CN113290501A

CN113290501A - 一种金刚石晶片复合抛光加工方法及装置

Info

Publication number: CN113290501A
Application number: CN202110662117.6A
Authority: CN
Inventors: 路家斌; 王新汉; 熊强; 邓家云; 阎秋生; 刘文涛
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2021-08-24

Abstract

本发明涉及化学机械抛光加工技术领域，公开了一种金刚石晶片复合抛光加工方法，包括如下步骤：步骤一：配置芬顿反应液和光催化反应液；步骤二：采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液和光催化反应液；步骤三：将金刚石工件安装在抛光加工装置的工件盘上，并使抛光加工装置的抛光垫与金刚石工件接触，然后输送经过步骤二中经过紫外光照射的芬顿反应液和光催化反应液到抛光垫上；步骤四：使抛光垫与金刚石作相对旋转运动进行抛光，步骤二产生的大量的羟基自由基·OH，加快抛光加工过程中磨粒对工件表面材料的去除，能够有效地提高金刚石晶片抛光效率，并提高表面质量。本发明还提供一种实现上述方法的抛光加工装置。

Description

一种金刚石晶片复合抛光加工方法及装置

技术领域

本发明涉及化学机械抛光加工技术领域，特别是涉及一种金刚石晶片复合抛光加工方法及装置。

背景技术

半导体材料技术的发展经历了硅、砷化镓、碳化硅和氮化镓三代材料体系，目前正处于第三代材料的发展期。单晶金刚石是半导体技术领域升级换代的发展方向，也是未来支撑以智能化为特征的产业升级和高新技术产业发展的战略性电子信息材料。单晶金刚石具有良好的力学性能，其摩擦系数极低(0.08～0.1)，天然状态的硬度最高(100GPa)，并且具有耐磨性好、化学稳定性良好、导热系数高(2×103W/(mK))、电阻大(>1013Ω·cm)、透射率高等优点。金刚石不仅具有极低的介电常数，而且其禁带宽、载流子迁移率高、热导高、击穿电压高，金刚石掺杂适量的硼原子可半导体化，这使其成为优异的半导体材料，如金刚石半导体可以在600℃的高温下进行工作，工作频率可达到81GHz，可应用于微波、毫米波段超高速计算机芯片等领域，被认为是未来理想的半导体衬底材料。

虽然金刚石拥有优异的性能，但是金刚石的高硬度、高脆性、高化学稳定性等特性，使其成为极难加工的材料。单晶金刚石的各项异性会导致沿不同的方向进行抛光时，材料去除率和表面质量有很大的差异。传统的机械抛光加工效率低且易产生加工损伤，会造成金刚石工件的表面损伤和亚表面损伤，抛光过程中的机械冲击会导致抛光表面形成凹坑、亚表面裂纹和晶格损伤。化学机械抛在单晶硅等半导体材料应用广泛和成熟，因此在金刚石的加工上有一定的借鉴作用。化学机械抛光法是一种超精密抛光的加工方法，利用氧化剂提高抛光速率。

中国发明专利申请CN112809458A(公开日为2021年05月18日)公开了一种碳化硅晶片及其加工方法，碳化硅晶片的加工方法包括：将清洗分类后的碳化硅晶片进行双面粗磨；将经过双面粗磨后的碳化硅晶片进行双面精磨；将经过双面精磨后的碳化硅晶片进行催化剂辅助化学机械抛光；其中，抛光液为采用第一研磨颗粒、第一分散剂、氧化剂、催化剂、PH调节剂及去离子水形成的酸性胶体；所述研磨颗粒、分散剂、氧化剂、催化剂、PH调节剂及去离子水的质量占比为5～15；2～5；10～20；3～5；5～10；45～75。该专利化学机械抛光采用的抛光液为为采用第一研磨颗粒、第一分散剂、氧化剂、催化剂、PH调节剂及去离子水形成的酸性胶体，催化剂为氧化铁、四氧化三铁和氧化亚铁中的至少一种，用芬顿反应对碳化硅晶片的表面进行氧化处理，试剂是Fe²⁺和H₂O₂的组合，在Fe²⁺的催化作用下，H₂O₂的分解活化能较低，产生大量的中间态活性物种羟基自由基·OH，进而氧化碳化硅晶片表面，生成氧化硅软质层，便于研磨颗粒的机械侵蚀。但是，金刚石的硬度大于碳化硅的硬度，现有的芬顿反应液产生的羟基自由基·OH有限，对金刚石晶片表面产生氧化作用有限，导致抛光效率仍然较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种加快抛光加工过程中磨粒对工件表面材料的去除的金刚石晶片复合抛光加工方法及装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种金刚石晶片复合抛光加工方法，包括如下步骤：

步骤一：配置芬顿反应液；

步骤二：采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液；

步骤三：将金刚石工件安装在抛光加工装置的工件盘上，并使抛光加工装置的抛光垫与金刚石工件接触，然后输送经过步骤二中经过紫外光照射的芬顿反应液到抛光垫上；

步骤四：使抛光垫与金刚石作相对旋转运动进行抛光。

作为优选方案，在步骤一中，还包括配置光催化反应液；在步骤二中，采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液和光催化反应液；；在步骤三中，将芬顿反应液和光催化反应均输送到抛光垫上。

作为优选方案，所述芬顿反应液由第一基液、第一磨粒、芬顿反应催化剂、H₂O₂和去离子水混合而成。

作为优选方案，所述光催化反应液由第二基液、第二磨粒、光催化剂、电子捕捉剂和pH调节剂混合而成。

作为优选方案，在步骤二中，紫外光光照强度可选为500mW/cm²-1500mW/cm²。

本发明还提供一种金刚石晶片复合抛光加工装置，包括：

工件盘运动组件，所述工件盘运动组件用于装载工件并带动工件旋转；

抛光盘运动组件，所述抛光盘运动组件包括抛光垫和抛光盘，所述抛光垫装载在所述抛光盘；

抛光液供应***，所述抛光液供应***包括抛光液制备装置和输送所述抛光液制备装置内的液体到所述抛光盘上的输送装置；

紫外光发生装置，所述紫外光发生装置用于产生紫外光并照射在所述抛光液制备装置上。

作为优选方案，所述工件盘运动组件包括工件盘、连接法兰、工件盘驱动主轴、工件盘驱动器和偏摆机构，所述工件盘用于装载工件，所述工件盘通过所述连接法兰与所述工件盘驱动主轴连接，所述工件盘驱动器与所述工件盘驱动主轴连接以带动所述工件盘驱动主轴转动；

所述偏摆机构包括偏摆杆和偏摆滑块，所述偏摆杆与所述抛光盘平行，所述工件盘驱动器连接在所述偏摆滑块上，所述偏摆滑块可移动地连接在所述偏摆杆上。

作为优选方案，所述工件盘运动组件还包括压力气缸，所述压力气缸连接在所述偏摆滑块上，所述工件盘驱动器连接在所述压力气缸的输出端上。

作为优选方案，所述抛光液供应***还包括搅拌器，所述搅拌器设置于所述抛光液制备装置上。

作为优选方案，所述紫外光发生装置包括紫外光发生器、光纤、紫外光发射头和支架，所述紫外光发生器用于产生紫外光，所述紫外光发生器通过所述光纤与所述紫外光发射头连接，所述紫外光发射头设有复眼透镜，所述紫外光发射头可沿靠近或远离所述容器的方向移动地连接在所述支架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过采用紫外光照射芬顿反应液，在紫外光的照射下，能够加速H₂O₂溶液的分解，额外产生的羟基自由基·OH，增加了芬顿反应体系的羟基自由基·OH浓度；另一方面加快Fe³⁺还原为Fe²⁺的速度，促进了芬顿反应的进行，产生更多的羟基自由基·OH，同时提高芬顿反应中Fe²⁺和Fe³⁺之间的转换速率，使在抛光时，在同样的用量下具有更高的羟基自由基·OH来与工件进行氧化反应，加快抛光加工过程中磨粒对工件表面材料的去除，能够有效地提高金刚石晶片抛光效率，并提高表面质量。

附图说明

图1是本发明实施例一的金刚石晶片复合抛光加工方法的流程图。

图2是本发明实施例一的光照芬顿反应液与不光照芬顿反应液时·OH生成浓度对比图。

图3是本发明实施例二的金刚石晶片复合抛光加工方法的流程图。

图4是本发明实施例二光照芬顿反应液和光催化剂和不光照芬顿反应液和光催化剂时的·OH生成浓度对比图。

图5是H₂O₂、光照(UV)+H₂O₂、芬顿(Fenton)、光照(UV)+芬顿(Fenton)、TiO₂+H₂O₂、光照(UV)+TiO₂+H₂O₂、TiO₂+芬顿(Fenton)、光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)八种溶液中·OH溶度随反应时间的变化图。

图6是光照+TiO₂+H₂O₂溶液的总铁离子、Fe²⁺离子以及芬顿反应液的总铁离子、Fe²⁺离子随反应时间的变化图。

图7是采用H₂O₂、光照(UV)+H₂O₂、芬顿(Fenton)、光照(UV)+芬顿(Fenton)、TiO₂+H₂O₂、光照(UV)+TiO₂+H₂O₂、TiO₂+芬顿(Fenton)、光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)八种溶液作为抛光液时的材料去除率图。

图8是采用H₂O₂、光照(UV)+H₂O₂、芬顿(Fenton)、光照(UV)+芬顿(Fenton)、TiO₂+H₂O₂、光照(UV)+TiO₂+H₂O₂、TiO₂+芬顿(Fenton)、光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)八种溶液作为抛光液时的表面粗糙度图。

图9是本发明实施例三的金刚石晶片复合抛光加工装置的结构示意图。

图中，100-工件；

200-机架；

300-紫外光发生装置；310-紫外光发生器、320-光纤；330-紫外光发射头；340-支架；

400-工件盘运动组件；410-偏摆驱动器；420-偏摆杆；430-偏摆滑块；440-压力气缸；450-工件盘驱动器；460-工件盘驱动主轴；470-连接法兰；480-工件盘；

500-抛光盘运动组件；510-抛光垫；520-抛光盘；530-抛光盘驱动主轴；540-抛光盘驱动主轴带轮；550-皮带；560-抛光盘驱动器带轮；570-抛光盘驱动器；

600-抛光液供应***；610-抛光液制备装置；611-光催化反应容器；612-光催化反应液；613-芬顿反应容器；614-芬顿反应液；620-搅拌器；630-蠕动泵；640-液体管道；

700-控制面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”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，本发明优选实施例的一种金刚石晶片复合抛光加工方法，包括如下步骤：

步骤一：配置芬顿反应液；

步骤二：采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液；

步骤四：使抛光垫与金刚石作相对旋转运动进行抛光。

芬顿反应是一种过氧化氢与亚铁离子结合形成具有强氧化性的反应体系。过氧化氢在催化剂亚铁盐的作用下，能生成羟基自由基(·OH)，该羟基自由基比其他氧化剂具有更高的氧化电极电位(E＝2.8V)，在常用氧化剂中仅次于氟(E＝2.87V)。其化学反应过程如下：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

3C+4·OH+O₂→2CO↑+2H₂O+CO₂↑

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+H⁺+·OOH

本实施例采用紫外光照射后，反应过程如下：

H₂O₂+hv→2·OH

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

Fe³⁺+H₂O₂→Fe(OH)²⁺+H⁺

Fe(OH)²⁺+hv→Fe²⁺+·OH

Fe³⁺+H₂O₂+hv→Fe²⁺+H⁺+·OH

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+HO₂·+H⁺

因此，本实施例通过采用紫外光照射芬顿反应液，在紫外光的照射下，能够加速H₂O₂溶液的分解，额外产生的羟基自由基·OH，增加了芬顿反应体系的羟基自由基·OH浓度，另一方面加快Fe³⁺还原为Fe²⁺的速度，促进了芬顿反应的进行，产生更多的羟基自由基·OH，同时提高芬顿反应中Fe²⁺和Fe³⁺之间的转换速率，产生了较多的羟基自由基·OH，使在抛光时，在同样的用量下具有更高浓度的羟基自由基·OH来与工件进行氧化反应，降低工件表面的硬度，在受到抛光垫摩擦时更容易去除，加快抛光加工过程中磨粒对工件表面材料的去除，能够有效地提高金刚石晶片抛光效率，并提高表面质量。

本实施例将不经过光照的芬顿反应液和经过光照的芬顿反应液分别加入甲基橙溶液，验证结果为光照过的芬顿反应液的甲基橙溶液透光度上升较快。且不经过光照的芬顿反应液和经过光照的芬顿反应液的·OH生成浓度对比，如图2所示。因此，经过光照的芬顿反应液产生的·OH多于不经过光照的芬顿反应液，可提高金刚石晶片的抛光的材料去除率和抛光效率。

在本实施例中，芬顿反应液由第一基液、第一磨粒、芬顿反应催化剂、H₂O₂和去离子水混合而成。可选地，第一基液可采用去离子水，也可以使用硅油、矿物油等溶剂作为基液；第一磨粒采用粒径为1μm-5μm的磨料，磨料的种类可为金刚石、碳化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化铈等材料；芬顿反应催化剂采用粒径为1μm-5μm的试剂，可以选择Fe₃O₄、FeO等能电离大量亚铁离子的催化剂，也可选择用含铁催化剂或含三价铁离子催化剂代替亚铁盐形成类芬顿反应，类芬顿催化剂能够微电解出亚铁离子，过氧化氢在催化剂亚铁离子的作用下，能生成羟基自由基(·OH)。在本实施中，磨料浓度为10wt％、H₂O₂浓度为5wt％、Fe₃O₄浓度为2wt％。

本实施例的光催化反应液由第二基液、第二磨粒、光催化剂、电子捕捉剂和pH调节剂混合而成。可选地，第二磨粒采用粒径为1μm-5μm的磨料；光催化剂采用粒径为10nm-100nm的试剂，可为TiO₂、氧化锌、氧化铈等材料；pH调节剂采用盐酸和氢氧化钠。电子捕捉剂用于捕捉光催化反应中被激发跃迁到导带上的自由电子，促进·OH的生成。在本实施例中，磨料浓度为10wt％、H₂O₂浓度为5wt％、TiO₂浓度4g/L。另外，在酸性条件下H₂O₂溶液更加稳定，光催化效果较好。pH值一般范围为2～5，最佳效果为3。

在步骤二中，开启紫外光发生装置，按照预设值设置紫外光的波长为和光照强度，紫外光通过光纤引导紫外光发射头内，再通过紫外光发射头内的复眼透镜发出，形成紫外光斑。调整紫外光发射头的位置，使得紫外光光斑照射在芬顿反应液上，产生大量(·OH)。通过紫外光发射头可以将紫外光照射在盛放芬顿反应液的容器的液面上，也直接照射被芬顿反应液浇淋的抛光垫上，以便反应后的产物能够直接对金刚石工件发生氧化作用。本实施例将芬顿反应液输送到抛光垫上，可利用抛光垫的分散作用将抛光液均匀分散在工件表面。

在步骤二中，紫外光光照强度可选为500mW/cm²-1500 mW/cm²。另外，在上述抛光参数中，抛光压力大小可在0.01MPa-0.05MPa，抛光压力过小时，磨料对晶片表面的切入深度过小，金刚石工件材料的去除率小、抛光效率低；抛光压力过大会导致金刚石工件表面质量降低，甚至会造成工件破碎。上述抛光垫使用的主要目的是使抛光液分散于整个工件的表面，并且去除抛光后的反应生成物。为提高抛光效率可选用硬度较高的聚氨酯抛光垫，除此之外，为了减少抛光过程中表面的损伤，可选择毛毡垫作为抛光垫，毛毡垫能够较好的吸收抛光液，提供更快的抛光液更新速率。此外，工件盘与抛光垫的转速可设置为40rpm-80rpm,工件盘与抛光垫的转速大小对金刚石工件的表面质量有影响，过大或者过小都会导致抛光质量变差。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于，在步骤一中，还包括配置光催化反应液；在步骤二中，采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液和光催化反应液；在步骤三中，将芬顿反应液和光催化反应液均输送到抛光垫上。因此，本实施例的抛光液采用芬顿反应液和光催化反应液两种，并都经过紫外光照射。

在本实施例中，由于芬顿反应和光催化反应产生羟基自由基的速率非常快，因此还可分别将芬顿反应液和光催化反应液先输送到抛光垫上，再用紫外光照射抛光垫，使抛光垫上的芬顿反应液和光催化反应液受到紫外光照射发生反应。另外，应当指出的是，芬顿反应液和光催化反应液可分别经过紫外光照射后再混合形成混合液输送到抛光垫上；或者，将芬顿反应液和光催化反应液先混合，进行紫外光照射后再输送到抛光垫上。

光催化反应是指纳米TiO₂颗粒受到低于387.5nm波长的紫外光的照射之后，处于该价带中的电子被激发而跃迁到导带上面形成自由电子，同时在该价带上形成带正电的空穴，带正电的空穴可以和吸附在TiO₂颗粒表面的H₂O₂分子和氢氧根离子(OH^-)发生氧化反应，生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)氧化还原电位为(2.76eV)，自由电子也能够和H₂O₂、O₂等分子反应生成·OH和氧自由基·O₂(氧化还原电位为2.07eV)等活性自由基。光催化反应过程如下：

TiO₂+hv→h⁺+e^-

H₂O₂+e^-→2·OH

h⁺+H₂O→H⁺+·OH

H₂O₂+hv→H₂O+O₂

e^-+O₂→·O₂

H₂O₂+·O₂→H⁺+·OH+O₂

在本实施中，光催化反应液和芬顿试剂混合作为抛光液，反应过程为：

TiO₂+hv→e^－+h⁺

Fe³⁺+e^－→Fe²⁺

h⁺+H₂O→H⁺+·OH

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

H⁺+OH^-→H₂O

其反应原理为光照TiO₂光催化剂激发出大量的e^－，而芬顿反应的产物Fe³⁺得到电子后生成Fe²⁺，再促进芬顿反应的进行，带正电的空穴h⁺能够与水反正产生大量的H⁺和·OH，而H⁺又能够与芬顿反应产物OH^-反应生成H₂O。根据化学平衡移动原理，上述反应的进行又能够促进光催化反应的进行。因此，混合溶液产生的·OH的浓度要远远高于单独光催化反应和单独芬顿反应的总和，如图4所示。

羟基自由基生成速率越快，溶液中·OH浓度越高，使得反应溶液的氧化性越高，氧化还原电位ORP值越高。通过对八种溶液的·OH浓度进行测量，得到如图5所示的实验结果。在图5中，a线为H2O2溶液中·OH溶度；b线为光照(UV)+H₂O₂，即是通过紫外光照射H₂O₂溶液中·OH溶度；c线为芬顿(Fenton)，即是不经过光照的芬顿反应液的·OH溶度；d线为光照(UV)+芬顿(Fenton)，即是经过光照的芬顿反应液的·OH溶度；e线为TiO₂+H₂O₂，即是不经过光照的TiO₂和H₂O₂的混合液的·OH溶度；f线为光照(UV)+TiO₂+H₂O₂，即是经过光照的TiO₂和H₂O₂的混合液的·OH溶度；g线为TiO₂+芬顿(Fenton)，即是不经过光照的TiO₂溶液和芬顿反应液的混合液的·OH溶度；h线为光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)，即是经过光照的TiO₂溶液和芬顿反应液混合的·OH溶度。从图5中可以看出，本实施例的光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)的氧化还原电位上升速度最快，电位最高，因此溶液中·OH浓度最高。

另外，将光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)溶液、芬顿(Fenton)反应液和光照(UV)+TiO₂+H₂O₂溶液三种溶液分别加入甲基橙溶液中，30分钟后，光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)溶液的透光度是芬顿(Fenton)反应液的5倍、光照(UV)+TiO₂+H₂O₂溶液的1.38倍，并且·OH溶度比后两者叠加和提高了11.4％。在紫外光和芬顿反应单独作用的基础上，将两者进行复合，反应速率不仅仅是两者的简单叠加，紫外光催化还可以促进芬顿反应过程中Fe³⁺向Fe²⁺的转化，进一步提高化学反应速率，增加溶液中羟基自由基的浓度。

并且，经过对光照+TiO₂+H₂O₂溶液和芬顿反应液两种溶液的的总铁离子、Fe²⁺离子进行测量，可得到如图6所示的结果。因此，在相同时间内Fenton和UV+TiO₂+Fenton反应体系的总铁离子几乎相同，说明两种条件下Fe₃O₄的溶解电离速度相同，即相同时间内电离出的Fe²⁺和Fe³⁺的总量相同。芬顿复合光催化后，反应过程各个时间段的亚铁离子增加了15％～25％，说明紫外光催化可促进芬顿反应过程中Fe³⁺向Fe²⁺的转化，进而提高羟基自由基的生成速率。

将采用H₂O₂、光照(UV)+H₂O₂、芬顿(Fenton)、光照(UV)+芬顿(Fenton)、TiO₂+H₂O₂、光照(UV)+TiO₂+H₂O₂、TiO₂+芬顿(Fenton)、光照(UV)+TiO₂+芬顿(Fenton)八种溶液作为抛光液对工件进行加工后，得到工件的材料去除率如图7所示，得到工件的表面粗糙度如图8所示。可知，本实施例采用紫外光照射芬顿反应液和光催化反应液的混合溶液作为抛光液的抛光效果最好。

本实施例的其他步骤与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

如图9所示，本实施例还提供了一种金刚石晶片复合抛光加工装置包括：

工件盘运动组件400，工件盘运动组件400用于装载工件100并带动工件100旋转；抛光盘运动组件500，抛光盘组件500包括抛光垫510和抛光盘520，抛光垫510可转动地连接在抛光盘520；抛光液供应***600，抛光液供应***600包括抛光液制备装置610和输送抛光液制备装置610内的液体到抛光盘520上的输送装置；紫外光发生装置300，紫外光发生装置300用于产生紫外光并照射在抛光液制备装置610上。本实施例通过抛光液制备装置610制备芬顿反应液，通过紫外光发生装置300产生紫外光照射芬顿反应液，使芬顿反应液产生大量羟基自由基·OH与工件进行氧化反应，加快抛光加工过程中磨粒对工件表面材料的去除，能够有效地提高金刚石晶片抛光效率，并提高表面质量。本实施例的工件盘运动组件400、抛光盘运动组件500、抛光液供应***600和紫外光发生装置300均设置在机架100上，有利于设备的整体性。

在本实施中，工件盘运动组件400包括工件盘480、连接法兰470、工件盘驱动主轴460、工件盘驱动器450和偏摆机构，工件盘480用于装载工件100，工件盘480通过连接法兰470与工件盘驱动主轴460连接，工件盘驱动器450与工件盘驱动主轴460连接以带动工件盘驱动主轴460转动；偏摆机构包括偏摆杆420和偏摆滑块430，偏摆杆420与抛光盘520平行，工件盘驱动器450连接在偏摆滑块430上，偏摆滑块430可移动地连接在偏摆杆420上，使工件盘480可左右移动实现工件100的偏摆。另外，本实施例的偏摆杆420为丝杆，工件盘运动组件400还包括偏摆驱动器400，偏摆驱动器400为电机，偏摆驱动器400的输出端偏摆杆420连接以带动偏摆杆420转动，实现偏摆滑块430在偏摆杆420的移动。丝杆传动装置采用旋转伺服电机与滚珠丝杠的传动模式，具有高精度的特点，可以精确控制工件盘的水平移动。也可采用直线电机与导轨的相互配合的方法，这种方法有较好的速度控制能力与传动精度。此外，工件盘运动组件400还包括压力气缸440，压力气缸440连接在偏摆滑块430上，工件盘驱动器450连接在压力气缸440的输出端上，通过压力气缸440的输出端的伸出长度带动工件100上下移动，控制抛光垫510与工件100之间的压力。

抛光盘运动组件500包括抛光垫510、抛光盘520、抛光盘驱动主轴530、抛光盘驱动主轴带轮540、皮带550、抛光盘驱动器带轮560和抛光盘驱动器570，抛光垫510粘结于抛光盘520上，能够承载并储存一定量的抛光液，并与工件100直接接触；抛光盘驱动主轴530一端与抛光盘520连接，另一端与抛光盘驱动主轴带轮540连接；抛光盘驱动主轴带轮540与抛光盘驱动器带轮560通过皮带550连接；抛光盘驱动器带轮560安装在抛光盘驱动器570上，并为抛光盘驱动器570所驱动，进而控制抛光盘驱动主轴带轮540旋转，而抛光盘驱动主轴带轮540被配置为驱动抛光盘驱动主轴530旋转，进一步带动驱动抛光盘520、抛光垫510旋转，使得工件100与抛光垫510上的磨料发生相对运动，将工件表面材料去除。抛光盘驱动器570与抛光盘驱动主轴530之间通过带轮传动连接，带轮传动具有平稳性高，结构简单便于维护，过载打滑等优点。也可使用齿轮传动以及电机直驱等传动方式控制传动轮的旋转来控制抛光盘的运动。齿轮传动精度高、变速范围宽，便于准确控制抛光盘的旋转；电机直驱不需经过传动方式，传动平稳，结构简单，噪声小。本实施例的抛光垫510为聚氨酯抛光垫或毛毡垫。

抛光液供应***还包括搅拌器620，搅拌器620设置于抛光液制备装置610上，搅拌器620可对溶液进行搅拌，使溶液混合均匀，防止溶液内磨粒在重力作用下发生沉降、团聚。本实施例的搅拌器620采用超声磁力搅拌器。抛光液制备装置610包括光催化反应容器611和芬顿反应容器613，光催化反应容器611用于放置光催化反应液612，芬顿反应容器613用于放置芬顿反应液614，光催化反应容器611和芬顿反应容器613分别放置在一个搅拌器620上。输送装置包括两个蠕动泵630和液体管道640，两个蠕动泵630的一端分别通过管道伸入光催化反应容器611和芬顿反应容器613中，另一端与液体管道640连接，液体管道640延伸至抛光盘520的上方，用于将光催化反应液612和芬顿反应液614输送到抛光盘520上。本实施例将光催化反应液612与芬顿反应液614分开两个容器盛放并分别采用紫外光照，再一同输入至抛光垫520上，优点在于化学反应产生的羟基自由基速率较慢，在液体管道中流失较少，能更多地在抛光垫520中氧化工件，抛光液的利用效率较高。应该指出的是，可选地，抛光液供应***600可只采用一个容器，将两种反应液进行混合放置于同一容器内，直接使用紫外光照射装置进行光催化反应，这种方式的优点在于，光催化反应可以直接促使Fe³⁺向Fe²⁺的转换，不需要一直向芬顿反应液内添加Fe₃O₄，提高混合液的化学反应效率。

紫外光发生装置300包括紫外光发生器310、光纤320、紫外光发射头330和支架340，紫外光发生器310用于产生波长低于365nm的紫外光，紫外光发生器310通过光纤320与紫外光发射头330连接，紫外光发射头330设有复眼透镜，紫外光发射头330可沿靠近或远离抛光液制备装置610的方向移动地连接在支架340上，本实施例的紫外光发射头330可上下左右移动地连接在支架340上，可以调节紫外光发射头330距离抛光液液面距离，进而控制复合抛光液与紫外光接触区的单位光照强度。可通过复眼透镜调节光斑大小、形状和光斑中光强的均匀性。

此外。本实施例的抛光加工装置还包括控制面板700，用于人机交互，设置和控制紫外光强度、抛光液流量、抛光压力、工件盘转速、抛光盘转速等相关参数。

综上，本发明实施例提供一种金刚石晶片复合抛光加工方法，其通过采用紫外光照射芬顿反应液，在紫外光的照射下，能够加速H₂O₂溶液的分解，额外产生的羟基自由基·OH，增加了芬顿反应体系的羟基自由基·OH浓度，另一方面加快Fe³⁺还原为Fe²⁺的速度，产生更多的羟基自由基·OH，同时提高芬顿反应中Fe²⁺和Fe³⁺之间的转换速率，使在抛光时，在同样的用量下具有更高的羟基自由基·OH来与工件进行氧化反应，加快抛光加工过程中磨粒对工件表面材料的去除，能够有效地提高金刚石晶片抛光效率，并提高表面质量。另外，还可添加光催化反应液，与光照后的芬顿反应液作为复合抛光液，进一步提高抛光效果。本实施例还提供一种实现上述方法的抛光加工装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种金刚石晶片复合抛光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：配置芬顿反应液；

步骤二：采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液；

步骤四：使抛光垫与金刚石作相对旋转运动进行抛光。

2.根据权利要求1所述的金刚石晶片复合抛光加工方法，其特征在于，在步骤一中，还包括配置光催化反应液；在步骤二中，采用紫外光照射步骤一配置好的芬顿反应液和光催化反应液；在步骤三中，将芬顿反应液和光催化反应均输送到抛光垫上。

3.根据权利要求1所述的金刚石晶片复合抛光加工方法，其特征在于，所述芬顿反应液由第一基液、第一磨粒、芬顿反应催化剂、H₂O₂和去离子水混合而成。

4.根据权利要求2所述的金刚石晶片复合抛光加工方法，其特征在于，所述光催化反应液由第二基液、第二磨粒、光催化剂、电子捕捉剂和pH调节剂混合而成。

5.根据权利要求1所述的金刚石晶片复合抛光加工方法，其特征在于，在步骤二中，紫外光光照强度可选为500mW/cm²-1500mW/cm²。

6.一种金刚石晶片复合抛光加工装置，其特征在于，包括：

工件盘运动组件(400)，所述工件盘运动组件(400)用于装载工件(100)并带动工件(100)旋转；

抛光盘运动组件(500)，所述抛光盘运动组件(500)包括抛光垫(510)和抛光盘(520)，所述抛光垫(510)装载在所述抛光盘(520)；

抛光液供应***(600)，所述抛光液供应***(600)包括抛光液制备装置(610)和输送所述抛光液制备装置(610)内的液体到所述抛光盘(520)上的输送装置；

紫外光发生装置(300)，所述紫外光发生装置(300)用于产生紫外光并照射在所述抛光液制备装置(610)上。

7.根据权利要求6所述的金刚石晶片复合抛光加工装置，其特征在于，所述工件盘运动组件(400)包括工件盘(480)、连接法兰(470)、工件盘驱动主轴(460)、工件盘驱动器(450)和偏摆机构，所述工件盘(480)用于装载工件(100)，所述工件盘(480)通过所述连接法兰(470)与所述工件盘驱动主轴(460)连接，所述工件盘驱动器(450)与所述工件盘驱动主轴(460)连接以带动所述工件盘驱动主轴(460)转动；

所述偏摆机构包括偏摆杆(420)和偏摆滑块(430)，所述偏摆杆(420)与所述抛光盘(520)平行，所述工件盘驱动器(450)连接在所述偏摆滑块(430)上，所述偏摆滑块(430)可移动地连接在所述偏摆杆(420)上。

8.根据权利要求7所述的金刚石晶片复合抛光加工装置，其特征在于，所述工件盘运动组件(400)还包括压力气缸(440)，所述压力气缸(440)连接在所述偏摆滑块(430)上，所述工件盘驱动器(450)连接在所述压力气缸(440)的输出端上。

9.根据权利要求6所述的金刚石晶片复合抛光加工装置，其特征在于，所述抛光液供应***(600)还包括搅拌器(620)，所述搅拌器(620)设置于所述抛光液制备装置(610)上。

10.根据权利要求6所述的金刚石晶片复合抛光加工装置，其特征在于，所述紫外光发生装置(300)包括紫外光发生器(310)、光纤(320)、紫外光发射头(330)和支架(340)，所述紫外光发生器(310)用于产生紫外光，所述紫外光发生器(310)通过所述光纤(320)与所述紫外光发射头(330)连接，所述紫外光发射头(330)设有复眼透镜，所述紫外光发射头(330)可沿靠近或远离所述容器的方向移动地连接在所述支架(340)上。