CN103203681A - 一种ii-vi族软脆晶体绿色环保研磨抛光方法 - Google Patents
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Abstract
一种II-VI族软脆晶体绿色环保研磨抛光方法，属于II-VI族软脆晶体加工制造技术领域。其特征是样品为II-VI族软脆晶体，采用固结磨料的防水砂纸，固结磨料磨盘作为研磨工具，磨料为氧化铝、二氧化铈、二氧化硅，粒度为2000-5000。工件和研磨盘转速均为40-80 rpm，压力为15-20 kPa，研磨液为去离子水，研磨时间3-10 min。化学机械抛光液由硅溶胶、双氧水组成，硅溶胶的pH值为6-8，二氧化硅粒径为50-80 nm，pH值调节剂为桔子汁、柚子汁、山楂汁、西红柿汁、柠檬汁中的一种，调节后抛光液的pH值为4-6，工件和抛光盘转速均为40-80 rpm，压力20-30 kPa，抛光时间 20-40 min。本发明的效果和益处是实现了II-VI族软脆晶体绿色环保研磨抛光方法。
Description
技术领域
一种II-VI族软脆晶体绿色环保研磨抛光方法，属于II-VI族软脆晶体加工制造技术领域，特别涉及II-VI族软脆晶体的半导体晶片的加工方法。
背景技术
II-VI族软脆晶体目前广泛应用于军事、国防、航空航天等高尖端技术领域，已经成为国内外研究的焦点和热点。碲锌镉和碲镉汞为II-VI族软脆晶体的典型代表。碲锌镉为室温核辐射探测器的首选材料，也是作为碲镉汞红外薄膜衬底的理想材料。碲镉汞是红外探测器的首选材料，尤其是红外焦平面阵列应用的最广泛的材料。II-VI族软脆晶体具有独特的力学性能，碲镉汞和碲锌镉的纳米硬度分别为0.5 GPa和1.2 GPa左右，具有软脆特性。这种软脆特性既不同于传统的第一代半导体硅的硬脆性能，也不同于传统的软塑性金属的性能。这种独特的力学性能使得II-VI族软脆晶体成为难加工材料。
目前采用的传统的加工软脆晶体的方法为游离研磨、抛光、化学机械抛光方法。这种游离磨料研磨抛光的方法使得磨料极易嵌入工件表面，一旦嵌入将很难去除。即使去除也会留下凹坑、微变形、微划痕等加工缺陷。最终的化学机械抛光方法采用溴甲醇作为最终的刻蚀剂，虽然能够去除表面的机械加工的损伤层，但是同时会留下腐蚀沟，而且对于游离磨料研磨造成的较大的划痕也很难去除。
虽然II-VI族软脆晶体容易产生各种加工缺陷，但是II-VI族半导体晶片要求加工后的表面没有磨料嵌入、划痕、崩边、破碎等各种加工缺陷，而且要求其表面粗糙度达到亚纳米级，这种苛刻的要求对我国精密超精密加工领域提出了严峻的挑战。
发明内容
本发明的目的是提供固结磨料研磨以及绿色环保抛光液抛光方法，实现II-VI族软脆晶体超光滑、低/无损伤加工。
本发明的技术方案是样品为II-VI族软脆晶体，采用固结磨料的防水砂纸，固结磨料磨盘作为研磨工具，磨料为氧化铝、二氧化铈、二氧化硅，粒度为2000-5000。工件和研磨盘转速均为40-80 rpm，压力为15-20 kPa，研磨液为去离子水，研磨时间3-10 min。化学机械抛光液由硅溶胶、双氧水组成，硅溶胶的pH值为6-8，二氧化硅粒径为50-80 nm，pH值调节剂为桔子汁、柚子汁、山楂汁、西红柿汁、柠檬汁中的一种，调节后抛光液的pH值为4-6，工件和抛光盘转速均为40-80rpm，压力20-30 kPa，抛光时间 20-40 min。本发明的效果和益处是实现了II-VI族软脆晶体绿色环保研磨抛光方法。
样品为II-VI族软脆晶体。II-VI族软脆晶体为一系列晶体，比如碲锌镉、碲铟镉、碲锰镉、碲镉汞、碲锰汞、碲铟汞等，其中的典型代表为碲锌镉和碲镉汞，在实施方案中选择碲锌镉作为加工样品。
研磨采用固结磨料的防水砂纸，固结磨料磨盘。由于游离磨料容易嵌入II-VI族软脆晶体表面，因此为了克服传统游离磨料研磨的缺点，采用固结磨料的防水砂纸和固结磨料磨盘。
磨料为氧化铝、二氧化铈、二氧化硅，粒度为2000-5000。考虑到经济以及实际研磨的需要，选择常用的三种磨料如氧化铝、二氧化铈和二氧化硅作为磨料。由于软脆晶体非常容易发生崩边、破碎，因此选择粒度非常细的磨料作为实际研磨磨料，其粒度在2000-5000时为宜。
工件和研磨盘转速均为40-80 rpm，压力为15-20 kPa，研磨液为去离子水，研磨时间3-10 min。为了防止崩边和破碎的发生，II-VI族工件和研磨盘的转速为40-80 rpm。为了达到去除率和表面加工质量的优化，选择压力为15-20 kPa。为了使得研磨液不污染环境，研磨液选择去离子水。
化学机械抛光液由硅溶胶、双氧水组成，硅溶胶的pH值为6-8，二氧化硅粒径为50-80 nm。为了使得化学机械抛光液具有绿色环保的特点，选用硅溶胶和双氧水作为最终的化学机械抛光液。其pH值为6-8时，可以直接融入环境，不会对环境造成污染，而二氧化硅本身也在自然界广泛存在，因此不会对环境造成污染。双氧水中的氧气分离出来，即为普通的水，因此也是绿色环保的。这种化学机械抛光液不同于传统的加工II-VI族软脆晶体所用的酸、碱等腐蚀液，也不同于环境不友好的各种醇类。
化学机械抛光液pH值调节剂为桔子汁、柚子汁、山楂汁、西红柿汁、柠檬汁中的一种，调节后抛光液的pH值为4-6。采用绿色环保的桔子汁、柚子汁、山楂汁、西红柿汁、柠檬汁作为pH值调节剂，有别于传统的化学机械抛光液采用酸或者碱作为pH值调节剂。
工件和抛光盘转速均为40-80 rpm，压力20-30 kPa，抛光时间 20-40 min。由于采用绿色环保的化学机械抛光液作为抛光液使用，而且为无磨料抛光液，因此其抛光压力较研磨时为大，20-30 kPa较为合适。抛光时间适当延长，达到20-40 min为宜。工件和抛光盘转速也不宜过大，经过实验，选择40-80 rpm为宜。
工件抛光后用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干。抛光完毕的II-VI族晶片，表面必须经过清洗才能使用。采用去离子水为绿色环保的清洗液，压缩空气也是普通空气进行压缩而成的，也是绿色环保的。这种清洗方式也不同于传统的丙酮超声等清洗方法。
本发明的效果和益处是采用固结磨料砂轮和固结磨料磨盘做研磨工具，化学机械抛光液成分为环境友好的双氧水和硅溶胶，pH调节剂采用的是来自自然界的酸性汁液，从而实现了绿色环保的II-VI族软脆晶体的研磨抛光方法。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
加工晶片为Cd0.96Zn0.04Te(111)单晶片，长宽高分别为10mm、10mm、1mm。首先用石蜡将3片碲锌镉晶片粘在圆形铝合金配重盘上，均布于边缘圆周上。铝合金配重盘直径为80 mm，厚度为12 mm。在铝合金配重盘上施加压力，直到17 kPa，加压方式为增加同样的配重盘，用螺栓串在一起。将#3000的刚玉防水砂纸放在玻璃盘上，用螺栓和压环固定，然后将玻璃盘放在铸铁盘上，用螺栓将压环固定。
研磨时配重盘和砂纸转速均为80 rpm，研磨时间为5 min。研磨完成后，开始进行化学机械抛光实验。化学机械抛光液由硅溶胶和双氧水组成，体积比为5：3，双氧水质量分数为30%。硅溶胶pH值为6-8，二氧化硅粒径为50-70 nm。抛光垫采用的是绒毛抛光垫。pH值调节剂为桔子汁，调节后的抛光液的pH值为4-5。抛光时，工件和抛光垫转速均为60 rpm，时间为30 min，压力为28 kPa，抛光液流速为0.6-0.7ml/min。抛光完成后，用去离子水将表面冲洗干净，然后用压缩空气吹干。
将石蜡溶解后，可将抛光后的碲锌镉晶片取下，到美国产NewView5022 ZYGO表面轮廓仪进行表面粗糙度测试。测试后的碲锌镉的表面粗糙度Ra为0.568 nm、rms为0.724 nm、PV值为6.061 nm。
Claims (1)
1.一种II-VI族软脆晶体绿色环保研磨抛光方法，采用固结磨料研磨以及绿色环保抛光液抛光方法，实现II-VI族软脆晶体超光滑、低/无损伤加工，其特征是：
（1）样品为II-VI族软脆晶体；
（2）研磨采用固结磨料的防水砂纸，固结磨料磨盘；
（3）磨料为氧化铝、二氧化铈、二氧化硅，粒度为2000-5000；
（4）工件和研磨盘转速均为40-80 rpm，压力为15-20 kPa，研磨液为去离子水，研磨时间3-10 min；
（5） 化学机械抛光液由硅溶胶、双氧水组成，硅溶胶的pH值为6-8，二氧化硅粒径为50-80 nm；
（6）化学机械抛光液pH值调节剂为桔子汁、柚子汁、山楂汁、西红柿汁、柠檬汁中的一种，调节后抛光液的pH值为4-6；
（7）工件和抛光盘转速均为40-80 rpm，压力20-30 kPa，抛光时间20-40 min；
（8）工件抛光后用去离子水冲洗干净，再用压缩空气吹干。
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