CN106057647A - 一种蓝宝石加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝宝石加工方法，旨在提供一种能够在保证和提高蓝宝石衬底的加工质量的同时，降低蓝宝石衬底的加工成本并提高加工效率的加工方法。它依次包括以下步骤：A：晶棒切割，B：研磨处理，C：清洗，D：退火处理，E：清洗,F：化学机械抛光处理。化学机械抛光处理的研磨液为氧化铝抛光液。

Description

一种蓝宝石加工方法

技术领域

本发明涉及蓝宝石加工领域，具体涉及一种蓝宝石加工方法。

背景技术

蓝宝石应用于照明市场批量加工已有8年的历史，蓝宝石衬底由2008年35美元/片的价格下降到现在3.5美元/片的价格。蓝宝石衬底制造商受到的压力也越来越大，如何在保证和提高蓝宝石衬底质量的同时，降低蓝宝石衬底的制造成本和加工时间对于企业的生存来说至关重要。

目前的蓝宝石衬底的加工工艺流程如下：晶棒检验→切割→清洗→倒边→研磨处理→清洗→退火处理→清洗→上蜡→铜抛处理→清洗→化学机械抛光处理（CMP）→清洗，其中研磨处理、退火处理和化学机械抛光处理作为制造蓝宝石衬底的三个重要环节，其质量和成本息息相关。研磨加工精度和表面粗糙度直接影响到化学机械抛光的产品质量。退火处理用于改善衬底片的翘曲值，改善蓝宝石晶体中氧施主效应作用，另外对降低蓝宝石衬底的脆性等起到重要作用。化学机械抛光处理的加工精度和表面粗糙度直接影响到制品的外观质量。

传统的蓝宝石衬底加工工艺中化学机械抛光处理采用钻石液或二氧化硅抛光液为研磨液，并且在化学机械抛光处理之前需要先进行上蜡、铜抛处理，这样才能够达到蓝宝石衬底的加工到标准TTV≤3um，表面粗糙度小到Ra＜0.3nm要求；因而目前的蓝宝石衬底加工工艺中需要采用多种耗材（蜡、钻石液、二氧化硅抛光液）与上蜡机，研磨机，CMP抛光机多种设备等配合完成加工，加工流转时间常在5-6小时，这不仅提高了蓝宝石衬底的制造成本，并且极大影响蓝宝石衬底加工效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种在保证和提高蓝宝石衬底的加工质量的同时，降低蓝宝石衬底的加工成本并提高加工效率的蓝宝石加工方法。

本发明的技术方案是：

一种蓝宝石加工方法，依次包括以下步骤：

A：晶棒切割，B：研磨处理，C：清洗，D：退火处理，E：清洗,F：化学机械抛光处理，所述化学机械抛光处理的研磨液为氧化铝抛光液。

本方案采用氧化铝抛光液与化学机械抛光处理工艺相结合来代替传统蓝宝石加工工艺中的上蜡、铜抛处理、钻石液或二氧化硅抛光液与化学机械抛光处理等工艺。与传统蓝宝石加工工艺相比本方案采用氧化铝抛光液与化学机械抛光处理工艺相结具有以下优点；

其一，采用氧化铝抛光液的化学机械抛光处理过程中，可以在蓝宝石基底上持续形成水化层，它比基底层软，该层的形成有利于材料的去除，并产生高质量表面。

其二，由于氧化铝与基底蓝宝石的硬度一样、且呈颗粒球型，因而，磨料划伤蓝宝石的可能性极大减小，有利于提高基底蓝宝石的表面质量。

其三，氧化铝磨料经历了与基底蓝宝石一样的表面水化，在基底宝石与磨料水化层之间的化学机械作用下加速了材料去除，当磨料和基底蓝宝石的表面在抛光压力下靠在一起并剪切时，就相互粘附，进一步的剪切就会使粒子撕开键合的水化层，通过粒子的前边沿促进材料去除，进而提高化学机械抛光处理的效率。

另一方面，本方案的化学机械抛光处理只需要一种耗材氧化铝抛光液与一CMP抛光机即可，其与传统蓝宝石加工工艺中的上蜡、铜抛处理、钻石液或二氧化硅抛光液与化学机械抛光处理等工艺需要上蜡机，研磨机，CMP抛光机多种设备等配合完成加工相比，可以有效降低蓝宝石衬底的加工成本。

因而本方案的蓝宝石加工方法可以在保证和提高蓝宝石衬底的加工质量的同时，降低蓝宝石衬底的加工成本并提高加工效率。

作为优选，化学机械抛光处理的抛光压力为0.12-0.15Mpa，抛光温度为：50-53℃，抛光转速为：40-50 r/min。

本方案化学机械抛光处理在抛光压力为0.12-0.15Mpa，抛光温度为：50-53℃，抛光转速为：40-50 r/min的条件下进行，可以在保证蓝宝石衬底的加工质量的同时，保证蓝宝石衬底的加工效率。抛光压力、抛光温度及抛光转速过高虽然提高加工效率，但会影响加工质量；过低则不利于加工效率，并且还会可能降低加工质量。

作为优选，氧化铝抛光液pH值为9.3-10.6。本方案氧化铝抛光液pH值为9.3-10.6在化学机械抛光处理中的抛光效果最佳，蓝宝石衬底的表面粗糙度RMS可达0.2nm以下。

作为优选，D步骤中的退火处理依次包括以下步骤：

D1，由室温逐渐升温至400℃，并保温t1小时；

D2，将温度升至800℃，并保温t2小时；

D3，将温度升至1200℃，并保温t3小时；

D4，将温度升至1500℃，并保温t4小时。

本方案采用梯度式退火处理方法与传统蓝宝石衬底加工工艺的退火处理相比，其可以进一步改善衬底片的翘曲值及蓝宝石晶体中氧施主效应作用，有效减小退火后的晶片翘曲度；同时进一步有效降低蓝宝石衬底的脆性、有效消除切割研磨加工的残留应力，提高蓝宝石衬底机加工性能，从而提高退火处理后的化学机械抛光处理中的蓝宝石衬底加工质量及效率。

作为优选，t1、t2和t3取值为0.8-1.5小时，t4取值为12小时。

作为优选，D1步骤中的升温速度为150-250℃/h，D2步骤中的升温速度为150-250℃/h，D3步骤中的升温速度为150-250℃/h。

作为优选，D4步骤中的升温速度为100-200℃/h。

作为优选，A步骤中的晶棒切割处理包括晶棒切割、清洗与倒边。

本发明的有益效果是：能够在保证和提高蓝宝石衬底的加工质量的同时，降低蓝宝石衬底的加工成本并提高加工效率。

具体实施方式

一种蓝宝石加工方法依次包括以下步骤：A：晶棒切割，B：研磨处理，C：清洗，D：退火处理，E：清洗,F：化学机械抛光处理（CMP处理）。化学机械抛光处理的研磨液为氧化铝抛光液。氧化铝抛光液pH值为9.3-10.6。化学机械抛光处理的抛光压力为0.12-0.15Mpa，抛光温度为：50-53℃，抛光转速为：40-50 r/min。

A步骤中的晶棒切割处理包括晶棒切割、清洗与倒边。

D步骤中的退火处理依次包括以下步骤（本实施例的退火处理在退火炉内进行，以下温度为退火炉的炉内温度）：

D1，以200℃/h的升温速度将温度由室温逐渐升温至400℃，并保温t1小时；t1取值为0.8-1.5小时，本实施例中t1取值为1小时。

D2，以200℃/h的升温速度将温度升至800℃，并保温t2小时；t2取值为0.8-1.5小时，本实施例中t2取值为1小时。

D3，以200℃/h的升温速度将温度升至1200℃，并保温t3小时；t3取值为0.8-1.5小时，本实施例中t3取值为1小时。

D4，以150℃/h的升温速度将温度升至1500℃，并保温t4小时；本实施例中t4取值为12小时。

D5，自然冷却至室温。

采用本实施例的蓝宝石加工方法的蓝宝石衬底加工后产品数据统计：蓝宝石衬底的TTV≤2.5um，Ra≤0.28nm产品品质符合加工标准的要求，蓝宝石衬底的加工时间≤3.6h，有效提高加工效率。

Claims (8)

1.一种蓝宝石加工方法，其特征是，依次包括以下步骤：A：晶棒切割处理，B：研磨处理，C：清洗，D：退火处理，E：清洗,F：化学机械抛光处理，所述化学机械抛光处理的研磨液为氧化铝抛光液。

2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述化学机械抛光处理的抛光压力为0.12-0.15Mpa，抛光温度为：50-53℃，抛光转速为：40-50 r/min。

3.根据权利要求1或2所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述氧化铝抛光液pH值为9.3-10.6。

4.根据权利要求1或2所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述D步骤中的退火处理依次包括以下步骤：

D1，由室温逐渐升温至400℃，并保温t1小时；

D2，将温度升至800℃，并保温t2小时；

D3，将温度升至1200℃，并保温t3小时；

D4，将温度升至1500℃，并保温t4小时。

5.根据权利要求4所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述t1、t2和t3取值为0.8-1.5小时，t4取值为12小时。

6.根据权利要求4所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述D1步骤中的升温速度为150-250℃/h，D2步骤中的升温速度为150-250℃/h，D3步骤中的升温速度为150-250℃/h。

7.根据权利要求4所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述D4步骤中的升温速度为100-200℃/h。

8.根据权利要求1或2所述的一种蓝宝石加工方法，其特征是，所述A步骤中的晶棒切割处理包括晶棒切割、清洗与倒边。