蓝宝石衬底化学机械抛光中材料去除特性的研究_高翔
化学机械抛光在光学晶体加工中的应用
１． 时用于蓝 宝石 的化 学 机械 抛 光 ， 对 蓝 宝 石 进 行 ５ １ 并 清 洗 ， 终可 以得 到较低 得表 面粗糙 度值 ０ １ｎ 最 ． ｍ。
２ ２ 铌酸锂 晶体 ．
膜电化学法合成过氧化物， 并配合表面活性剂作为清 洗剂 ， 利用超声进行清洗 ， 有效去除了化学机械抛光后
夹持器
补抛工件 抛 光垫 工作 台
轻抛过程对蓝宝石衬底进行化学机械抛光 ， 最终得到
较低 的表 面粗糙 度值 ０３ ｍ。 ．４ｎ
Ｚ ｕＨ ｎｌ ｌ等发现 ， ｈ ｏｇｎ Ｓ ｉ ］ 当以氧化铝作为磨料时 ，
磨 料与蓝 宝石 发生 反应 ， 蓝 宝石表 层生 成一 层膜 ， 在 随 着磨 料 的机械 作用 将 膜 去 除 ， 而达 到 了蓝 宝 石 晶体 从 表 面平坦 化 的 目的 。ＮｕＸｎｕｎ【］ 发 现 高 浓 度 、 ｉ ｉｈａ １等 ９ 小 粒径 的二 氧化硅 磨料有 利 于增加 去除率 并提 高 表 面 质 量 ； 性条 件下抛 光液 能够 稳定存 在 ； 碱 当二 氧化 硅磨
及各种光学仪器等工业中 ， 晶体是不可或缺的重要材 料。此外 ， 晶体与 电子 、 激光 、 红外及新 能源开发等新
技 术 密切 相关 ， 因此 ， 晶体材 料对 现代科 学技 术 的发 展 起 到 了重要 的推 动作 用 ¨ 。 随 着现 代短 波光 学 、 电子学 、 光光 学 以及 薄膜科 强 学等 学科 的发 展 ， 种 电 子 、 学 元 件 的 性 能 不 断提 各 光
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｃ ｓａｓ；ｓ ｒａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｄｓ ｙ ｒ ｔｌ ｕ ｆ ｃ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ；ｃ ｅ ｃ ｌｍｅ ｈ ｎｉａ ｏ ｉｈ ｎ ｈ ｍｉａ ｃ ａ ｃ ｌｐ ｌｓ ｉ ｇ
化学机械抛光过程中抛光液团聚问题的研究
• 150 • DOI: 10.19289/j.1004-227x.2020.03.007化学机械抛光过程中抛光液团聚问题的研究梁振，李薇薇*，赵之琳（河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401）摘要：在化学机械抛光(CMP )用二氧化硅浆料中加入不同质量分数的混合保湿剂(由体积比为1∶1的分析纯丙三醇和三乙醇胺混合而成)，以解决CMP 过程中抛光液易团聚的问题。
结果表明，抛光液中加入保湿剂后团聚问题得到缓解。
随保湿剂质量分数的增大，抛光液的团聚析出量减少，黏度增大，对蓝宝石晶圆的去除速率先增大后减小，晶圆抛光后的表面粗糙度逐渐增大。
当保湿剂的质量分数为4%时，对蓝宝石晶圆进行CMP 时的材料去除速率最大，为93.6 nm/min ，抛光后晶圆的表面粗糙度为0.412 nm 。
关键词：化学机械抛光；二氧化硅胶体；团聚；保湿剂；蓝宝石晶圆；材料去除速率；表面粗糙度中图分类号：TN305.2 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2020) 03 – 0150 – 05Study on agglomeration of polishing slurry during chemical mechanical polishing // LIANG Zhen, LI Weiwei*, ZHAO ZhilinAbstract: A humectant comprising analytical-reagent-grade glycerol and triethanolamine at a volume ratio of 1:1 was added with different mass fractions to a chemical mechanical polishing (CMP) slurry mainly composed of silica for solving the problem of agglomeration during CMP process. The results showed that the agglomeration was reduced after the addition of humectant. With the increasing of the mass fraction of humectant, the agglomerate formed from the slurry was reduced, while the viscosity of the slurry and the surface roughness of the polished sapphire wafer were increased, and the material removal rate of sapphire wafer was increased initially and then decreased. The material removal rate of sapphire wafer is the highest (93.6 nm/min) when the slurry was added with 4wt.% of humectant, and the surface roughness of the polished sapphire wafer was 0.412 nm.Keywords: chemical mechanical polishing; silica colloid; agglomeration; humectant; sapphire wafer; material removal rate; surface roughnessFirst-author’s address: School of Electronic and Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China纳米二氧化硅抛光液具有适宜的磨料硬度和良好的稳定性，被广泛应用于半导体晶圆的化学机械抛光(CMP )[1]。
蓝宝石衬底表面缺陷成因分析与改进措施
蓝宝石衬底表面缺陷成因分析与改进措施作者：刘建飞周志豪吴丽琼黄建烽来源：《工业技术创新》2020年第03期摘要：蓝宝石衬底在实际量产中，约10%～15%会产生表面缺陷，导致成品返工或报废，经济损失较大。
分析实际量产作业中设备与工艺过程，探究和比较刮伤、坑洞、气泡、颗粒、崩角、色差共6种表面缺陷的失效模式，提出了技術和工艺改善措施。
在检测方式上，对比了接触式及非接触式检测工具与原理，探讨了各自的分辨率与呈现方式，为得到更有效的改善技术和工艺奠定了基础。
过程改进后，量产作业表面缺陷占比降低至5%～8%。
若要实现更低的表面缺陷占比，需进一步改良工艺过程和机台硬件配置。
关键词：蓝宝石衬底;表面缺陷;量产;失效模式;接触式检测;非接触式检测引言蓝宝石（α-Al2O3）作为发光二极管（LED）中常见的一种衬底材料，具有硬度高、熔点高、光透性好、热稳定性好和化学性质稳定等特性，至今已发展至6寸以上尺寸且具备量产的工艺能力。
衬底表面质量对后续的图形化处理（PSS）与GaN外延层的生长有很大的影响，因此需要优异的衬底加工工艺，以获取高质量衬底基片[1]。
蓝宝石衬底制备过程中，常见的外观缺陷主要有刮伤（Scratch）、坑洞（Pits）、气泡（Bubbles）、颗粒（Particle）、色差（Color defect）以及崩角（Chipping）等。
李强[2]详述了硅衬底表面缺陷的产生原因及改善措施，从而在量产条件下提升了硅衬底制备能力及表面质量。
而目前对于蓝宝石衬底表面缺陷的研究，多处于检测与分析阶段。
实际量产中，约10%～15%会产生蓝宝石衬底表面缺陷，导致成品返工或报废，造成严重经济损失，故需深入讨论缺陷的失效模式，以改善衬底表面质量，提高成品率。
本文使用KLA-Tencor Candela CS20R以及SEM SU8010等检测设备，对蓝宝石衬底量产时常见的表面缺陷进行检测、分类和分析，并结合现有条件提出有效的改善措施，从而提升量产能力，改善成品表面质量。
冲击压缩载荷下蓝宝石的动态力学性能试验方法(下)
冲击压缩载荷下蓝宝石的动态力学性能试验方法（下）I. 引言- 研究蓝宝石在冲击压缩载荷下的动态力学性能的重要性和研究意义- 介绍目前蓝宝石动态力学性能试验方法的研究现状和存在的问题II. 试验方案设计- 对蓝宝石试样的制备和选择进行说明- 介绍试验设备及其参数，包括压缩机、测力计、高速相机等- 对试验条件进行具体说明，包括载荷与速度的选择、试验温度等III. 试验过程及数据分析- 描述试验过程中的实际操作，包括试验前的样品准备、试验过程中的数据采集和记录等- 对试验数据进行分析，包括载荷与位移的关系、应力应变曲线、应力波形等- 描述对试验数据的处理和解释IV. 结果与讨论- 根据试验数据，对蓝宝石在冲击压缩载荷下的动态力学性能进行分析和讨论，包括强度、变形能力、破裂形态等- 对试验结果和讨论进行总结，并与相关文献进行比较和讨论V. 结论- 总结研究的目的和意义，对试验结果和讨论进行科学的总结和结论，并提出下一步研究的方向和建议VI. 参考文献第一章：引言随着人们对高质量材料的需求日益增长，蓝宝石作为一种优质材料，被广泛应用于各种高端领域，如光学、电子、航空航天等。
然而，在实际应用中，蓝宝石材料经常遭受高速载荷的冲击，如爆炸冲击、高速碰撞等，导致材料发生破坏。
因此，研究蓝宝石在冲击载荷下的动态力学性能，对于加深对该材料的认识和开发新的应用具有重要意义。
目前，国内外研究蓝宝石材料的动态力学性能试验方法已经取得了一定的进展。
国内外很多研究中都采用钢球高速撞击或冲击压缩等实验方法研究蓝宝石材料的响应。
例如，美国德克萨斯州大学的研究人员利用冲击压缩实验方法，研究了蓝宝石单晶在高速冲击下的变形行为及其机理。
在国内，南京航空航天大学的研究人员通过高速切割实验方法研究了蓝宝石材料的力学性能。
尽管已经有许多研究提出了动态力学性能试验方法和加工技术，但在应对不同的载荷类型和不同的温度条件方面仍存在着一些问题和挑战。
蓝宝石衬底制作工艺流程简要说明
蓝宝石衬底制作工艺流程简要说明长晶: 利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体定向: 确保蓝宝石晶体在掏棒机台上的正确位置,便于掏棒加工掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒滚磨: 用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸精度品检: 确保晶棒品质以及以及掏取后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的芯片研磨:去除切片时造成的芯片切割损伤层及改善芯片的平坦度倒角:将芯片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷抛光:改善芯片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度清洗:清除芯片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等)品检:以高精密检测仪器检验芯片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响江洋罗毅汪莱李洪涛席光义赵维韩彦军【摘要】：在柱状图形蓝宝石衬底(PSS-p)和孔状图形蓝宝石衬底(PSS-h)上外延了GaN体材料和LED结构并进行了详细对比和分析.X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)测试结果表明,PSS-h上体材料的晶体质量和表面形貌都优于PSS-p上体材料的特性,通过断面扫面电子显微镜(SEM)照片看出PSS-h上GaN的侧向生长是导致这种差异的原因.另外,基于PSS-p和PSS-h上外延的LED材料制作而成的器件结果表明,其20mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底(CSS)分别提高了46%和33%.通过变温光荧光谱(PL)分析发现,样品的内量子效率十分接近.因此,可以推断PSS-h上侧向外延中存留的空气隙则会影响光提取效率的提高.【作者单位】：清华大学电子工程系集成光电子学国家重点实验室;【关键词】：蓝宝石图形衬底氮化镓发光二极管侧向生长光提取效率内量子效率原子力显微镜体材料蓝宝石衬底晶体质量【基金】：国家自然科学基金(批准号:60536020,60723002)国家重点基础研究发展计划“973”(批准号:2006CB302801,2006CB302804,2006CB302806,2006CB921106)国家高技术研究发展计划“863”(批准号:2006AA03A105)北京市科委重大计划(批准号:D0404003040321)资助的课题~~1·引言利用GaN基大功率LED作为一种新型高效的固体光源,具有能耗小、高功率、寿命长、体积小、环保等显著优点,将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明工具,被公认为21世纪最具发展前景的高技术领域之一[1,2].目前使用最广泛的外延GaN材料的衬底是成本较低的蓝。
LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨
LED蓝宝石图形化衬底制备工艺研讨摘要：随着社会经济的不断发展，能源的需求量不断增加，为了能够将有效降低能源的损耗，实现能源的可持续发展目标，我国对于节能环保事业的发展尤为的关注。
基于科学技术的发展，我国在照明领域开展的环保事业发展取得了一定的成就。
例如LED的研发和应用，其在使用的过程中不仅节能环保，同时也体积比较小，且功能时效时间比较长，与普通的照明源对比来讲更具有发展前景。
经过技术研发人员的不懈努力，找到了一种能够有效提升LED出光率的新技术，即通过蓝宝石图形化衬底实现LED高出光率的目标，为LED广泛应用于多个领域地奠定了坚实的基础。
本文通过对蓝宝石图形化衬底提升LED出光率的机理、表面微结构对LED发光率的影响进行了分析，并探讨了LED蓝宝石图形化衬底的制作过程。
关键词：LED；蓝宝石图形衬底；制备工艺引言：随着物质生活水平的提升，社会群众对于环保节能产业的发展也越发地关注，只有合理控制能源的消耗，才能够有效地提升能源和生态环境可持续发展的潜力。
环保节能在各行各业的发展中都是非常重要战略目标。
在照明领域最显著的发展便是LED的发展与应用，因为其具备良好的性能，尤其在环保节能方面表现出来的优势得到了社会群众的认可，所以被推广到很多的领域的实际应用当中，例如用于一般的照明、LCD背光源等。
随着蓝宝石图形化衬底制备工艺的不断发展，让LED制备白光逐渐成了现实，对于LED的进一步推广和应用有着非常显著的作用。
值得一提的是，LED虽然作为一种特别的固态光源与当前的社会环境倡导节能减排的理念具有极高的契合度，但是在LED实际的发展与应用中还是存在着一些问题，只有技术研发人员加强对LED的创新和优化，才能够为LED的广泛应用，在照明领域代替当前的所使用的传统光源。
为环保节能社会的建设提供良好的支持。
1.LED蓝宝石图形化衬底提高GaN基LED出光率的作用机理1.1降低GaN外延层位错密度在LED衬底材料中蓝宝石所具备的机械性能、可靠性以及易控制特性远超过其他的衬底材料，如单晶硅、单晶碳化硅等。
蓝宝石介绍
蓝宝石晶体主要用途
1
用于半导体照明产业
2
用于民用电子产品精密仪器
3
用于民用航天、军工等
半导பைடு நூலகம்照明
LED是新一代光源，被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域。 目前，世界各个主要国家和地区纷纷制定LED技术与产业发展计划。 高工LED产业研究所(GLII)统计数据显示，2013年中国LED行业依旧 保持快速增长态势，全年中国LED行业总产值规模为2638亿元(不含中国 港澳台地区)，同比增长28%。其中，上游芯片产值超过80亿元，中游封 装产值超过470亿元，下游应用产值超过2000亿元。 蓝宝石在照明行业主要用作LED 衬底，即LED基板，也有称之为支 撑衬底。衬底是外延层生长的基板，在生产和制作过程中，起到支撑和 固定的作用。它与外延层的特性配合要求比较严 格，否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质 。对于制作LED 芯片来说，衬底材料的选用是首 要考虑的问题。目前蓝宝石衬底LED 产品市场占 有率高达90%以上。
内部文件V1.0
目录
1
2 3
蓝宝石的介绍 蓝宝石晶体主要用途 蓝宝石的制造过程
4
蓝宝石的市场分析
蓝宝石的介绍
蓝宝石是一种氧化铝（Al2O3）的单晶，又称为刚玉，就颜色而言， 单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，在自然界中当蓝宝石在生长时， 晶体内含有钛离子(Ti3+)与铁离子(Fe3+)时，会使晶体呈现蓝色，蓝宝 石由此得名。蓝宝石由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成, 其晶体结构为六方晶格结构。它常被应用的切面有A-Plane,C-Plane及RPlane.由于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外光(190nm)到中红外线都 具有很好的透光性.因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜 片材料及光罩材料上，它具有耐高温、抗腐蚀、高硬度（莫氏硬度为9， 仅次于钻石）、高耐磨、高透光性、熔点高（2045℃）等特点，它是一 种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮 度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶 品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶 Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时 符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为 制作白/蓝/绿光LED的关键材料。
蓝宝石衬底退火后表面缺陷的研究
试验研究清洗世界Cleaning World第35卷第4期2019年4月作者简介：陈铭欣（1979-），男，硕士学历，福建晶安光电公司总经理，研究方向：LED 氮化镓外延技术、蓝宝石衬底制造技术。
通讯作者：周志豪（1981-），男，硕士，晶安光电副总工程师。
收稿日期：2019-03-29。
文章编号：1671-8909（2019）3-00031-002蓝宝石衬底退火后表面缺陷的研究陈铭欣，周志豪，谢斌晖，陈启福（福建晶安光电有限公司，福建 泉州 362411）摘要：蓝宝石衬底晶片加工过程中，研磨作业后需要进行退火处理，以去除加工过程中所残余的应力，并消除残余应力所引起的衬底形变。
退火前需对衬底进行清洗，将清洗干净后的衬底放入退火炉中进行高温退火。
退火后，衬底晶片表面时常会出现一些色差的缺陷区域，此缺陷由于目视可见，不符合出货要求，因此需要重新进行研磨加工或直接损失报废等处理，降低了生产效率。
因此本文目的为探究蓝宝石衬底退火后表面出现缺陷的分析，了解成因后即采取措施避免缺陷的发生。
关键词：蓝宝石衬底；退火；缺陷中图分类号：O786 文献标识码：A0 引言蓝宝石作为半导体GaN-Al 2O 3发光二极管（LED ）最为理想的衬底材料，被广泛应用于半导体LED 照明，因此促使蓝宝石衬底材料的需求量大增。
此外，蓝宝石凭借其一流的强度、耐磨耐摔和抗划伤性等特性，也应用于高端的手机领域，如手机的触控键、屏幕以及后盖镜头片等，这都促进蓝宝石用量的大幅提高。
蓝宝石衬底的加工先需要将蓝宝石单晶体用金刚石线切割成厚度约为800 μm 的线切片，再通过研磨和抛光工序将衬底加工成约650 μm 的薄片。
而研磨工序是蓝宝石最关键的环节，因该环节关系到蓝宝石的光洁度、平坦度、粗糙度等。
蓝宝石的研磨过程主要是以碳化硼为磨料，并加入水和分散剂形成浆料后，通过碳化硼磨料颗粒的机械磨削作用而达到研磨效果。
分散剂主要采用一种在分子内同时具有亲油性与亲水性两种相反性质的表面活性剂，可均匀分散那些难以溶解于液体的无机固体颗粒，同时也能防止固体颗粒凝聚沉降，达到悬浮磨料的效果；倘若磨料分布均匀，可以提高研磨速率和加工质量，但如果磨料分散不均匀则会容易造成晶片崩角（Chipping ）或是破裂，也容易造成刮伤（Scratch ）。