本发明专利技术提供一种用于使蓝宝石衬底减薄的方法，所述方法包括：将蓝宝石衬底置于预热槽中，以升高所述蓝宝石衬底的温度；将经预热的蓝宝石衬底置于温度为200～400℃、包含含有H2SO4和H3PO4中的至少一种的溶液的湿法蚀刻槽中；监测时间，以确定何时从所述湿法蚀刻槽中取出所述蓝宝石衬底，以使所述蓝宝石衬底减薄；以及，将所述蓝宝石衬底置于冷却槽中，以降低所述蓝宝石衬底的温度。所述方法提供了高通量，并且是经济有效的过程，从而便于在高容量和低成本的应用中采用蓝宝石。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年9月16号提交的美国临时申请号61/877819的优先权，该申请的内容通过引用并入本文，如同明确、完全地表示在本文中一样。
总的来说，本专利技术涉及衬底以及衬底生产，特别涉及用于高通量生产蓝宝石衬底的方法和系统。
技术介绍
蓝宝石由氧化铝(Al2O3)组成，其可以天然形成，也可以为了工业或装饰目的以大的晶体毛坯制造。蓝宝石惊人的硬度已经导致在实际应用中使用这种材料，包括：红外光学元件，例如，激光棒和波导；高耐久性透明窗口；手表晶体和低摩擦机芯轴承；光纤；以及薄的电子衬底，所述电子衬底用作固态电子设备和集成电路的绝缘衬底，例如发光二极管(LED)和也需要蓝宝石能够提供的高导热性的蓝宝石上硅(SOS)设备。另外，在光学元件和工业元件需要耐化学品的场合，蓝宝石因其对化学蚀刻具有稳定性而很适合。人造蓝宝石的一个应用是需要高透光度的光学器件。蓝宝石对波长在紫外和红外((150nm(UV)至5500nm(IR))之间的光具有高透光度，而同时格外耐磨和耐刮擦，例如与硅酸盐玻璃窗口或透镜相比明显更强，且比其它光学材料具有明显更大的透明窗口。蓝宝石在矿物硬度的摩氏等级上的值为9，是仅次于金刚石(值为10)的最硬的天然物质。蓝宝石具有极高的熔化温度(2030℃)，并且不受除某些极热酸、蚀刻剂和氟化物之外的所有水基化学品的影响。透明蓝宝石衬底或其他制品是由通常在a晶向上播种，已经生长且随后在特定的晶向，通常是沿晶轴面(例如a面)取芯得到的高纯度蓝宝石毛坯制成。通常通过线锯法将芯切成具有大约所希望的厚度的衬底，然后磨削或磨光以除去锯破坏的表面，最后抛光成所希望的表面光洁度。根据应用，可以将蓝宝石抛光成各种各样的表面光洁度。对于提供最小双折射的标准光学窗口，选择a-面(1120)，对于LED应用，通常选择c-面(0001)。至少自21世纪初起，就已知硫酸与磷酸的组合使用是Al2O3，特别是蓝宝石的c-面(0001)晶向的有效蚀刻剂。由于择优蚀刻蓝宝石周围的缺陷(或因金属杂质，或因晶体位错造成的)，早期使用H2SO4与H3PO4的组合或单独使用H3PO4是为了修整蓝宝石表面。根据美国专利7579202的教导，使用H2SO4与H3PO4的组合溶液或使用H3PO4在蓝宝石衬底上蚀刻成凹槽(groves)，对表面进行图案化和增加表面积，从而增大发光二级管(LED)的亮度。后来的美国专利(7781790、8101447、8236591)也利用这种化学物质组合在c-面蓝宝石上蚀刻成图案化的蓝宝石衬底(PSS)。利用这种化学物质的理由在于利用掩膜沿r-面各向同性地蚀刻c-面蓝宝石，在蓝宝石上形成角锥体形。然而，对温度有限制。没有使表面变平滑的实例；目的在于使表面变不平，以获得更多表面积。与本公开所针对的显示设备相比，对于LED设备，对平滑表面的需要是不同的。单晶蓝宝石材料纯度已经得到提高，并且使蓝宝石变平滑而不具有高密度缺陷的能力已经使这种化学物质可以用来使蓝宝石变平滑而没有因择优蚀刻产生高密度表面缺陷，进一步将这种化学物质用于透光度高、反射度低的光学设备。尽管由于上述原因将蓝宝石用于玻璃状表面得到了广泛的认可，但是由于与蓝宝石制造和加工有关的低通量和高生产成本，在大规模生产应用(例如，诸如移动电话等消费设备用的显示器覆盖层)中选用蓝宝石几乎没有获得接受。此外，利用H2SO4、H3PO4，和H3PO4使蓝宝石减薄目前对于生产使用蓝宝石窗口的显示设备尚不已知。因此，存在对用于生产具有高通量、经济有效的蓝宝石基产品的方法和装置的需要，从而使得在高容量、低成本应用中选用蓝宝石。附图说明根据下面的附图，进一步详细说明本专利技术。这些附图并不意图限制本专利技术的范围，而是为了举例说明本专利技术的某些特征。图1是根据本专利技术的实施方式的蚀刻处理池的示意图。图2表示根据本专利技术的实施方式的图案化的蓝宝石衬底(PSS)湿法蚀刻的处理流程。图3表示根据本专利技术的实施方式的使用含水浸渍处理的蓝宝石蚀刻的处理流程。图4是描绘第一种实施方式中本专利技术的蚀刻处理的顺序位置的处理示意图，该第一种实施方式特别适于形成蓝宝石晶片/窗口。图5是描绘第一种实施方式中本专利技术的蚀刻处理的顺序位置的处理示意图，该第一种实施方式特别适于由未经磨削的“原锯切(as-sawed)”晶片(被抛光成所希望的光洁度)形成蓝宝石晶片/窗口。图6是描绘第一种实施方式中本专利技术的蚀刻处理的顺序位置的处理示意图，该第一种实施方式特别适于由未经磨削的“原锯切”晶片(经蚀刻而变平滑)形成蓝宝石晶片/窗口。图7A-7D是用于根据本专利技术的实施方式实施各种可配置的蚀刻处理的对接基站和组件的框图。图8是显示根据本专利技术的实施方式用氧化物掩膜在280℃的温度下进行单面抛光时，PSS蚀刻速率对H2SO4与H3PO4的浓度比的图。图9A举例说明了根据本专利技术的实施方式进行蓝宝石衬底减薄(SST)时的蚀刻速率。图9B是显示在285和300℃的温度下进行双面减薄时，SST蚀刻速率对H2SO4与H3PO4的浓度比的图。图9C是显示在300℃、有搅动和没有搅动情况下，使SST和蓝宝石衬底平滑化(SSS)蚀刻速率的图。图10A和10B是在没有搅动(图10A)和有搅动(图10B)的情况下，蓝宝石平滑化表面(SSS)的光学照片。图11是反射率百分比随着所注释的、相对于传统的参考晶片(c面双面抛光(DSP)，其中抛光单面用SSP表示)的各个蓝宝石面的波长而变化的曲线图。
技术实现思路
提供一种用于使蓝宝石衬底减薄的专利技术方法，该方法包括将蓝宝石衬底置于预热槽中，以升高所述蓝宝石衬底的温度；将所述经预热的蓝宝石衬底置于温度为200～400℃、包含含有H2SO4和H3SO4中的至少一种的溶液的湿法蚀刻槽中；监测时间，以确定何时从所述湿法蚀刻槽中取出所述蓝宝石衬底，以使所述蓝宝石衬底减薄；以及，将所述蓝宝石衬底置于冷却槽中，以降低所述蓝宝石衬底的温度。在本专利技术中可以使用一种或多种蓝宝石衬底取向，举例说明包括c、r、a和m面取向。还提供一种用于生产蓝宝石衬底的专利技术系统，所述系统包括：对接基站(docking base station)，所述对接基站被配置为接收对接组件和控制装置；和单点，所述单点用于设备连接至所述对接基站上的公用设施(utilities)和供应线路。所述对接组件包括一个或多个高温处理组件、预热组件、冷却组件和干燥器/漂洗组件。另外，提供一种衬底制品，所述衬底制品包括厚度为50微米至400微米、反射波长为380nm至1000nm的蓝宝石衬底。最后，提供一种用于使蓝宝石衬底变平滑的专利技术方法，所述方法包括：将所述蓝宝石衬底置于预热槽中，以升高所述蓝宝石衬底的温度；将经预热的蓝宝石衬底置于温度为200～400℃、包含含有H2SO4和H3PO4中的至少一种的溶液的湿法蚀刻槽中；监测时间，以确定何时从所述湿法蚀刻槽中取出所述蓝宝石衬底，以使所述衬底变平滑；以及，将所述蓝宝石衬底置于冷却槽中，以降低所述蓝宝石衬底的温度。在本专利技术中可以使用一种或多种蓝宝石衬底取向，举例说明包括c、r、a和m面取向。具体实施方式本专利技术在形成衬底或其它激光切割或线锯产品的蓝宝石的处理中具有实用性。利用含水化学蚀刻工艺，为高通量或任何生产本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于使蓝宝石衬底减薄的方法，所述方法包括：将所述蓝宝石衬底置于预热槽中，以升高所述蓝宝石衬底的温度；将所述经预热的蓝宝石衬底置于温度为200～400℃、包含含有H2SO4和H3PO4中的至少一种的溶液的湿法蚀刻槽中；监测时间，以确定何时从所述湿法蚀刻槽中取出所述蓝宝石衬底，以使所述蓝宝石衬底减薄；以及，将所述蓝宝石衬底置于冷却槽中，以降低所述蓝宝石衬底的温度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使蓝宝石衬底减薄的方法，所述方法包括：将所述蓝宝石衬底置于预热槽中，以升高所述蓝宝石衬底的温度；将所述经预热的蓝宝石衬底置于温度为200～400℃、包含含有H2SO4和H3PO4中的至少一种的溶液的湿法蚀刻槽中；监测时间，以确定何时从所述湿法蚀刻槽中取出所述蓝宝石衬底，以使所述蓝宝石衬底减薄；以及，将所述蓝宝石衬底置于冷却槽中，以降低所述蓝宝石衬底的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述蓝宝石衬底在衬底c面上减薄。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述H2SO4与H3PO4以0.1～10:1的体积比存在。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶液为30～90体积％的96～98重量％的H2SO4和10～70体积％的85重量％的H3PO4。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述衬底为原切割晶片或为原磨削晶片。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述衬底的晶面(0001)的蚀刻速率为每小时超过18微米。7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括当所述衬底在所述湿法蚀刻槽中时搅动所述衬底。8.一种生产蓝宝石衬底的系统，所述系统包括：对接基站，所述对接基站被配置为接收对接组件和控制装置；单点，所述单点用于在所述对接基站上设备连接至公用设施和供应线路；并且其中，所述对接组件包括一个或多个高温处理组件、预热组件、冷却组件和干燥器/漂洗组件。9...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·W·哈洛伦，卡伦·A·莱因哈特，托马斯·M·武科萨夫，
申请(专利权)人：MT系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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