本發(fā)明涉及金剛石拋光，具體而言，尤其涉及一種雙改性多能場輔助化學(xué)機械拋光金剛石基片的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，集成電路廣泛滲透到各行各業(yè)中，對集成電路芯片的需求不斷提高，電力電子器件正加速向大功率、易驅(qū)動和高頻化的方向發(fā)展，由于材料屬性限制，硅等材料難以適應(yīng)該工作要求。金剛石材料由于具備高擊穿電壓、高導(dǎo)熱性、寬能帶等優(yōu)異物理、光學(xué)和力學(xué)特性成為極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮雽?dǎo)體材料。為達到全局平坦化以及高表面質(zhì)量，化學(xué)機械拋光是目前應(yīng)用最廣泛的拋光方法，但由于金剛石化學(xué)惰性極強、硬度極高等特性，化學(xué)作用表面改性的效率極低，導(dǎo)致化學(xué)機械拋光加工的材料去除率極低，難以適應(yīng)大規(guī)模推廣的應(yīng)用要求。

2、應(yīng)用多能場輔助化學(xué)作用實現(xiàn)材料表面改性是提高拋光材料去除率的突破口。紫外光輻照可促進金剛石晶片表面電子空穴對的形成，在此基礎(chǔ)上施加電場可促進電子空穴對的分離，從而使空穴氧化晶片表面形成硬度較小的氧化層，但由于金剛石極強的化學(xué)惰性，該氧化改性反應(yīng)速率依然較慢。同時，通過藍寶石拋光盤加工金剛石基片可以有效提高材料去除率，但相應(yīng)的平坦性和表面粗糙度較低。超聲作用使拋光液中的磨粒不斷沖擊晶片表面，在晶片表面形成局部應(yīng)力區(qū)，在應(yīng)力作用下促進晶片表面的氧化過程。紫外光輻照藍寶石拋光盤表面可形成硬度介于氧化層和金剛石基片間的改性表面，在高材料去除率的條件下保證晶片表面的粗糙度和平坦度要求?；诖?，針對金剛石基片的拋光，探究一種雙改性多能場輔助化學(xué)機械拋光金剛石基片的裝置及方法具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述提出的金剛石基片拋光加工材料去除率低，表面質(zhì)量和材料去除率難以兼恒的技術(shù)難題，而提供一種雙改性多能場輔助化學(xué)機械拋光金剛石基片的裝置及方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種雙改性多能場輔助化學(xué)機械拋光金剛石基片的裝置，包括安裝架體、超聲電加載單元、光施加拋光盤單元和強紫外光圓周輻照單元，所述光施加拋光盤單元安裝在安裝架體上，所述超聲電加載單元和強紫外光圓周輻照單元安裝在架體高于光施加拋光盤單元的位置，所述光施加拋光盤單元包括用于盛裝拋光液的儲液池和用于完成晶片拋光的拋光盤，所述光施加拋光盤單元的下方設(shè)置有紫外光源，基于所述紫外光源、超聲電加載單元和拋光液形成光電解池；所述超聲電加載單元位置可移動地安裝在安裝架體上，用于實現(xiàn)位置相對固定的晶片在超聲作用下與拋光盤接觸，所述強紫外光圓周輻照單元位置可移動地安裝在安裝架體上，用于提供預(yù)設(shè)路徑的強紫外光輻照，以對拋光盤作改性處理。

4、進一步地，所述安裝架體設(shè)置于機床中，包括底架體和用于支撐所述超聲電加載單元和強紫外光圓周輻照單元的工作機架，所述安裝架體的外部套接有機床殼體。

5、進一步地，所述超聲電加載單元包括依次相連的主軸電機、超聲施加單元和導(dǎo)電吸附盤，所述導(dǎo)電吸附盤用于完成待加工晶片在工作狀態(tài)下的吸附，所述超聲電加載單元通過超聲電加載單元位置調(diào)節(jié)裝置可移動地安裝在安裝架體上，所述超聲電加載單元位置調(diào)節(jié)裝置包括超聲電加載單元y向絲杠平臺和超聲電加載單元z向絲杠平臺，所述超聲電加載單元y向絲杠平臺的背面安裝在安裝架體上，超聲電加載單元z向絲杠平臺安裝在超聲電加載單元y向絲杠平臺上，所述超聲電加載單元通過安裝架安裝在超聲電加載單元z向絲杠平臺上。

6、進一步地，所述強紫外光圓周輻照單元包括l型支架、紫外光輻照隔件和強紫外光源，所述強紫外光源安裝在l型支架上，通過所述紫外光輻照隔件包覆強紫外光源的非工作面，所述強紫外光圓周輻照單元通過強紫外光圓周輻照單元位置調(diào)節(jié)裝置可移動地安裝在安裝架體上，所述強紫外光圓周輻照單元調(diào)節(jié)裝置包括圓周輻照單元z向前絲杠平臺、圓周輻照單元z向后絲杠平臺、圓周輻照單元y向絲杠平臺和圓周輻照單元x向絲杠平臺，所述圓周輻照單元z向前絲杠平臺和圓周輻照單元z向后絲杠平臺分別安裝在兩個立式安裝架體上，圓周輻照單元x向絲杠平臺通過u型支架與所述圓周輻照單元z向前絲杠平臺和圓周輻照單元z向后絲杠平臺相連，所述圓周輻照單元y向絲杠平臺與圓周輻照單元x向絲杠平臺相連，所述l型支架連接在圓周輻照單元y向絲杠平臺上。

7、進一步地，儲液池內(nèi)注入有拋光液，拋光池壁高于拋光盤所在平面，工作狀態(tài)下，拋光液浸潤拋光盤，拋光盤主軸電機的輸出端與拋光盤相連。

8、本發(fā)明還公開了基于上述雙改性多能場輔助化學(xué)機械拋光金剛石基片的裝置的拋光方法，包括如下步驟：

9、s1、將金剛石基片通過真空吸附在兩軸超聲電加載單元的拋光頭上，拋光液循環(huán)系統(tǒng)開啟，向儲液池內(nèi)注入拋光液，拋光池壁高于拋光盤所在平面，待拋光液浸潤拋光盤，完成拋光預(yù)處理；

10、s2、驅(qū)動強紫外光圓周輻照單元運轉(zhuǎn)，所述強紫外光圓周輻照單元在三組絲杠模組及對應(yīng)的適配電機配合下沿x、y、z三軸作空間運動，在臨近拋光盤表面作圓周運動，強紫外光以圓周軌跡輻照在拋光盤上，對拋光盤作改性處理；

11、s3、拋光盤開啟回轉(zhuǎn)運動，同時下方紫外光源開啟，兩軸超聲電加載單元運動使電加載裝置與拋光池連接，所述紫外光源、電加載裝置和拋光液形成光電解池；

12、s4、所述兩軸超聲電加載單元內(nèi)置的超聲換能器和變幅桿，在超聲作用下與拋光盤接觸，所述拋光盤在光電解池中結(jié)合光電化學(xué)改性作用、超聲作用和機械摩擦去除作用，聯(lián)合實現(xiàn)對金剛石基片表面的拋光。

13、進一步地，所述步驟s1具體包括如下步驟：

14、晶片通過真空吸附在導(dǎo)電金屬盤上，金屬板背側(cè)通過導(dǎo)電銷與電源負極連接；

15、變幅桿末端與晶片吸附環(huán)連接；

16、拋光液循環(huán)系統(tǒng)啟動，拋光液注入儲液池中，傳感器實時檢測拋光液的液位，待拋光液浸潤拋光盤，啟用循環(huán)模式實現(xiàn)液面位置保持。

17、進一步地，所述步驟s2中，強紫外光圓周輻照單元工作狀態(tài)下，可發(fā)生波長小于200nm的紫外光；

18、工作過程強紫外光源首先沿z方向降低至臨近拋光盤的表面，隨后通過在xy方向上的運動自由度進行強紫外光源的圓周軌跡輻照，其中運動軌跡如下式所示：

19、

20、其中r1為強紫外光源在x方向上運動的最大距離，r2為強紫外光源在y方向上運動的最大距離；

21、該圓周軌跡直徑小于拋光盤半徑，拋光盤在強紫外光輻照下發(fā)生表面改性。

22、進一步地，所述步驟s3中，形成光電解池具有如下步驟：

23、紫外光源啟用，紫外光透過防水透光板向上照射，拋光盤上留有均勻分布的透光孔，紫外光透過拋光盤上的透光孔照射在吸附于超聲電加載主軸的晶片表面上；

24、拋光盤開啟回轉(zhuǎn)運動，待運動穩(wěn)定后兩軸超聲電加載單元運動使超聲電加載主軸沿z軸下移至晶片表面靠近拋光盤表面，此時拋光液浸潤晶片，電源正極通過導(dǎo)電片與拋光盤連接，晶片為陰極，拋光盤為陽極，所述紫外光源、電加載裝置和拋光液形成光電解池，晶片表面受強紫外光作用發(fā)生氧化改性。

25、進一步地，所述步驟s4具有如下步驟：

26、兩軸運動系統(tǒng)控制下兩軸超聲電加載單元沿z軸下降至晶片表面與拋光盤接觸，接電條件下超聲換能器和變幅桿作用，兩軸超聲電加載單元沿z軸方向作高頻振動，拋光液中的磨粒對晶片表面不斷沖擊，晶片表面與拋光盤以超聲頻率斷續(xù)接觸，在光電化學(xué)改性、超聲和機械摩擦去除聯(lián)合作用下實現(xiàn)對金剛石基片表面的拋光。

27、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：加工過程中拋光液循環(huán)系統(tǒng)保持拋光液浸潤金剛石基片，金剛石和拋光盤表面均發(fā)生氧化改性，在超聲、光催化氧化、電化學(xué)腐蝕、機械磨拋去除耦合作用下，金剛石表面氧化層被去除。本發(fā)明實現(xiàn)金剛石基片和拋光盤雙改性，增加了金剛石基片的氧化速率和機械去除速率，提升了材料去除率和拋光質(zhì)量。