专利名称：蓝宝石的固相反应cmp加工方法
专利说明蓝宝石的固相反应CMP加工方法 本发明涉及对蓝宝石的加工方法，特别涉及蓝宝石的固相反应CMP加工方法。在蓝宝石晶体加工领域中，统传抛光是在机械研磨挤压下，使用抛光微粉作为抛光轮上的磨料，利用其棱角切削去除被加工材料，从而达到光滑表面的过程。这种机械研磨抛光法所使用的抛光微粉的莫氏硬度一定要比加工物质的莫氏硬度大。因此在材料被去除的过程中，伴随有塑性破坏和脆性破坏，因而在被研磨表面上都残留有不同程序的加工变质层。现以蓝光LED所需的蓝宝石衬底基片的加工为例，蓝宝石单晶的莫氏硬度为9。靠传统机械抛光法加工蓝宝石衬底基片只能使用钻石粉作抛光粉，用其抛光得到的蓝宝石衬底基片会有很多划痕。表面划痕和表面粗糙度大于5nm这两大问题是应用传统的抛光方法不能解决的难题。由于这些问题不能得到很好的解决，所以始终不能得到理想的蓝宝石衬底基片；同时，传统的机械抛光法需要用到的钻石粉价格也非常高。
在材料加工领域中，存在机械化学抛光(CMP)方法，其加工原理是利用比工件材料软的磨料(如对Si3N4陶瓷用Cr2O3)，由于运动的磨粒本身的活性以及因磨粒与工件间在微观接触度的摩擦产生的高压、高温，使能在很短的接触时间内出现固相反应，随后这种反应生成物被运动的磨粒机械摩擦作用去除，其去除量约可做小至0.1nm级。因为磨粒是软于工件，故不是以磨削的作用来去除材料。但是这种加工方法因被加工材料的不同，而必须通过大量实验选取不同的磨粒，配合适当的化学加工条件，以取得满意的效果；这种方法未能获得广泛的应用，尤其没有应用于蓝宝石加工。本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种蓝宝石的固相反应CMP加工方法。
本发明的目的是这样实现的构建一种蓝宝石的固相反应CMP加工方法，包含以下步骤选取比蓝宝石硬度小的氧化物微粉作为磨料；磨料与蓝宝石接触，在接触点发生固相反应，生成结晶层；磨料通过机械接触把结晶层去除。
本发明因为采取了固相反应CMP处理技术加工的蓝宝石，与常规机械抛光法的金刚石微粉抛光相比较，金刚石抛光容易在加工表面产生损伤，而固相反应CMP处理技术是在局部产生微小的固相反应，经去除此固相物后表面是超光滑表面(表面粗糙度小于1nm)，没有任何损伤，为其下游产品的使用做好了基础。所使用的抛光时间也比用金刚石抛光时间短很多，降低了生产成本。下面结合实施例对本发明的内容作进一步阐述。
我们以加工蓝宝石衬底为例来说明蓝宝石的固相反应CMP处理技术。使用比蓝宝石硬度低的sio2、α-Fe2o3(本处α-Fe2O3的α是指氧化铁存在的方式是以α相态存在，例如氧化铝有α、β、γ三种相态，其中α-AL2O3是宝石而其他相态不是。)或Mgo的微粉，微粉颗粒大小为0.02-0.08um，进行研磨抛光，由于蓝宝石与粉末粒子相接触，在接触点的局部因磨擦能量而产生高温、高压，两者在极短的接触时间内将发生固相反应。sio2将生成蓝晶石，α-Fe2o3将生成α-Fe2o3-Al2o3的固溶体，Mgo则生成Mg-Al尖晶石。实验表明，选用莫氏硬度为7的sio2作为蓝宝石衬底的抛光材料，悬浮于碱性溶液中进行湿式加工，抛光速度为45～75m/min，抛光压力为250～300gf/cm2，抛光液浓度为5～8wt％。在一定的压力和温度下，sio2微粉与蓝宝石单晶瞬间生成50蓝晶石(Al2o3-sio2)。其化学反应式为这种高温高压是指摩擦过程中，达到了二氧化硅的维氏屈服点。
通常这些固相反应是发生在蓝宝石基片的突出部位(毛刺或尖峰)，而在这样的条件下生成的蓝晶石是非结晶的，通过机械磨擦很容易地从表面除去。每接触一次，其去除量为10左右，这样表面就逐渐趋向平滑，所加工出表面粗糙度为10以下的超精密表面。应用这种抛光方法生产的蓝宝石衬底表面不会有变质层，从而对于下游产品LED的制作有很大的好处。
权利要求
1.一种蓝宝石的固相反应CMP加工方法，其特征在于包含以下步骤选取比蓝宝石硬度小的氧化物微粉作为磨料；磨料与蓝宝石接触，在接触点发生固相反应，生成结晶层；磨料通过机械接触把结晶层去除。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石的固相反应CMP加工方法，其特征在于所述氧化物是sio2。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石的固相反应CMP加工方法，其特征在于所述氧化物是α-Fe2o3或Mgo。
4.根据权利要求2所述的蓝宝石的固相反应CMP加工方法，其特征在于所述的固相反应CMP加工方法为湿式加工方法，其抛光速度为45～75m/min，抛光压力为250～300gf/cm2，抛光液浓度为5～8wt％。
5.根据述权利要求2所述的蓝宝石的固相反应CMP加工方法，其特征在于所述固相反应中的高温高压条件达到了二氧化硅的维氏屈服点。
全文摘要
本发明公开了一种蓝宝石的固相反应CMP加工方法，包含以下步骤选取比蓝宝石硬度小的氧化物微粉作为磨料；磨料与蓝宝石接触，在接触点发生固相反应，生成结晶层；磨料通过机械接触把结晶层去除。本发明因为采取了所述方法，抛光的表面是超光滑表面(表面粗糙度小于1nm)，没有任何损伤，为其下游产品的使用做好了基础。所使用的抛光时间也比用金刚石抛光时间短很多，降低了生产成本。
文档编号B24B1/00GK1446667SQ0311419
公开日2003年10月8日 申请日期2003年4月11日 优先权日2003年4月11日
发明者陈宝东 申请人:深圳奥普光电子有限公司