CN114800222B - 一种锗晶片双面抛光的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锗晶片双面抛光的方法，抛光设备包括下盘、上盘和游星轮；下盘和上盘同心且相对设置、二者相对面上均设有抛光垫；上盘上有流药孔；下盘为环形，下盘内环内侧设有内齿圈，上盘外环外侧设外齿圈，内齿圈和外齿圈均可旋转，游星轮有3～5个，所有游星轮均布在下盘的抛光垫上、且位于内齿圈和外齿圈之间，游星轮为圆形，游星轮的周边同时与下盘上的内齿圈和外齿圈咬合；游星轮上设有放片孔；抛光时，将待加工晶片置于游星轮上的放片孔内，对加工晶片依次进行药液抛和水抛。本发明保证了TTV在合格范围内，简化了方法步骤，减低了成本，加工时间短、质量好、效率高，加工一致性好，可进行产品的批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种锗晶片双面抛光的方法，属于锗片抛光技术领域。
背景技术
红外光学系统中常用的平面锗窗口片或基片，还有其他客户订单都会用到锗双面抛光晶片。对锗双面晶片抛光加工而言，多数工厂都采用逐面抛光(先抛一面、再抛另一面)加工方法，包括上蜡法抛光和无蜡垫抛光。
上蜡法抛光是用蜡将晶片主面向下固定在陶瓷盘上，然后进行背面抛光，抛光后加热陶瓷盘卸片，化蜡。其过程中要保护好抛光面，然后再次上盘，将抛光面向下上盘，抛主面合格后卸片、化蜡、清洗，由于晶片和陶瓷盘之间只有一层薄薄的蜡，且晶片与陶瓷盘之间吸附的比较紧，卸片时非常容易造成晶片与陶瓷盘之间产生位移，导致划伤、破损，一旦产生背面划伤还要重新抛光背面再抛主面，方法流程复杂，且对操作者的手法和熟练程度要求非常高。由于抛光中有蜡作为粘合剂，晶片很容易被蜡污染，抛光后杂质、颗粒粘污多，不容易清洗。在抛光中要使用上蜡机、液体蜡、加热炉、化蜡剂等，大大增加了生产的物料成本，且这些步骤势必也要增加人工成本。
无蜡垫抛光是将晶片上盘先抛背面，背面合格后卸片、甩干，在抛光好的背面贴UV膜，将贴膜面向下上盘，抛主面合格后卸片、甩干、揭膜、清洗。由于需要贴膜加工，会用到刀片削膜，这样在削膜和揭膜时就会有可能会削到晶片的边缘或面，造成CP和深S 缺陷，这些缺陷属于外力造成，一般伤痕都比较深，很难修复，非常影响晶片的合格率，由于抛光中有膜作为保护层，膜是有胶的，会残留在晶片的面上，抛光后的杂质、颗粒粘污多，需要清洗去除，不容易清洗。晶片出清洗后，如果背面有缺陷还是要重新抛背面再抛主面。主面不合格的返工片，抛光时也要重新背面贴膜抛光，返工片重新抛光要注意保护背面，因为背面在没有问题的情况下是不进行抛光的，增加了操作的难度。由于使用无蜡垫本身也有厚度的不均匀现象，晶片平整度和厚度范围很难保证。且在抛光中要使用贴膜机、UV膜、揭膜灯，大大增加了生产的物料成本，这些步骤势必也要增加人工成本。
以上这两种方法还存在的弊端：
无蜡垫方法，由于客户要求厚度不固定，无蜡垫的厚度可能与加工晶片的厚度不匹配，很难买到合适厚度的无蜡垫，且无蜡垫采购周期长(由于是按订单生产，接到订单后，需要排期加工，一般都是2个月交期)，遇到急单，根本无法加工出货。小批量采购造价高，寿命短；
2)由于单面抛光晶片相当于载体陶瓷盘，是固定不动的，在运行中会有很大的线速度差，在同一晶片上，化学反应和机械作用不均衡，无法掉量和表面质量兼得。所以现有的单面抛光都是分两步完成的，即粗抛和精抛，粗抛任务主要是以去除损伤层，掉量为主，精抛任务主要是以提高表面质量，减少缺陷为主。另外，每次只能抛光一面，另一面在抛主面时不再进行抛光，所以要保证抛光背面的合格，不能受到后续操作和抛光中物理或化学的影响。这些在后续的抛光工作中都非常的难控。方法费时费力，工序复杂，效率低下；
3)由于在抛光中要使用其他材料保护晶片表面，造成晶片抛光面的污染，增加杂质，颗粒粘污，不容易清洗，降低合格率。
4)双面锗片的订单，客户要求的厚度上限和下限之间的范围都不大，有的厚度范围在 20μm以内，加工范围很窄，采用单面抛光的晶片厚度均一性差，同盘厚度差在7μm左右，很容易超出要求范围。
5)更重要的一点是，双面抛光的晶片对TTV要求都比单面片高，基本上都在6～8μm以内，由于逐面抛光方法的局限性，晶片不能自转，在抛光盘旋转时晶片在抛光盘上里外圈的线速度差别很大，最里圈和最外圈达到2.4倍左右，如此大的线速度差势必会造成晶片所受的机器作用不均匀，加之是两面抛光，此种不均匀的状态会继续放大，晶片里外圈的掉量和表面均匀程度都不会很好。晶片的TTV会受到很大的影响，很难保证在6～8μ m以内，达不到客户要求。
发明内容
本发明提供一种锗晶片双面抛光的方法，解决了如下问题：1)解决了单面加工TTV超标的问题；2)解决了单面抛光晶片厚度均一性差的问题；3)解决了单面抛光耗材寿命短，不好匹配合适的无蜡垫的问题；4)解决了单面抛光方法复杂，良率低的问题；5)解决了单面抛光效率低的问题；6)解决了因参与抛光的物质产生的杂质污染、胶黏污染对清洗的影响；7)解决了物料成本及人工成本高的问题。
本发明双面抛光由于掉量稳定，反应均匀，可以掉量和表面质量兼顾，用双面抛光只需一种程序就能够完成抛光，保证了TTV在合格范围内，晶片厚度均一，简化了方法步骤，(工序流程对比图见：图1、图2、图3)减少了辅料消耗、节省了人工、去除了抛光产生的不必要的杂质胶黏污染，提高了抛光效率和抛光质量，提高抛光的稳定性；加工时间短、质量好、效率高以及加工一致性好，可进行产品的批量生产。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种锗晶片双面抛光的方法，抛光设备包括下盘、上盘和游星轮；
下盘和上盘直径相同、且同心设置，上盘的下表面与下盘的上表面平行；上盘的下表面贴有上抛光垫，下盘的上表面贴有下抛光垫；在上盘上有流药孔；
下盘为环形，下盘内环内侧设有内齿圈，下盘外环外侧设外齿圈，内齿圈和外齿圈均可旋转，游星轮有3～5个，所有游星轮均布在下盘的抛光垫上、且位于内齿圈和外齿圈之间，游星轮为圆形，游星轮的周边同时与下盘上的内齿圈和外齿圈咬合；游星轮上设有放片孔，放片孔的直径比待加工晶片的直径大0.4～0.8mm；
抛光时，将待加工晶片置于游星轮上的放片孔内，游星轮的厚度小于待加工晶片的厚度，降下上盘，使上盘压在待加工晶片上，此时待加工晶片的两面分别与下盘和上盘上抛光垫接触，开始抛光，液体由上盘流药孔流至上盘和下盘之间形成液体层，上盘和下盘做反向旋转运动，内齿圈和外齿圈作旋转运动，游星轮在内齿圈和外齿圈的带动下旋转，通过游星轮带动晶片在上下盘之间做复杂的行星式运动，同时对晶片上下表面进行抛光；
抛光步骤为先药液抛、再水抛，用药液抛去除损伤层并形成抛光面，用水抛减少抛光结束时药液对晶片化学反应的影响；
药液抛时，上盘对待加工晶片的压力为200～600N；下盘转速为10～60r/min，外齿圈转速5～30r/min，内齿圈转速-2～-12r/min；药液的流量为400～600ml/min，每分钟掉量为 0.5-0.8μm；
水抛时，上盘对待加工晶片的压力为300～200N；下盘转速为20～10r/min，外齿圈转速10～5r/min，内齿圈转速-4～-2r/min；水的流量为1000～1500ml/min；运行时间15～30 秒。
发明人经过长期研发实验，并经过反复验证，按照以下方案把压力，下盘、外齿圈、内齿圈转速，流量控制在一定的范围内，并且要相互匹配，才能确保抛光的稳定运行，掉量平稳，同时减少晶片的缺陷产生，得到均匀性和表面质量都比较好的晶片。
药液抛时，根据所需掉量设置运行时间。
本申请的内齿圈旋转方向为逆时针旋转，此设计大大提高了游星轮的自转速度。通过游星轮带动晶片在上下盘之间做复杂的行星式运动，同时对晶片上下表面进行抛光，通过化学腐蚀和机械磨擦的共同作用，晶片表面的微观粗糙度更低，同时使晶片表面的平整度也达到比较高的水平，实现上下表面质量的高度一致性。
本申请增加了水抛步骤，由于双面抛光的自身特点，程序结束时，上盘升起，由于晶片下表面还在下抛光垫上，无法及时冲净药液，做出的晶片会有80％左右的药水、药印、发白等缺陷。为了解决这个难点，经过试验，采用在程序结束前用水把晶片表面的药液先稀释方法，减少起盘后在没有机械作用的情况下药液对晶片的继续腐蚀，具体的方案是在药液抛后增加水抛步骤，水抛步骤运行时，停止供药，把集液环的供应切换到供水，以特定的速度、运行特定的时长，让纯水稀释抛光垫上和晶片主背面的药液。
通过试验双面抛光只需一组程序就能完成抛光，中间无需取放晶片、更换设备，简化了操作，提高了效率。程序分多个渐进式步骤，主要有药液抛和水抛两部分组成。
上述通过药液抛结合水抛的方式，所得抛光片可以大大减少药水、药印、发白等化学反应因素缺陷发生的概率。
上述下盘和上盘同心设置，也即同轴心设置，上盘的垂直投影完全落在下盘的上表面上。
上述药液抛指上盘流药孔输入的是药液；水抛指上盘流药孔输入的是水。
说明：转速不加“-”为顺时针旋转，加“-”为逆时针旋转。
按现有方法正常切片、倒角、研磨、腐蚀、用不低于6000#砂轮双面减薄，之后进入抛光。
为了提高抛光效果，选用本体为两层结构的抛光垫，抛光垫包括无纺布衬底层和设在衬底层上的绒毛层；衬底层厚度范围800-900μm,绒毛层厚度范围500-600μm，抛光垫的硬度为50-60°(邵氏硬度)，压缩率为3-3.5％，压缩弹性率为70-75％；前述抛光垫包括上抛光垫和下抛光垫。
上述绒毛层指有开口毛囊形状的结构层。抛光时，绒毛层与待加工晶片表面接触。
为了进一步提高抛光效果、效率，抛光垫的绒毛层上设有凹槽，槽宽1-2mm，槽深0.3-0.5mm；优选的，下抛光垫为边长为50-70mm方格开槽；上抛光垫为边长20-40mm方格开槽；更优选的，下抛光垫为边长为50mm方格开槽，上抛光垫为边长20mm方格开槽。发明人经研究发现，抛光垫槽型的选择是比较重要的，其与各工艺参数的匹配性，直接影响抛光结果。
游星轮的厚度范围是比抛光晶片厚度低80-150μm。
上述药液的制备为：将碳酸氢钠加入去离子水中，搅拌溶解，依次加入二氧化硅抛光液和二氯异氰尿酸钠，充分搅拌溶解；其中，碳酸氢钠的纯度为99％；二氧化硅抛光液的粒径为80～120nm，二氧化硅抛光液中SiO2含量为39％～41％；二氯异氰尿酸钠，有效物质含量60％；碳酸氢钠的用量为8～15g/L水，二氧化硅抛光液的用量为30～40ml/L水；二氯异氰尿酸钠的用量为6～11g/L，二氯异氰尿酸钠的具体用量根据所需的氯含量加减；所用药液中，氯含量为4-5g/L之间，pH值为8～9；药液温度控制在14-18℃之间。
发明人经研究意外发现，本发明的抛光液在配制好后密闭存放情况下，与现有技术的加入次氯酸钠溶液的含氯药液相比，加入二氯异氰尿酸钠的药液的氯含量更稳定，可以存放长达72小时后再用而不影响使用效果。因此，本发明的抛光液不必现配现用，给连续生产使用带来了方便。
使用前，药液先经1μm孔径的滤芯过滤，然后经过药泵打入设备集液环。
本申请的％，无特别说明的均为质量百分比。
整个抛光过程中，上盘的转速均为下盘转速的1/3，且与下盘的旋转方向相反，为逆时针旋转。
为了提高产品品质，药液抛和水抛均分步骤完成，用药液抛去除损伤层并形成抛光面，最后用水抛减少抛光结束时药液对晶片化学反应的影响。
药液抛按照如下五步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为200±50N；下盘转速为10～15r/min，外齿圈转速5～7.5 r/min，内齿圈转速-2～-3r/min；药液的流量为500～600ml/min；运行时间10～15秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为300±50N；下盘转速为20～30r/min，外齿圈转速10～15 r/min，内齿圈转速-4～-6r/min；药液的流量为400～600ml/min；运行时间10～15秒；
3)上盘对待加工晶片的压力为400±50N；下盘转速为35～40r/min，外齿圈转速18～20r/min，内齿圈转速-6～-8r/min；药液的流量为400～600ml/min；运行时间10～15秒；
4)上盘对待加工晶片的压力为500±100N；下盘转速为40～50r/min，外齿圈转速20～24r/min，内齿圈转速-8～-10r/min；药液的流量为400～600ml/min；每分钟掉量约0.5-0.8 μm，根据所需掉量设置运行时间；
5)上盘对待加工晶片的压力为400±50N；下盘转速为30～40r/min，外齿圈转速15～20r/min，内齿圈转速-6～-8r/min；药液的流量为400～600ml/min；运行时间10～15秒。
水抛按照如下两步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为300±50N；下盘转速为20±2r/min，外齿圈转速10±1r/min，内齿圈转速-4±1r/min；水的流量为1000～1500ml/min；运行时间10～15秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为200±50N；下盘转速为10±2r/min，外齿圈转速5±1r/min，内齿圈转速-2±1r/min；药液的流量为1000～1500ml/min；运行时间10～15秒。
本申请上下等方位词，均指设备正常使用时的相对位置关系。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明锗晶片双面抛光的方法，具有如下有益效果：
1)现有单面抛光由于受加工方法限制，晶片在载具陶瓷盘上的位置是固定不动的，晶片无法自转，只能随陶瓷盘圆心做圆周运动，这样就会造成晶片靠近陶瓷盘圆心的那边比靠近陶瓷盘外圆的那边的线速度有很大的不同，晶片直径越大该速度差越大，由于机械作用在单片上的不平均，造成了晶片的TTV一般都会大于8μm，并且随着抛光次数和时长的增加可能会有一些增长；而本申请双面抛光晶片在游星轮的孔内，在设备运行中，晶片被游星轮带动，在上下抛光垫中间，以游星轮中心为圆心做公转，同时整个游星轮又以内侧齿轮为中心做自转与公转，游星轮带动晶片转动时晶片各部分的受力方向不同，晶片可以在游星轮内自转，在这种工况下，晶片上下两个面都与抛光垫产生位移摩擦，实现上下表面质量高度的一致性，这样晶片各部分的线速度就非常接近，可以得到更为平整的 TTV，TTV在3-5μm左右；
2)采用本申请双面抛光方法，操作简便，只需直接上机抛光，没有复杂的上蜡、卸片、化蜡或贴膜、揭膜的过程，大大减少了人工成本；
3)双面抛光过程中两个面都会磨到，双面的小的脏、药水、药印、擦伤、划伤等缺陷都会被抛光过程磨到。大大减少了晶片的再次返工概率；
4)采用本申请双面抛光方法，因为抛光中只有药液和抛光垫与晶片接触，抛光后杂质、颗粒粘污少，更容易清洗；
5)采用本申请双面抛光方法，没有使用自动上蜡机(价格50-100万左右)、液体蜡、加热炉、化蜡剂，贴膜机、UV膜、揭膜灯，减少了设备采购的成本和其他耗材的成本，因为双面同时抛光，操作步骤大大的简化，减少了人工成本；
6)采用游星轮作为晶片的载体，游星轮材料厚度范围选择性大，游星轮加工周期短 (接到订单后，最慢一周到货)，价格低，晶片大部分都隐没于游星轮里，对抛光垫磨损小，辅材成本降低。
附图说明
图1为现有技术中上蜡抛光方法加工双面锗片工序流程；
图2为现有技术中无蜡抛光方法加工双面锗片工序流程；
图3为本发明方法加工双面锗片工序流程；
图4下抛光垫示意图；
图5上抛光垫示意图；
图6抛光垫结构示意图；
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1-3中：
抛光设备包括下盘、上盘和游星轮；下盘和上盘直径相同、且同心设置，上盘的下表面与下盘的上表面平行；上盘的下表面贴有上抛光垫，下盘的上表面贴有下抛光垫；在上盘上有流药孔；下盘为环形，下盘内环内侧设有内齿圈，下盘外环外侧设外齿圈，内齿圈和外齿圈均可旋转，游星轮有5个，每个游星轮里面放2片4寸锗片，一锅可同时加工 10片，所有游星轮均布在下盘的抛光垫上、且位于内齿圈和外齿圈之间，游星轮为圆形，游星轮的周边同时与下盘上的内齿圈和外齿圈咬合；游星轮上设有放片孔，放片孔的直径比待加工晶片的直径大0.5mm；
抛光时，将待加工晶片置于游星轮上的放片孔内，游星轮的厚度小于待加工晶片的厚度80-150μm，降下上盘，使上盘压在待加工晶片上，此时待加工晶片的两面分别与下盘和上盘上抛光垫接触，开始抛光，液体由上盘流药孔流至上盘和下盘之间形成液体层，上盘和下盘做反向旋转运动，内齿圈和外齿圈作旋转运动，游星轮在内齿圈和外齿圈的带动下旋转，依次进行药液抛和精水抛；
药液的配置：将碳酸氢钠加入去离子水中，搅拌溶解，依次加入二氧化硅抛光液和二氯异氰尿酸钠，充分搅拌溶解。其中，碳酸氢钠的纯度为99％；二氧化硅抛光液的粒径为80～120nm，二氧化硅抛光液中SiO2含量为39％～41％；二氯异氰尿酸钠，有效物质含量60％；碳酸氢钠的用量为12g/L水，二氧化硅抛光液的用量为35ml/L水；二氯异氰尿酸钠的用量为8g/L；
抛光时(包括药液抛和水抛)，所用药液中，氯含量为4.37g/L，pH值为8.38，药液温度控制在14-18℃间。整个抛光过程中，上盘的转速均为下盘转速的1/3，且与下盘的旋转方向相反，为逆时针旋转。
选用本体为两层结构的抛光垫，抛光垫包括无纺布衬底层和设在衬底层上的绒毛层，如图6所示；衬底层厚度范围为800-900μm,绒毛层厚度范围500-600μm，抛光垫的硬度为50-60°(邵氏硬度)，压缩率为3-3.5％，压缩弹性率为70-75％；抛光垫的绒毛层上设有凹槽，槽宽1.5mm，槽深0.4mm；前述抛光垫包括上抛光垫和下抛光垫；
整个抛光过程中，上盘的转速均为下盘转速的1/3，且与下盘的旋转方向相反，为逆时针旋转。
待加工晶片为4英寸锗片；上、下盘面直径为630mm。
实施例1：
使用正常切片、倒角、研磨、腐蚀、用不低于6000#砂轮双面减薄的晶片，加工450-500 μm厚的双面锗片，如图4所示，下抛光垫为边长为70mm方格开槽；如图5所示，上抛光垫为边长40mm方格开槽。粗抛和精抛的详细过程如下：
药液抛按照如下五步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为200N；下盘转速为10r/min，外齿圈转速5r/min，内齿圈转速-2r/min；药液的流量为500ml/min；运行时间10秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为300N；下盘转速为20r/min，外齿圈转速10r/min，内齿圈转速-4r/min；药液的流量为400ml/min；运行时间10秒；
3)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为35r/min，外齿圈转速18r/min，内齿圈转速-6r/min；药液的流量为400ml/min；运行时间10秒；
4)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为40r/min，外齿圈转速20r/min，内齿圈转速-8r/min；药液的流量为400ml/min；每分钟掉量约0.6μm，运行时间44分钟；
5)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为30r/min，外齿圈转速15r/min，内齿圈转速-6r/min；药液的流量为400ml/min；运行时间10秒。
水抛按照如下两步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为300N；下盘转速为20r/min，外齿圈转速10r/min，内齿圈转速-4r/min；水的流量为1000ml/min；运行时间10秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为200N；下盘转速为10r/min，外齿圈转速5r/min，内齿圈转速-2r/min；药液的流量为1000ml/min；运行时间10秒。
上述用时49分钟，抛光约掉20-30μm；重复10次，总用时490分钟，共加工100 片，合格率(良率)为94％，测平结果为TTV范围在3-5μm之间。
实施例2：
使用正常切片、倒角、研磨、腐蚀、用不低于6000#砂轮双面减薄的晶片，加工450-500 μm厚的双面锗片，加工450-500μm厚的双面锗片，下抛光垫为边长为60mm方格开槽；上抛光垫为边长30mm方格开槽。
药液抛按照如下五步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为200N；下盘转速为15r/min，外齿圈转速7.5r/min，内齿圈转速-3r/min；药液的流量为600ml/min；运行时间15秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为300N；下盘转速为30r/min，外齿圈转速15r/min，内齿圈转速-6r/min；药液的流量为600ml/min；运行时间15秒；
3)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为40r/min，外齿圈转速20r/min，内齿圈转速-8r/min；药液的流量为600ml/min；运行时间15秒；
4)上盘对待加工晶片的压力为600N；下盘转速为50r/min，外齿圈转速24r/min，内齿圈转速-10r/min；药液的流量为600ml/min；每分钟掉量约0.8μm，运行时间32分钟；
5)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为40r/min，外齿圈转速20r/min，内齿圈转速-8r/min；药液的流量为600ml/min；运行时间15秒。
水抛按照如下两步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为300N；下盘转速为20r/min，外齿圈转速10r/min，内齿圈转速-4r/min；水的流量为1500ml/min；运行时间15秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为200N；下盘转速为10r/min，外齿圈转速5r/min，内齿圈转速-2r/min；药液的流量为1500ml/min；运行时间15秒。
上述用时37分钟，抛光约掉20-30μm；重复10次，总用时370分钟，共加工100 片，合格率为91％，测平结果为TTV范围在3-5μm之间。
实施例3：
使用正常切片、倒角、研磨、腐蚀、用不低于6000#砂轮双面减薄的晶片，加工450-500 μm厚的双面锗片，加工450-500μm厚的双面锗片，下抛光垫为边长为50mm方格开槽；上抛光垫为边长20mm方格开槽。
药液抛按照如下五步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为200N；下盘转速为12r/min，外齿圈转速6r/min，内齿圈转速-2.5r/min；药液的流量为500ml/min；运行时间12秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为300N；下盘转速为25r/min，外齿圈转速12.5r/min，内齿圈转速-5r/min；药液的流量为500ml/min；运行时间12秒；
3)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为38r/min，外齿圈转速19r/min，内齿圈转速-7r/min；药液的流量为500ml/min；运行时间12秒；
4)上盘对待加工晶片的压力为500N；下盘转速为50r/min，外齿圈转速24r/min，内齿圈转速-10r/min；药液的流量为500ml/min；每分钟掉量约0.7μm，运行时间35分钟；
5)上盘对待加工晶片的压力为400N；下盘转速为35r/min，外齿圈转速17.5r/min，内齿圈转速-7r/min；药液的流量为500ml/min；运行时间12秒。
水抛按照如下两步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为300N；下盘转速为20r/min，外齿圈转速10r/min，内齿圈转速-4r/min；水的流量为1200ml/min；运行时间12秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为200N；下盘转速为10r/min，外齿圈转速5r/min，内齿圈转速-2r/min；药液的流量为1200ml/min；运行时间12秒。
上述用时40分钟，抛光约掉20-30μm；重复10次，总用时400分钟，共加工100 片，合格率为96％，测平结果为TTV范围在3-5μm之间。
对比例1：上蜡抛光方法加工双面锗片，如图1所示。
所用设备为：半自动上蜡机，创技36B单面抛光机，加工数量100片。
对比例2：无蜡垫抛光方法加工双面锗片，如图2所示。
所用设备为：创技36B单面抛光机，加工数量100片。
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Claims (9)
1.一种锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：抛光设备包括下盘、上盘和游星轮；
下盘和上盘直径相同、且同心设置，上盘的下表面与下盘的上表面平行；上盘的下表面贴有上抛光垫，下盘的上表面贴有下抛光垫；在上盘上有流药孔；
下盘为环形，下盘内环内侧设有内齿圈，下盘外环外侧设外齿圈，内齿圈和外齿圈均可旋转，游星轮有3～5个，所有游星轮均布在下盘的抛光垫上、且位于内齿圈和外齿圈之间，游星轮为圆形，游星轮的周边同时与下盘上的内齿圈和外齿圈咬合；游星轮上设有放片孔，放片孔的直径比待加工晶片的直径大0.4～0.8mm；
抛光时，将待加工晶片置于游星轮上的放片孔内，游星轮的厚度小于待加工晶片的厚度，降下上盘，使上盘压在待加工晶片上，此时待加工晶片的两面分别与下盘和上盘上抛光垫接触，开始抛光，液体由上盘流药孔流至上盘和下盘之间形成液体层，上盘和下盘做反向旋转运动，内齿圈和外齿圈作旋转运动，游星轮在内齿圈和外齿圈的带动下旋转，通过游星轮带动晶片在上下盘之间做复杂的行星式运动，同时对晶片上下表面进行抛光；
抛光步骤为先药液抛、再水抛，用药液抛去除损伤层并形成抛光面，用水抛减少抛光结束时药液对晶片化学反应的影响；
药液抛时，上盘对待加工晶片的压力为200～600N；下盘转速为10～60r/min，外齿圈转速5～30r/min，内齿圈转速-2～-12r/min；药液的流量为400～600ml/min，每分钟掉量为0.5-0.8μm；
水抛时，上盘对待加工晶片的压力为300～200N；下盘转速为20～10r/min，外齿圈转速10～5r/min，内齿圈转速-4～-2r/min；水的流量为1000～1500ml/min；运行时间15～30秒；
药液的制备为：将碳酸氢钠加入去离子水中，搅拌溶解，依次加入二氧化硅抛光液和二氯异氰尿酸钠，充分搅拌溶解；
只需一组程序就能完成抛光，中间无需取放晶片、更换设备。
2.如权利要求1所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：抛光垫本体为两层结构，包括无纺布衬底层和设在衬底层上的绒毛层；衬底层厚度范围800-900μm,绒毛层厚度范围500-600μm，抛光垫的硬度为50-60°(邵氏硬度)，压缩率为3-3.5％，压缩弹性率为70-75％；前述抛光垫包括上抛光垫和下抛光垫。
3.如权利要求2所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：抛光垫的绒毛层上设有凹槽，槽宽1-2mm，槽深0.3-0.5mm。
4.如权利要求3所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：下抛光垫为边长为50-70mm方格开槽；上抛光垫为边长20-40mm方格开槽。
5.如权利要求1-4任意一项所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：游星轮的厚度范围是比抛光晶片厚度低80-150μm。
6.如权利要求1-4任意一项所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：碳酸氢钠的纯度为99％；二氧化硅抛光液的粒径为80～120nm，二氧化硅抛光液中SiO2含量为39％～41％；二氯异氰尿酸钠，有效物质含量60％；碳酸氢钠的用量为8～15g/L水，二氧化硅抛光液的用量为30～40ml/L水；二氯异氰尿酸钠的用量为6～11g/L；所用药液中，氯含量为4-5g/L之间，pH值为8～9；药液温度控制在14-18℃之间。
7.如权利要求1-4任意一项所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：整个抛光过程中，上盘的转速均为下盘转速的1/3，且与下盘的旋转方向相反，为逆时针旋转。
8.如权利要求1-4任意一项所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：药液抛按照如下五步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为200±50N；下盘转速为10～15r/min，外齿圈转速5～7.5r/min，内齿圈转速-2～-3r/min；药液的流量为500～600ml/min；运行时间10～15秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为300±50N；下盘转速为20～30r/min，外齿圈转速10～15r/min，内齿圈转速-4～-6r/min；药液的流量为400～600ml/min；运行时间10～15秒；
3)上盘对待加工晶片的压力为400±50N；下盘转速为35～40r/min，外齿圈转速18～20r/min，内齿圈转速-6～-8r/min；药液的流量为400～600ml/min；运行时间10～15秒；
4)上盘对待加工晶片的压力为500±100N；下盘转速为40～50r/min，外齿圈转速20～24r/min，内齿圈转速-8～-10r/min；药液的流量为400～600ml/min；每分钟掉量约0.5-0.8μm，根据所需掉量设置运行时间；
5)上盘对待加工晶片的压力为400±50N；下盘转速为30～40r/min，外齿圈转速15～20r/min，内齿圈转速-6～-8r/min；药液的流量为400～600ml/min；运行时间10～15秒。
9.如权利要求1-4任意一项所述的锗晶片双面抛光的方法，其特征在于：水抛按照如下两步依次完成：
1)上盘对待加工晶片的压力为300±50N；下盘转速为20±2r/min，外齿圈转速10±1r/min，内齿圈转速-4±1r/min；水的流量为1000～1500ml/min；运行时间10～15秒；
2)上盘对待加工晶片的压力为200±50N；下盘转速为10±2r/min，外齿圈转速5±1r/min，内齿圈转速-2±1r/min；药液的流量为1000～1500ml/min；运行时间10～15秒。
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