CN110238707A - 玻璃晶片抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玻璃晶片抛光方法，涉及晶片加工技术领域，本发明提供的玻璃晶片抛光方法，包括如下步骤：采用包含氧化铈颗粒物的初抛光介质进行初抛光；采用设有孔隙的阻尼布，并使阻尼布涂覆包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质进行精抛光，本发明提供的玻璃晶片抛光方法缓解了现有技术中晶片抛光表面粗糙度的均一性较差的技术问题，可以降低二氧化硅颗粒物因磨损产生的粒度变化，从而有利于降低晶片表面粗糙度的算数平均值和晶片表面粗糙度的均方根值。

Description

玻璃晶片抛光方法
技术领域
本发明涉及晶片加工技术领域，尤其是涉及一种玻璃晶片抛光方法。
背景技术
为制作纳米级衍射光栅，要求光学玻璃晶片的粗糙度达到超光滑等级，即光学玻璃晶片的表面高度差的平均值小于0.3nm，光学玻璃晶片的表面高度的标准差小于0.4nm。为了提高表面粗糙度的等级，通常采用中心粒径1μm～2μm的氧化铈抛光粉进行初抛，再使用中心粒径0.2μm～0.5μm的氧化铈抛光液进行精抛以去除初抛产生的破坏层，进而达到表面粗糙度要求。然而中心粒径0.2μm～0.5μm的氧化铈由于筛选和加工难度较大，价格昂贵且粒度稳定性较差，由此不仅增大了加工成本，而且造成晶片表面粗糙度质量随抛光液粒度变化而产生波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃晶片抛光方法，以缓解现有技术中晶片抛光表面粗糙度的均一性较差的技术问题。
第一方面，本发明提供的玻璃晶片抛光方法，包括如下步骤：采用包含氧化铈颗粒物的初抛光介质对晶片进行初抛光；采用设有孔隙的阻尼布，并使阻尼布涂覆包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质对所述晶片进行精抛光。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述精抛光介质中二氧化硅的粒径范围为100nm～150nm。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述阻尼布的孔隙径向尺寸范围为46μm～50μm。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述阻尼布的压缩率范围为4.5％～4.9％。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述阻尼布的表面设有长度范围为460μm～500μm的绒毛。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述阻尼布的洛氏硬度范围为60HRC～64HRC。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述精抛光的工作温度范围为15摄氏度～22摄氏度。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述初抛光和所述精抛光的抛光压力范围均为10g/cm2～30g/cm2。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述初抛光包括使用粗抛光介质进行粗抛光；所述粗抛光介质内颗粒物的粒径范围为1μm～1.25μm。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述初抛光包括使用中抛光介质进行中抛光；所述中抛光介质内颗粒物的粒径范围为0.5μm～1.0μm。
本发明实施例带来了以下有益效果：采用包含氧化铈颗粒物的初抛光介质进行初抛光，采用设有孔隙的阻尼布，并使阻尼布涂覆包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质进行精抛光的方式，通过阻尼布配合包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质去除初抛光产生的破坏层，进而达到表面粗糙度要求。过程中二氧化硅颗粒物和嵌入阻尼布的孔隙中，从而降低二氧化硅颗粒物因磨损产生的粒度变化，进而可以提高晶片表面粗糙度的均一性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的玻璃晶片抛光方法的流程图；
图2为二氧化硅抛光液的粒径分布示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的玻璃晶片抛光方法，包括如下步骤：采用包含氧化铈颗粒物的初抛光介质对晶片进行初抛光；采用设有孔隙的阻尼布，并使阻尼布涂覆包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质对晶片进行精抛光。
具体地，初抛光介质包括氧化铈粉末或者含有氧化铈颗粒物的初抛光液，采用双面抛光机对玻璃晶片进行抛光初抛光，进而使玻璃晶片表面因磨损形成破坏层。由于初抛光过程中会使玻璃晶片表面产生较多粉末，若粉末混杂在初抛光液中将增大初抛光液的粘稠性，因此优选采用氧化铈粉末进行干式抛光。由于含有氧化铈颗粒物的初抛光液内含有少量中心粒径大于0.2μm的颗粒物，其将导致晶片表面粗糙度偏大，在精抛时应避免使用粒径集成度较低的含有氧化铈颗粒物的初抛光液。采用粒径集中度较高的二氧化硅颗粒物，并通过阻尼布涂覆包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质，从而不仅可以避免因抛光介质中含有较大颗粒物造成晶片表面损伤，而且二氧化硅颗粒物能够嵌入阻尼布的孔隙中，从而进一步提高精抛光介质对镜片抛光的细腻度，进而有利于提高晶片表面粗糙度等级。此外，为避免抛光过程中产生的粉末对抛光精度产生影响，精抛光过程中可采用包含二氧化硅颗粒物的精抛光液进行精抛光，以便使抛光过程中产生的粉末随抛光液从晶片表面脱落。
如图2所示，以采用粒径范围为100nm～150nm的二氧化硅抛光液为例，在二氧化硅抛光液中不存在粒径大于200nm的颗粒物，且粒径集中度较高，由此有利于提高晶片表面粗糙度的均匀性。
需要说明的是，采用带有孔隙的阻尼布搭配粒径范围为100nm～150nm的二氧化硅抛光液，过程中二氧化硅颗粒物和嵌入阻尼布的孔隙中，从而降低二氧化硅颗粒物因磨损产生的粒度变化，进而可以提高晶片表面粗糙度的均一性。通过原子力显微镜来检测晶片上不同区域的粗糙度数据，采用阻尼布搭配粒径范围为100nm～150nm的二氧化硅抛光液进行精抛光的晶片，晶片表面粗糙度的算数平均值可达到小于0.3nm，晶片表面粗糙度的均方根值可达到小于0.4nm。
在本发明实施例中，精抛光介质中二氧化硅的粒径范围为100nm～150nm。
具体的，选用具备一定硬度、压缩率、孔隙径向尺寸和绒毛长度的阻尼布，以相同的抛光压力，并采用不同粒径范围的抛光液进行精抛光，比较精抛光液的粒径范围对表面粗糙度的影响，试验数据如下表所示：
其中，Ra表示表面粗糙度的算数平均值，单位nm；Rq表示表面粗糙度的均方根值，单位nm。试验中，采用同种阻尼布，配合不同粒径范围的精抛光液进行精抛光。阻尼布的硬度范围为60HRC～64HRC，阻尼布的压缩率范围为4.5％～4.9％，阻尼布的孔隙孔径范围为46μm～50μm，阻尼布的绒毛长度范围为460μm～500μm。
为实现表面粗糙度的算数平均值小于0.3nm，晶片表面粗糙度的均方根值可达到小于0.4nm，选用粒径范围110nm～150nm的精抛光液粒径；再次基础上，采用粒径尺寸更小的精抛光液可进一步缩小晶片表面粗糙度的算数平均值和晶片表面粗糙度的均方根值。在考虑抛光速率和精抛光液加工难度的条件下，采用粒径范围100nm～150nm的精抛光液进行精抛光，可使晶片达到超光滑纳米级表面。
进一步的，阻尼布的孔隙径向尺寸范围为46μm～50μm。具体的，采用同种精抛光液进行多次抛光试验，并在多次试验中以孔隙尺寸不同的阻尼布涂覆精抛光液，从而选取适用于精抛光液的阻尼布孔隙尺寸，试验数据如下表所示：
其中，采用阻尼布的硬度范围为60HRC～64HRC，阻尼布的压缩率范围为4.5％～4.9％，阻尼布的绒毛长度范围为460μm～500μm，并在多次试验中选用不同孔隙尺寸的阻尼布。试验表明：涂覆粒径范围为110nm～150nm的精抛光液，当阻尼布孔隙的孔径小于等于45μm时，晶片表面粗糙度的算数平均值大于等于0.4nm，晶片表面粗糙度的均方根值大于等于0.5nm；当阻尼布孔隙的孔径介于55μm和65μm之间时，晶片表面粗糙度的算数平均值范围为0.1nm～0.5nm，晶片表面粗糙度的均方根值范围为0.2nm～0.6nm。为提高晶片表面粗糙度的均一性，应降低表面粗糙度的算数平均值和表面粗糙度的均方根值，为此在涂覆粒径范围为110nm～150nm的精抛光液的条件下，应选用孔隙孔径范围为46μm～50μm的阻尼布。
进一步的，阻尼布的压缩率范围为4.5％～4.9％。其中，精抛光时可采用双面抛光机，以单位压力范围为10g/cm2～30g/cm2的压力进行抛光作业。阻尼布的压缩率可在确定阻尼布控制尺寸和精抛光液粒径范围后，选用具备46μm～50μm孔径的阻尼布，或者，以不同压缩率范围的阻尼布进行多次试验，选取成本较低，且能够实现晶片表面粗糙度的算数平均值小于0.3nm，晶片表面粗糙度的均方根值小于0.4nm的阻尼布。
进一步的，阻尼布的表面设有长度范围为460μm～500μm的绒毛。其中，选用硬度、压缩率和孔径分别介于一定范围的阻尼布，并搭配精抛光液粒径范围为110nm～150nm的精抛光液进行抛光，比较不同绒毛长度的阻尼布精抛光作业一定时间所形成的晶片表面粗糙度的算数平均值和表面粗糙度的均方根值，试验数据如下表所示：
具体的，采用阻尼布的硬度范围为60HRC～64HRC，阻尼布的压缩率范围为4.5％～4.9％，阻尼布的孔隙孔径范围为46μm～50μm，并使阻尼布涂覆粒径范围为110nm～150nm的精抛光液进行抛光。当阻尼布的绒毛长度介于460μm和500μm之间时，晶片表面粗糙度的算数平均值小于0.3nm，晶片表面粗糙度的均方根值小于0.4nm。
进一步的，阻尼布的洛氏硬度范围为60HRC～64HRC。以10g/cm2～30g/cm2的压力，采用阻尼布的压缩率、孔径、绒毛长度分别为一定值，并涂覆粒径范围为100nm～150nm的精抛光液，分别选取不同硬度的阻尼布进行精抛光，比较精抛光后晶片的表面粗糙度，当阻尼布的洛氏硬度介于60HRC和64HRC之间时，晶片表面粗糙度的算数平均值小于0.3nm，晶片表面粗糙度的均方根值小于0.4nm。
进一步的，精抛光的工作温度范围为15摄氏度～22摄氏度。其中，二氧化硅在低温条件下难以达到抛光活性要求，若温度较高二氧化硅易产生结晶从而导致晶片表面划伤，因此精抛过程中应对抛光桶进行冷却，从而确保精抛光的工作温度介于15摄氏度和22摄氏度之间。
进一步的，初抛光和精抛光的抛光压力范围均为10g/cm2～30g/cm2。其中，为避免晶片表面划伤，抛光压力不易过大。以采用双面抛光机进行抛光为例，抛光压力范围为10g/cm2～30g/cm2，抛光时间通常为60min～150min。
进一步的，初抛光包括使用粗抛光介质进行粗抛光；粗抛光介质内颗粒物的粒径范围为1μm～1.25μm。其中，粗抛光步骤用于打磨晶片表面，从而去除晶片表面较大的凸起和凹陷。为提高粗抛光效率，并避免粗抛光过程中晶片表面产生较大的损伤，通常粗抛光介质中颗粒物的粒径应小于1.25μm，且大于1μm。
进一步的，初抛光包括使用中抛光介质进行中抛光；中抛光介质内颗粒物的粒径范围为0.5μm～1.0μm。中抛光采用的中抛光介质的颗粒物粒径小于粗抛光介质的粒径，中抛光步骤用于进一步打磨晶片表面，从而进一步提高晶片的表面粗糙度等级。中抛光介质内颗粒物的粒径范围为0.5μm～1.0μm，可进一步提高中抛光介质的粒径集中度，例如采用粒径范围为0.5μm～0.7μm的中抛光介质，或者，采用粒径范围为0.6μm～0.8μm的中抛光介质，从而可提高中抛光形成的晶片表面粗糙度的均一性。通过粗抛光、中抛光和精抛光，并逐渐缩小抛光介质的粒径，提高抛光介质的粒径集中度，从而可以提高抛光效率，且有利于缩小晶片表面粗糙度的算数平均值和晶片表面粗糙度的均方根值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种玻璃晶片抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用包含氧化铈颗粒物的初抛光介质对晶片进行初抛光；
采用设有孔隙的阻尼布，并使阻尼布涂覆包含二氧化硅颗粒物的精抛光介质对所述晶片进行精抛光。
2.根据权利要求1所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述精抛光介质中二氧化硅的粒径范围为100nm～150nm。
3.根据权利要求2所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述阻尼布的孔隙径向尺寸范围为46μm～50μm。
4.根据权利要求2所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述阻尼布的压缩率范围为4.5％～4.9％。
5.根据权利要求2所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述阻尼布的表面设有长度范围为460μm～500μm的绒毛。
6.根据权利要求4所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述阻尼布的洛氏硬度范围为60HRC～64HRC。
7.根据权利要求1所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述精抛光的工作温度范围为15摄氏度～22摄氏度。
8.根据权利要求1所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述初抛光和所述精抛光的抛光压力范围均为10g/cm2～30g/cm2。
9.根据权利要求1所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述初抛光包括使用粗抛光介质进行粗抛光；
所述粗抛光介质内颗粒物的粒径范围为1μm～1.25μm。
10.根据权利要求9所述的玻璃晶片抛光方法，其特征在于，所述初抛光包括使用中抛光介质进行中抛光；
所述中抛光介质内颗粒物的粒径范围为0.5μm～1.0μm。
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