CN104907895A - 蓝宝石双抛片的快速加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蓝宝石双抛片的快速加工方法。首先采用B4C磨料进行研磨，B4C磨料研磨过程分为两步：240#的B4C磨料的双面粗磨及W40的B4C磨料的二次双面粗磨，倒角之后采用研磨垫配合钻石液进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。本发明针对目前蓝宝石晶片双抛工艺制程中B4C磨料双面精磨时易于碎片以及双面CMP抛光时去除效率低、抛光时间长等问题，提出采用钻石液配合研磨垫进行粗抛，以此取代B4C磨料双面精磨，并对CMP阶段抛光液配方进行调整，具有高效等优点。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种晶片加工工艺，具体涉及一种蓝宝石双抛片的快速加工方法。
（二）背景技术
蓝宝石单晶具有独特的晶格结构、优异的力学性能、化学惰性及良好的热学性能，是目前LED衬底市场的首选材料。同时，随着技术水平的提高，蓝宝石的生长制造成本也越来越低，消费类电子产品方面的应用成为蓝宝石的另一个重要市场。
不论是在LED应用方面，还是在消费类电子产品应用方面，对蓝宝石晶片表面质量都有较高的要求。通常蓝宝石晶片在研磨去除损伤层之后，最后都会采用化学机械抛光（CMP）的方法实现晶片的全局平坦化。然而，蓝宝石硬度高，化学性质非常稳定，机械与化学方法的去除速率都比较慢。因此，为提高加工效率，降低加工成本，需要从晶片加工的各个环节想办法提高加工效率。尤其在CMP工艺过程中，机械作用与化学作用同时存在，只有机械与化学去除作用达到良好的配合，才可以在提高抛光效率的同时获得良好的晶片表面质量。
目前蓝宝石双抛片主要有两种工艺制程，一种是单抛翻面工艺，即晶片经双面研磨后，先将晶片一个表面经单面钻石液粗抛、单面CMP精抛后，再将晶片翻面，将晶片另一个表面进行单面粗抛和CMP精抛，这种单抛翻面工艺制程复杂，加工效率低，而且晶片表面平整度差；另一种是双抛工艺制程，即晶片经双面粗磨后，再经双面精磨，最后进行双面CMP抛光，这种双抛工艺制程简单，但是也存在加工效率低的问题，同时双面精磨时易于碎片，加工良率较低。
传统双面CMP抛光工艺过程中多采用单一粒径分布的硅溶胶抛光液，单一磨料粒径分布的弊端在于：磨料粒径大有利于提高去除速率，但会影响晶片表面粗糙度；而磨料粒径小则晶片表面质量好，但去除速率较低，影响加工效率。
（三）发明内容
本发明的目的在于提供一种针对目前蓝宝石晶片双抛工艺制程中B4C磨料双面精磨时易于碎片以及双面CMP抛光时去除效率低、抛光时间长等问题，提出采用钻石液配合研磨垫进行粗抛，以此取代B4C磨料双面精磨，并对CMP阶段抛光液配方进行调整，同时结合前期B4C双面研磨，高效的蓝宝石双抛片的快速加工方法。
本发明的目的是这样实现的：首先采用B4C磨料进行研磨，B4C磨料研磨过程分为两步：240#的B4C磨料的双面粗磨及W40的B4C磨料的二次双面粗磨，工艺采用小压力高转速的方法进行研磨，以实现高效率低损伤的目标。研磨压力为20~100g/cm2，转速为20~50rpm，研磨后晶片表面质量质量控制在TTV≤5μm，WARP≤8μm；倒角之后采用研磨垫配合钻石液进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。
本发明还有这样一些特征：
1、所述的粗抛与CMP精抛的加工过程均采取分段控制的方式，在加工初期及后期采用相对较小的压力及转速，以减少晶片表面损伤。
2、所述的钻石液粗抛中采用的研磨垫材质为聚氨酯，磨料为多晶金刚石粉，磨料粒径为3~25μm。粗抛压力为200~500g/cm2，转速为10~40rpm，粗抛后晶片表面质量控制在TTV≤3μm，WARP≤5μm。
3、所述的CMP精抛中采用的硅溶胶为两种不同粒径按一定比例加水自行配制。一种粒径为80~120nm，一种15~40nm，其中小粒径溶胶占总溶胶质量比为10%~30%，溶胶与水的质量比约为1:1，浆料PH值9~11。CMP压力300~1200g/cm2，转速为20~50rpm，加工后晶片表面粗糙度Ra≤0.4nm，TIR≤10μm。
本发明的有益效果有：
1. 该蓝宝石双抛片快速加工工艺，首先先后采用240#及W40的B4C磨料，在小压力高转速的条件下进行研磨，可在保证去除速率的同时，尽量减小晶片损伤层厚度。
2. 该蓝宝石双抛片快速加工工艺，粗抛与CMP精抛的加工过程均采取分段控制的方式，在加工初期及后期采用相对较小的压力及转速，可有效减少晶片表面损伤。
3. 该蓝宝石双抛片快速加工工艺，用抛光垫配合多晶钻石液进行粗抛，即可充分发挥钻石磨料自锐性好，去除速率较高的优势，又可以减小晶片划伤甚至碎片的可能，改善晶片表面的光洁度。
4. 该蓝宝石双抛片快速加工工艺，CMP过程中采用双粒径硅溶胶配合的磨料进行抛光。小粒径硅胶的加入增大了磨料与晶片表面的接触面积，加快化学反应速度，提高抛光温度，进一步平衡了机械与化学去除率。避免了单一粒径分布带来去除速率与表面质量不能兼顾的问题，在保证表面质量的同时，有效的提高了抛光效率。
（四）附图说明
图1 为蓝宝石双抛片快速加工工艺的流程示意图。
（五）具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
结合图1，本实施例从蓝宝石切割片开始，首先采用B4C磨料进行研磨，倒角之后采用钻石液配合研磨垫进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。以2英寸蓝宝石双抛片快速加工工艺为例，B4C磨料双面研磨过程中，依次采用粒径为240#及W40的B4C磨料，在小压力高转速的方法进行二次研磨，以实现高效率低损伤的目的。240#磨料的研磨压力为20g/cm2，W40磨料的研磨压力为35g/cm2，转速均为30rpm，研磨后晶片表面质量质量控制在TTV≤5μm，WARP≤8μm。钻石液粗抛过程中采用的氨酯研磨垫，磨料为多晶金刚石粉，磨料粒径为5μm。粗抛初始及结束前10分钟内压力为200g/cm2，转速为10rpm，中间阶段压力为400g/cm2，转速为20rpm，粗抛后晶片表面质量控制在TTV≤3μm，WARP≤5μm。CMP精抛中采用的硅溶胶为两种不同粒径按一定比例加水自行配制。一种粒径为100nm，一种20nm，其中小粒径溶胶占总溶胶质量比为15%，溶胶与水的质量比约为1:1，浆料PH值10.5。CMP初始及结束前5分钟内压力为300g/cm2，转速为20rpm，中间阶段压力为压力500g/cm2，转速为30rpm，加工后晶片表面粗糙度Ra≤0.4nm，TIR≤10μm。
Claims (4)
1.一种蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于它包括以下步骤：首先采用B4C磨料进行研磨，B4C磨料研磨过程分为两步：240#的B4C磨料的双面粗磨及W40的B4C磨料的二次双面粗磨，工艺采用小压力高转速的方法进行研磨，以实现高效率低损伤的目标；研磨压力为20~100g/cm2，转速为20~50rpm，研磨后晶片表面质量质量控制在TTV≤5μm，WARP≤8μm；倒角之后采用研磨垫配合钻石液进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于所述的粗抛与CMP精抛的加工过程均采取分段控制的方式，在加工初期及后期采用相对较小的压力及转速，以减少晶片表面损伤。
3.根据权利要求2所述的蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于所述的钻石液粗抛中采用的研磨垫材质为聚氨酯，磨料为多晶金刚石粉，磨料粒径为3~25μm；粗抛压力为200~500g/cm2，转速为10~40rpm，粗抛后晶片表面质量控制在TTV≤3μm，WARP≤5μm。
4.根据权利要求3所述的蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于所述的CMP精抛中采用的硅溶胶为两种不同粒径按一定比例加水自行配制；一种粒径为80~120nm，一种15~40nm，其中小粒径溶胶占总溶胶质量比为10%~30%，溶胶与水的质量比约为1:1，浆料PH值9~11；CMP压力300~1200g/cm2，转速为20~50rpm，加工后晶片表面粗糙度Ra≤0.4nm，TIR≤10μm。
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