CN106548925B - 一种改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，在吸片台上进行，包括以下步骤：（1）将吸片台表面用蘸有无水乙醇的无尘纸擦拭干净；（2）将中心厚度与边缘厚度的差值大于10μm的蓝宝石衬底放置在吸片台上；（3）将衬底吸附在吸片台上；（4）使蓝宝石衬底旋转；（5）用油石对衬底边缘进行磨边，磨边后使蓝宝石衬底的中心厚度与边缘厚度的差值不大于10μm；（6）将蓝宝石衬底取下；（7）去离子水中超声清洗；（8）去离子水中清洗；（9）烘干。该方法操作简单、易实现、成本低、效率高，主要针对中心与边缘厚度差超过10μm的蓝宝石衬底，可有效降低翘曲度，改善后续减薄质量，降低边缘掉边及裂片异常，提高产品良率。

Description

一种改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法
技术领域
本发明涉及一种在蓝宝石衬底减薄之前用于对蓝宝石衬底预处理以改善减薄质量的方法，属于蓝宝石衬底减薄加工技术领域。
背景技术
LED作为一种新型节能、清洁、高效的冷光源，随着生产技术、工艺和成本的不断降低，逐渐开始走入民用照明、商用照明、道路交通、显示屏幕等各行各业，主要因LED具有耗电低、寿命长、稳定性好、抗振性能好、体积小、环保、坚固耐用等优点。
蓝光LED的研究起步相对较晚，但技术更新较红光LED快，蓝光LED的出现使得白光LED的生产和使用成为可能，最初的白光LED主要由蓝光LED芯片配合荧光粉以特定的封装方式封装后得到，因此，蓝光LED的生产和技术创新在LED行业显得格外重要。
目前，蓝光LED的有源区结构主要为多层掺杂的氮化镓多量子阱结构，考虑到外延结构的一致性和稳定性，现用的蓝光LED衬底材料仍为蓝宝石衬底，这主要是是由于蓝宝石衬底与氮化镓外延结构具有良好的晶格匹配，且自身化学稳定性好、耐高温、机械性能好，有利于高温下外延结构的生长。但由于蓝宝石衬底本身导热性能差(100℃下仅为25W/(m·K))，导致其与外延层具有较高的热失配，该缺陷已通过在蓝宝石衬底表面生长氮化镓仔晶层和对衬底表面图形化得以改善，考虑到后续封装后器件的使用寿命、散热效果，特别是大功率显示屏幕，在后续的芯片制作过程中仍要对衬底进行减薄处理，以增加热量传输，防止热量不断积聚而导致器件失效。
蓝宝石衬底的减薄工艺在芯片制作的后期进行，即电极制作完毕后芯片切割前，对蓝宝石衬底进行背部减薄。这是因为外延工艺的局限，外延层生长完毕后，蓝宝石衬底表面会产生翘曲，翘曲度一般在几个微米到几十微米之间，多为正面中心厚，四周薄，反之，在减薄贴片后变为背面中心薄、边缘厚，如不对边缘进行处理，将影响减薄质量，直接表现为减薄过程中边缘脱落(掉边)、衬底减薄厚度不均匀等异常现象，间接影响后续裂片率，从而影响产品良率。目前主要的做法为优化外延工艺，最大限度的降低翘曲度，但由于外延工艺、设备精度、参数控制等多种因素影响，翘曲度很难完全避免。
CN102896424A公开的《一种蓝宝石衬底减薄的方法》，先采用飞秒激光辐照蓝宝石衬底产生色心，再用紫外激光扫描蓝宝石衬底表面。该发明提供的采用激光减薄蓝宝石衬底的方法，相比于接触式研磨和抛光，对蓝宝石衬底不会施加压力，衬底不易出现破裂或表面有裂纹的情况；而且整个过程中，产生的热量较小，可有效降低热效应对外延片光电性能的影响。
CN1601766公开的《蓝宝石衬底减薄方法》，减薄过程包括粘片、粗磨、抛光、去蜡、清洗步骤。通过粘片步骤使用压缩气体施加压力，在粗磨抛光步骤使用变速磨盘转速研磨，在去蜡步骤使用溶蜡的有机溶剂间接加热的方法，从而降低减薄过程中衬底破裂的可能性，提高了产品成品率。
上述方法只能使蓝宝石衬底减薄过程中降低衬底破裂的可能性，但不能降低蓝宝石衬底翘曲度，提高衬底减薄后的质量。
发明内容
针对现有蓝宝石衬底减薄技术存在的不足，本发明提供一种操作简单、易实现、能够降低衬底减薄过程中的翘曲度、提高衬底减薄质量的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法。
本发明的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，是在吸片台上进行，包括以下步骤：
(1)将吸片台表面用蘸有无水乙醇的无尘纸擦拭干净；
所述无水乙醇为分析纯，纯度≥99.7％。
(2)测量蓝宝石衬底的中心厚度及边缘厚度，所述边缘指最外缘向内1-2mm的范围；将中心厚度与边缘厚度的差值大于10μm的蓝宝石衬底放置在吸片台上，放置完毕后不得再次移动，以防表面划伤；
(3)开启吸片台的真空按钮，将衬底吸附在吸片台上；
所述吸附真空气压为-40KPa至-100KPa；
(4)启动吸片台，使蓝宝石衬底旋转；
所述蓝宝石衬底旋转速度为1000转/分钟-5000转/分钟。
(5)将油石相对衬底表面以小于15°的倾斜角对衬底边缘进行磨边，所述衬底边缘是指衬底最外缘向内1-2mm的范围，磨边后使蓝宝石衬底的中心厚度与边缘厚度的差值不大于10μm；
油石为50-1000目。磨边时间为60-300秒。
(6)磨边结束后，使蓝宝石衬底停止转动，关闭真空按钮，将蓝宝石衬底从吸片台上取下，待洗；
(7)将磨边后的蓝宝石衬底置于去离子水中超声清洗1-10分钟；
所述超声功率为200-1000W，频率为20-40KHz；
(8)将超声后的蓝宝石衬底在去离子水中清洗1-5分钟；
步骤(7)和(8)中去离子水电导率≤0.2μs/cm(25℃)。
(9)将清洗后的蓝宝石衬底进行热氮烘干；
烘干温度35-70℃，烘干时间3-10分钟；所述热氮纯度≥99.9％；
(10)测量烘干后的蓝宝石衬底中心厚度与边缘厚度差，所述边缘指最外缘向内1-2mm的范围，差值不大于10μm判定为合格，若大于10μm，重新磨边直至厚度差不大于10μm。然后进行后续衬底减薄作业。
本发明方法操作简单、易实现、成本低、效率高，主要针对中心与边缘厚度差超过10μm的蓝宝石衬底，可有效降低翘曲度，改善后续减薄质量，降低边缘掉边及裂片异常，提高产品良率。
本发明只需借助转速可调吸片台、油石，通过控制磨边时间即可减少蓝宝石衬底的翘曲度，可有效降低后续衬底减薄过程中出现的边缘碎裂、减薄厚度不均匀等异常现象，同时也降低了后续衬底的裂片率，从而提高产品良率。本发明易实现、易操作、成本低、效率高。
附图说明
图1为蓝宝石衬底磨边示意图；
其中：1、吸片台，2、蓝宝石衬底，3、油石。
具体实施方式
实施例1
(1)如图1所示，在吸片台上操作，将可调转速的吸片台1的表面用蘸有纯度≥99.7％的无水乙醇(分析纯)的无尘纸擦拭干净。
(2)将中心厚度与边缘厚度相差52μm的蓝宝石衬底2，边缘厚度指最外缘向内1-2mm范围内的厚度，轻轻居中放置在吸片台1上，放置完毕后不得再次移动，以防表面划伤；
(3)开启吸片台1的真空按钮，将衬底牢牢吸附在吸片台1上，吸附真空压力设置为-100KPa；
(4)开启吸片台1的旋转按钮，使吸片台1连同蓝宝石衬底2在5000转/分钟转速下旋转；
(5)将1000目的油石3相对蓝宝石衬底2的表面以15°的倾斜角对衬底2边缘进行磨边，所述衬底边缘是指衬底最外缘向内1-2mm的范围；磨边时间300秒。
(6)磨边结束后，关闭旋转按钮，待衬底停止转动后，关闭真空按钮，将衬底轻轻从吸片台上取下待洗。
(7)将步骤(6)所得磨边后的蓝宝石衬底置于电导率≤0.2μs/cm(25℃)的去离子水中超声1分钟，超声功率为1000W，频率为20KHz。
(8)将步骤(7)所得超声后的蓝宝石衬底在电导率≤0.2μs/cm(25℃)的去离子水中清洗5分钟；
(9)将步骤(8)所得清洗后的蓝宝石衬底进行热氮烘干，烘干温度70℃，烘干时间3分钟，所用氮气纯度为99.9％；
(10)测量烘干后的蓝宝石衬底中心厚度与边缘厚度相差7μm，可正常进行后续衬底减薄作业。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(8)、步骤(9)和步骤(10)，具体是：
(2)将中心厚度与边缘厚度相差34μm的蓝宝石衬底2放置在吸片台1上，边缘厚度指最外缘向内1mm范围内的厚度。
(3)吸附真空压力为-75KPa；
(4)蓝宝石衬底在1000转/分钟转速下旋转；
(5)将500目的油石与衬底表面以10°倾斜角对衬底边缘磨边，磨边时间180秒。
(7)超声10分钟，超声功率为200W，频率为31KHz。
(8)清洗1分钟。
(9)烘干温度55℃，烘干时间6分钟。
(10)测量烘干后的蓝宝石衬底中心厚度与边缘厚度差为5μm，可正常进行后续衬底减薄作业。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(8)、步骤(9)和步骤(10)，具体是：
(2)将中心厚度与边缘厚度相差10μm的蓝宝石衬底2放置在吸片台1上，边缘厚度指最外缘向内1.5mm范围内的厚度。
(3)吸附真空压力为-40KPa。
(4)蓝宝石衬底在2700转/分钟转速下旋转。
(5)将50目的油石平行衬底表面(0°倾斜角)对衬底边缘磨边，磨边时间60秒。
(7)超声7分钟，超声功率为600W，频率为40KHz。
(8)清洗3分钟。
(9)烘干温度35℃，烘干时间10分钟。
(10)测量烘干后的蓝宝石衬底中心厚度与边缘厚度差为3μm，可正常进行后续衬底减薄作业。

Claims (9)

1.一种改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，是在吸片台上进行，其特征是，包括以下步骤：
（1）将吸片台表面用蘸有无水乙醇的无尘纸擦拭干净；
（2）测量蓝宝石衬底的中心厚度及边缘厚度，所述边缘指最外缘向内1-2mm的范围；将中心厚度与边缘厚度的差值大于10μm的蓝宝石衬底放置在吸片台上，放置完毕后不得再次移动，以防表面划伤；
（3）开启吸片台的真空按钮，将衬底吸附在吸片台上；
（4）启动吸片台，使蓝宝石衬底旋转；
（5）将油石相对衬底表面以小于15°的倾斜角对衬底边缘进行磨边，所述衬底边缘是指衬底最外缘向内1-2mm的范围，磨边后使蓝宝石衬底的中心厚度与边缘厚度的差值不大于10μm；
（6）磨边结束后，使蓝宝石衬底停止转动，关闭真空按钮，将蓝宝石衬底从吸片台上取下，待洗；
（7）将磨边后的蓝宝石衬底置于去离子水中超声清洗1-10分钟；
（8）将超声后的蓝宝石衬底在去离子水中清洗1-5分钟；
（9）将清洗后的蓝宝石衬底进行热氮烘干；
（10）测量烘干后的蓝宝石衬底中心厚度与边缘厚度差，所述边缘指最外缘向内1-2mm的范围，差值不大于10μm判定为合格，若大于10μm，重新磨边直至厚度差不大于10μm。
2.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（1）中的无水乙醇为分析纯。
3.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（3）中的吸附真空气压为-40KPa 至-100KPa。
4.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（4）中蓝宝石衬底旋转速度为1000转/分钟-5000转/分钟。
5.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（5）中油石为50-1000目。
6.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（5）中磨边时间为60-300秒。
7.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（7）和步骤（8）中去离子水的电导率≤0.2μs/cm。
8.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（7）中超声功率为200-1000W，频率为20-40KHz。
9.根据权利要求1所述的改善蓝宝石衬底减薄质量的预处理方法，其特征是，所述步骤（9）中的烘干温度35-70℃，烘干时间3-10分钟。
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