1.一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,包括安装框架(7),其特征在于,所述安装框架(7)中部设置抛光池(4),所述抛光池(4)内设置工件夹具模块(3),用以固定晶圆工件(2)并进行90度的回转定位;所述工件夹具模块(3)上配合设有抛光工具模块(1),所述抛光工具模块(1)通过移动模块(8)活动设置于所述安装框架(7)内,所述抛光工具模块(1)在晶圆工件(2)上方往复运动,用以对晶圆工件(2)的表面保持单一方向的非接触式剪切增稠抛光;以及所述抛光池(4)与设置于所述安装框架(7)内的蠕动泵(5)和搅拌器(6)构成抛光液循环机构,用以配制、搅拌均匀并向所述抛光工具模块(1)输送剪切增稠抛光液,同时回收流出的抛光液形成闭环循环。
2.根据权利要求1所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述抛光工具模块(1)包括底部敞口的长方盒体(16),所述长方盒体(16)内并列设置正转组件(10)和反转组件(11),所述正转组件(10)包括正转伺服电机(101)以及与所述正转伺服电机(101)传动连接的两个正转抛光轮(102);所述反转组件(11)包括反转伺服电机(111)和与所述反转伺服电机(111)传动连接的两个反转抛光轮(112);两个所述正转抛光轮(102)和两个所述反转抛光轮(112)按所述长方盒体(16)的长度方向平行并列设置;所述正转抛光轮(102)和反转抛光轮(112)结构相同,且两个所述正转抛光轮(102)之间、两个所述反转抛光轮(112)之间、正转组件(10)和反转组件(11)之间均设置抛光液喷管(12);所述正转伺服电机(101)通过一同步带轮组(13)驱动两个正转抛光轮(102)顺时针正向旋转,用以带动抛光液对晶圆工件(2)进行表面抛光,并将抛光液向外侧导出;所述反转伺服电机(111)通过另一同步带轮组(13)驱动两个反转抛光轮(112)逆时针反向旋转,并将抛光液向外侧导出。
3.根据权利要求2所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述抛光液喷管(12)底部开有一排长孔,所述抛光液喷管(12)的长度与所述正转抛光轮(102)、反转抛光轮(112)的轴向长度相近;所述长方盒体(16)上设置抛光液中转箱(14),所述抛光液中转箱(14)的顶部设有抛光液进口、一侧面连接三根出液管分别与三个抛光液喷管(12)相连,用以缓冲泵入的抛光液并将抛光液均匀分流到三个抛光液喷管(12)中。
4.根据权利要求2所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述长方盒体(16)沿其长度方向的两侧外壁设有激光位移传感器(15),用以实时测量所述正转抛光轮(102)和反转抛光轮(112)的底部与晶圆工件(2)表面之间的距离。
5.根据权利要求2所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述工件夹具模块(3)包括圆形的吸盘组(31),所述吸盘组(31)两侧设置抛光平板(32),用以承接溢出的抛光液并为所述抛光工具模块(1)提供过渡越程区;所述吸盘组(31)中部下方设有通气轴(33),所述通气轴(33)的底端安装在回转气缸(34)上,所述回转气缸(34)通气后能驱动通气轴(33)及上方的吸盘组(31)进行90度回转。
6.根据权利要求5所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述吸盘组(31)包括吸盘吸板(311)和吸盘盖板(312),所述吸盘吸板(311)上均等间隔设置若干吸盘(313),所述吸盘盖板(312)覆盖于所述吸盘吸板(311)上,且所述吸盘盖板(312)上设有供所述吸盘(313)穿出的通孔;所述吸盘(313)自然状态下的高度高于所述吸盘盖板(312)的上表面;
所述吸盘盖板(312)表面加工有一个下沉的圆形浅槽用以定位圆形的晶圆工件(2),同时设有一个V型槽用以定位晶圆工件(2)的晶向。
7.根据权利要求5所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述吸盘吸板(311)上表面设有用于安装吸盘(313)的吸盘螺纹孔(3111),所述吸盘吸板(311)内部加工有相互联通的通气通道(3112),所有的通气通道(3112)最终汇聚至所述吸盘吸板(311)中心的下方并与所述通气轴(33)相连;当外部真空源通过通气轴(33)抽真空时,所述吸盘(313)吸住晶圆工件(2)并因负压产生向下收缩的形变,使得晶圆工件(2)的底面被紧紧贴合下拉至硬质的吸盘盖板(312)表面。
8.根据权利要求1‑7任一项所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置,其特征在于,所述移动模块(8)包括滑轨组件(81)和升降组件(82),所述滑轨组件(81)包括设置于所述安装框架(7)一侧内壁的上部的水平滑轨(811),所述升降组件(82)通过滑块(812)沿所述水平滑轨(811)X向移动;所述升降组件(82)包括匚型框(821)和升降台(822),所述匚型框(821)通过滑块(812)与所述水平滑轨(811)配合;所述升降台(822)设置于所述匚型框(821)内,并配合丝杆(823)和电机(824)驱动沿所述匚型框(821)的上、下壁之间进行升降移动;所述升降台(822)通过其两侧设置的安装板(825)悬挂所述抛光工具模块(1)。
9.一种阵列流变抛光各向异性材料的抛光方法,通过权利要求1‑7任一项所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的装置实现,其特征在于,利用剪切增稠流体动力学与磨粒接触力学耦合的材料去除函数进行定量加工,具体包括以下步骤:步骤S1、使用白光干涉仪测量晶圆工件(2)的原始表面粗糙度和平面度,确定需要达到的目标面形,计算出待加工的绝对材料去除深度 ,并将晶圆工件(2)放入工件夹具模块(3)抽真空夹紧;
步骤S2、配制剪切增稠抛光液,根据质量百分比将35wt%‑40wt%剪切增稠剂、20wt%‑
30wt%去离子水基液、10wt%分散剂和30wt%‑35wt%磨粒均匀混合,并用流变仪测量抛光液的剪切应力‑剪切率数据 ;将抛光液加入到抛光液循环机构中启动;
步骤S3、设定工艺参数后启动晶圆工件(2)的[100]晶向第一道工序抛光,设定的工艺参数包括抛光轮转速 、抛光轮与工件的加工间隙 、抛光工具的移动速度 ;
步骤S4、计算单次行程抛光的材料去除深度 ,根据 得到抛光工具往复抛
光次数N;
步骤S5、夹具模块旋转工件90度进行晶圆工件(2)的[010]晶向第二道工序抛光。
10.根据权利要求9所述的一种阵列流变抛光各向异性材料的抛光方法,其特征在于,所述步骤S4中,材料去除深度 的计算公式如下:
,
式中, , 为材料‑化学耦合常数, 为动压形状系数,为磨粒质量浓
度, 为磨粒平均粒径, 为抛光液稠度系数, 为抛光轮半径, 为工件材料硬度,为抛光轮自转线速度, 为工具进给速度, 为抛光间隙。