮。本实用新型能够优化蓝宝石双抛片的加工工艺，具有缩短加工时间，降低加工成本，提高产品成品率等优点。
【IPC分类】C30B33/10, B24B37/04, B28D5/04, C30B33/02, B24B9/16
【公开号】CN205167277
【申请号】CN201520914080
【发明人】左洪波, 杨鑫宏, 张学军, 袁志勇
【申请人】哈尔滨秋冠光电科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月17日