CN103943742A - 蓝宝石衬底的制造方法 - Google Patents

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陈杰良
王仲培
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明提供一种蓝宝石衬底制造方法，其包括：提供一个模具，该模具开设一个薄膜状的凹陷；将蓝宝石原料置于该凹陷并加热使蓝宝石原料在毛细作用下布满凹陷而形成一个薄膜；将一个具有特定切面的蓝宝石晶种移动至该特定切面接触该薄膜表面而形成固液界面；拉提该蓝宝石晶种使该薄膜在该特定切面上凝固以形成一个蓝宝石衬底；对该蓝宝石衬底进行双面粗磨减薄；对该蓝宝石衬底进行双面细磨减薄；对该蓝宝石衬底进行双面粗抛光；及对该蓝宝石衬底进行双面精抛光。如此，相较于传统的制造方法，可缩短10倍左右的时间。

Description

蓝宝石衬底的制造方法
技术领域
本发明涉及蓝宝石加工方法，特别涉及一种蓝宝石衬底的制造方法。
背景技术
高亮度发光二极管由于具有电光转换效率高、耗电量低、寿命长、耐冲击、发光光谱单色性能好、视觉性能佳以及可在恶劣环境中工作等优点而得到广泛应用。在高亮度发光二极管中，二极管芯片是发光、显示的最重要器件。目前的二极管芯片加工方法是首先在蓝宝石衬底生长氮化镓系的外延结构，而蓝宝石衬底的加工方法包括：生长尺寸大且高质量的单晶蓝宝石晶体；从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒；对蓝宝石晶棒进行滚圆得到精确的外圆尺寸的蓝宝石晶棒；对蓝宝石晶棒进行切片得到露出特定切面(例如广泛使用的C平面)蓝宝石衬底；研磨蓝宝石衬底进行减薄，并去除切片时造成的切割损伤层及改善平坦度；对蓝宝石衬底进行倒角处理(chamfering)以将边缘修整成圆弧状，改善边缘的机械强度，避免应力集中造成缺陷；对蓝宝石衬底进行抛光，使其表面达到外延片磊晶级的精度；最后对蓝宝石衬底进行清洗和品检。整个过程工序繁多，耗时长，效率低。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可提高效率的蓝宝石衬底制造方法。
一种蓝宝石衬底制造方法，其包括：
提供一个模具，该模具开设一个薄膜状的凹陷；
将蓝宝石原料置于该凹陷并加热使该蓝宝石原料在毛细作用下布满该凹陷而形成一个薄膜；
将一个具有特定切面的蓝宝石晶种移动至该特定切面接触该薄膜表面而形成固液界面；
拉提该蓝宝石晶种使该薄膜在该特定切面上凝固以形成一个蓝宝石衬底；
对该蓝宝石衬底进行双面粗磨减薄；
对该蓝宝石衬底进行双面细磨减薄；
对该蓝宝石衬底进行双面粗抛光；及
对该蓝宝石衬底进行双面精抛光。
如此，相较于传统的制造方法，可缩短10倍左右的时间。
附图说明
图1至图3为本发明较佳实施方式的蓝宝石衬底的制造方法所采用的装置剖面示意图。
主要元件符号说明
蓝宝石原料 10
薄膜 11
蓝宝石衬底 12
模具 20
凹陷 21
生成炉 30
蓝宝石晶种 40
切面 41
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1-3，本发明较佳实施方式的一种蓝宝石衬底制造方法包括如下步骤S01-S8：
步骤S01：提供一个模具20，该模具20开设一个薄膜状的凹陷21；
步骤S02：将蓝宝石原料10置于该凹陷21并加热使该蓝宝石原料10在毛细作用下布满该凹陷21而形成一个薄膜11；
步骤S03：将一个具有一个特定切面41的蓝宝石晶种40移动至该特定切面41接触该薄膜11而形成固液界面；
步骤S04：拉提该蓝宝石晶种40使该薄膜11在该特定切面41上凝固以形成一个蓝宝石衬底12；
步骤S05：对该蓝宝石衬底12进行双面粗磨减薄；
步骤S06：对该蓝宝石衬底12进行双面细磨减薄；
步骤S07：对该蓝宝石衬底12进行双面粗抛光；及
步骤S08：对该蓝宝石衬底12进行双面精抛光。
如此，相较于传统的制造方法，可缩短10倍左右的时间。
该模具20采用铱、钨或钼等熔点高于该蓝宝石原料10的熔点的材料制成。为提高效率，在工艺允许及质量保证的条件下，该凹陷21应尽可能地浅，本实施方式中，该凹陷21的深度为3毫米左右，如此可以加快该蓝宝石衬底12的形成(步骤S02-S04)及加工(步骤S05-S08)时间。
具体的，在执行步骤S02-S04时，该模具20收容于一个生成炉30内，该生成炉30内充满惰性气体，例如氮气、氩气等，并设置有加热装置及驱动装置等长晶所需的装置(图未示)。
该蓝宝石原料10为高纯度的氧化铝粉末，其纯度在99.9%以上。
在步骤S02中，该生成炉30加热使得该蓝宝石原料10熔化，加热温度高于该蓝宝石原料10的熔化温度，而小于该模具20的熔化温度。在本实施方式中，加热温度为2050摄氏度。当该蓝宝石原料10熔化后，在毛细作用下充满整个该凹陷21，从而形成该薄膜11。对应该凹陷21的深度，该薄膜11的厚度为3毫米左右。
该蓝宝石晶种40为天然蓝宝石，该特定切面41可以为C切面(晶轴0001)，其大小及形状与该凹陷21相同。在步骤S03中，该蓝宝石晶种40固持于该生成炉30的驱动装置，且与该凹陷21正对，并在该生成炉30的驱动装置的驱动下向该凹陷21移动，直至该特定切面41与薄膜11接触。
在步骤S04中，当该蓝宝石晶种40与该薄膜11表面充分接触后，再向上缓慢提升该蓝宝石晶种40，在本实施方式中，提升速度在每小时10毫米到25毫米之间。此时该薄膜11随着该蓝宝石晶种40的拉升在固液界面上凝固并形成该蓝宝石衬底12。由于熔融状的该薄膜整个该特定切面41上凝固的，与先前技术(例如柴氏拉晶法(Czochralski method)或泡生法(Kyropoulos method))相比，该蓝宝石晶种40不需要旋转使得蓝宝石晶体沿垂直拉升方向的尺寸生长，所以该蓝宝石晶种40可以更快速的向上拉升，使得该蓝宝石衬底12的生成速度更为快速。对应该凹陷21的厚度，该蓝宝石衬底12的厚度为3毫米左右，生长时间需1天左右。
在步骤S05中，利用粒度较大(例如在10微米左右)的钻石砂轮对该蓝宝石衬底12的两个表面同时进行粗磨，使得该蓝宝石衬底12迅速减薄，具体的，经步骤S05后，该蓝宝石衬底12的厚度从3毫米减薄至0.8毫米，耗时20分钟。
在步骤S06中，利用粒度较小(例如在0.5微米左右)的钻石砂轮对该蓝宝石衬底12的两个表面同时进行细磨，使得该蓝宝石衬底12减薄、修整形状并改善平坦度，具体的，经步骤S06后，该蓝宝石衬底12的厚度从0.8毫米减薄至0.7毫米，耗时150分钟。
在步骤S07中，利用纳米粗抛光液对该蓝宝石衬底12的两个表面同时进行粗抛光，纳米粗抛光液中的粒子(例如二氧化硅粒子)的直径较大(例如在50纳米左右)使得该蓝宝石衬底12的表面平坦度快速改善，具体的，经步骤S07后，该蓝宝石衬底12的厚度从0.7毫米减薄至0.65毫米，粗糙度改善至50纳米左右，耗时40分钟。
在步骤S08中，利用纳米精抛光液对该蓝宝石衬底12的两个表面同时进行精抛光，纳米精抛光液中的粒子(例如二氧化硅粒子)的直径较小(例如在20纳米左右)使得该蓝宝石衬底12的表面平坦度彻底改善，具体的，经步骤S08后，该蓝宝石衬底12的厚度从0.65毫米减薄至0.6毫米，粗糙度改善至20纳米左右，形成蓝宝石衬底，耗时240分钟。
总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种蓝宝石衬底制造方法，包括：
提供一个模具，该模具开设一个薄膜状的凹陷；
将蓝宝石原料置于该凹陷并加热使该蓝宝石原料在毛细作用下布满凹陷而形成一个薄膜；
将一个具有一个特定切面的蓝宝石晶种移动至该特定切面接触该薄膜而形成固液界面；
拉提该蓝宝石晶种使该薄膜在该特定切面上凝固以形成一个蓝宝石衬底；
对该蓝宝石衬底进行双面粗磨减薄；
对该蓝宝石衬底进行双面细磨减薄；
对该蓝宝石衬底进行双面粗抛光；及
对该蓝宝石衬底进行双面精抛光。
2.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，该模具采用熔点高于该蓝宝石原料的熔点的材料。
3.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，该凹陷的深度为3毫米。
4.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，该模具收容于一个生成炉，该生成炉加热使得该蓝宝石原料熔化，该蓝宝石晶种固持于该生成炉，且与该凹陷正对，并在该生成炉的驱动下向该凹陷移动，直至该特定切面与薄膜接触。
5.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，该生成炉加热该蓝宝石原料至2050摄氏度。
6.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，该蓝宝石晶种的提升速度在每小时10毫米到25毫米之间。
7.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，利用粒度在10微米左右的钻石砂轮对该蓝宝石衬底的两个表面同时进行粗磨20分钟。
8.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，利用粒度在0.5微米左右的钻石砂轮对该蓝宝石衬底的两个表面同时进行细磨150分钟。
9.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，利用纳米粗抛光液对该蓝宝石衬底的两个表面同时进行粗抛光40分钟，纳米粗抛光液中的粒子的直径在50纳米左右。
10.如权利要求1所述的蓝宝石衬底制造方法，其特征在于，利用纳米精抛光液对该蓝宝石衬底的两个表面同时进行精抛光240分钟，纳米精抛光液中的粒子的直径在20纳米左右。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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