蓝宝石双抛片的快速加工方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
本发明涉及一种晶片加工工艺，具体涉及一种蓝宝石双抛片的快速加工方法。
[0002](二)
【背景技术】
蓝宝石单晶具有独特的晶格结构、优异的力学性能、化学惰性及良好的热学性能，是目前LED衬底市场的首选材料。同时，随着技术水平的提高，蓝宝石的生长制造成本也越来越低，消费类电子产品方面的应用成为蓝宝石的另一个重要市场。
[0003]不论是在LED应用方面，还是在消费类电子产品应用方面，对蓝宝石晶片表面质量都有较高的要求。通常蓝宝石晶片在研磨去除损伤层之后，最后都会采用化学机械抛光(CMP)的方法实现晶片的全局平坦化。然而，蓝宝石硬度高，化学性质非常稳定，机械与化学方法的去除速率都比较慢。因此，为提高加工效率，降低加工成本，需要从晶片加工的各个环节想办法提高加工效率。尤其在CMP工艺过程中，机械作用与化学作用同时存在，只有机械与化学去除作用达到良好的配合，才可以在提高抛光效率的同时获得良好的晶片表面质量。
[0004]目前蓝宝石双抛片主要有两种工艺制程，一种是单抛翻面工艺，即晶片经双面研磨后，先将晶片一个表面经单面钻石液粗抛、单面CMP精抛后，再将晶片翻面，将晶片另一个表面进行单面粗抛和CMP精抛，这种单抛翻面工艺制程复杂，加工效率低，而且晶片表面平整度差；另一种是双抛工艺制程，即晶片经双面粗磨后，再经双面精磨，最后进行双面CMP抛光，这种双抛工艺制程简单，但是也存在加工效率低的问题，同时双面精磨时易于碎片，加工良率较低。
[0005]传统双面CMP抛光工艺过程中多采用单一粒径分布的硅溶胶抛光液，单一磨料粒径分布的弊端在于:磨料粒径大有利于提高去除速率，但会影响晶片表面粗糙度；而磨料粒径小则晶片表面质量好，但去除速率较低，影响加工效率。
[0006](三)
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种针对目前蓝宝石晶片双抛工艺制程中B4C磨料双面精磨时易于碎片以及双面CMP抛光时去除效率低、抛光时间长等问题，提出采用钻石液配合研磨垫进行粗抛，以此取代B4C磨料双面精磨，并对CMP阶段抛光液配方进行调整，同时结合前期B4C双面研磨，高效的蓝宝石双抛片的快速加工方法。
[0007]本发明的目的是这样实现的:首先采用B4C磨料进行研磨，B4C磨料研磨过程分为两步:240#的B4C磨料的双面粗磨及W40的B4C磨料的二次双面粗磨，工艺采用小压力高转速的方法进行研磨，以实现高效率低损伤的目标。研磨压力为20~100g/cm2，转速为20~50rpm，研磨后晶片表面质量质量控制在TTV彡5 μπι，WARP ( 8 μπι;倒角之后采用研磨垫配合钻石液进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。
[0008]本发明还有这样一些特征:
1、所述的粗抛与CMP精抛的加工过程均采取分段控制的方式，在加工初期及后期采用相对较小的压力及转速，以减少晶片表面损伤。
[0009]2、所述的钻石液粗抛中采用的研磨垫材质为聚氨酯，磨料为多晶金刚石粉，磨料粒径为3~25 μ mo粗抛压力为200~500g/cm2，转速为10~40rpm，粗抛后晶片表面质量控制在TTV 彡 3 μπι，WARP 彡 5 μπι。
[0010]3、所述的CMP精抛中采用的硅溶胶为两种不同粒径按一定比例加水自行配制。一种粒径为80~120nm，一种15~40nm，其中小粒径溶胶占总溶胶质量比为10%~30%，溶胶与水的质量比约为1:1，浆料PH值9~11。CMP压力300~1200g/cm2，转速为20~50rpm，加工后晶片表面粗糙度Ra ( 0.4nm，TIR ^ 1ym0
[0011]本发明的有益效果有:
1.该蓝宝石双抛片快速加工工艺，首先先后采用240#及W40的B4C磨料，在小压力高转速的条件下进行研磨，可在保证去除速率的同时，尽量减小晶片损伤层厚度。
[0012]2.该蓝宝石双抛片快速加工工艺，粗抛与CMP精抛的加工过程均采取分段控制的方式，在加工初期及后期采用相对较小的压力及转速，可有效减少晶片表面损伤。
[0013]3.该蓝宝石双抛片快速加工工艺，用抛光垫配合多晶钻石液进行粗抛，即可充分发挥钻石磨料自锐性好，去除速率较高的优势，又可以减小晶片划伤甚至碎片的可能，改善晶片表面的光洁度。
[0014]4.该蓝宝石双抛片快速加工工艺，CMP过程中采用双粒径硅溶胶配合的磨料进行抛光。小粒径硅胶的加入增大了磨料与晶片表面的接触面积，加快化学反应速度，提高抛光温度，进一步平衡了机械与化学去除率。避免了单一粒径分布带来去除速率与表面质量不能兼顾的问题，在保证表面质量的同时，有效的提高了抛光效率。
[0015](四)
【附图说明】
图1为蓝宝石双抛片快速加工工艺的流程示意图。
[0016](五)
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0017]结合图1，本实施例从蓝宝石切割片开始，首先采用B4C磨料进行研磨，倒角之后采用钻石液配合研磨垫进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。以2英寸蓝宝石双抛片快速加工工艺为例，B4C磨料双面研磨过程中，依次采用粒径为240#及W40的B4C磨料，在小压力高转速的方法进行二次研磨，以实现高效率低损伤的目的。240#磨料的研磨压力为20g/cm2，W40磨料的研磨压力为35g/cm2，转速均为30rpm，研磨后晶片表面质量质量控制在TTV ^ 5 μ m，WARP彡8 μ m。钻石液粗抛过程中采用的氨酯研磨垫，磨料为多晶金刚石粉，磨料粒径为5 μπι。粗抛初始及结束前10分钟内压力为200g/cm2，转速为lOrpm，中间阶段压力为400g/cm2，转速为20rpm，粗抛后晶片表面质量控制在TTV彡3 μ m，WARP彡5 μ m。CMP精抛中采用的硅溶胶为两种不同粒径按一定比例加水自行配制。一种粒径为lOOnm，一种20nm，其中小粒径溶胶占总溶胶质量比为15%，溶胶与水的质量比约为1:1，浆料PH值10.5。CMP初始及结束前5分钟内压力为300g/cm2，转速为20rpm，中间阶段压力为压力500g/cm2，转速为30rpm，加工后晶片表面粗糙度Ra ( 0.4nm，TIR彡10 μπι。
【主权项】
1.一种蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于它包括以下步骤:首先采用B 4C磨料进行研磨，B4C磨料研磨过程分为两步:240#的B4C磨料的双面粗磨及W40的B4C磨料的二次双面粗磨，工艺采用小压力高转速的方法进行研磨，以实现高效率低损伤的目标；研磨压力为20~100g/cm2，转速为20~50rpm，研磨后晶片表面质量质量控制在TTV彡5μπι，WARP ( 8 μπι ;倒角之后采用研磨垫配合钻石液进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。2.根据权利要求1所述的蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于所述的粗抛与CMP精抛的加工过程均采取分段控制的方式，在加工初期及后期采用相对较小的压力及转速，以减少晶片表面损伤。3.根据权利要求2所述的蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于所述的钻石液粗抛中采用的研磨垫材质为聚氨酯，磨料为多晶金刚石粉，磨料粒径为3~25 μπι;粗抛压力为200~500g/cm2，转速为10~40rpm，粗抛后晶片表面质量控制在TTV ^ 3 μπι, WARP彡5 μπι。4.根据权利要求3所述的蓝宝石双抛片的快速加工方法，其特征在于所述的CMP精抛中采用的娃溶胶为两种不同粒径按一定比例加水自行配制；一种粒径为80~120nm，一种15~40nm，其中小粒径溶胶占总溶胶质量比为10%~30%，溶胶与水的质量比约为1: 1，浆料PH值9~11 ；CMP压力300~1200g/cm2，转速为20~50rpm，加工后晶片表面粗糙度Ra ( 0.4nm，TIR ^ 10 μ m0
【专利摘要】本发明提供了一种蓝宝石双抛片的快速加工方法。首先采用B4C磨料进行研磨，B4C磨料研磨过程分为两步：240#的B4C磨料的双面粗磨及W40的B4C磨料的二次双面粗磨，倒角之后采用研磨垫配合钻石液进行粗抛，最后采用硅溶胶抛光液进行CMP精抛。本发明针对目前蓝宝石晶片双抛工艺制程中B4C磨料双面精磨时易于碎片以及双面CMP抛光时去除效率低、抛光时间长等问题，提出采用钻石液配合研磨垫进行粗抛，以此取代B4C磨料双面精磨，并对CMP阶段抛光液配方进行调整，具有高效等优点。
【IPC分类】B24B1/00
【公开号】CN104907895
【申请号】CN201510331991
【发明人】左洪波, 杨鑫宏, 张学军, 吴俣, 孟繁志, 姜晓龙
【申请人】哈尔滨秋冠光电科技有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月16日