新型LED蓝宝石衬底抛光液设计及其抛光机理研究

In order to improve the surface quality of LED sapphire substrate and increase the polishing rates during the chemical mechanical polishing (CMP) process, the novel slurry will be designed from two aspects: one is abrasive (Mechanical), and another is chemical formulation (Chemical) based on the existing CMP mechanism.Colloidal silica abrasives with mixed particle size and "soft agglomeration" will be studied to increase the polishing rates in mechanical effect, and the special additive of X-R-Y with double functional group will be adopted to improve the surface quality without deterioration of polishing rates in chemical effect. Through the study of the characteristic and polishing mechanism of mixed particle size abrasive, soft agglomerated abrasive and double functional additive, and the investigation of the relationship among abrasive, chemicals, sapphire, polishing pad and process parameters, the CMP of LED sapphire substrate with high polishing rates and ultra-smooth surface will be realized and the friction and chemical mechanism during LED sapphire CMP will be illustrated. This project will offer the idea to design novel LED sapphire slurry.

针对LED蓝宝石衬底原子级粗糙度和无损伤的加工要求，以及现有化学机械抛光（CMP）液效率低下的问题，本项目基于现有CMP机理将从磨料（机械）和化学配方（化学）两个方面分别提出解决方案，设计新型抛光液。在机械方面，采用粒径混合的氧化硅胶体磨料和"软团聚"的氧化硅胶体磨料，以提高抛光速率；在化学方面，采用具有双官能团的X-R-Y添加剂，以期在不降低速率的前提下提高表面质量。通过研究粒径混合磨料、软团聚磨料和双官能团添加剂的特性及其抛光机制，以及研究它们与蓝宝石衬底、抛光垫、抛光工艺参数之间相互作用的关系规律，探索实现LED蓝宝石衬底CMP高速率和超光滑表面的方法与途径，阐明蓝宝石衬底CMP过程中的摩擦和化学机理,为新型LED蓝宝石衬底抛光液设计提供思路。

蓝宝石表面质量对LED器件性能和质量有着非常重要的影响，目前要求超光滑、无缺陷，且粗糙度Ra小于0.2nm，因此其最后一道抛光加工的要求很高，成为最重要的制程。然而目前CMP在应用中还存在一些问题：（1）抛光速率低，导致生产效率低；（2）表面质量有待继续提高，要完全去除划痕、凹坑、桔皮等缺陷，提高成品率。随着LED蓝宝石衬底向大尺寸的发展以及器件质量的提高，对抛光速率和表面质量的要求会更加苛刻，单一粒径氧化硅磨料和现有化学配方逐渐不能满足要求。. 项目研究了粒径混合复配磨料、磨料浓度对蓝宝石抛光影响，以及研究它们与蓝宝石衬底、抛光垫、抛光工艺参数之间相互作用的关系规律，研究了碱液、表面活性剂、螯合剂、抛光促进剂等化学添加剂对蓝宝石CMP的影响及作用机理，探索实现LED蓝宝石衬底CMP高速率和超光滑表面的方法与途径，阐明蓝宝石衬底CMP过程中的摩擦和化学机理,为新型LED蓝宝石衬底抛光液设计提供思路。