[发明专利]蓝宝石单晶体的热处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明提供一种蓝宝石(sapphire)单晶体的热处理方法及装置，其对蓝宝石单晶体进行热处理，从而去除单晶体内的残留应力，并抑制细微裂痕(crack)的产生，从而可提高蓝宝石单晶体的品质。

背景技术

蓝宝石单晶体是一种将氧化铝(alumina，AL₂O₃)在一定温度下熔融后凝固的过程中具有六方晶(HCP)系(hexagonal system)的结晶构造、并向一个方向凝固的物质，所述氧化铝是铝(Al)和氧(O)结合形态的化合物。

蓝宝石单晶体作为具有仅次于金刚石(diamond)的硬度的材料，与石英相比，耐磨损性、耐腐蚀性约高出10倍，且绝缘特性及光透过性优秀，不仅用作合成宝石、时钟玻璃，而且也广范围地应用于IT、产业、军事、LED基板等尖端材料领域。尤其，作为IT仪器的触屏材料而广受关注，并且用作军事用红外线探测导弹(missile)及战斗机、探索机等的窗户(window)材料。

为了将蓝宝石单晶体用于精密仪器的窗户(window)等，使合成的蓝宝石单晶体晶块(ingot)适合最终产品的形态和大小，须经过切断、研磨及抛光(polishing)工艺。在所述切断、研磨及抛光工艺中，通常使用比蓝宝石单晶体硬度高的金刚石研磨剂。

首先，切断工艺作为从合成的蓝宝石单晶体晶块上切断出与产品的基本形状及大小一致的形状的步骤，切断时通过与蓝宝石单晶体和研磨剂的摩擦等，由表面向厚度方向产生细微裂痕(crack)。此外，切断时产生的加工应力残留于蓝宝石单晶体内部，从而具有粗糙的表面。

并且，研磨工艺作为使经过切断后的蓝宝石单晶体的表面更加美观的步骤，切断时由表面向厚度方向产生的细微裂痕通过研磨可去除大部分，但是切断时所产生的细微裂痕不仅无法完美地去除，而且在研磨时，内部残留有比切断时产生的细微裂痕小的其它的细微裂痕及加工应力。

最后，抛光工艺作为为了窗户的光透过性而使得表面有光泽的步骤，在抛光工艺中，去除了研磨后无法完美去除的细微裂痕等，但在所述工艺中也一样，在表面依然残留有非常细微的裂痕及加工应力。

由此，为了将蓝宝石单晶体用于窗户等而经过上述加工工艺，但是由于所述工艺中产生的细微裂痕及加工应力的残留，用于蓝宝石单晶体窗户的产品的强度会显著降低，尤其，当细微裂痕受到来自窗户外部施加的力时，作为破坏的开始点，成为降低蓝宝石产品整体强度的最大原因。

残留的内部应力也是降低整体强度的原因。强度降低的蓝宝石单晶体窗户用于IT仪器或军需用等时，易于发生破坏的可能性提高，从而带来在传感器保护窗或窗口用途的使用上的制约。

如韩国登记专利公报10-0578162(2006年5月2日)所公开的，现有的硅(silicon)单晶体晶片(wafer)的热处理方法的构成为，将硅单晶体晶块(ingot)薄薄地切断而得到晶片，使用急速加热/急速冷却装置在1200℃以上的温度下对所述晶片执行1秒以上的退火(annealing)热处理。将所述硅单晶体晶块生长速度提高至0.6mm/min以上而制造，且氧浓度为16ppma以下，并且大小为60～130nm的COP以高密度存在于所述硅单晶体晶块。

在执行热处理时，因为所述现有的硅单晶体晶片的热处理方法以一定的升温速度进行加热，所以升温速度大的情况下，存在晶片受到热的影响而产生裂痕等损伤的担忧，升温速度小的情况下，存在升温时间变长而生产率下降的问题。

发明内容

由此，本发明的目的在于提供一种蓝宝石单晶体热处理方法及热处理装置，其在对箱室内进行升温时，以各自不同的升温速度实施多步骤升温，从而在缩短升温时间的同时也能够最小化蓝宝石单晶体受到的热影响。

本发明想要解决的课题并非限定于上述所提及的技术课题，并且未提及的其他技术课题对于本发明所属的技术领域内具有通常知识的人员来讲，能够从以下记载中得到明确地理解。

为了达成所述目的，本发明的蓝宝石单晶体热处理方法包括：将蓝宝石单晶体装入箱室内部的步骤；对箱室内进行加热，从而升温至目标温度的步骤；将箱室内的温度维持在一定温度的步骤；将箱室内冷却至常温的步骤，所述升温步骤包括：第一升温步骤，以4℃/min～5℃/min的升温率实施升温至第一设定温度；第二升温步骤，完成第一升温步骤后，以1℃/min以下的升温率实施升温至第二设定温度。