阅读说明：本技术 蓝宝石衬底切割片再生加工方法 (Sapphire Substrate cutting sheet process for regenerating ) 是由 徐良 蓝文安 占俊杰 阳明益 刘建哲 余雅俊 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种蓝宝石衬底切割片再生加工方法,涉及半导体技术领域,步骤如下：a、选取待加工的衬底切割片；b、将衬底切割片的单面固定于万向平台上；c、通过研磨砂轮对所述衬底切割片的待加工面上具有厚度差异、表面晶体轴向偏轴的部位进行研磨修整。在上述技术方案中,搭配万向平台和研磨砂轮,可以修复切割衬底时由于金刚石线端跳、定角时角度定错等问题而造成的厚度差异过大、表面晶体轴向偏轴的缺陷,使缺陷衬底切割片经过研磨修整后能够重复使用。(A kind of Sapphire Substrate cutting sheet process for regenerating provided by the invention, is related to technical field of semiconductors, steps are as follows: a, choosing substrate cutting sheet to be processed；B, the single side of substrate cutting sheet is fixed in gimbaled platform；C, cutting down is carried out to the position with difference in thickness, surface crystal axial direction off-axis on the face to be processed of the substrate cutting sheet by grinding wheel.In the above-mentioned technical solutions, gimbaled platform of arranging in pairs or groups and grinding wheel, when can repair cutting substrate as when diamond line end jumps, determine angle the problems such as angle fixed mistake and caused by difference in thickness is excessive, defect of the axial off-axis of surface crystal, reuse defect substrate cutting sheet can after cutting down.)

蓝宝石衬底切割片再生加工方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种蓝宝石衬底切割片再生加工方法。

背景技术

蓝宝石衬底为高温生长的单晶体，其硬度仅次于金刚石、熔点为2250℃。困难的生长条件，造就昂贵的蓝宝石晶体成本。超高硬度，造就金刚石线进行才能切割蓝宝石晶棒。蓝宝石衬底大量用于III-V族LED器件氮化物外延薄膜生长，要求衬底表面晶体轴向偏轴(C轴偏M轴0.2度)。蓝宝石晶棒进行多线切割时，晶棒借由X光折射仪定向后进行切割。切割后片内厚度值均在780～800微米(片内厚度差小于30微米)的衬底进行双面研磨工序。研磨后片内厚度值均在690～710微米(片内厚度差小于10微米)，再进行后面倒角、退火、贴蜡、铜抛、化学机械抛光等工序，完成蓝宝石衬底加工。

因蓝宝石高硬度的关系，多线切割时，金刚石线会受晶棒端面排挤(端跳)，造成切割后衬底头、尾区域(头、尾区域各1～3片区域)的衬底厚度均一性不佳，以及头、尾片的各有一侧表面晶体轴向偏轴过大，不符合III-V族LED器件氮化物外延生长所需。

此外，蓝宝石晶棒粘接时，若粘接不好，造成衬底表面晶体轴向偏轴，则整趟数百片衬底切割片将形成不良品，无法进行下道研磨工序。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓝宝石衬底切割片再生加工方法，以解决现有技术中存在的衬底切割片切割不良的技术问题。

本发明提供的一种蓝宝石衬底切割片再生加工方法，步骤如下：

a、选取待加工的衬底切割片；

b、将所述衬底切割片的单面固定于万向平台上；

c、通过研磨砂轮对所述衬底切割片的待加工面上具有厚度差异、表面晶体轴向偏轴的部位进行研磨修整。

进一步的，在步骤a中，利用测厚仪对所述衬底切割片各个部分的厚度进行测量，当检测到所述衬底切割片厚度差异的差值在30微米～5毫米之间时，将对应的所述衬底切割片选取出以待加工。

进一步的，在步骤b中，调整所述衬底切割片在所述万向平台上的水平度，并使所述衬底切割片待加工一侧的晶向面与所述研磨砂轮之间形成0.2度的夹角，以此将所述衬底切割片的单面固定于万向平台上。

进一步的，在步骤b中，所述万向平台选用电磁吸盘平台，所述电磁吸盘平台包括电磁吸盘和围绕该电磁吸盘一周的侧壁，所述侧壁的周向均匀设置有若干螺纹孔，所述螺纹孔内装配有调节螺栓；

在所述电磁吸盘上吸附装配用于夹持所述衬底切割片的夹具，所述调节螺栓的端部具有斜面，所述调节螺栓通过所述斜面抵接所述夹具的底部，以调整所述衬底切割片的水平度；所述万向平台或所述研磨砂轮通过带轮机构驱动旋转。

进一步的，采用X光衍射仪辅助调节所述衬底切割片在所述万向平台上的水平度，所述X光衍射仪包括发射器和接收器，将所述发射器和所述接收器对称设置在所述电磁吸盘平台的上方，并使所述发射器和所述接收器相对于所述电磁吸盘的吸盘面以同等的倾斜角度朝向所述电磁吸盘倾斜设置；所述衬底切割片水平度的调节过程为：

将所述衬底切割片固定在所述夹具上，并通过所述调节螺栓调节所述夹具与所述电磁吸盘之间的水平度，保证所述接收器接收到所述发射器发射信号的侦测数值为最大值；利用所述电磁吸盘将所述衬底切割片按预设角度沿周向转动至少一次，每次转动后重复上述调节操作，以使所述衬底切割片的晶向面与所述电磁吸盘的吸盘面相互平行；

然后，再通过所述调节螺栓将所述衬底切割片调节至倾斜，使所述衬底切割片的晶向面与所述电磁吸盘的吸盘面之间形成0.2度的夹角，利用所述研磨砂轮以该倾斜角度研磨所述衬底切割片的表面。

进一步的，保持所述研磨砂轮不转动，使所述万向平台相对于所述研磨砂轮转动，以对所述衬底切割片的待加工面进行研磨修整；

或者，保持所述万向平台不转动，使所述研磨砂轮相对于所述万向平台转动，以对所述衬底切割片的待加工面进行研磨修整；

或者，使所述万向平台和所述研磨砂轮相对转动，以对所述衬底切割片的待加工面进行研磨修整。

进一步的，所述衬底切割片通过树脂贴附、真空吸附或侧面夹钳的方式固定于所述万向平台上；

或者，所述研磨砂轮采用金刚石、碳化硼或蓝宝石制成；

或者，所述研磨砂轮上贴附有抛光垫。

进一步的，所述厚度差异的差值在30微米～5毫米之间时对所述衬底切割片进行研磨修整。

进一步的，所述衬底切割片的尺寸在2～12寸之间，所述衬底切割片的形状为圆片或方片。

进一步的，所述衬底切割片包括碳化硅衬底、氮化镓单晶衬底及单晶上生长外延层后的衬底。

在上述技术方案中，搭配万向平台和研磨砂轮，可以修复切割衬底时由于金刚石线端跳、定角时角度定错等问题而造成的厚度差异过大、表面晶体轴向偏轴的缺陷，使缺陷衬底切割片经过研磨修整后能够重复使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的衬底切割片的工作状态示意图；

图2为本发明一个实施例提供的万向平台的结构图；

图3为图2所示的万向平台的俯视图；

图4为本发明一个实施例提供的衬底切割片的微观示意图；

图5为本发明一个实施例提供的发射器和接收器的装配示意图；

图6为本发明一个实施例提供的衬底切割片的装配示意图；

图7为图6所示的衬底切割片的装配俯视图；

图8为本发明另一个实施例提供的衬底切割片的装配示意图；

图9为图8所示的实施例提供的夹具的俯视图。

附图标记：

1、万向平台；2、衬底切割片；3、研磨砂轮；

4、发射器5、接收器；6、表面晶体轴向；

11、电磁吸盘；12、侧壁；13、调节螺栓；

14、夹具；15、斜面；16、树脂；

17、真空吸孔；18、密封圈；

21、拟合平面；22、拟合平面法向量；

23、晶向面；24、晶向面法向量；

25、水平基准面；26、水平基准面法向量。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种蓝宝石衬底切割片2再生加工方法，步骤如下：

a、选取待加工的衬底切割片2；

b、将所述衬底切割片2的单面固定于万向平台1上；

c、通过研磨砂轮3对所述衬底切割片2的待加工面上具有厚度差异、表面晶体轴向偏轴的部位进行研磨修整。

在该再生加工方法中，对于衬底切割片2的表面具有厚度差异的部位，通过研磨砂轮3进行研磨，可以使厚度差异的部位修整至平整，消除衬底切割片2表面的厚度差异，保证衬底切割片2的质量。在步骤a中，利用测厚仪对所述衬底切割片各个部分的厚度进行测量，当检测到所述衬底切割片厚度差异的差值在30微米～5毫米之间时，将对应的所述衬底切割片选取出以待加工。可以将差值在30微米～5毫米之间定义为具有厚度差异，所以，当厚度差异的差值在30微米～5毫米之间时对所述衬底切割片2进行研磨修整。在研磨的时候可以将厚度差异控制在30微米以内，以满足质量要求。

同理的，当衬底切割片2的表面晶体轴向6偏轴时，通过研磨砂轮3进行研磨，可以使表面晶体轴向6偏轴的部位修整至平整，消除衬底切割片2的表面晶体轴向6偏轴，保证衬底切割片2的质量。参考图1所示，表面晶体轴向6偏轴即表示衬底切割片2的表面晶体轴向6与其晶向面23的法向量之间形成角度，而不是处于相互平行的状态，所以该偏轴的部位的拟合平面21与晶向面23之间会形成角度，而不是重合的平面，该状态可以表示该偏轴的部位凹凸不平，通过研磨可以进行修整。

在步骤b中，调整所述衬底切割片在所述万向平台上的水平度，并使所述衬底切割片待加工一侧的晶向面与所述研磨砂轮之间形成0.2度的夹角，以此将所述衬底切割片的单面固定于万向平台上。

优选的，在步骤b中，所述万向平台1选用电磁吸盘11平台，所述电磁吸盘11平台包括电磁吸盘11和围绕该电磁吸盘11一周的侧壁12，所述侧壁12的周向均匀设置有若干螺纹孔，所述螺纹孔内装配有调节螺栓13；在所述电磁吸盘11上吸附装配用于夹持所述衬底切割片2的夹具14，所述调节螺栓13的端部具有斜面15，所述调节螺栓13通过所述斜面15抵接所述夹具14的底部，以调整所述夹具14与所述电磁吸盘11之间的水平度，从而调整所述衬底切割片2的水平度；所述万向平台1或所述研磨砂轮3通过带轮机构驱动旋转。

如图2和图3所示，在安装衬底切割片2的时候，可以首先将衬底切割片2固定在夹具14上，然后将夹具14通过电磁吸附的方式吸附固定在电磁吸盘11上，由此便可以完成对衬底切割片2的固定。在通过调节螺栓13调整衬底切割片2水平度时，可以间接通过调整夹具14的水平度来实现。如图2所示，使调节螺栓13通过螺纹旋合的方式沿着螺纹孔伸入或退出，可以将调节螺栓13的端部抵接在夹具14的底部位置，调节螺栓13端部的斜面15可以与夹具14的底部相对作用，使夹具14的底部沿着调节螺栓13端部的斜面15移动，以此调节夹具14的水平度，并间接调节衬底切割片2的水平度。

举例说明，当调节螺栓13伸入至螺纹孔内时，调节螺栓13靠近夹具14运动，可以使夹具14沿着调节螺栓13端部的斜面15上升。同理，当调节螺栓13退出至螺纹孔内时，调节螺栓13远离夹具14运动，可以使夹具14沿着调节螺栓13端部的斜面15下降。所以，通过调节螺栓13的伸入和退出便可以调整夹具14轴向的任意位置上升或下降。而所述侧壁12的周向均匀设置有若干螺纹孔，也即在夹具14的周向均匀设置有螺纹孔和配合的调节螺栓13，所以，通过对周向不同位置的调节螺栓13相互配合调节，便可以对夹具14相对于电磁吸盘11的倾斜角度进行调节，从而也就间接的调整了衬底切割片2的晶向面23相对于电磁吸盘11和研磨砂轮3的倾斜角度。万向平台1和研磨砂轮3是相对平行装配的，当将衬底切割片2的倾斜角度调整到预设角度时便可以通过研磨砂轮3对衬底切割片2的表面进行研磨修整操作。

需要说明的是，对衬底切割片2进行研磨修整时，衬底切割片2的晶向面23所选取的倾斜角度可以为0度(即与研磨砂轮3相水平)，也可以为其他预设倾斜角度，例如0.2度等。本领域技术人员可以根据实际需求调整，在此不做限定。

进一步的，在步骤b中，采用X光衍射仪辅助调节所述衬底切割片2在所述万向平台1上的水平度，将所述X光衍射仪包括发射器4和接收器5，所述发射器4和所述接收器5对称设置在所述电磁吸盘11平台的上方，并使所述发射器4和所述接收器5相对于所述电磁吸盘11的吸盘面以同等的倾斜角度(例如θ＝20度5分)朝向所述电磁吸盘11倾斜设置。

所述衬底切割片水平度的调节过程为：将所述衬底切割片2固定在所述夹具14上，并通过所述调节螺栓13调节所述夹具14与所述电磁吸盘11之间的水平度，保证所述接收器5接收到所述发射器4发射信号的侦测数值为最大值；利用所述电磁吸盘11将所述衬底切割片2按预设角度沿周向转动至少一次，每次转动后重复上述调节操作，以使所述衬底切割片2的晶向面23与所述电磁吸盘11的吸盘面相互平行。

然后，再通过所述调节螺栓13将所述衬底切割片2调节至倾斜，使所述衬底切割片2的晶向面23与所述电磁吸盘11的吸盘面之间形成0.2度的夹角，利用所述研磨砂轮3以该倾斜角度研磨所述衬底切割片2的表面。

如图4和图5所示，采用X光衍射仪配合电磁吸盘11平台可以更加精准的对衬底切割片2的倾斜角度进行调整。在调整的过程中，位于电磁吸盘11平台的上方的发射器4和接收器5通过对称的装配设置，能够通过衬底切割片2的晶向面23的反射作用实现信号的发射和接收。参考图4所示，衬底切割片2的表面会形成晶向面23和拟合平面21，晶向面法向量24与晶向面23垂直，拟合平面法向量22与拟合平面21垂直。当衬底切割片2装配在夹具14伤后，与之对应的，水平基准面25为与研磨砂轮3和电磁吸盘11的吸盘面平行的面，水平基准面法向量26与水平基准面25垂直。所以，当晶向面23与水平基准面25平行，且晶向面法向量24与水平基准面法向量26平行，即表示衬底切割片2的晶向面23调整为与研磨砂轮3或电磁吸盘11的吸盘面平行的状态。

需要说明的是，发射器4发生的信号只能够通过衬底切割片2的晶向面23进行反射，而不能够通过拟合平面21或表面进行反射，所以，发射器4发射的信号经过晶向面23反射后便会射向接收器5，接收器5此时便会接收该信号。此时，在接收器5接收到信号的状态下，若将衬底切割片2进行倾斜角度的微调，就会影响接收器5接收信号的侦测数值，所以，若侦测数值为最大值，即表示此时衬底切割片2的晶向面23调整为与研磨砂轮3或电磁吸盘11的吸盘面绝对平行。

基于此，在通过调节螺栓13对夹具14的倾斜角度进行调整的过程中，便可以实时进行发射器4和接收器5的信号接收，当在发射器4和接收器5所构成的平面方向上接收器5接收到的侦测数值为最大值时，便能够证明在该方向上衬底切割片2的晶向面23实现了绝对平行。然后和可以将衬底切割片2周向转动一个角度，继续检测其他方向的平行度。

例如，结合图4和图5所示，可以现在X方向进行平行度的检测，然后转动到Y方向上进行检测。检测后还可以转回来进行复检。如此进行，便可以在多个方向检测衬底切割片2的平行度，保证衬底切割片2整个晶向面23与研磨砂轮3平行。

待确保衬底切割片2的晶向面23与研磨砂轮3平行后，在沿衬底切割片2的一个方向(例如X方向)将衬底切割片2倾斜，使衬底切割片2倾斜0.2度，然后通过研磨砂轮3以该倾斜角度研磨衬底切割片2。因为，表面倾斜0.2度的衬底切割片2是实际需求的产品。当然，通过该方式也可以将衬底切割片2调整至倾斜其他角度进行研磨，在此不做限定。

进一步的，在研磨的过程中，保持所述研磨砂轮3不转动，使所述万向平台1相对于所述研磨砂轮3转动，以对所述衬底切割片2的待加工面进行研磨修整；或者，保持所述万向平台1不转动，使所述研磨砂轮3相对于所述万向平台1转动，以对所述衬底切割片2的待加工面进行研磨修整；或者，使所述万向平台1和所述研磨砂轮3相对转动，以对所述衬底切割片2的待加工面进行研磨修整。

万向平台1和研磨砂轮3是相对平行装配的。由上可知，在对衬底切割片2的表面进行研磨的时候，可以采用万向平台1转动，研磨砂轮3不转动的配合方式，即将衬底切割片2固定在万向平台1上，万向平台1和研磨砂轮3相对调整到位，使研磨砂轮3接触到衬底切割片2的表面，保持研磨砂轮3不动，驱动万向平台1转动。从而使衬底切割片2相对于研磨砂轮3转动，利用研磨砂轮3对衬底切割片2的表面(即待加工面)进行研磨修整，消除具有厚度差异或者表面晶体轴向6偏轴的部位。

同理的，也可以采用万向平台1不转动，研磨砂轮3转动的配合方式，即将衬底切割片2固定在万向平台1上，万向平台1和研磨砂轮3相对调整到位，使研磨砂轮3接触到衬底切割片2的表面，保持万向平台1不动，驱动研磨砂轮3转动；或者，采用万向平台1和研磨砂轮3相对转动的配合方式，即将衬底切割片2固定在万向平台1上，万向平台1和研磨砂轮3相对调整到位，使研磨砂轮3接触到衬底切割片2的表面，驱动万向平台1和研磨砂轮3以相反的方向转动。

优选的，所述衬底切割片2通过树脂16贴附、真空吸附或侧面夹钳的方式固定于所述万向平台1上。如图6和图7所示，所述衬底切割片2采用树脂16贴附在万向平台1上，具体的贴附在万向平台1的夹具14上。如图8和图9所示，所述衬底切割片2采用真空吸附的方式吸附在万向平台1上，具体的吸附在万向平台1的夹具14上，夹具14内部具有真空吸孔17，可以通过真空吸孔17排出空气来吸附衬底切割片2，夹具14的底部还可以设置有密封圈18来保持密封。除此之外，本领域技术人员还可以根据需求采用其他方式固定衬底切割片2，在此不做限定。

优选的，所述研磨砂轮3采用金刚石、碳化硼或蓝宝石制成。例如，研磨砂轮3可以是#180到#800号金刚石砂轮。

进一步的，所述研磨砂轮3上贴附有抛光垫。优选的，所述衬底切割片2的尺寸在2～12寸之间，所述衬底切割片2的形状为圆片或方片。优选的，所述衬底切割片2包括碳化硅衬底、氮化镓单晶衬底及单晶上生长外延层后的衬底。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。