CN106378671A - 一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺，三片2英寸CdS单晶片粘贴在陶瓷盘上，用1200#树脂金刚石砂轮，打开冷却液纯水，启动砂轮转速，再启动工件转速，工件到达结束位置时，保持空转30s；用5000#树脂金刚石砂轮，打开冷却液纯水，启动砂轮转速，再启动工件转速，工件到达结束位置时，保持空转30s；用8000#的树脂氧化铈砂轮，打开冷却液，冷却液为纯水和次氯酸钠，启动砂轮转速，再启动工件转速，工件到达结束位置时，保持空转60s，工艺结束后将陶瓷盘取下来进行清洗，减薄工艺完成。使用减薄机，配上不同材质和型号的砂轮，加工时间不仅缩短至2小时，晶片厚度一致性得到很大改善，提高了加工效率。

Description

一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺
技术领域
本发明涉及一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺，属于半导体材料的加工领域。
背景技术
Ⅱ—Ⅵ族单晶材料是优良的探测器材料和激光材料，CdS单晶是直接跃进Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体，它是一种较好的窗口材料和过渡层材料，常用来制作光化学催化、半导体器件、发光器件、激光和光敏传感器。CdS具有很好的红外透过性及紫外敏感性，是一种重要的军事应用材料。
由于CdS晶体质地较软、脆且易碎，机械强度差，而在传统的多道研磨过程中，通常使用铸铁盘配合不同粒径的氧化铝磨料进行研磨，加工到要求厚度的CdS晶片，该工艺不仅加工时间长达6h，经常造成大尺寸晶片的表面总出现意外划痕，崩边，严重的导致晶片破碎，很难控制，TTV也较大，在10μm左右，合格率较低。
发明内容
鉴于现有技术的状况及存在的不足，本发明提出一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺，解决了晶片厚度一致性较差等表面质量问题，提高了加工效率。
本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺，其特征在于：步骤如下，
将陶瓷盘加热到80度，均匀涂上白蜡，将三片2英寸CdS切割单晶片均匀粘贴在陶瓷盘上，冷却至室温，将陶瓷盘表面残余的蜡清洗干净，使用测厚仪，记录晶片的厚度，打开横向减薄机，把贴好CdS单晶片的陶瓷盘真空吸附在工件台上；
第一步，先使用1200#树脂金刚石砂轮，将砂轮最外缘调整到过陶瓷盘的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速250-300r/min、转速方向为顺时针，砂轮转速500-600r/min、转速方向逆时针，进给速度5μm/min，冷却液流量500ml/min，去除量300μm；
首先打开冷却液，冷却液循环使用，冷却液为纯水，启动砂轮转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮和工件的转速均保持不变，空转时间为30s，对表面进行磨削修复，这样有利于减少晶片表面的损伤，提高表面质量，工艺结束后，排放冷却液，将冷却液槽清洗干净，并换上新的冷却液，加工时间60min；
第二步，再使用5000#树脂金刚石砂轮，将砂轮最外缘调整到过陶瓷盘的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速400-500r/min、转速方向为顺时针，砂轮转速800-1000r/min、转速方向为逆时针，进给速度1μm/min，冷却液流量800ml/min，去除量40μm；
首先打开冷却液，冷却液循环使用，冷却液为纯水，启动砂轮转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮和工件的转速均保持不变，空转时间为30s，工艺结束后将冷却液排放，冷却液槽清洗干净，加工时间40min；
第三步，使用8000#的树脂氧化铈砂轮，将砂轮的最外缘调整到过陶瓷盘的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速600-700r/min、转速方向为顺时针，砂轮转速1200r/min、转速方向为逆时针，进给速度0.5μm/min，冷却液流量1000ml/min，去除量10μm，首先打开冷却液，冷却液为纯水和次氯酸钠，纯水︰次氯酸钠的体积比为25︰1，共配置25L，不循环使用，直接排放，启动砂轮转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮和工件转速保持不变，空转时间60s，，工艺结束后将陶瓷盘取下来，进行清洗，减薄工艺完成，最终测量，晶片的Ra≤1nm，TTV≤2μm，加工时间20min。
本发明具有以下有益效果：
使用减薄机，配上不同材质和型号的砂轮，加工时间不仅缩短至2小时，晶片厚度一致性得到很大改善，并且该工艺减少晶片的移动和清洗次数，大大降低了碎片率，提高了加工效率。
加工后晶片表面，在肉眼观察下，表面细腻，光滑，厚度一致性均（TTV）小于2μm，为后面化学机械抛光抛光工序奠定了良好的基础。采用该减薄方法，可以获得更高的表面质量和效率，Ra≤1nm。
附图说明
图1为本发明砂轮、陶瓷盘、单晶片加工时的位置示意图。
具体实施方式
该减薄工艺的具体实施方式如下：
一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺，步骤如下：
将陶瓷盘3加热到80度，均匀涂上白蜡，将三片2英寸CdS切割单晶片1均匀粘贴在陶瓷盘3上，冷却至室温，将陶瓷盘3表面残余的蜡清洗干净，使用测厚仪，记录晶片的厚度，打开横向减薄机，把贴好CdS单晶片1的陶瓷盘3真空吸附在工件台上；
第一步，先使用1200#树脂金刚石砂轮2，将砂轮2最外缘调整到过陶瓷盘3的中心2-5mm，如图1所示，设置工艺参数，工件转速250-300r/min、转速方向为顺时针，砂轮2转速500-600r/min、转速方向逆时针，进给速度5μm/min，冷却液流量500ml/min，去除量300μm；
首先打开冷却液，冷却液循环使用，冷却液为纯水，启动砂轮2转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮2和工件的转速均保持不变，空转时间为30s，对表面进行磨削修复，这样有利于减少晶片表面的损伤，提高表面质量，工艺结束后，排放冷却液，将冷却液槽清洗干净，并换上新的冷却液，加工时间60min（设定好进给速度和去除量之后自动计时）。
第二步，再使用5000#树脂金刚石砂轮2，将砂轮2最外缘调整到过陶瓷盘3的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速400-500r/min、转速方向为顺时针，砂轮2转速800-1000r/min、转速方向为逆时针，进给速度1μm/min，冷却液流量800ml/min，去除量40μm；
首先打开冷却液，冷却液循环使用，冷却液为纯水，启动砂轮2转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮2和工件的转速均保持不变，空转时间为30s，工艺结束后将冷却液排放，冷却液槽清洗干净，加工时间40min（设定好进给速度和去除量之后自动计时）。
第三步，使用8000#的树脂氧化铈砂轮2，将砂轮2的最外缘调整到过陶瓷盘3的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速600-700r/min、转速方向为顺时针，砂轮2转速1200r/min、转速方向为逆时针，进给速度0.2-0.5μm/min，冷却液流量1000ml/min，去除量10μm，首先打开冷却液，冷却液为纯水和次氯酸钠，纯水︰次氯酸钠的体积比为25︰1，共配置25L，不循环使用，直接排放，启动砂轮2转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮2和工件转速保持不变，空转时间60S，工艺结束后将陶瓷盘3取下来，进行清洗，减薄工艺完成，最终测量，晶片的Ra≤1nm，TTV≤2μm，加工时间20min（设定好进给速度和去除量之后自动计时）。
第一步中，使用1200#的树脂金刚石砂轮2对CdS单晶片1进行粗磨，快速减薄到晶片所需基准厚度，为下道工序提供良好的定位和尺寸精度。更粗的砂轮2虽然能够更加快速减薄，但是对晶片的表面亚表面造成严重的损伤，甚至导致碎片，该晶片的莫式硬度为3.2，属于软脆材料，举个例子，用棉花蘸着酒精轻轻擦拭都会造成划伤，更细的砂轮2会导致加工效率降低。
砂轮2的种类很多，分为金属砂轮2，陶瓷砂轮2和树脂砂轮2，通过同种数目的砂轮2进行实验最终选择了树脂砂轮2，具有良好的韧性，有可塑性和延展性，可以缓冲磨削力的作用，提高表面粗糙度。
选择1200#砂轮2也是经过多次试验配合工艺试验得出的最佳工艺条件。
第二步中，使用5000#树脂金刚石砂轮2。这道选择更小的数目砂轮2是既能去除前道损伤层，又能够为下步的加工表面质量打好基础，表面粗糙度在5nm左右。
第三步中，使用8000#的树脂氧化铈砂轮2。砂轮2中的磨料有好多种，如金刚石，氧化铝，二氧化硅，氧化铝，氧化镁，氧化铈等等，其中金刚石砂轮2的磨料成分是金刚石，而金刚石的种类又分为，单晶金刚石，多晶金刚石，聚晶金刚石等，多次试验我们最终选择了多晶金刚石，该磨料具有自锐性，在磨削过程中会脱落剥离成更加细小锋利角，始终具有磨削力。氧化铈磨料硬度较小，形状属于球状，不易产生划痕，所以最后一步选择氧化铈砂轮2，能够最终实现晶片的表面质量要求，表面粗糙度Ra为1nm以下。冷却水液为纯水和次氯酸钠，使其pH值调为8-9左右，为弱碱性，有助降低表面粗糙度。
每个步骤中，当工件到达结束位置时，砂轮2和工件转速保持不变，空转一定的时间，这样有利于减少晶片表面的损伤，提高表面质量。

Claims (1)

1.一种大尺寸的CdS单晶片的减薄工艺，其特征在于：步骤如下，
将陶瓷盘（3）加热到80度，均匀涂上白蜡，将三片2英寸CdS切割单晶片（1）均匀粘贴在陶瓷盘（3）上，冷却至室温，将陶瓷盘（3）表面残余的蜡清洗干净，使用测厚仪，记录晶片的厚度，打开横向减薄机，把贴好CdS单晶片（1）的陶瓷盘（3）真空吸附在工件台上；
第一步，先使用1200#树脂金刚石砂轮（2），将砂轮（2）最外缘调整到过陶瓷盘（3）的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速250-300r/min、转速方向为顺时针，砂轮（2）转速500-600r/min、转速方向逆时针，进给速度5μm/min，冷却液流量500ml/min，去除量300μm；
首先打开冷却液，冷却液循环使用，冷却液为纯水，启动砂轮（2）转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮（2）和工件的转速均保持不变，空转时间为30s，对表面进行磨削修复，这样有利于减少晶片表面的损伤，提高表面质量，工艺结束后，排放冷却液，将冷却液槽清洗干净，并换上新的冷却液，加工时间60min；
第二步，再使用5000#树脂金刚石砂轮（2），将砂轮（2）最外缘调整到过陶瓷盘（3）的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速400-500r/min、转速方向为顺时针，砂轮（2）转速800-1000r/min、转速方向为逆时针，进给速度1μm/min，冷却液流量800ml/min，去除量40μm；
首先打开冷却液，冷却液循环使用，冷却液为纯水，启动砂轮（2）转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮（2）和工件的转速均保持不变，空转时间为30s，工艺结束后将冷却液排放，冷却液槽清洗干净，加工时间40min；
第三步，使用8000#的树脂氧化铈砂轮（2），将砂轮（2）的最外缘调整到过陶瓷盘（3）的中心2-5mm，设置工艺参数，工件转速600-700r/min、转速方向为顺时针，砂轮（2）转速1200r/min、转速方向为逆时针，进给速度0.5μm/min，冷却液流量1000ml/min，去除量10μm，首先打开冷却液，冷却液为纯水和次氯酸钠，纯水︰次氯酸钠的体积比为25︰1，共配置25L，不循环使用，直接排放，启动砂轮（2）转速，再启动工件转速，当工件到达结束位置时，砂轮（2）和工件转速保持不变，空转时间60s，（确定），工艺结束后将陶瓷盘（3）取下来，进行清洗，减薄工艺完成，最终测量，晶片的Ra≤1nm，TTV≤2μm，加工时间20min。
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