径为15wii的Al 2〇3(SiC、Cr-2〇3、Si02或Ce02)及余量的230的水组成，将两者混合均匀得到磨料均匀分散的悬浮液，将雾 化后的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖聚氨酯 材料的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰 盘表面平整完美，从而形成抛光垫的第六层。使用时应进行脱模，然后快速将其安装在带有 冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用，如图3所示。采用此抛光垫加工1mm厚的紫铜板 可使表面粗糙度值达到Ra=2.63nm，比传统的CMP效率提高12倍。
[0051]实施例八。
[0052] 一种超薄材料研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫，自底层往上共有六层：第一层 为去离子水层，第二层为含纳米磨料冰粒层，第三层为去离子水层，第四层为含亚微米磨料 冰粒层，第五层为去离子水层，第六层为含微米磨料冰粒层。第一层由150克的去离子水组 成，首先将雾化后的液氮喷向雾化后的去离子水，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒 上方覆盖聚氨酯材料的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下 反复压制直至冰盘表面平整完美，从而形成抛光垫的第一层;第二层由20克粒径为20nm的 Si0 2(或纳米Ce02)及余量的180的水组成，将两者混合均匀得到磨料均匀分散的悬浮液，将 雾化后的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖聚氨 酯材料的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至 冰盘表面平整完美，从而形成抛光垫的第二层;第三层由80克的去离子水组成，首先将雾化 后的液氮喷向雾化后的去离子水，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖聚氨酯 材料的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰 盘表面平整完美，从而形成抛光垫的第三层；第四层由30克粒径为0.5wii的Al 2〇3(SiC、Cr-2〇3、Si02或Ce02)及余量的170的水组成，将两者混合均匀得到磨料均匀分散的悬浮液，将雾 化后的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖聚氨酯 材料的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰 盘表面平整完美，从而形成抛光垫的第四层;第五层由80克的去离子水组成，首先将雾化后 的液氮喷向雾化后的去离子水，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖聚氨酯材 料的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰盘 表面平整完美，从而形成抛光垫的第五层；第六层由50克粒径为15wii的Al2〇3(SiC、Cr-2〇3、 Si0 2或Ce02)及余量的250的水组成，将两者混合均匀得到磨料均匀分散的悬浮液，将雾化后 的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖聚氨酯材料 的隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰盘表 面平整完美，从而形成抛光垫的第六层，如图3所示。使用时应进行脱模，然后快速将其安装 在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用。采用此抛光垫加工单晶硅片可使表面粗 糙度值达到Ra=l. 45nm，比传统的CMP效率提高13倍。
[0053]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【主权项】
1. 一种研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫，其特征是它由占抛光垫总重量的4%~20% 的微米级冰冻磨料层、占总重量的2%~12%的亚微米级冰冻磨料层、占抛光垫总重量1%~5% 的纳米级冰冻磨料层和余量的去离子水冰冻层组成。2. 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征是抛光垫自底层往上所含磨料粒径逐渐变大， 去离子水冰冻层紧邻抛少垫夹持头。3. 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征是在微米级冰冻磨料层与亚微米级冰冻磨料 层之间、亚微米级冰冻磨料层与纳米级冰冻磨料层之间以及纳米级冰冻磨料层与抛光垫夹 持层之间均设有的去离子水冰冻层。4. 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征是所述的抛光垫中心设有一通孔，通孔直径为 d= r，式中e为抛光垫偏心距，r为抛光工件半径，偏心距e取值为20~100mm。5. 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征是所述的微米级磨料、亚微米级磨料和纳米级 磨料为同一种磨料或不同种类磨料的组合。6. 根据权利要求1或5所述的抛光垫，其特征是所述的微米级磨料、亚微米级磨料和纳 米级磨料为51(：、0-2〇 3义02^12〇3和〇6〇2中的一种或几种的组合。7. -种权利要求1所述的研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫的制备方法，其特征是包 括以下步骤： (1) 首先将占抛光垫总重量4%~20%的微米级磨料、占抛光垫2%~12%的亚微米级磨料、 占抛光垫1 %~5%的纳米级磨料与余量的去离子水配制成抛光液； (2) 其次，将抛光液静置一段时间，直至抛光液出现上下层间色差； (3) 将抛光液雾化系统的导管末端置于抛光液液面处，由上至下开始雾化； (4) 将雾化后的液氮喷向雾化后的抛光液，这使雾化后的液滴快速冷凝成含磨料冰粒； (5) 用冰粒固结磨料抛光垫制备模具收集含磨料冰粒； (6) 收集冰粒后，将隔热垫放在冰粒上方； (7)将盛有含磨料冰粒的模具放在压力机下压实，所加压力为3~12MPa; (8) 重复步骤(7)直至压实后的冰盘平整完美； (9) 将抛光垫制备模具与冰粒固结磨料分离，即得研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫。8. -种权利要求1所述的研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫的制备方法，其特征是包 括以下步骤： (1)首先将雾化后的液氮喷向雾化后的去离子水，用模具收集冰粒并在收集完成后在 冰粒上方覆盖隔热垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制 直至冰盘表面平整完美，从而形成抛光垫的第一层； (2 )将配比好的纳米级磨料与去离子水搅拌均匀，得到磨料均匀分散的悬浮液，将雾化 后的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖隔热垫， 将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰盘表面平整完 美，从而形成抛光垫的第二层； (3) 重复步骤（1)形成抛光垫的第三层； (4)将配比好的亚微米级磨料与去离子水搅拌均匀，得到磨料均匀分散的悬浮液，将雾 化后的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖隔热 垫，将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰盘表面平整 完美，从而形成抛光垫的第四层； (5) 重复步骤（1)形成抛光垫的第五层； (6) 将配比好的微米级磨料与去离子水搅拌均匀，得到磨料均匀分散的悬浮液，将雾化 后的液氮喷向雾化后的悬浮液，用模具收集冰粒并在收集完成后在冰粒上方覆盖隔热垫， 将盛有冰粒的模具放在压力机下压实，在3~12MPa压力下反复压制直至冰盘表面平整完 美，从而形成抛光垫的第六层； (7) 将抛光垫制备模具与冰粒固结磨料分离，即得研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫。9. 根据权利要求书7或8所述的方法，其特征是所述的隔热垫所用材料为导热系数小的 聚氨酯、尼龙或聚四氟乙烯。10. 根据权利要求7或8所述的方法，特征是所述的抛光垫制备模具为铸铁材料，且内外 挡圈能卸掉，压力机压实结束后，用吹风机加热内外挡圈即能将其卸掉。
【专利摘要】本发明针对传统抛光垫在抛光过程中效率低、成本高、均匀性和可靠性差以及多次装夹工件致使工件的加工定位基准发生改变，从而影响加工精度和效率等缺点，提出一种研抛一体化冰粒型固结磨料抛光垫及其制备方法，以适应目前抛光精度和效率的需求。本发明以液体作为粘结剂，通过液氮快速冷凝与压力机压实分层将含不同粒度磨料的冰粒粘结成抛光垫，可用于抛光加工各种薄型工件，尤其适用于加工热敏材料、软材料、晶体材料等。具有制造简单、加工成本低、加工效率高、工艺控制能力强、绿色环保等优点。
【IPC分类】B24B37/24, B24B37/22
【公开号】CN105729297
【申请号】CN201610240413
【发明人】孙玉利, 汤苏扬, 卢文壮, 左敦稳, 王勇, 徐洋, 刘志刚, 刘巍, 潘天宇
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年4月19日