專利名稱：藍(lán)寶石的固相反應(yīng)cmp加工方法
專利說明藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法 本發(fā)明涉及對(duì)藍(lán)寶石的加工方法，特別涉及藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法。在藍(lán)寶石晶體加工領(lǐng)域中，統(tǒng)傳拋光是在機(jī)械研磨擠壓下，使用拋光微粉作為拋光輪上的磨料，利用其棱角切削去除被加工材料，從而達(dá)到光滑表面的過程。這種機(jī)械研磨拋光法所使用的拋光微粉的莫氏硬度一定要比加工物質(zhì)的莫氏硬度大。因此在材料被去除的過程中，伴隨有塑性破壞和脆性破壞，因而在被研磨表面上都?xì)埩粲胁煌绦虻募庸ぷ冑|(zhì)層?，F(xiàn)以藍(lán)光LED所需的藍(lán)寶石襯底基片的加工為例，藍(lán)寶石單晶的莫氏硬度為9?？總鹘y(tǒng)機(jī)械拋光法加工藍(lán)寶石襯底基片只能使用鉆石粉作拋光粉，用其拋光得到的藍(lán)寶石襯底基片會(huì)有很多劃痕。表面劃痕和表面粗糙度大于5nm這兩大問題是應(yīng)用傳統(tǒng)的拋光方法不能解決的難題。由于這些問題不能得到很好的解決，所以始終不能得到理想的藍(lán)寶石襯底基片；同時(shí)，傳統(tǒng)的機(jī)械拋光法需要用到的鉆石粉價(jià)格也非常高。
在材料加工領(lǐng)域中，存在機(jī)械化學(xué)拋光(CMP)方法，其加工原理是利用比工件材料軟的磨料(如對(duì)Si3N4陶瓷用Cr2O3)，由于運(yùn)動(dòng)的磨粒本身的活性以及因磨粒與工件間在微觀接觸度的摩擦產(chǎn)生的高壓、高溫，使能在很短的接觸時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)固相反應(yīng)，隨后這種反應(yīng)生成物被運(yùn)動(dòng)的磨粒機(jī)械摩擦作用去除，其去除量約可做小至0.1nm級(jí)。因?yàn)槟チＪ擒浻诠ぜ什皇且阅ハ鞯淖饔脕砣コ牧?。但是這種加工方法因被加工材料的不同，而必須通過大量實(shí)驗(yàn)選取不同的磨粒，配合適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)加工條件，以取得滿意的效果；這種方法未能獲得廣泛的應(yīng)用，尤其沒有應(yīng)用于藍(lán)寶石加工。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的構(gòu)建一種藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，包含以下步驟選取比藍(lán)寶石硬度小的氧化物微粉作為磨料；磨料與藍(lán)寶石接觸，在接觸點(diǎn)發(fā)生固相反應(yīng)，生成結(jié)晶層；磨料通過機(jī)械接觸把結(jié)晶層去除。
本發(fā)明因?yàn)椴扇×斯滔喾磻?yīng)CMP處理技術(shù)加工的藍(lán)寶石，與常規(guī)機(jī)械拋光法的金剛石微粉拋光相比較，金剛石拋光容易在加工表面產(chǎn)生損傷，而固相反應(yīng)CMP處理技術(shù)是在局部產(chǎn)生微小的固相反應(yīng)，經(jīng)去除此固相物后表面是超光滑表面(表面粗糙度小于1nm)，沒有任何損傷，為其下游產(chǎn)品的使用做好了基礎(chǔ)。所使用的拋光時(shí)間也比用金剛石拋光時(shí)間短很多，降低了生產(chǎn)成本。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步闡述。
我們以加工藍(lán)寶石襯底為例來說明藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP處理技術(shù)。使用比藍(lán)寶石硬度低的sio2、α-Fe2o3(本處α-Fe2O3的α是指氧化鐵存在的方式是以α相態(tài)存在，例如氧化鋁有α、β、γ三種相態(tài)，其中α-AL2O3是寶石而其他相態(tài)不是。)或Mgo的微粉，微粉顆粒大小為0.02-0.08um，進(jìn)行研磨拋光，由于藍(lán)寶石與粉末粒子相接觸，在接觸點(diǎn)的局部因磨擦能量而產(chǎn)生高溫、高壓，兩者在極短的接觸時(shí)間內(nèi)將發(fā)生固相反應(yīng)。sio2將生成藍(lán)晶石，α-Fe2o3將生成α-Fe2o3-Al2o3的固溶體，Mgo則生成Mg-Al尖晶石。實(shí)驗(yàn)表明，選用莫氏硬度為7的sio2作為藍(lán)寶石襯底的拋光材料，懸浮于堿性溶液中進(jìn)行濕式加工，拋光速度為45～75m/min，拋光壓力為250～300gf/cm2，拋光液濃度為5～8wt％。在一定的壓力和溫度下，sio2微粉與藍(lán)寶石單晶瞬間生成50藍(lán)晶石(Al2o3-sio2)。其化學(xué)反應(yīng)式為這種高溫高壓是指摩擦過程中，達(dá)到了二氧化硅的維氏屈服點(diǎn)。
通常這些固相反應(yīng)是發(fā)生在藍(lán)寶石基片的突出部位(毛刺或尖峰)，而在這樣的條件下生成的藍(lán)晶石是非結(jié)晶的，通過機(jī)械磨擦很容易地從表面除去。每接觸一次，其去除量為10左右，這樣表面就逐漸趨向平滑，所加工出表面粗糙度為10以下的超精密表面。應(yīng)用這種拋光方法生產(chǎn)的藍(lán)寶石襯底表面不會(huì)有變質(zhì)層，從而對(duì)于下游產(chǎn)品LED的制作有很大的好處。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，其特征在于包含以下步驟選取比藍(lán)寶石硬度小的氧化物微粉作為磨料；磨料與藍(lán)寶石接觸，在接觸點(diǎn)發(fā)生固相反應(yīng)，生成結(jié)晶層；磨料通過機(jī)械接觸把結(jié)晶層去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，其特征在于所述氧化物是sio2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，其特征在于所述氧化物是α-Fe2o3或Mgo。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，其特征在于所述的固相反應(yīng)CMP加工方法為濕式加工方法，其拋光速度為45～75m/min，拋光壓力為250～300gf/cm2，拋光液濃度為5～8wt％。
5.根據(jù)述權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，其特征在于所述固相反應(yīng)中的高溫高壓條件達(dá)到了二氧化硅的維氏屈服點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藍(lán)寶石的固相反應(yīng)CMP加工方法，包含以下步驟選取比藍(lán)寶石硬度小的氧化物微粉作為磨料；磨料與藍(lán)寶石接觸，在接觸點(diǎn)發(fā)生固相反應(yīng)，生成結(jié)晶層；磨料通過機(jī)械接觸把結(jié)晶層去除。本發(fā)明因?yàn)椴扇×怂龇椒?，拋光的表面是超光滑表?表面粗糙度小于1nm)，沒有任何損傷，為其下游產(chǎn)品的使用做好了基礎(chǔ)。所使用的拋光時(shí)間也比用金剛石拋光時(shí)間短很多，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B24B1/00GK1446667SQ0311419
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者陳寶東 申請(qǐng)人:深圳奧普光電子有限公司