CN104813448A - 改进的微研磨工艺 - Google Patents

改进的微研磨工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN104813448A
CN104813448A CN201380058733.4A CN201380058733A CN104813448A CN 104813448 A CN104813448 A CN 104813448A CN 201380058733 A CN201380058733 A CN 201380058733A CN 104813448 A CN104813448 A CN 104813448A
Authority
CN
China
Prior art keywords
abrasive
wafer
substrate
grinding
fixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380058733.4A
Other languages
English (en)
Inventor
R·A·里朱托
A·克里希南
C·阿科纳
A·坦尼凯拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Original Assignee
Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Industrial Ceramics Inc filed Critical Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
Publication of CN104813448A publication Critical patent/CN104813448A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/08—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for double side lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/10—Single-purpose machines or devices
    • B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
    • B24B7/17—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings for simultaneously grinding opposite and parallel end faces, e.g. double disc grinders

Abstract

本发明提供一种形成衬底的方法，通过使用磨料研磨衬底使得衬底的两个主要表面获得期望平面度、平滑度或两者执行所述方法。在实施例中，较粗磨料用于研磨一个主要表面，而较细磨料同时用于研磨另一主要表面。单个研磨步骤可以用于产生具有不同表面粗糙度的相对表面的衬底。这可以有助于消除在现有技术中使用的典型的第二下游精抛光步骤。实施例可以用于多种多样的衬底，包括通过各种技术生长的蓝宝石、碳化硅和氮化镓单晶结构。

Description

改进的微研磨工艺
技术领域
本公开总体上涉及半导体衬底并且特别地涉及蓝宝石衬底和制造这样的衬底的方法。
背景技术
在许多类型的制造(例如包括用于LED制造中的蓝宝石衬底的制造)中，通常的做法是研磨、精研或抛光衬底使得两个主要表面(面)满足平面度、平滑度或两者的某个最低水平。一般而言，研磨可以被定义为快速材料去除以将它减小到合适尺寸或通过使用典型地呈磨料垫或盘的形式的较粗磨料(＞40μm)从表面去除大的不平整。术语“精研”通常用于表示使用自由磨料颗粒(如磨料浆体)去除材料。最后，抛光是使用细(＜3微米)磨料颗粒去除材料以产生无划痕、镜状表面。所有这些材料去除工艺可以利用各种研磨材料，如磨料浆体或固定磨料垫或盘，并且在实践中不同类别之间的界限往往模糊。共同地，所有这些工艺可以在本文中一般地称为“研磨工艺”。
晶片或衬底加工工具的一个例子是在图1中示意性地示出的典型的双面精研机100。这样的工具可以包括两个重叠的压板或精研板102，所述压板或精研板分别布置在衬底104之上和之下，使得衬底的相对表面可以同时被加工。典型地包含在5微米到180微米范围内的磨料颗粒106的磨料浆体直接施加到精研板。如图2中所示，双面精研机100包括多个载体202，每个载体保持多个衬底或晶片204。每个精研板可以具有围绕板的外周边的内部环形齿轮206和内中心齿轮208。载体的每一个也可以具有与内和外齿轮接合的带齿外周边210。在相反方向上的内齿轮的旋转(如箭头212所示)和外齿轮的旋转(如箭头214所示)导致载体的每一个都围绕每个载体的轴线(如箭头216所示)和围绕精研板的轴线(如箭头218所示)旋转。旋转载体和精研板之间由此产生的相对运动形成类似于行星的运动的摆线曲线，原因是它们绕其自身的轴线旋转，同时绕太阳做轨道运动。在存在磨料浆体的情况下该旋转磨掉衬底的两个主要表面上的材料。
单面精研机也是已知的，但是这些机器一次仅仅加工衬底的一个面。而且，类似行星双面研磨机有时用于使用各种类型的固定磨料或垫从晶片或衬底去除材料。
典型地，制造合适平坦衬底(如硅晶片或蓝宝石晶片)的工艺包括多个研磨、精研或抛光步骤，无论使用哪种类型的工艺或研磨材料。例如，当使用双面研磨机时，初始使用粗固定磨料加工衬底以快速地去除过量材料以及从晶锭锯切衬底所导致的最糟糕的表面损坏。取决于应用，在第一粗研磨步骤之后可以接着一个或多个细研磨步骤以产生合适平滑和平坦表面。在细研磨之后可以接着抛光步骤以产生衬底上的很平滑镜面。最平滑表面常常仅仅需要在衬底的一面上。在另一表面上较粗糙表面将是可接受的，甚至是期望的。然而，需要愈来愈细的研磨步骤以预制一个表面以便抛光。由于顺序地进行各种研磨步骤，因此当正在使用双面研磨时通常的做法是不管怎样都将细研磨步骤应用于两面。这导致在时间以及额外物资和设备磨损方面的不必要费用。
因而，衬底材料去除的改进方法将是期望的。
发明内容
本文中所述的实施例可应用于通过使用磨料研磨衬底晶片使得衬底的两个主要表面满足平面度、平滑度或两者的某个最低水平而制备(制造)任何硬衬底(如定向单晶衬底)。在特定实施例中，较粗磨料用于研磨晶片的一个主要表面，而较细磨料同时用于研磨晶片的另一主要表面。因此，单个研磨步骤可以产生具有不同表面粗糙度的相对表面的晶片。这允许较粗磨料用于优先材料去除以薄化晶片，而细磨料产生足以用于许多用途或用于进一步抛光的表面平滑，因此消除或减小在现有技术中使用的典型的第二下游精抛光步骤的需求。特定实施例可以用于多种多样的衬底，包括通过各种技术生长的蓝宝石、碳化硅和氮化镓单晶结构。
前面已相当宽范地概括了特定实施例的特征和技术优点以便可以更好地理解接下来的详细描述。在下文中将描述实施例的附加特征和优点。本领域的技术人员应当领会所公开的概念和具体实施例的可以容易地用作修改或设计用于实现与本文中所述的实施例相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员也应当认识到这样的等效构造不脱离如附带的权利要求中所述的本发明的范围。
附图说明
可以更好地理解本公开，并且本领域的技术人员通过参考附图将显而易见它的许多特征和优点。
图1是现有技术的双面精研机的示意图。
图2是显示图1的双面精研机的下精研板和晶片载体的示意图。
图3是根据特定实施例的双面研磨机的横截面图。
图4是根据特定实施例的研磨流体过滤系统的示意图。
图5是适合于实践实施例的双面研磨机的照片。
附图不旨在按比例绘制。在图中，在各图中示出的每个相同或近似相同的部件由相似的附图标记表示。为了清楚起见，不是每个部件都在每个图中被标记。
具体实施方式
本发明通过使用固定磨料研磨和抛光衬底晶片使得衬底的两个主要表面满足平免度、平滑度或两者的某个最低水平而可应用于衬底(如定向单晶衬底)的制备(制造)。如本文中所述的特定实施例可以用于多种多样的衬底，包括通过各种技术生长的蓝宝石、碳化硅和氮化镓单晶结构。
除非另外限定，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属的领域中的普通技术人员的通常理解相同的含义。材料、方法和例子仅仅是示例性的并且不旨在限制。在本文中未描述的范围内，关于具体材料和加工行动的许多细节是常规的并且可以在晶体形成和加工领域内的教科书和其它资源中找到。
磨料可以一般被分类为自由或松弛磨料和固定磨料。松弛磨料一般包括液体介质中的呈粉末或微粒形式的磨粒或磨粉，所述液体介质形成通常被称为浆体的悬浮液。固定磨料利用材料的基质内的磨粉，所述材料的基质固定磨粉相对于彼此的位置。固定磨料一般包括涂层磨料，如砂纸、粘结磨料等。在粘结磨料中，磨粉通过使用磨粉分布在其中的基质材料相对于彼此在位置上固定。本文中所述的特定实施例利用呈涂层或粘结磨料的形式的固定磨料成分。松弛磨料精研和固定磨料“微研磨”(也称为具有精研运动学的研磨、具有行星运动学的研磨和固定磨料研磨)是在单晶和多晶材料(如蓝宝石和碳化硅、陶瓷、玻璃、金属化合物等)的批量加工中使用的操作。
典型地，为了形成适合用作用于半导体器件、特别是发光二极管/激光二极管(LED/LD)应用的衬底的衬底，工艺开始于散装材料，最后加工衬底将由所述散装材料形成。形成适合于LED/LD应用的蓝宝石衬底的一种现有技术的方法在Tanikella等人的、名称为“蓝宝石衬底及其制造方法(Sapphire substrates and methods of making same)”的美国专利第8,197,303号中被描述，上述专利通过引用完整地合并于本文中并且转让给本申请的受让人。
对于蓝宝石衬底，可以通过形成单晶蓝宝石的晶锭或条带开始工艺。将领会，蓝宝石可以形成为具有适合用作用于半导体器件、特别是LED/LD应用的衬底的任何尺寸或形状的坯件、晶锭或条带。因而，常见形状是具有大致圆柱形轮廓的晶锭。对于条带，常见形状是片材。单晶蓝宝石的形成可以取决于晶锭或条带的期望尺寸和形状以及晶体的定向使用诸如丘克拉斯基(Czochralski)法、限边送膜生长(EFG)或凯罗泡洛斯(Kyropoulos)法的技术或其它技术实现。
在形成单晶蓝宝石之后，可以进行晶锭或坯件的锯切以分割蓝宝石并且形成晶片。蓝宝石晶锭的线锯切提供多个未精整蓝宝石晶片。一般而言，线锯切工艺的持续时间可以从大约几个小时(如2.0小时)到大约30小时变化。一般而言，未精整蓝宝石的期望厚度从1.0到10mm。线锯切可以通过使用一个或多个固定磨料线元件(如电镀或涂覆有磨粒的线的阵列)实现。该技术的一个例子是无线轴型线锯切，如由马萨诸塞州塞勒姆市(Salem)的Crystal Systems有限公司提供的FAST(固定磨料切割技术)。另一例子是线轴到线轴线锯切系统。在由EFG工艺生产的、典型地具有条带或片材的形状的单晶原材料的情况下，线锯切工艺可能不是必要的，并且取芯(成形)晶片可以直接进入研磨步骤。
在经由锯切形成多个蓝宝石晶片之后，可以加工未精整蓝宝石晶片的表面。典型地，未精整蓝宝石晶片的两个主要相对表面将受到研磨或精研以改善表面的光洁度。常规粗研磨工艺包括例如使用双面研磨或精研来研磨未精整蓝宝石衬底的两个主要表面。一般而言，粗研磨工艺以合理高的材料去除速率去除足够量的材料以去除由线锯切工艺导致的大的表面不平整。因而，粗研磨工艺典型地从未精整蓝宝石晶片的主要表面(面)去除至少30到50微米的材料。
在使用固定磨料的情况下，粗磨粒可以包括常规磨粒，如晶体材料或陶瓷材料，其包括氧化铝、二氧化硅、碳化硅、锆刚玉、另一合适的磨料或它们的任何组合。附加地或替代地，粗磨粒可以包括超磨粒，其包括钻石、立方氮化硼或它们的混合物。例如，粗磨粒可以具有60到300微米的平均粒度。对于粘结磨料，粘结材料基质可以包括金属或金属合金。合适的金属包括铁、铝、钛、青铜、镍、银、锆、它们的合金等。特定磨轮的例子包括在通过引用完整地合并于本文中的US6,102,789；US6,093,092和US6,019,668中所述的那些。
典型的粗研磨工艺包括在支座上提供未精整蓝宝石晶片并且相对于粗磨料表面旋转蓝宝石晶片。可以使用类似于图1-2中所示的双面精研机的双面研磨机。作为例子，研磨板可以以60到500rpm的速度旋转。典型地也使用液体冷却剂或研磨流体。在粗研磨之后，蓝宝石晶片典型地具有0.2到1微米的平均表面粗糙度Ra。
一旦粗研磨已完成，蓝宝石晶片可以受到细研磨工艺以产生更平滑表面。该细研磨步骤从衬底的表面去除较少材料，通常为10到15微米。
细磨料颗粒可以是与粗磨料相同的一般材料，并且可以使用相同类型的粘结材料。当然，区别在于细磨料颗粒比粗磨料小。例如，细磨料颗粒可以具有2到75微米的平均粒度。一般而言，粗和细固定磨料之间的平均粒度的差异为至少20微米。
类似于图1-2中所示的双面研磨机也可以用于使用粘结磨料进行细研磨或精抛光。作为例子，研磨板可以以60到1000rpm的速度旋转。典型地也使用液体冷却剂或研磨流体。在细研磨之后，蓝宝石晶片典型地具有0.10微米到1.0微米的平均表面粗糙度Ra。
在细研磨之后，蓝宝石晶片可以受到诸如EP 0 221 454 B1中公开的应力释放工艺。如上所述，可以通过蚀刻或退火工艺实现应力释放。可以在高于1000℃的温度下执行退火持续若干小时。
在细研磨步骤之后，蓝宝石晶片可以受到抛光步骤以产生更加平滑的表面。该抛光步骤从衬底的表面去除更加少的材料，通常为1微米到4微米。该抛光步骤一般利用具有磨料颗粒的磨料浆体，所述磨料颗粒具有小于1微米、典型地小于200纳米的平均颗粒直径。用于这样的抛光工艺的特别有用的松弛磨料是例如呈多晶或单晶立方氧化铝的形式的氧化铝。
典型地，与通常包括研磨未精整蓝宝石晶片的两个主要表面的上述研磨步骤相反，抛光仅仅在一个表面上进行。在抛光之后，蓝宝石晶片典型地具有大约10到400埃(0.001微米到0.04微米)的平均表面粗糙度Ra。
重要地，在现有技术中，在最后抛光之前需要至少两个独立研磨步骤(一个粗和一个细)。然而对于许多应用，仅仅在一个表面上将需要粗研磨步骤，而另一表面需要至少一个附加细研磨步骤，之后接着抛光。在现有技术中，衬底加工操作设计成使得在部件的顶面上执行的研磨工艺与在底面上执行的相同。因此，顶面和底面上的最后表面光洁度或纹理是相同的(在最后抛光步骤之前，如果有的话)。一些衬底(如在LED制造中使用的C平面蓝宝石或单晶SiC)需要后续抛光步骤以改善晶片的仅仅一个面上的表面质量。
如本文中所述的特定实施例可以利用新的微研磨工艺作为用于任何硬衬底的常规精研工艺(如定向单晶体的精整)的替代。在微研磨中，精研中使用的磨料浆体被固定磨料产品替代。使用粘结固定磨料的微研磨提供胜过使用磨料浆体的许多优点，最显著地在于可以通过在磨料和衬底之间施加更高负荷(压力)明显地增加材料去除速率。使用布置在研磨板的工作表面上的固定磨料代替磨料浆体也减小与将板定期敷料到平面度和共面度的必要程度关联的维护成本和伴随非生产时间。使用粘结固定磨料的微研磨也将比使用磨料浆体的精研产生更小的表面下损坏(当操作参数被优化时)。
根据本文中所述的特定实施例，在微研磨工艺中使用的固定磨料板或轮中的至少一个的设计被修改以生成不同质量(光洁度、表面下损坏、纹理等)的相对衬底表面，使得可以消除或减小第二下游细研磨工艺的需要。在一些情况下，也可以消除或至少大大减小需要最后抛光步骤。在将用作LED生产中的衬底的蓝宝石晶片的情况下，例如，在微研磨工艺中使用的顶板或轮优选地使用比底板更细的磨粉使得在单个操作中获得或近似获得晶片的每一面上的期望表面光洁度。在一些应用中，将仍然需要下游细研磨工艺，但是可以明显地减小对这样的细研磨工艺需要，这是重要的，原因是这样的工艺是耗时和昂贵的。
本文中所述的特定实施例使用非常类似于图1和2的双面精研机的研磨机利用具有行星运动学的双面研磨。通常用于精研中的磨料浆体用安装在上和下同轴研磨板上的两个固定粘结磨料板或轮代替。粘结磨料板中的磨料颗粒可以包括钻石、立方氮化硼、碳化硅、氧化铝、氧化锆、另一合适的研磨材料或它们的任何组合。磨料颗粒也可以具有各种规则或不规则形状(圆形、方形、六边形等)和尺寸。这些磨料颗粒在树脂、玻璃质或金属基质中粘结在一起以形成用于微研磨工艺的刚性衬底或板。
图3是根据特定实施例的双面研磨机300的横截面图。与上述现有技术的精研工艺中一样，待加工的衬底304优选地保持在载体301中，所述载体布置在固定磨料板308、310安装在其上的两个研磨板302、303之间。研磨板被聚拢以将预定压力施加于衬底，同时板、载体、衬底或它们的任何组合旋转，因此平面化、抛光、薄化或以这些方式的组合加工衬底的表面。优选地，两个研磨板均具有带有不同尺寸的磨料颗粒的固定磨料。换句话说，一个研磨板具有的磨料比另一研磨板的磨料粗。如下面更详细地所述，较粗粒磨料板310可以在下或底研磨板303上，而较细粒磨料板308在上或顶研磨板302上。在各实施例中，含磨料研磨板可以在相同方向或相反方向上旋转。一个板也可以保持固定位置，而另一板旋转。以该方式，衬底的一个表面可以被加工成比相对表面更平滑的表面，并且两个表面的研磨的至少一部分可以同时发生。
图5是适合于实践如本文中所述的实施例的双面研磨机的照片。
根据特定实施例，在该情况下当期望在待加工的衬底的顶表面和底表面之间有不同粗糙度(纹理)时，一个研磨板可以使用细粒磨料产品，而另一板可以使用较粗粒磨料产品。例如，顶板可以用细粒磨料产品制造以生成具有很低粗糙度的表面，因此减小或消除获得最后表面特性所需的任何下游抛光工艺时间。底板可以包含较粗粒磨料产品以生成精研或研磨操作的更典型表面。所选择的粒度优选地由待加工的面的期望粗糙度/纹理和由待去除的衬底材料的量决定。
通过使用具有不同粒度的两个固定磨料板，较粗粒磨料可以用于大部分材料去除，例如如果期望薄化衬底的话。由较粗磨料留下的表面将比由较细粒产生的表面更粗糙，但是在许多情况下它不是重要的或实际上期望的。例如，在蓝宝石晶片的情况下抛光上表面有利于促进复合薄半导体膜和器件的生产，而且较粗底表面被认为促进热传递。
较细粒磨料板将不去除同样多的材料，但是将产生更平滑表面，准备好用于任何附加抛光步骤。重要地，由于衬底的两个面可以由具有不同粒度的磨料板同时加工，因此生产期望衬底的工艺比需要多个顺序研磨步骤的现有技术快得多。
甚至在将仍然需要一个或多个抛光步骤的要求更高的应用中，顺序独立粗和细研磨工艺步骤的消除节省了相当多的时间。每个研磨工艺步骤典型地需要15-30分钟完成，并且常常需要将衬底移动到用于每个研磨步骤的完全不同的研磨机。通过在用较粗磨料加工底表面的同时使用细磨料研磨顶表面，消除了工艺中的步骤，需要更少的时间，并且减小供应成本(由于不浪费磨料，因此底表面比所需的更平滑)。
本领域的技术人员将认识到，材料去除的速率和由此产生的表面的平滑度在很大程度上由在研磨期间使用的磨料的尺寸和形状确定。两个不同磨料板之间的相对材料去除和由研磨工艺导致的表面下损坏的程度也可以通过改变两个不同板或载体的旋转的速度或方向进行调节。例如，粗磨料板的更快旋转将允许从晶片的底侧的期望材料去除，同时较细磨料研磨工艺正在完成。例如，通过调节粗和细磨料研磨板的相对速度，粗磨料可以用于去除例如40到50微米的材料，在同时较细磨料研磨板用于去除仅仅15微米的材料。在一些现有技术的双面研磨或精研机中，一个板固定而另一板旋转以产生固定和旋转板之间的相对速度。在这些机器中，旋转和非旋转板之间的相对速度也可以被调节以获得粗和细板的相同期望材料去除速率。
粗磨料板可以是下或底板并且细磨料板可以是上板。在该实施例中，重力将帮助防止来自粗磨料的任何松弛磨料微粒或切屑损伤或损坏用较细磨料加工的衬底表面。技术人员将认识到，较细微粒的存在将不会不利地影响衬底的较粗磨料面上的表面光洁度。
在特定实施例中，在加工期间研磨流体(冷却剂)循环以从磨料板的表面去除微粒(切屑)。研磨流体可以再循环并且因此存在磨料微粒和切屑可能意外引入衬底主体和较细磨料板之间的可能性。如果研磨流体再循环，则研磨流体可以被过滤以明显地减小或防止粗磨料微粒或切屑损坏用较细磨料加工的衬底的更平滑表面。
图4示意性地示出根据特定实施例的过滤系统，所述过滤系统可以用于明显地减小或防止粗研磨材料意外损坏抛光更多的衬底表面。在图4的过滤系统中，使用可以延伸通过顶研磨板的冷却剂供应管线402输送清洁冷却剂。在特定实施例中冷却剂在整个研磨操作期间流动。合适的冷却剂流动速率将提供足够的润滑以明显地减小或防止衬底由摩擦积累损坏并且将冲走研磨碎屑。冷却剂将向下流动(经由重力)通过底研磨板并且通过冷却剂返回管线404离开研磨机。冷却剂然后可以流动到冷却剂储罐406中以便再循环。储罐中的冷却剂可以首先受到离心过滤407以分离出切屑和研磨碎屑并且然后流动通过袋或筒过滤器408。袋或筒过滤器408将滤除大于细磨料颗粒的任何磨料颗粒以便明显地减小或防止粗磨料颗粒损伤或损坏衬底的更平滑上表面。最后过滤的尺寸可以由特定应用确定。
申请人也注意到上和下研磨板上的不同磨料的使用往往可以增加经加工的衬底将呈现不可接受的翘曲或弓弯的概率。所使用的磨粒以及旋转速度和方向可以被优化以减小可以产生晶片形状的这样的变化的衬底主体内的任何应力差。
使用上述方法生产的蓝宝石衬底不仅比使用现有技术的方法生产更快和成本更低，而且成品衬底也具有相对于通过常规加工生产的那些改善的尺寸几何形状。在特定方面，根据本文中所述的实施例生产的高表面积蓝宝石衬底包括具有a平面定向、r平面定向、m平面定向或c平面定向的大体平面表面，并且其包括控制尺度。当在本文中使用时，“x平面定向”表示衬底具有大体沿着晶体学x平面延伸的主要表面，根据例如由最终客户决定的特定衬底规格典型地具有从x平面的微小错定向。特定定向包括r平面和c平面定向，并且某些实施例利用c平面定向。
如上所述，衬底可以具有控制尺度。控制尺度的一个量度是总厚度变化，包括TTV(总厚度变化)或nTTV(归一化总厚度变化)。
例如，在实施例中，TTV一般为大约3.00微米，例如不大于大约2.85微米，甚至不大于大约2.75微米。前述的TTV参数与大尺寸晶片、特别是具有控制厚度的大尺寸晶片关联。例如，实施例可以具有不小于大约6.5cm的直径，和不大于大约490微米的厚度。根据某些实施例，前述的TTV参数与明显更大尺寸的晶片(包括具有不小于7.5cm、不小于9.0cm、不小于9.5cm或不小于10.0cm的直径的晶片)关联。也可以根据表面积规定晶片尺寸，并且前述TTV值可以与具有不小于大约40cm2、不小于大约70cm2、不小于大约80cm2、甚至不小于大约115cm2的表面积的衬底关联。另外，晶片的厚度可以进一步控制到不大于大约500微米(例如不大于大约490微米)的值。
应当注意当与晶片、衬底或晶锭尺寸结合使用时术语“直径”表示晶片、衬底或晶锭配合在其中的最小圆。因此，在这样的部件具有一个平坦部或多个平坦部的情况下，这样的平坦部不影响部件的直径。
各实施例具有例如不大于大约0.037μm/cm2的很好控制的nTTV。特定实施例具有例如不大于0.035μm/cm2、甚至不大于0.032μm/cm2的更加出色的nTTV。这样的控制nTTV特别地用大衬底(如具有不小于大约9.0cm、甚至不小于大约10.0cm的直径的衬底)获得。也可以根据表面积规定晶片尺寸，并且前述nTTV值可以与具有不小于大约90cm2、不小于大约100cm2、不小于大约115cm2的表面积的衬底关联。
参考蓝宝石衬底的总厚度变化值，TTV是蓝宝石衬底的最大厚度和最小厚度之间的绝对差(忽略典型地包括从晶片边缘围绕晶片的圆周延伸的3.0mm环的边缘排除区域)，并且nTTV是归一化到蓝宝石衬底的表面积的该值(TTV)。用于测量总厚度变化的方法在ASTM标准F1530-02中给出。
一般而言，nTTV值以及本文中公开的其它归一化特性针对具有大体平面表面和大致圆形周边(其可以包括用于识别衬底的定向的平坦部)的蓝宝石衬底进行归一化。在特定实施例中，蓝宝石衬底具有不小于大约25cm2、例如不小于大约30cm2、不小于35cm2、甚至不小于大约40cm2的表面积。另外，衬底可以具有更大表面积使得大体平面表面具有不小于大约50cm2的、或进一步不小于大约60cm2的、或不小于大约70cm2的表面积。蓝宝石衬底可以具有大于大约5.0cm(2.0英寸)、例如不小于大约6.0cm(2.5英寸)的直径。然而，一般而言蓝宝石衬底具有7.5cm(3.0英寸)或更大的直径，具体地包括10cm(4.0英寸)晶片。
进一步参考蓝宝石衬底的特性，在实施例中，蓝宝石衬底的一个大体平面表面具有不大于大约例如不大于大约或大约甚至不大于大约的表面粗糙度Ra。可以获得更加出色的表面粗糙度，例如不大于大约例如不大于大约或不大于大约蓝宝石衬底的另一主要表面将具有高得多的表面粗糙度，原因是第二表面仅仅受到粗研磨或精研而不是任何细研磨或抛光。第二、较粗表面将优选地具有至少至少或至少的表面粗糙度。
根据上述方法加工的蓝宝石衬底的大体平面表面也可以具有出色的平面度。表面的平面度典型地被理解为表面从最佳配合参考平面的最大偏差(参见ASTM F1530-02)。在这方面，归一化平面度是由大体平面表面上的表面积归一化的表面的平面度的量度。在实施例中，大体平面表面的归一化平面度(nFlatness)大于大约0.100μm/cm2、例如不大于大约0.080μm/cm2、甚至不大于大约0.070μm/cm2。而且，大体平面表面的归一化平面度可以更小，例如不大于大约0.060μm/cm2或不大于大约0.050μm/cm2。
根据本文中提供的方法加工的蓝宝石衬底可以呈现由归一化翘曲(下文中称为nWarp)表征的减小翘曲。衬底的翘曲一般被理解为衬底的中平面与最佳配合参考平面的偏差(参见ASTM F 697-92(99))。关于nWarp测量，翘曲被归一化以考虑蓝宝石衬底的表面积。在实施例中，nWarp不大于大约0.190μm/cm2、例如不大于大约0.170μm/cm2、甚至不大于大约0.150μm/cm2。
大体平面表面也可以呈现减小弓弯。典型地应当理解，表面的弓弯是从衬底中心线测量的表面或表面的一部分的凹度或变形的绝对值量度，与存在的任何厚度变化无关。根据本文中提供的方法加工的衬底的大体平面表面呈现减小归一化弓弯(nBow)，其是被归一化以考虑大体平面表面的表面积的弓弯测量。因而，在一个实施例中大体平面表面的nBow不大于大约0.100μm/cm2、例如不大于大约0.080μm/cm2、甚至不大于大约0.070μm/cm2。在另一实施例中，衬底的nBow在大约0.030μm/cm2到大约0.100μm/cm2之间的范围内，并且特别地在大约0.040μm/cm2到大约0.090μm/cm2之间的范围内。
许多不同方面和实施例是可能的。在本文中描述那些方面和实施例中的一些。在阅读该说明书之后，熟练技术人员将领会那些方面和实施例仅仅是示例性的并且不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一项或多项。
项1.一种加工具有第一和第二相对主要表面的晶片的方法，所述方法包括使用第一固定磨料研磨晶片的第一主要表面；以及使用第二固定磨料研磨晶片的第二主要表面，所述第二固定磨料具有的粒度比所述第一固定磨料的粒度更粗，其中所述晶片的所述第一和第二主要表面的研磨的至少一部分同时发生。
项2.根据项1所述的方法，其中所述晶片是蓝宝石衬底。
项3.根据项1或2中的任一项所述的方法，其中所述第一固定磨料具有不大于5微米、不大于20微米、不大于35微米或不大于75微米的平均磨料粒度。
项4.根据前述项中的任一项所述的方法，其中所述第二固定磨料具有至少60微米、至少80微米、至少100微米或至少200微米的平均磨料粒度。
项4’.根据前述项中的任一项所述的方法，其中上固定磨料盘中的平均磨料粒度和下固定磨料盘中的平均磨料粒度之间的差为至少20微米、至少50微米或至少100微米。
项5.根据前述项中的任一项所述的方法，其中研磨晶片的第一主要表面和研磨晶片的第二主要表面包括在第一磨料板和第二磨料板之间研磨所述晶片，所述第二磨料板具有比所述第一磨料板更粗的磨料，其中所述第一磨料板研磨所述晶片的所述第一主要表面并且所述第二磨料板研磨所述晶片的所述第二主要表面。
项6.根据项5所述的方法，其中所述第二磨料板位于所述第一磨料板之下使得所述第二磨料板研磨所述晶片的底表面并且所述第一磨料板研磨所述晶片的顶表面。
项7.根据项1至4中的任一项所述的方法，其中研磨第一主要表面和研磨晶片的第二主要表面包括将晶片放置在第一和第二磨料板之间使得所述晶片的顶面与所述第一磨料板的研磨表面平坦接触并且所述晶片的底面与所述第二磨料板的研磨表面平坦接触；以及旋转所述磨料板、所述晶片或它们的任何组合以研磨所述晶片的顶面和底面。
项8.根据项1至4中的任一项所述的方法，其中研磨第一主要表面和研磨晶片的第二主要表面包括将至少一个晶片放置到位于第一和第二磨料板之间的圆形载体中，使所述晶片的顶面与所述第一磨料板的研磨表面平坦接触并且使所述晶片的底面与所述第二磨料板的研磨表面平坦接触，旋转所述磨料板，以及旋转所述载体以使所述晶片在所述旋转磨料板之间旋转。
项9.根据项8所述的方法，其中多个晶片放置到所述圆形载体中。
项10.根据项8或9中的任一项所述的方法，其中旋转所述载体包括使所述载体围绕其自身的轴线并且围绕所述磨料板的中心轴线旋转。
项11.根据项5至10中的任一项所述的方法，其还包括在研磨的同时用所述磨料板的研磨表面将预定压力施加到所述晶片的顶表面和底表面。
项12.根据项5至11中的任一项所述的方法，其中相对材料去除和由研磨导致的任何表面下损坏的程度可以通过改变所述晶片相对于至少一个磨料板的旋转的速度或方向进行调节。
项13.根据项5至12中的任一项所述的方法，其中所述第二磨料板去除40到50微米的材料，同时所述第一磨料板去除10到15微米的材料。
项14.根据项5至13中的任一项所述的方法，其还包括施加研磨流体以冷却研磨表面并且去除松弛研磨材料或切屑。
项15.根据项14所述的方法，其还包括在使用研磨流体以冷却研磨表面并且去除松弛研磨材料或切屑之后再循环研磨流体，以及在再引入研磨流体之前过滤用过的研磨流体以防止再循环研磨流体中的松弛粗磨料颗粒在研磨期间损坏所述晶片的表面。
项16.根据前述项中的任一项所述的方法，其中用所述第二固定磨料研磨所述晶片在研磨工艺期间去除30到50微米的材料。
项17.根据前述项中的任一项所述的方法，其中用所述第一固定磨料研磨所述晶片在研磨工艺期间去除10到15微米的材料。
项18.根据前述项中的任一项所述的方法，其中当研磨工艺完成时，由所述第二固定磨料研磨的所述晶片的一侧上的表面粗糙度将为至少至少或至少
项19.根据前述项中的任一项所述的方法，其中当研磨工艺完成时，由所述第一固定磨料研磨的所述晶片的一侧上的表面粗糙度将不大于不大于或不大于
项20.根据前述项中的任一项所述的方法，其中所述晶片包括单晶衬底。
项21.根据前述项中的任一项所述的方法，其中所述晶片包括多晶材料。
项22.根据前述项中的任一项所述的方法，其中所述晶片包括蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
项23.根据前述项中的任一项所述的方法，其中所述晶片包括玻璃、陶瓷或金属化合物。
项24.一种用于平坦衬底的双面研磨的装置，所述装置包括：
上和下研磨板，所述两个研磨板同轴地安装使得衬底可以布置在所述两个研磨板之间并且所述两个研磨板通过研磨板驱动机构围绕它们的同轴中心轴线可旋转；
布置在所述两个研磨板之间的衬底载体，所述载体包括载体驱动机构以便使所述载体围绕其自身的中心轴线并且围绕所述上和下研磨板的同轴中心轴线旋转；
安装到所述上研磨板的内表面的上固定磨料盘和安装到所述下研磨板的内表面的下固定磨料盘，其中所述下固定磨料盘具有比所述上固定磨料盘更粗的磨粒使得衬底的双面衬底研磨将以不同速率从相对衬底表面去除材料并且使得双面衬底研磨将产生具有不同表面粗糙度的相对衬底表面。
项25.根据项24所述的装置，其中所述衬底包括单晶衬底。
项26.根据项24所述的装置，其中所述衬底包括多晶材料。
项27.根据项24所述的装置，其中所述衬底包括蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
项28.根据项24所述的装置，其中所述衬底包括玻璃、陶瓷或金属化合物。
项29.根据项24至28中的任一项所述的装置，其中所述上固定磨料盘、所述下固定磨料盘或两者包括磨料颗粒。
项30.根据项29所述的装置，其中所述磨料颗粒包括晶体材料或陶瓷材料。
项31.根据项29所述的装置，其中所述磨料颗粒包括氧化铝、二氧化硅、碳化硅、锆刚玉或它们的任何组合。
项32.根据项29所述的装置，其中所述磨料颗粒包括钻石、立方氮化硼或它们的任何组合。
项33.根据项29至32中的任一项所述的装置，其中所述上固定磨料盘中的平均磨料粒度和所述下固定磨料盘中的平均磨料粒度之间的差为至少20微米、至少50微米或至少100微米。
项34.根据项29至33中的任一项所述的装置，其中所述磨料颗粒在形状上是不规则的。
项35.根据项29至34中的任一项所述的装置，其中所述磨料颗粒在形状上为圆形、方形或六边形。
项36.根据项29至35中的任一项所述的装置，其中所述上固定磨料盘、所述下固定磨料盘或两者包括粘结固定磨料。
项37.根据项36所述的装置，其中所述粘结固定磨料包括在基质中固定的磨料颗粒。
项38.根据项37所述的装置，其中所述基质包括金属或金属合金。
项39.根据项37所述的装置，其中所述基质包括铁、铝、钛、青铜、镍、银或它们的任何组合。
项40.根据项36所述的装置，其中所述粘结固定磨料包括在树脂、玻璃质或金属基质中固定的磨料颗粒。
项41.根据项36所述的装置，其中所述粘结固定磨料包括在树脂、玻璃质或金属基质中粘结在一起以形成磨料盘的磨料颗粒。
项42.一种加工蓝宝石衬底的方法，所述方法包括使用第一固定磨料研磨具有不小于的直径的蓝宝石衬底的第一表面；以及使用第二固定磨料研磨蓝宝石衬底的第二表面，所述第二固定磨料具有的粒度不同于所述第一固定磨料的粒度，其中所述蓝宝石衬底的所述第一和第二侧面的研磨的至少一部分同时发生。
项43.一种加工具有第一和第二相对主要表面的晶片的方法，所述方法包括使用第一固定磨料研磨晶片的第一主要表面；以及使用第二固定磨料研磨晶片的第二主要表面，所述第二固定磨料具有的粒度比所述第一固定磨料的粒度更粗，其中所述晶片的所述第一和第二主要表面的研磨的至少一部分同时发生。
项44.一种同时双面加工平坦衬底的方法，所述方法包括：
将平坦衬底放置在第一磨料板和第二磨料板之间，所述第一和第二磨料板是同轴的并且均具有研磨表面，所述第二磨料板的研磨表面包括的磨料颗粒具有比所述第一磨料板的研磨表面上的磨料颗粒更粗的粒度；
使所述第一磨料板的研磨表面与所述衬底的顶表面平坦接触并且使所述第二磨料板的研磨表面与所述衬底的底表面平坦接触；以及
旋转所述第一磨料板、所述第二磨料板、所述衬底或它们的任何组合以研磨所述衬底的顶表面和底表面，所述第二磨料板的更粗粒度导致材料去除的更大速率并且与所述衬底的顶表面相比导致所述衬底的底表面上的更粗糙表面。
项45.一种通过具有行星运动学的双面研磨从晶片去除材料的方法，所述方法包括：
将衬底夹在第一和第二粘结固定磨料板之间，所述第一和第二磨料板均具有面向对研磨表面，所述第一磨料板的研磨表面具有比所述第二磨料板更细的磨粒，并且所述第二磨料板具有比所述第一磨料板更粗的磨粒；
旋转所述第一和第二磨料板、所述晶片或它们的任何组合以从所述晶片的顶表面和底表面同时去除材料，所述第二磨料板的更粗磨粒导致比所述第一磨料板更高的材料去除速率并且所述第一磨料板的更细磨粒导致比所述第二磨料板更平滑的晶片表面。
项46.根据项42、43和45中的任一项所述的方法，其中所述第一固定磨料具有不大于5微米、不大于20微米、不大于35微米或不大于75微米的平均磨料粒度。
项47.根据项42、43、45和46中的任一项所述的方法，其中所述第二固定磨料具有至少60微米、至少80微米、至少100微米或至少200微米的平均磨料粒度。
项48.前述项中的任一项，其中研磨晶片或蓝宝石衬底的第一和第二表面包括在第一磨料板和第二磨料板之间研磨蓝宝石衬底，所述第二磨料板具有比所述第一磨料板更粗的磨料。
项49.前述项中的任一项，其中研磨晶片或蓝宝石衬底的第一和第二表面包括在第一磨料板和第二磨料板之间研磨蓝宝石衬底，所述第二磨料板具有比所述第一磨料板更粗的磨料，并且所述第二磨料板位于所述第一磨料板之下使得所述第二磨料板研磨所述晶片或蓝宝石衬底的底表面并且所述第一磨料板研磨所述晶片或蓝宝石衬底的顶表面。
项50.前述项中的任一项，其中研磨晶片或蓝宝石衬底的第一和第二表面包括：
将蓝宝石晶片放置在所述第一和第二磨料板之间使得所述蓝宝石晶片的顶面与所述第一磨料板的研磨表面平坦接触并且所述蓝宝石晶片的底面与所述第二磨料板的研磨表面平坦接触；以及
旋转所述磨料板、所述蓝宝石晶片或它们的任何组合以研磨所述蓝宝石晶片的顶面和底面。
项51.前述项中的任一项，其中多个晶片或蓝宝石衬底装载到位于所述第一磨料板和所述第二磨料板之间的圆形载体中。
项52.前述项中的任一项，其中研磨晶片或蓝宝石衬底的第一和第二表面包括蓝宝石晶片放置到位于所述第一和第二磨料板之间的圆形载体中；使所述蓝宝石晶片的顶面与所述第一磨料板的研磨表面平坦接触并且使所述蓝宝石晶片的底面与所述第二磨料板的研磨表面平坦接触；旋转所述磨料板；以及旋转所述载体以使所述蓝宝石衬底在所述旋转磨料板之间旋转。
项53.前述项中的任一项，其中待加工的衬底保持在布置在所述两个磨料板的研磨表面之间的载体中，并且其中研磨晶片或蓝宝石衬底的第一和第二表面包括使所述载体围绕其自身的轴线并且围绕所述磨料板的中心轴线旋转。
项54.前述项中的任一项，其还包括当所述载体、所述磨料板或它们的任何组合旋转时用所述磨料板的研磨表面将预定向内压力施加到所述晶片或蓝宝石衬底的顶表面和底表面。
项55.前述项中的任一项，其中所述两个不同磨料板之间的相对材料去除和由研磨工艺导致的表面下损坏的程度也可以通过改变所述两个不同板或所述载体的旋转的速度或方向进行调节。
项56.前述项中的任一项，其中所述第二磨料板去除40到50微米的材料，同时所述第一磨料板去除10到15微米的材料。
项57.前述项中的任一项，其还包括将研磨流体施加到所述第一和第二磨料板的研磨表面以冷却研磨表面并且去除松弛研磨材料或切屑。
项58.项57，其还包括在使用研磨流体以冷却研磨表面并且去除松弛研磨材料或切屑之后再循环研磨流体，以及在将研磨流体再引入到所述第一磨料板之前过滤用过的研磨流体以防止来自所述第二磨料板的粗磨料颗粒损坏正由所述第一磨料板研磨到更平滑光洁度的所述晶片或蓝宝石衬底的表面。
项59.一种用于平坦衬底的双面研磨的装置，所述装置包括：
上和下研磨板，所述两个研磨板同轴地安装使得衬底可以安装在所述两个板之间并且所述两个板通过驱动机构可旋转；
用于保持布置在所述两个板之间的衬底的载体，所述载体包括驱动机构以便使所述载体围绕其自身的中心轴线并且围绕所述研磨板的同轴中心轴线旋转；
安装到所述上研磨板的内表面的上固定磨料板和安装到所述下研磨板的内表面的下固定磨料板，其中所述下固定磨料板具有比所述上固定磨料板更粗的磨粒使得衬底的双面衬底研磨将以不同速率从相对衬底表面去除材料并且使得双面衬底研磨将产生具有不同表面粗糙度的相对衬底表面。
项60.前述项中的任一项，其中所述衬底包括单晶衬底。
项61.前述项中的任一项，其中所述衬底包括多晶材料。
项62.前述项中的任一项，其中所述衬底包括蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
项63.前述项中的任一项，其中所述衬底包括玻璃、陶瓷或金属化合物。
项64.前述项中的任一项，其中所述第一和第二磨料包括磨料颗粒。
项65.项64，其中所述磨料颗粒包括晶体材料或陶瓷材料。
项66.项64，其中所述磨料颗粒包括氧化铝、二氧化硅、碳化硅、锆刚玉或它们的任何组合。
项67.项64，其中所述磨料颗粒包括钻石、立方氮化硼或它们的任何组合。
项68.项64，其中所述第一磨料中的平均磨料粒度和所述第二磨料中的平均磨料粒度之间的差为至少20微米、至少50微米或至少100微米。
项69.项64，其中所述磨料颗粒在形状上是不规则的。
项70.项64，其中所述磨料颗粒为圆形、方形或六边形。
项71.前述项中的任一项，其中所述第一和第二磨料中的至少一个包括涂层固定磨料。
项72.前述项中的任一项，其中所述第一和第二磨料包括粘结固定磨料。
项73.项72，其中所述粘结固定磨料包括在基质中固定的磨料颗粒。
项74.项72，其中所述粘结固定磨料包括在树脂、玻璃质或金属基质中固定的磨料颗粒。
项75.项72，其中所述粘结固定磨料包括在树脂、玻璃质或金属基质中粘结在一起以形成用于微研磨工艺的刚性磨料板的磨料颗粒。
项76.前述项中的任一项，其中所述第一和第二磨料包括具有在基质中固定的磨料颗粒的粘结固定磨料。
项77.项73，其中所述基质包括金属或金属合金。
项78.项73，其中所述基质包括铁、铝、钛、青铜、镍、银。
项79.前述项中的任一项，其中由所述第二磨料板进行的粗研磨在研磨工艺期间去除30到50微米的材料。
项80.前述项中的任一项，其中由所述第一磨料板进行的细研磨在研磨工艺期间去除10到15微米的材料。
项81.前述项中的任一项，其中当研磨工艺完成时，所述晶片或蓝宝石衬底的粗研磨面上的表面粗糙度将为至少至少或至少
项82.前述项中的任一项，其中当研磨工艺完成时，细研磨面上的表面粗糙度将不大于不大于或不大于
项83.一种成品蓝宝石衬底，其包括具有不大于的表面粗糙度的第一侧面和至少的表面粗糙度的第二侧面。
项84.一种使用前述项中的任一项所述的方法制造的成品蓝宝石衬底。
作为例子，具有4英寸的直径的c平面蓝宝石晶片可以根据实施例通过应用下面所述的加工参数进行加工。
加工开始于分割或切割晶锭或铸块，如上所述。典型地使用线锯切技术分割晶锭。线锯切工艺可以持续若干小时，通常在大约4到8小时之间的范围内。将领会线锯切工艺的持续时间至少部分地取决于正被分割的晶锭的直径并且因此可以持续8小时以上。
在线锯切之后，晶片具有大约1.0mm或更小的平均厚度。一般而言，晶片具有小于大约1.0微米的平均表面粗糙度(Ra)、大约30微米的平均总厚度变化和大约30微米的平均弓弯。
在线锯切晶锭以产生晶片之后，晶片受到根据如本文中所述的实施例的研磨工艺。晶片可以装载到双面微研磨机(如Peter Wolters AC 1000或PR Hoffman RC 5400)中。底研磨板可以使用具有在大约80到200微米的范围内的平均粒度的粗玻璃化研磨轮。粗研磨板将以大约60到500rpm旋转。
顶研磨板优选地使用具有在大约10到80微米的范围内的平均粒度的更细玻璃化研磨轮。细研磨板优选地将以比粗板更慢的速度旋转使得衬底材料将优先地从衬底的底表面被去除。
任何典型的合成研磨流体可以用作冷却剂/研磨流体。
在特定实施例中，上面的工艺参数将导致针对粗磨料板的大约5到10μm/min的材料去除速率(MRR)和针对细磨料板的1到5μm/min的MRR。在研磨完成之后，蓝宝石衬底将优选地为大约1mm厚。细研磨面上的表面粗糙度将为大约0.1μm()，但是可以低至粗研磨面上的表面粗糙度将为大约但是对于一些应用可以高至或以上。
一旦研磨步骤完成，蓝宝石衬底可以使用常规抛光方法在细研磨面上进一步抛光以将表面粗糙度降低到10到的镜面光洁度。
尽管许多先前论述涉及蓝宝石晶片，但是本文中所述的实施例可以应用于利用粗精研或微研磨、接着进行仅仅在衬底的一个面上需要的第二更精细的抛光步骤以改善表面光洁度或减小表面损坏的任何衬底生产工艺。例如，本发明的实施例可以应用于定向单晶体的精整(生产)，包括蓝宝石和碳化硅、其它多晶材料、陶瓷、玻璃、金属、塑料等。此外，本发明的实施例可以应用于目前在研磨操作或固定磨料操作(其被称为“微研磨”、“具有精研运动学的研磨”、“具有行星运动学的研磨”或“固定磨料精研”)中加工以产生期望几何形状和表面光洁度的任何衬底或部件。
当在本文中使用时，术语“晶片”和“衬底”在本文中同义地使用以表示正在形成或加工以用作用于在其上外延生长半导体层的衬底(例如形成光电子器件)的分割蓝宝石材料。时常地它通常表示作为晶片的未精整蓝宝石件和作为衬底的成品蓝宝石件，然而当在本文中使用时，这些术语未必暗示该区别。
本文中所述的发明具有广泛的可应用性并且可以提供如上面的例子中所述和所示的许多益处。实施例将取决于特定应用而变化很大，并且并非每个实施例将提供所有益处并且满足本发明可获得的所有目标。应当注意并不需要上面在一般描述或例子中所述的所有动作，可以不需要特定动作的一部分，并且除了所述的动作以外可以执行一个或多个另外的动作。更进一步地，列出动作的顺序不必是执行它们的顺序。
在前面的说明书中，已参考特定实施例描述了概念。然而，本领域的普通技术人员领会可以进行各种修改和变化而不脱离如下面的权利要求中所述的本发明的范围。因此，说明书和附图应当被视为示例性的而不是限制意义，并且所有这样的修改旨在包括在本发明的范围内。在阅读说明书之后，熟练技术人员将领会为了清楚在独立实施例的背景下描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地被提供。相反地，为了简洁在单个实施例的背景下描述的各种特征也可以独立地或以任何子组合被提供。此外，提及用范围描述的值包括该范围内的每一个值。
当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”或它们的任何其它变型旨在涵盖非排他包括。例如，包括一列特征的工艺、方法、制品或装置不必仅仅被限制到那些特征，而是可以包括未明确列出的其它特征或这样的工艺、方法、制品或装置固有的其它特征。此外，除非相反地明确说明，“或”表示兼或而不是异或。例如，条件A或B由以下的任何一个满足：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。而且，“一”的使用用于描述本文中所述的元件和部件。这样做仅仅是为了方便和赋予本发明的范围的一般意义。该描述应当被理解为包括一个或至少一个并且单数也包括复数，除非显而易见它具有另外含义。
上面关于特定实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案和可以导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何(一个或多个)特征不应当被理解为任何或所有权利要求的关键的、需要的或必要的特征。
尽管已详细地描述了本发明及其优点，但是应当理解可以对本文中所述的实施例进行各种变化、替代和改变而不脱离由附带的权利要求限定的本发明的精神和范围。而且，本申请的范围不旨在被限制到说明书中所述的工艺、机器、制造、物质的组分、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域的普通技术人员将从本发明的公开容易地领会可以根据本发明使用目前存在或以后开发的、与本文中所述的相应实施例执行大致相同功能或获得大致相同结果的工艺、机器、制造、物质的组分、手段、方法或步骤。因此，附带的权利要求旨在范围内包括这样的工艺、机器、制造、物质的组分、手段、方法或步骤。

Claims (15)

1.一种加工具有第一和第二相对主要表面的晶片的方法，所述方法包括：
使用第一固定磨料研磨晶片的第一主要表面；以及
使用第二固定磨料研磨晶片的第二主要表面，所述第二固定磨料具有的粒度比所述第一固定磨料的粒度更粗，
其中所述晶片的所述第一和第二主要表面的研磨的至少一部分同时发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶片是蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1中的任一项所述的方法，其中：
所述第一固定磨料具有不大于5微米、不大于20微米、不大于35微米或不大于75微米的平均磨料粒度；并且
所述第二固定磨料具有至少60微米、至少80微米、至少100微米或至少200微米的平均磨料粒度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中上固定磨料盘中的平均磨料粒度和下固定磨料盘中的平均磨料粒度之间的差为至少20微米、至少50微米或至少100微米。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中研磨晶片的第一主要表面和研磨晶片的第二主要表面包括在第一磨料板和第二磨料板之间研磨所述晶片，所述第二磨料板具有比所述第一磨料板更粗的磨料，其中所述第一磨料板研磨所述晶片的所述第一主要表面并且所述第二磨料板研磨所述晶片的所述第二主要表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二磨料板位于所述第一磨料板之下使得所述第二磨料板研磨所述晶片的底表面并且所述第一磨料板研磨所述晶片的顶表面。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中研磨第一主要表面和研磨晶片的第二主要表面包括：
将晶片放置在第一和第二磨料板之间使得所述晶片的顶面与所述第一磨料板的研磨表面平坦接触并且所述晶片的底面与所述第二磨料板的研磨表面平坦接触；以及
旋转所述磨料板、所述晶片或它们的任何组合以研磨所述晶片的顶面和底面。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中研磨第一主要表面和研磨晶片的第二主要表面包括：
将至少一个晶片放置到位于第一和第二磨料板之间的圆形载体中；
使所述晶片的顶面与所述第一磨料板的研磨表面平坦接触并且使所述晶片的底面与所述第二磨料板的研磨表面平坦接触；
旋转所述磨料板；以及
旋转所述载体以使所述晶片在所述旋转磨料板之间旋转。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其还包括施加研磨流体以冷却研磨表面并且去除松弛研磨材料或切屑。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括在研磨流体已经用于冷却研磨表面并且去除松弛研磨材料或切屑之后再循环研磨流体，以及在再引入研磨流体之前过滤用过的研磨流体以防止再循环研磨流体中的松弛粗磨料颗粒在研磨期间损坏所述晶片的表面。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中当研磨工艺完成时，由所述第二固定磨料研磨的所述晶片的侧面上的表面粗糙度为至少至少或至少
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中当研磨工艺完成时，由所述第一固定磨料研磨的所述晶片的侧面上的表面粗糙度不大于不大于或不大于
13.一种用于平坦衬底的双面研磨的装置，所述装置包括：
上和下研磨板，所述两个研磨板同轴地安装使得衬底可以布置在所述两个研磨板之间并且所述两个研磨板通过研磨板驱动机构围绕它们的同轴中心轴线可旋转；
布置在所述两个研磨板之间的衬底载体，所述载体包括载体驱动机构以便使所述载体围绕其自身的中心轴线并且围绕所述上和下研磨板的同轴中心轴线旋转；以及
安装到所述上研磨板的内表面的上固定磨料盘和安装到所述下研磨板的内表面的下固定磨料盘，其中所述下固定磨料盘具有比所述上固定磨料盘更粗的磨粒使得衬底的双面衬底研磨以不同速率从相对衬底表面去除材料并且使得双面衬底研磨产生具有不同表面粗糙度的相对衬底表面。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述上固定磨料盘中的平均磨料粒度和所述下固定磨料盘中的平均磨料粒度之间的差为至少20微米、至少50微米或至少100微米。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其中所述上固定磨料盘、所述下固定磨料盘或两者包括粘结固定磨料。
CN201380058733.4A 2012-09-28 2013-09-18 改进的微研磨工艺 Pending CN104813448A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261707528P 2012-09-28 2012-09-28
US61/707528 2012-09-28
PCT/US2013/060442 WO2014052130A1 (en) 2012-09-28 2013-09-18 Modified microgrinding process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104813448A true CN104813448A (zh) 2015-07-29

Family

ID=50385635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380058733.4A Pending CN104813448A (zh) 2012-09-28 2013-09-18 改进的微研磨工艺

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20140094094A1 (zh)
JP (1) JP6120974B2 (zh)
KR (1) KR20150056633A (zh)
CN (1) CN104813448A (zh)
IN (1) IN2015DN03023A (zh)
RU (1) RU2015114097A (zh)
TW (1) TWI494981B (zh)
WO (1) WO2014052130A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105290904A (zh) * 2015-10-12 2016-02-03 中国建筑材料科学研究总院 消除光学玻璃亚表面裂纹的装置及其方法
CN107026222A (zh) * 2015-09-08 2017-08-08 晶元光电股份有限公司 发光元件及其制造方法
TWI642099B (zh) * 2016-08-31 2018-11-21 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 半導體晶圓的粗磨方法及半導體晶圓
CN110018028A (zh) * 2019-04-17 2019-07-16 宸鸿科技(厦门)有限公司 一种蓝宝石基材电子组件的金相切片样品制备方法
CN110900342A (zh) * 2019-11-29 2020-03-24 上海磐盟电子材料有限公司 一种磨片机
CN111098224A (zh) * 2018-10-26 2020-05-05 东莞新科技术研究开发有限公司 半导体基板及其表面研磨方法
CN114800109A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 苏州博宏源机械制造有限公司 双面抛光机及其抛光方法
CN115070512A (zh) * 2022-03-11 2022-09-20 北京爱瑞思光学仪器有限公司 一种锗晶片的双抛工艺、装置及锗晶片

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI553723B (zh) * 2014-05-27 2016-10-11 Crystalwise Technology Sapphire wafer processing methods and their processing in the process of intermediates
CN104015122A (zh) * 2014-06-18 2014-09-03 蓝思科技股份有限公司 一种蓝宝石面板的双面铜盘研磨工艺
JP7085323B2 (ja) * 2017-08-03 2022-06-16 東洋鋼鈑株式会社 研磨用または研削用のキャリアおよびそれを用いた磁気ディスク用アルミ基板の製造方法
JP2019141974A (ja) * 2018-02-22 2019-08-29 株式会社ミズホ 両面ラップ盤とそれを用いた薄肉ファインセラミックスの研削方法
CN109012918B (zh) * 2018-10-12 2024-01-12 河南先导机械力化学研究院有限公司 行星球磨机
US11342256B2 (en) 2019-01-24 2022-05-24 Applied Materials, Inc. Method of fine redistribution interconnect formation for advanced packaging applications
IT201900006736A1 (it) 2019-05-10 2020-11-10 Applied Materials Inc Procedimenti di fabbricazione di package
IT201900006740A1 (it) 2019-05-10 2020-11-10 Applied Materials Inc Procedimenti di strutturazione di substrati
US11931855B2 (en) 2019-06-17 2024-03-19 Applied Materials, Inc. Planarization methods for packaging substrates
JP7236970B2 (ja) * 2019-09-23 2023-03-10 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータ及びグロープラグ
US11862546B2 (en) 2019-11-27 2024-01-02 Applied Materials, Inc. Package core assembly and fabrication methods
US11257790B2 (en) 2020-03-10 2022-02-22 Applied Materials, Inc. High connectivity device stacking
US11454884B2 (en) 2020-04-15 2022-09-27 Applied Materials, Inc. Fluoropolymer stamp fabrication method
US11400545B2 (en) 2020-05-11 2022-08-02 Applied Materials, Inc. Laser ablation for package fabrication
CN111761505B (zh) * 2020-07-10 2021-07-27 浙江中晶科技股份有限公司 一种硅片双面磨削设备及其生产工艺
US11232951B1 (en) 2020-07-14 2022-01-25 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for laser drilling blind vias
US11676832B2 (en) 2020-07-24 2023-06-13 Applied Materials, Inc. Laser ablation system for package fabrication
US11521937B2 (en) 2020-11-16 2022-12-06 Applied Materials, Inc. Package structures with built-in EMI shielding
US11404318B2 (en) 2020-11-20 2022-08-02 Applied Materials, Inc. Methods of forming through-silicon vias in substrates for advanced packaging
JP7240013B2 (ja) * 2021-03-19 2023-03-15 大昌精機株式会社 立型研削盤
US11705365B2 (en) 2021-05-18 2023-07-18 Applied Materials, Inc. Methods of micro-via formation for advanced packaging

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04261768A (ja) * 1991-02-18 1992-09-17 Toshiba Corp 両面ラップ加工装置
CN102205520A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 硅电子股份公司 双面抛光半导体晶片的方法
US20120071064A1 (en) * 2009-06-04 2012-03-22 Sumco Corporation Fixed abrasive-grain processing device, method of fixed abrasive-grain processing, and method for producing semiconductor wafer

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4593495A (en) * 1983-11-25 1986-06-10 Toshiba Machine Co., Ltd. Polishing machine
US4974370A (en) * 1988-12-07 1990-12-04 General Signal Corp. Lapping and polishing machine
DE3929484A1 (de) * 1989-09-05 1991-03-14 Wacker Chemitronic Verfahren zum zweiseitigen chemomechanischen polieren von halbleiterscheiben, sowie vorrichtung zu seiner durchfuehrung und dadurch erhaeltliche halbleiterscheiben
JPH0592363A (ja) * 1991-02-20 1993-04-16 Hitachi Ltd 基板の両面同時研磨加工方法と加工装置及びそれを用いた磁気デイスク基板の研磨加工方法と磁気デイスクの製造方法並びに磁気デイスク
US6099394A (en) * 1998-02-10 2000-08-08 Rodel Holdings, Inc. Polishing system having a multi-phase polishing substrate and methods relating thereto
US5389579A (en) * 1993-04-05 1995-02-14 Motorola, Inc. Method for single sided polishing of a semiconductor wafer
US5595529A (en) * 1994-03-28 1997-01-21 Speedfam Corporation Dual column abrading machine
US5643405A (en) * 1995-07-31 1997-07-01 Motorola, Inc. Method for polishing a semiconductor substrate
JPH10166259A (ja) * 1996-12-12 1998-06-23 Okamoto Kosaku Kikai Seisakusho:Kk サファイア基板研削研磨方法および装置
US5873772A (en) * 1997-04-10 1999-02-23 Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. Method for polishing the top and bottom of a semiconductor wafer simultaneously
JP2984263B1 (ja) * 1998-10-23 1999-11-29 システム精工株式会社 研磨方法および研磨装置
US6746309B2 (en) * 1999-05-27 2004-06-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of fabricating a semiconductor device
JP3791302B2 (ja) * 2000-05-31 2006-06-28 株式会社Ｓｕｍｃｏ 両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法
JP2003145412A (ja) * 2001-08-27 2003-05-20 Nippon Sheet Glass Co Ltd 情報記録媒体用ガラス基板の研磨方法及び情報記録媒体用ガラス基板
CN100380600C (zh) * 2002-03-28 2008-04-09 信越半导体株式会社 晶片的两面研磨装置及两面研磨方法
JP3935757B2 (ja) * 2002-03-28 2007-06-27 信越半導体株式会社 ウエーハの両面研磨装置及び両面研磨方法
JP2004200526A (ja) * 2002-12-20 2004-07-15 Hitachi Cable Ltd 半導体ウェハ研削装置及び研削方法
US20040176017A1 (en) * 2003-02-25 2004-09-09 Aleksander Zelenski Apparatus and methods for abrading a work piece
KR100550491B1 (ko) * 2003-05-06 2006-02-09 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물 반도체 기판 및 질화물 반도체 기판의 가공 방법
JP4198607B2 (ja) * 2004-01-13 2008-12-17 Ｈｏｙａ株式会社 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及び磁気ディスクの製造方法
DE102004005702A1 (de) * 2004-02-05 2005-09-01 Siltronic Ag Halbleiterscheibe, Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe
JP4818613B2 (ja) * 2005-01-19 2011-11-16 アイオン株式会社 両面平面研磨装置
JP4751115B2 (ja) * 2005-07-19 2011-08-17 株式会社岡本工作機械製作所 角形状基板の両面研削装置および両面研削方法
JP2009289925A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Sumco Corp 半導体ウェーハの研削方法、研削用定盤および研削装置
JP2010264537A (ja) * 2009-05-14 2010-11-25 Disco Abrasive Syst Ltd キャリアプレート
DE102009025242B4 (de) * 2009-06-17 2013-05-23 Siltronic Ag Verfahren zum beidseitigen chemischen Schleifen einer Halbleiterscheibe
DE102009030292B4 (de) * 2009-06-24 2011-12-01 Siltronic Ag Verfahren zum beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04261768A (ja) * 1991-02-18 1992-09-17 Toshiba Corp 両面ラップ加工装置
US20120071064A1 (en) * 2009-06-04 2012-03-22 Sumco Corporation Fixed abrasive-grain processing device, method of fixed abrasive-grain processing, and method for producing semiconductor wafer
CN102205520A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 硅电子股份公司 双面抛光半导体晶片的方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107026222A (zh) * 2015-09-08 2017-08-08 晶元光电股份有限公司 发光元件及其制造方法
CN107026222B (zh) * 2015-09-08 2020-08-21 晶元光电股份有限公司 发光元件及其制造方法
CN105290904A (zh) * 2015-10-12 2016-02-03 中国建筑材料科学研究总院 消除光学玻璃亚表面裂纹的装置及其方法
TWI642099B (zh) * 2016-08-31 2018-11-21 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 半導體晶圓的粗磨方法及半導體晶圓
CN111098224A (zh) * 2018-10-26 2020-05-05 东莞新科技术研究开发有限公司 半导体基板及其表面研磨方法
CN110018028A (zh) * 2019-04-17 2019-07-16 宸鸿科技(厦门)有限公司 一种蓝宝石基材电子组件的金相切片样品制备方法
CN110018028B (zh) * 2019-04-17 2023-01-13 宸鸿科技(厦门)有限公司 一种蓝宝石基材电子组件的金相切片样品制备方法
CN110900342A (zh) * 2019-11-29 2020-03-24 上海磐盟电子材料有限公司 一种磨片机
CN115070512A (zh) * 2022-03-11 2022-09-20 北京爱瑞思光学仪器有限公司 一种锗晶片的双抛工艺、装置及锗晶片
CN115070512B (zh) * 2022-03-11 2024-04-26 北京爱瑞思光学仪器有限公司 一种锗晶片的双抛工艺、装置及锗晶片
CN114800109A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 苏州博宏源机械制造有限公司 双面抛光机及其抛光方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI494981B (zh) 2015-08-01
JP6120974B2 (ja) 2017-04-26
WO2014052130A1 (en) 2014-04-03
JP2015531318A (ja) 2015-11-02
RU2015114097A (ru) 2016-11-20
KR20150056633A (ko) 2015-05-26
TW201413809A (zh) 2014-04-01
US20140094094A1 (en) 2014-04-03
IN2015DN03023A (zh) 2015-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104813448A (zh) 改进的微研磨工艺
CN102069448B (zh) 半导体晶片的制造方法
CA2673660C (en) Sapphire substrates and methods of making same
CA2673523C (en) Method of grinding a sapphire substrate
CN100365774C (zh) 半导体晶片的制造方法及晶片
CN101743092B (zh) 对单晶体进行晶体再取向的方法
US8740670B2 (en) Sapphire substrates and methods of making same
EP2094439A2 (en) Sapphire substrates and methods of making same
CN102169821A (zh) 用于生产半导体晶片的方法
JP2016139751A (ja) サファイア基板の研磨方法及び得られるサファイア基板
US20150266155A1 (en) Method for producing polished-article
JP2000024934A (ja) 鏡面加工用超砥粒砥石
JP2006218577A (ja) 研磨布用ドレッサー
JP2017148874A (ja) 砥石、研削ホイール及び研削方法
JP2001007064A (ja) 半導体ウエーハの研削方法
US20070105483A1 (en) Methods and apparatus for discrete mirror processing
JP3143651B2 (ja) アルミナ質砥石の製造方法
JPH1199474A (ja) 鏡面加工用超砥粒砥石
JP2884030B2 (ja) 内周形切断砥石及びその製造方法
JP2001198800A (ja) ガラス板の表面加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150729