本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)及控制方法，屬于拋光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

進(jìn)行藍(lán)寶石襯底片拋光的工藝方法主要有機(jī)械拋光、化學(xué)拋光和化學(xué)機(jī)械拋光(chemicalmechanicalpolishing，簡(jiǎn)稱(chēng)cmp)等。機(jī)械拋光雖然能夠?qū)崿F(xiàn)全局平面化，但是難以實(shí)現(xiàn)表面粗糙度ra小于1nm的納米級(jí)拋光；化學(xué)拋光雖然能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)拋光，但是不能實(shí)現(xiàn)全局平面化；化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)是機(jī)械磨削和化學(xué)腐蝕的組合技術(shù)，它借助超微粒子的研磨作用及漿料的化學(xué)腐蝕作用在被加工表面形成光潔平坦平面，是目前實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底片全局平坦化納米級(jí)拋光最成熟的方法。

由于藍(lán)寶石(al2o3晶體)硬度太高，達(dá)到莫氏硬度9，僅次于金剛石，單純的機(jī)械拋光幾乎沒(méi)法拋出光滑表面，因此需要化學(xué)機(jī)械拋光，即使用可與藍(lán)寶石襯底之間發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)的堿性拋光液，在藍(lán)寶石表面生成水化物偏鋁酸鹽，產(chǎn)生的偏鋁酸鹽是可以較容易的通過(guò)機(jī)械拋光去除的。但是在沒(méi)有機(jī)械拋光作用的情況下偏鋁酸鹽會(huì)阻擋藍(lán)寶石晶體表面與拋光液之間的直接接觸，從而阻擋化學(xué)反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。

目前在藍(lán)寶石襯底片cmp主要有兩種：一種是通過(guò)粗糙度較大的粗拋墊去除dmp產(chǎn)生的劃痕，再通過(guò)粗糙度較小，而去除速率也很小的精拋墊去除粗拋產(chǎn)生的劃痕。但這種方式的缺點(diǎn)是效率慢，成本高，隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)效率和成本的要求越來(lái)越嚴(yán)格，這種方式正逐漸被淘汰；另一種目前常用的方式是直接使用粗拋墊進(jìn)行cmp，之后進(jìn)行檢驗(yàn)，將劃痕較明顯的產(chǎn)品進(jìn)行返工，以降低表面質(zhì)量要求的方式提高生產(chǎn)效率和加工成本，這種方法缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，返工率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有藍(lán)寶石襯底片cmp存在的上述缺陷，提出了一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)及控制方法，設(shè)置有自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置、拋光機(jī)、冷水機(jī)、溫度傳感器、阻力測(cè)量計(jì)和ph傳感器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制藍(lán)寶石襯底片的拋光和襯底片劃痕的控制。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：包括自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置、拋光機(jī)、冷水機(jī)、溫度傳感器、阻力測(cè)量計(jì)和ph傳感器，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置分別與拋光機(jī)、冷水機(jī)、溫度傳感器、阻力測(cè)量計(jì)和ph傳感器連接，拋光機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸下連接有拋頭，阻力測(cè)量計(jì)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸與拋頭連接處，阻力測(cè)量計(jì)通過(guò)測(cè)量拋光機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與拋頭的側(cè)向作用力以測(cè)量藍(lán)寶石襯底片與拋光墊之間的摩擦阻力，拋頭的下方為拋光機(jī)的拋光盤(pán)，拋光墊粘貼于拋光盤(pán)上，拋光墊的上方設(shè)有溫度傳感器和拋光液流液管，溫度傳感器用于檢測(cè)拋光盤(pán)加工溫度，拋光液流液管的另一端設(shè)置在拋光液灌內(nèi)且與設(shè)置在拋光液灌內(nèi)的抽液泵連接，ph傳感器設(shè)置在拋光液灌內(nèi)并檢測(cè)拋光液灌內(nèi)拋光液的ph值。

進(jìn)一步地，還包括堿液槽，堿液槽與設(shè)有電磁閥的堿液滴液管連接，電磁閥通過(guò)繼電器與自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置連接。

進(jìn)一步地，所述堿液槽內(nèi)設(shè)有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的koh溶液。

進(jìn)一步地，所述溫度傳感器采用紅外線傳感器。

進(jìn)一步地，所述阻力測(cè)量計(jì)采用壓力傳感器。

進(jìn)一步地，一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制方法，包括下列步驟：

步驟一：將貼好藍(lán)寶石襯底片的陶瓷盤(pán)安裝于拋光機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上，并固定，將拋光墊粘貼于拋光盤(pán)上；

步驟二：設(shè)置工藝條件；

步驟三：?jiǎn)?dòng)控制系統(tǒng)并進(jìn)行藍(lán)寶石襯底片拋光；

設(shè)定好工藝條件并啟動(dòng)控制系統(tǒng)后，抽液泵抽取拋光液灌內(nèi)的拋光液，并通過(guò)拋光液流液管不斷在拋光墊上流出拋光液，藍(lán)寶石襯底片貼在陶瓷盤(pán)上，通過(guò)拋光機(jī)上的拋頭在陶瓷盤(pán)背面施加壓力，拋光盤(pán)和拋頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦，從而對(duì)藍(lán)寶石襯底片進(jìn)行拋光；拋光過(guò)程中，當(dāng)ph傳感器檢測(cè)到拋光液灌內(nèi)拋光液的ph值低于ph設(shè)定值時(shí)，ph傳感器將信號(hào)傳遞給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置控制繼電器進(jìn)而打開(kāi)電磁閥使堿液滴液管添加koh溶液；當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)拋光盤(pán)的溫度高于或低于其溫度設(shè)定值時(shí)，溫度傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置控制冷水機(jī)相應(yīng)開(kāi)啟加熱或制冷程序；當(dāng)阻力測(cè)量計(jì)檢測(cè)到摩擦阻力低于或高于其設(shè)定值時(shí)，將信號(hào)傳遞給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置控制拋光機(jī)逐步升高或降低拋頭在陶瓷盤(pán)上施加的壓力，直到摩擦阻力恢復(fù)到其設(shè)定值；

步驟四：寶石襯底片拋光完成后關(guān)閉控制系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明所述的一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)及控制方法，設(shè)置有自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置、拋光機(jī)、冷水機(jī)、溫度傳感器、阻力測(cè)量計(jì)和ph傳感器，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)寶石襯底片拋光的自動(dòng)控制，當(dāng)摩擦阻力大于或小于其設(shè)定值時(shí)相應(yīng)的調(diào)節(jié)拋頭拋光壓力；當(dāng)拋光液的ph值低于其設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置控制添加koh增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)速度；當(dāng)拋光盤(pán)加工溫度高于或低于其設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)冷水機(jī)溫度；

(2)本發(fā)明所述的一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)及控制方法，通過(guò)平衡cmp過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械拋光的相互作用，使化學(xué)反應(yīng)始終略快于機(jī)械拋光的速率，當(dāng)拋光過(guò)程中產(chǎn)生劃痕時(shí)，劃痕內(nèi)部會(huì)迅速通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一層保護(hù)膜偏鋁酸鹽從而阻擋住化學(xué)反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，而機(jī)械拋光會(huì)優(yōu)先拋掉高于劃痕位置的化學(xué)反應(yīng)生成的保護(hù)膜，從而逐漸將劃痕去除。當(dāng)摩擦阻力大于或小于目標(biāo)值時(shí)相應(yīng)的調(diào)節(jié)拋光壓力，當(dāng)ph值和溫度低于目標(biāo)值時(shí)通過(guò)添加koh和調(diào)節(jié)冷水機(jī)溫度增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)速度；

(3)本發(fā)明所述的一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)及控制方法，降低了成本，提高了效率，有效控制了藍(lán)寶石襯底片的劃痕，提高了藍(lán)寶石襯底片的質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的原理圖。

圖中：1、拋光機(jī)；2、旋轉(zhuǎn)軸；3、溫度傳感器；4、拋頭；5、拋光墊；6、阻力測(cè)量計(jì)；7、拋光液流液管；8、拋光液灌；9、ph傳感器；10、堿液槽；11、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明提出的一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)及控制方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所述的一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制系統(tǒng)，如圖1至圖2所示，包括自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11、拋光機(jī)1、冷水機(jī)、溫度傳感器3、阻力測(cè)量計(jì)6和ph傳感器9，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11分別與拋光機(jī)1、冷水機(jī)、溫度傳感器3、阻力測(cè)量計(jì)6和ph傳感器9連接，拋光機(jī)1的旋轉(zhuǎn)軸2下連接有拋頭4，阻力測(cè)量計(jì)6設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸2與拋頭4連接處，阻力測(cè)量計(jì)6通過(guò)測(cè)量拋光機(jī)1的旋轉(zhuǎn)軸2與拋頭4的側(cè)向作用力以測(cè)量藍(lán)寶石襯底片與拋光墊5之間的摩擦阻力，阻力測(cè)量計(jì)6采用壓力傳感器，拋頭4的下方為拋光機(jī)1的拋光盤(pán)，拋光墊5粘貼于拋光盤(pán)上，拋光墊5的上方設(shè)有溫度傳感器3和拋光液流液管7，溫度傳感器3采用紅外線傳感器以檢測(cè)拋光盤(pán)加工溫度，拋光液流液管7的另一端設(shè)置在拋光液灌8內(nèi)且與設(shè)置在拋光液灌8內(nèi)的抽液泵連接，ph傳感器9設(shè)置在拋光液灌8內(nèi)并檢測(cè)拋光液灌8內(nèi)拋光液的ph值。控制系統(tǒng)還包括堿液槽10，堿液槽10內(nèi)設(shè)有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的koh溶液，堿液槽10與設(shè)有電磁閥的堿液滴液管連接，堿液滴液管的出液口設(shè)置在拋光液灌8內(nèi)液面的上方，電磁閥通過(guò)繼電器與自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11連接，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11包括觸摸顯示屏、plc控制器，觸摸顯示屏與plc控制器連接,plc控制器分別與冷水機(jī)、溫度傳感器3、阻力測(cè)量計(jì)6和ph傳感器9。

本發(fā)明所述的一種藍(lán)寶石襯底拋光的劃痕控制方法，包括下列步驟：

步驟一：將貼好藍(lán)寶石襯底片的陶瓷盤(pán)安裝于拋光機(jī)1旋轉(zhuǎn)軸2上，并固定，將拋光墊5粘貼于拋光盤(pán)上；

步驟二：設(shè)置工藝條件；

1拋光液灌8內(nèi)的拋光液ph設(shè)定值為10.8～11.8；

2拋光盤(pán)加工溫度設(shè)定值為40～50℃；

3拋光液的流量設(shè)定值為8～12l/min；

4摩擦阻力的設(shè)定值為40～120kg/cm²，并將拋光機(jī)1旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)速設(shè)定為40～50rpm，拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速設(shè)定為40～45rpm；

步驟三：?jiǎn)?dòng)控制系統(tǒng)并進(jìn)行藍(lán)寶石襯底片拋光，拋光加工時(shí)長(zhǎng)為100～120min；

設(shè)定好工藝條件并啟動(dòng)控制系統(tǒng)后，抽液泵抽取拋光液灌8內(nèi)的拋光液，并通過(guò)拋光液流液管7不斷在拋光墊5上流出拋光液，藍(lán)寶石襯底片貼在陶瓷盤(pán)上，通過(guò)拋光機(jī)1上的拋頭4在陶瓷盤(pán)背面施加壓力，拋光盤(pán)和拋頭4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦，從而對(duì)藍(lán)寶石襯底片進(jìn)行拋光；拋光過(guò)程中，當(dāng)ph傳感器9檢測(cè)到拋光液灌8內(nèi)拋光液的ph值低于ph設(shè)定值時(shí)，ph傳感器9將信號(hào)傳遞給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11控制繼電器進(jìn)而打開(kāi)電磁閥使堿液滴液管添加koh溶液；當(dāng)溫度傳感器3檢測(cè)拋光盤(pán)的溫度高于或低于其溫度設(shè)定值時(shí)，溫度傳感器3將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11控制冷水機(jī)相應(yīng)開(kāi)啟加熱或制冷程序；當(dāng)阻力測(cè)量計(jì)6檢測(cè)到摩擦阻力低于或高于其設(shè)定值時(shí)，將信號(hào)傳遞給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11控制拋光機(jī)1逐步升高或降低拋頭4在陶瓷盤(pán)上施加的壓力，直到摩擦阻力恢復(fù)到其設(shè)定值；

步驟四：寶石襯底片拋光完成后關(guān)閉控制系統(tǒng)。

拋光液的流量、拋光機(jī)1旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)速、拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速和拋光盤(pán)加工溫度是可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11或拋光機(jī)1的設(shè)定界面設(shè)定。拋光盤(pán)加工溫度通過(guò)冷水機(jī)進(jìn)行溫度調(diào)控，當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，冷水機(jī)啟動(dòng)冷卻程序，當(dāng)溫度低于45℃時(shí)，冷水機(jī)啟動(dòng)加熱程序，使冷卻水溫度升高控制溫度在45±5℃范圍內(nèi)，且溫度偏差在1℃以?xún)?nèi)；拋光液灌8內(nèi)拋光液的ph值可以通過(guò)添加koh溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)，隨著拋光加工的進(jìn)行，拋光液的ph值會(huì)逐漸降低，當(dāng)ph傳感器9檢測(cè)ph值降低到10.8時(shí)，ph傳感器9傳遞信號(hào)給自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11控制繼電器并打開(kāi)電磁閥，持續(xù)5秒添加200ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的koh溶液使ph值恢復(fù)到11-11.8以?xún)?nèi)；摩擦阻力與藍(lán)寶石襯底片及拋光墊5之間的摩擦系數(shù)和拋頭4提高的壓力有關(guān)，藍(lán)寶石襯底片及拋光墊5之間的摩擦系數(shù)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)逐步提高拋頭4在陶瓷盤(pán)上的壓力或降低拋頭4在陶瓷盤(pán)上的壓力以保持摩擦力不變。

實(shí)施例一：

設(shè)置如下工藝條件：拋光盤(pán)加工溫度為50℃，拋光液灌8內(nèi)的拋光液ph值為11.5，拋光液流量為10ml/min，拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速為45rpm，旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)速為43rpm，摩擦阻力為80kg/cm²，拋光加工時(shí)長(zhǎng)為100min；設(shè)定好工藝條件后啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11、拋光機(jī)1對(duì)藍(lán)寶石襯底片進(jìn)行拋光。

實(shí)施例二：

設(shè)置如下工藝條件：拋光盤(pán)加工溫度40℃，拋光液灌8內(nèi)的拋光液ph值為11，拋光液流量為10ml/min，拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速為45rpm，旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)速為43rpm，摩擦阻力為50kg/cm²，拋光加工時(shí)長(zhǎng)為120min；設(shè)定好工藝條件后啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置11、拋光機(jī)1對(duì)藍(lán)寶石襯底片進(jìn)行拋光。

當(dāng)然，上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，不能被認(rèn)為用于限定對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)歸屬于本發(fā)明的涵蓋范圍內(nèi)。