[發明專利]藍寶石單晶體的熱處理方法及裝置

在審

• 申請號: 201380057280.3
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN104755660A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 李熙春;崔伊植;文圣皖;張桂源;羅卜基
• 申請（專利權）人: 藍寶石科技株式會社
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/20
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 朱健

技術領域

本發明提供一種藍寶石(sapphire)單晶體的熱處理方法及裝置，其對藍寶石單晶體進行熱處理，從而去除單晶體內的殘留應力，并抑制細微裂痕(crack)的產生，從而可提高藍寶石單晶體的品質。

背景技術

藍寶石單晶體是一種將氧化鋁(alumina，AL₂O₃)在一定溫度下熔融后凝固的過程中具有六方晶(HCP)系(hexagonal?system)的結晶構造、并向一個方向凝固的物質，所述氧化鋁是鋁(Al)和氧(O)結合形態的化合物。

藍寶石單晶體作為具有僅次于金剛石(diamond)的硬度的材料，與石英相比，耐磨損性、耐腐蝕性約高出10倍，且絕緣特性及光透過性優秀，不僅用作合成寶石、時鐘玻璃，而且也廣范圍地應用于IT、產業、軍事、LED基板等尖端材料領域。尤其，作為IT儀器的觸屏材料而廣受關注，并且用作軍事用紅外線探測導彈(missile)及戰斗機、探索機等的窗戶(window)材料。

為了將藍寶石單晶體用于精密儀器的窗戶(window)等，使合成的藍寶石單晶體晶塊(ingot)適合最終產品的形態和大小，須經過切斷、研磨及拋光(polishing)工藝。在所述切斷、研磨及拋光工藝中，通常使用比藍寶石單晶體硬度高的金剛石研磨劑。

首先，切斷工藝作為從合成的藍寶石單晶體晶塊上切斷出與產品的基本形狀及大小一致的形狀的步驟，切斷時通過與藍寶石單晶體和研磨劑的摩擦等，由表面向厚度方向產生細微裂痕(crack)。此外，切斷時產生的加工應力殘留于藍寶石單晶體內部，從而具有粗糙的表面。

并且，研磨工藝作為使經過切斷后的藍寶石單晶體的表面更加美觀的步驟，切斷時由表面向厚度方向產生的細微裂痕通過研磨可去除大部分，但是切斷時所產生的細微裂痕不僅無法完美地去除，而且在研磨時，內部殘留有比切斷時產生的細微裂痕小的其它的細微裂痕及加工應力。

最后，拋光工藝作為為了窗戶的光透過性而使得表面有光澤的步驟，在拋光工藝中，去除了研磨后無法完美去除的細微裂痕等，但在所述工藝中也一樣，在表面依然殘留有非常細微的裂痕及加工應力。

由此，為了將藍寶石單晶體用于窗戶等而經過上述加工工藝，但是由于所述工藝中產生的細微裂痕及加工應力的殘留，用于藍寶石單晶體窗戶的產品的強度會顯著降低，尤其，當細微裂痕受到來自窗戶外部施加的力時，作為破壞的開始點，成為降低藍寶石產品整體強度的最大原因。

殘留的內部應力也是降低整體強度的原因。強度降低的藍寶石單晶體窗戶用于IT儀器或軍需用等時，易于發生破壞的可能性提高，從而帶來在傳感器保護窗或窗口用途的使用上的制約。

如韓國登記專利公報10-0578162(2006年5月2日)所公開的，現有的硅(silicon)單晶體晶片(wafer)的熱處理方法的構成為，將硅單晶體晶塊(ingot)薄薄地切斷而得到晶片，使用急速加熱/急速冷卻裝置在1200℃以上的溫度下對所述晶片執行1秒以上的退火(annealing)熱處理。將所述硅單晶體晶塊生長速度提高至0.6mm/min以上而制造，且氧濃度為16ppma以下，并且大小為60～130nm的COP以高密度存在于所述硅單晶體晶塊。

在執行熱處理時，因為所述現有的硅單晶體晶片的熱處理方法以一定的升溫速度進行加熱，所以升溫速度大的情況下，存在晶片受到熱的影響而產生裂痕等損傷的擔憂，升溫速度小的情況下，存在升溫時間變長而生產率下降的問題。

發明內容

由此，本發明的目的在于提供一種藍寶石單晶體熱處理方法及熱處理裝置，其在對箱室內進行升溫時，以各自不同的升溫速度實施多步驟升溫，從而在縮短升溫時間的同時也能夠最小化藍寶石單晶體受到的熱影響。

本發明想要解決的課題并非限定于上述所提及的技術課題，并且未提及的其他技術課題對于本發明所屬的技術領域內具有通常知識的人員來講，能夠從以下記載中得到明確地理解。

為了達成所述目的，本發明的藍寶石單晶體熱處理方法包括：將藍寶石單晶體裝入箱室內部的步驟；對箱室內進行加熱，從而升溫至目標溫度的步驟；將箱室內的溫度維持在一定溫度的步驟；將箱室內冷卻至常溫的步驟，所述升溫步驟包括：第一升溫步驟，以4℃/min～5℃/min的升溫率實施升溫至第一設定溫度；第二升溫步驟，完成第一升溫步驟后，以1℃/min以下的升溫率實施升溫至第二設定溫度。