Настоящее изобретение относится к композиции химического механического полирования для полирования наружной сапфировой поверхности и к способу полирования сапфировой подложки. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу полирования сапфировой подложки с использованием химической механической полирующей суспензии, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива имеет отрицательный заряд поверхности; и где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм; и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм; пестицид; необязательно, неионный пеногаситель и, необязательно, регулятор pH.
Единственная кристаллическая форма оксида алюминия (сапфира) обладает исключительными оптическими, механическими и химическими свойствами. Как следствие сапфир нашел широкое применение в различных электронных и оптических устройствах.
Сапфир имеет ромбоэдральную кристаллическую структуру и высокую анизотропию. Показываемые свойства зависят от кристаллографической ориентации. Соответственно, сапфировые тонкие пластины, используемые в обработке полупроводников, обычно режут вдоль конкретной кристаллографической оси в зависимости от конечного применения. Например, сапфировые подложки С-плоскости режут вдоль плоскости нулевого градуса. Сапфировые подложки С-плоскости имеют особую применимость в способах, содержащих рост III-V и II-VI соединений (например, GaN для получения голубых светодиодов и лазерных диодов).
Благодаря тому, что последующая обработка (например, металлизация) требует, чтобы сапфировые тонкие пластины имели ровную поверхность, сапфировые тонкие пластины необходимо выравнивать. Выравнивание используется для удаления нежелательной поверхностной топографии и поверхностных дефектов, таких как грубые поверхности, агломерированные материалы, разрушение кристаллической решетки, царапины и испорченные слои и материалы.
Химическое механическое выравнивание, или химическое механическое полирование ((ХМП)(СМР)) является общеизвестной технологией, используемой для выравнивания подложек, таких как полупроводниковые тонкие пластины. В традиционном ХМП тонкая пластина устанавливается на узел держателя и располагается в контакте с полирующей подушкой в ХМП-устройстве. Узел держателя обеспечивает регулируемое давление на тонкую пластину и прижимает ее к полирующей подушке. Подушка перемещается (например, вращается) относительно тонкой пластины внешней движущей силой. Одновременно с этим полирующая композиция («суспензия») или другой полирующий раствор обеспечивается между тонкой пластиной и полирующей подушкой. Таким образом, поверхность тонкой пластины полируется и выравнивается химическим и механическим действием поверхности подушки и суспензии.
Тогда как свойства сапфира обеспечивают множественные преимущества конечных применений, твердость сапфира и его стойкость к химическому воздействию делает сложным эффективное полирование и выравнивание.
Одна полирующая композиция для полирования поверхностей сапфира рассматривается в опубликованной заявке на патент США №20090104851 (Cherian et al.). Последние рассматривают композицию химического механического полирования для полирования сапфира, которая (композиция) содержит смесь первого типа абразивных частиц и второго типа абразивных частиц, диспергированную в водной среде, где первый тип абразивных частиц является тверже полируемой поверхности, а второй тип абразивных частиц имеет твердость, которая является мягче полируемой поверхности.
Другая полирующая композиция для полирования поверхностей сапфира рассматривается в опубликованной заявке на патент США №20060196849 (Moeggenborg et al.). Последние рассматривают композицию и способ полирования сапфировых поверхностей, включающий: полирование сапфировой поверхности, такой как С-плоскость или R-плоскость сапфировой тонкой пластины, полирующей суспензией, содержащей абразивное количество неорганического абразивного материала, такого как коллоидный диоксид кремния, суспендированный в водной среде, содержащей соединение соли, растворенное в ней, где водная среда имеет основный pH и содержит соединение соли в количестве, достаточном для улучшения скорости удаления сапфира по сравнению со скоростью, достигаемой в таких же условиях полирования с использованием такого же неорганического абразива при отсутствии соединения соли.
Тем не менее, сохраняется постоянная потребность в композициях химического механического полирования и способах, предназначенных для обеспечения желаемого баланса свойств полирования, чтобы соответствовать необходимым изменениям разработки, включая высокие скорости удаления сапфира (т.е. ≥14000 Å/ч).
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH>8-12, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: диоксид кремния в качестве абразива, где диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности; и где диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм; необязательно, пестицид; необязательно, неионный пеногаситель; и, необязательно, рН-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥14000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH>8-12, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: 10-40% масс. коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности; и где диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм; необязательно, пестицид; необязательно, неионный пеногаситель; и, необязательно, pH-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥14000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH>8-12, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности; и где диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 185 нм; необязательно, пестицид; необязательно, неионный пеногаситель; и, необязательно, pH-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥14000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH>8-12, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: 10-30% масс. коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 10-25 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 90-110 нм; где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25% масс. первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния; пестицид; 0,2-1,5% масс. неионного пеногасителя, где неионный пеногаситель представляет собой кремнийсодержащий пеногаситель; и, необязательно, pH-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥15000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pY 9-10, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: 10-30% масс. коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 10-21 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм; где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25% масс. первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния; где химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05% масс. неионного пеногасителя, где неионный пеногаситель представляет собой кремнийсодержащий пеногаситель; пестицид; и, необязательно, pH-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH 9-10, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов: 10-30% масс. коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 14-16 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм; где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25% масс. первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния; где химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05% масс. неионного пеногасителя, где неионный пеногаситель представляет собой кремнийсодержащий пеногаситель; пестицид; и, необязательно, pH-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH 9-10, где химическая механическая полирующая суспензия состоит из коллоидного диоксида кремния в качестве абразива; неионного пеногасителя; пестицида; и необязательно pH-регулятора, где химическая механическая полирующая суспензия содержит 10-30% масс. коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 10-21 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм; где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25% масс. первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния; где химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05% масс. неионного пеногасителя, где неионный пеногаситель представляет собой кремнийсодержащий пеногаситель; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает способ полирования сапфировой подложки, который содержит: обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность; обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей pH 9-10, где химическая механическая полирующая суспензия состоит из коллоидного диоксида кремния в качестве абразива; неионного пеногасителя; пестицида; и необязательно pH-регулятора, где химическая механическая полирующая суспензия содержит 10-30% масс. коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 14-16 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм; где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25% масс. первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния; где химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05% масс. неионного пеногасителя, где неионный пеногаситель представляет собой кремнийсодержащий пеногаситель; обеспечение химической механической полирующей подушки; создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки; где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине; и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
Настоящее изобретение предусматривает химическую механическую полирующую суспензию для полирования наружной сапфировой поверхности, которая (суспензия) содержит в качестве исходных компонентов: коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности; и где диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм; неионный полидиметилсилоксансодержащий пеногаситель; необязательно, пестицид; и, необязательно, pH-регулятор.
Подробное описание изобретения
Заявителем разработана уникальная композиция химического механического полирования и способ полирования сапфира, имеющего наружную сапфировую поверхность, с использованием химической механической полирующей суспензии, которая показывает синергическую скорость удаления сапфира. В частности, Заявителем разработан способ химического механического полирования подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность, с использованием химической механической полирующей суспензии, содержащей коллоидный диоксид кремния в качестве абразива и, необязательно, неионный пеногаситель, где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива имеет многомодальное распределение частиц по размеру, где многомодальное распределение частиц по размеру содержит комбинацию частиц, образующих первый вариант с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и второй вариант со вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм, где комбинация частиц, образующих первый вариант, с частицами, образующими второй вариант, показывает первую скорость удаления сапфира синергически, и где комбинация необязательного неионного пеногасителя с коллоидным диоксидом кремния в качестве абразива, имеющего многомодальное распределение частиц по размеру, показывает вторую скорость удаления сапфира синергически, где химическая механическая полирующая суспензия показывает улучшенную скорость удаления сапфира (т.е. ≥14000 Å/ч) в условиях полирования, как описано здесь в примерах.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения содержит (состоит из) в качестве исходных компонентов: коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива имеет отрицательный заряд поверхности при диспергировании отдельно в деионизированной воде, и где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива показывает многомодальное распределение частиц по размеру (предпочтительно, бимодальное распределение частиц по размеру) с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм); пестицид (предпочтительно, где пестицидом является пероксид водорода); необязательно, неионный пеногаситель (предпочтительно, 0,1-2,0% масс., более предпочтительно, 0,2-1,5% масс., наиболее предпочтительно, 0,45-1,05% масс.) (предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный силиконсодержащий пеногаситель, более предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный полидиметилсилоксансодержащий пеногаситель); и, необязательно, pH-регулятор.
Предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, используемый в химической механической полирующей суспензии для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения, показывает отрицательный заряд поверхности при диспергировании отдельно в деионизированной воде перед объединением с другими компонентами химической механической полирующей суспензии.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения содержит 5-45% масс. (предпочтительно, 10-30% масс., более предпочтительно, 15-25% масс., наиболее предпочтительно, 18-22% масс.) коллоидного диоксида кремния в качестве абразива. Предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива показывает многомодальное распределение частиц по размеру (предпочтительно, бимодальное распределение частиц по размеру) с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм). Более предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 2-25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 75-200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм). Более предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 2-25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 75-200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм), где химическая механическая полирующая суспензия содержит 1-25% масс. (предпочтительно, 1-15% масс., более предпочтительно, 1-10% масс., наиболее предпочтительно, 3-5% масс.) первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения содержит 0,0001-1% масс. пестицида. Более предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,001-0,01% масс. (наиболее предпочтительно, 0,004-0,006% масс.) пестицида. Предпочтительно, где пестицидом является пероксид водорода.
Химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения содержит 0-5% масс. неионного пеногасителя. Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,1-2,0% масс. (более предпочтительно, 0,2-1,5% масс., наиболее предпочтительно, 0,45-1,05% масс.) неионного пеногасителя. Предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный кремнийсодержащий пеногаситель. Более предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный полидиметилсилоксансодержащий пеногаситель (например, силиконсодержащий пеногаситель HS-06 от Senka Corporation).
Предпочтительно, водой, содержащейся в химической механической полирующей суспензии для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения, является, по меньшей мере, одна из деионизированной воды и дистиллированной воды для ограничения случайных примесей.
Химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения обеспечивает действенность свыше pH>8-12. Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия обеспечивает действенность свыше pH 8,5-10,5. Кислоты, подходящие для использования для регулирования рН химической механической полирующей суспензии включают в себя, например, азотную кислоту, серную кислоту и хлористоводородную кислоту. Основания, подходящие для использования для регулирования рН химической механической полирующей суспензии включают в себя, например, гидроксид аммония и гидроксид калия.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности настоящего изобретения показывает скорость удаления сапфира в условиях полирования, как описано здесь в примерах, ≥14000 Å/ч (предпочтительно, ≥15000 Å/ч, более предпочтительно, ≥20000 Å/ч, наиболее предпочтительно, ≥21000 Å/ч).
Подложки, подходящие для использования в способе настоящего изобретения, имеют наружную сапфировую поверхность. Предпочтительно, подложкой, имеющей наружную сапфировую поверхность, является сапфировая тонкая пластина. Предпочтительно, сапфировая тонкая пластина выбрана из сапфировых тонких пластин С-плоскости, сапфировых тонких пластин А-плоскости, сапфировых тонких пластин М-плоскости и сапфировых тонких пластин R-плоскости. Более предпочтительно, подложкой, имеющей наружную сапфировую поверхность, является сапфировая тонкая пластина С-плоскости.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения, содержит (состоит из) в качестве исходных компонентов: коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива имеет отрицательный заряд поверхности при диспергировании отдельно в деионизированной воде, и где коллоидный диоксид кремния в качестве абразива показывает многомодальное распределение частиц по размеру (предпочтительно, бимодальное распределение частиц по размеру) с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм); пестицид (предпочтительно, где пестицидом является пероксид водорода); необязательно, неионный пеногаситель (предпочтительно, 0,1-2,0% масс., более предпочтительно, 0,2-1,5% масс., наиболее предпочтительно, 0,45-1,05% масс.) (предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный силиконсодержащий пеногаситель, более предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный полидиметилсилоксансодержащий пеногаситель); и, необязательно, pH-регулятор; обеспечение химической механической полирующей подушки (предпочтительно, нетканой полирующей подушки, пропитанной полиуретаном); создание динамического контакта на границе раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой, где, по меньшей мере, часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки.
Предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, используемый в способе настоящего изобретения, показывает отрицательный заряд поверхности при диспергировании отдельно в деионизированной воде перед объединением с другими компонентами химической механической полирующей суспензии.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения, содержит 5-45% масс. (предпочтительно, 10-30% масс., более предпочтительно, 15-25% масс., наиболее предпочтительно, 18-22% масс.) коллоидного диоксида кремния в качестве абразива. Предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, используемый в способе настоящего изобретения, показывает многомодальное распределение частиц по размеру (предпочтительно, бимодальное распределение частиц по размеру) с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм). Более предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, используемый в способе настоящего изобретения, представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 2-25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 75-200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм). Наиболее предпочтительно, коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, используемый в способе настоящего изобретения, представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 2-25 нм (предпочтительно, 3-25 нм, более предпочтительно, 10-21 нм, наиболее предпочтительно, 14-16 нм) и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 75-200 нм (предпочтительно, 75-185 нм, более предпочтительно, 75-125 нм, еще более предпочтительно, 90-110 нм, наиболее предпочтительно, 95-105 нм), где химическая механическая полирующая суспензия содержит 1-25% масс. (предпочтительно, 1-15% масс., более предпочтительно, 1-10% масс., наиболее предпочтительно, 3-5% масс.) первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения, содержит 0,0001-1% масс. пестицида. Более предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,001-0,01% масс. (наиболее предпочтительно, 0,004-0,006% масс.) пестицида. Предпочтительно, где пестицидом является пероксид водорода.
Химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения, содержит 0-5% масс. неионного пеногасителя. Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения, содержит 0,1-2,0% масс. (более предпочтительно, 0,2-1,5% масс., наиболее предпочтительно, 0,45-1,05% масс.) неионного пеногасителя. Предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный кремнийсодержащий пеногаситель. Более предпочтительно, где неионным пеногасителем является неионный полидиметилсилоксансодержащий пеногаситель (например, силиконсодержащий пеногаситель HS-06 от Senka Corporation).
Предпочтительно, водой, содержащейся в химической механической полирующей суспензии, используемой в способе химического механического полирования настоящего изобретения, является, по меньшей мере, одна из деионизированной воды и дистиллированной воды для ограничения случайных примесей.
Химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения обеспечивает действенность свыше pH>8-12. Предпочтительно, используемая химическая механическая полирующая суспензия обеспечивает действенность свыше pH 8,5-10,5. Кислоты, подходящие для использования для регулирования pH химической механической полирующей суспензии включают в себя, например, азотную кислоту, серную кислоту и хлористоводородную кислоту. Основания, подходящие для использования для регулирования pH химической механической полирующей суспензии включают в себя, например, гидроксид аммония и гидроксид калия.
Предпочтительно, химическая механическая полирующая суспензия, используемая в способе настоящего изобретения, показывает скорость удаления сапфира в условиях полирования, как описано здесь в примерах, ≥14000 Å/ч (предпочтительно, ≥15000 Å/ч, более предпочтительно, ≥20000 Å/ч, наиболее предпочтительно, ≥21000 Å/ч).
Некоторые варианты настоящего изобретения теперь описываются подробно в последующих примерах.
Примеры
Рецептуры химической механической полирующей суспензии
Испытанные рецептуры химической механической полирующей суспензии ((ХМПС)(CMPS)) представлены в таблице 1. Химические механические полирующие суспензии С1-С26 являются сравнительными рецептурами, которые не входят в объем патентуемого изобретения.
Эксперименты по полированию
Химические механические полирующие суспензии (ХМПС), представленные в таблице 1, испытывают с использованием установки шлифовально-полировальный станок/шпиндельная головка Buehler EcoMet® 300/AutoMet® c 5 дюйм (127 мм) единственной головкой и 12 дюйм (305 мм) размером стола и полирующей подушкой SubaТМ 600 (поставщик - Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.), имеющей образец X-Y-канавки с шириной 2,5 мм, шагом 15,75 мм и глубиной 0,8 мм; под усилием вниз 34,3 кПа, со скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 м/мин, скоростью стола 120 об/мин и скоростью держателя 120 об/мин. Сапфировые тонкие пластины (4 дюйм (102 мм) С-плоскость) от Monocrystal сначала шлифуют алмазом с одной стороны до средней неровности поверхности 5 нм, а затем полируют в указанных условиях. Полирующую подушку поддерживают кондиционированной с использованием полиамидной щетки. Результаты скорости удаления сапфира с использованием ХМПС, идентифицированных в таблице 1 (С1-С26 и 1-12), представлены в таблице 2 (РС1-PC26 и Р1-Р12, соответственно). Данные по скорости удаления сапфира, представленные в таблице 2, определяют сравнением массы тонких пластин до и после полирования и преобразованием в скорость удаления поверхности. Полированные тонкие пластины подвергают обработке ультразвуком в деионизированной воде в течение 30 с и продувке сухим азотом перед взвешиванием.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| АБРАЗИВ ИЗ ОКСИДА ЦЕРИЯ И СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК | 1997 |
|
RU2178599C2 |
| ПОЛИРОВАЛЬНАЯ СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ САПФИРОВЫХ ПОДЛОЖЕК | 2017 |
|
RU2635132C1 |
| ПОЛИРУЮЩИЙ СОСТАВ | 2012 |
|
RU2620836C2 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНОГО ГЕРМАНИЯ И/ИЛИ МАТЕРИАЛА SiGe В ПРИСУТСТВИИ ХМП (ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОЛИРОВАЛЬНОЙ) КОМПОЗИЦИИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ СПЕЦИАЛЬНОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ | 2012 |
|
RU2605941C2 |
| СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2011 |
|
RU2457574C1 |
| ВОДНАЯ ПОЛИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК, СОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНКИ ДИЭЛЕКТРИКА ОКСИДА КРЕМНИЯ И ПОЛИКРЕМНИЯ | 2011 |
|
RU2573672C2 |
| ВОДНАЯ ПОЛИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ | 2011 |
|
RU2607214C2 |
| ВОДНАЯ ПОЛИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК, СОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ОКСИДКРЕМНИЕВОГО ДИЭЛЕКТРИКА И НА ОСНОВЕ ПОЛИКРЕМНИЯ | 2011 |
|
RU2588620C2 |
| САПФИРОВАЯ ПОДЛОЖКА (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2414550C1 |
| ПОЛИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 2012 |
|
RU2591152C2 |
Изобретение относится к композиции химического механического полирования для обработки наружной сапфировой поверхности и способу полирования сапфировой подложки. Предлагается способ полирования наружной сапфировой подложки с использованием полирующей суспензии, содержащей в качестве исходных компонентов: коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности и где коллоидный диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм. Полирующая суспензия может дополнительно содержать пестицид, или неионный пеногаситель, или pH-регулятор. Изобретение обеспечивает высокую скорость выравнивания поверхности сапфировых пластин (подложек), в результате чего удаляются поверхностные дефекты, царапины, испорченные слои. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл.
1. Способ полирования сапфировой подложки, включающий:
обеспечение подложки, имеющей наружную сапфировую поверхность;
обеспечение химической механической полирующей суспензии, имеющей рН>8-12, где химическая механическая полирующая суспензия содержит в качестве исходных компонентов:
диоксид кремния в качестве абразива, где диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности и где диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм;
обеспечение химической механической полирующей подушки;
создание динамического контакта на поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой; и
распределение химической механической полирующей суспензии на химической механической полирующей подушке или вблизи поверхности раздела между химической механической полирующей подушкой и подложкой,
в котором по меньшей мере часть сапфира удаляется с наружной сапфировой поверхности подложки, где химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥14000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине и где химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую полирующую подушку, пропитанную полиуретаном.
2. Способ по п.1, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 5-40 мас.% коллоидного диоксида кремния в качестве абразива.
3. Способ по п.1, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 2-25 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 75-185 нм.
4. Способ по п.3, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25 мас.% первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния.
5. Способ по п.1, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 10-30 мас.% коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 10-25 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 90-110 нм, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25 мас.% первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,2-1,5 мас.% неионного пеногасителя, где неионным пеногасителем является кремнийсодержащий пеногаситель, в котором химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥15000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине и в котором химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую подушку, пропитанную полиуретаном.
6. Способ по п.1, в котором химическая механическая полирующая суспензия имеет рН 9-10, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 10-30 мас.% коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 10-21 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25 мас.% первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05 мас.% неионного пеногасителя, где неионным пеногасителем является кремнийсодержащий пеногаситель, в котором химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине и в котором химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую подушку, пропитанную полиуретаном.
7. Способ по п.1, в котором химическая механическая полирующая суспензия имеет рН 9-10, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 10-30 мас.% коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 14-16 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25 мас.% первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05 мас.% неионного пеногасителя, где неионным пеногасителем является кремнийсодержащий пеногаситель, в котором химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине и в котором химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую подушку, пропитанную полиуретаном.
8. Способ по п.1, в котором химическая механическая полирующая суспензия имеет рН 9-10, в котором химическая механическая полирующая суспензия состоит из коллоидного диоксида кремния в качестве абразива; пестицида; неионного пеногасителя; и, необязательно, регулятора рН; в котором механическая полирующая суспензия содержит 10-30 мас.% коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 10-21 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25 мас.% первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05 мас.% неионного пеногасителя, где неионным пеногасителем является кремнийсодержащий пеногаситель, в котором химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине и в котором химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую подушку, пропитанную полиуретаном.
9. Способ по п.1, в котором химическая механическая полирующая суспензия имеет рН 9-10, в котором химическая механическая полирующая суспензия состоит из коллоидного диоксида кремния в качестве абразива; пестицида; неионного пеногасителя; и, необязательно, регулятора рН, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 10-30 мас.% коллоидного диоксида кремния в качестве абразива, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива представляет собой смесь первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 14-16 нм, и второй популяции частиц коллоидного диоксида кремния, имеющей средний размер частиц 95-105 нм, в котором коллоидный диоксид кремния в качестве абразива содержит 1-25 мас.% первой популяции частиц коллоидного диоксида кремния, в котором химическая механическая полирующая суспензия содержит 0,45-1,05 мас.% неионного пеногасителя, где неионным пеногасителем является кремнийсодержащий пеногаситель, в котором химическая механическая полирующая суспензия показывает скорость удаления сапфира ≥20000 Å/ч со скоростью стола 120 об/мин, скоростью держателя 120 об/мин, скоростью потока химической механической полирующей суспензии 400 мл/мин, номинальным усилием вниз 34,3 кПа на 300 мм полировочной машине и в котором химическая механическая полирующая подушка представляет собой нетканую подушку, пропитанную полиуретаном.
10. Химическая механическая полирующая суспензия для полирования наружной сапфировой поверхности, содержащая в качестве исходных компонентов:
коллоидный диоксид кремния в качестве абразива, где коллоидный диоксид кремния имеет отрицательный заряд поверхности; и где диоксид кремния имеет многомодальное распределение частиц по размеру с первым максимумом размера частиц между 2 и 25 нм и вторым максимумом размера частиц между 75 и 200 нм.
11. Способ по п.1, где химическая механическая полирующая суспензия дополнительно содержит пестицид, или неионный пеногаситель, или рН-регулятор, где
неионный пеногаситель представляет собой пеногаситель, содержащий полидиметилсилоксан;
пестицид представляет собой пероксид водорода; и
рН-регулятор представляет собой гидроксид натрия.
12. Химическая механическая полирующая суспензия по п.10, которая дополнительно содержит пестицид, или неионный пеногаситель, или рН-регулятор, где
неионный пеногаситель представляет собой пеногаситель, содержащий полидиметилсилоксан;
пестицид представляет собой пероксид водорода; и
рН-регулятор представляет собой гидроксид натрия.
| NIU XIN-HUAN et al | |||
| Method of surface treatment on sapphire substrate, "Transactions of Nonferrous Metals Society of China", 2006, Vol.16, No.2, pp | |||
| БУФЕРНЫЙ ТОРМАЗ | 1922 |
|
SU732A1 |
| JP 5098483 В2, 12.12.2012 | |||
| ZONE-CHING LIN et al | |||
| A study of material removal amount of sapphire wafer in application of chemical mechanical polishing with different polishing pads, "Journal of Mechanical Science and Technology", 2012, Vol | |||
| Прибор для получения стереоскопических впечатлений от двух изображений различного масштаба | 1917 |
|
SU26A1 |
| Прибор для хронометрирования работ золотопромывательных драг | 1925 |
|
SU2353A1 |
