摘要
蓝宝石晶片作为重要的半导体材料，应用于先进的光电产品制造中，随着信息技术的高速发展，相关产品迭代迅速，蓝宝石晶片的应用对其表面质量要求越来越高。蓝宝石晶片为典型的硬脆性材料，传统的化学机械抛光工艺已经很难满足其对加工效率及加工后表面质量的要求，需要发展新的复合抛光技术来实现蓝宝石晶片的高效率、高质量加工。研究表明，超声加工可以实现硬脆性材料如硅、碳化硅等的高效高质量加工。 针对蓝宝石晶片化学机械抛光的不足，结合超声加工的特点，提出了蓝宝石超声化学机械抛光工艺，设计了蓝宝石超声化学机械抛光系统，并开发了相应的抛光装置，该装置可对蓝宝石晶片进行超声化学机械抛光。 在此设备的基础上，对比了传统化学机械抛光与超声化学机械抛光两种工艺下蓝宝石晶片的抛光效果，结果表明，超声的引入可提高蓝宝石抛光的材料去除率以及抛光后的表面质量。 进一步比较了聚酯纤维抛光垫、阻尼布抛光垫、开槽阻尼布抛光垫三种抛光垫，以及二氧化硅、氧化铝和氧化铈三种抛光液下蓝宝石超声化学机械抛光的效果，结果表明，采用二氧化硅抛光液和阻尼布抛光垫效果最好。 超声化学机械抛光工艺下，比较不同了粒径，不同pH值二氧化硅抛光液对蓝宝石晶片的抛光效果，结果表明，粒径100nm、pH值为10的二氧化硅抛光液抛光效果最好。 通过正交试验对抛光工艺参数进行了优化，结果表明，抛光压力为超声化学机械抛光工艺下，对蓝宝石晶片去除率影响最大的参数，其次为转速；对抛光后表面质量影响最大的参数为抛光头和抛光盘转速，并得到了最优的抛光参数。 分别探究了超声对蓝宝石化学机械抛光机械去除作用和化学腐蚀作用的影响，解释了超声化学机械抛光工艺性能优异的原因，在此基础上建立了蓝宝石超声化学机械抛光工艺下材料去除模型。
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