[实用新型]一种蓝宝石衬底抛光装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体材料领域，本实用新型公开了蓝宝石衬底抛光装置。

背景技术

随着高亮度LED在照明工程领域需求量的急剧增长，带动了国内蓝宝石衬底材料制备产业的发展。由于蓝宝石晶体(α— Al₂O₃)具有耐高温、耐腐蚀、透光波段宽等显著特点，是外延长GaN的首选衬底材料，但也正是由于蓝宝石硬度极高、脆性大、化学性质稳定的特点，给材料加工，尤其是晶片表面纳米级抛光在技术上带来很多困难。为应对光电技术的发展对产品衬底材料表面提出的超光滑、无损伤的要求，必须对蓝宝石衬底进行精细抛光。

进行蓝宝石衬底抛光的工艺方法主要有机械抛光、化学抛光和化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）等。机械抛光虽然能够实现全局平面化，但是难以实现表面粗糙度Ra小于1 nm的纳米级抛光；化学抛光虽然能够实现纳米级抛光，但是不能实现全局平面化；化学机械抛光技术是机械磨削和化学腐蚀的组合技术，它借助超微粒子的研磨作用及浆料的化学腐蚀作用在被加工表面形成光洁平坦平面，是目前实现蓝宝石衬底全局平坦化纳米级抛光最成熟的方法。

实现高精度平面抛光，关键取决于抛光盘平面精度及其精度保持性。所以，采用高平面精度的抛光盘是获得工件高平面精度的加工基础。CMP技术主要采用聚氨酯类、无纺布类软性抛光盘，虽然可使抛光表面加工变质层和表面粗糙度达LED衬底使用要求，但在抛光过程中由于软性抛光盘的弹性变形引起工件表面压力分布不均匀，经常会使晶片产生“塌边”现象，而且抛光盘在使用过程中由于磨粒的重复摩擦使其逐渐“釉化”，平面度随之逐渐降低。在CMP技术中，通过精确控制抛光液中磨料的粒径、浓度、硬度，抛光液的PH值、温度等可以得到很好的抛光效果，但实际操作过程中综合控制这些参数难度大且抛光液容易将磨粒与晶片摩擦产生的热量带走，达不到化学腐蚀所需温度，磨粒也容易受到液动压的影响，使磨粒无法顺利进入晶片表面进行机械磨削，造成抛光效率低。一般来说，CMP抛光液中一般选用碱性介质，如NaOH，KOH等强碱，碱金属离子在抛光过程中进入衬底中，容易引起器件的局部穿通、漏电电流增大等效应，使芯片工作的可靠性降低，引起器件失效。碱性抛光液后处理也相当麻烦，若是处理不善对于人或是环境都会产生相当程度的损失。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高平面精度、高抛光效率、表面粗糙度达到纳米级的蓝宝石衬底抛光装置。

按照本实用新型提供的技术方案，所述蓝宝石衬底抛光装置，在机架上转动安装有转轴，在转轴的顶端部固定有抛光台，在抛光台的上表面固定有水晶抛光垫，在水晶抛光垫上方设有磨料供给机构；在机械臂上通过胶轮安装有固定环，在固定环内设有衬底固定盘，在衬底固定盘上方设有将衬底固定盘固定的蓝宝石衬底压向水晶抛光垫的加压机构；所述水晶抛光垫由多个厚度相同的水晶片用紫外胶粘附在抛光台的上表面上，相邻两片水晶片之间的间隙为0.5~2mm。

所述水晶片的形状为长方形或者正多边形。所述水晶片的厚度为0.5~1mm，水晶片的平面度为1~3μm。

所述加压机构为块铁或者砝码。

所述磨料供给机构包括在机架上安装的固定支架，在固定支架上安装有漏斗固定升降横臂，在漏斗固定升降横臂上固定有磨料供给漏斗。

所述固定环两端设有通过机械臂固定于抛光装置机架上的胶轮。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型采用晶向统一的Z向0°切割的水晶片粘贴构成的硬质水晶抛光垫，抛光垫具有各处均匀的机械强度，能有效解决由于软性抛光垫的弹性变形引起的衬底表面压力分布不均匀，使衬底产生“塌边”现象。另外，由于水晶的成分为SiO₂，与磨料的化学成分一样，即两者的硬度一样（硬度都为7），解决了由于磨料与抛光垫硬度不同而造成磨料被抛光垫磨小影响抛光效率或是磨料将抛光垫划伤造成抛光垫平面度逐渐降低等难题，使抛光垫在加工过程中平面精度保持不变，使其加工出的蓝宝石衬底具有高平面精度，平面度小于5μm。