一种半导体基片用声光磁复合抛光装置的制作方法

本实用新型涉及超精密加工的技术领域，更具体地，涉及一种半导体基片用声光磁复合抛光装置。

背景技术：

随着高新技术产业的迅速发展，对光学元件、电子元件、航空航天器件、半导体等的加工质量和加工效率要求越来越高，磁流变抛光技术就是属于一种超精密加工技术。磁流变抛光技术可以使工件的加工质量极高且对工件亚表面损伤极小，但是：一方面，由于目前磁流变抛光技术采用永磁铁来产生磁场，磁场强度不可控，并且磁性会随着时间的推移而减少，导致加工效率低；另一方面，磁流变抛光属于机械去除方式，加工效率与表面加工质量之间存在矛盾。

中国专利cn201710085353.x公开了一种盘式磁流变抛光装置，在加工脆硬性较强的材料并且要保证其亚表面损伤极小时，仅靠磁流变抛光的机械作用去除，花费的时间会比较长；中国专利cn201210304530.6公开了一种单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，在磁流变液内结合了化学作用，化学作用使得工件表面氧化腐蚀，工件表面由此产生改性变为容易加工的氧化物材料，但存在化学作用不明显、化学作用远低于机械作用，加工效率得不到很好的提升；中国专利cn201910675879.2公开了一种预芬顿处理和磁场联合的均匀高效抛光方法，在磁流变抛光前对工件做化学预处理，对工件表面进行氧化腐蚀，使工件表面产生改性变为容易加工的氧化物材料，但其无法很好地控制工件被化学作用腐蚀的厚度，导致加工厚度和加工质量得不到有效控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种半导体基片用声光磁复合抛光装置，采用紫外光和兆声波催化氧化腐蚀过程增大化学作用，匹配机械作用和化学作用，改善工件的加工效率和加工质量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种半导体基片用声光磁复合抛光装置，包括磁流变抛光组件、催化剂添加组件、光催化组件以及兆声波催化组件，所述磁流变抛光组件包括第一驱动电机、抛光轴以及抛光盘，所述抛光轴与第一驱动电机连接且抛光轴可伸入至抛光盘内侧，所述抛光盘内盛装有磁流变液、所述抛光盘下方设有在抛光盘内形成磁场的电磁组件、抛光盘的下部连接有驱动抛光盘旋转的驱动组件，所述催化剂添加组件与抛光盘连通向抛光盘内输送催化剂，所述光催化组件设于抛光盘旁侧向抛光盘内侧发射紫外光，所述兆声波催化组件与抛光盘连接向抛光盘内侧发射兆声波。

本实用新型的半导体基片用声光磁复合抛光装置，采用电磁组件代替传统的永磁铁，可保证磁场的稳定性和可控性，可针对不同工件要求调节合适的磁场；通过催化剂添加组件向磁流变液内添加催化剂，配合光催化组件及兆声波催化组件，可加速磁流变液中的化学反应，提高抛光过程中的化学作用；本实用新型中，磁流变机械抛光与化学氧化腐蚀作用同时进行，具有较好的加工效率和加工质量。

进一步地，所述磁流变抛光组件还包括机壳、支架和滑轨，所述第一驱动电机与支架的一端连接，支架的另一端与滑轨滑动连接，所述滑轨固定于机壳。支架与滑轨滑动连接，可调整抛光轴和工件的高度以调整至工作间距。

进一步地，所述驱动组件包括第二驱动电机以及主轴，所述主轴与第二驱动电机连接，所述主轴连接有装夹盘，所述抛光盘与装夹盘连接。第二驱动电机驱动主轴旋转，主轴带动装夹盘和抛光盘转动。

进一步地，所述电磁组件包括套设于主轴的电刷滑环、嵌设于装夹盘的电磁铁，所述电刷滑环与电磁铁电连接。电刷滑环与电磁铁上的线圈电连接保证线圈的通电和磁场的发生。

进一步地，所述抛光盘装夹于装夹盘，所述抛光盘为透明结构且所述抛光盘底部铺设有抛光铁盘，所述光催化组件设有抛光盘侧部。将抛光盘设置为透明结构，光催化组件发射的紫外光可照射至抛光盘内部的磁流变液，从而加速磁流变液中的化学反应。

进一步地，所述催化剂添加组件包括箱体、输送泵、输液管以及抽液管，所述箱体内盛装有催化剂，所述输送泵设有与抽液管连接的进水口以及与输液管连接的出水口，所述输液管的一端伸入至抛光盘。在输送泵的作用下，将箱体内的催化剂泵入至磁流变液中，从而加速磁流变液中的化学反应。

进一步地，所述光催化组件为可发射紫外线的扇形灯珠光源，所述扇形灯珠光源设于抛光盘的侧部。

进一步地，所述兆声波催化组件包括夹具、超声波头及超声波发生器，所述夹具与抛光盘侧壁卡接，所述超声波头设于夹具朝向抛光盘内侧一侧，所述超声波发生器与超声波头电连接。超声波发生器发生的兆声波通过超声波头发射至磁流变液，当催化剂表面的波与化学反应的固有频率匹配时，催化速率会以“共振”的机制明显提升，提高抛光过程中的化学作用；同时还能实现了兆声振动在线修整柔性抛光垫的功能，去除磁链串中夹持不稳定的磨料粒子，然后补充新的磨料粒子，实现磨料的更新。

进一步地，所述夹具包括夹体及连接架，所述夹体及连接架连接形成与抛光盘侧壁连接的卡接部；多组超声波头等角度布置于夹体，所述夹体设有与抛光盘内壁面贴合的弧面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用电磁组件代替传统的永磁铁，可保证磁场的稳定性和可控性，可针对不同工件要求调节合适的磁场；通过向磁流变液内添加催化剂，配合光催化组件及兆声波催化组件加速磁流变液中的化学反应，提高抛光过程中的化学作用；磁流变机械抛光与化学氧化腐蚀作用同时进行，具有较好的加工效率和加工质量。

附图说明

图1为半导体基片用声光磁复合抛光装置的结构示意图；

图2为半导体基片用声光磁复合抛光装置的轴测图；

图3为半导体基片用声光磁复合抛光装置的催化剂添加组件的结构示意图；

图4为半导体基片用声光磁复合抛光装置的兆声波催化组件的轴测图；

图5为半导体基片用声光磁复合抛光装置的兆声波催化组件后视图；

图6为半导体基片用声光磁复合抛光装置的装夹盘的结构示意图；

附图中：1-磁流变抛光组件；11-第一驱动电机；12-抛光轴；13-抛光盘；14-机壳；15-支架；16-滑轨；17-抛光铁盘；2-催化剂添加组件；21-箱体；22-输送泵；23-输液管；24-抽液管；25-磁力搅拌装置；3-光催化组件；4-兆声波催化组件；41-夹具；42-超声波头；43-超声波发生器；44-夹体；45-连接架；46-调高旋钮；5-电磁组件；51-电刷滑环；52-电磁铁；6-驱动组件；61-第二驱动电机；62-主轴；63-减速器；64-联轴器；65-推力轴承；66-装夹盘；67-安装槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

如图1至图6所示为本实用新型的半导体基片用声光磁复合抛光装置的实施例，包括磁流变抛光组件1、催化剂添加组件2、光催化组件3以及兆声波催化组件4，所述磁流变抛光组件1包括第一驱动电机11、抛光轴12以及抛光盘13，所述抛光轴12与第一驱动电机11连接且抛光轴12可伸入至抛光盘13内侧，所述抛光盘13内盛装有磁流变液、所述抛光盘13下方设有在抛光盘13内形成磁场的电磁组件5、抛光盘13的下部连接有驱动抛光盘13旋转的驱动组件6，所述催化剂添加组件2与抛光盘13连通向抛光盘13内输送催化剂，所述光催化组件3设于抛光盘13旁侧向抛光盘13内侧发射紫外光，所述兆声波催化组件4与抛光盘13连接向抛光盘13内侧发射兆声波。本实施例中的催化剂的种类和浓度、磁流变液的种类和浓度可根据待加工工件的品类进行选择，本实施例光催化组件3发射的光线也不限于紫外光，可根据催化加速需要调整为红外光、可见光等光线。

本实施例在实施时，采用电磁组件5代替传统的永磁铁，可保证磁场的稳定性和可控性，可针对不同工件要求调节合适的磁场；通过催化剂添加组件2向磁流变液内添加催化剂，配合光催化组件3及兆声波催化组件4，可加速磁流变液中的化学反应，提高抛光过程中的化学作用；磁流变机械抛光与化学氧化腐蚀作用同时进行，具有较好的加工效率和加工质量。

如图1至图2所示，所述磁流变抛光组件1还包括机壳14、支架15和滑轨16，所述第一驱动电机11与支架15的一端连接，支架15的另一端与滑轨16滑动连接，所述滑轨16固定于机壳14。本实施例中，滑轨16为市售丝杠滑轨16，丝杠滑轨16设有滑块和伺服电机，支架15的另一端与滑块连接，伺服电机正反转可带动滑块上升或下降，以调整抛光轴12与抛光盘13底部之间的间距。但本实施例的滑轨16不限于丝杠滑轨16，其他能够带动支架15升降的升降机构也可适用于本实用新型。

如图1所示，驱动组件6设置在机壳14内部，包括第二驱动电机61以及主轴62，所述主轴62与第二驱动电机61连接，所述主轴62连接有装夹盘66，所述抛光盘13与装夹盘66连接；本实施例实施时，第二驱动电机61驱动主轴62旋转，主轴62带动装夹盘66和抛光盘13转动。本实施例在第二驱动电机61的输出端连接有减速器63，在减速器63和主轴62之间连接有联轴器64，在主轴62与机壳14的连接处设有推力轴承65，但这些设置都是为了增加主轴62旋转的平稳性和驱动组件6各组成部件间连接稳定性而做出的优选，并不作为限制性规定。本实施例中的抛光盘13装夹于装夹盘66，所述抛光盘13为透明结构且所述抛光盘13底部铺设有抛光铁盘17，所述光催化组件3设有抛光盘13侧部，如此，光催化组件3发射的紫外光可照射至抛光盘13内部的磁流变液，从而加速磁流变液中的化学反应；但需要说明的是，光催化组件3的位置和抛光盘13的材质并不作为本实用新型的限制性规定，其他能够将光催化组件3发射的紫外光照射至磁流变液的设置也可适用于本实用新型。

如图1所示，所述电磁组件5包括套设于主轴62的电刷滑环51、嵌设于装夹盘66的电磁铁52，所述电刷滑环51与电磁铁52电连接；同现有电磁铁52产生磁场原理一致，电刷滑环51与电磁铁52上的线圈电连接可保证线圈的通电和磁场的发生。其中，本实施例中的电磁铁52可设置为多组，可在装夹盘66上设置多组安装槽67，多组安装槽67均匀布置。如图6所示，本实施例可设置内圈安装槽67和外圈安装槽67，内圈安装槽67上布置1～6个电磁铁52，外圈安装槽67上布置1～12个电磁铁52，电磁场的磁场强度范围为0t～2t。

如图3所示，所述催化剂添加组件2包括箱体21、输送泵22、输液管23以及抽液管24，所述箱体21内盛装有催化剂，所述输送泵22设有与抽液管24连接的进水口以及与输液管23连接的出水口，所述输液管23的一端伸入至抛光盘13，输液管23的另一端与出水口转动连接。具体地，本实施例的箱体21由一面箱壁分为两侧，输送泵22、输液管23以及抽液管24安装在一侧，箱壁开设有通孔，抽液管24穿过通孔横跨至箱体21的另一侧，在箱体21的另一侧安装有磁力搅拌装置25，实时搅拌催化剂，防止催化剂的沉淀和变质对催化效率导致不好的影响；在输送泵22的作用下，将箱体21内的催化剂泵入至磁流变液中，从而加速磁流变液中的化学反应。

本实施例的光催化组件3为可发射紫外线的扇形灯珠光源，所述扇形灯珠光源设于抛光盘13的侧部。本实施例中的扇形灯珠光源可设置1～5排灯珠，发射光源并不限于紫外光，可根据化学反应的需求在100nm～1000nm的波长范围内调整光源为红外光、可见光或紫外光。

如图4至图5所示，兆声波催化组件4包括夹具41、超声波头42及超声波发生器43，所述夹具41与抛光盘13侧壁卡接，所述超声波头42设于夹具41朝向抛光盘13内侧一侧，所述超声波发生器43与超声波头42电连接。超声波发生器43发生的兆声波通过超声波头42发射至磁流变液，当催化剂表面的波与化学反应的固有频率匹配时，催化速率会以“共振”的机制明显提升，提高抛光过程中的化学作用；同时还能实现了兆声振动在线修整柔性抛光垫的功能，去除磁链串中夹持不稳定的磨料粒子，然后补充新的磨料粒子，实现磨料的更新。其中，所述夹具41包括夹体44及连接架45，所述夹体44及连接架45连接形成与抛光盘13侧壁连接的卡接部；多组超声波头42等角度布置于夹体44内侧面，所述夹体44外侧面与抛光盘13内壁面贴合，但夹体44的形状设置并不作为限制性规定。为了实现兆声波催化组件4高度可调，本实施例在连接架45上穿设有调高旋钮46，调高旋钮46的一端穿过连接架45与抛光盘13接触实现兆声波催化组件4与抛光盘13的连接；如此，调整调高旋钮46的高度便可以调整兆声波催化组件4的高度。另外，本实施例中，通过兆声波催化组件4发射的兆声波的加速频率可在10khz～10mhz范围内根据实际应用场合进行调整。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。