專利名稱：一種常溫固化結(jié)合劑軟磨料砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅片磨削加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于化學(xué)機械磨削原理磨削硅片的軟磨料砂輪。
背景技術(shù)：
超精密磨削是集成電路制造過程中用于硅片平整化加工、背面減薄、太陽能多晶硅錠的磨方加工等的重要加工方法之一。目前廣泛采用樹脂結(jié)合劑或陶瓷結(jié)合劑細(xì)粒度金剛石微粉砂輪磨削硅片，磨削過程中以金剛石的高速切削作用去除材料。由于金剛石磨粒硬度比硅片高，加工過程中會在硅片表面形成磨削損傷層。為了去除磨削損傷層、提高磨削表面完整性，提出了采用軟磨料砂輪的化學(xué)機械磨削方法。該方法兼顧超精密磨削和化學(xué)機械拋光技術(shù)的優(yōu)點，能夠高效率的獲得無損傷的硅片加工表面。軟磨料砂輪是實現(xiàn)硅片化學(xué)機械磨削的關(guān)鍵。磨削過程中磨削區(qū)域的硅片材料和砂輪的磨削面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成較軟的反應(yīng)膜是對軟磨料砂輪的要求，該反應(yīng)膜在磨塊基體或軟磨料的摩擦/劃擦作用下被去除。如果化學(xué)反應(yīng)不能發(fā)生或反應(yīng)速度過慢，產(chǎn)生較軟反應(yīng)膜的速度低，砂輪去除材料的能力就會很低，會導(dǎo)致磨削過程的磨削力和磨削熱增加，燒傷硅片表面。為了保證磨削區(qū)域產(chǎn)生化學(xué)作用，一個可行的方法是在砂輪磨塊中加入在磨削壓力和溫度作用下能夠在磨削接觸區(qū)域內(nèi)直接和硅片表面微觀高點發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)劑/氧化劑，或能夠促進磨料和硅片發(fā)生反應(yīng)的添加劑?？等士频壬暾埖摹俺艿蛽p傷磨削硅片的軟磨料砂輪”專利申請?zhí)枮镃N201010128957公開了一種用于硅片磨削的軟磨料砂輪。該砂輪的磨塊以MgO作為軟磨料，添加劑為Ca0、Na2C03和NaHCO3,以熱固樹脂作為結(jié)合劑，采用熱壓方式經(jīng)高溫固化形成?？等士频壬暾埖摹耙环N硬脆晶體基片超精密磨削砂輪”專利申請?zhí)枮镃N200610134248公開了一種硬脆晶體基片超精密磨削砂輪，砂輪磨削層由磨料、粘接劑、填充料和氣孔組成。填充料由PH值調(diào)節(jié)劑、氧化劑、助拋劑組成。砂輪磨削層以樹脂作為結(jié)合劑，采用熱壓方式經(jīng)高溫固化形成。以上兩個專利中，由于在固化過程需要加熱，砂輪磨塊中的添加劑組份如Na2CO3和NaHCO3可能會在高溫條件下分解，失去促進磨削過程化學(xué)反應(yīng)的作用。由于同樣的原因，上述砂輪中的氧化劑也會因高溫分解而失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，因目前采用的軟磨料砂輪的磨塊均采用樹脂結(jié)合劑在高溫下固化形成，極大限制了反應(yīng)劑/氧化劑、以及添加劑的選擇和使用。本發(fā)明采用常溫固化結(jié)合劑、包含多種反應(yīng)劑/氧化劑、添加劑的軟磨料砂輪，解決硅片磨削過程中化學(xué)反應(yīng)不足、磨削過程不穩(wěn)定、容易燒傷表面、磨削效率低等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種常溫固化結(jié)合劑軟磨料砂輪，其特征在于，軟磨料砂輪磨塊中的結(jié)合劑是采用常溫固化結(jié)合劑，此外，軟磨料砂輪磨塊還包括硬度低于被加工工件的磨料、可促進磨料與工件化學(xué)反應(yīng)的氧化劑、添加劑，防止堵塞和燒傷的氣孔，各成份所占體積百分比為結(jié)合劑40 55%，磨料30 45%，氧化劑0 7%，添加劑10 25%，氣孔5 15% ；
所述常溫固化結(jié)合劑為氯氧鎂材料，由質(zhì)量百分比為3(Γ50%的MgO、質(zhì)量百分比為10 30%的MgCljP質(zhì)量百分比為30 60%的!120混合攪拌均勻后在常溫下固化形成；所述氧化劑為高錳酸鉀、次氯酸鈉、氫氧化鈉、過氧化鈉顆粒中的一種或幾種，氧化劑在常溫固化過程中不會分解失效；所述添加劑為Ca0、CaC03、Na2C03、NaHCO3、磷酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述磨料的硬度比單晶娃和多晶娃的硬度低，其組成為MgO磨料、Fe2O3磨料、CeO2磨料或SiO2磨料中的一種或幾種，粒度分布為2(Γ100 μ m。
一種常溫固化氯氧鎂結(jié)合劑砂輪磨塊，其特征在于，軟磨料砂輪磨塊根據(jù)需要做成圓柱形、杯形、多面體柱形不同形狀。本發(fā)明的效果和益處是用本發(fā)明制造的砂輪來磨削硅片時，砂輪和工件之間的化學(xué)反應(yīng)及時充分，容易和磨削過程的機械作用達到平衡，磨削性能穩(wěn)定，材料去除率高；硅片磨削表面光滑，沒有微劃痕、位錯、微裂紋等缺陷；磨削溫度適中，硅片表面不會出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象。


附圖I為杯形軟磨料砂輪結(jié)構(gòu)圖，其中I一砂輪基體，2—軟磨料磨塊。附圖2為NewView 5022型三維表面輪廓儀檢測的磨削后的硅片表面形貌和表面粗糙度。附圖3為透射電鏡檢測的磨削硅片亞表面損傷，其中1 一非晶硅，2—單晶硅。
具體實施例方式
結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明的一種實施方式，即圓弧形軟磨料磨塊粘接在鋁合金基體端面形成的，軟磨料磨塊制備過程如下按一定化學(xué)計量比稱量氧化鎂和氯化鎂；將氯化鎂配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為209Γ35%的水溶液，溶液中加入適量的檸檬酸和磷酸；將磨料、氧化劑、添加劑混合球磨15分鐘；將以上兩步所得溶液與粉末混合并充分?jǐn)嚢?分鐘制成漿料，導(dǎo)入圓弧形成形模具中，趕盡氣泡，固化24小時成形；脫模，磨塊常溫固化20天。圓弧形模具中成形固化的軟磨料磨塊粘接于鋁合金砂輪基體端面，可制成如圖I所示的杯型軟磨料砂輪。該砂輪可安裝于硅片磨床，用于硅片的平整化加工和芯片背面減薄加工。具體實施例以圖I所示的實施方式制作軟磨料砂輪，I為弧形磨塊，按一定間距粘結(jié)在基體2上制成杯形砂輪。磨塊外徑Φ350 mm,齒寬7. 5 mm,齒高10 mm。磨削娃片的直徑Φ200 mm，厚度650 mm，采用軟磨料砂輪磨削前以2000#金剛石砂輪磨削表面，經(jīng)檢測金剛石砂輪磨削后的硅片表面粗糙度PV 27.5 nm, Ra 7.6 nm，亞表面微裂紋深度4. 65 μ m。上述硅片以真空吸盤夾持于硅片磨床，并用本發(fā)明軟磨料砂輪對其進行磨削加工。加工參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速1200 r/min,工作臺轉(zhuǎn)速80 r/min,磨削時間15 min。利用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察磨削后的硅片表面結(jié)果顯示，表面光滑完整，沒有劃痕、破碎和凹坑等損傷。利用Zygo公司生產(chǎn)的NewView 5022型三維表面輪廓儀檢測磨削后的硅片表面形貌和表面粗糙度，檢測面積為53X71 Mm。結(jié)果顯示，磨削后的硅片表面粗糙度PV 4. 14nm,Ra O. 44 nm，如圖2所示。采用截面透射電鏡檢測磨削后硅片的亞表面損傷，未發(fā)現(xiàn)位錯和微裂紋，僅有非晶層。
權(quán)利要求
1.一種常溫固化結(jié)合劑軟磨料砂輪，其特征在于，軟磨料砂輪磨塊中的結(jié)合劑是采用常溫固化結(jié)合劑，此外，軟磨料砂輪磨塊還包括硬度低于被加工工件的磨料、促進磨料與工件化學(xué)反應(yīng)的氧化劑、添加劑，防止堵塞和燒傷的氣孔，各成份所占體積百分比為結(jié)合劑40 55%，磨料30 45%，氧化劑0 7%，添加劑10 25%，氣孔5 15% ； 所述常溫固化結(jié)合劑為氯氧鎂材料，由質(zhì)量百分比為30飛0%的MgO、質(zhì)量百分比為10^30%的MgCl2和質(zhì)量百分比為30飛0%的H2O混合攪拌均勻后在常溫下固化形成；所述氧化劑為高錳酸鉀、次氯酸鈉、氫氧化鈉、過氧化鈉顆粒中的一種或幾種，氧化劑在常溫固化過程中不會分解失效；所述添加劑為0&0、0&0)3^&20)3^&110)3、磷酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述磨料的硬度比單晶娃和多晶娃的硬度低，其組成為MgO磨料、Fe2O3磨料、CeO2磨料或SiO2磨料中的一種或幾種，粒度分布為2(Tl00 ii m。
2.如權(quán)利要求I所述的一種常溫固化結(jié)合劑軟磨料砂輪，其特征在于，軟磨料砂輪磨塊根據(jù)需要做成圓柱形、杯形、多面體柱形不同形狀。
全文摘要
本發(fā)明一種常溫固化結(jié)合劑軟磨料砂輪屬于硅片磨削加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于化學(xué)機械磨削原理磨削硅片的軟磨料砂輪。軟磨料砂輪磨塊中的結(jié)合劑是采用常溫固化結(jié)合劑，此外，軟磨料砂輪磨塊還包括硬度低于被加工工件的磨料、促進磨料與工件化學(xué)反應(yīng)的氧化劑、添加劑，防止堵塞和燒傷的氣孔。常溫固化結(jié)合劑為氯氧鎂材料；氧化劑為高錳酸鉀、次氯酸鈉、氫氧化鈉、過氧化鈉顆粒中的一種或幾種；磨料的硬度比單晶硅和多晶硅的硬度低。用軟磨料砂輪磨削硅片時，磨削性能穩(wěn)定，材料去除率高；硅片磨削表面光滑，沒有微劃痕、位錯、微裂紋等缺陷；磨削溫度適中，硅片表面不會出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象。
文檔編號B24D3/34GK102699826SQ20121019980
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月16日
發(fā)明者康仁科, 李志明, 董志剛, 郭東明, 高尚 申請人:大連理工大學(xué)