CN110625517B - 衬底平整度检测仪的修复装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衬底平整度检测仪的修复装置和方法，属于晶片检测技术领域。所述衬底平整度检测仪具有圆形的图形化表面，所述图形化表面用于放置待检测的衬底；所述修复装置包括磨料和研具，所述磨料铺设在所述图形化表面上，所述研具通过所述磨料与所述图形化表面相抵，所述研具与所述图形化表面之间发生相对滑动；所述磨料由碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成，所述碳化硼颗粒的质量分数为所述金刚石颗粒的质量分数的2倍～3倍。本发明可以有效修复衬底平整度检测仪的图形化表面，延长图形化表面的使用寿命，将图形化表面所在部件的购买和维修次数从50次以上/年减少到2次以下/年，大幅降低衬底的制作成本。

Description

衬底平整度检测仪的修复装置和方法

技术领域

本发明涉及晶片检测技术领域，特别涉及一种衬底平整度检测仪的修复装置和方法。

背景技术

随着社会的发展，能源变得稀缺，温室效应日益明显，“绿色节能”成为社会的主题。发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，将其取代白炽灯、荧光灯等冷光源进行照明，无疑是节能减排的一项重要举措。而随着LED在照明领域的广泛应用，对LED在亮度、波长均匀性等方面的品质要求也越来越高。图形化蓝宝石衬底(英文：Patterned Sapphire Substrate，简称：PSS)，一方面可以减少外延材料的位错密度，延长LED的使用寿命；另一方面可以改变全反射光的出射角，增加LED的出光效率，有利于满足LED的品质要求，因此目前通常采用PSS生长外延材料，进而制作出高品质的LED。

PSS对衬底的品质要求很高，总厚度变化(英文：total thickness variation，简称：TTV)和局部厚度变化(英文：local thickness variation，简称：LTV)是衡量衬底加工优劣的两个重要指标，会直接影响到PSS的良率。为了筛选出合格的衬底制作PSS，在衬底加工之后，会先进行平整度检测。现有的平整度检测仪具有一个图形化表面，检测平整度时需要将衬底放置在这个图形化表面上，利用光学技术对衬底的表面形貌进行检测，进而得到衬底的平整度。因此，平整度检测对这个图形化表面的平整度要求极高，一般要求图形化表面的平整度控制在0.2μm以下，避免由于图形化表面的不平整而影响到衬底平整度的检测结果，保证衬底平整度检测的准确性。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

将衬底放置在图形化表面上时，人手和衬底都不可避免地触碰到图形化表面。当这种触碰积累到10万次以上时，图形化表面上凸起部和凹陷部的交界处出现磨损，导致图形化表面上凸起部和凹陷部的界线模糊，光学检测无法得到衬底表面的真实形貌，影响衬底平整度测量的准确性。目前的做法是对提供图形化表面的部件进行更换，但是这个部件完全依靠进口，购买价格高达10万元以上，维修价格也近7万元，造成衬底的制作成本高昂。

发明内容

本发明实施例提供了一种衬底平整度检测仪的修复装置和方法，可以延长图形化表面的使用寿命，降低衬底的制作成本。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种衬底平整度检测仪的修复装置，所述衬底平整度检测仪具有圆形的图形化表面，所述图形化表面用于放置待检测的衬底；所述修复装置包括磨料和研具，所述磨料铺设在所述图形化表面上，所述研具通过所述磨料与所述图形化表面相抵，所述研具与所述图形化表面之间发生相对滑动；所述磨料由碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成，所述碳化硼颗粒的质量分数为所述金刚石颗粒的质量分数的2倍～3倍。

可选地，所述碳化硼颗粒的粒度为2.5μm～5μm，所述金刚石颗粒的粒度为2.5μm～5μm。

进一步地，所述悬浮剂的质量分数为所述碳化硼颗粒的质量分数和所述金刚石颗粒的质量分数之和的8倍～9倍。

更进一步地，所述碳化硼颗粒的质量分数为5％～7.5％，所述金刚石颗粒的质量分数为2％～3％，所述悬浮剂的质量分数为80％～85％。

更进一步地，所述磨料由质量分数为6.6％的碳化硼颗粒、质量分数为2.6％的金刚石颗粒、质量分数为80.2％的悬浮剂和质量分数为10.6％的水组成。

进一步地，所述研具的第一表面由纵横交错的凹陷部和多个间隔分布在所述凹陷部中的凸起部组成，相邻两个所述凸起部之间的距离为1mm，所述第一表面为所述研具与所述图形化表面相抵的表面。

更进一步地，每个所述凸起部在平行于所述图形化表面上的长度为5mm。

可选地，所述研具的第一表面相抵的表面为圆形，所述第一表面的直径为所述图形化表面的直径的1/2，所述第一表面为所述研具与所述图形化表面相抵的表面。

另一方面，本发明实施例提供了一种衬底平整度检测仪的修复方法，所述衬底平整度检测仪具有圆形的图形化表面，所述图形化表面用于放置待检测的衬底；所述修复方法包括：

在所述图形化表面上铺设磨料；所述磨料由碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成，所述碳化硼颗粒的质量分数为所述金刚石颗粒的质量分数的2倍～3倍；

将研具通过所述磨料与所述图形化表面相抵，并使所述研具与所述图形化表面之间发生相对滑动，利用所述磨料对所述图形化表面进行修复。

可选地，所述研具的第一表面相抵的表面为圆形，所述第一表面的直径为所述图形化表面的直径的1/2，所述第一表面为所述研具与所述图形化表面相抵的表面；

所述将研具通过所述磨料与所述图形化表面相抵，并使所述研具与所述图形化表面之间发生相对滑动，利用所述磨料对所述图形化表面进行修复，包括：

确定第一圆形，所述第一圆形与所述图形化表面为同心圆，所述第一圆形的边缘经过所述图形化表面上的磨损点；

将所述研具移动到起始点，并在所述起始点顺指针转动设定圈数；当所述研具移动到所述起始点时，所述第一表面的边缘与所述第一圆形的边缘以所述图形化表面上的磨损点为切点相切，且所述第一表面的圆心位于所述第一圆形内；

将所述研具顺时针移动到各个研磨点，并在每个所述研磨点顺指针转动设定圈数；当所述研具移动到所述研磨点时，所述第一表面的边缘与所述第一圆形的边缘相切，且所述第一表面的圆心位于所述第一圆形内；所述研具移动到相邻两个所述研磨点时在所述第一圆形上投影的重合区域面积大于或等于所述第一表面面积的1/2。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成磨料，碳化硼和金刚石都是目前已知的最坚硬的材料，具有很强的磨削力，可以用于蓝宝石的加工；由于图形化表面的磨损是由蓝宝石衬底造成的，因此可以加工蓝宝石的碳化硼颗粒和金刚石颗粒必然可以有效磨削图形化表面。而且同时采用碳化硼颗粒和金刚石颗粒组成磨料，金刚石颗粒的硬度较高，磨削力更强，磨削效率相对较高；同时碳化硼颗粒的韧性较强，与金刚石颗粒混合在一起，可以有效避免金刚石颗粒碎裂，使得金刚石颗粒的磨削力得以保持；加上碳化硼颗粒的硬度也很高，磨削力也不差，因此整体的磨削效率很高，特别适合实际生产需要。这样的磨料配合研具，可以有效修复衬底平整度检测仪的图形化表面，延长图形化表面的使用寿命，将图形化表面所在部件的购买和维修次数从50次以上/年减少到2次以下/年，大幅降低衬底的制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种衬底平整度检测仪的修复装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的研具的仰视图；

图3是本发明实施例提供的一种衬底平整度检测仪的修复方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的第一步执行之后的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的第二步执行之后的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的第三步执行之后的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种衬底平整度检测仪的修复装置。衬底平整度检测仪具有圆形的图形化表面，图形化表面用于放置待检测的衬底。图1为本发明实施例提供的一种衬底平整度检测仪的修复装置的结构示意图。参见图1，修复装置包括磨料10和研具20，磨料10铺设在图形化表面30上，研具20通过磨料10与图形化表面30相抵，研具20与图形化表面30之间发生相对滑动。磨料10由碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成，碳化硼颗粒的质量分数为金刚石颗粒的质量分数的2倍～3倍。

在实际应用中，为了尽可能减小人手和衬底触碰图形化表面所造成的不良影响(即图形化表面上凸起部和凹陷部的界线模糊)，会在图形化表面镀设硬质涂层。因此，一般的磨料很难磨削图形化表面进行修复，即使可以磨削，也会由于磨削力太弱而需要耗费一天甚至几天的时间，修复效率太低，很难在实际生产中实现。

本发明实施例通过碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成磨料，碳化硼和金刚石都是目前已知的最坚硬的材料，具有很强的磨削力，可以用于蓝宝石的加工；由于图形化表面的磨损是由蓝宝石衬底造成的，因此可以加工蓝宝石的碳化硼颗粒和金刚石颗粒必然可以有效磨削图形化表面。而且金刚石颗粒的硬度较高，磨削力更强，磨削初期的效率很高，但是脆性较大，容易碎裂，导致磨削力很快变弱，整体的磨削效率较低；而碳化硼颗粒的韧性较好，磨削力的持续性较好，但是硬度比金刚石颗粒弱，磨削力相对较差，整体的磨削效率还是较低；本发明实施例同时采用碳化硼颗粒和金刚石颗粒组成磨料，金刚石颗粒的硬度较高，磨削力更强，磨削效率相对较高；同时碳化硼颗粒的韧性较强，与金刚石颗粒混合在一起，可以有效避免金刚石颗粒碎裂，使得金刚石颗粒的磨削力得以保持；加上碳化硼颗粒的硬度也很高，磨削力也不差，因此整体的磨削效率很高，特别适合实际生产需要。这样的磨料配合研具，可以有效修复衬底平整度检测仪的图形化表面，延长图形化表面的使用寿命，将图形化表面所在部件的购买和维修次数从50次以上/年减少到2次以下/年，大幅降低衬底的制作成本。

可选地，碳化硼颗粒的粒度可以为2.5μm～5μm，金刚石颗粒的粒度可以为2.5μm～5μm。既能有效修复图形化表面，又不会造成图形化表面出现划伤。

在实际应用中，可以由W5#碳化硼粉末得到碳化硼颗粒，由W5#金刚石粉末得到金刚石颗粒，实现方便。

示例性地，磨料10的厚度可以为10～30um，磨削效果较好。

进一步地，悬浮剂的质量分数可以为碳化硼颗粒的质量分数和金刚石颗粒的质量分数之和的8倍～9倍，有效保证碳化硼颗粒和金刚石颗粒均匀分布在磨料中，进而方便碳化硼颗粒和金刚石颗粒均匀分布在研具上。

在实际应用中，悬浮剂可以直接购买，实现方便。

更进一步地，碳化硼颗粒的质量分数可以为5％～7.5％，金刚石颗粒的质量分数可以为2％～3％，悬浮剂的质量分数可以为80％～85％，使碳化硼颗粒、金刚石颗粒和悬浮剂相互配合，磨削效果较好。

示例性地，磨料10可以由质量分数为6.6％的碳化硼颗粒、质量分数为2.6％的金刚石颗粒、质量分数为80.2％的悬浮剂和质量分数为10.6％的水组成。实验发现，磨削效果达到最佳。

图2为本发明实施例提供的研具的仰视图。参见图2和图1，可选地，研具20的第一表面可以由纵横交错的凹陷部21和多个间隔分布在凹陷部21中的凸起部22组成，相邻两个凸起部22之间的距离a可以为1mm，第一表面为研具20与图形化表面30相抵的表面。

通过在研具与图形化表面相抵的表面形成高低不平的凹陷部和凸起部，凸起部可以对磨料施加作用力，使磨料对图形化表面进行修复，同时凹陷部有利于磨料的流动性和废料的排出，提高磨料的修复效果。而且凸起部间隔分布在凹陷部纵横交错的凹陷部中，研具施加在磨料上的作用力分布均匀，图形化表面的整体修复效果较好。另外，相邻两个凸起部之间的距离为1mm，配合磨料中碳化硼颗粒和金刚石颗粒的粒度，使得碳化硼颗粒和金刚石颗粒在各个凸起部之间流动很方便，有利于碳化硼颗粒和金刚石颗粒均匀分布在各个凸起部上，一方面可以进一步地提高图形化表面的整体修复效果，另一方面可以使得整体的磨削效率达到最高。

进一步地，如图2所示，每个凸起部22在平行于图形化表面30上的长度b可以为5mm。与相邻两个凸起部之间的距离配合，兼顾对磨料施加作用力和磨料的流动，使研具施加在磨料上的作用力分布均匀，图形化表面的整体修复效果较好。

可选地，如图2所示，研具20的第一表面相抵的表面可以为圆形，如图1所示，第一表面的直径可以为图形化表面的直径的1/2，第一表面为研具20与图形化表面30相抵的表面。

研具与图形化表面相抵的表面决定着磨料的加工轨迹，将研具与图形化表面相抵的表面的直径限定为图形化表面的一半，图形化表面整体的平整度较好。

示例性地，如图1所示，研具20可以由同轴连接的转轴23和研磨盘24组成。转轴23可以为直径30mm、高度20mm的圆柱体，研磨盘24可以为直径100mm、高度20mm的圆柱体。凸起部22和凹陷部21之间的高度差可以为3mm。

在实际应用中，研具20可以由铸铁加工而成，实现方便，成本低。

本发明实施例提供了一种衬底平整度检测仪的修复方法，适用于图1所示的衬底平整度检测仪的修复装置。图3为本发明实施例提供的一种衬底平整度检测仪的修复方法的流程图。参见图3，该修复方法包括：

步骤201：在图形化表面上铺设磨料。

在本实施例中，磨料由碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成，碳化硼颗粒的质量分数为金刚石颗粒的质量分数的2倍～3倍。

步骤202：将研具通过磨料与图形化表面相抵，并使研具与图形化表面之间发生相对滑动，利用磨料对图形化表面进行修复。

可选地，研具的第一表面相抵的表面可以为圆形，第一表面的直径可以为图形化表面的直径的1/2，第一表面为研具与图形化表面相抵的表面。

进一步地，该步骤202可以包括：

第一步，确定第一圆形，第一圆形与图形化表面为同心圆，第一圆形的边缘经过图形化表面上的磨损点。

图4为本发明实施例提供的第一步执行之后的结构示意图。其中，30表示图形化表面，31表示图形化表面上的磨损点，32表示第一圆形。参见图4，图形化表面30上存在磨损点31，以图形化表面30的圆心为圆心，磨损点31与图形化表面30的圆心之间的距离为半径，得到第一圆形32。

第二步，将研具移动到起始点，并在起始点顺指针转动设定圈数；当研具移动到起始点时，第一表面的边缘与第一圆形的边缘以图形化表面上的磨损点为切点相切，且第一表面的圆心位于第一圆形内。

图5为本发明实施例提供的第二步执行之后的结构示意图。其中，25表示第一表面。参见图5，第一表面25的边缘与第一圆形32的边缘相切于磨损点31，且第一表面25的圆心位于第一圆形32内。

第三步，将研具顺时针移动到各个研磨点，并在每个研磨点顺指针转动设定圈数；当研具移动到研磨点时，第一表面的边缘与第一圆形的边缘相切，且第一表面的圆心位于第一圆形内；研具移动到相邻两个研磨点时在第一圆形上投影的重合区域面积大于或等于第一表面面积的1/2。

图6为本发明实施例提供的第三步执行之后的结构示意图。参见图6，第一表面25的边缘与第一圆形32的边缘相切于非磨损点31，第一表面25的圆心位于第一圆形32内，研具20两次在第一圆形32上投影的重合区域面积大于第一表面25的面积。

通过将第一表面的边缘与磨损点所在的第一圆形的边缘相切之后，转动设定圈数进行磨削，可以对磨损点进行修复，使磨损点处凸起部和凹陷部之间的界线清晰。而且同方向依次磨损点所在的第一圆形的整个边缘都进行磨削，并且保证相邻两次磨削点之间具有一定的重合度，有利于整体的平整度保持一致。

进一步地，设定圈数可以为3圈～5圈，以保证磨削区域的修复效果。

在实际应用中，研具顺时针移动到各个研磨点一次，即完成本次的修复。一般会清洗图形化表面的磨料，并擦干图形化表面。如果需要多次修复，则可以每次修复都执行一次步骤201和步骤202。其中，步骤202中第一步的确定第一圆形可以只执行一次，即在第一次修复时执行。如果需要修复多个磨损点，则可以每个磨损点分别按照上述方法实现。

示例性地，研具的压力可以为1kg～1.5kg(单位面积压力：0.13g/mm²～0.2g/mm²)，研具的转速可以为1.6rad/s～2.1rad/s，研具每次转动的时间可以为3s～4s。实验发现，磨削效果达到最佳。

在实际应用中，利用光学技术对图形化表面进行检测，得到图形化表面的平整度。检测结果发现，图形化表面的平整度修复之后达到0.2μm以下，并且无划伤，不会影响到衬底平整度检测的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种衬底平整度检测仪的修复方法，所述衬底平整度检测仪具有圆形的图形化表面，所述图形化表面用于放置待检测的衬底；其特征在于，所述修复方法包括：

在所述图形化表面上铺设磨料；所述磨料由碳化硼颗粒、金刚石颗粒、悬浮剂和水组成，所述碳化硼颗粒的质量分数为所述金刚石颗粒的质量分数的2倍～3倍；

将研具通过所述磨料与所述图形化表面相抵，并使所述研具与所述图形化表面之间发生相对滑动，利用所述磨料对所述图形化表面进行修复；

所述研具的第一表面为圆形，所述第一表面的直径为所述图形化表面的直径的1/2，所述第一表面为所述研具与所述图形化表面相抵的表面；

所述将研具通过所述磨料与所述图形化表面相抵，并使所述研具与所述图形化表面之间发生相对滑动，利用所述磨料对所述图形化表面进行修复，包括：

确定第一圆形，所述第一圆形与所述图形化表面为同心圆，所述第一圆形的边缘经过所述图形化表面上的磨损点；

将所述研具移动到起始点，并在所述起始点顺指针转动设定圈数；当所述研具移动到所述起始点时，所述第一表面的边缘与所述第一圆形的边缘以所述图形化表面上的磨损点为切点相切，且所述第一表面的圆心位于所述第一圆形内；

将所述研具顺时针移动到各个研磨点，并在每个所述研磨点顺指针转动设定圈数；当所述研具移动到所述研磨点时，所述第一表面的边缘与所述第一圆形的边缘相切，且所述第一表面的圆心位于所述第一圆形内；所述研具移动到相邻两个所述研磨点时在所述第一圆形上投影的重合区域面积大于或等于所述第一表面面积的1/2。

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