[发明专利]用于抛光蓝宝石表面的组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于蓝宝石表面的单步骤抛光的经改善的组合物及方法。更特定而言，本发明涉及用于提高蓝宝石移除速率并同时实现低表面粗糙度的方法。

背景技术

氧化硅(硅石，silica)研磨剂材料通常用于化学机械抛光金属、金属氧化物、硅材料。在这样的应用中，有时在作为分散剂的表面活性剂的辅助下，研磨剂氧化硅颗粒悬浮于诸如水的液体介质中。Choi等人Journal of the Electrochemical Society,151(3)G185-G189(2004)已报导，当将约0.01至约0.1摩尔浓度范围内的氯化钠、氯化锂及氯化钾添加至氧化硅在碱性水性介质中的悬浮液中可增加氧化硅的移除速率。Choi等人也已报导，当钠盐及锂盐的盐浓度增加超出0.1摩尔浓度至1摩尔浓度时，移除速率开始回落至对照(control)水平，且对于每种盐来说，当盐浓度接近1摩尔浓度时，表面粗糙度增加，同样地，表面损坏的深度增加。

蓝宝石为氧化铝(Al₂O₃)单晶材料的通用术语。蓝宝石在以下应用中是特别有用的材料：其用作红外线及微波系统的窗口、紫外至近红外的光的光学透射窗口、发光二极管、红宝石激光器、激光二极管、微电子集成电路应用及超导化合物和氮化镓生长用的支撑材料、及其类似物。蓝宝石具有极佳的化学稳定性、光学透明性及理想的机械特性，例如抗碎裂性、耐久性、抗刮擦性、抗辐射性、与砷化镓热膨胀系数的良好匹配性、以及在升高的温度下的挠曲强度。

蓝宝石晶片通常沿许多结晶轴切割，例如C面(0001方向(orientation)，也称为0度面或基面)、A面(11-20方向，也称为90度蓝宝石)及R面(1-102方向，距C面57.6度)。尤其优选用于半导体、微波及压力转换器应用中所用的硅蓝宝石材料的R面蓝宝石的抗抛光能力为通常用于光学系统、红外检测器及用于发光二极管应用的氮化镓生长的C面蓝宝石抗抛光能力的约4倍。

抛光蓝宝石晶片为极其缓慢且费力的过程。通常，必须使用诸如金刚石的侵蚀性研磨剂以达到可接受的抛光率。这样的侵蚀性研磨剂材料可对晶片表面造成严重表面损坏及污染。典型蓝宝石抛光涉及将研磨剂浆料持续施加至待抛光的蓝宝石晶片表面，且同时用旋转式抛光垫抛光所得的经研磨剂涂布的表面，该旋转式抛光垫跨越晶片表面移动且通过典型地在约5至20磅/平方英寸(psi)范围内的恒定下压力固持抵靠于晶片表面。

Moeggenborg等人(US20060196849A1)已报导用于抛光蓝宝石表面的经改善的方法，该方法包含用含无机研磨剂材料的抛光浆料研磨该表面，该无机研磨剂材料悬浮于优选具有约10至约11的碱性pH的水性介质中。其报导的结果表明，当结合胶态氧化硅研磨剂使用盐化合物添加剂时，碱性pH对盐化合物添加剂提高蓝宝石移除速率效果是重要的。然而，高pH浆料导致磨料颗粒与晶片电荷排斥，其造成高盐含量及对速率增加和表面品质的限制。因此，持续需要提高蓝宝石抛光效率的方法。

发明内容

本发明提供一种用于抛光蓝宝石表面的经改善的组合物及方法。该方法包含用含悬浮于水性介质中的胶态氧化硅的抛光组合物(也称为抛光浆料)研磨蓝宝石表面，诸如蓝宝石晶片的C面、R面或A面表面，该抛光组合物具有酸性pH且包括提高蓝宝石移除速率的磷酸量。优选的胶态氧化硅浓缩物的非限制性实例为抛光组合物的约1至约20重量％。抛光组合物的胶态氧化硅具有约15至约200nm的平均粒度。该抛光组合物的pH小于约6。且提高蓝宝石移除速率的磷酸量为抛光组合物的约0.0001至约1.0重量％。

一种抛光蓝宝石表面的优选方法包含将抛光组合物施加于安装在旋转载体中的蓝宝石晶片表面，且用旋转抛光垫研磨该蓝宝石表面，同时保持抛光组合物的至少一部分位于该垫的抛光表面与蓝宝石晶片表面之间。该抛光组合物包含悬浮于水性介质中的胶态氧化硅，其具有小于约6的pH且包括提高蓝宝石移除速率的磷酸量。抛光垫具有以所选旋转速率围绕垂直于蓝宝石表面的旋转轴旋转的平坦抛光表面。用所选的垂直于蓝宝石表面的下压力水平将该垫的旋转抛光表面按压抵靠于蓝宝石表面。

具体实施方式

抛光蓝宝石表面的经改善的方法包含用抛光组合物研磨表面，该抛光组合物包含悬浮于水性介质中的胶态氧化硅且具有酸性pH。该抛光组合物包括提高蓝宝石移除速率的磷酸量。该水性介质优选包含水。