CN117702277A - 一种修复蓝宝石晶片面型的方法 - Google Patents

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秦俊
童川
翟虎
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Beijing Zhongqixiang Technology Co ltd
Jiangsu Jeshine New Material Co ltd
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Beijing Zhongqixiang Technology Co ltd
Jiangsu Jeshine New Material Co ltd
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Abstract

本发明涉及蓝宝石晶片加工技术领域,公开了一种修复蓝宝石晶片面型的方法。该方法包括:将蓝宝石晶片进行研磨处理和退火处理;研磨处理的方法包括:采用双面研磨;退火处理的方法包括:蓝宝石晶片的翘曲度为16‑25μm,退火处理在研磨处理之后进行;或者,蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,退火处理包括退火处理I和退火处理II,退火处理I的保温温度高于退火处理II的保温温度。本发明提供的修复蓝宝石晶片面型的方法能够改善蓝宝石晶片的翘曲度,从而能够极大地提高对翘曲度超标晶片进行修复的合格率。

Description

一种修复蓝宝石晶片面型的方法
技术领域
本发明涉及蓝宝石晶片加工技术领域,具体涉及一种修复蓝宝石晶片面型的方法。
背景技术
人造蓝宝石具有优良的机械性能、较好的化学稳定性、高硬度以及良好的透光性,被广泛应用于半导体照明、智能穿戴设备窗口以及精密仪器原件等领域。
蓝宝石晶体在半导体照明领域的应用主要是用于氮化镓(GaN)发光材料的衬底材料,目前,蓝宝石衬底片的尺寸从最初的2寸演变至现今的6寸;同时下游客户对蓝宝石衬底片的面型要求日益严格,对蓝宝石衬底片表面的平整度和翘曲度有较高的要求。若衬底片的翘曲程度过大,在平片做GaN磊晶时,会导致平片与外延薄膜脱落,图形化衬底(PSS)难以聚焦,从而影响外延的品质;
蓝宝石衬底片的机械加工过程主要包括切片、研磨、倒角、退火、铜抛、软抛;在前述蓝宝石衬底加工过程中,其每道工序中的加工应力都会在下一道工序中释放;但蓝宝石衬底片自身的内部应力会始终存在,目前最常用的应力释放方法就是通过退火来实现衬底片的部分应力释放。
然而,目前的退火工艺大多采用一次退火,但衬底片的尺寸不同其内部的应力值也不相同;另外衬底片的面型也会受到切片的影响,即便采用相同的金钢线进行切割获得的切割片的面型也存在一定差异。若采用目前的一次退火工艺,很难得到翘曲度较低的蓝宝石衬底片;并且蓝宝石衬底片的尺寸越大,衬底片表面的平整度和翘曲度也越难控制,也难以改变大尺寸衬底晶片的面型。
因此,有必要提供一种能够获得较低平整度和翘曲度的蓝宝石衬底片的加工方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷,提供一种修复蓝宝石晶片面型的方法。
为了实现上述目的,本发明提供一种修复蓝宝石晶片面型的方法,该方法包括:将待修复的蓝宝石晶片进行研磨处理和退火处理;
所述研磨处理的方法包括:采用双面研磨,且研磨压力为10-18g/mm2
所述退火处理的方法包括:所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度为16-25μm,所述退火处理在所述研磨处理之后进行;或者,
所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,所述退火处理包括退火处理I和退火处理II,所述退火处理I的保温温度高于所述退火处理II的保温温度,且所述退火处理I在所述研磨处理之前进行,所述退火处理II在所述研磨处理之后进行;
所述退火处理在匣钵中进行;所述匣钵中含有底部为拱形的空腔,且所述待修复的蓝宝石晶片采用凹面朝所述空腔底部的方式叠放于所述空腔内;
所述拱形的拱高为3-5mm,且所述拱形的距离r1大于所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1
优选地,所述退火处理I的保温温度比所述退火处理II的保温温度高200-400℃。
优选情况下,所述退火处理的条件各自独立地包括:采用程序升温,且起始温度为25-60℃,升温速率为3-5℃/min,保温温度为1200-1600℃,保温时间为5-10h。
优选地,所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1为50-210mm,厚度为400-1600μm。
根据一种优选的实施方式,所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度为16-25μm,所述待修复的蓝宝石晶片的叠放高度h2为35-70mm;或者,
所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,所述待修复的蓝宝石晶片的叠放高度h3为30-50mm。
优选地,在所述研磨处理中,上盘面和下盘面的转速各自独立地为12-60rpm,且所述待修复的蓝宝石晶片的凸面与所述上盘面接触。
根据一种特别优选的实施方式,该方法还包括:在所述待修复的蓝宝石晶片叠放的开口方向端依次叠放粗糙度小于1.3μm的蓝宝石晶片I和蓝宝石晶棒。
优选地,所述蓝宝石晶片I的直径为R2,且R1:R2=1:1-1.3。
优选情况下,所述蓝宝石晶棒的质量为2-5kg。
本发明采用翘曲度对蓝宝石晶片进行分档,针对不同档位的蓝宝石晶片采用特定地研磨和退火工艺对其进行面型修复,以获得翘曲度合格的产品。本发明提供的方法能够极大地提高对翘曲度超标晶片进行修复的合格率。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选的匣钵的立体示意图;
图2是本发明提供的一种优选的匣钵的剖面图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
需要说明的是,本发明中的拱形的距离表示拱形的两个端点之间的距离,拱形的拱高表示拱形上的点到拱形的两个端点之间的线段的最大距离。
如前所述,本发明提供了一种修复蓝宝石晶片面型的方法,该方法包括:将待修复的蓝宝石晶片进行研磨处理和退火处理;
所述研磨处理的方法包括:采用双面研磨,且研磨压力为10-18g/mm2
所述退火处理的方法包括:所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度为16-25μm,所述退火处理在所述研磨处理之后进行;或者,
所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,所述退火处理包括退火处理I和退火处理II,所述退火处理I的保温温度高于所述退火处理II的保温温度,且所述退火处理I在所述研磨处理之前进行,所述退火处理II在所述研磨处理之后进行;
所述退火处理在匣钵中进行;所述匣钵中含有底部为拱形的空腔,且所述待修复的蓝宝石晶片采用凹面朝所述空腔底部的方式叠放于所述空腔内;
所述拱形的拱高为3-5mm,且所述拱形的距离大于所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1
优选地,所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度小于50μm。
优选地,所述退火处理I的保温温度比所述退火处理II的保温温度高200-400℃。本发明的发明人发现,该优选情况下,能够进一步降低待修复蓝宝石晶片的翘曲度值,提高合格率。
优选情况下,所述退火处理的条件各自独立地包括:采用程序升温,且起始温度为25-60℃,升温速率为3-5℃/min,保温温度为1200-1600℃,保温时间为5-10h。
优选地,所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1为50-210mm,厚度为400-1600μm。
优选情况下,R1:r1=1:1.02-1.10。
优选地,所述匣钵的高度h4为3-7cm。
优选情况下,所述匣钵的材质为纯度大于99.9wt%的三氧化二铝。
根据一种优选的实施方式,所述蓝宝石晶片的翘曲度为16-25μm,所述蓝宝石晶片的叠放高度为h2为35-70mm;或者
所述蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,所述蓝宝石晶片的叠放高度为h3为30-50mm。本发明的发明人发现,该优选情况下,能够进一步降低待修复蓝宝石晶片的翘曲度值和弯曲度值,提高合格率。
优选地,在所述研磨处理中,上盘面和下盘面的转速各自独立地为12-20rpm,且所述待修复的蓝宝石晶片的凸面与所述上盘面接触。
根据一种特别优选的实施方式,该方法还包括:在所述待修复的蓝宝石晶片叠放的开口方向端依次叠放粗糙度不大于1.3μm的蓝宝石晶片I和蓝宝石晶棒。
为了避免引入杂质,所述蓝宝石晶片I的成分和所述蓝宝石晶棒的成分与所述待修复的蓝宝石晶片的成分相同。
优选地,所述蓝宝石晶片I的直径为R2,且R1:R2=1:1-1.3。本发明的发明人发现,该优选情况下,能够进一步降低待修复蓝宝石晶片的翘曲度值和弯曲度值,提高合格率。
优选地,所述蓝宝石晶棒的直径为R3,且R2:R3=1:0.6-1。本发明的发明人发现,该优选情况下,能够进一步降低待修复蓝宝石晶片的翘曲度值和弯曲度值,提高合格率。
优选情况下,所述蓝宝石晶棒的质量为2-5kg。
优选地,所述蓝宝石晶棒的直径R3为30-126mm。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。
以下实例中,在没有特别说明的情况下,所采用的原料均为商购。
研磨设备:双面研磨机,型号为Speedfam 20B-5,厂家为中国台湾创技工业股份有限公司;
实施例1
将50片翘曲度为16-25μm的待修复的蓝宝石晶片(直径R1=100mm,厚度为770μm)进行研磨处理后再进行退火处理;
研磨处理的方法为:采用双面研磨机进行双面研磨,且研磨压力为14g/mm2,上盘面转速为15rpm,下盘面转速为20rpm,且待修复的蓝宝石晶片的凸面与上盘面接触,研磨时间为40min;
退火处理的方法为:采用凹面朝空腔底部的方式将待修复的蓝宝石晶片叠放(叠放高度h2=38.5mm)于类似于图1和图2中所示的匣钵I(高度h4=7cm)中的底部为拱形的空腔(拱形的拱高为4mm,拱形的距离r1为105mm)内,并依次叠放1片粗糙度为1.3μm的蓝宝石晶片I1(直径R2为100mm)和1根蓝宝石晶棒(质量为2kg,直径R3为60mm)进行退火处理;
退火处理的条件为:采用程序升温,且起始温度为25℃,升温速率为5℃/min,保温温度为1400℃,保温时间为7h。
实施例2
将50片翘曲度大于25μm的蓝宝石晶片(直径R1=100mm,厚度为770μm)进行研磨处理和退火处理;
研磨处理的方法为:采用双面研磨机进行双面研磨,且研磨压力为12g/mm2,上盘面转速为15rpm,下盘面转速为20rpm,且蓝宝石晶片的凸面与上盘面接触,研磨时间为40min;
退火处理的方法为:采用凹面朝空腔底部的方式将待修复的蓝宝石晶片叠放(叠放高度h3=38.5mm)类似于图1和图2中所示的于匣钵I(高度h4=7cm)中的底部为圆弧形的空腔(拱形的拱高为4mm,拱形的距离r1为105mm)内,并依次叠放1片粗糙度为1.3μm的蓝宝石晶片I1(直径R2为100mm)和1根蓝宝石晶棒(质量为2kg,直径R3为60mm)进行退火处理(包括退火处理I和退火处理II,且退火处理I在研磨处理之前进行,退火处理II在研磨处理之后进行);
退火处理I的条件为:采用程序升温,且起始温度为25℃,升温速率为5℃/min,保温温度为1600℃,保温时间为7h;
退火处理II的条件为:采用程序升温,且起始温度为25℃,升温速率为5℃/min,保温温度为1400℃,保温时间为7h。
实施例3
本实施例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
待修复的蓝宝石晶片的凹面与上盘面接触;
其余条件均与实施例1相同。
实施例4
本实施例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
退火处理中不叠放蓝宝石晶棒;
其余条件均与实施例2相同。
实施例5
本实施例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
退火处理I中的保温温度为1450℃,退火处理II中的保温温度为1400℃;
其余条件均与实施例2相同。
实施例6
本实施例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
退火处理中叠放的待修复的蓝宝石晶片的片数为70,叠放高度h2=53.9mm;
其余条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
退火处理I和退火处理II中叠放的待修复的蓝宝石晶片的片数为70,叠放高度h3=53.9cm;
其余条件均与实施例2相同。
实施例8
本实施例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
退火处理叠放的蓝宝石晶棒的直径R3=110mm;
其余条件均与实施例1相同。
实施例9
本实施例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本实施例中:
退火处理叠放蓝宝石晶片I2(直径R2=150mm);
其余条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是,本对比例中:
不进行退火处理I,仅进行退火处理II;
研磨处理中的研磨压力为20g/mm2
其余条件均与实施例2相同。
对比例2
本对比例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是,本对比例中:
退火处理I的保温温度为1400℃,退火处理II的保温温度为1600℃;
其余条件均与实施例2相同。
对比例3
本对比例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本对比例中:
研磨处理中的研磨压力为30g/mm2
其余条件均与实施例1相同。
对比例4
本对比例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本对比例中:采用匣钵III(不含底部为拱形的空腔)进行退火处理;
其余条件均与实施例1相同。
对比例5
本对比例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本对比例中:
退火处理中蓝宝石晶片采用凸面朝空腔底部的方式叠放;
其余条件均与实施例1相同。
对比例6
本对比例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本对比例中:
将待修复的蓝宝石晶片于匣钵II(拱形的拱高为1mm,拱形的距离r1为105mm)内进行退火处理;
其余条件均与实施例1相同。
测试例
对上述实施例和对比例中的方法进行合格率的记录,具体结果见表1。
合格率=(修复合格的晶片数量/修复的总晶片数量)×100%;
本发明中:修复合格的晶片是指翘曲度≤15μm,且弯曲度<0的晶片。
表1
通过表1的结果可以看出,本发明提供的修复蓝宝石晶片面型的方法能够改善蓝宝石晶片的翘曲度,从而能够极大地提高对翘曲度超标晶片进行修复的合格率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种修复蓝宝石晶片面型的方法,其特征在于,该方法包括:将待修复的蓝宝石晶片进行研磨处理和退火处理;
所述研磨处理的方法包括:采用双面研磨,且研磨压力为10-18g/mm2
所述退火处理的方法包括:所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度为16-25μm,所述退火处理在所述研磨处理之后进行;或者,
所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,所述退火处理包括退火处理I和退火处理II,所述退火处理I的保温温度高于所述退火处理II的保温温度,且所述退火处理I在所述研磨处理之前进行,所述退火处理II在所述研磨处理之后进行;
所述退火处理在匣钵中进行;所述匣钵中含有底部为拱形的空腔,且所述待修复的蓝宝石晶片采用凹面朝所述空腔底部的方式叠放于所述空腔内;
所述拱形的拱高h1为3-5mm,且所述拱形的距离r1大于所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述退火处理I的保温温度比所述退火处理II的保温温度高200-400℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述退火处理的条件各自独立地包括:采用程序升温,且起始温度为25-60℃,升温速率为3-5℃/min,保温温度为1200-1600℃,保温时间为5-10h。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法,其中,所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1为50-210mm,厚度为400-1600μm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中,所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度为16-25μm,所述待修复的蓝宝石晶片的叠放高度h2为35-70mm;或者,
所述待修复的蓝宝石晶片的翘曲度大于25μm,所述待修复的蓝宝石晶片的叠放高度h3为30-50mm。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法,其中,在所述研磨处理中,上盘面和下盘面的转速各自独立地为12-20rpm,且所述待修复的蓝宝石晶片的凸面与所述上盘面接触。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法,其中,所述待修复的蓝宝石晶片的直径R1为50-210mm,厚度为400-1600μm。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法,其中,该方法还包括:在所述待修复的蓝宝石晶片叠放的开口方向端依次叠放粗糙度不大于1.3μm的蓝宝石晶片I和蓝宝石晶棒。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述蓝宝石晶片I的直径为R2,且R1:R2=1:1-1.3。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其中,所述蓝宝石晶棒的质量为2-5kg。
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