阅读说明：本技术 一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法和喷砂装置 (A kind of sapphire substrate sheet defect on back side regeneration treating method and sand blasting unit ) 是由 徐良 阳明益 占俊杰 蓝文安 刘建哲 余雅俊 于 2019-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法和喷砂装置,再生处理方法包括：在待处理蓝宝石衬底片的正面设置防护层；对防护后的蓝宝石衬底片的背面进行喷砂处理；对喷砂处理后的蓝宝石衬底片进行清洗；对清洗后的蓝宝石衬底片进行高温退火；摘掉防护层,对蓝宝石衬底片的正面进行化学机械抛光,完成再生；喷砂装置包括再生处理工作箱、衬底置放平台、高压喷砂枪、研磨砂储放箱和研磨砂回收箱,衬底置放平台位于再生处理工作箱内,高压喷砂枪的枪头伸入所述再生处理工作箱内。本发明能够达到蓝宝石衬底片再生处理的对背面粗糙度的均匀性要求,并能提供晶圆再生的良率。(The present invention relates to a kind of sapphire substrate sheet defect on back side regeneration treating method and sand blasting unit, regeneration treating method includes: the front setting protective layer in sapphire substrate sheet to be processed；Blasting treatment is carried out to the back side of the sapphire substrate sheet after protection；Sapphire substrate sheet after blasting treatment is cleaned；High annealing is carried out to the sapphire substrate sheet after cleaning；Protective layer is removed, the front of sapphire substrate sheet is chemically-mechanicapolish polished, completes regeneration；Sand blasting unit includes regeneration treatment work box, substrate placing platform, high-pressure sand blast rifle, abrasive sand Storing case and abrasive sand recycling bins, and substrate placing platform is located in regeneration treatment work box, and the pipette tips of high-pressure sand blast rifle protrude into the regeneration treatment work box.The present invention can reach the uniformity requirement to back side roughness of sapphire substrate sheet regeneration treatment, and can provide wafer regenerated yield.)

一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法和喷砂装置

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造加工技术领域，特别涉及一种蓝宝石衬底片 背面缺陷再生处理方法和喷砂装置。

背景技术

随着第三代半导体材料氮化镓物的突破，LED照明产业凭借其在节能降耗 领域的性能优势，迎来黄金发展期，市场规模正在急剧扩大。

随着技术的进步，从2015年开始，国内外市场主流制作高亮蓝光LED的 衬底均选用4英寸蓝宝石平片或图形化蓝宝石衬底(PSS)。为了提高图形化产 品一致性和整体合格率，目前正向较大尺寸的4英寸蓝宝石衬底片方向发展。 衬底片加工是LED全产业链中一个非常重要的环节，也是外延客户的重要原材 料，占外延成本达30％以上，因此，蓝宝石衬底的成本至关重要，而目前各厂 家的衬底良率已经来到>90％的关头，如何救回已经产生的不良片，是各厂家节 省成本的重要研究项目。

传统的背面缺陷再生方法通常以手工单片砂纸研磨作业方式，或者以研磨 砂浆整批作业方式，难以确保背面粗糙度的均匀性以及抛光面的保护要求，良 率难以提高。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种蓝宝石衬底片背面缺陷 再生处理方法和喷砂装置。

一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法，包括步骤：在待处理蓝宝石衬 底片的正面设置防护层；对防护后的蓝宝石衬底片的背面按程序化路径进行喷 砂；对喷砂处理后的蓝宝石衬底片进行清洗；对清洗后的蓝宝石衬底片进行高 温退火；摘掉防护层，对蓝宝石衬底片的正面进行化学机械抛光，形成背面缺 陷再生的蓝宝石衬底片。

其中，喷砂处理步骤包括：喷砂时，高压喷砂枪距离蓝宝石衬底片的背面50-200mm，喷头的喷射角度为30-70度，喷头的喷射压力为0.5Kg/cm²，喷射 的砂粒粒度为180#-400#。

其中，喷砂处理步骤包括：程序化路径为先进行x轴方向扫描喷射，再进 行y轴方向扫描喷射，其中x轴方向的扫描速度为1-20mm/sec，y轴方向的移 枪速度为10-30mm/step。

其中，高温退火步骤包括：将喷砂后的蓝宝石衬底片在大气环境下高温退 火，退火温度为1300℃-1600℃，退火时间为5-10h。

其中，喷砂的砂粒材质为碳化硅、碳化硼或者氧化铝。

其中，化学机械抛光步骤包括：抛光磨料材质为氧化铝或二氧化硅，抛光 移除量为3-15微米。

其中，清洗步骤包括：使用20-40％氢氧化钾溶液在60-80℃条件下清洗 10-20min；使用硫酸和磷酸的混酸溶液在140-160℃条件下清洗10-30min。

根据本发明的另一个方面，提供一种该再生处理方法中使用的喷砂装置， 包括再生处理工作箱、衬底置放平台、高压喷砂枪、研磨砂储放箱和研磨砂回 收箱，衬底置放平台位于再生处理工作箱内，高压喷砂枪的末端与研磨砂储放 箱连通，高压喷砂枪的枪头伸入再生处理工作箱内，高压喷砂枪的枪头与衬底 置放平台之间可相对移动，研磨砂回收箱与再生处理工作箱相连通。

其中，衬底置放平台的上表面设有用于放置待处理蓝宝石衬底片的多个凹 槽。

其中，高压喷砂枪设有气动高压驱动装置。

本发明中，喷头的喷射距离为50-200mm，喷射角度为30-70度，喷射压力 为0.5-3Kg/cm²，喷射距离过小，会造成喷出之砂粒力道太大，导致破片，不良 率上升，距离过大，效率又会下降；同理，喷射角度太小，砂粒作用力小，缺 陷再生处理效率慢，角度太大如90度垂直，又会因作用力太大，而造成破片。

本发明中，退火温度为1300℃-1600℃，退火时间为5-10h，退火温度过低， 无法完全释放因喷砂过程造成的应力，导致晶圆平面度翘曲不良，退火温度过 高，除能源浪费外，则会引入额外的污染至晶片上，造成晶圆污染不良；退火 时间过短，同样地也会无法消除喷砂造成的应力，时间过长则造成能源浪费。

本发明的蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法，能够大批量地达成背面粗 糙度的均匀性要求，提高晶圆再生额良率。本发明的喷砂装置可以批量连续式 进行作用，提升现有的工作效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领 域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并 不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的 部件。在附图中：

图1示出了本发明的喷砂装置的示意图。

具体实施方式

下面将根据实施例更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然说明书中 显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开 而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更 透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面将通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法X1

在蓝宝石抛光面上以蓝膜胶带贴上抛光面，借此来保护住抛光表面，将贴 好的蓝宝石衬底片背面朝上地一一放入喷砂装置的平台上，启动喷砂设备，高 压喷砂头以程序化路径依序喷扫全部衬底背面处，该程序化路径设定为以衬底 片背面所在平面的X轴方向先进行扫描喷射，再以背面所在平面的Y轴方向进 行扫描喷射，如此循环往复直至完成整个背面的扫描。其中X轴方向的扫描速 度为1mm/sec，Y轴方向的扫描速度为10mm/step，扫描时，高压喷砂头距离蓝 宝石衬底片的背面距离时50mm，喷头与喷射点连成的直线与衬底背面所成的 夹角角度为30度。喷射设备的砂粒粒径为240#的碳化硅材质，喷射压力设置 为0.5Kg/cm2；喷砂后，将蓝宝石衬底片先经过70度/15min 30％KOH化学溶液 清洗，再经过150度/20min硫酸和磷酸的混酸清洗，清洗后捞出，晾干。将晾 干后的蓝宝石衬底片放入高温退火炉中进行退火，其中退火炉加热棒材质为二 氧化钼，退火温度设定1500度，炉体退火气氛为一般大气环境，持温时间设定 5小时，退火后，将衬底片取出，在原有的抛光面继续进行化学机械抛光。其 中抛光压力设定为300g/cm2，上抛头转速设定40rpm，大盘转速设定45rpm， 并以30％浓度二氧化硅抛光液进行抛光，移除量设定10um。

对方法X1再生处理后的蓝宝石衬片进行批量检测，晶片的再生良率为 95％，破片率仅为1％。

实施例2一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法X2

在蓝宝石抛光面上以蓝膜胶带贴上抛光面，借此来保护住抛光表面，将贴 好的蓝宝石衬底片背面朝上地一一放入喷砂装置的平台上，启动喷砂设备，高 压喷砂头以程序化路径依序喷扫全部衬底背面处，该程序化路径设定为以衬底 片背面所在平面的X轴方向先进行扫描喷射，再以背面所在平面的Y轴方向进 行扫描喷射，如此循环往复直至完成整个背面的扫描。其中X轴方向的扫描速 度为20mm/sec，Y轴方向的扫描速度为30mm/step，扫描时，高压喷砂头距离 蓝宝石衬底片的背面距离时200mm，喷头与喷射点连成的直线与衬底背面所成 的夹角角度为70度。喷射设备的砂粒粒径为400#的碳化硼材质，喷射压力设 置为3Kg/cm2；喷砂后，将蓝宝石衬底片先经过60度/20min 20％KOH化学溶 液清洗，再经过160度/30min硫酸+磷酸混酸清洗，清洗后捞出，晾干。将晾 干后的蓝宝石衬底片放入高温退火炉中进行退火，其中退火炉加热棒材质为二 氧化钼，退火温度设定1300度，炉体退火气氛为一般大气环境，持温时间设定 10小时，退火后，将衬底片取出，在原有的抛光面继续进行化学机械抛光。其 中抛光压力设定为150g/cm2，上抛头转速设定35rpm，大盘转速设定40rpm， 并以30％浓度二氧化硅抛光液进行抛光，移除量设定7um。

对方法X2再生处理后的蓝宝石衬片进行批量检测，晶片的再生良率为 97％，破片率仅为0.5％。

实施例3一种蓝宝石衬底片背面缺陷再生处理方法X3

在蓝宝石抛光面上以蓝膜胶带贴上抛光面，借此来保护住抛光表面，将贴 好的蓝宝石衬底片背面朝上地一一放入喷砂装置的平台上，启动喷砂设备，高 压喷砂头以程序化路径依序喷扫全部衬底背面处，该程序化路径设定为以衬底 片背面所在平面的X轴方向先进行扫描喷射，再以背面所在平面的Y轴方向进 行扫描喷射，如此循环往复直至完成整个背面的扫描。其中X轴方向的扫描速 度为13mm/sec，Y轴方向的扫描速度为25mm/step，扫描时，高压喷砂头距离 蓝宝石衬底片的背面距离时175mm，喷头与喷射点连成的直线与衬底背面所成 的夹角角度为55度。喷射设备的砂粒粒径为220#的氧化铝材质，喷射压力设 置为1.8Kg/cm2；喷砂后，将蓝宝石衬底片先经过80度/10min40％KOH化学溶 液清洗，再经过140度/10min硫酸和磷酸混酸清洗，清洗后捞出，晾干。将晾 干后的蓝宝石衬底片放入高温退火炉中进行退火，其中退火炉加热棒材质为二 氧化钼，退火温度设定1450度，炉体退火气氛为一般大气环境，持温时间设定 7.5小时，退火后，将衬底片取出，在原有的抛光面继续进行化学机械抛光。其 中抛光压力设定为430g/cm2，上抛头转速设定43rpm，大盘转速设定53rpm， 并以30％浓度二氧化硅抛光液进行抛光，移除量设定11um。

对方法X3再生处理后的蓝宝石衬片进行批量检测，晶片的再生良率为 96％，破片率仅为0.8％。

实施例4一种喷砂装置

如图1所示，一种喷砂装置，包括再生处理工作箱203、衬底置放平台103、 高压喷砂枪102、研磨砂储放箱201和研磨砂回收箱204，衬底置放平台103位 于再生处理工作箱203内，高压喷砂枪102的末端与研磨砂储放箱201连通， 所述高压喷砂枪102的枪头伸入所述再生处理工作箱203内，所述高压喷砂枪 的枪头与所述衬底置放平台103之间可相对移动，所述研磨砂回收箱204与所 述再生处理工作箱203相连通。

衬底置放平台103的上表面设有用于放置待处理蓝宝石衬底片的多个凹 槽。多个凹槽按行和列整体排布，相邻两个凹槽之间为等间距间隔。高压喷砂 枪102设有气动高压驱动装置202，高压喷砂枪的枪头为钢喷头或陶瓷喷头。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。