專利名稱：一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法及拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子輔助材料及加工工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法及拋光液。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石集優(yōu)良的光學(xué)、物理和化學(xué)性能于一體，與天然的寶石有著相同的光學(xué)性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電氣性能和介電特性，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、防腐蝕，莫氏硬度達(dá)到9 級，僅次于金剛石的硬度。由于藍(lán)寶石本身具有優(yōu)良的性質(zhì)故其已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于國防、科研、工業(yè)等領(lǐng)域，在其眾多的應(yīng)用中由于藍(lán)寶石與GaN之間的晶格常數(shù)失配率小，所以現(xiàn)階段是最主要的GaN薄膜外延襯底之一。由于GaN被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體材料，其有著很廣泛的應(yīng)用，但是GaN很難制作塊體材料，必須要在其他的襯底材料上生長GaN薄膜。在眾多的襯底材料中藍(lán)寶石被實(shí)踐證明是最適合GaN生長的襯底材料。目前已經(jīng)在藍(lán)寶石襯底上外延生長出了 GaN薄膜，并且已經(jīng)研發(fā)出GaN基的藍(lán)色發(fā)光二極管及激光二極管。要想外延生長出高質(zhì)量的GaN薄膜，必須對襯底材料進(jìn)行拋光以得到平整光亮、 晶格完整的清潔表面。襯底表面質(zhì)量直接影響著外延層的質(zhì)量，器件的性能參數(shù)及產(chǎn)品的成品率。所以應(yīng)用于制造生產(chǎn)的藍(lán)寶石襯底材料必須經(jīng)過拋光才能應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中去。藍(lán)寶石的拋光方法一般有機(jī)械、化學(xué)和機(jī)械化學(xué)的拋光方法。機(jī)械拋光是用硬質(zhì)磨料對晶片拋光，但是藍(lán)寶石的莫氏硬度為9僅次于金剛石，故機(jī)械研磨很難將其表面拋光，而且這種靠機(jī)械力拋光的加工方法使襯底表面質(zhì)量不高而且存在較深的亞表層損傷，導(dǎo)致產(chǎn)品性能和加工成品率的降低；化學(xué)拋光其拋光速率低而且拋光的表面形貌的精度會降低； 化學(xué)機(jī)械拋光綜合了機(jī)械和化學(xué)拋光的優(yōu)勢，在拋光速率、拋光精度、表面損傷方面有著明顯的提高。以上所述藍(lán)寶石的拋光方法都有其各自的特點(diǎn)，但是對于切割完表面具有較深劃痕的藍(lán)寶石晶片其拋光的加工效率較低，要得到較好的表面質(zhì)量需要較長的時間，且拋光后表面還會出現(xiàn)腐蝕坑和亞表面層有微裂縫等問題。這些問題與拋光過程中所使用的拋光液有著機(jī)密切的關(guān)系。目前關(guān)于藍(lán)寶石拋光方法和拋光液已經(jīng)有了相關(guān)的報道。下面是各種有關(guān)藍(lán)寶石拋光的方法。專利(CN1203965C)摻鈦藍(lán)寶石晶體激光棒的表面加工方法介紹一種摻鈦藍(lán)寶石晶棒端面的加工方法，能夠得到較平整的斷面表面，晶格表面完整平滑，而且在這種表面上沉積的薄膜具有很高的激光破壞閾值，因此非常適合用于制作激光器件的襯底。但是拋光過程中涉及到了高溫?zé)崽幚砑八嵋焊g，這使得加工過程能量消耗過大，酸液腐蝕對設(shè)備的要求也提高了，藍(lán)寶石晶棒加工完成后的廢液處理使加工成本增加。專利(CN128^61C)光學(xué)藍(lán)寶石晶體基片的研磨工藝公開了一種藍(lán)寶石晶體基片的研磨方法，包括粗磨、精磨、拋光三個步驟。此方法能夠有效地降低藍(lán)寶石襯底表面的粗糙度，但是采用硬度比藍(lán)寶石大的金剛石磨料在研磨拋光的過程中容易造成藍(lán)寶石襯底亞表層裂縫。專利(CN100556619C)藍(lán)寶石襯底材料表面粗糙度的控制方法介紹了一種堿性拋光液其磨料為Sio2。整個拋光過程分為兩步第一步粗拋，第二步精拋。由于采用的磨料S^2 莫氏硬度小于藍(lán)寶石，故拋光的速率不是很高，整個襯底材料加工的效率不高。專利(CN1005^480C)藍(lán)寶石襯底材料高去除速率的控制方法介紹了一種利用強(qiáng)化學(xué)作用來提高拋光速率的方法，但是此方法拋光后的藍(lán)寶石襯底材料表面粗糙度無法控制，且由于過強(qiáng)的化學(xué)方應(yīng)會在表面出現(xiàn)腐蝕坑。專利(CN101604666A)藍(lán)寶石襯底及拋光方法與應(yīng)用介紹了一種藍(lán)寶石襯底材料的拋光方法，此方法拋光后的表面具有隨機(jī)無序的凹陷的圖形結(jié)構(gòu)，且只能實(shí)現(xiàn)局部平坦化，不能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化。專利(CN100433^8C)藍(lán)寶石襯底磨削方法介紹了一種使用砂輪來磨削表面以達(dá)到減薄藍(lán)寶石襯底的目的，此方法采用間歇式磨削的方法，使砂輪總是保持在一個比較鋒利的狀態(tài)，所以降低了破裂和掉邊的可能性，同時有效地釋放了表面的應(yīng)力，降低了去蠟后襯底的曲翹度。但是此方法減薄后的襯底表面的粗糙度較大，切在磨削的過程中可能會引起壓表面層裂縫等問題。專利(CN101664894A)藍(lán)寶石的拋光裝置及拋光方法介紹了一種用激光束去除藍(lán)寶石襯底表面微量物的方法。此方法能夠很好的控制表面的去除量及去除速率，同時降低了表面的粗糙度和潛在損傷的可能性，但是此方法的耗能過高，切拋光的設(shè)備復(fù)雜，操作不便。專利(CN1833816A)藍(lán)寶石晶片納米級超光滑加工工藝介紹了一種藍(lán)寶石襯底的拋光加工方法，主要包括粘片、塑性域磨削、研磨、粗拋、精拋、凈化等步驟組成，拋光過程中涉及到了含金剛石微粉的研磨液和含硝酸、硫酸、磷酸的酸性腐蝕液及專用拋光液。此方法能夠得到平坦的藍(lán)寶石表面，但是拋光過程中涉及到酸液，所以對設(shè)備的要求較高且廢液的處理也是一個問題。專利(CN1227730C) —種納米級藍(lán)寶石襯底的加工方法介紹了一種加工看寶石襯底的方法，包括粘片、粗磨、細(xì)磨、粗拋、細(xì)拋等幾個步驟，可以達(dá)到較高的表面平坦度，但是加工的效率不高。上述各種用于藍(lán)寶石的襯底加工的拋光方法雖然能夠有效地降低表面的粗糙度和提高表面平整度，但是都因?yàn)閽伖膺^程中或者選用金剛石作為磨料粒子或者選用砂輪作為磨削的工具，所以在拋光過程中極易在藍(lán)寶石襯底晶片表面產(chǎn)生亞表層損傷和表面劃痕，且拋光的效率不高。對藍(lán)寶石拋光過程中所使用的拋光液也已經(jīng)有了相關(guān)的報道。專利(CN101870853A)微堿性藍(lán)寶石拋光液及其制備方法介紹了一種硅溶膠顆粒來配制成藍(lán)寶石拋光液的方法，此拋光液成微堿性，此拋光液拋光后易清洗，穩(wěn)定性好，不腐蝕設(shè)備但是由于用硅溶膠作為拋光磨料故拋光效率不高。專利(CN1858137A)藍(lán)寶石襯底材料拋光液及其制備方法介紹了一種藍(lán)寶石拋光液的組成及配置的方法，此拋光液能夠滿足襯底高精度加工的需要，只是選用硅溶膠為研磨料，所以拋光的速率不是很高，致使加工效率降低。專利(CN102010669A)藍(lán)寶石襯底材料CMP拋光液的制備方法介紹了一種堿性的拋光液，此拋光液穩(wěn)定性好，且在制備過程中采用密閉系統(tǒng)下負(fù)壓攪拌法從而減小了拋光液中大顆粒的存在，防止了拋光過程中產(chǎn)生表面劃痕，但是由于硅溶膠的莫氏硬度比藍(lán)寶石小，故拋光過程中的機(jī)械研磨的作用不是很強(qiáng)，導(dǎo)致拋光的加工效率不高。專利(CN100478412C) —種藍(lán)寶石襯底化學(xué)機(jī)械拋光漿料介紹了一種含有復(fù)合磨料的拋光漿液，其復(fù)合磨料為基材顆粒碳化硼表面包裹一層粒子構(gòu)成的復(fù)合磨料，其本質(zhì)為碳化硼磨料表面改性后形成復(fù)合磨料，但是由于藍(lán)寶石襯底表面很硬，在拋光過程中，由于較強(qiáng)的機(jī)械磨削作用包覆在碳化硼粒子表面的粒子容易脫落，從而導(dǎo)致不能達(dá)到良好的拋光效果。專利(CN101230239A)高效高精度藍(lán)寶石襯底拋光液及其制備方法介紹了一種堿性的拋光液，此拋光液包含硅溶膠、絡(luò)合劑、表面活性劑。此拋光液固含量較低，拋光后在藍(lán)寶石表面不易風(fēng)干，大大降低了拋光后清洗的負(fù)擔(dān)。但是選用的硅溶膠作為拋光研磨料，故拋光效率低。以上各種拋光液均采用單一的拋光磨料硅溶膠，由于硅溶膠的莫氏硬度比藍(lán)寶石要小，故拋光過程中的機(jī)械研磨的作用被降低了，所以藍(lán)寶石襯底拋光加工的效率不是很
尚ο綜上所述現(xiàn)有的各種拋光方法及拋光液雖然能夠很好的降低藍(lán)寶石襯底材料的表面粗糙度而且能夠達(dá)到很好的平整度，但是這些拋光方法一般都需要經(jīng)過幾個步驟才能完成，拋光工藝復(fù)雜，操作不是很方便。而且拋光液都采用單一的磨料這使得使用硬度較大的金剛石為磨料時藍(lán)寶石表面在拋光過程中可能會產(chǎn)生劃痕或亞表層裂縫，使用硬度較小的硅溶膠時拋光速率降低，致使整個加工效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析和存在問題，提供一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光方法及拋光液，該方法簡單易行，且由于拋光液中含有復(fù)合磨料，所以在拋光中不會產(chǎn)生表面劃痕和亞表層裂縫等問題，同時還能提高拋光的加工效率。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法，在熱化學(xué)機(jī)械拋光過程中加熱拋光盤，拋光盤的溫度為30°C -100°C。一種所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成，其各成分的質(zhì)量百分比為復(fù)合磨料 0. l% 20wt%、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑0. 01% 5wt%、表面活性劑0. 001%_lwt%、分散劑0. 001%-lwt%、去離子水為余量。所述復(fù)合磨料由硬質(zhì)磨料和軟質(zhì)磨料兩種磨料粒子混合構(gòu)成，其中硬質(zhì)磨料為金剛石粉、碳化硅粉和剛玉粉中的一種或者兩種以任意比例混合的混合物；軟質(zhì)磨料為膠體二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鋯中的一種或者兩種以任意比例混合的混合物；硬質(zhì)磨料和軟質(zhì)磨料的質(zhì)量比為1 :1_4。所述復(fù)合ph調(diào)節(jié)劑由有機(jī)強(qiáng)堿和有機(jī)弱堿組成，其中有機(jī)強(qiáng)堿為四甲基氫氧化銨、羥基胺和四乙基氫氧化銨中的一種或兩種以任意比例混合的混合物；有機(jī)弱堿為二羥基乙基乙二胺、二乙烯三胺、乙二胺和二乙醇胺中的一種或兩者以任意比例混合的混合物； 有機(jī)強(qiáng)堿與有機(jī)弱堿體積比為2-5:1。所述表面活性劑為硅烷聚二乙醇醚、聚二乙醇醚和十二烷基乙二醇醚中的一種或
5兩種任意比例的混合物。所述分散劑為聚乙二醇200或聚乙二醇400。所述拋光液的ph值為8-13。本發(fā)明技術(shù)方案分析
本發(fā)明中所使用的復(fù)合磨料由硬質(zhì)磨料軟質(zhì)磨料構(gòu)成，且軟質(zhì)磨料的粒徑要大于硬質(zhì)磨料的粒徑。由于拋光液中存在莫氏硬度比藍(lán)寶石小的大粒徑軟質(zhì)磨料粒子，所以在下壓力從小變大的過程中，首先是軟質(zhì)磨料與藍(lán)寶石襯底材料接觸，研磨拋光藍(lán)寶石襯底，但是在這種情況下由于藍(lán)寶石本身莫氏硬度比軟質(zhì)磨料莫氏硬度大，故研磨拋光的速率很低。 當(dāng)下壓力不斷增大時，軟質(zhì)磨料粒子在藍(lán)寶石襯底材料的壓迫下會產(chǎn)生一定的形變，在這種情況下，藍(lán)寶石襯底表面與拋光盤之間的縫隙減小，使得硬質(zhì)磨料開始接觸并磨削藍(lán)寶石襯底材料。在此過程中由于大粒徑軟質(zhì)磨料的存在，起到了一個緩沖的作用使得硬質(zhì)磨料與藍(lán)寶石襯底材料接觸時產(chǎn)生的機(jī)械磨削力得到了緩和，并且均勻的施加到整個藍(lán)寶石襯底表面，從而避免了因局部機(jī)械磨削力過大而造成的表面劃痕和亞表面損傷等問題。同時由于硬質(zhì)磨料的莫氏硬度要比藍(lán)寶石的硬度大或者相等，故機(jī)械研磨的作用大大增強(qiáng)了，保證獲得較高的拋光速率。在應(yīng)用化學(xué)機(jī)械拋光法拋光襯底材料過程中，其拋光速率主要取決于以下兩個方面一是拋光液中所含化學(xué)物質(zhì)與被拋光物質(zhì)的反應(yīng)速率，生成中間產(chǎn)物的速率；二是拋光液中磨料的機(jī)械磨削作用。拋光后襯底材料的表面質(zhì)量主要取決于拋光液中磨料與被拋光表面的機(jī)械磨削作用力的大小和作用方式，機(jī)械磨削作用力過小則拋光速率下降，過大則容易造成表面劃痕和亞表層裂縫。由于酸性拋光液腐蝕設(shè)備、會產(chǎn)生金屬離子對藍(lán)寶石基片本身污染較重，同時污染環(huán)境、對人體的危害也較大，容易造成非均勻化腐蝕、影響襯底材料表面的全局平整度， 故本發(fā)明中選用堿性拋光液而非酸性拋光液。為了避免在拋光液中引入金屬離子雜質(zhì)，故選用有機(jī)堿物質(zhì)作為本發(fā)明拋光液的Ph值調(diào)節(jié)劑。本發(fā)明中使用復(fù)合Ph調(diào)節(jié)劑是為了使拋光過程中拋光液的Ph值始終穩(wěn)定在一個值，使化學(xué)作用保持穩(wěn)定，這樣有利于獲得高質(zhì)量、高平整度的藍(lán)寶石襯底材料。由于堿性物質(zhì)與藍(lán)寶石襯底材料反應(yīng)較慢，從而使拋光速率降低。本發(fā)明通過加熱拋光盤來提高拋光液與藍(lán)寶石襯底材料的反應(yīng)速率從而提高拋光速率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1)通過加熱拋光盤提高了拋光過程中拋光液與藍(lán)寶石基片表面的化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高了拋光速率；
2)拋光液中使用復(fù)合有機(jī)ph調(diào)節(jié)劑即避免了由拋光液引入的金屬離子對襯底材料的污染，同時使整個拋光過程中拋光液的Ph值始終保持在一個穩(wěn)定的值內(nèi)，保證了整個拋光過程中化學(xué)反應(yīng)速率的均一性，這對獲得高平整度的表面至關(guān)重要；
3)拋光液中使用由硬質(zhì)磨料和軟質(zhì)磨料組成的復(fù)合膜料，即防止了單純使用硬質(zhì)磨料拋光時易出現(xiàn)表面劃痕和亞表層損傷等問題，又解決了單純使用軟質(zhì)磨料拋光時，拋光效率低的問題。復(fù)合磨料的使用結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在保證獲得高質(zhì)量，高平整度襯底表面的同時又保證了較高的拋光速率。


圖1為大粒徑軟質(zhì)研磨粒子與拋光襯底表面接觸狀況示意圖。圖2為小粒徑硬質(zhì)研磨粒子與拋光襯底表面接觸狀況示意圖。圖3為拋光之前藍(lán)寶石AFM測試圖。圖4為拋光之后藍(lán)寶石AFM測試圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著性進(jìn)步，但本發(fā)明絕非僅限于實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)性精神的前提下，對本發(fā)明進(jìn)行的任何修改均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。實(shí)施例1
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成。拋光液的配置取粒徑為300nm的硅溶膠200g、聚二乙醇醚5ml和3ml的聚乙二醇 200，將其混合并用去離子水稀釋至IOOOml形成磨料懸浮液，再取粒徑IOOnm的金剛石粉末 50g，將金剛石粉末緩慢加入上述所述磨料懸浮液中并快速攪拌至均勻。取選用有機(jī)強(qiáng)堿四甲基氫氧化銨和有機(jī)弱堿二羥基乙基乙二胺混合液為Ph值調(diào)節(jié)劑(體積比為4 1 )，調(diào)節(jié)ph 值為8。拋光工藝的實(shí)現(xiàn)采用UNIP0L-U60-TCMP單面拋光機(jī)上拋光，拋光盤為鑄鐵盤， 拋光下壓力3psi、拋光液流量為lOOml/min、拋光頭轉(zhuǎn)速為50rpm，拋光盤的轉(zhuǎn)速為40rpm、 鑄鐵拋光盤溫度為50°C。圖1為大粒徑軟質(zhì)研磨粒子與拋光襯底表面接觸狀況示意圖；圖 2為小粒徑硬質(zhì)研磨粒子與拋光襯底表面接觸狀況示意圖。拋光效果的測試用Dektak 150輪廓儀測量拋光前后的藍(lán)寶石襯底的厚度差除以拋光時間就可以得到拋光的速率，用Agilent公司的原子力顯微鏡(AFM)來測量拋光前后藍(lán)寶石襯底的表面形貌和粗糙度，圖3為拋光之前藍(lán)寶石AFM測試圖，圖4為拋光之后藍(lán)寶石AFM測試圖。拋光效果拋光速率為127. 8nm/min,拋光前表面粗糙度為20. 73nm,拋光后表面粗糙度為0. 76nm。實(shí)施例2
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成。拋光液的配置取粒徑為200nm的硅溶膠200g、十二烷基乙二醇醚3ml和細(xì)1的聚乙二醇400，將其混合并用去離子水稀釋至IOOOml形成磨料懸浮液，再取粒徑SOnm的金剛石粉末70g，將金剛石粉緩慢加入上述磨料懸浮液中并快速攪拌至均勻。選用有機(jī)強(qiáng)堿羥基胺和有機(jī)弱堿二羥基乙基乙二胺混合液為Ph值調(diào)節(jié)劑(體積比為4 :1)，調(diào)節(jié)ph值為9。拋光工藝的實(shí)現(xiàn)采用UNIP0L-U60-TCMP單面拋光機(jī)上拋光，拋光盤為鑄鐵盤， 拋光下壓力3psi、拋光液流量為lOOml/min、拋光頭轉(zhuǎn)速為50rpm，拋光盤的轉(zhuǎn)速為40rpm、 鑄鐵拋光盤溫度為70°C。拋光效果的測試手段與實(shí)施例1相同。
7
拋光效果拋光速率為152. 3nm/min,拋光前表面粗糙度為17. 86nm,拋光后表面粗糙度為0. 42nm。實(shí)施例3
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成。拋光液的配置取粒徑為200nm的氧化鈰和氧化鋯混合物200g、硅烷聚二乙醇醚 2ml和3ml聚乙二醇200，將其混合并用去離子水溶解至IOOOml形成磨料懸浮液，再取粒徑 IOOnm的金剛石粉末和剛玉粉共計50g，將金剛石粉和剛玉粉的混合物緩慢加入到前面所述的磨料懸浮液中并快速攪拌至均勻。選用有機(jī)強(qiáng)堿四甲基氫氧化銨和有機(jī)弱堿二乙烯三胺的混合液為Ph值調(diào)節(jié)劑(體積比為5 :1)，調(diào)節(jié)ph值為10。拋光工藝的實(shí)現(xiàn)采用UNIP0L-U60-TCMP單面拋光機(jī)上拋光，拋光盤為鑄鐵盤， 拋光下壓力2psi、拋光液流量為lOOml/min、拋光頭轉(zhuǎn)速為50rpm，拋光盤的轉(zhuǎn)速為40rpm、 鑄鐵拋光盤溫度為60°C。拋光效果的測試手段與實(shí)施例1相同。拋光效果拋光速率為162. 3nm/min,拋光前表面粗糙度為23. 68nm,拋光后表面粗糙度為0. 63nm。實(shí)施例4
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成。拋光液的配置取粒徑為500nm的氧化鈰和氧化鋯混合物300g，硅烷聚二乙醇醚 5ml和5ml聚乙二醇400，將其混合并用去離子水溶解至IOOOml形成磨料懸浮液。再取粒徑IOOnm的碳化硅粉和剛玉粉70g，將碳化硅和剛玉粉的混合物緩慢加入到前面所述的磨料懸浮液中并快速攪拌至均勻。選用有機(jī)強(qiáng)堿四乙基氫氧化銨和有機(jī)弱堿二羥基乙基乙二胺混合液為Ph值調(diào)節(jié)劑(體積比為4 1 )，調(diào)節(jié)ph值為11。拋光工藝的實(shí)現(xiàn)采用UNIP0L-U60-TCMP單面拋光機(jī)上拋光，拋光盤為鑄鐵盤， 拋光下壓力2psi、拋光液流量為lOOml/min、拋光頭轉(zhuǎn)速為50rpm，拋光盤的轉(zhuǎn)速為40rpm、 鑄鐵拋光盤溫度為40°C。拋光效果的測試手段與實(shí)施例1相同。拋光效果拋光速率為183. 8nm/min,拋光前表面粗糙度為19. 63nm,拋光后表面粗糙度為0. 89nm。實(shí)施例5
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成。拋光液的配置取粒徑為400nm的氧化鈰粉200g，硅烷聚二乙醇醚Iml和2ml聚乙二醇200，將其混合并用去離子水溶解至IOOOml形成磨料懸浮液，再取粒徑150nm的碳化硅粉100g，將碳化硅粉緩慢加入到前面所述的磨料懸浮液中并快速攪拌至均勻。選用有機(jī)強(qiáng)堿四甲基氫氧化銨和有機(jī)弱堿乙二胺混合液為Ph值調(diào)節(jié)劑(體積比為4 :1)，調(diào)節(jié)ph值為12。拋光工藝的實(shí)現(xiàn)采用UNIP0L-U60-TCMP單面拋光機(jī)上拋光，拋光盤為鑄鐵盤，拋光下壓力2psi、拋光液流量為lOOml/min、拋光頭轉(zhuǎn)速為50rpm，拋光盤的轉(zhuǎn)速為40rpm、 鑄鐵拋光盤溫度為80°C。拋光效果的測試手段與實(shí)施例1相同。拋光效果拋光速率為227. 8nm/min,拋光前表面粗糙度為23. 45nm,拋光后表面粗糙度為0. 63nm。實(shí)施例6
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成。拋光液的配置取粒徑為200nm的氧化鋯粉200g，硅烷聚二乙醇醚3ml和5ml聚乙二醇200，將其混合并用去離子水溶解至IOOOml形成磨料懸浮液，再取粒徑IOOnm的金剛石粉末50g，緩慢加入金剛石粉末并快速攪拌至均勻。選用有機(jī)強(qiáng)堿四甲基氫氧化銨和有機(jī)弱堿二羥基乙基乙二胺混合液為Ph值調(diào)節(jié)劑(體積比為5 1 )，調(diào)節(jié)ph值為11。拋光工藝的實(shí)現(xiàn)采用UNIP0L-U60-TCMP單面拋光機(jī)上拋光，拋光盤為鑄鐵盤， 拋光下壓力2psi、拋光液流量為lOOml/min、拋光頭轉(zhuǎn)速為50rpm，拋光盤的轉(zhuǎn)速為40rpm、 鑄鐵拋光盤溫度為60°C。拋光效果的測試手段與實(shí)施例1相同。拋光效果拋光速率為227. 8nm/min,拋光前表面粗糙度為20. 96nm,拋光后表面粗糙度為0. 32nm。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法，其特征在于在熱化學(xué)機(jī)械拋光過程中加熱拋光盤，拋光盤的溫度為30°c -100°c。
2.一種如權(quán)利要求1所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，其特征在于由復(fù)合磨料、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水混合組成，其各成分的質(zhì)量百分比為復(fù)合磨料0. l°/T20wt%、Ph復(fù)合調(diào)節(jié)劑0. 019T5wt%、表面活性劑0. 001%_lwt%、 分散劑0. 001%-lwt%、去離子水為余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，其特征在于 所述復(fù)合磨料由硬質(zhì)磨料和軟質(zhì)磨料兩種磨料粒子混合構(gòu)成，其中硬質(zhì)磨料為金剛石粉、 碳化硅粉和剛玉粉中的一種或者兩種以任意比例混合的混合物；軟質(zhì)磨料為膠體二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鋯中的一種或者兩種以任意比例混合的混合物；硬質(zhì)磨料和軟質(zhì)磨料的質(zhì)量比為1 :1_4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，其特征在于 所述復(fù)合Ph調(diào)節(jié)劑由有機(jī)強(qiáng)堿和有機(jī)弱堿組成，其中有機(jī)強(qiáng)堿為四甲基氫氧化銨、羥基胺和四乙基氫氧化銨中的一種或兩種以任意比例混合的混合物；有機(jī)弱堿為二羥基乙基乙二胺、二乙烯三胺、乙二胺和二乙醇胺中的一種或兩者以任意比例混合的混合物；有機(jī)強(qiáng)堿與有機(jī)弱堿體積比為2-5:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，其特征在于 所述表面活性劑為硅烷聚二乙醇醚、聚二乙醇醚和十二烷基乙二醇醚中的一種或兩種任意比例的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，其特征在于 所述分散劑為聚乙二醇200或聚乙二醇400。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法的拋光液，其特征在于 所述拋光液的Ph值為8-13。
全文摘要
一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法，在拋光過程中加熱拋光盤，拋光盤的溫度為30℃-100℃；該拋光法采用的拋光液，由復(fù)合磨料、pH復(fù)合調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、分散劑和去離子水組成，其中復(fù)合磨料由硬質(zhì)磨料和軟質(zhì)磨料兩種磨料粒子混合構(gòu)成，pH調(diào)節(jié)劑由有機(jī)強(qiáng)堿和有機(jī)弱堿組成，拋光液的pH值為8-13。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在拋光過程中通過加熱鑄鐵拋光盤，促進(jìn)拋光液與藍(lán)寶石襯底材料的反應(yīng)速率，從而提高了拋光的效率；拋光液中使用復(fù)合磨料可以避免表面劃痕和亞表層裂縫等問題，以獲得高質(zhì)量、高平整度的表面性狀，同時兼顧了拋光的效率；該拋光液還具備穩(wěn)定性高、不腐蝕設(shè)備、易清洗等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C09G1/02GK102343547SQ20111032029
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者任君, 張楷亮, 張濤峰, 王芳, 苗銀萍 申請人:天津理工大學(xué)