CN109807695A - 一种蓝宝石衬底片抛光方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种蓝宝石衬底片抛光方法，将铜抛后清洗干净的蓝宝石衬底片按照厚度分组，同一组内晶片厚度差异在10μm以内；提供一个陶瓷盘，陶瓷盘表面平整度在3μm以内，用贴蜡机将一组晶片均匀贴在距陶瓷盘边缘1cm的表面上，蜡冷却后晶片固定在陶瓷盘上；抛光机下盘表面贴上suba600或suba800的抛光布，将陶瓷盘贴有晶片的一面向下放置在抛光布上，下压上盘压紧陶瓷盘并使之跟随上盘同步转动，下盘与上盘同向转动，同时抛光布表面喷上粒径大小为80～350nm的的氧化铝抛光液，氧化铝抛光液与水的体积配比为1:6到1:15；抛光过程中，可以通过对抛光液冷却带走热量使抛光机下盘盘面温度控制在30～40℃；抛光结束后取下陶瓷盘，用毛刷对晶片进行冲水清洗。

Description

一种蓝宝石衬底片抛光方法

技术领域

本发明涉及一种适用于蓝宝石衬底片抛光技术领域，尤其涉及一种蓝宝石衬底片抛光方法。

背景技术

目前，蓝宝石抛光主要采用二氧化硅基抛光液，二氧化硅基的抛光液去除速率低，易结晶难清洗，对环境和温度要求严格，加工条件苛刻，导致蓝宝石晶片生产效率，生产成本高。随着LED市场的迅速发展，市场迫切需要低成本高效率高质量蓝宝石抛光技术降低单位成本。

随着高亮度LED在照明工程领域需求量的急剧增长，带动了国内蓝宝石衬底材料制造产业的发展。蓝宝石晶体具有优异的力学性能、良好的热学性能，是半导体GaN/Al2O3发光二极管、大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等理想的衬底材料。由于蓝宝石硬度高、脆性大给材料加工尤其是表面纳米级抛光带来很多困难。为应对光电技术的发展对蓝宝石衬底材料表面提出的超光滑、无损伤的要求，必须对蓝宝石衬底进行精细抛光。

蓝宝石衬底片抛光主要有机械抛光、化学抛光和化学机械抛光。机械抛光精细度低，难以实现纳米级抛光；化学抛光可实现纳米级抛光，但不能实现全局平面化。化学机械抛光是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的抛光技术，是将晶片施加一定压力均匀压在抛光布上，晶片或抛光布相对机械运动，抛光液在晶片和抛光布之间形成润滑层并与晶片表面发生化学反应形成软质腐蚀层，机械摩擦又将腐蚀层去除从而达到表面全局平坦化的一种抛光方法。

蓝宝石衬底片抛光采用化学机械抛光，主要使用二氧化硅基抛光液，二氧化硅抛光液是以高纯度的硅粉或者水玻璃为原料，经过特殊工艺生产的一种高纯度金属离子型抛光产品。二氧化硅的硬度较蓝宝石硬度低，在蓝宝石衬底片的抛光中，材料去除率相对低，去除速率不高。另二氧化硅抛光液形成胶体，附着在衬底片表面，清洁难度较大。

综上所述，目前蓝宝石抛光普遍采用二氧化硅基抛光液配合相应的抛光技术，使用化学腐蚀和机械力去除原理，去除速率低，仅为2～4μm/h，去除约6μm的损伤层时间较长，易受到环境和温度的影响产生新的划伤。

发明内容

本申请提供了一种蓝宝石衬底片抛光方法，以解决普遍采用二氧化硅基抛光液配合相应的抛光技术，使用化学腐蚀和机械力去除原理，去除速率低的问题；通过使用氧化铝抛光液替代氧化硅抛光液配合相应的工艺，去除速率可以大幅提升，不容易产生新的损伤，加工条件宽松，容易控制。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

1.一种蓝宝石衬底片抛光方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：

预处理：将铜抛后清洗干净的蓝宝石衬底片按照厚度分组，同一组内晶片厚度差异在10μm以内；

贴蜡阶段：提供一个陶瓷盘，陶瓷盘表面平整度在3μm以内，用贴蜡机将一组晶片均匀贴在距陶瓷盘边缘1cm的表面上，蜡冷却后晶片固定在陶瓷盘上；使用三角量表以陶瓷盘表面为基准面校零；选一片晶片标记作为起始片，测量晶片中点数据，按此方法，以逆时针将同一组全部测完，并记录下数据；

晶片抛光：抛光机下盘表面贴上suba600或suba800的抛光布，将陶瓷盘贴有晶片的一面向下放置在抛光布上，下压上盘压紧陶瓷盘并使之跟随上盘同步转动，下盘与上盘同向转动，同时抛光布表面喷上粒径大小为80～350nm的的氧化铝抛光液，所述氧化铝抛光液与水的体积配比为1:6到1:15，所述氧化铝抛光液可循环回收再次喷到抛光布上；

下盘速度为45～55转/分钟，上盘速度为45～55转/分钟，上盘对晶片施加的压力为300～450g/cm²，抛光过程中，可以通过对抛光液冷却带走热量使抛光机下盘盘面温度控制在30～40℃；

抛光液PH值可以根据PH计测量并添加氢氧化钾控制在12～13.5之间；

抛光时间30分钟～60分钟，抛光液可以循环使用6～10批次；

清洗：抛光结束后取下陶瓷盘，用毛刷对晶片进行冲水清洗；

检测：使用三角量表从起始片开始逆时针量测晶片中点数据，将抛光后同一片的数据相减，算出去除速率，去除速率可达10μm/h；

使用显微镜对晶片表面检查缺陷，划伤率≤5％的晶片放入到晶片盒内，得到蓝宝石衬底片外观检验的良品。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

1.本发明抛光过程中抛光机大盘控制在45～55转/分钟，压力控制在300～450g/cm²，通过高转速高压力保证有效的机械去除，提高去除速率；

2.本发明通过控制PH在12～13.5之间，调节化学腐蚀性；

3.本发明温度控制30～40℃，温度范围宽，不用考虑温度对抛光液的影响；

4.本发明采用粒径大小为80～350nm的氧化铝抛光液，氧化铝抛光对温度不敏感，不会受温度过低过高产生不可逆的变质，抛光液比较稳定，不容易结晶，而且清洗比较简单，生产过程中不需要大量的人工清洗机台，有效节约操作时间；

5.本工艺去除速率很高，不容易产生划伤，能够快速去除铜抛的损伤层，达到纳米级无微缺陷的镜面表面，大幅提升生产效率。

具体实施方式

实施例1

本申请提供的一种蓝宝石衬底片抛光方法，所述的方法具体包括以下步骤：

S1：预处理

1)将铜抛后清洗干净的4英寸蓝宝石衬底片11片按照厚度分组，同一组内晶片厚度差异在10μm以内。

2)贴蜡阶段：提供一个陶瓷盘，陶瓷盘表面平整度在3μm以内，用贴蜡机将一组晶片均匀贴在距陶瓷盘边缘1cm的表面上，蜡冷却后晶片固定在陶瓷盘上；使用三角量表以陶瓷盘表面为基准面校零；选一片晶片标记作为起始片，测量晶片中点数据，按此方法，以逆时针将同一组全部测完，并记录下数据。

S2：晶片抛光

抛光机下盘表面贴上suba600或suba800的抛光布，将陶瓷盘贴有晶片的一面向下放置在抛光布上，下压上盘压紧陶瓷盘并使之跟随上盘同步转动，下盘与上盘同向转动，同时抛光布表面喷上粒径大小为80～350nm的的氧化铝抛光液，所述氧化铝抛光液与水的体积配比为1:6到1:15，所述氧化铝抛光液可循环回收再次喷到抛光布上。

下盘速度为45转/分钟，上盘速度为45转/分钟，上盘对晶片施加的压力为300/cm²，抛光过程中，可以通过对抛光液冷却带走热量使抛光机下盘盘面温度控制在30℃。

抛光液PH值可以根据PH计测量并添加氢氧化钾控制为12。

抛光时间30分钟，抛光液可以循环使用6～10批次。

S3：清洗

抛光结束后取下陶瓷盘，用毛刷对晶片进行冲水清洗。

S4：检测

使用三角量表从起始片开始逆时针量测晶片中点数据，将抛光后同一片的数据相减，算出去除速率，去除速率可达10μm/h。

使用显微镜对晶片表面检查缺陷，划伤率≤5％的晶片放入到晶片盒内，得到蓝宝石衬底片外观检验的良品。

实施例2

S1：预处理

1)将铜抛后清洗干净的4英寸蓝宝石衬底片11片按照厚度分组，同一组内晶片厚度差异在10μm以内。

2)贴蜡阶段：提供一个陶瓷盘，陶瓷盘表面平整度在3μm以内，用贴蜡机将一组晶片均匀贴在距陶瓷盘边缘1cm的表面上，蜡冷却后晶片固定在陶瓷盘上；使用三角量表以陶瓷盘表面为基准面校零；选一片晶片标记作为起始片，测量晶片中点数据，按此方法，以逆时针将同一组全部测完，并记录下数据。

S2：晶片抛光

抛光机下盘表面贴上suba600或suba800的抛光布，将陶瓷盘贴有晶片的一面向下放置在抛光布上，下压上盘压紧陶瓷盘并使之跟随上盘同步转动，下盘与上盘同向转动，同时抛光布表面喷上粒径大小为80～350nm的的氧化铝抛光液，所述氧化铝抛光液与水的体积配比为1:6到1:15，所述氧化铝抛光液可循环回收再次喷到抛光布上。

下盘速度为48转/分钟，上盘速度为48转/分钟，上盘对晶片施加的压力为400/cm²，抛光过程中，可以通过对抛光液冷却带走热量使抛光机下盘盘面温度控制在30℃。

抛光液PH值可以根据PH计测量并添加氢氧化钾控制为13。

抛光时间40分钟，抛光液可以循环使用6～10批次，

S3：清洗

抛光结束后取下陶瓷盘，用毛刷对晶片进行冲水清洗。

S4：检测

使用三角量表从起始片开始逆时针量测晶片中点数据，将抛光后同一片的数据相减，算出去除速率，去除速率可达10μm/h。

使用显微镜对晶片表面检查缺陷，划伤率≤5％的晶片放入到晶片盒内，得到蓝宝石衬底片外观检验的良品。

实施例3

S1：预处理

1)将铜抛后清洗干净的4英寸蓝宝石衬底片11片按照厚度分组，同一组内晶片厚度差异在10μm以内。

2)贴蜡阶段：提供一个陶瓷盘，陶瓷盘表面平整度在3μm以内，用贴蜡机将一组晶片均匀贴在距陶瓷盘边缘1cm的表面上，蜡冷却后晶片固定在陶瓷盘上；使用三角量表以陶瓷盘表面为基准面校零；选一片晶片标记作为起始片，测量晶片中点数据，按此方法，以逆时针将同一组全部测完，并记录下数据。

S2：晶片抛光

抛光机下盘表面贴上suba600或suba800的抛光布，将陶瓷盘贴有晶片的一面向下放置在抛光布上，下压上盘压紧陶瓷盘并使之跟随上盘同步转动，下盘与上盘同向转动，同时抛光布表面喷上粒径大小为80～350nm的的氧化铝抛光液，所述氧化铝抛光液与水的体积配比为1:6到1:15，所述氧化铝抛光液可循环回收再次喷到抛光布上。

下盘速度为55转/分钟，上盘速度为55转/分钟，上盘对晶片施加的压力为450/cm²，抛光过程中，可以通过对抛光液冷却带走热量使抛光机下盘盘面温度控制在30℃。

抛光液PH值可以根据PH计测量并添加氢氧化钾控制为13.5。

抛光时间60分钟，抛光液可以循环使用6～10批次，

S3：清洗

抛光结束后取下陶瓷盘，用毛刷对晶片进行冲水清洗。

S4：检测

使用三角量表从起始片开始逆时针量测晶片中点数据，将抛光后同一片的数据相减，算出去除速率，去除速率可达10μm/h。

使用显微镜对晶片表面检查缺陷，划伤率≤5％的晶片放入到晶片盒内，得到蓝宝石衬底片外观检验的良品。

对比例1

蓝宝石抛光采用二氧化硅基抛光液配合相应的抛光技术。

对比结果如表一：

表一本发明工艺与现有工艺对比

	现有二氧化硅工艺	本发明氧化铝工艺
			去除速率	2～4μm/h	9～11μm/h
抛光时间	90～150分钟	30～45分钟
			划伤不良	≤10％	≤5％
液水配比	1:1	1:6～1:15
			循环使用次数	4	6～10

根据表一的对比结果：氧化铝抛光对温度不敏感，不会受温度过低过高产生不可逆的变质，抛光液比较稳定，不容易结晶，而且清洗比较简单，生产过程中不需要大量的人工清洗机台，有效节约操作时间。

本工艺去除速率很高，不容易产生划伤，能够快速去除铜抛的损伤层，达到纳米级无微缺陷的镜面表面，大幅提升生产效率。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种蓝宝石衬底片抛光方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：

预处理：将铜抛后清洗干净的蓝宝石衬底片按照厚度分组，同一组内晶片厚度差异在10μm以内；

贴蜡阶段：提供一个陶瓷盘，陶瓷盘表面平整度在3μm以内，用贴蜡机将一组晶片均匀贴在距陶瓷盘边缘1cm的表面上，蜡冷却后晶片固定在陶瓷盘上；使用三角量表以陶瓷盘表面为基准面校零；选一片晶片标记作为起始片，测量晶片中点数据，按此方法，以逆时针将同一组全部测完，并记录下数据；

晶片抛光：抛光机下盘表面贴上suba600或suba800的抛光布，将陶瓷盘贴有晶片的一面向下放置在抛光布上，下压上盘压紧陶瓷盘并使之跟随上盘同步转动，下盘与上盘同向转动，同时抛光布表面喷上粒径大小为80～350nm的的氧化铝抛光液，所述氧化铝抛光液与水的体积配比为1:6到1:15，所述氧化铝抛光液可循环回收再次喷到抛光布上；

下盘速度为45～55转/分钟，上盘速度为45～55转/分钟，上盘对晶片施加的压力为300～450g/cm²，抛光过程中，可以通过对抛光液冷却带走热量使抛光机下盘盘面温度控制在30～40℃；

抛光液PH值可以根据PH计测量并添加氢氧化钾控制在12～13.5之间；

抛光时间30分钟～60分钟，抛光液可以循环使用6～10批次；

清洗：抛光结束后取下陶瓷盘，用毛刷对晶片进行冲水清洗；

检测：使用三角量表从起始片开始逆时针量测晶片中点数据，将抛光后同一片的数据相减，算出去除速率，去除速率可达10μm/h；

使用显微镜对晶片表面检查缺陷，划伤率≤5％的晶片放入到晶片盒内，得到蓝宝石衬底片外观检验的良品。