TW201514128A - 分析藍寶石物品的方法 - Google Patents

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Abstract

本文敘述一種自藍寶石物品移除材料的方法。更具體地，該方法包括設置初始藍寶石層以及減少該層之厚度同時不會大幅增加該層之表面粗糙度之步驟。用於電子裝置之蓋板和製備該蓋板的方法也在此被公開，隨著分析本方法所產生的藍寶石物品的方法。

Description

分析藍寶石物品的方法 相關申請
本案涉及美國臨時專利申請編號為61/862,242，申請日為2013年8月5日，該專利申請的全部內容通過引用的方式併入本文中。
本發明是關於一種藍寶石，尤係關於一種自藍寶石物品移除材料的方法。
現在有許多類型的行動電子裝置，其包括一至少部份透明的顯示視窗組成。這些包括，例如，手持電子裝置如媒體播放器、行動電話(手機)、PDA、呼叫器、平板電腦、和膝上型電腦和筆記型電腦。顯示螢幕組成可包括多個組件層，例如視覺顯示器層如液晶顯示器(LCD)、用於使用者輸入的觸碰感應層、和至少一用於保護是顯示器的外部遮蓋層。這些層的每一者被典型地層壓或黏合在一起。
許多目前使用的行動電子裝置受到過度的機械和/或化學傷害，特別是因操作不慎或掉落，或因螢幕 與在使用者口袋或錢包的物品如鑰匙的接觸，或因過於頻繁的使用觸控螢幕。例如，該觸控螢幕表面和智慧型手機和PDA的介面可經由因刮痕和挖空物理使用者介面造成的磨損而被損傷，且這些缺陷可成為應力集中部位，其造成螢幕或其下的組件在機械活動或衝擊時更易造成斷裂。此外，使用者的皮膚或其他穢物的油脂可被塗在該表面可復促使該裝置的劣化。如此的磨損和化學作用可造成底層電子顯示器組件的視覺清晰度的下降，從而可能妨礙了使用裝置的樂趣和壽命的限制。
各種方法和材料已被使用以增加行動電子裝置的顯示視窗耐久度。例如，聚合物塗層可被用於觸控螢幕表面以為了提供抵抗劣化的屏障。然而，如此的塗層可能會干擾底層電子顯示的視覺清晰度和觸控螢幕的靈敏度。此外，若該塗佈材料通常也為柔軟的，其本身可能也為易於受損，因此需要定期更換或限制了該裝置的壽命。
另一種常見的方法是使用更高度的抗化學和刮傷的材料作為顯示視窗的外表面。例如，一些行動裝置的觸控感測視窗可包括化學強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃，以鉀離子取代鈉離子以增強硬度，如參考可自康寧公司取的Gorilla®玻璃的材料。然而，即使是這種類型的玻璃仍可以由許多更硬的材料，包括金屬鑰匙、砂、和小石子，且進一步，玻璃本身本易於脆性破斷和破碎。
藍寶石也被建議且用於該顯示組成的外表面或獨立被應用在顯示視窗的保護層。然而，藍寶石相對 的昂貴，特別是目前可使用的厚度，且減少藍寶石的層厚至所欲之厚度增加了可觀的成本和時間。例如，典型地，藍寶石層如晶圓，為經由線鋸自更大的藍寶石材料如晶棒移除，且得到之藍寶石必須接著經過一系列的粗和細研磨以減少該厚度至所欲的數值。這種研磨步驟是昂貴的而耗時的，且產生顯著的表面傷害其必須使用一系列的拋光步驟以為了產生透明層，又進一步增加了製程的成本和時間。
因此，雖然已可使用藍寶石材料使行動電子裝置的顯示器相對的抗損傷，但業界對低成本製造透明藍寶石薄膜的需求仍然存在。
本發明涉及一種生產藍寶石物品的方法。本方法包括設置初始藍寶石物品，其具有厚度和至少一表面，該初始藍寶石物品的該表面之平均表面粗糙度為Ra I ；且以試劑溶液減少該初始藍寶石物品的厚度或尺寸，以產出其厚度小於該初始藍寶石物品的厚度的藍寶石物品，且進一步具有平均表面粗糙度為Ra F 的最終表面，其中，(Ra F -RaI)/Ra I 小於或等於0.2。因此，該方法減少了在藍寶石物品中的至少一個維度且不會顯著增加物品表面的粗糙度。
本發明復涉及分析藍寶石物品的方法，其包括經由本發明的方法生產藍寶石物品以及接著分析得到的藍寶石物品的步驟。較佳地，該分析步驟包括鑑定該藍寶石物品的晶體品質。
應當理解的是前方所述和下面詳細的描述僅為示例性的和說明性的且旨在提供進一步本發明的解釋，如申請權利範圍。
110‧‧‧設置初始藍寶石層
120‧‧‧粗研磨
130‧‧‧中研磨
140‧‧‧細研磨
150‧‧‧拋光
160‧‧‧親吻拋光(kiss polish)
210‧‧‧設置初始藍寶石層
220‧‧‧以試劑溶液接觸層
230‧‧‧細研磨
240‧‧‧最終拋光
第1圖為現有技術減少藍寶石層厚度的方法。
第2圖所示為本發明的具體實施例。
本發明涉及自初始藍寶石物品之至少一表面移除藍寶石的方法，如藍寶石層，從而減少至少一個維度，如厚度，並形成最終藍寶石物品。
本發明之方法為製備具有所欲或目標厚度的藍寶石層的方法。該方法包括設置具有起始厚度的初始藍寶石層且接著以試劑溶液和該層的至少一表面接觸，從而產生具有該目標厚度之該所欲的最終藍寶石層。因此，所欲的最終藍寶石層的厚度小於該初始藍寶石層的厚度且根據該薄膜的目標用進行選擇。較佳地，該最終藍寶石層具有小於2mm的厚度，如小於1mm的厚度和小於0.8mm的厚度。如一具體的例子，該初始藍寶石層具有約0.35mm至0.75mm的厚度。此藍寶石層將可具體地可用於各種電子裝置的保護層，在下文中將更詳細地描述。
為了達到所欲的最終厚度，該初始藍寶石層因此必須較厚，且該初始層的厚度可根據不同情況變化，例如，在該方法用於製備該初始藍寶石層及基於該移 除程序的總成本。例如，該初始藍寶石層可具有小於約5mm之厚度，如小於約2mm和小於約1mm。如一具體的例子，該初始藍寶石層具有約0.4mm至約0.8mm的厚度。較佳地，為了減少成本並避免浪費，該初始藍寶石層不會較最終所欲之藍寶石層厚太多，而避免導致需要過度的移除。例如，較佳地該初始藍寶石層不會比該最終藍寶石層厚超過50%，包括不厚超過40%和不厚超過30%。更佳地，該初始藍寶石層不厚於最終藍寶石層25%，如較厚約25%至5%。
該用於本發明的藍寶石的初始層可為任何本領域所知的藍寶石層。例如，該藍寶石層可為晶圓，如圓形、橢圓形、方形、或矩形晶圓，其具有厚度如上所述的一個或更多的側邊和一個頂部和一頂部。此外，該藍寶石層可具有任何晶向。如本領域所知，藍寶石可包括幾個不同晶軸之一，如c軸、m軸、或a軸，且該藍寶石層的特性可依據該晶向而變化。該用於本發明的初始藍寶石層可具有任何相對於該層的表面的晶向。例如，具有初始表面的該藍寶石層可具有垂直於其表面的c軸晶向。另外該層可具有a軸晶向。晶向的選擇可依據該藍寶石材料如何製備。
該初始藍寶石層可使用各種已知技術製備。例如，該初始藍寶石層可經由自供體(donor)藍寶石材料切割或切片，如晶棒或晶棒的一部分。作為一具體實施例，藍寶石層的晶棒可被去芯以去除圓柱區其可接著經由 鋸，如鑽石線鋸，進行切片或割成晶圓。該被除芯的區域可具有被定義的晶向，其依據該供體材料是如何製備的(例如a軸、c軸、或m軸)。該得出的層可被機械地研磨至所欲厚度，並在若需要移除任何不想要的表面瑕疵時可選地復拋光。這種方法對相對厚的藍寶石層特別有用，其包括那些較厚於0.100mm的，雖然較薄的藍寶石層也可經由此方法製成。
如另外一個例子，具有小於約100微米厚度的初始藍寶石層可使用各種已知用於自供體藍寶石材料移除薄層的層轉換方法製備，其包括，例如控制剝落或離子注入和剝離方法，如離子注入/剝離方法基本上描述於美國專利申請編號No.12/026,530，其發明名稱為“METHOD TO FORM A PHOTOVOLTAIC CELL COMPRISING A THIN LAMINA”，申請日為2008年2月5日，且公開為美國專利申請公開編號No.2009/0194162；以及美國專利申請編號No.13/331,909，其發明名稱為“Method and Apparatus for Forming a Thin Lamina”，申請日為2011年12月20日，以上兩者的所有內容皆在此參引合併，為了製造包括由非沉積半導體材料所形成的半導體薄片的光伏電池。此離子注入/剝離方法將更加有利於現有經由鋸或切割製備薄晶圓的方法，因對於藍寶石其被所欲的該極端的特性(硬度和強度)，可使其於在切割、研磨、和可選地拋光時將是非常困難、耗時、且昂貴的。此外，鋸或切割方法產生顯著地鋸口損失，其浪費了寶貴的材料，且無法可靠地被用於製造 藍寶石薄片。
被使用於任一實施例之該供體藍寶石材料可使用本領域已知的任何方法製造。例如，該供體藍寶石材料可於晶體生長設備中製備，其如可加熱和熔化固體填料如氧化鋁的高溫爐，在坩堝中的溫度通常高於1000℃，或2000℃，且隨後促使得到之溶化填料之再固化，以形成結晶材料如藍寶石晶棒。較佳地，該藍寶石被製備於熱交換器方法晶體生長爐，其中坩堝包括氧化鋁填料且至少一單晶藍寶石種被加熱至其熔點以融化該填料，而不需真正的融化該種，而之後熱將由熱交換器被移除自該坩堝，如氦冷或水冷交換器，其提供熱連接與該坩堝的底部和位於該種之下處。該方法已被證明可產生大量、高品質的藍寶石晶棒，其中該藍寶石可經由可使用的方法容易地被移除。
在本發明之該方法中，該初始藍寶石層經由至少一表面和可自該表面移除藍寶石材料的試劑溶液接觸，以減少厚度而產生最終藍寶石層。任何該初始藍寶石層的表面可被試劑溶液接觸。另外，多個表面也可同時或連續地被進行處理。例如，對具有邊緣和頂部和底部表面的圓形藍寶石晶圓，任一該頂部和底部表面，或兩者皆可與該試劑溶液接觸。作為另一個例子，該藍寶石層可為多層晶圓，其包括頂部藍寶石層、聚合物層、或另一個藍寶石層，該頂部藍寶石層具有可接觸的頂表面和底表面，該底表面可接觸附加層，例如玻璃層。在這個例子中，該可接觸的初始藍寶石層的頂表面可與試劑溶液接觸。
該試劑溶液可以包括任何能夠從藍寶石層上去除材料的成分。更佳地，該試劑溶液為包含一種或多種酸，如硫酸或磷酸的水溶液，儘管額外的溶劑或助溶劑可能存在。再更佳地，該試劑溶液包括硫酸和磷酸的組合。這樣的組合為眾所知可用於蝕刻藍寶石的表面，但還沒有被證明能夠甚至期望用於減少整個層或藍寶石的物品的整體厚度。該試劑溶液的濃度以及組成的比例(如酸)可根據該藍寶石類型、該所欲的移除速率、和該用於減少該層的厚度的條件來進行調整。
與試劑溶液的初始藍寶石層的表面的接觸可以使用本領域已知的任何方法製成。例如，試劑溶液可在特定條件下被置於整個表面上，其將在下詳述，從而使材料自該表面移除並減少該層之厚度。與該試劑溶液的接觸更均勻，該厚度就減少的更均勻。作為另一個例子，該藍寶石晶圓可被浸或沒入包括試劑溶液的浴中。
一旦該初始藍寶石層的表面與試劑溶液接觸時，材料的去除可通過機械或物理手段來輔助，例如摩擦，拋光或研磨。然而，對於本發明，已令人驚訝地發現，不需要這種輔助來減少初始藍寶石層的厚度。因此，在本發明的方法的一個較佳的實施例中，初始藍寶石層的表面與試劑溶液接觸，且該層的厚度減少不需要機械的輔助。對此較佳的實施例，僅該試劑溶液被使用以在控制條件下移除或溶解該藍寶石層，從而減少該層的總厚度。因此，例如對於此較佳的實施例，經由該層(更具體為該層的表面) 與溶液(其包括至少一個的活動試劑且較佳地不為任何試劑的分散液)接觸，該初始藍寶層的厚度被減少。因此，該試劑溶液是不屬於任何在本領域中已知的化學機械拋光成分，且不含任何分散於其中的用於協助自該藍寶石表面移除材料的固體材料，如研磨。
在何種條件下，該初始藍寶石層的表面被接觸和該厚度被減少可根據，例如，減少厚度所欲的速率和所用設備的類型(這部分取決於，藍寶石層的大小和形狀)變化。較佳地，該表面在溫度大於或等於約200℃，如溫度大於或等於約250℃和溫度大於或等於約300℃被接觸。例如，初始藍寶石層的厚度可以在約250℃至約350℃下，經由與以上所述的試劑溶液的接觸來減少。該壓力可根據所使用的溶劑進行調節。例如，該試劑溶液可為水溶液，且因此為了達到較佳的溫度，該表面將在高於大氣壓力的壓力下被接觸。這些溫度條件已被發現可在令人驚訝的速率下減少該藍寶石層的厚度。例如，已被發現的是，在這些溫度初始該藍寶石層的厚度可在大於或等於10microns/hour的速率下減少，其包括大於或等於20microns/hour、30microns/hour、或40microns/hour。其他的條件也可被用於製造這些減少的速率，如經由調整該濃度和/或該試劑溶液組成的種類，根據本公開的益處。
雖然經由本發明的方法，初始的藍寶石層的厚度被減少，但令人驚訝地發現，這種方法不會顯著增加該層的表面粗糙度。特別是，如果該初始藍寶石層的表 面具有Ra I 的平均表面粗糙度值，而與試劑溶液接觸後的該藍寶石層的最終表面具有Ra F 的平均表面粗糙度值，這些表面之間的表面粗糙度的差小於或等於約20%。因此，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。更佳地，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.1，再更佳地小於或等於0.05。最佳地，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0，因此，在經由本發明的方法減少了該層厚度之後，平均表面粗糙度值在最好地狀況下不會增加，而是保持不變或降低。
基於目前已知的減少藍寶石層厚度的方法，這是令人驚奇的。例如，如第1圖所示，現有方法100包括第一步驟110，其中初始藍寶石層被設置，後面為一系列研磨步驟，如粗研磨步驟120、中研磨步驟130、和細研磨步驟140。額外的研磨步驟也可被包括，取決於如該初始藍寶石層的開始厚度和用於研磨的條件。這些研磨步驟通常很慢。例如，細研磨步驟140一般為1至3microns/hour，為了避免大量的表面損傷。此外，這些步驟將使該表面平均粗糙度值通常為高，如2至5A，其顯著影響該藍寶石層的透明度和光學品質。因此，為了除去因這些研磨步驟所導致的大量表面傷害和提供具所欲透明度的層，現有方法100也包括一個或更多個拋光步驟150，隨後是最終拋光步驟160(有時被稱為親吻拋光(kiss polish))。這些研磨和拋光步驟為極端地耗時且大幅地增加具有該所欲之總厚度之該最終藍寶石的成本。
透過比較，如第2圖所示，方法200其為本 發明之該方法之特定的實施例，包括第一步驟210，其中初始藍寶石層被設置，隨後是接觸步驟220，其中該初始藍寶石層的表面與試劑溶液接觸。該初始藍寶石層之厚度被減少而不會顯著增加該接觸表面的該表面粗糙度。如第2圖所示，該方法之此實施例可復包括可選的細研磨步驟230及/或最終拋光步驟240，其與現有方法100的步驟140和160相似，為了提供該藍寶石表面額外的平滑度。如可被清楚看出，方法200較方法100有顯著的改善。整個程序變得遠不複雜，僅需更少的步驟、更少設備、和明顯地更少的時間，並大幅地減少用於生產具有所欲之厚度和透明度之藍寶石層的整體的成本。
經由本發明之方法所製造的該藍寶石層可被用於多種不同應用。具體地，該藍寶石層可被用於作為電子裝置之蓋板。因此，本發明復涉及製造用於與電子儀器設置的方法，以及被製造的該蓋板。該蓋板具有至少一透明顯示區，影像可透過該透明顯示區被顯示，如從蓋板所置其上的顯示元件。非透明區也可存在，特別是作為裝飾元件如邊界或作為元件以描繪顯示器各種功能區。該蓋板復包括一個或多個藍寶石層，且用於生產該蓋板的該方法包括經由上所詳述的本方法製造至少一個該藍寶石層，隨後行程包括所得的藍寶石層的該蓋板。
由本發明之該方法所形成之該蓋板可包括一個或更多藍寶石層或薄層。該藍寶石層之厚度可依據該蓋板之該所欲之厚度以及現有的層數做變化，其包括任何 前所示與該最終藍寶石層相關的厚度。更具體地，對經由本發明之該方法所形成之該蓋板，該藍寶石層可具有自約50microns至約2000microns之厚度，其包括，例如，自約50microns至約1000microns、自約50microns至約750microns、自約50microns至約600microns、自約100microns至約600microns、自約200microns至約600microns、自約400microns至約600microns。因此，蓋板可為單一的，獨立的藍寶石層，或可包括多個層，其中至少一個層具有在這些範圍內的厚度，或也可包括多於一個的具有在這些範圍內的厚度的藍寶石層或薄層，其包括2至10層，如2至5層。例如，該蓋板可為單一的，獨立的多層藍寶石複合物，其中每一層具有自約400microns至約600microns的厚度。較佳地，該藍寶石層為該蓋板和該電子儀器之該表面層。本發明的該電子裝置的該蓋板的總厚度可依據各種因素變化，包括例如，層的數量、該透明顯示區域的該所欲的尺寸、和該儀器的該尺寸。在一般情況下，對於多層蓋板，該蓋板具有小於約5mm的厚度，如小於約3mm。
該蓋板可包括藍寶石層，其與一個或更多的永久或臨時的載體基板或層合併其提供該蓋板額外所欲的特徵。例如，該蓋板可復包括黏貼於該藍寶石層的透明層。該透明層可為任何於本領域已知的透明材料，其包括例如，一層其包括玻璃，如鈉鈣玻璃(soda-lime)、硼矽酸鹽(borosilicate)、或鋁矽酸鹽玻璃(aluminosilicate)其包括化學強化鹼鋁矽酸鹽玻璃(如自康寧公司被稱為Gorilla®玻 璃的材料)，或一層其包括聚合物材料，如聚碳酸酯(polycarbonate)或聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate)其如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate(PMMA))。該藍寶石層和透明層可使用任何本領域已知的技術組合，在其之間產生一介面，其包括由美國專利申請編號No.12/980,424，其發明名稱為“A Method to Form a Device by Constructing a Support Element on a Thin Semiconductor Lamina”，申請日為2010年12月10日，現為美國專利編號No.8,173,452所述的方法，其所有部份在此參引合併。例如，該介面可經由一黏合層接合而形成，從而將該藍寶石層黏著至該透明層之表面。合適的黏合劑包括，但不限於，聚合物和聚合物的組合，如聚碳酸丙烯酯(poly(propylene carbonate),(PC))、聚碳酸乙烯酯(poly(ethylene carbonate),(PEC))、或聚丁二醇酯(poly(butylenes carbonate),(PBC))。靜電附著也可以使用。此外，該介面可以經由熱接合該藍寶石薄層至該透明層被形成，如透過熱壓縮接合於該透明層，例如自約5至100psi之壓力下，包括40psi，和溫度自300至500℃，包括400℃。特定接合條件將根據被使用的透明層的特定類型而變化。此外，該透明層可被熔融或融化至該藍寶石層以形成介面，且該溫度將取決於作為透明層使用的材料的種類。例如，用於融化玻璃基板至該藍寶石的溫度可為在650至1050℃的量級在較低溫時，如110至150℃將會較適於塑膠基材。
在一個實施例中，該透明層為具有一前向 或外向面之表面之伏面層(subsurface)，該藍寶石曾被接附至此，從而形成一多層複合物。該伏面層可較該藍寶石層薄或厚，取決於其意圖。例如，該伏面層可相對地較藍寶石層厚為了提供改良的強度，特別是當該藍寶石層具有小於約500mircons的厚度。例如，該伏面層可為具有厚於0.2mm的玻璃，其包括較0.3mm或0.4mm，如在約0.3mm至1.0mm之間。由本發明之該方法形成之蓋板經由合併較厚的伏面層與較薄的藍寶石層，該複合物將保留所欲之藍寶石的表面特性，如硬度、防刮、和防磨，同時也受益於所欲之伏面材料之整體性能，如良好的防裂和低成本。例如，在藍寶石-玻璃複合結構，該藍寶石將增強該玻璃之抗破碎和抗刮性，同時藍寶石-聚合物材料複合物，該組合將對機械傷害更具抗性，如崩裂。此種複合物材料將危及該蓋板的透明度。這些薄藍寶石和透明基板的其他有利組合也是可能的，且可經由具本領預之基礎知識者鑑定，根據本公開的益處。
在另一個實施例中，固定到藍寶石層的透明層為外表面的塗層。因此，雖然較佳地，該藍寶石層為該蓋板的外表面層且因此也為電子裝置的，其包括該蓋板，抗反射和/或疏油塗層，或其他所欲之外表面透明層可也被用於該藍寶石表面。通常這種外表面透明表面塗層具有小於2micron之厚度，如在約0.001micron至約1.5micron之間。
經由本發明之該方法形成之該蓋板可復包 括至少一透明傳導氧化層。這是特別較佳的當該蓋板被用於電子裝置其包括電容觸控頻幕於該顯示元件其中該觸控電子組件和該蓋板集成。包括由本發明之該方法所致的藍寶石層且具有所欲之厚度之蓋板的使用可促使顯示器中的觸控頻幕的集成更加簡單。例如，觸控頻幕結構一般由兩層透明導電氧化物(transparent conducting oxide(TCO))所組成，其通常由介電層隔開。該兩層TCO層通常製圖於線上，在第一層上的該線與在第二層的該線呈垂直運行，雖然其他線圖也是可能的。這些圖案線的間距可在0.1mm和10mm(如6mm)之間，且這些圖案線的線寬可在0.2mm至6mm之間(如5.9mm或1mm)。該介電層可為玻璃層，或另外地，可為濺鍍薄膜，導致設置具有整體來說較薄的結構。本發明的該電子裝置之該蓋板可包括任何這些TCO層的設置。
經由本發明之該方法製備之該蓋板之該藍寶石層具有所欲用於電子裝置之機械和物理特性。例如在室溫下該超薄藍寶石層較佳地具有至少約700MPa的彎曲強度，其包括在約800MPa和約1000MPa之間、斷裂韌性(即承受裂紋或刮痕斷裂的抵抗力)大於約1MPa，其包括在2至5MPa之間、羅普硬度大於約15GPa，其包括在約17至20GPa之間，和/或維氏硬度大於約1000kg/m，其包括在約2000至約3000kg/m之間。該模組，如楊氏模組，也與該藍寶石的模組相似，其基本上在約300至400GPa之間，但可根據該蓋板所欲之特性進行變化(如觸碰靈敏度)。
因此，本發明復涉及包含上述的蓋板的電子裝置。該電子裝置可為本領域中任何已知之任何包括顯示器或顯示元件之裝置，如行動或可攜式電子裝置，其包括但不限於，音樂或影片的電子媒體播放器，如mp3播放器、行動電話(手機)，個人數據助理(PDA)、呼叫器、膝上型電腦、或筆記型電腦或平板電腦。該裝置之顯示元件可包括多個組件層，其包括例如視覺顯示層如LCD和做為觸控螢幕應用的一部份之觸控感測層。該蓋板可被粘著至該裝置之該顯示元件之顯示器表面，或其可為獨立保護層，其可被置於或定位於該顯示器元件之頂部之上方或其上，且可在所欲時移除。
如上所述，本發明之該方法已被發現可被用於製造具有較其所置備之該初始藍寶石層光滑且光學透明之表面之藍寶石層。例如，初始藍寶石層晶由切割或鋸晶棒或晶棒的一部分的晶圓或層所提供，如芯圓柱區域。此層之該厚度可由使用本發明之該方法減少，藉由與試劑溶液接觸，如上所述，且該所得之藍寶石層已被發現不只具有較光滑之最終表面(即Ra F 小於Ra I )，且該藍寶石層已被發現顯著地較該初始藍寶石層透明。
因此，可以用於生產本發明的藍寶石層的方法也可用於生產具有增加的透明度藍寶石物品的方法，其適用於各種廣泛的領域。如一特定的例子，當藍寶石物品，如晶棒如上所述製備，將會是有利的且常需要分析該物體為了確定任何在晶體中產生的瑕疵。然而，檢測工具 通常需要光滑、磨光、且為透明表面為了適當地確定晶體種類和缺陷。
因此，本發明復涉及一種生產藍寶石物品的方法，該方法包括設置具有厚度和至少一表面之初始藍寶石物品，該初始藍寶石物品之表面具有平均表面粗糙度Ra I ；且經由以試劑溶液與該表面接觸減少該初始藍寶石物品之厚度，以製造該藍寶石物品。該藍寶石物品之厚度小於該初始藍寶石的厚度，且復具有最終表面粗糙度Ra F ，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。該藍寶石物品可具有不同而多變的形狀和/或尺寸、以根據它的橫截面形狀定義的尺寸、和涉及減少一個或更多的這些維度的該減少該藍寶石物品厚度的步驟。例如，該藍寶石物品可為藍寶石晶棒的一部分，如藍寶石磚或所製備的芯圓柱區，例如經由自較大的藍寶石晶棒鋸或其他切割該物體。例如，該減少該厚度之步驟包括自該磚或圓柱區之至少一表面移除藍寶石材料，其包括例如表面終段。該物品也可為該藍寶石晶棒。此外，該藍寶石物品可也為藍寶石層或薄層，且因此該方法與上所述之方法相似。任何上述之涉及自初始藍寶石層製造藍寶石層之該方法的步驟、條件、和組件也可被用於自初始藍寶石物品製造該藍寶石物品的本發明之方法。
此外，本發明涉及分析藍寶石物品之方法。該方法包括設置具有厚度和至少一表面之初始藍寶石物品，該初始藍寶石物品之表面具有平均表面粗糙度Ra I ； 並經由以試劑溶液與該表面接觸減少該初始藍寶石物品之厚度，以製造該藍寶石物品。該藍寶石物品之厚度小於該初始藍寶石厚度，且復具有最終表面粗糙度Ra F ，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。該方法復包括分析該藍寶石物品之步驟。因此，此方法包括自初始藍寶石物品使用上所述之該方法製造藍寶石物品隨後分析該所得之藍寶石物品。該物體可為任何上所述之，包括藍寶石晶棒、磚、圓柱核、或層。該分析該藍寶石物品的步驟包括鑑定物品的至少一個特性，特別是當物品表面不透明時相依的或難以量測的特性。較佳地，該分析步驟包括鑑定該藍寶石物品之光學性質或晶體品質。
上述的本發明的較佳的實施例的呈現是為了說明和描述的目的。並非意在窮舉或限制該發明至所公開的精確的形式。且根據上述之教導下，變化和變型是可能的，或可以從本發明的實踐中獲得。所示出和描述的實施例是為了解釋本發明的原理及其實際應用，以使得本領域技術人員能夠在多種實施例中並以適合預期特定應用的各種改型利用本發明。本發明的範圍意在由所附申請專利範圍及其均等物所限定。
210‧‧‧設置初始藍寶石層
220‧‧‧以試劑溶液接觸層
230‧‧‧細研磨
240‧‧‧最終拋光

Claims (30)

  1. 一種製造藍寶石物品的方法，包括下列步驟：i)設置具有厚度和至少一表面的初始藍寶石物品，該初始藍寶石物品的該表面的平均表面粗糙度為Ra I ，以及ii)經由與試劑溶液和該表面接觸減少該初始藍寶石物品的該厚度，以製造該藍寶石物品，其中，該藍寶石物品的厚度小於該初始藍寶石物品之該厚度，並且復具有最終表面，該最終表面的平均粗糙度為Ra F ，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品為具有長度和寬度的藍寶石磚，並且其中，減少該初始藍寶石物品的該厚度之該步驟包括自該磚之一端移除藍寶石，從而減少該長度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該藍寶石磚具有圓柱形狀。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，設置該初始藍寶石物品的該步驟包括自藍寶石晶棒(sapphire boule)移除該藍寶石磚。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該藍寶石磚經由鋸切割自該該藍寶石晶棒移除。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度以大於或等於約10micron/hour的速率被減少。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度以大於或等於約20micron/hour的速率被減少。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度以大於或等於約30micron/hour的速率被減少。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度在大於約200℃的溫度下被減少。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度在大於約250℃的溫度下被減少。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度在大於約300℃的溫度下被減少。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品之該厚度在大約250℃至350℃之間的溫度下被減少。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該試劑溶液包括硫酸。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該試劑溶液包括磷酸。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該試劑溶液包括磷酸。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.1。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，(Ra F -Ra I ) /Ra I 小於或等於0.05。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品具有與該初始表面垂直的c-軸向(c-axis orientation)。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品具有與該初始表面垂直的a-軸向(c-axis orientation)。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該方法復包括研磨該最終表面的步驟。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品包括在晶體生長爐(crystal growth furnace)製備之單晶藍寶石。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中，該晶體生長爐為熱交換方法爐。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該方法復包括研磨該最終表面的步驟。
  25. 一種分析藍寶石物品的方法，包括下列步驟：i)設置具有厚度和至少一表面的初始藍寶石物品，該初始藍寶石物品的表面的平均表面粗糙度為Ra I ；以及ii)經由與試劑溶液和該表面接觸減少該初始藍寶石物品的該厚度，以製造該藍寶石物品， 其中，該藍寶石物品的厚度小於該初始藍寶石物品之該厚度，並且復具有最終表面，該最終表面具有平均粗糙度為Ra F ，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2；以及iii)分析該藍寶石物品。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中，該初始藍寶石物品為具有長度和寬度的藍寶石磚，並且其中，減少該初始藍寶石物品的該厚度的該步驟包括自該磚之一端移除藍寶石，從而減少該長度。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中，該藍寶石磚具有圓柱形狀。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中，設置該初始藍寶石物品的該步驟包括自藍寶石晶棒移除該藍寶石磚。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中，該藍寶石磚經由鋸切割自該藍寶石晶棒移除。
  30. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中，分析該藍寶石物品的該步驟包括鑒定該藍寶石物品的晶體品質。
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