CN108500823A - 一种蓝宝石晶片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蓝宝石晶片的加工方法，属于蓝宝石加工技术领域，主要工艺过程包括：(1)晶棒定向切片；(2)超声清洗；(3)晶片减薄；(4)超声清洗；(5)退火；(6)边缘倒角；(7)CMP抛光。本发明针对蓝宝石晶片在研磨时产生表面损伤层，影响到器件性能以及后期芯片碎裂、失效，以及采用钻石液粗抛的方式去除损伤层的综合加工时间长、成本高等问题。提出采用减薄机对晶片进行减薄、精加工，大大缩短加工周期，提高晶片加工效率。
Description
技术领域
本发明属于蓝宝石加工技术领域，具体涉及一种高效率蓝宝石晶片的加工方法。
背景技术
蓝宝石单晶，具有硬度高、透光性好、耐磨性高、化学稳定性好、热传导性、电瓷绝缘性、力学特性优良等特点，被广泛应用于工业、国防和科研的多个领域，同时蓝宝石晶片是一种用途广泛的单晶基片材料，在蓝宝石衬底上生长GaN的晶格适配系数小，是光电器件的重要衬底材料，因此要求蓝宝石晶片表面有较高的质量。
蓝宝石硬度高且脆性大，对其进行机械加工非常困难，尤其在精密和超精密的蓝宝石晶片加工技术方面，对于传统研磨机对蓝宝石晶片研磨去厚加工，主要是坚硬的磨料颗粒对晶片表面破坏的过程。磨盘与晶片相对运动，使得晶片表面形成交错裂纹延伸至表面以下，形成损伤层，影响到器件性能以及后期芯片碎裂、失效等缺陷的产生。而由于CMP抛光速率低、去除量很小，因此在抛光前采用钻石液粗抛的方式去除晶片在研磨时留下的损伤层。从而导致蓝宝石晶片加工时间长、成本高等问题。
针对以上加工效率低、成品率低、成本高等问题，本发明提供一种高效率蓝宝石晶片的加工方法，采用减薄机代替传统研磨机对蓝宝石进行去厚，采用减薄机高目数金刚石砂轮代替钻石液粗抛对蓝宝石晶片进行精加工，并针对蓝宝石晶体的特性优化加工参数，可降低加工成本，提高加工效率。
发明内容
本发明目的在于针对目前蓝宝石晶片在研磨时产生表面损伤层，影响到器件性能及后期芯片碎裂、失效，采用钻石液粗抛的方式去除损伤层的综合加工时间长、成本高等问题，提供一种高效率、高良率、高质量和低成本的蓝宝石晶片加工方法。
本发明的目的是这样实现的，加工过程为：(1) 晶棒定向切片；(2) 超声清洗；(3)晶片减薄；(4) 超声清洗；(5)退火；(6) 边缘倒角；(7) CMP抛光。具体为：多线切割蓝宝石晶棒时，根据晶片对晶向的要求调整切割角度，使用多线切割机对晶棒进行切片；采用超声清洗机清洗晶片30~60min甩干；晶片减薄采用减薄机替代传统研磨机，对晶片进行双面减薄加工及双面精加工；超声清洗机清洗晶片30~60min甩干；将蓝宝石晶片放入退火炉内照一定工艺参数进行退火处理；使用倒角机进行晶片边缘倒角加工；采用硅溶胶加水自行配制抛光液，用双面抛光机对晶片进行双面抛光得到蓝宝石晶片成品。
本发明还有这样一些特征：
1、步骤(1)中蓝宝石晶棒多线切割工序，根据晶片对晶向的要求，调整晶棒与金刚石线切割角度；
2、步骤(2)中将多线切割的晶片采用超声清洗机清洗30~60min；
3、步骤(3)晶片减薄工序中使用减薄机对晶片进行双面减薄加工，采用300~1000目金刚石砂轮，将蓝宝石晶片减薄，留有10um~50um的加工余量，其中负载压力1500~2500N，主轮下降速度20~60 µm/min，主轴转速1000~1500 r/min，载台转速60~100 r/min。采用10000~15000目金刚石砂轮对晶片进行双面精加工，负载压力1000~1500N，主轮下降速度0.1~0.5µm/min，主轴转速1000~1500 r/min，载台转速60~100 r/min；本实施例去厚速度为0.4-1.5µm/s，精加工速度为0.1~0.5 µm/min，采用高分子膜对晶片进行贴膜固定，每盘可粘贴5-10片4英寸蓝宝石晶片；
4、步骤(5)退火，具体工艺过程为：首先将蓝宝石晶片放入退火炉内，然后以30~200℃/h的升温速度将退火炉内温度升至800~1200℃，保温5~20h，最后以30~200℃/h的降温速度将退火炉内温度降至室温；
5、步骤(6)使用倒角机进行晶片边缘倒角加工；
6、步骤(7)CMP抛光采用硅溶胶加水自行配制抛光液，所用抛光压力为300~1000g/cm2，抛光温度为40~50℃，抛光后晶片表面质量控制在 TTV ≤ 3μm，WARP ≤ 5μm，晶片表面粗糙度 Ra ≤ 0.6nm。
本发明的有益效果在于：
（1）由于蓝宝石晶片在研磨时产生表面损伤层，所以在CMP抛光前采用钻石液粗抛去除损伤层。采用减薄机替代研磨机对晶片进行减薄及精加工后，晶片表面粗糙度一致可直接进行CMP抛光，降低加工成本，提高加工效率。
（2）减薄机的去厚速率为研磨机的2倍以上，加工效率大幅提高；
（3）减薄机能在加工晶片过程中对能直接检测厚度和压力，可保证晶片受压力均匀，提高晶片加工质量；
减薄机加工时砂轮可进行自动修锐，保证加工精度。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
结合图1，本实施例方法共分为7个过程，具体包括如下步骤：(1) 晶棒定向切片；(2)超声清洗；(3) 晶片减薄；(4) 超声清洗；(5)退火；(6) 边缘倒角；(7) CMP抛光。
S100，晶棒定向切片：用多线切割机将蓝宝石晶棒根据晶向要求定向切割成蓝宝石晶片；
S200，超声清洗：采用超声清洗机清洗蓝宝石晶片；
S300，晶片减薄：减薄机对晶片进行双面减薄加工及双面精加工；
S400，超声清洗：采用超声清洗机清洗蓝宝石晶片；
S500，退火：将蓝宝石晶片放置在退火炉中按照一定工艺参数进行退火处理；
S600，倒角：倒角机进行晶片边缘倒角加工处理；
S700，CMP抛光：采用硅溶胶加水自行配制抛光液，用双面抛光机对晶片进行双面抛光得到蓝宝石晶片成品。
步骤(1)中蓝宝石晶棒多线切割工序，根据晶片对晶向的要求，调整晶棒与金刚石线切割角度；
步骤(2)中将多线切割的晶片采用超声清洗机清洗40min；
步骤(3)晶片减薄工序中使用减薄机对晶片进行双面减薄加工，采用500目金刚石砂轮，将蓝宝石晶片减薄，留有20um的加工余量，其中负载压力2000N，主轮下降速度40 µm/min，主轴转速1200 r/min，载台转速80 r/min。采用12000目金刚石砂轮对晶片进行双面精加工，负载压力1200N，主轮下降速度0.35µm/min，主轴转速1200 r/min，载台转速80 r/min；本实施例去厚速度为0.85 µm/s，精加工速度为0.35 µm/min，采用高分子膜对晶片进行贴膜固定，每盘可粘贴6片4英寸蓝宝石晶片；
步骤(5)退火，具体工艺过程为：首先将蓝宝石晶片放入退火炉内，然后以150℃/h的升温速度将退火炉内温度升至1000℃，保温15h，最后以150℃/h的降温速度将退火炉内温度降至室温；
步骤(6)使用倒角机进行晶片边缘倒角加工；
步骤(7)CMP抛光采用硅溶胶加水自行配制抛光液，所用抛光压力为800g/cm2，抛光温度为45℃，抛光后晶片表面质量控制在 TTV ≤2.5μm，WARP ≤ 4.5μm，晶片表面粗糙度 Ra≤ 0.5nm。
实施例2：
步骤(1)中蓝宝石晶棒多线切割工序，根据晶片对晶向的要求，调整晶棒与金刚石线切割角度；
步骤(2)中将多线切割的晶片采用超声清洗机清洗45min；
步骤(3)晶片减薄工序中使用减薄机对晶片进行双面减薄加工，采用900目金刚石砂轮，将蓝宝石晶片减薄，留有40um的加工余量，其中负载压力2200N，主轮下降速度45 µm/min，主轴转速1250 r/min，载台转速850 r/min。采用13500目金刚石砂轮对晶片进行双面精加工，负载压力1350N，主轮下降速度0.45 µm/min，主轴转速1350 r/min，载台转速90 r/min；本实施例去厚速度为1.2µm/s，精加工速度为0.4 µm/min，采用高分子膜对晶片进行贴膜固定，每盘可粘贴8片4英寸蓝宝石晶片；
步骤(5)退火，具体工艺过程为：首先将蓝宝石晶片放入退火炉内，然后以180℃/h的升温速度将退火炉内温度升至1100℃，保温18h，最后以180℃/h的降温速度将退火炉内温度降至室温；
步骤(6)使用倒角机进行晶片边缘倒角加工；
步骤(7)CMP抛光采用硅溶胶加水自行配制抛光液，所用抛光压力为900g/cm2，抛光温度为48℃，抛光后晶片表面质量控制在 TTV ≤ 3μm，WARP ≤ 5μm，晶片表面粗糙度 Ra ≤0.6nm。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于具有本发明所属领域基础知识的人员来讲，可以很容易对本发明进行变更和修改，这些变更和修改都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于加工过程包括7个步骤：(1) 晶棒定向切片；(2) 超声清洗；(3) 晶片减薄；(4) 超声清洗；(5)退火；(6) 边缘倒角；(7) CMP抛光；具体为：多线切割蓝宝石晶棒时，根据晶片对晶向的要求调整切割角度，使用多线切割机对晶棒进行切片；采用超声清洗机清洗晶片30~60min甩干；晶片减薄采用减薄机对晶片进行双面减薄加工及双面精加工；超声清洗机清洗晶片30~60min甩干；将蓝宝石晶片放入退火炉内进行退火处理；使用倒角机进行晶片边缘倒角加工；采用硅溶胶加水用双面抛光机对晶片进行双面抛光得到蓝宝石晶片成品。
2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于步骤(1) 晶棒定向切片中蓝宝石晶棒多线切割工序，根据晶片对晶向的要求调整晶棒与金刚石线切割角度。
3.根据权利要求2所述的一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于步骤(2) 超声清洗中将多线切割的晶片采用超声清洗机清洗30~60min。
4.根据权利要求3所述的一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于步骤(3)晶片减薄中使用减薄机对晶片进行双面减薄加工，采用300~1000目金刚石砂轮，将蓝宝石晶片减薄，留有10um~50um的加工余量，其中负载压力1500~2500N，主轮下降速度20~60 µm/min，主轴转速1000~1500 r/min，载台转速60~100 r/min；采用10000~15000目金刚石砂轮对晶片进行双面精加工，负载压力1000~1500N，主轮下降速度0.1~0.5 µm/min，主轴转速1000~1500 r/min，载台转速60~100 r/min；去厚速度为0.4-1.5 µm/s，精加工速度为0.1~0.5 µm/min，采用高分子膜对晶片进行贴膜固定，每盘可粘贴5-10片4英寸蓝宝石晶片。
5.根据权利要求4所述的一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于步骤(5)退火具体中首先将蓝宝石晶片放入退火炉内，然后以30~200℃/h的升温速度将退火炉内温度升至800~1200℃，保温5~20h，最后以30~200℃/h的降温速度将退火炉内温度降至室温。
6.根据权利要求5所述的一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于步骤(6) 边缘倒角使用倒角机进行晶片边缘倒角加工。
7.根据权利要求6所述的一种蓝宝石晶片加工方法，其特征在于步骤(7)CMP抛光压力为300~1000g/cm2，抛光温度为40~50℃，抛光后晶片表面质量控制在 TTV ≤ 3μm，WARP ≤5μm，晶片表面粗糙度 Ra ≤ 0.6nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180907 |