蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺研究

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蓝宝石衬底nm级CMP技术研究

５２ＭｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．４５Ｎｏ．１
Ｊａｎｕａｒｙ２００８
马振国等：蓝宝石衬底ｎｍ级ＣＭＰ技术研究
由图１可以看出，蓝宝石表面与抛光液中的ＯＨ－形成的水合层是影响抛光速率的重要因素，在其他条件不改变的情况下升高ｐＨ，在达到１２．５以后抛光速率就明显下降，这是因为太高浓度的ＯＨ－会破坏ＳｉＯ２磨料粒子的双电子层结构，而且会产生腐蚀坑，影响表面状态，要提高ｐＨ值就得使用无机碱，抛光液中一般选用ＮａＯＨ，ＫＯＨ等强碱，但是碱金属离子在抛光过程中进入衬底，容易引起器件的局部穿通和漏电流增大效应，使芯片工作的可靠性下降，引起器件的失效。氨水作调节剂，易挥发造成空间污染，缓冲作用也比较小［１０］。通过大量的实验研究，选用有机碱作ｐＨ值调节剂能有效解决上述问题。
本文进行ＣＭＰ实验大多使用ＳｉＯ２水溶胶，它是一种硬而脆的陶瓷材料，其表面化学活性很低。ＳｉＯ２水溶胶是双电子层结构，外层电子显负电荷。由凝聚法制备的胶体ＳｉＯ２粒子表面富含硅羟基，研究还发现采用凝聚法制备的硅溶胶内部也富含有硅羟基，正是这个特点，使得凝聚法制备的ＳｉＯ２胶体黏度小，硬度适中，无棱角，在ＣＭＰ时不会产生划伤［４－５］。
蓝宝石ＣＭＰ重抛过程影响抛光速率的主要因素有ｐＨ和温度。
① ｐＨ值与抛光速率的关系抛光条件：ＳｉＯ２溶胶（Ｖ） ∶去离子水（Ｖ）＝１∶１，磨料粒径选用８０ｎｍ，ＦＡ／ＯⅠ型－活性剂为１０ｍｌ／Ｌ；抛光过程中压力为０．１５ＭＰａ，转速为６０ｒ／ｍｉｎ，流量为１８０ｍｌ／ｍｉｎ，抛光初始温度为室温，在实验过程中５ｍｉｎ内将温度提高到３５ ℃并且控制在３５ ℃ 左右。实验得出蓝宝石抛光速率ｖ与ｐＨ值的关系见图１。

蓝宝石LED衬底工艺流程

热导
衬底作为芯片散热的主要通道，将芯片产生的热量传导至外部。
光学特性
衬底对芯片的光学性能有影响，如光的吸收、反射和折射等。
LED衬底材料的种类
蓝宝石
常用作LED衬底材料，具有较高的硬度、化学稳定性和高热导率。
硅
具有高热导率、低成本和成熟的半导体制造工艺。
碳化硅
具有高热导率、高硬度、高化学稳定性和高抗腐蚀性。
蓝宝石LED衬底工艺流程
• 引言 • LED衬底概述 • 蓝宝石LED衬底制备工艺流程 • 工艺流程中的关键技术 • 工艺流程中的问题与解决方案 • 结论
01
引言
主题简介
01
蓝宝石LED衬底是LED产业中的重要组成部分，其工艺流程涉及多个环节和关键技术。
02
蓝宝石LED衬底具有优异的光学、热学和机械性能，广泛应用于照明、显示、背光等领域。
晶体切割
将晶体切割成适当的大小和形状，以满足后续加工需求。
切割与研磨的关键技术
切片
抛光
使用刀片或激光将衬底切成适当的大小。
通过抛光剂和抛光盘对衬底表面进行抛光，以提高表面光洁度和平整度。
研磨
通过研磨剂和研磨盘对衬底表面进行研磨，以去除切割痕迹和表面缺陷。
抛光处理的关键技术
选择性抛光
根据衬底表面的不同区域选择不同的抛光参数，以实现局部抛光。
研究更精确的光刻技术
随着LED芯片尺寸的不断减小，需要更精确的光刻技术来制作更精细的图案。
发展新型蓝宝石衬底材料
为了满足LED行业的发展需求，需要研究和发展新型蓝宝石衬底材料，提高其性能和稳定性。
深入研究退火处理技术
退火处理对蓝宝石衬底的性能有很大影响，需要进一步深入研究退火处理技术，优化退火工艺参数，提高蓝宝石衬底的性能。

LED用蓝宝石衬底抛光技术进展

ｇｒｅｅｎｐｏｌｉｓｈｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｉｌｌｃｏｍｅｔｒｕｅ．
ａｕｔｏｍａｔｃ，ｉ
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ；ＰｏｌｉｓｈｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ；ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｉｆｓｈｉｎｇ（ＣＭＰ）
Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＺｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓａｐｐｈｉｒｅｃｏｎｔａｉｎｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｌｙｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃｌａｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ＳＯｉｔｓｕｉｔｓｆｏｒｂｅｉｎｇｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｆＬＥＤ．／ｔｉｓｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｍｕｓｔｈａｖｅｖｅｒｙｓｍｏｏｔｈｓｕＦｆｖｅａ，ｓｕｃｈａＳｌｏｗｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｈｉｇｈｆｏｒｍｉｎｇ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｕ￣Ｃａｃｅ
ｉｎｆｓｉｈｉｎｇ。ｌｏｆａｔｐｏｌｓｉｈｉｎｇａｎｄｔｈｅｉｒｍｅｒｉｔ，ｄｅｍｅｒｉｔｎｄａｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ．Ｎｏｗｅｈｉｇｈｅｓｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｑｕｌｉａｔｙｆｏｓｐｐａｈｉｒｅｓｕ￣ＣａｃｅｏｂｔｉａｎｅｄｓｉｔｈｔａｔｈｅＲａｓｉ０．１ｎｍ，ｌａｆｔｅｓｎｓｓｉ０．５１ｘｍ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖｎｃａｅｆｐｏｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ，

蓝宝石化学机械抛光专利技术分析

工艺与装备163蓝宝石化学机械抛光专利技术分析高玉江刘洋刘腾达李春雨(国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津300304)摘要：本文首先对蓝宝石化学机械抛光专利申请状况进行概述，然后重点从蓝宝石化学机械抛光装置结构抛光垫、修整器、C M P停止、抛光液、蓝宝石应用及加工工艺等方面，分析蓝宝石C M P专利技术。

关键词：蓝宝石化学机械抛光C M P专利引言蓝宝石（S a卯h i r e)的主要成分为单晶氧化铝(a-A l2〇3)，具有高硬度、高熔点、耐磨损、透光性好、电绝缘性优良和化学性能稳定的特点，被广泛应用于医学、工业、国防、航空航天及生活领域，特别适于作为L r o衬底材料。

同时，由于蓝宝石优异的机械性能，它也逐渐被用于i P h o n e、i W a t c h等显示面板上。

化学机械抛光（C h e m i c a l M e c h a n i c a l P o l i s h i n g，简称C M P)技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术。

它借助超微粒子的研磨作用和浆料的化学腐蚀作用，在被研磨的介质表面形成光洁平坦的平面。

化学机械抛光是目前唯一可以实现全局平坦化的抛光方法，现己成为半导体加工行业的主导技术，同时也成为对蓝宝石表面进行平坦化的主要加工方法。

1蓝宝石化学机械抛光专利申请概述从1972年日本工业技术院安永畅男向日本专利局提交了一份有关蓝宝石高精度镜面研磨方法的专利申请（申请号为 J P1*******A)开始，到1991年I B M首次将化学机械抛光技术成功应用到D R A M的生产中，化学机械抛光技术引人注目地得到了用其他任何平面化加工不能得到的表面形貌变化。

截至2016年1月，在德温特D W P I数据库中检索到涉及化学机械抛光蓝宝石的全球专利申请共计434项。

其中，年代以专利申请的优先权日为准，同族申请记为一项专利进行统计。

通过统计分析，得到全球主要国家或地区有关化学机械抛光蓝宝石的专利申请量。

LED 用蓝宝石衬底抛光后湿法清洗研究

ＺＨＵＯＺｈｉ — ｇｕｏ，ＺＨＯＵＨａｌ，ＳＨＩＪｉａｎ－ｇｕｏ，ＦＥＮＧＨｕａｎ
（１．ＹａｎｃｈｅｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＪｉａｎｇｓｕＹａｎｅｈｅｎｇ２２４０５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＣｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ
３，ＨｕａｌｉｎｇＭｏｔｏｒＢｕｓＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，ＡｎｈｕｉＭａ ’ ａｎｓｈａｎ２４３０６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｉｓｔｈｏｕｇｈｔｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ．ｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙｓｕｂｓｔｒｔａｅｓｔｏｇｒｏｗａｉｌｆｍｏｆ
护作用。在使用表面活性剂后再使用ＨＦ溶液清洗，衬底表面颗粒数从１８降为１Ｏ，但表面存在腐蚀坑样的污染，在以表
面活性剂、浓硫酸、ＨＦ溶液的清洗顺序清洗后发现表面颗粒数从２０降至８，没有腐蚀坑样的污染存在，因此采用表面活性剂、浓硫酸、ＨＦ溶液的清洗顺序可以得到好的效果。
（１．盐城工学院，江苏盐城

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究蓝宝石是一种稀有而美丽的宝石，其在珠宝、手表和光学等领域有着广泛的应用。

蓝宝石的硬度高、透光性好，因此在科学研究和工业生产中也有着重要的用途。

蓝宝石的加工工艺对其性能和品质有着深远的影响，其中精密研磨加工是蓝宝石加工中至关重要的一环。

本文围绕蓝宝石衬底精密研磨加工展开实验研究，旨在探讨蓝宝石衬底的加工工艺，提高蓝宝石的加工质量和效率。

一、蓝宝石衬底精密研磨加工方法1.1 传统的研磨加工方法传统的蓝宝石衬底研磨加工方法主要包括手工研磨和机械研磨两种。

手工研磨依靠工匠的经验和技艺，能够实现一定程度的精度和表面光洁度，但效率低下、成本高昂。

机械研磨采用磨削工具和研磨设备，能够提高加工效率和一致性，但对设备和工具要求高，而且会产生热影响区，易导致表面质量下降、晶格变形甚至裂纹的产生。

1.2 高精度磨削加工方法高精度磨削加工方法是近年来发展起来的一种新型加工技术，通过精密磨削设备和工艺，能够实现高精度、高表面质量的加工效果。

该技术具有优良的加工稳定性、高效率和优质的表面光洁度，在蓝宝石衬底的加工中具有广阔的应用前景。

2.1 实验材料与设备本实验选取质量优良的蓝宝石作为实验材料，采用高精度磨削设备进行实验。

研磨工具选用金刚石磨具，进行干式研磨加工。

2.2 实验设计本实验旨在探究不同研磨参数对蓝宝石衬底加工效果的影响，以期找到最佳的研磨参数。

实验设计主要包括研磨速度、研磨压力、研磨深度等参数的优化。

2.3 实验过程通过一系列的实验设计和参数调整，我们逐步确定了最佳的研磨参数组合。

在实验过程中，我们不断对研磨效果进行观察和分析，利用显微镜和表面粗糙度测试仪等设备对蓝宝石表面质量进行评估，以验证研磨参数的有效性。

2.4 实验结果与分析通过实验，我们得到了一系列关于蓝宝石衬底精密研磨加工的重要数据。

实验结果表明，在合适的研磨条件下，蓝宝石衬底可以获得高精度、高表面质量的加工效果。

我们也发现了一些影响加工效果的关键因素，如研磨速度和研磨深度对加工质量的影响较为显著。

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究蓝宝石是一种非常珍贵的宝石，其硬度高、透光性优异，被广泛用于珠宝首饰、手表外壳等领域。

由于其物理性能稳定，蓝宝石也被广泛应用于光电子领域中，作为激光器材料、光学窗口等。

蓝宝石的加工工艺对其品质和性能有着非常大的影响。

特别是在精密研磨加工方面，如何保证蓝宝石的表面光洁度和精度是一个非常关键的问题。

本文针对蓝宝石衬底在精密研磨加工过程中的问题展开实验研究，包括磨料选择、加工参数优化、表面质量评价等内容。

通过实验研究，我们希望能够找到一种适合蓝宝石衬底精密研磨加工的最佳方案，为蓝宝石加工工艺的改进提供理论和实验依据。

一、研究背景蓝宝石衬底在光电子领域中有着广泛的应用，其表面质量对器件的性能有着至关重要的影响。

蓝宝石本身的硬度高、脆性大，使得其加工难度较大。

目前，蓝宝石精密研磨加工方面的研究还比较薄弱，尚未形成系统的加工工艺和理论。

有必要对蓝宝石衬底的精密研磨加工进行深入研究，探索最佳的加工方案。

二、研究方法1. 实验材料本实验选取了一批优质的蓝宝石衬底样品作为实验材料，这些样品在硬度、透光性和尺寸稳定性等方面都具有较高的指标，可以作为研究对象。

2. 研磨设备本实验采用了先进的精密研磨设备，包括研磨机、研磨盘、研磨液等设备，保证实验能够在良好的条件下进行。

3. 实验流程我们对蓝宝石衬底样品进行了表面质量评价，包括表面粗糙度、平面度、保角度等指标的测量。

然后，我们对不同研磨参数（研磨液种类、研磨时间、研磨压力等）进行了调整和优化，观察其对蓝宝石表面质量的影响。

我们根据实验结果，提出了一套适合蓝宝石衬底精密研磨加工的最佳方案。

三、实验结果与讨论1. 不同研磨液对蓝宝石表面质量的影响我们选取了几种常用的研磨液，包括水、研磨油和特制的研磨液，对蓝宝石进行了研磨实验。

结果表明，特制的研磨液在保证表面质量的情况下，能够获得较高的研磨效率，是较为理想的选择。

2. 研磨时间与表面粗糙度的关系我们分别进行了不同时间长度的研磨实验，观察了其对表面粗糙度的影响。

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究1. 引言1.1 研究背景本研究旨在探讨蓝宝石衬底精密研磨加工技术及其在实验中的应用。

蓝宝石衬底是一种具有优异光学性能和化学稳定性的材料，在许多领域有着广泛的应用。

由于其硬度高、易碎性强，传统加工方法难以满足其精密加工的需求。

对蓝宝石衬底的精密研磨加工技术进行研究具有重要意义。

目前，国内外对蓝宝石衬底的研究主要集中在其制备工艺、物理化学性质及应用前景等方面，而对其精密研磨加工技术的研究相对较少。

本研究旨在通过实验研究，探讨蓝宝石衬底精密研磨加工的关键技术及其影响因素，为提高蓝宝石衬底的加工精度和表面质量提供技术支持。

本研究将结合蓝宝石衬底的特性分析和精密研磨加工技术，设计相应的实验方案，通过对实验结果的分析和总结，探讨蓝宝石衬底精密研磨加工的实际效果，并对未来的研究方向进行展望。

希望通过本研究能够为蓝宝石衬底的精密加工提供一定的参考和指导。

1.2 研究目的研究目的：本研究旨在探讨蓝宝石衬底精密研磨加工过程中的关键技术和影响因素，通过实验研究和数据分析，揭示蓝宝石衬底磨削过程中的规律性规律和问题，为提高蓝宝石衬底的加工质量和效率提供理论支持和实验指导。

具体目标包括：1. 分析蓝宝石衬底的物理、化学和力学特性，为后续研究提供基础数据支持；2. 探讨精密研磨加工技术在蓝宝石衬底加工中的应用现状和存在的问题；3. 设计合理的蓝宝石衬底精密研磨实验方案，验证相关理论和方法的可行性；4. 分析实验结果，总结出蓝宝石衬底精密研磨加工的规律性和关键因素；5. 提出改进实验措施和建议，为未来蓝宝石衬底研磨加工提供技术支持和指导。

2. 正文2.1 蓝宝石衬底的特性分析蓝宝石衬底是一种应用广泛的高质量晶体材料，具有优异的机械、热学和光学性能。

蓝宝石衬底具有极高的硬度，仅次于金刚石，能够较好地抵抗磨损和刮伤，适合用作精密加工和磨削。

蓝宝石衬底的化学性质稳定，不易受到化学腐蚀和氧化，从而保证了其在各种环境下的稳定性。

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究蓝宝石是一种稀有的宝石，因其天然的蓝色和高硬度而备受珍视。

在现代科技中，蓝宝石不仅作为珠宝首饰的原材料，还被广泛应用于激光、光电子器件、高压机械设备以及手表等领域。

蓝宝石的应用领域之广泛，也对其品质和加工要求提出了更高的要求。

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究旨在探索蓝宝石的研磨加工工艺及其对最终产品品质的影响，为提高蓝宝石加工技术水平和产品质量提供重要参考。

一、蓝宝石的特性和应用蓝宝石是一种由铝和铍元素组成的纯净氧化物，晶体结构呈六角形，晶莹剔透，颜色主要由铁和钛等微量杂质金属离子决定。

在宝石学中，蓝宝石的颜色被称作“蓝宝石蓝”，属于含有钛的铝氧化物。

由于其外观美丽、硬度高、耐腐蚀性强，蓝宝石在各种高科技领域中都能发挥重要作用。

蓝宝石的硬度接近于金刚石，仅次于金刚石，因此在现代科技中得到广泛应用。

蓝宝石具有较高的光透过率，能够在光学和激光器件中作为透镜使用。

由于蓝宝石对化学腐蚀的抵抗能力较强，因此也广泛应用于化工设备、高压机械设备等领域。

在手表制造领域，蓝宝石还被用来制作观赏窗、轴承及佩饰配件等。

随着科技的不断发展，对蓝宝石的品质和加工要求越来越高，因此对蓝宝石的精密研磨加工工艺进行深入研究具有非常重要的意义。

精密研磨是一种将材料表面去除微观凹凸，以获得较高表面平整度和精确形状尺寸的加工方法。

蓝宝石的精密研磨加工工艺涉及研磨液、磨料、研磨速度、研磨压力等多种因素，对蓝宝石的最终产品品质具有显著影响。

通过蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究，可以深入了解不同研磨工艺对蓝宝石表面质量、平整度和光学性能的影响，为优化蓝宝石加工工艺、提高产品质量提供理论和实验依据。

研究蓝宝石的精密研磨加工还可以为其他类似材料的加工提供借鉴和参考。

1. 实验内容蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究主要包括以下内容：（1）蓝宝石的基本性质测试：包括蓝宝石的硬度测试、透射率测试、化学成分分析等；（2）研磨工艺参数优化：通过对不同研磨液、磨料类型、研磨速度、研磨压力等工艺参数的优化组合，探索最佳的研磨工艺参数；（3）蓝宝石表面质量和光学性能评价：通过扫描电镜观察蓝宝石表面形貌，测量其表面平整度、粗糙度和透射率等光学性能指标，评价不同研磨工艺对蓝宝石最终产品品质的影响。

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究作者：虞国良来源：《科技视界》2019年第36期【摘要】为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工，对蓝宝石晶体的精密研磨加工表面粗糙度、去除率进行试验研究。

采用不同粒度碳化硼磨粒双面研磨晶体，考察了研磨盘转速、加载下压力和研磨颗粒粒径对研磨加工表面质量的去除率和表面粗糙度参数的影响。

实验结果表明：研磨压力和研磨盘转速是影响去除率的最大因素;在相同条件下，磨料的颗粒粒径对去除率和表面粗糙度起到关键性的作用。

【关键词】蓝宝石;精密研磨;表面粗糙度;实验研究中图分类号： TB47 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）36-0170-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.36.079Experimental Study on the Precision Lapping of Sapphire SubstrateYU Guo-liang（School of engineering， zhejiang normal university， Jinhua Zhejiang 321000， China）【Abstract】This paper presents the experimental research on the surface quality parameters such as roughness and removal rate in the precision lapping of sapphire in order to realize the high efficiency and low damaged lapping. The different grain sizes of B4C were selected to lapping the double side of sapphire （0001） and the effects of processing parameters as load， speed of rotation and grain size had on the surface quality parameters were investigated. The results of experiment showed that：（1）it’s load and speed of rotation that were the most important factors to the removal rate;（2）the grain side played a key role in improving the removal rate and roughness under the same conditions.【Key words】Sapphire; Precision lapping; Roughness; Experimental study0 引言蓝宝石晶体具有优良的光学特性和力学性能[1-3]，是首选的光电衬底材料和半导体基片，更可以用作军事等重要技术领域的窗口材料，这使得对其表面加工质量有着非常高的要求。

蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

表面技术第53卷第2期蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究王晓剑1，李薇薇1*，钟荣锋2，肖银波2，许宁徽1，孙运乾1（1.河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401；2.广东惠尔特纳米科技有限公司，广东东莞 523000）摘要：目的化学机械抛光（CMP）包含化学腐蚀和机械磨削两方面，抛光液pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力，从而影响抛光效果。

方法采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液，分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验，研究CMP过程中抛光液体系的变化。

结果连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚，满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h，抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm；均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定，无团聚现象，抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%，能至少维持高材料去除率18 h，抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm；混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高，抛光9 h 内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%，之后磨粒出现小规模团聚现象，后9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%，18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%，但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。

结论一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液，但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合，因此，在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。

关键词：化学机械抛光；蓝宝石；抛光液；磨粒；微观形貌；材料去除率中图分类号：TG175；TG356.28文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)02-0168-07DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.02.016Effect of Silica Abrasive Particle Size Distribution on the Properties of Polishing Slurry System in Sapphire Substrate CMP WANG Xiaojian1, LI Weiwei1*, ZHONG Rongfeng2, XIAO Yinbo2, XU Ninghui1, SUN Yunqian1(1. College of Electronic Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China;2. Guangdong Wellt-Nanotech Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523000, China)ABSTRACT: Chemical mechanical polishing (CMP) includes chemical corrosion and mechanical grinding. Factors such as pH of polishing slurry, particle size and concentration of abrasive particles will affect its chemical corrosion and mechanical grinding ability to varying degrees, thus affecting the polishing effect. UNIPOL-1200S automatic grinding and polishing收稿日期：2022-12-14；修订日期：2023-07-11Received：2022-12-14；Revised：2023-07-11基金项目：光电信息控制和安全技术重点实验室基金（614210701041705）Fund：Key Laboratory of Optoelectronic Information Control and Security Technology (614210701041705)引文格式：王晓剑, 李薇薇, 钟荣锋, 等. 蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究[J]. 表面技术, 2024, 53(2): 168-174.WANG Xiaojian, LI Weiwei, ZHONG Rongfeng, et al. Effect of Silica Abrasive Particle Size Distribution on the Properties of Polishing Slurry System in Sapphire Substrate CMP[J]. Surface Technology, 2024, 53(2): 168-174.第53卷第2期王晓剑，等：蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究·169·machine and SUBA-600 polishing pad were used in the experiment to conduct the cyclic polishing experiment on the 2-inch sapphire substrate wafer in the C-direction of single crystal. 30-150 nm continuous particle size abrasive polishing slurry, 120 nm uniform particle size abrasive polishing slurry, 50 nm uniform particle size nano silica and 120 nm uniform particle size nano silica were mixed according to 4:6 (volume ratio) to form a mixed particle size abrasive polishing slurry, and 2% chelating agent (citrate), 2% oxidant (hydrogen peroxide) and 0.1% surfactant (fatty alcohol polyoxyethylene ether) were added to each type of polishing slurry. The flow rate of polishing slurry was 100 mL/min. The sapphire substrate wafer rotated clockwise at 30 rpm. The polishing pad rotated counterclockwise at 60 r/min. The load was 15.5 kg. Three types of polishing slurry were used to conduct cyclic CMP experiments on sapphire substrate wafers to study the changes of polishing slurry system during CMP process. In the continuous particle size abrasive polishing slurry, the abrasive particles aggregated on a large scale, and the polishing time required for high material removal rate was only 4 hours. The surface roughness of the polished wafer was 0.665 nm. The abrasive particles in the polishing slurry with uniform particle size were stable without agglomeration. The material removal rate within 9 hours of polishing was 94.7%, higher than that of the continuous particle size abrasive polishing slurry, which could maintain a high value for at least 18 hours. The surface roughness of the polished wafer was 0.204 nm. In the initial state of mixed particle size abrasive polishing slurry, the stability of the abrasive particles was relatively high. Within 9 hours of polishing, the material removal rate was 114.8%, higher than that of continuous particle size abrasive polishing slurry.Afterwards, the abrasive particles exhibited small-scale agglomeration, and the material removal rate was only 59.6% of that of uniform particle size abrasive polishing slurry after 9 hours. Within 18 hours, the material removal rate was only 87.7% of that of uniform particle size abrasive polishing slurry, but the surface roughness of the polished wafer was 0.151 nm. The free flowing small abrasive particles in the mixed particle size polishing slurry can wash and impact the remaining small protrusions and micro defects on the wafer surface, and can better fill the grooves and pits on the wafer surface, promoting more uniform grinding of the wafer surface. The uniformity of material removal is better than that of other two types of polishing slurry. In pursuit of high material removal rate and good wafer surface roughness for a certain period of time, mixed particle size abrasive polishing slurry is chosen, but it is more suitable to use uniform particle size abrasive polishing slurry for CMP over a long period of time. Therefore, in industrial production, mixed particle size abrasive polishing slurry and uniform particle size abrasive polishing slurry need to be used in combination according to production requirements.KEY WORDS: chemical mechanical polishing; sapphire; polishing slurry; abrasive particles; micro-morphology; material removal rate蓝宝石是一种莫氏硬度为9级的材料，其化学性质稳定，强度高，熔点高，具有透光性和传热性好等特点[1-3]，并且拥有良好的电气和节电特性[4]，常被应用于工业、通信及其他高科技领域，尤其是作为主要衬底材料被应用在LED行业中[5]。

蓝宝石抛光技术的研究进展

!5& &"
& 现已成为半导体加工行业的主导技术 ’
!67"
化学机械抛光的研究报道主要集中于抛光工艺过程方面’ 袁巨龙等 ( 王娟等
!88"
研究了蓝宝石衬底的化学
#- * 图$
#I * 抛光后的蓝宝石衬底的原子力显微镜图
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机械抛光& 考虑了各种因素对抛光质量的影响’ 结果表明 ) 采用锡抛光盘 & 9+:! 磨料 & 抛光速度为 ;%<=%* > *+0& 抛光压力为 !%7<$774? > ,*!& 抛光液浓度为 %<5@AB & 8$C7D
文献 !8!" 研究了不同种类磨料 %G.!:$( 单晶金刚石和多晶金刚石 *( 不同 1F 值的抛光液 ( 不同晶面的蓝宝石对抛光表面质量的影响 & 结果表明 ) 采用 G.!:$ 磨料 & 抛光液
表明&
化学机械抛光后的蓝宝石表面经化学腐蚀处理有助于提高
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. 在上述应用中! 蓝宝石零件必须有很
图( 蓝宝石机械抛光表面微观模型
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高的表面质量 . 所以 ! 蓝宝石的精密和超精密加工已成为制造技术领域中的关键问题 . 本文在综合归纳目前常用的几种蓝宝石抛光方法的基础上 ! 介绍近几年出现的一种新型的抛光技术 & && 激光抛光技术 ! 并与传统的抛光方法进行比较 .

蓝宝石衬底研磨抛光方法

蓝宝石衬底研磨抛光方法The polishing and grinding of sapphire substrates is a crucial step in the production of high-quality sapphire wafers for use in various electronic and optoelectronic applications. 蓝宝石衬底的研磨抛光是生产高质量蓝宝石晶片的关键步骤，用于各种电子和光电应用。

This process involves the use of abrasive materials and precision equipment to achieve a smooth, flat surface that is free from defects and impurities. 这个过程涉及使用磨料和精密设备，以达到光滑、平整的表面，并且没有缺陷和杂质。

Sapphire substrates are known for their hardness and durability, which makes them challenging to polish and grind effectively. 蓝宝石衬底以其硬度和耐久性而闻名，这使得它们在研磨和抛光方面具有挑战性。

The process requires careful control of parameters such as pressure, speed, and the type of abrasive material used to achieve the desired surface finish. 这个过程需要仔细控制压力、速度和使用的磨料类型等参数，以达到期望的表面光洁度。

One of the key considerations in sapphire substrate polishing and grinding is the choice of abrasive materials and the techniques usedto apply them. 在蓝宝石衬底的研磨抛光中，一个关键考虑因素是选择磨料材料和应用它们的技术。

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究1. 引言1.1 研究背景在国内外，关于蓝宝石衬底精密研磨加工的研究还比较有限。

虽然国内一些研究机构和企业在这方面进行了一定探索，但是仍然需要进一步深入研究。

本研究旨在通过实验研究，探讨蓝宝石衬底在精密研磨加工过程中的特性及加工技术，以期为蓝宝石衬底的加工提供参考和指导。

【2000字】1.2 研究目的研究目的旨在探究蓝宝石衬底精密研磨加工的方法和技术，提高加工效率和加工质量。

通过对蓝宝石衬底的特性进行深入了解，结合精密研磨技术，设计合理的加工实验方案，探讨如何在实验中达到最佳的加工效果。

通过实验结果的分析，可以揭示出在蓝宝石衬底精密研磨加工过程中存在的问题和挑战，并为进一步的研究提供实验基础和参考。

研究目的是为了推动相关领域的技术进步和应用，为蓝宝石衬底精密研磨加工提供更加科学有效的方法和技术支持，为相关行业的发展做出贡献。

1.3 研究意义蓝宝石衬底的精密研磨加工技术研究还可以为相关领域的研究提供重要的支撑和保障。

通过深入探究蓝宝石衬底的特性和加工实验结果，可以为其在各种应用领域的进一步应用和研究提供有力的技术支持。

本次研究具有重要的理论和实践意义，有助于推动相关行业的发展和进步。

2. 正文2.1 蓝宝石衬底的特性蓝宝石是一种硬度极高、抗腐蚀性强的宝石材料，具有独特的光学性质和晶体结构。

它的摩氏硬度为9，仅次于金刚石，因此在各种宝石中被认为是最坚硬的。

蓝宝石的抗腐蚀性也非常好，具有优异的化学稳定性和耐高温性，因此被广泛用于光学、电子和医疗领域。

在光学性质方面，蓝宝石具有较高的透明度和折射率，使其成为制造光学元件和激光器的理想材料。

蓝宝石的晶格结构具有较高的均匀性和稳定性，可用于制备高精度的衬底材料。

其表面平整度和光学质量较高，适合进行精密加工和研磨。

蓝宝石衬底具有硬度高、抗腐蚀性好、光学性能优越等特点，适用于各种高精度的制造和加工领域。

对蓝宝石衬底的特性进行深入研究和了解，对于提高其加工质量和效率具有重要意义。

蓝宝石衬底表粗糙度的研究

蓝宝石衬底表面粗糙度的研究Time:2009-09-16 11:15:00 Author: Source:魏恒，刘玉岭，陈婷，孙业林，刘效岩(河北工业大学微电子技术与材料研究所，天津300130)0 引言人造蓝宝石(Al2O3)又称白宝石，透明，是一种物理特性、机械特性和化学特性三者独特组合的优良材料，与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能，且有很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，化学性质超级稳定，大多数酸溶液无法溶解它；光透性能好，它对红外线透过率高；耐磨，硬度仅次于金刚石，达莫氏9级；在高温下仍具有较好的稳定性，熔点为2030℃，因此被普遍地应用于工业、国防、航空航天等领域，如用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承材料等。

蓝宝石作为衬底材料，具有高温下(1000℃)化学性质稳定、容易取得大尺寸和价钱廉价等长处。

虽然它与CaN之间存在较大的晶格失配，但随着生长技术的不断改良，目前已能在蓝宝石上外延出高质量的GaN材料，并已研制出GaN 基蓝色发光二极管及激光二极管、微波大功率器件等。

作为微电子衬底材料对其晶体表面提出了超滑腻、无损伤的要求，因此对蓝宝石衬底必需进行精细抛光。

1 化学机械抛光技术抛光技术种类繁多，理论和实践说明，目前只有化学机械抛光(CMP)技术可以真正使蓝宝石衬底片实现全局平整化。

化学机械抛光技术是机械磨削和化学侵蚀的组合技术，它借助超微粒子的研磨作用和浆料的化学侵蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦平面，是半导体衬底片加工的一门主导技术。

本文以原子力显微镜(AFM)为主要检测工具，对蓝宝石衬底片进行了CMP研究，进而肯定现有条件下蓝宝石CMP加工的最佳工艺条件。

2 实验抛光设备为X62 815-1型单面抛光机；抛光布为国产上海益民产品；检测设备为红外线测温仪和千分表(其精度为1μm)；抛光后表面状态利用上海卓伦纳米公司的Micro Nano AFM-Ⅲ3000原子力显微镜检测，利用Marlven Zetasizer 3000HS粒径仪测量抛光液粒径；实验采用的蓝宝石晶片是c(0001)晶向，直径为50 mm，厚约600μm，表面粗糙度为1.22 nm(如图1所示)；抛光液利用河北工业大学微电子研究所自制的配入适量螯合剂、络合剂及活性剂的大粒径、高浓度的硅溶胶碱性抛光液(粒径80 nm的粒子占到整体粒子的60％以上，溶胶分散度较小)。

探讨蓝宝石村底片加工工艺

1.坯料制备：用于 GaN生长的蓝宝石单晶采用直拉法生长较好，总杂质量要小于晶内位错应小于105个/CM2。

5.化学腐蚀：为了完全消除研磨工序中产生的加工损伤层，
将衬底片放在耐热、耐酸的恒温容器中，用250
腐蚀去除厚度约1.5um，去除研磨中产生的加工损伤层。

6.液中抛光：在图 3 所示的抛光机上，将粘有衬底片的工作盘对称布置在锡铅合金抛光盘上，用东莞健行新材料科技有限公司生产的
抛光盘结构如图4所示，表面有矩形柑，棺顶有精细姗旋线，这样的结构使得在抛光时盘面上能够保存液中抛光所必需的抛光液。

盘面硬度，使工件与盘面更易吻合。

7. 清洗及环境:在衬底片加工中，每道工序都必须严格清洗，。

不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究

第42卷第6期人工晶体学报Vol．42No．62013年6月JOUＲNAL OF SYNTHETIC CＲYSTALS June ，2013不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究熊伟，储向峰，董永平，毕磊，叶明富，孙文起（安徽工业大学化学化工学院，马鞍山243002）摘要：本文制备了几种含不同磨料（SiC 、Al 2O 3、不同粒径SiO 2）的抛光液，通过纳米粒度仪分析磨料粒径分布，采用原子力显微镜观察磨料的粒径大小。

研究了不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光（CMP ）的影响，利用原子力显微镜检测抛光前后蓝宝石晶片表面粗糙度。

实验结果表明，在相同的条件下，采用SiC 、Al 2O 3作为磨料时，材料去除速率与表面粗糙度均不理想；而采用含1%粒径为110nm SiO 2的抛光液，材料的去除速率最高为41．6nm/min ，表面粗糙度Ｒa =2．3nm ；采用含1%粒径为80nm SiO 2的抛光液，材料的去除速率为36．5nm/min ，表面粗糙度最低Ｒa =1．2nm 。

关键词：蓝宝石；化学机械抛光；去除速率；表面粗糙度；磨料中图分类号：TN305．2文献标识码：A 文章编号：1000-985X （2013）06-1064-06收稿日期：2013-01-31；修订日期：2013-04-09基金项目：国家自然科学基金项目（50975002）；安徽工业大学创新团队项目（TD201204）；教育部高校留学回国人员科研项目作者简介：熊伟（1989-），男，湖北省人，硕士研究生。

E-mail ：xwahut@126．com 通讯作者：储向峰，教授。

E-mail ：xfchu99@ahut．edu．cn Effect of Different Abrasives on Sapphire Chemical-Mechanical PolishingXIONG Wei ，CHU Xiang-feng ，DONG Yong-ping ，BI Lei ，YE Ming-fu ，SUN Wen-qi（School of Chemistry and Chemical Engineering ，Anhui University of Technology ，Maanshan 243002，China ）（Ｒeceived 31January 2013，accepted 9April 2013）Abstract ：In this work ，the effect of different abrasives （SiC ，Al 2O 3and various sizes of SiO 2）on thematerial removal rate （MＲＲ）and the surface quality of sapphire substrate after the chemical mechanicalpolishing （CMP ）was investigated．The average diameter and shape of the prepared abrasive particles werecharacterized by Mastersizer and atomic force microscopy （AFM ），respectively．The surface roughness ofsapphire substrate polished by different abrasive was measured by AFM．It was found that the lower removalrate and bad surface quality were obtained when SiC and Al 2O 3were chosen as the abrasive in the slurry．Under the same condition ，the MＲＲof sapphire substrate polished with 1wt%110nm SiO 2is 41．6nm /min ，but the material removal rate of sapphire substrate is 36．5nm /min ，when 80nm SiO 2is used asabrasive．The surface roughness of sapphire substrate polished with 1wt%110nm SiO 2is 2．3nm ，whilethe surface roughness of sapphire substrate polished with 1wt%80nm SiO 2is 1．2nm．Key words ：sapphire ；chemical mechanical polish ；removal rate ；removal rate ；surface roughness ；abrasive1引言蓝宝石是LED 重要的衬底材料之一，作为LED 衬底的蓝宝石晶片表面必须达到超光滑无损伤的程度［1］，研究表明器件的质量很大程度上依赖于衬底的表面加工工艺［2-5］，因此蓝宝石晶片超光滑、少（或无）损伤的高效加工技术已经成为目前该行业急需解决的问题［6］。