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硬脆材料表面纳米级抛光设备及工艺技术

技术简介

       针对SiC、GaN、蓝宝石等硬脆材料表面高精度抛光要求,研究开发基于化学机械抛光工艺的纳米级超精米抛光工艺及设备,突破纳米级超精抛光工艺技术、纳米级超精抛光液、高刚度超精密抛光台的设计与制造、压力精密调节控制、抛光液循环过滤等关键技术,先后完成了SiC、GaN、蓝宝石晶片抛光工艺研究与试验验证,成功地解决了硬脆材料表面抛光过程中对薄片抛光应力控制、高面形精度与去除效率、抛光液成份及配比等抛光工艺参数设置问题,解决了硬脆材料在抛光过程中去除速率低、表面划痕多以及表面粗糙度大的技术难点,掌握了自主知识产权的硬脆材料晶片化学机械超精表面抛光技术,建立了SiC、GaN、蓝宝石等硬脆材料晶片抛光的最佳参数配置方案及工艺参数库,具备了抛光设备、抛光液和抛光工艺成套解决方案。

              


技术指标

       ●抛光片直径:2″~6″

       ●抛光盘直径:φ680mm

       ●抛光盘转速: 10~120r/min

       ●承载器(陶瓷盘)直径:φ300mm

       ●承载器(陶瓷盘)数量:2

       ●承载器(陶瓷盘)转速:10~120r/min

       ●抛光头翻转: 0~30°

       ●抛光盘温度: Max 40℃

       ●单头抛光压力: Max 160kg


技术特点

       在课题研究过程中,突破了以下关键技术:

       1.大尺寸超精密高刚度抛光盘系统的设计制造及装配技术

       通过本项目的研制,已成功掌握抛光盘系统的设计、制造及装配技术,并成功应用于PG-510及PG-710抛光机的研发,取得良好效果,实际精度:平面度≤0.010mm,端面跳动≤0.015mm,该指标优于国外进口设备。

       2.抛光压力精确、均匀加载与控制技术

       实现了抛光压力的自动控制;实现负压功能,从而实现轻压甚至零压的加载;数字电空变换器、超精密气动继电器以及低摩擦隔膜汽缸使加压系统响应更快、摩擦更小、精度更高;万向承载器实现了承载器的柔性连接,使承载器上各晶片的压力加载均匀一致。

       3.抛光液流量自动控制技术

       根据触摸屏中输入的参数自动控制恒流蠕动泵的泵头转速,可以改变抛光液流量大小;磁力泵可以提高抛光液的最大供给流量,以克服由于蠕动泵动力不足以及抛光液粘度较大而引起的滞流问题;通过流量校核建立流量与蠕动泵泵头转速之间的对应关系,实现抛光液流量的精确控制。该系统所采用的磁力泵与蠕动泵相结合的流量控制方法为抛光液流量控制的一种全新尝试,经实际生产线的工艺考核,取得良好效果。

       4.抛光盘温度控制技术

       抛光盘温度过高会使其热胀变形,精度降低。本项目的抛光盘温度控制系统由恒温水供给系统、旋转接头、PLC、红外温度传感器、信号处理与放大电路、流量阀等组成闭环温控系统;恒温水供给系统通过旋转接头与主轴、抛光盘组连接成循环水路,红外温度传感器实时检测抛光盘的温度,目标控制温度可通过触摸屏输入,PLC根据目标控制温度和实际检测温度控制通过流量阀的循环水流量,从而实现抛光过程中抛光盘温度的自动精确控制,控制精度达到±1℃。

       5.承载器晶片保护技术

       使用本技术可以对晶片起到保护作用,保证在断电和真空故障时陶瓷盘不会脱落,此外该结构中的防护圈采用浮动结构,可减小抛光时的边缘效应,减小晶圆塌边,保证了晶片抛光的厚度一致性。


预期效益

       该技术可广泛应用于第三代半导体材料(SiC、GaN)、手机蓝宝石屏幕、LED蓝宝石衬底等硬脆半导体材料抛光,随着第三代半导体器件、蓝宝石手机屏、高亮度LED的快速发展,对这些硬脆材料精密抛光设备的市场需求量也越来越大。同时可以扩展到硅材料、光学玻璃、陶瓷等其它材料的精密抛光领域。

       根据市场调研,未来几年材料精密抛光设备的每年市场需求在6亿元人民币以上,并且年增长率约15%,目前,进口精密抛光设备占据了我国大部分市场。在现有技术平台基础上,可以研发大尺寸抛光机,凭借良好的性价比,可以在硬脆材料抛光市场占据一定的份额。预计到2017年,可实现销售各类精密抛光设备300台/套以上,销售额超过2.3亿元,并实现利润3000万元。