一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘及其制备方法和用途，半固结研磨盘包括基盘及若干磨片；磨片包括骨架及含有磨粒的半固结研磨介质；骨架上均匀设有若干贯穿骨架上下表面的孔洞，含有磨粒的半固结研磨介质填充于该些孔洞内；骨架的硬度大于所述半固结研磨介质的硬度；若干磨片的下表面固接在所述基盘，若干磨片的上表面共同形成研磨工作面，相邻磨片间的间隙形成流道。本发明专利技术的用于半导体衬底研磨的新型结构半固结研磨盘，不仅可以获得较好的表面质量和较高的研磨效率，同时还可改善衬底的面形精度，可用于面形精度要求较高的半导体衬底零件的精密研磨加工。

【技术实现步骤摘要】
一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘及其制备方法和用途
本专利技术涉及半导体材料加工领域，具体涉及一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘及其制备方法和用途。
技术介绍
在光电半导体衬底的制备过程中，衬底零件不仅要求具有很好的表面质量，也需要具有很高的面形精度。目前，衬底的制备主要包括切片、平整和抛光等工序。在平整加工中主要是通过游离磨料研磨去除线切过程中所产生的切痕，并获得较为平整的表面，为后续抛光提供一个良好基础。但在采用游离磨料对衬底进行平坦化加工过程中，由于磨料的分布不均以及磨粒轨迹的不可控性，使得加工衬底的面形精度难以保证。为此，有学者提出采用固结磨料砂轮替代游离磨料进行研磨加工，由于砂轮表面磨粒分布均匀且磨粒运动轨迹可控，可获得较高的衬底面形精度。然而，采用固结磨料砂轮对衬底加工时，虽然加工效率高，衬底面形精度好，但存在较为严重的表面和亚表面损伤，只能作为衬底的粗研加工。为了克服固结磨料砂轮加工中损伤严重的问题，有学者提出采用半固结磨料研磨方法实现对衬底的精研加工。半固结磨粒研磨综合了游离磨粒研磨和固结磨粒研磨的优点，利用半固结磨料研磨工具的柔性使得磨粒的出露高度较为一致，且单颗磨粒与工件的作用力较小，从而避免了磨粒对工件表面的划伤，减小了工件表面/亚表面损伤，可获得较好的表面质量。然而，在半导体衬底的制备过程中，衬底不仅要获得较好的表面质量，也需要获得较高的面形精度。但由于半固结磨料研磨盘相对较软，在研磨过程中由于研磨压力的施加，研磨盘会产生较大的变形，使得衬底的面形精度难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘及其制备方法和用途，磨片采用较硬材料制备出蜂窝结构的骨架，防止研磨盘的过大变形，保证研磨后衬底的面形精度；同时骨架的孔洞内填充含有磨粒的半固结研磨介质，实现对衬底的半固结磨料研磨加工，以获得较好的衬底表面质量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，包括基盘及均匀布置在基盘上的若干磨片；所述磨片包括骨架及含有磨粒的半固结研磨介质；所述骨架上均匀设有若干贯穿骨架上下表面的孔洞，所述含有磨粒的半固结研磨介质填充于该些孔洞内，且含有磨粒的半固结研磨介质的上下表面不低于骨架的上下表面；所述骨架的硬度大于所述半固结研磨介质的硬度，较硬的骨架主要起支持作用，减小研磨过程中研磨盘的变形，含有磨粒的半固结研磨介质主要用于对工件的半固结研磨加工；所述若干磨片的下表面固接在所述基盘，所述若干磨片的上表面共同形成研磨工作面，相邻磨片间的间隙形成流道，供研磨液流动，并起到冷却和排屑的作用，间隙的宽度可根据需要改变。一实施例中：所述磨片的形状为方形、圆形、菱形或三角形，磨片的尺寸也可根据需要改变。一实施例中：所述骨架为环氧树脂或酚醛树脂等相对较硬的材料制成。一实施例中：所述孔洞为方柱形或圆柱形，孔洞的尺寸也可根据需要改变。一实施例中：所述含有磨粒的半固结研磨介质中，磨粒为金刚石、碳化硅、氧化硅中的至少一种，磨粒粒径也可根据需要选择，半固结研磨介质为较软的胶体、橡胶或研磨膏。一实施例中：所述流道的宽度为5～10mm。一实施例中：所述磨片下表面胶粘在所述基盘上。一实施例中：所述基盘上还设有若干研磨液孔。一实施例中：所述基盘中央设有用于与加工机床相连接的安装孔。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：一种上述的半固结研磨盘的制备方法，包括：1)将磨粒加入到2～4％的海藻酸钠溶液中，使磨粒在海藻酸钠溶液中分布均匀；随后将含有磨粒的海藻酸钠溶液逐滴滴到4～6％的CaCl2溶液中，固化4～6小时，即得所述含有磨粒的半固结研磨介质；在底部设有均匀分布的孔的模具内插入所述含有磨粒的半固结研磨介质；将调配好的制备骨架的原料浇注到模具内并使该原料充满含有磨粒的半固结研磨介质之间的间隙；固化，脱模，即得所述磨片；2)将步骤1)制得的磨片下表面固定在基盘上，若干磨片排列在基盘表面，相邻磨片间的间隙形成流道，即得所述半固结研磨盘。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：一种上述的半固结研磨盘在半导体衬底研磨上的用途。一实施例中：包括以下方法：在双面行星研磨机床上研磨加工SiC晶片或蓝宝石晶片，研磨压力12.5～20KPa(例如为12.5KPa、15KPa、17.5KPa、20KPa)，转速40～100r/m(例如为40r/m、60r/m、80r/m、100r/m)，加工时间50～70min。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：本专利技术的半固结研磨盘中，不含磨料的骨架相对半固结研磨介质来讲较硬，提高了研磨盘的刚度，避免了传统半固结研磨盘盘面较软的缺点，但由于骨架结构中没有磨粒，不会对衬底表面造成划伤。本专利技术的半固结研磨盘在研磨加工过程中，衬底面形变化如图6所示。在骨架蜂窝结构的支撑下，研磨盘的变形较小，衬底表面凸起部分能较快被去除，同时由于磨粒处于半固结状态，磨粒运动轨迹可控，可通过控制磨粒运动轨迹实现衬底表面的均匀去除，使衬底获得较好的面形精度。因此，采用该新型的半固结研磨盘进行研磨，衬底的面形精度不仅不会变差，还会有较大的改善。骨架结构孔中的半固结研磨介质内含有均匀分布的磨粒，主要起到研磨的作用。由于半固结研磨介质较软，且具有一定的弹性，当与工件相互作用时，出露较高的磨粒首先受力，但随着受力增大，凝胶变形回退，而出露较小的磨粒开始与工件接触，并承受一定的压力作用，如图7所示。在一定的压力作用下，工件表面与半固结研磨介质接触时，磨粒在工件表面的作用力相对比较均衡，避免了出露高度较大的磨粒对工件表面造成划伤，以获得较好的表面质量。同时由于半固结研磨介质中的磨粒处于半固结状态，磨粒运动轨迹可控，可通过优化磨粒运动轨迹，获得更加均匀的研磨表面。本专利技术的半固结研磨盘适用于半导体衬底研磨，不仅可以获得较好的表面质量和较高的研磨效率，同时还可改善衬底的面形精度，可用于面形精度要求较高的薄片衬底零件的精密研磨加工。不仅可用于单面研磨，也可以用于双面研磨加工，同时可根据不同研磨机床，制备成不同尺寸和规格。骨架的刚度可根据加工零件面形精度要求进行调节，含有磨粒的半固结研磨介质可根据加工零件表面质量要求对磨粒类型、磨粒粒径和浓度等进行合理选择。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的半固结研磨盘的整体示意图。图2为本专利技术的半固结研磨盘的基盘示意图。图3为本专利技术的半固结研磨盘的单个磨片示意图。图4为本专利技术的半固结研磨盘中，磨片在基盘上的排列情况及流道示意图，其中右图为左图中圆圈处的放大示意图。图5为本专利技术的磨片制备过程示意图。图6为本专利技术的半固结研磨盘用于衬底研磨加工过程中的衬底面形变化示意图。图7为本专利技术的半固结研磨盘用于衬底研磨加工过程中的磨粒回退机制示意图。图8为本专利技术的半固结研磨盘以12.5KPa压力加工后SiC晶片表面形貌，a为4H-SiC晶片C面，b为4H-SiC晶片Si面，c为6H-SiC晶片C面，d为6H-SiC晶片Si面。图9为本专利技术的半固结研磨盘加工后的蓝宝石衬底表面形貌，a为3D光学轮廓仪照片，b为SEM照片。附图标记：基盘1，安装孔11，研磨液孔12；磨片2，骨架21，含有磨粒的半固结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：包括基盘及均匀布置在基盘上的若干磨片；所述磨片包括骨架及含有磨粒的半固结研磨介质；所述骨架上均匀设有若干贯穿骨架上下表面的孔洞，所述含有磨粒的半固结研磨介质填充于该些孔洞内，且含有磨粒的半固结研磨介质的上下表面不低于骨架的上下表面；所述骨架的硬度大于所述半固结研磨介质的硬度；所述若干磨片的下表面固接在所述基盘，所述若干磨片的上表面共同形成研磨工作面，相邻磨片间的间隙形成流道。

【技术特征摘要】
1.一种用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：包括基盘及均匀布置在基盘上的若干磨片；所述磨片包括骨架及含有磨粒的半固结研磨介质；所述骨架上均匀设有若干贯穿骨架上下表面的孔洞，所述含有磨粒的半固结研磨介质填充于该些孔洞内，且含有磨粒的半固结研磨介质的上下表面不低于骨架的上下表面；所述骨架的硬度大于所述半固结研磨介质的硬度；所述若干磨片的下表面固接在所述基盘，所述若干磨片的上表面共同形成研磨工作面，相邻磨片间的间隙形成流道。2.根据权利要求1所述的用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：所述磨片的形状为方形、圆形、菱形或三角形。3.根据权利要求1所述的用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：所述骨架为环氧树脂或酚醛树脂材料制成。4.根据权利要求1所述的用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：所述孔洞为方柱形或圆柱形。5.根据权利要求1所述的用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：所述含有磨粒的半固结研磨介质中，磨粒为金刚石、碳化硅、氧化硅中的至少一种，半固结研磨介质为胶体、橡胶或研磨膏。6.根据权利要求1所述的用于半导体衬底研磨的半固结研磨盘，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：于怡青，胡中伟，陆静，徐西鹏，朱泽朋，赵欢，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35