[發明專利]用于拋光藍寶石表面的組合物及方法

在審

• 申請號: 201580046453.0
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN106604807A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: S.卡夫
• 申請（專利權）人: 嘉柏微電子材料股份公司
• 主分類號: B28D5/00
• 分類號: B28D5/00;B24B9/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 宋莉,邢岳

技術領域

本發明涉及用于藍寶石表面的單步驟拋光的經改善的組合物及方法。更特定而言，本發明涉及用于提高藍寶石移除速率并同時實現低表面粗糙度的方法。

背景技術

氧化硅(硅石，silica)研磨劑材料通常用于化學機械拋光金屬、金屬氧化物、硅材料。在這樣的應用中，有時在作為分散劑的表面活性劑的輔助下，研磨劑氧化硅顆粒懸浮于諸如水的液體介質中。Choi等人Journal of the Electrochemical Society,151(3)G185-G189(2004)已報導，當將約0.01至約0.1摩爾濃度范圍內的氯化鈉、氯化鋰及氯化鉀添加至氧化硅在堿性水性介質中的懸浮液中可增加氧化硅的移除速率。Choi等人也已報導，當鈉鹽及鋰鹽的鹽濃度增加超出0.1摩爾濃度至1摩爾濃度時，移除速率開始回落至對照(control)水平，且對于每種鹽來說，當鹽濃度接近1摩爾濃度時，表面粗糙度增加，同樣地，表面損壞的深度增加。

藍寶石為氧化鋁(Al₂O₃)單晶材料的通用術語。藍寶石在以下應用中是特別有用的材料：其用作紅外線及微波系統的窗口、紫外至近紅外的光的光學透射窗口、發光二極管、紅寶石激光器、激光二極管、微電子集成電路應用及超導化合物和氮化鎵生長用的支撐材料、及其類似物。藍寶石具有極佳的化學穩定性、光學透明性及理想的機械特性，例如抗碎裂性、耐久性、抗刮擦性、抗輻射性、與砷化鎵熱膨脹系數的良好匹配性、以及在升高的溫度下的撓曲強度。

藍寶石晶片通常沿許多結晶軸切割，例如C面(0001方向(orientation)，也稱為0度面或基面)、A面(11-20方向，也稱為90度藍寶石)及R面(1-102方向，距C面57.6度)。尤其優選用于半導體、微波及壓力轉換器應用中所用的硅藍寶石材料的R面藍寶石的抗拋光能力為通常用于光學系統、紅外檢測器及用于發光二極管應用的氮化鎵生長的C面藍寶石抗拋光能力的約4倍。

拋光藍寶石晶片為極其緩慢且費力的過程。通常，必須使用諸如金剛石的侵蝕性研磨劑以達到可接受的拋光率。這樣的侵蝕性研磨劑材料可對晶片表面造成嚴重表面損壞及污染。典型藍寶石拋光涉及將研磨劑漿料持續施加至待拋光的藍寶石晶片表面，且同時用旋轉式拋光墊拋光所得的經研磨劑涂布的表面，該旋轉式拋光墊跨越晶片表面移動且通過典型地在約5至20磅/平方英寸(psi)范圍內的恒定下壓力固持抵靠于晶片表面。

Moeggenborg等人(US20060196849A1)已報導用于拋光藍寶石表面的經改善的方法，該方法包含用含無機研磨劑材料的拋光漿料研磨該表面，該無機研磨劑材料懸浮于優選具有約10至約11的堿性pH的水性介質中。其報導的結果表明，當結合膠態氧化硅研磨劑使用鹽化合物添加劑時，堿性pH對鹽化合物添加劑提高藍寶石移除速率效果是重要的。然而，高pH漿料導致磨料顆粒與晶片電荷排斥，其造成高鹽含量及對速率增加和表面品質的限制。因此，持續需要提高藍寶石拋光效率的方法。

發明內容

本發明提供一種用于拋光藍寶石表面的經改善的組合物及方法。該方法包含用含懸浮于水性介質中的膠態氧化硅的拋光組合物(也稱為拋光漿料)研磨藍寶石表面，諸如藍寶石晶片的C面、R面或A面表面，該拋光組合物具有酸性pH且包括提高藍寶石移除速率的磷酸量。優選的膠態氧化硅濃縮物的非限制性實例為拋光組合物的約1至約20重量％。拋光組合物的膠態氧化硅具有約15至約200nm的平均粒度。該拋光組合物的pH小于約6。且提高藍寶石移除速率的磷酸量為拋光組合物的約0.0001至約1.0重量％。

一種拋光藍寶石表面的優選方法包含將拋光組合物施加于安裝在旋轉載體中的藍寶石晶片表面，且用旋轉拋光墊研磨該藍寶石表面，同時保持拋光組合物的至少一部分位于該墊的拋光表面與藍寶石晶片表面之間。該拋光組合物包含懸浮于水性介質中的膠態氧化硅，其具有小于約6的pH且包括提高藍寶石移除速率的磷酸量。拋光墊具有以所選旋轉速率圍繞垂直于藍寶石表面的旋轉軸旋轉的平坦拋光表面。用所選的垂直于藍寶石表面的下壓力水平將該墊的旋轉拋光表面按壓抵靠于藍寶石表面。

具體實施方式

拋光藍寶石表面的經改善的方法包含用拋光組合物研磨表面，該拋光組合物包含懸浮于水性介質中的膠態氧化硅且具有酸性pH。該拋光組合物包括提高藍寶石移除速率的磷酸量。該水性介質優選包含水。