CN116984972B - 一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，包括：磨削阶段分别用多孔陶瓷基金刚石砂轮、树脂基金刚石砂轮和化学反应砂轮。抛光阶段分别用金刚石磨料抛光液、氧化铝磨料抛光液和二氧化钛磨料抛光液。磨削抛光一体化装置由Z轴进给装置、X轴往复装置、中空旋转主轴组件、抛光盘组件、大理石平台、废液池和人机交互与控制模块组成。本发明通过分阶段进行磨削和抛光，逐级降低金刚石晶片表面粗糙度，实现对50～220mm金刚石晶片高效超光滑抛光，可得到Ra0.001的超光滑平坦表面。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法与装置。
背景技术
金刚石作为半导体材料，其最大优势在于极高的载流子迁移率，更高的击穿电场，以及更大的热导率。金刚石本身不单是拥有自然界最大硬度的材料，同时还拥有22倍于硅，5倍于铜的导热率，以及优良的电绝缘性、较宽的透光波段、优秀的半导体特性和化学惰性，现有材料中金刚石是制造半导体的最理想材料之一。
但也正是由于金刚石的诸多特性，金刚石的加工成了使其广泛应用的最大阻碍。由于金刚石具有极高的硬度和极低的摩擦系数，采用传统机械加工方式几乎无法加工金刚石制品。而后期兴起的激光加工、等离子束加工等加工方式得到的横切面又太过粗糙，严重影响了金刚石的加工精度。
为此，针对上述的技术问题，需要提供一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法与装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法与装置，以解决现有技术中由于金刚石的诸多特性，金刚石的加工困难，且传统的加工方式得到的横切面又太过粗糙，严重影响金刚石加工精度的技术问题。
本发明第一方面提供了一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，该方法的具体步骤包括：
S1：利用中空旋转主轴组件上的多孔陶瓷基金刚石砂轮，结合X轴往复装置和Z轴进给装置，进而对吸附在抛光盘组件顶部的金刚石晶片进行粗磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.05至Ra0.03；
S2：将中空旋转主轴组件上的多孔陶瓷基金刚石砂轮更换为树脂基金刚石砂轮，进而对金刚石晶片进行第一次精磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.01至Ra0.005；
S3：将中空旋转主轴组件上的树脂基金刚石砂轮更换为化学反应砂轮，进而对金刚石晶片进行第二次精磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.005至Ra0.003，进而完成对金刚石晶片的磨削；
S4：人机交互与控制模块控制Z轴进给装置提升中空旋转主轴组件，将化学反应砂轮更换为抛光垫组件，在中空旋转主轴组件内的抛光液滴液管添加金刚石磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行粗抛光，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.002至Ra0.001；
在步骤S4中，金刚石磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及金刚石磨粒溶液；
S5：将抛光液滴液管内的金刚石磨料抛光液更换为氧化铝磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行第一次精抛光，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.001至Ra0.0005；
在步骤S5中，氧化铝磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及氧化铝磨粒溶液；
S6：将抛光液滴液管内的氧化铝磨料抛光液更换为二氧化钛磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行第二次精抛光，去除金刚石晶片表面残留的划痕和吸附物，进而得到金刚石晶片；
在步骤S6中，二氧化钛磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及二氧化钛磨粒溶液。
可选地，氧化剂包括K2FeO4溶液或H2O2溶液中的任一种。
可选地，催化剂包括FeSO4溶液。
可选地，酸碱调节剂为磷酸标准液。
本发明第二方面提供了一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法的装置，包括：底座支架；大理石平台，设置于底座支架的上方，并与底座相连接；废液池，设置于大理石平台的上方，并与大理石平台相连接；抛光盘组件，设置于大理石平台的上方，并与大理石平台相连接；龙门架，设置于大理石平台上方的一侧，并与废液池相邻设置，且与大理石平台相连接；X轴往复装置，设置于龙门架上方，并与龙门架相连接；Z轴进给装置，设置于X轴往复装置的上方，并与X轴往复装置相连接；中空旋转主轴组件，设置于Z轴进给装置的侧面，并与Z轴进给装置相连接；人机交互与控制模块，设置于龙门架的上方，并与龙门架相连接，且与X轴往复装置、Z轴进给装置均电连接；抛光垫组件，设置于中空旋转主轴组件的底部，并与中空旋转主轴组件相连接。
可选地，中空旋转主轴组件包括：机架，设置于Z轴进给装置的侧面，并与Z轴进给装置相连接；中空主轴，设置于机架的一侧，并与机架相连接；旋转外壳端盖，设置于旋转外壳上方，并与旋转外壳相连接；轴承固定端盖，设置于旋转外壳端盖的下方，并与旋转外壳端盖相连接；双列角接触球轴承，设置于旋转外壳端盖的下方，并与旋转外壳端盖相连接；旋转外壳，设置于双列角接触球轴承的外侧，并与双列角接触球轴承相连接；无框电机，设置于中空主轴与旋转外壳之间，并与中空主轴相连接；主轴端盖，设置于中空主轴的底部，并与中空主轴相连接；置物盘，设置于主轴端盖的底部，并与主轴端盖相连接；抛光液滴液管，设置于置物盘的下端，并与置物盘相连接。
可选地，中空旋转主轴组件还包括：紫外灯头，设置于置物盘的下端，并与置物盘相连接；紫外线屏蔽罩，设置于旋转外壳的下方，并与旋转外壳相连接。
可选地，抛光垫组件还包括：抛光垫基座，设置于紫外线屏蔽罩的下方，并与抛光垫基座相连接；抛光垫，设置于抛光垫基座的底部，并与抛光垫基座相连接。
可选地，抛光盘组件包括：基座，设置于大理石平台的上方，并与大理石平台相连接；直驱式旋转电机，设置于基座的上方，并与基座相连接；抛光盘旋转底盘，设置于直驱式旋转电机的上方，并与直驱式旋转电机相连接；圆柱导轨，设置于抛光盘旋转底盘的上方，并与抛光盘旋转底盘相连接；浮动盘，设置于圆柱导轨的上方，并与圆柱导轨相连接，进而通过圆柱导轨限制浮动盘的运动；磁浮支柱，设置于浮动盘的底部，并与浮动盘相连接，进而为浮动盘提供磁浮力；多孔陶瓷吸盘，设置于浮动盘的上方，并与浮动盘相连接；供气管，穿设于直驱式旋转电机、浮动盘的内部，并与多孔陶瓷吸盘相连接；高速气滑环，套设在供气管的靠近多孔陶瓷吸盘的端部，并与供气管相连接。
相较于现有技术，本发明提供了一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法与装置，本发明将磨削抛光过程分为粗磨削、第一次精磨削、第二次精磨削、粗抛光、第一次精抛光、第二次精抛光六个阶段，通过分阶段进行磨削和抛光，逐级降低金刚石晶片表面粗糙度，并通过金刚石砂轮及化学反应砂轮磨削实现金刚石晶片的快速平坦化，保证金刚石晶片的面型精度，随后原位进行化学机械抛光，实现金刚石晶片的低损伤表面抛光。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本发明的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法的流程示意图；
图2为本发明的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化装置的整体结构示意图；
图3为本发明的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化装置的中空旋转主轴的结构示意图；
图4为本发明的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化装置的抛光盘组件的结构示意图；
图5为本发明的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化装置的气路、液路的示意图。
附图标记说明：
1、Z轴进给装置；2、X轴往复装置；3、中空旋转主轴组件；301、机架；302、旋转外壳端盖；303、双列角接触球轴承；304、轴承固定端盖；305、电机外转子；306、电机内定子；307、抛光液滴液管；308、抛光垫；309、抛光垫基座；310、紫外线灯头；311、紫外线屏蔽罩；312、置物盘；313、主轴端盖；314、旋转外壳；315、同轴散热风扇；316、中空主轴；4、抛光盘组件；401、多孔陶瓷吸盘；402、浮动盘；403、圆柱导轨；404、抛光盘旋转底盘；406、直驱式旋转电机；407、供气管；410、磁浮支柱；411、高速气滑环；5、金刚石晶片；6、大理石平台；7、废液池；8、人机交互与控制模块；9、抛光液回流管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如图1所示，本实施例提供了一种金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，该方法的具体步骤包括：
S1：利用中空旋转主轴组件3上的多孔陶瓷基金刚石砂轮，结合X轴往复装置2和Z轴进给装置1，进而对吸附在抛光盘组件4顶部的金刚石晶片进行粗磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.05至Ra0.03；
S2：将中空旋转主轴组件3上的多孔陶瓷基金刚石砂轮更换为树脂基金刚石砂轮，进而对金刚石晶片进行第一次精磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.01至Ra0.005；
S3：将中空旋转主轴组件3上的树脂基金刚石砂轮更换为化学反应砂轮，进而对金刚石晶片进行第二次精磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.005至Ra0.003，进而完成对金刚石晶片的磨削；
S4：人机交互与控制模块8控制Z轴进给装置1提升中空旋转主轴组件3，将化学反应砂轮更换为抛光垫308组件，在中空旋转主轴组件3内的抛光液滴液管307添加金刚石磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行粗抛光，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.002至Ra0.001；
在步骤S4中，金刚石磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及金刚石磨粒溶液；
S5：将抛光液滴液管307内的金刚石磨料抛光液更换为氧化铝磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行第一次精抛光，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.001至Ra0.0005；
在步骤S5中，氧化铝磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及氧化铝磨粒溶液；
S6：将抛光液滴液管307内的氧化铝磨料抛光液更换为二氧化钛磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行第二次精抛光，去除金刚石晶片表面残留的划痕和吸附物，进而得到金刚石晶片；
在步骤S6中，二氧化钛磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及二氧化钛磨粒溶液。
在一种可能的实施例中，氧化剂包括K2FeO4溶液或H2O2溶液中的任一种。
在一种可能的实施例中，催化剂为FeSO4。
在一种可能的实施例中，酸碱调节剂为磷酸标准液。
本实施例中，应用前，先检查装置的工作空间内是否存在障碍物，且检查供气装置、抛光液供液装置、供电装置是否正常。开机后装置自检，开启24V控制电源解除各轴断电锁定，控制装置上电后装置完成初始化，自动返回零位后待机。
待加工的4英寸金刚石晶片被多孔陶瓷吸盘401吸附在浮动盘402上，并使用限位环二次固定。中空主轴316挂载杯状陶瓷基金刚石砂轮，抛光盘组件中的浮动盘402处于锁定状态。开启中空旋转主轴组件3中的无框电机，提升转速至1500r/min最大速度。开启直驱式旋转电机406，逐步提升转速至1350r/min。空载运行5min，待装置运行稳定后，将Z轴进给装置1向下进给至与金刚石晶片接触，当观测到实时下压力数据由0开始上升时，即可停止Z轴进给。将Z轴进给装置1设置为自动模式，此时Z轴以每小时100微米的速度进给。开启X轴往复装置2，此时X轴将挂载中空主轴316做横向往复运动，逐步提升往复速度至工作速度，待加工3h后金刚石晶片被去除300微米的厚度，此时金刚石晶片的表面粗糙度达到Ra0.05至Ra0.03。
待第一步平坦化加工完成后，关闭中空主轴316、抛光盘组件4的旋转和X轴往复驱动。提升Z轴至上端限位，将陶瓷基金刚石砂轮更换为树脂基金刚石砂轮，逐渐提升各轴转速至工作转速，下压Z轴至砂轮于金刚石晶片接触。在磨削自动模式下加工1h，此时去除量应为100微米，金刚石晶片的表面粗糙度会达到Ra0.01至Ra0.005左右。
待第二步平坦化加工完成后，同上步骤，将树脂基金刚石砂轮更换为化学反应砂轮，逐渐提升各轴转速至工作转速，下压Z轴至砂轮于金刚石晶片接触。在磨削自动模式下加工0.5h，去除量应为50微米，金刚石表面的理论粗糙度会降到Ra0.005至Ra0.003。
在完成平坦化工艺阶段后，无需拆装金刚石晶片，首先解除浮动盘402限位，使浮动装置处于运行状态。提升Z轴，将砂轮盘更换为抛光垫308基座，粘贴聚氨酯抛光垫308，进入化学机械抛光工艺。开启屏蔽腔防护抽风系统，降低有害气体或紫外线对人员伤害。开启主轴正压腔散热系统，避免氧化性气体腐蚀中空主轴316内部的精密零件。开启废液水循环系统，稀释冲洗抛光废液，以降低氧化性抛光废液对废液池7及其它直接接触组件的腐蚀作用。将中空主轴316下压至静态压力达到199N。将Z轴微进给装置设置为抛光自动模式，Z轴进给装置1的电机会根据正压力实时反馈的数据实时调整Z轴高度，以维持正压力预设值。准备工作完成后，首先开启抛光液供给系统，避免抛光垫308与金刚石晶片之间出现干摩擦，并逐步开启中空主轴316、抛光盘旋转底盘404、X轴往复装置2，缓慢提升运行速度至工作转速，即正式对金刚石晶片进行抛光阶段。
本实例中的氧化剂采用了12.5g/500ml的K2FeO4溶液，催化剂由4gFeSO4、50ml磷酸标准液溶于200ml去离子水构成。
本实例中的抛光过程共调配了三种磨粒溶液组成。首先由硬度仅次于金刚石的B4C磨粒进行抛光，其溶液构成为粒径为500nm的B4C 7g、30nm的Al2O3 3g、P25的TiO2分别溶于500ml去离子水中。其中B4C为主磨料，Al2O3为辅助磨粒，TiO2为光催化磨粒。
其次将B4C磨粒去除，使Al2O3为主磨粒，TiO2为光催化磨粒兼辅助磨料。
最后将Al2O3磨粒去除，只留硬度较低的TiO2作为抛光磨粒。
本实例中的氧化剂还可以采用0.66mol/L的H2O2溶液，催化剂由50ml磷酸标准液溶于200ml去离子水构成。
首先由硬度仅次于金刚石的B4C磨粒进行抛光，其溶液构成为粒径为500nm的B4C7g、30nm的Al2O3 3g、P25的TiO2分别溶于500ml去离子水中。其中B4C为主磨料，Al2O3为辅助磨粒，TiO2为光催化磨粒。
其次将B4C磨粒去除，使Al2O3为主磨粒，TiO2为光催化磨粒兼辅助磨料。
最后将Al2O3磨粒去除，只留硬度较低的TiO2作为抛光磨粒。
经过2h的抛光，在H2O2的作用下，金刚石晶片表面粗糙度会由Ra0.005至Ra0.003快速下降到Ra0.001至Ra0.0005，此时的材料去除率可达150～200nm/h。
本实施例中光催化去除机理是：抛光工艺中，含有氧化作用的抛光液由中空主轴316送至金刚石晶片上，通过设置在紫外线屏蔽罩311内的紫外线灯头310，进而通过紫外线照射使TiO2颗粒表面生成光生电子/空穴对，利用空穴将水分解生成强氧化性的羟基自由基·OH降解有机物。进而使得金刚石表面产生软化层，再通过抛光液中的Al2O3、B4C较软磨料实现机械去除，从而得到表面粗糙度为Ra0.001至Ra0.0005的平坦表面。
待金刚石晶片的磨削与抛光加工完成后，提升Z轴进给装置1至上限位，关闭主轴旋转、抛光盘组件4、X轴往复装置2，使用去离子水冲洗金刚石晶片后，关闭多孔陶瓷吸盘401供气系统，取出加工好的金刚石晶片，设备将自动回归零位等待下一次加工。
本实施例中的装置及方法能够有效提高金刚石晶片的磨削抛光效率，优化了传统设备不适用金刚石晶片加工的技术问题，实现了对金刚石晶片快速平坦化的加工，进而提高了金刚石晶片的加工精度。
本实施例还提供了一种用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法所用的装置，如图2、图3、图4和图5所示，包括：底座支架；大理石平台6，设置于底座支架的上方，并与底座相连接；废液池7，设置于大理石平台6的上方，并与大理石平台6相连接；抛光盘组件4，设置于大理石平台6的上方，并与大理石平台6相连接；龙门架，设置于大理石平台6上方的一侧，并与废液池7相邻设置，且与大理石平台6相连接；X轴往复装置2，设置于龙门架上方，并与龙门架相连接；Z轴进给装置1，设置于X轴往复装置2的上方，并与X轴往复装置2相连接；中空旋转主轴组件3，设置于Z轴进给装置1的侧面，并与Z轴进给装置1相连接；人机交互与控制模块8，设置于龙门架的上方，并与龙门架相连接，且与X轴往复装置2、Z轴进给装置1均电连接；抛光垫组件，设置于中空旋转主轴组件3的底部，并与中空旋转主轴组件3相连接。
本实施例中的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法所用的装置由Z轴进给装置1、X轴往复装置2、中空旋转主轴组件3、抛光盘组件4、大理石平台6、废液池7和人机交互与控制模块8组成。其中，X轴往复装置2通过螺栓固定在大理石平台6的龙门架横梁上以实现砂轮的横向进给；Z轴进给装置1安装于X轴往复装置2的运动平台上，进而实现砂轮的升降运动。中空旋转主轴组件3通过螺栓竖直安装于Z轴进给装置1的运动平台上。大理石平台6上加工有阶梯孔抛光盘组件4通过底部螺栓安装于阶梯孔底部，本实施例的废液池7为抗腐蚀一体式废液池7，该废液池7由长螺栓直接固定在大理石平台6台面上，并通过抛光液回流管9进行废液回收。人机交互与控制模块8通过安装于大理石平台6龙门架顶部的悬臂支架固定在大理石平台6上。金刚石晶片由抛光盘组件4中的多孔陶瓷吸盘401吸附在抛光盘组件4顶部，并与砂轮、抛光垫308接触。这样设置就实现了对金刚石晶片在Z轴和X轴方向的运动，使得金刚石晶片的磨削与抛光精度得以提升，同时保证了废液的可回收，并且通过设置人机交互与控制模块8使得金刚石晶片的磨削与抛光实现自动化控制，提升了金刚石晶片的磨削与抛光效率。
在一种可能的实施例中，如图2和图3所示，中空旋转主轴组件3包括：机架301，设置于Z轴进给装置1的侧面，并与Z轴进给装置1相连接；中空主轴316，设置于机架301的一侧，并与机架301相连接；旋转外壳端盖302，设置于旋转外壳314上方，并与旋转外壳314相连接；轴承固定端盖304，设置于旋转外壳端盖302的下方，并与旋转外壳端盖302相连接；双列角接触球轴承303，设置于旋转外壳端盖302的下方，并与旋转外壳端盖302相连接；旋转外壳314，设置于双列角接触球轴承303的外侧，并与双列角接触球轴承303相连接；无框电机，设置于中空主轴316与旋转外壳314之间，并与中空主轴316相连接；主轴端盖313，设置于中空主轴316的底部，并与中空主轴316相连接；置物盘312，设置于主轴端盖313的底部，并与主轴端盖313相连接；抛光液滴液管307，设置于置物盘312的下端，并与置物盘312相连接。
示例性地，中空旋转主轴组件3由T型机架301、旋转外壳端盖302、非标双列角接触球轴承303、轴承固定端盖304、电机外转子305、电机内定子306、抛光液滴液管307、抛光垫基座309、抛光垫308、紫外线灯头310、紫外线屏蔽罩311、置物盘312、主轴端盖313、旋转外壳314、同轴散热风扇315、中空主轴316构成。T型机架301通过螺栓与Z轴进给装置1连接，中空主轴316由圆螺母固定在上的T型机架301上。两个非标双列角接触球轴承303由轴承固定端盖304通过六颗螺栓分别压装在旋转外壳端盖302及旋转外壳314上。电机内定子306由其原装压装盘安装在中空主轴316上，与之组成的电机外转子305采用过盈配合的方式安装于旋转外壳314上以驱动中空旋转主轴组件3做旋转运动。紫外线屏蔽罩311通过螺栓与旋转外壳314同轴连接，抛光垫基座309通过螺栓安装于紫外线屏蔽罩311底部用于更换抛光垫308。主轴端盖313由六颗固定螺栓安装于中空主轴316底部，以将固定在的旋转外壳314上的非标双列角接触球轴承303内圈固定在中空主轴316上，置物盘312通过螺栓连接在主轴端盖313底部，抛光液滴液管307、紫外线灯头310通过尼龙扎带固定在置物盘312下端。中空主轴316为内径为50～200mm的中空结构，中空主轴316为紫外线屏蔽腔内的紫外线光源、抛光液供液、主轴供气提供了走线空间，砂轮安装座内侧安装有屏蔽罩。
示例性地，本实施例的金刚石磨削与抛光一体化装置在中空主轴316内部挂载同轴散热风扇315，当中空主轴316运转时气体由上部端盖散热孔进入，由侧面出气孔排出。中空主轴316内部气体由上部吸入，侧方排出，一方面可以将电机热量带出内部，另一方面可以杜绝氧化性气体透过回转密封件进入中空主轴316的空腔内部，进而避免了因设备持续工作产生热量累积导致部件损坏。
示例性地，中空旋转主轴转速为20～1500r/min，直驱式旋转电机406转速20～2000r/min，可对抛光盘施加0～600N抛光压力。
在一种可能的实施例中，如图2和图3所示，中空旋转主轴组件3还包括：紫外灯头，设置于置物盘312的下端，并与置物盘312相连接；紫外线屏蔽罩311，设置于旋转外壳314的下方，并与旋转外壳314相连接。
示例性地，在装置使用的过程中，通过采用紫外光催化的氧化作用实现金刚石的化学机械去除，提升室温条件下的化学机械抛光效率，避免因热化学机械抛光中氧化试剂大量挥发造成的设备和人体危害。并且紫外线灯头310及抛光液供液管穿入紫外线屏蔽罩311内，紫外线屏蔽罩311的空腔也为的抛光液供液和紫外线灯头310的安装提供了操作空间。
在一种可能的实施例中，如图2和图3所示，抛光垫308组件还包括：抛光垫基座309，设置于紫外线屏蔽罩311的下方，并与抛光垫基座309相连接；抛光垫308，设置于抛光垫基座309的底部，并与抛光垫基座309相连接。
示例性地，抛光垫基座309通过螺栓安装于紫外线屏蔽罩311底部，用于更换抛光垫308。
在一种可能的实施例中，如图2、图4和图5所示，抛光盘组件4包括：基座，设置于大理石平台6的上方，并与大理石平台6相连接；直驱式旋转电机406，设置于基座的上方，并与基座相连接；抛光盘旋转底盘404，设置于直驱式旋转电机406的上方，并与直驱式旋转电机406相连接；圆柱导轨403，设置于抛光盘旋转底盘404的上方，并与抛光盘旋转底盘404相连接；浮动盘402，设置于圆柱导轨403的上方，并与圆柱导轨403相连接，进而通过圆柱导轨403限制浮动盘402的运动；磁浮支柱410，设置于浮动盘402的底部，并与浮动盘402相连接，进而为浮动盘402提供磁浮力；多孔陶瓷吸盘401，设置于浮动盘402的上方，并与浮动盘402相连接；供气管407，穿设于直驱式旋转电机406、浮动盘402的内部，并与多孔陶瓷吸盘401相连接；高速气滑环411，套设在供气管407的靠近多孔陶瓷吸盘401的端部，并与供气管407相连接。
示例性地，抛光盘组件4包括基座、多孔陶瓷吸盘401、浮动盘402、圆柱导轨403、抛光盘旋转底盘404、直驱式旋转电机406、多孔陶瓷吸盘401供气管407、磁浮支柱410、供气管407和高速气滑环411。多孔陶瓷吸盘401由六颗尼龙螺栓同心安装于浮动盘402上，由位于旋转中心的高速气滑环411、多孔陶瓷吸盘401供气管407提供负压气源。安装于浮动盘402的底部的均布地四个圆柱导轨403与安装于抛光盘旋转底盘404的直线轴承相配合，安装于浮动盘402底端的八个磁浮支柱410安装钕磁铁为浮动盘402提供磁浮力，进而实现约束浮动盘402的运动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，该方法的具体步骤包括：
S1：利用中空旋转主轴组件上的多孔陶瓷基金刚石砂轮，结合X轴往复装置和Z轴进给装置，进而对吸附在抛光盘组件顶部的金刚石晶片进行粗磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.05至Ra0.03；
S2：将中空旋转主轴组件上的多孔陶瓷基金刚石砂轮更换为树脂基金刚石砂轮，进而对金刚石晶片进行第一次精磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.01至Ra0.005；
S3：将中空旋转主轴组件上的树脂基金刚石砂轮更换为化学反应砂轮，进而对金刚石晶片进行第二次精磨削，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.005至Ra0.003，进而完成对金刚石晶片的磨削；
S4：人机交互与控制模块控制Z轴进给装置提升中空旋转主轴组件，将化学反应砂轮更换为抛光垫组件，在中空旋转主轴组件内的抛光液滴液管添加金刚石磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行粗抛光，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.002至Ra0.001；
S5：将抛光液滴液管内的金刚石磨料抛光液更换为氧化铝磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行第一次精抛光，将金刚石晶片表面粗糙度降为Ra0.001至Ra0.0005；
S6：将抛光液滴液管内的氧化铝磨料抛光液更换为二氧化钛磨料抛光液，进而对金刚石晶片进行第二次精抛光，去除金刚石晶片表面残留的划痕和吸附物，进而得到金刚石晶片；
所述用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法所用的装置，包括：
底座支架；
大理石平台，设置于所述底座支架的上方，并与所述底座支架相连接；
废液池，设置于所述大理石平台的上方，并与所述大理石平台相连接；
抛光盘组件，设置于所述大理石平台的上方，并与所述大理石平台相连接；
龙门架，设置于所述大理石平台上方的一侧，并与所述废液池相邻设置，且与所述大理石平台相连接；
X轴往复装置，设置于所述龙门架上方，并与所述龙门架相连接；
Z轴进给装置，设置于所述X轴往复装置的上方，并与所述X轴往复装置相连接；
中空旋转主轴组件，设置于所述Z轴进给装置的侧面，并与所述Z轴进给装置相连接；
人机交互与控制模块，设置于所述龙门架的上方，并与所述龙门架相连接，且与所述X轴往复装置、所述Z轴进给装置均电连接；
抛光垫组件，设置于所述中空旋转主轴组件的底部，并与所述中空旋转主轴组件相连接；
所述中空旋转主轴组件包括：
机架，设置于所述Z轴进给装置的侧面，并与所述Z轴进给装置相连接；
中空主轴，设置于所述机架的一侧，并与所述机架相连接；
旋转外壳端盖，设置于旋转外壳上方，并与旋转外壳相连接；
轴承固定端盖，设置于所述旋转外壳端盖的下方，并与所述旋转外壳端盖相连接；
双列角接触球轴承，设置于所述旋转外壳端盖的下方，并与所述旋转外壳端盖相连接；
旋转外壳，设置于所述双列角接触球轴承的外侧，并与所述双列角接触球轴承相连接；
无框电机，设置于所述中空主轴与所述旋转外壳之间，并与所述中空主轴相连接；
主轴端盖，设置于所述中空主轴的底部，并与所述中空主轴相连接；
置物盘，设置于所述主轴端盖的底部，并与所述主轴端盖相连接；
抛光液滴液管，设置于所述置物盘的下端，并与所述置物盘相连接。
2.根据权利要求1所述的金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，在步骤S4中，所述金刚石磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及金刚石磨粒溶液；
在步骤S5中，所述氧化铝磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及氧化铝磨粒溶液；
在步骤S6中，所述二氧化钛磨料抛光液包括氧化剂、催化剂、酸碱调节剂及二氧化钛磨粒溶液。
3.根据权利要求2所述的金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，所述氧化剂包括K2FeO4溶液或H2O2溶液中的任一种。
4.根据权利要求2所述的金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，所述催化剂为FeSO4溶液。
5.根据权利要求2所述的金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，所述酸碱调节剂为磷酸标准液。
6.根据权利要求1所述的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，所述中空旋转主轴组件还包括：
紫外灯头，设置于所述置物盘的下端，并与所述置物盘相连接；
紫外线屏蔽罩，设置于所述旋转外壳的下方，并与所述旋转外壳相连接。
7.根据权利要求6所述的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，所述抛光垫组件还包括：
抛光垫基座，设置于所述紫外线屏蔽罩的下方，并与所述紫外线屏蔽罩相连接；
抛光垫，设置于所述抛光垫基座的底部，并与所述抛光垫基座相连接。
8.根据权利要求1所述的用于金刚石晶片的磨削抛光一体化方法，其特征在于，所述抛光盘组件包括：
基座，设置于所述大理石平台的上方，并与所述大理石平台相连接；
直驱式旋转电机，设置于所述基座的上方，并与所述基座相连接；
抛光盘旋转底盘，设置于所述直驱式旋转电机的上方，并与所述直驱式旋转电机相连接；
圆柱导轨，设置于所述抛光盘旋转底盘的上方，并与所述抛光盘旋转底盘相连接；
浮动盘，设置于所述圆柱导轨的上方，并与所述圆柱导轨相连接，进而通过所述圆柱导轨限制所述浮动盘的运动；
磁浮支柱，设置于所述浮动盘的底部，并与所述浮动盘相连接，进而为所述浮动盘提供磁浮力；
多孔陶瓷吸盘，设置于所述浮动盘的上方，并与所述浮动盘相连接；
供气管，穿设于所述直驱式旋转电机、所述浮动盘的内部，并与所述多孔陶瓷吸盘相连接；
高速气滑环，套设在所述供气管的靠近所述多孔陶瓷吸盘的端部，并与所述供气管相连接。
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