一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于蓝宝石加工技术领域，更具体地说，涉及一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法。
【背景技术】
[0002]蓝宝石是一种氧化铝的单晶，又称为刚玉，由于具有优良的机械、光学、化学以及抗辐射性能，因此近年来受到工业界广泛的应用。由于蓝宝石具有非常高的硬度和耐磨性能，因此也常作为精密机械的轴承材料。又因具有的良好之抗辐射性能，也使得蓝宝石常被应用于航空航天的机具或暴露于辐射环境中的光学元件材料。此外，目前在制作蓝白光LED时所使用的基板材料，也是以蓝宝石为主。此外，蓝宝石还将广泛应用于智能手机显示屏、Home健及摄像头保护盖等领域。
[0003]由于蓝宝石材料的硬度大、熔点高、化学活泼性差，因而加工难度大，尤其是大尺度的晶片，如4英寸和6英寸的蓝宝石材料，用目前传统的蓝宝石加工工艺制作出的蓝宝石衬底片强度远远低于蓝宝石材质的理论强度，且破裂及塌边比例较高，约占总数的6%左右，研磨及抛光后，蓝宝石衬底片表面微划痕较多，有20%左右的衬底片表面因未能完全去除加工损伤层，需要重新研磨抛光。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其可有效提高蓝宝石衬底片的表面性能。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，包括以下步骤:1)晶体切割；2)双面粗磨；3)研磨；4)化学机械抛光；5)兆声波清洗；6)成品，所述步骤4包括(a)前处理，将双面抛光机的陶瓷抛光盘置于烘箱加热至200°C后取出，取抛光蜡均匀分区域涂抹于抛光盘上，后将蓝宝石晶片分别置于抛光蜡上轻揉至晶片与抛光蜡间没有气泡，然后取一质量均匀的重物置于所述抛光盘上，待抛光盘冷却至室温后，将重物移走；(b)抛光处理，用粒度为40nm、PH值为11.7且混有FA/0螯合剂的二氧化硅抛光液，所述抛光盘的压力为0.12MP，所述抛光盘的转速为70r/min，在40°C的温度下抛光2小时。
[0006]相比于现有技术，本发明一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法的有益效果为:
通过使用FA/0水溶性螯合剂，使蓝宝石晶片在抛光后便于清洗，避免了再次的粒子沾污，提高了蓝宝石晶片的抛光速率，大大降低了成本；通过改善抛光工艺条件，有效提高了蓝宝石衬底片表面的晶格完整度和平整度，使得衬底片成品的透光率大幅提升。
【附图说明】
[0007]图1为本发明一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法的流程图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0009]如图1所示，一种大尺寸蓝宝石衬底片表面的湿法处理方法，包括以下步骤:
1)晶体切割，具体步骤包括:提供多线切割机、切割线和切割液，将切割线绕于切割机的导轮上，将切割液置于切割线上方切割机的液槽内，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，多线切割机采用0.8-1.5mm槽距的导轮、直径为250um的金刚石线、0.2mm/min的台速和500m/min的线速，对晶棒进行切片，得到若干尺寸为4-6英寸的蓝宝石毛坯；切割液的组分及百分含量为聚乙二醇34%、丙三醇嵌段聚醚15%、油酸三乙醇胺14%、甲基苯并三氮唑7%、聚硅氧烷消泡剂0.1%、余量为水；
2)双面粗磨，具体步骤为:采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行粗磨；
3)倒角，倒角工序包括:将经过步骤2处理的蓝宝石毛坯置于CNC机台夹具上，选取800-1000目、45°金刚石倒角磨头，设定转速为700r/min，进给量为0.02-0.05mm/min,倒角量为0.1mm，倒角时间为7分钟，制成蓝宝石衬底片半成品；
4)研磨，将经过步骤3处理后的蓝宝石衬底片半成品按顺序摆放入研磨游星轮，使用的研磨液的成分包括:粒径为50um的金刚石粉末0.05%-15% (重量比)、聚乙稀醇0.005%-15% (重量比)、脂肪酸甘油酯0.005%-12% (重量比)、聚乙二醇0.05%-60% (重量比)、三乙醇胺0.0005%-5% (重量比)、余量为丁酸甲酯，研磨盘为16B铸铁盘，研磨转速控制在900?1100转/分，研磨时间15?20分钟，去除量70?lOOum，制成蓝宝石晶片；
5)湿法蚀刻去损伤，为了完全消除蓝宝石晶片在研磨工序中产生的加工损伤层，获得晶格完整的衬底片表面，将步骤4中的蓝宝石晶片放入耐热、耐酸的恒温容器中，加入230°C的蚀刻液，浸泡15min，蚀刻液的组分及百分含量为硫酸46%、磷酸14%、氯化钠5%、余量为纯水；
6)超声波清洗，将经过步骤5处理后的蓝宝石晶片放入超声波清洗槽进行清洗；
7)化学机械抛光(CMP)，包括:Ca)前处理，将双面抛光机的陶瓷抛光盘置于烘箱加热至200°C再恒温一段时间后取出，取抛光蜡均匀分区域涂抹于抛光盘上，以便抛光时蓝宝石晶片受力均匀，后将超声波清洗后的蓝宝石晶片分别置于抛光蜡上轻揉至晶片与抛光蜡间没有气泡，然后取一质量均匀的重物置于抛光盘上，待抛光盘冷却至室温后，将重物移走，并用棉球粘取酒精将晶片周围多余的抛光蜡擦除干净；(b)抛光处理，用粒度为40nm、PH值为11.7且混有FA/0螯合剂的二氧化硅抛光液，抛光盘的压力为0.12MP，抛光盘的转速为70r/min，二氧化娃抛光液流量为15ml/min，制成蓝宝石衬底片成品；在40°(^的温度下抛光2小时，二氧化硅抛光液中各组分及含量为:固含量为50wt%的硅溶胶36wt%、氧化铝24wt%、醇胺3.5wt%、FA/0螯合剂0.17wt%、余量为去离子水；碱的存在对抛光效果也有不少的影响，所以在选择抛光液中碱时，要从它的PH值稳定性、毒性等几个因素综合考虑，通常用氢氧化钠和氨水，氢氧化钾中的碱金属离子会在抛光过程中进入晶片中，容易导致后续生长的氮化镓薄膜的发光性能降低，引起LED器件失效；氨水因为容易挥发而污染净化间，且PH值不稳定，缓冲作用也较少，所以综合以上因素，本发明采用醇胺作为pH值调节剂，同时醇胺对二氧化硅胶体有一定的分散作用，从而有效地减小金属离子污染的功效；
8)兆声波清洗，准备清洗用I号液和2号液，I号液的组分包括:NH40H、H202、H20，2号液的组分包括:HC1、H202、H20 ;先将步骤7中的蓝宝石衬底片成品在50°C _60°C的三氯乙烷中用兆声波清洗机清洗15分钟，后在20°C _25°C的丙酮中清洗2分钟，后用去离子水流清洗2分钟，后在800C -900C的2号液中，兆声波清洗10分钟，后用去离子水流清洗2分钟，后在90°C -95°C的I号液中，兆声波清洗10分钟，最后用去离子水流清洗5分钟并甩干蓝宝石衬底片成品；
9)表面检测，对步骤8处理后的蓝宝石衬底片成品进行表面检测，确认无残次品；
10)超净封装；
11)成品。
[0010]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，包括以下步骤:1)晶体切割；2)双面粗磨；3)研磨；4)化学机械抛光；5)兆声波清洗；6)成品，其特征在于，所述步骤4包括(a)前处理，将双面抛光机的陶瓷抛光盘置于烘箱加热至200°C后取出，取抛光蜡均匀分区域涂抹于抛光盘上，后将蓝宝石晶片分别置于抛光蜡上轻揉至晶片与抛光蜡间没有气泡，然后取一质量均匀的重物置于所述抛光盘上，待抛光盘冷却至室温后，将重物移走；(b)抛光处理，用粒度为40nm、PH值为11.7且混有FA/Ο螯合剂的二氧化硅抛光液，所述抛光盘的压力为0.12MP，所述抛光盘的转速为70r/min，在40°C的温度下抛光2小时。
2.如权利要求1所述的一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其特征在于，所述二氧化硅抛光液中各组分及含量为:固含量为50wt%的硅溶胶36wt%、氧化铝24wt%、醇胺3.5wt%、FA/0螯合剂0.17wt%、余量为去离子水。
3.如权利要求1所述的一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其特征在于，所述步骤I包括:提供多线切割机、切割线和切割液，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的所述多线切割机，所述多线切割机采用0.8-1.5mm槽距的导轮、直径为250um的金刚石线、0.2mm/min的台速和500m/min的线速，对晶棒进行切片，得到若干尺寸为4-6英寸的蓝宝石毛坯。
4.如权利要求3所述的一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其特征在于:所述切割液的组分及百分含量为聚乙二醇34%、丙三醇嵌段聚醚15%、油酸三乙醇胺14%、甲基苯并三氮唑7%、聚硅氧烷消泡剂0.1%、余量为水。
5.如权利要求3所述的一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为:采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对所述蓝宝石毛坯进行粗磨。
6.如权利要求5所述的一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其特征在于，所述步骤2与步骤3之间还设有倒角工序，所述倒角工序包括:将经过所述步骤2处理的所述蓝宝石毛坯置于CNC机台夹具上，选取800-1000目、45°金刚石倒角磨头，设定转速为700r/min，进给量为0.02-0.05mm/min，倒角量为0.1mm，倒角时间为7分钟，制成蓝宝石衬底片半成品。
7.如权利要求6所述的一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为:将所述蓝宝石衬底片半成品进行清洗，将清洗干净后的所述蓝宝石衬底片半成品按顺序摆放入研磨游星轮，制成所述蓝宝石晶片。
【专利摘要】本发明公开了一种大尺寸蓝宝石衬底片的加工方法，属于蓝宝石加工技术领域。它包括以下步骤：1)晶体切割；2）双面粗磨；3）研磨；4）化学机械抛光；5）兆声波清洗；6）成品，所述步骤4包括（a）前处理，将双面抛光机的陶瓷抛光盘置于烘箱加热至200℃后取出，取抛光蜡涂抹于抛光盘上，后将蓝宝石晶片分别置于抛光蜡上,然后取一重物置于所述抛光盘上，待抛光盘冷却至室温后,将重物移走；（b）抛光处理，用粒度为40nm、PH值为11.7且混有FA/O螯合剂的二氧化硅抛光液，在40℃的温度下抛光2小时。本发明通过改善抛光工艺条件，有效提高了蓝宝石表面的晶格完整度和平整度,使得衬底片成品的透光率大幅提升。
【IPC分类】B28D5-00
【公开号】CN104827592
【申请号】CN201510192082
【发明人】林岳明
【申请人】苏州爱彼光电材料有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月22日