一种用于晶体化学机械研磨减薄的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械研磨减薄技术领域，更具体而言，涉及一种用于铌酸锂、石英、蓝宝石等晶体的化学机械研磨减薄的装置及其使用方法，特别适用于光电探测器敏感层制作、声光器件压电换能器制作等超精密晶体加工相关方面。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，对光滑表面的需求也越来越多，正是由于这种需求的背景带动了精密加工技术的发展。目前为止，最常见的抛光表面加工技术是传统的研磨抛光技术，现在为了适应科技发展及人们对光滑表面的要求，很多国家对传统的抛光技术进行了一系列的改进，但是光电探测器敏感层、声光器件压电换能器等精密光学器件的超精密晶体加工还存在问题，晶体的厚度需要减薄到几十个甚至十几个微米，而且误差要限制在1微米以内，是光学精密加工的一个难题。为了追求降低表面粗糙度或者提高尺寸精度，实现功能材料元件的功能，我们要解决与高精度相匹配的表面粗糙度和极小的变质层问题，另外，对于单晶材料的加工，同时还要求平面度、厚度和晶相的定向精度等技术关键与难点所在。因此研究一种用于晶体化学机械抛光减薄的装置及方法对高精度光电器件的加工制作等实际操作具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种晶体的化学机械研磨减薄的装置及激光反射校准法，实现对晶体的上下两个面的平行度的高精度校准，减薄后晶体超薄，厚度能达到几十甚至十几个微米，平行度误差1微米以内，校准精度高、易操作。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于晶体化学机械研磨减薄的装置，包括第一固定片、微分头、载物块、修盘环、胶皮垫、第二固定片、加工晶体、有孔校准玻璃和第三固定片，所述加工晶体通过玻璃基底固定在载物块上，所述第一固定片通过螺钉与载物块固定，所述微分头有三个，所述微分头通过自身的螺纹与第一固定片固定，所述微分头通过修盘环上的通孔与其联接，所述第二固定片通过螺钉与修盘环联接，所述第一固定片与第二固定片间设置有胶皮垫，所述有孔校准玻璃通过第三固定片与修盘环固定。

所述加工晶体通过玻璃基底粘接在载物块上。

所述加工晶体通过石蜡粘接在玻璃基底上。

所述胶皮垫有轻微弹性，保证微分头微调时，第二固定片可以相对与第一固定片进行少量移动。

所述微分头为有锁装置。

将一束激光近乎垂直入射到有孔校准玻璃，会产生反射光束，有孔校准玻璃的表面有反射光束a，有孔校准玻璃的底面有反射光束b，玻璃基底表面有反射光束c，通过调节三个微分头使得上述光束平行，从而确定玻璃基底表面与修盘环平行，也就使得加工晶体的底面与修盘环平行，从而保证了加工晶体加工后上下两个面的平行度和面型精度，当被加工晶体的尺寸远远小于反射距离时，可认为反射光束重合时，加工晶体的上下两个面是平行的，完成校准。

调节完微分头后将其锁死。

完成校准后，可以拆下有孔校准玻璃和第三固定片直接进行减薄。

加工晶体的尺寸(x*y)mm²远远小于反射距离(L)m时，即L>>10⁵x>10⁵y，可认为反射光束重合时，加工晶体的上下两个面是平行的。

所述入射激光与有孔校准玻璃的角度为5°-10°。

与现有技术相比本发明所具有的有益效果为：

1）该减薄装置采用三个微分头作为微调部分，可以实现高精度、微距离调节，进而可以提高减薄后晶体的上下两个面的平行度；

2）该减薄装置校准后，可以将装置用于校准部分的有孔玻璃和固定片拆卸，需要校准时安装即可，操作简单方便，提高减薄效率；

3）该减薄装置采用的微分头带有锁装置，每次调节校准后，将其锁死，避免研磨转动过程中由于惯性造成微分头示数偏移，产生误差，从而提高校准精度。

附图说明

下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为本发明的校准原理示意图；

图3为本发明中第一固定片的示意图；

图4为本发明中微分头的示意图；

图5为本发明中载物块的示意图；

图6为本发明中修盘环的示意图；

图7为本发明中胶皮垫的示意图；

图8为本发明中第二固定片的示意图；

图9为本发明中有孔校准玻璃的示意图；

图10为本发明中第三固定片的示意图。

图中：1为第一固定片、2为微分头、3为载物块、4为修盘环、5为胶皮垫、6为第二固定片、7为加工晶体、8为有孔校准玻璃、9为第三固定片。

具体实施方式

下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，该减薄装置包括第一固定片1、微分头2、载物块3、修盘环4、胶皮垫5、第二固定片6、加工晶体7、有孔校准玻璃8、第三固定片9组成。

其中，第一固定片1与粘有加工晶体7的载物块3通过螺钉固定，三个微分头2通过自身的螺纹结构与第一固定片1固定；微分头2通过通孔与修盘环4连接，第二固定片6通过螺钉与修盘环4固定；胶垫5放在第一固定片1与第二固定片6之间，由于其带有些许弹性，用于保证微调时上下移动距离，微分头2是有锁装置，每次旋转后，将其锁死，避免研磨转动过程中由于惯性造成微分头示数偏移，产生误差。

如图2所示，采用激光反射校准法，校准时，将有孔校准玻璃8与修盘环4用第三固定片9通过螺钉固定，一束激光近乎垂直入射到有孔校准玻璃8，其表面的反射光束为a,有孔校准玻璃8底面的反射光束为b,粘有晶体的基底玻璃表面的反射光束为c。通过调节三个微分头2，使得反射光束平行，从而使得玻璃基底表面与装置的修盘环4平行，也就是使得晶体底面与装置的修盘环4平行，从而保证加工后的晶体的上下两个面的平行度和面型精度。然而，在实际操作过程中，平行光束的定性和定量描述非常复杂，便于实践操作，当被加工晶体尺寸远远小于反射距离时，可认为反射光束重合时，面与面是平行的。

其中，有孔校准玻璃8的孔的作用是：校准后，被减薄晶体通过孔稍高出修盘环4，完成校准过程后，拆下有孔校准玻璃8和第三固定片9，可直接进行减薄。

如图3-图10所示，第一固定片1的材质为铝；微分头2的调节精度为0.01mm，自身所带的锁装置，每次旋转后，将其锁死，避免研磨转动过程中由于惯性造成微分头示数偏移，产生误差，提高校准精度；载物块3的材质为铝，其面型精度为±0.05mm；修盘环4的材质为铝，其面型精度为±0.05mm；胶皮垫5的弹性适当，微距离调节时，不用拧松螺钉，提高效率，实用方便；第二固定片6的材质为铝；加工晶体7的整体尺寸小于载物块3的尺寸，基底材料的面型精度小于1μm，且可以反光和透光；有孔校准玻璃8的材质为玻璃，面型精度1μm，其开孔略大于减薄晶体的尺寸，在校准过程中，让被减薄晶体可以高出修盘环，校准后直接用于减薄；第三固定片9的材质为铝。

减薄装配图如图1所示，第一固定片1与粘有加工晶体7的载物块3通过螺钉固定，三个微分头2通过自身的螺纹结构与固定片1固定；微分头2通过通孔与修盘环4连接，第二固定片6通过螺钉与修盘环4固定；胶皮垫5放在第一固定片1与第二固定片6之间，由于其带有些许弹性，用于保证微调时上下移动距离；微分头2是有锁装置，每次旋转后，将其锁死，避免研磨转动过程中由于惯性造成微分头示数偏移，产生误差。

减薄前校准原理示意图如图3所示，校准时，将有孔校准玻璃8与修盘环4用第三固定片9通过螺钉固定，一束激光近乎垂直入射到有孔校准玻璃8，其表面的反射光束为a,有孔校准玻璃8底面的反射光束为b,粘有晶体的基底玻璃表面的反射光束为c。通过调节三个微分头2，使得反射光束平行，从而使得玻璃基底表面与装置的修盘环4平行，也就是使得晶体底面与装置的修盘环4平行，从而保证加工后的晶体表面的面型精度和晶体的上下两个面的平行度。在实际操作过程中，若实施例中使用的晶体尺寸为4mm*7mm，反射距离为100m，被加工晶体尺寸远远小于反射距离，可认为反射光束重合时，面与面是平行的。

其中，有孔校准玻璃8的孔的作用是：校准后，被减薄晶体(4mm*7mm)通过孔稍高出修盘环4，完成校准过程后，拆下有孔校准玻璃8和第三固定片9，可直接进行减薄。当高出修盘环4部分被研磨掉后，三个微分头2旋转相同刻度，继续研磨减薄，直到实际应用中所需要的厚度。

此处所说明的附图及实施例仅用以说明本发明技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了较详细的说明，所属领域的技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。