吴 柯 陆新明 MEHMOOD Awais 周立波 袁巨龙

1.宁波大学机械工程与力学学院，宁波，3150002.茨城大学工学院，日立，316-8511 3.浙江工业大学超精密加工中心，杭州，310014

0 引言

蓝宝石(单晶α-Al2O3)具有优异的物理、化学及光学性能，是制造大功率光电器件和高精度微电子设备的主流衬底材料[1]。蓝宝石是以氮化镓为代表的Ⅲ-Ⅴ族元素化合物发光二极管(LED)的主要衬底材料，因此蓝宝石衬底晶片的加工质量直接影响LED的发光效率和使用寿命[2]。蓝宝石作为衬底材料要求表面粗糙度Ra=0.2～0.5 nm，无/微损伤亚表面，总厚度变化量Δt≤10～25 μm，翘曲度δ≤15～25 μm[3]。但是，蓝宝石优异的物理、化学性能也对其平坦化加工造成了巨大的困难。

蓝宝石传统的平坦化加工方法主要由游离磨粒研磨和化学机械抛光(CMP)组成。HU等[4]先用1～5 μm的碳化硼磨粒对蓝宝石进行双面研磨加工，发现研磨加工的材料去除率为4.1 μm/min；随后用硅溶胶对研磨后的蓝宝石进行CMP加工，发现CMP的材料去除率(MRR)约为1 μm/h，表面粗糙度约为1 nm。目前，通过游离磨粒研磨/抛光加工已经能够获得理想的表面质量(Ra<1 nm)和无/微损伤的亚表面，但是游离磨粒的加工效率较低[5]。

相比于游离磨粒加工，固结磨粒加工具有加工效率高、表面质量和面形精度可控性强、磨粒利用率高等优点[6-8]。KIM等[9-10]发现，相比于金刚石(3 μm)游离磨粒研磨加工，固结磨粒金刚石研磨垫的MRR较高，并同时提出通过改善固结磨粒研磨垫的自锐性来进一步提高MRR，但研磨加工后蓝宝石的表面质量相对较差。

基于固结磨粒的自旋转磨削加工就是采用固结磨粒杯型砂轮，通过金刚石磨削和化学机械磨削实现蓝宝石晶片的高效、高质量平坦化加工。……