CN102729144A - 有替代物的研磨加工装置 - Google Patents

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Abstract

所述的有替代物的研磨加工装置，包括主轴驱动机构，研磨盘由所述的主轴驱动机构带动旋转；在修正环围合的区域内，载荷块和基盘将待加工工件压紧在所述的研磨盘上；所述的工件贴于基盘上，基盘和研磨盘的相对滑动，带动磨料去除搜书的工件表面材料，所述的基盘与研磨盘之间还设置有与所述的工件等高的硬质替代物。

Description

有替代物的研磨加工装置
技术领域
本发明涉及一种研磨装置，特别是能获得较高表面质量、低损伤的研磨加工设备。 
背景技术
非晶合金薄膜生长需要具有优良导电性且平坦的衬底，对合金薄膜力学性能的研究还需要塑性良好的衬底以便带动薄膜发生形变，而且优良的衬底材料是得到可靠且规律的实验结果的重要前提。由于单晶铜衬底导电性很好，电流密度分布均匀，沉积时间与薄膜厚度具有较好的线性关系，因此低损伤、超光滑表面的铜衬底是理想的衬底材料之一。这样非晶态合金可以采用电化学沉积的方法在铜衬底上镀一层非常薄的合金薄膜(厚度不超过300nm)的方式。为获得无缺陷、粘附性强的合金薄膜，需要粗糙度和平面度要求高的铜衬底。 
研究表明，衬底特性直接影响薄膜的表面形貌，对于电沉积初期，衬底表面粗糙度、残余应力、位错等特性对薄膜形貌和特性起着决定性的作用。在纳米尺度的薄膜生长过程中，衬底表面粗糙度影响薄膜的初期生长特性，如晶粒尺寸、粘附力、薄膜生长速率、晶粒粗化过程等，更为重要的是表面粗糙度对气泡的聚集形成有很大的影响，而气泡对物质沉积速率有极大的阻碍作用。衬底表面损伤特性影响了薄膜的临界厚度、薄膜应力、薄膜的其他特性如孔隙率、表面粗糙度和硬度等。然而传统研磨加工设备，如图1，主轴驱动设备1’，由工件2’(如铜片)，基盘3’，修正环4’，载荷块5’和研磨盘6’构成。工件贴于基盘上，通过主轴带动研磨盘转动从而完成基盘和研磨盘的相对滑动，通过这种方式带动磨料去除工件表面材料，存在以 下不足：50nm深度的划痕将影响薄膜的整体延续性，磨粒与铜衬底的直接接触将在铜衬底表面和亚表面积聚内应力而易产生裂纹，化学抛光液以及磨粒在铜片表面残留并造成污染，影响电沉积时电流的均匀性，从而影响薄膜质量。 
发明内容
为了克服现有研磨加工设备所获得的铜衬底表面质量低、容易受污染的不足，本发明提供了一种研磨精度高，并无污染的研磨加工设备。 
本发明所述的有替代物的研磨加工装置，包括主轴驱动机构，研磨盘由所述的主轴驱动机构带动旋转；在修正环围合的区域内，载荷块和基盘将待加工工件压紧在所述的研磨盘上；所述的工件贴于基盘上，基盘和研磨盘的相对滑动，带动磨料去除搜书的工件表面材料，其特征在于：所述的基盘与研磨盘之间还设置有与所述的工件等高的硬质替代物。 
进一步，所述的硬质替代物是蓝宝石材质，与所述的工件具有相同的外形尺寸。 
以加工铜衬底为例。由于铜衬底材质较软，需要采用新方法来降低研磨损伤层的深度和磨料粒度不均匀导致的大划痕，缩短抛光时间，消除抛光表面的橘皮状纹理。本发明用与铜衬底相同尺寸的蓝宝石为替代物，用石蜡贴片时将铜衬底的相邻位置都贴有相同数量的蓝宝石基片。由于替代物蓝宝石衬底能承受较铜衬底近两倍的压强，加工铜衬底的速率较蓝宝石快，随着材料去除量的差异增大，使得铜衬底与抛光垫逐渐转变为半接触状态和非接触状态，同等加工条件下有 望实现更佳的表面粗糙度和低损伤变质层。 
在研磨的初始阶段，基盘上的替代物蓝宝石基片与铜衬底同时接触研磨盘，铜衬底的硬度远小于替代物蓝宝石基片。铜衬底在研磨起始阶段就会获得加工条件的改善，与硬质大颗粒磨粒的接触状态会得到改观。随着加工时间的增长，铜衬底表面材料的去除速率大于替代物蓝宝石基片，直至铜衬底与蓝宝石基片的厚度差达到磨粒的平均粒径尺寸左右，此时铜衬底与磨粒的接触由直接接触、半接触转变为软性接触状态，。与此同时，有替代物的研磨加工的整个过程，替代物蓝宝石基片与氧化铝磨粒硬度相当，在加工载荷作用下，将有效的压溃大粒径的氧化铝磨粒，有利于提高氧化铝磨粒粒度的均匀性，从而大大降低了铜衬底的研磨表面Rt值。 
本发明的优点是： 
1、替代物蓝宝石衬底的承担了较铜衬底近两倍的压强，根据研磨加工磨粒的刻划和滚压特点，铜衬底经受磨粒的刻划和滚压强度必将降低，同等加工条件下有望实现更佳的表面粗糙度和低损伤变质层。 
2、改善磨粒与铜衬底的直接接触在铜衬底表面和亚表面积聚内应力而易产生的裂纹，从而能获得光滑无污染的铜衬底。 
3、研磨加工的整个过程，蓝宝石基片与氧化铝磨粒硬度相当，在加工载荷作用下，将有效的压溃大粒径的氧化铝磨粒，有利于提高氧化铝磨粒粒度的均匀性，从而大大降低了铜衬底的研磨表面Rt值。 
附图说明：
图1是传统研磨加工设备示意图 
图2是本发明的结构示意图 
图3a是磨粒与工件的直接接触示意图 
图3b是磨粒与工件的半接触及软性接触状态示意图 
下面结合附图对本发明作进一步描述 
参考图1，图2，图3a、图3b： 
本发明所述的有替代物的研磨加工装置，包括主轴驱动机构1，研磨盘6由所述的主轴驱动机构1带动旋转；在修正环4围合的区域内，载荷块5和基盘3将待加工工件2压紧在所述的研磨盘6上；所述的工件2贴于基盘3上，通过主轴驱动机构1带动研磨盘6转动从而完成基盘3和研磨盘6的相对滑动，带动磨料9去除所述的工件2表面材料，其特征在于：所述的基盘3与研磨盘6之间还设置有与所述的工件2等高的硬质替代物7。 
进一步，所述的硬质替代物7是蓝宝石材质，与所述的工件2具有相同的外形尺寸。以加工铜衬底为例，，且用石蜡贴片时，将铜衬底的相邻位置都贴有相同数量的替代物蓝宝石基片。 
在研磨的初始阶段，基盘1上的替代物蓝宝石基片7与铜衬底2同时接触研磨盘3，如图3a，铜衬底2的硬度远小于替代物蓝宝石基片7。铜衬底2在研磨起始阶段就会获得加工条件的改善，与硬质大颗粒磨粒9的接触状态会得到改观。随着加工时间的增长，铜衬底2表面材料的去除速率大于替代物蓝宝石基片7，直至铜衬底2与替代物蓝宝石基片7的厚度差达到磨粒9的平均粒径尺寸左右，此时铜衬 底2与磨粒9的接触由直接接触、半接触转变为软性接触状态，如图3b。与此同时，有替代物的机械研磨加工的整个过程，蓝宝石基片与氧化铝磨粒硬度相当，在加工载荷作用下，将有效的压溃大粒径的氧化铝磨粒，有利于提高氧化铝磨粒粒度的均匀性，从而大大降低了铜衬底的研磨表面Rt值。 

Claims (2)

1.有替代物的研磨加工装置，包括主轴驱动机构，研磨盘由所述的主轴驱动机构带动旋转；在修正环围合的区域内，载荷块和基盘将待加工工件压紧在所述的研磨盘上；所述的工件贴于基盘上，基盘和研磨盘的相对滑动，带动磨料去除所述的工件表面材料，其特征在于：所述的基盘与研磨盘之间还设置有与所述的工件等高的硬质替代物。
2.如权利要求1所述的有替代物的研磨加工装置，其特征在于：所述的硬质替代物是蓝宝石材质，且与所述的工件具有相同的外形尺寸。
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