关键词：蓝宝石晶片;;化学机械抛光;;表面质量;;亚表面损伤;;工艺参数优化
摘 要：蓝宝石晶体具有强度高、硬脆性大、耐高温、耐化学腐蚀、抗磨损等优良性能,在半导体照明、国防军工、航天航空和智能穿戴消费电子产品等领域得到广泛的应用。而蓝宝石作为典型的硬脆难加工材料,实现高效低损伤超精密加工成为阻碍其应用发展的障碍。为了达到高效率、高质量、低成本、少无损伤等加工要求,目前国内外应用最为广泛的超精密加工技术是化学机械抛光。化学机械抛光是机械磨削和化学腐蚀交替作用的组合技术。人们对化学机械抛光的材料去除机理以及工艺因素的影响仍缺乏深入的认识,许多方面还需要进行深入地研究。本文对蓝宝石晶片单面和双面化学机械抛光工艺及抛光工艺参数对其抛光效果影响规律进行实验研究,其研究成果对实现蓝宝石晶片的高效低损伤超精密加工具有重要的指导作用。本文具体研究工作内容包括:首先,在Nanopoli-100单面修正环型抛光机和YH2M77110高精度立式双面磨削(抛光)机上对蓝宝石晶片进行化学机械抛光实验。利用单因素实验方案,定量分析探究单面和双面加工方式对化学机械抛光实验结果的影响,分析研究工艺参数对单面和双面抛光效果的影响规律。其次,为了提高化学机械抛光过程中蓝宝石晶片的材料去除率和改善晶片表面质量,在YH2M77110高精度立式双面磨削(抛光)机上进行蓝宝石晶片双面化学机械抛光实验,研究工艺参数之间的交互作用对材料去除率和表面粗糙度的影响,通过权矩阵分析方法综合考虑材料去除率和表面粗糙度两个评价指标对工艺参数进行优化,并通过实验对优化结果的抛光效果进行验证。最后,基于压痕断裂力学理论,建立蓝宝石晶片化学机械抛光亚表面损伤深度预测模型。开展抛光实验研究,采用截面显微观测和光照强度的损伤检测方法对晶片亚表面损伤深度进行检测,对预测模型的可靠性进行验证。结合实验结果对工艺参数与亚表面损伤深度的影响规律进行分析。
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