【技术实现步骤摘要】
一种金刚石晶圆片的高效高精复合加工装备及方法
[0001]本专利技术涉及金刚石加工
，尤其涉及一种金刚石晶圆片的高效高精复合加工装备及方法。
技术介绍
[0002]目前，金刚石是集力、热、光、电、声等众多优异性能于一身的先进功能材料，是半导体、光学窗口、污水处理等众多产业急需的关键基础材料，应用前景广阔。CVD工艺制造的金刚石晶圆片往往存在弯曲和翘曲变形，造成晶圆片总厚度偏差过大，而且表面晶粒粗大且大小不一，造成表面极其粗糙，在使用之前必须对其表面进行平坦化加工和光整加工。但是，CVD金刚石硬度高、化学性质稳定，极难加工，目前CVD金刚石功能材料市场尚未成熟，仍处于市场培育阶段，其中如何实现CVD金刚石的高效高精加工成为亟需解决的关键技术难题。
[0003]传统的机械研磨抛光工艺不仅效率低，而且容易造成CVD金刚石晶圆片表面损伤甚至破碎，金刚石晶圆片尺寸越大，加工难度和损伤破片风险越大。激光加工CVD金刚石晶圆片，具有无接触应力、无破片风险、变质影响区域小、材料去除率高等优势，但是，CVD金刚石片的精密平坦化加工和光整加工对激光加工设备的光学镜片性能、激光光束质量、运动部件精度要求很高，而且加工工艺复杂，造成激光加工成本高、性价比低。
[0004]申请号CN201811415381.4的专利，公开了一种激光辅助抛光CVD金刚石的方法，利用激光粗抛、机械精抛分开的两道工序实现CVD金刚石表面抛光，解决激光抛光易产生石墨化层、机械抛光效率低的问题，但是，该方法两道工序无法同步进行，降低了效率，且仅适...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金刚石晶圆片的高效高精复合加工装备，其特征在于：包括机架，所述机架包括底座和支撑架，所述支撑架固定设置于底座上，所述底座上装设有用于固定待加工件并能够在水平面相互垂直方向上运动以及在水平面旋转的加工运动平台组件，所述支撑架上装设有激光加工组件、研磨组件、抛光组件和检测组件，其中，所述激光加工组件包括激光发射装置、YZ向双轴运动滑台、激光旋转轴，所述的YZ向双轴运动滑台装在支撑架上，所述的激光发射装置通过激光旋转轴固定在YZ向双轴运动滑台上，通过YZ向双轴运动滑台和激光旋转轴的运动，可实现高能量激光束在待加工金刚石晶圆片表面聚焦，调节高能量激光束入射角以及激光光斑的水平Y向直线往复式辐照；所述研磨组件包括第一摆动架、第一下压气缸、研磨电主轴、研磨盘、研磨液过滤循环装置和柔性刮水板；所述的第一摆动架一端装在支撑架上且可绕自身旋转轴在水平面内做圆弧摆动；第一摆动架上固定第一下压气缸，第一下压气缸竖直向下设置，其活动端连接研磨电主轴，研磨电主轴的旋转轴连接水平设置的研磨盘，研磨盘由第一摆动架带动可运动至加工运动平台组件上方的研磨工位；所述的柔性刮水板固定在研磨电主轴的壳体上，且紧贴研磨盘的外侧设置；抛光组件包括第二摆动架、第二下压气缸、抛光电主轴、碟形金刚石砂轮；所述的第二摆动架一端装在支撑架上，且可沿自身旋转轴在水平面内做圆弧摆动；第二摆动架上固定第二下压气缸，第二下压气缸竖直向下设置，其活动端连接抛光电主轴，抛光电主轴的旋转轴连接水平设置的碟形金刚石砂轮，金刚石砂轮由第二摆动架带动可运动至加工运动平台组件上方的抛光工位；检测组件设置在加工运动平台组件的正上方，包括Z向竖直位移滑台、线激光位移传感器，所述的线激光位移传感器垂直向下固定在Z向竖直位移滑台上，用于扫描待加工金刚石表面，获得形貌高度位移数据；所述研磨组件、抛光组件、检测组件均处于加工工位时，所述研磨盘、线激光位移传感器、碟形金刚石砂轮依次从研磨工位至抛光工位呈直线排布，且所述直线平行于X方向且与金刚石晶圆片旋转轴线垂直相交；所述柔性刮水板设置在研磨工位和抛光工位之间；所述激光加工组件的辐照区域位于研磨工位和抛光工位之间；所述线激光位移传感器的输出端连接中央控制器的输入端，中央控制器的输出端分别连接激光发射装置、加工运动平台组件、激光加工组件、研磨组件、抛光组件、检测组件的控制输入端。2.根据权利要求1所述的金刚石晶圆片的高效高精复合加工装备，其特征在于：所述的加工运动平台组件包括水平面内的XY向二维水平运动平台、旋转载台、过渡载盘和真空吸附装置；所述XY向二维水平运动平台、旋转载台、过渡载盘由下到上依次设置，所述旋转载台上端面有气孔和气道，气孔和气道通过旋转接头连接真空吸附装置的吸气口；所述过渡载盘与旋转载台同轴心设置；所述的过渡载盘的上端面中央位置设置有用于放置待加工件的圆形凹槽，圆形凹槽内均匀分布有若干通孔，通孔与旋转载台上表面的气道相通；所述过渡载盘的圆形凹槽直径与待加工金刚石晶圆片直径相同，圆形凹槽深度小于待加工金刚石晶圆片厚度。3.根据权利要求1所述的金刚石晶圆片的高效高精复合加工装备，其特征在于：所述研磨盘的下盘面的边缘位置有圆环凸起，圆环凸起上设置网格状的导流槽，导流槽内均布若
干导流孔，研磨盘内部设置液流通道，液流通道与所有导流孔相通，液流通道的另一端汇集至研磨盘的正中央总进液口并通过旋转接头、软管与研磨液过滤循环装置的出液口相通。4.根据权利要求1
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3任一权利要求所述的金刚石晶圆片的高效高精复合加工装备，其特征在于：还包括有金属机壳，所述的金属机壳罩设在底座上，用于包裹保护。5.一种金刚石晶圆片的高效高精复合加工方法，其特征在于，包括以下步骤：将待加工金刚石晶圆片放置于加工工位，获取金刚石晶圆片最高点位置信息以及表面平面度的面型精度结果；设置激光入射角、激光加工功率、激光沿Y向直线往复的速率以及金刚石晶圆片沿X向直线往复的速率、研磨盘转速和金刚石砂轮的转速、第一下压气缸和第二下压气缸的供气气压；金刚石晶圆片沿X向以设定速率往复运动，激光发射装置沿Y向按照设定速率做直线往复运动，高能量激光束以设定的入射角沿Y向在金刚石晶圆片上直线往复式辐照，进行激光平坦化加工；在激光作用下，研磨盘和金刚石砂轮按照各自设定转速匀速旋转，第一下压气缸和第二下压气缸下压进行研磨和抛光，实现进一步的高精研磨平坦化和光整抛光加工，加工过程中同时开启研磨液过滤循环装置；在加工过程中，对金刚石晶圆片的面型精度进行实时检测，中央控制器实时进行数据处理获得金刚石晶圆片当前加工面型精度；金刚石晶圆片完成一次X向直线往复行程范围后，金刚石晶圆片自旋转一定角度，开始执行下一次X向往复的加工循环，直至达到加工要求后结束。6.根据权利要求5所述的金刚石晶圆片的高效高精复合加工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：金刚石晶圆片面型精度在位检测；1.1：固定金刚石晶圆片：将金刚石晶圆片放置于过渡载盘的中央圆形凹槽内，开启真空吸附固定住金刚石晶圆片和过渡载盘；1.2：调节检测位置：开启线激光位移传感器发射测量激光束照射在金刚石晶圆片表面，Z向竖直位移滑台带动线激光位移传感器向上或向下运动，调节线激光位移传感器距离金刚石晶圆片的高度位置，使线激光位移传感器检测位移值处于其量程范围的中间值；然后XY向二维水平运动平台运动，以调整金刚石晶圆片前后Y向位置，使线激光位移传感器发射的线状激光束可以覆盖金刚石晶圆片的直径线；最后XY向二维水平运动平台带动金刚石晶圆片沿左右X向运动至线激光位移传感器一侧；1.3：在位检测及数据处理：XY向二维水平运动平台带动金刚石晶圆片沿左右X向向线激光位移传感器另一侧匀速运动，运动过程中线激光位移传感器持续发射线状的测量激光束扫描金刚石晶圆片全部表面，采集金刚石晶圆片全表面形貌位移数据；针对采集数据依次进行点云坐标变换、有效点筛选、空点插值、三维形貌构建、指标值计算等数据处理步骤，获得金刚石晶圆片最高点位置信息，以及表面平面度的面型精度结果；步骤2：初始化加工条件：2.1：添加保护涂层：金刚石晶圆片上表面高于过渡载盘表面，沿金刚石晶圆片的圆周侧面涂抹一定厚度的保护涂层，使保护涂层厚度与金刚石晶圆片的上表面齐平，保护涂层固化后不仅可以大幅降低金刚石晶圆片的圆周侧面对激光能量的吸收率，还可以对金刚石
晶圆片的圆周边缘起到机械支撑作用，防止金刚石晶圆片在加工过程中出现“塌边”问题；2.2：高能量激光束聚焦调整：利用高能量激光束的入射角、激光焦距、金刚石晶圆片最高点位置坐标及其高度等参数，依据三角函数关系计算出激光发射装置的出光口对应的前后Y向和上下Z向的坐标位置，然后通过激光旋转轴转动、YZ向双轴运动滑台运动、XY向二维水平运动平台运动，使激光发射装置发射的高能量激光束可以以设置的入射角辐照并聚焦在金刚石晶圆片表面最高点位置上；2.3：进入加工工位：通过第一摆动架和第二摆动架转动，分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱建辉，师超钰，赵延军，徐钰淳，王宁昌，郭泫洋，邵俊永，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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