CN104356950B - 一种蓝宝石晶片抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝宝石晶片抛光液，由以下组分组成：固含量为30~40wt%硅溶胶：20~30wt%；直径为80~200nm氧化铝：10~20wt%；有机碱：0.1~4%wt%；分散剂：0.1~3wt%；壬基酚聚氧乙烯基醚：0.3~1wt%；余量为去离子水。本发明通过硅溶胶和氧化铝的复合，既保证了抛光速度又避免了加工划痕，进一步通过加入壬基酚聚氧乙烯基醚、分散剂等使抛光液形成稳定的胶体分散体系，促进被抛光晶片和抛光垫的充分润湿使抛光液在抛光垫和被抛光晶片之间稳定均匀的分布，这样可以平衡晶片表面各处的反应速率，从而保证并提高的抛光质量。本发明可用于蓝宝石晶片的加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合于蓝宝石晶片的化学机械抛光用的抛光液。
背景技术
作为电子行业的一个重要分支，LED产业近年来得到了飞速的发展。LED能使发光效率提高近10倍，寿命是传统灯具的20倍以上，兼有绿色、环保等优点。由于其高效、环保的产品得到了市场的广泛认可和追捧。
其中作为LED产品的核心和附加值最大的部分，衬底材料对LED光源的稳定性和寿命起到重要的决定作用，也是我国在LED 产业发展的重要方向。目前能用于商品化的衬底只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。
蓝宝石（Sapphire），是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）。目前全球80%LED 企业采用蓝宝石衬底，具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作。但因为蓝宝石硬度仅次于金刚石，采用研磨抛光方法对蓝宝石进行加工，加工效率低，而且易产生表面/亚表面损伤。机械抛光是蓝宝石传统的抛光方法，它采用人造金刚石微粉研磨膏进行抛光。由于金刚石硬度比蓝宝石高，且现有微粉分选工艺较落后使得微粉颗粒尺寸分布范围广，因而不可避免在蓝宝石单晶抛光表面产生划痕。化学抛光主要采用对工件材料具有腐蚀作用的抛光液对工件进行化学腐蚀去除材料。化学腐蚀的目的是除去机械抛光过程中在表面上产生的机械损伤层，并清除各种沾污，从而得到平整光亮、晶格完整的清洁表面。化学抛光产生的损伤层深度较浅，但抛光时需要的温度较高，容易导致抛光雾斑。一般化学腐蚀用于生长前衬底的抛光。激光抛光，特别是激光冷抛光技术适合于硬脆材料的精密抛光，抛光表面质量较高，不易产生裂纹。但激光器设备较昂贵，抛光成本高，而且激光抛光蓝宝石的研究刚刚起步，冷抛光机理的系统研究还很缺乏。如果对蓝宝石基片加工不当，会在工件上造成表面刮痕及亚表面损伤，而这些缺陷，会影响光学特性，并且造成工件表面应力集中使得工件寿命与可靠度受影响。
目前国内在蓝宝石的批量加工技术上还很不成熟，在生产蓝宝石衬底片时，产生裂痕和崩边现象的衬底片占总数比例比较高，占总数的5%~8%，在之后的研磨和抛光工序中所能够达到的抛光和研磨速率也很低，并且很多经过加工之后的蓝宝石片由于表面划痕较重，有20%左右的宝石片表面有粗、深痕迹，需要重新研磨抛光，从而导致返工，而部分经过返工的蓝宝石片容易出现由于研磨抛光过度而导致蓝宝石厚度过薄而报废的现象，这样就大大提高了蓝宝石衬底片加工的成本。
因此，需要一种抛光液用于对高硬质基材进行蚀刻、抛光，在提高抛光速率的同时保证表面平整度以满足工业上对蓝宝石抛光速率和平整度的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于蓝宝石晶片的抛光液，在提高抛光速率的同时保证表面平整度以满足工业上对蓝宝石抛光速率和平整度的要求。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种蓝宝石晶片抛光液，由以下组分组成：
固含量为30~40wt%硅溶胶 20~30wt%；
直径为80~200nm氧化铝 10~20wt%；
有机碱 0.1~4wt%；
分散剂 0.1~3wt%；
壬基酚聚氧乙烯基醚 0.3~1wt%；
余量为去离子水。
所述硅溶胶中二氧化硅粒子的直径为50~150nm。
进一步的，所述硅溶胶中二氧化硅粒子的直径为80~100nm。
所述氧化铝的直径为100~150nm。
所述有机碱为二羟基乙基乙二胺、二乙烯三胺、乙二胺或二乙醇胺。
所述分散剂为六偏磷酸钠、吡啶或聚乙二醇。
所述壬基酚聚氧乙烯基醚的pH=6~7，HLB值为10~15。
本发明的有益效果是：本发明通过硅溶胶和氧化铝的复合，既保证了抛光速度又避免了加工划痕，进一步通过加入壬基酚聚氧乙烯基醚、分散剂等使抛光液形成稳定的胶体分散体系，促进被抛光晶片和抛光垫的充分润湿使抛光液在抛光垫和被抛光晶片之间稳定均匀的分布，这样可以平衡晶片表面各处的反应速率，从而保证并提高的抛光质量。本发明可用于蓝宝石晶片的加工。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
本发明提供了一种蓝宝石晶片抛光液，由以下组分组成：
固含量为30~40wt%硅溶胶 20~30wt%；
直径为80~200nm氧化铝 10~20wt%；
有机碱 0.1~4wt%；
分散剂 0.1~3wt%；
壬基酚聚氧乙烯基醚 0.3~1wt%；
余量为去离子水。
优选地，所述硅溶胶中二氧化硅粒子的直径为50~150nm。进一步优选地，所述硅溶胶中二氧化硅粒子的直径为80~100nm。
优选地，所述氧化铝的直径为100~150nm。
优选地，所述有机碱为二羟基乙基乙二胺、二乙烯三胺、乙二胺或二乙醇胺。避免采用无机碱使其中的金属离子如Ca、Na等在加工过程对蓝宝石晶格产生影响。
优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠、吡啶或聚乙二醇。进一步优选地，所述分散剂为吡啶或聚乙二醇。
优选地，所述壬基酚聚氧乙烯基醚的pH=6~7，HLB值为10~15。
实施例1：
蓝宝石晶片抛光液由以下组分组成：
固含量为30~40wt%硅溶胶 20wt%，其中二氧化硅粒子直径50-100nm；
直径为100~200nm氧化铝 15wt%；
二羟基乙基乙二胺 0.5wt%；
六偏磷酸钠 3wt%；
壬基酚聚氧乙烯基醚 1wt%，pH=6~7，HLB值为10；
余量为去离子水。
测试结果：将所得的抛光液在赫瑞特公司的16B双面抛光机上，使用ROHM-HAAS的SUBA-600的抛光垫，压力为6psi，转速80rpm下，对C-向的2英寸蓝宝石片进行双面抛光，抛光液流量8ml/min,抛光的去除速度为9μm/hr，用Zygo公司的New view 5022B型3D表面轮廓仪测试抛光后的表面粗糙度，得到Ra=10.2A。在500倍的光学显微镜下观测，无划痕，无可见缺陷。
实施例2：
蓝宝石晶片抛光液由以下组分组成：
固含量为30~40wt%硅溶胶 30wt%，其中二氧化硅粒子直径100-150nm；
直径为80~120nm氧化铝 10wt%；
二乙烯三胺 4 wt%；
聚乙二醇 0.5 wt%；
壬基酚聚氧乙烯基醚 0.5wt%，pH=6~7，HLB值为13.3；
余量为去离子水。
测试结果：将所得的抛光液在赫瑞特公司的16B双面抛光机上，使用ROHM-HAAS的SUBA-600的抛光垫，压力为6psi，转速80rpm下，对C-向的2英寸蓝宝石片进行双面抛光，抛光液流量8ml/min,抛光的去除速度为8.3μm/hr，用Zygo公司的New view 5022B型3D表面轮廓仪测试抛光后的表面粗糙度，得到Ra=5.7A。在500倍的光学显微镜下观测，无划痕，无可见缺陷。
实施例3：
蓝宝石晶片抛光液由以下组分组成：
固含量为30~40wt%硅溶胶 25wt%，其中二氧化硅粒子直径80-100nm；
直径为150~200nm氧化铝 20wt%；
乙二胺 0.1wt%；
吡啶 0.8 wt %；
壬基酚聚氧乙烯基醚 0.7wt%，pH=6~7，HLB值为15；
余量为去离子水。
测试结果：将所得的抛光液在赫瑞特公司的16B双面抛光机上，使用ROHM-HAAS的SUBA-600的抛光垫，压力为6psi，转速80rpm下，对C-向的2英寸蓝宝石片进行双面抛光，抛光液流量8ml/min,抛光的去除速度为11μm/hr，用Zygo公司的New view5022B型3D表面轮廓仪测试抛光后的表面粗糙度，得到Ra=6.2A。在500倍的光学显微镜下观测，无划痕，无可见缺陷。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (4)
1.一种蓝宝石晶片抛光液，其特征在于，所述抛光液由以下组分组成：
固含量为30~40wt% 硅溶胶 20~30wt%；
直径为100~150nm氧化铝 10~20wt%；
有机碱 0.1~4wt%；
分散剂 0.1~3wt%；
壬基酚聚氧乙烯基醚 0.3~1wt%；
余量为去离子水；
所述硅溶胶中二氧化硅粒子的直径为80~100nm。
2.根据权利要求1 所述的抛光液，其特征在于：所述有机碱为二羟基乙基乙二胺、二乙烯三胺、乙二胺或二乙醇胺。
3.根据权利要求1 所述的抛光液，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠、吡啶或聚乙二醇。
4.根据权利要求1 所述的抛光液，其特征在于：所述壬基酚聚氧乙烯基醚的pH=6~7，HLB 值为10~15。
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