CN104416450A - 用于抛光蓝宝石表面的化学机械抛光组合物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种对蓝宝石基材进行抛光的方法,该方法包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供化学机械抛光浆料,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm;第二粒度最大为75-200nm;任选的杀生物剂;任选的非离子型消泡剂;和任选的pH调节剂。还提供一种用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光组合物。

Description

用于抛光蓝宝石表面的化学机械抛光组合物及其使用方法
本发明涉及一种用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光组合物以及抛光蓝宝石基材的方法。更具体的,本发明涉及一种用化学机械抛光浆液抛光蓝宝石基材的方法,其中所述化学机械抛光浆液包含以下成分作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm,第二粒度最大为75-200nm;杀生物剂;任选的非离子型消泡剂;和任选的pH调节剂。
单晶形式的氧化铝(蓝宝石)具有杰出的光学、机械和化学性质。因此,已发现蓝宝石在各种电子器件和光学器件的广泛用途。
蓝宝石具有菱面体(rhombohedral)晶体结构且高度各向异性。这些表现的性质取决于晶体取向。因此,用于半导体工艺的蓝宝石晶片通常根据最终应用沿特定的晶体轴向切割。例如,C-平面蓝宝石基材沿0度平面切割。C-平面蓝宝石基材对于涉及III-V和II-VI化合物(例如用于蓝色LED和激光二极管制备的GaN)的生长的工艺具有特别的用途。
因为随后的加工(例如金属化)需要蓝宝石晶片具有平坦的表面,所以所述蓝宝石晶片需要被平面化。平面化可用来除去不合乎希望的表面形貌和表面缺陷,例如粗糙表面,团聚材料,晶格破坏,划痕和污染的层或材料。
化学机械平面化,或者化学机械抛光(CMP)是一种用来对基材,例如半导体晶片进行平面化的常用技术。在常规的CMP中,将晶片安装在支架组件上,并设置在与CMP设备中的抛光垫接触的位置。所述支架组件为晶片提供可控制的压力,将其压向抛光垫。通过外界驱动力使得抛光垫相对于晶片运动(例如转动)。与此同时,在晶片和抛光垫之间提供抛光组合物(“浆液”)或者其它的抛光溶液。从而,通过抛光垫表面以及浆液的化学作用和机械作用,对晶片表面进行抛光使其变平。
虽然蓝宝石的性质提供了大量终端使用优势,但蓝宝石的硬度和耐化学侵蚀性使得有效的抛光和平面化很困难。
Cherian等的美国专利申请公开第20090104851号公开了一种用于抛光蓝宝石表面的抛光组合物。Cherian等公开了一种用于抛光蓝宝石的化学机械抛光组合物,其包括分散在水性介质中的第一型磨料颗粒和第二型磨料颗粒的混合物,其中该第一型磨料颗粒比被抛光的表面硬,而第二型磨料颗粒的硬度比被抛光的表面软。
Moeggenborg等的美国专利申请公开第20060196849号公开了另一种用于抛光蓝宝石表面的抛光组合物。Moeggenborg等公开了一种用于抛光蓝宝石表面的组合物和方法,其包括:用含有磨料量的无机磨料材料的抛光浆液摩擦蓝宝石表面,例如蓝宝石晶片的C-平面或R-平面表面,所述无机磨料材料例如悬浮在溶解有盐化合物的水性介质中的胶体二氧化硅,所述水性介质具有碱性pH,且相对于用相同的无机磨料在没有盐化合物存在下在相同的抛光条件下可获得的蓝宝石去除速率,所述水性介质含有的盐化合物的量足够提高蓝宝石去除速率。
然而,人们仍然一直需要配制这样的化学机械抛光组合物和方法,以提供所希望的适合变化的设计要求的抛光性质之间的平衡,包括高蓝宝石去除速率(即≥/小时)。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为大于8至12的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm;第二粒度最大为75-200nm;任选的杀生物剂;任选的非离子型消泡剂;以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;所述化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,其中所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺抛光垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为大于8至12的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:10-40重量%胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm;第二粒度最大为75-200nm;任选的杀生物剂;任选的非离子型消泡剂;以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;所述化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺抛光垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为大于8至12的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm;第二粒度最大为75-185nm;任选的杀生物剂;任选的非离子型消泡剂;以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;所述化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺抛光垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为大于8至12的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:10-30重量%胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为10-25nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-110nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;杀生物剂;0.2-1.5重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为9-10的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:10-30重量%胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为10-21nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;该化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;杀生物剂;以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为9-10的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:10-30重量%胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为14-16nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;该化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;杀生物剂;以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为9-10的化学机械抛光浆液;其中该化学机械抛光浆液由胶体二氧化硅磨料、非离子型消泡剂、杀生物剂、和任选的pH调节剂组成;该化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为10-21nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;提供pH为9-10的化学机械抛光浆液;其中该化学机械抛光浆液由胶体二氧化硅磨料、非离子型消泡剂、杀生物剂、和任选的pH调节剂组成;该化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为14-16nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;提供化学机械抛光垫;在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
本发明提供一种用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液,该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm,第二粒度最大为75-200nm;非离子型基于聚二甲基硅氧烷的消泡剂;任选的杀生物剂和任选的pH调节剂。
详细描述
申请人开发了一种独特的化学机械抛光组合物以及用具有蓝宝石去除速率协同作用的化学机械抛光浆液抛光具有暴露的蓝宝石表面的基材的方法。具体地,申请人开发了一种用含有胶体二氧化硅磨料和任选的非离子型消泡剂的化学机械抛光浆液化学机械抛光具有暴露的蓝宝石表面的基材的方法,所述胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,该多峰粒度分布包括具有第一粒度最大为2-25nm的形成第一峰的颗粒与具有第二粒度最大为75-200nm的形成第二峰的颗粒的组合;所述形成第一峰的颗粒与形成第二峰的颗粒的组合具有第一蓝宝石去除速率协同作用;所述任选的非离子型消泡剂与具有多峰粒度分布的胶体二氧化硅磨料的组合具有第二蓝宝石去除速率协同作用;所述化学机械抛光浆料在本文实施例中描述的抛光条件下具有提高的蓝宝石去除速率(即≥ /小时)。
优选地,本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液,含有以下成分(由以下成分组成)作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,当将所述胶体二氧化硅磨料单独分散在去离子水中时,其具有负表面电荷;所述胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布(优选为双峰粒度分布),第一粒度最大为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm),第二粒度最大为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm);杀生物剂(优选地,该杀生物剂是过氧化氢);任选的非离子型消泡剂(优选为0.1-2.0重量%,更优选为0.2-1.5重量%;最优选为0.45-1.05重量%)(优选地,该非离子型消泡剂是非离子型硅酮基消泡剂;更优选地,该非离子型消泡剂是非离子型基于聚二甲基硅氧烷的消泡剂);以及任选的pH调节剂。
优选地,在用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液中使用的本发明的胶体二氧化硅磨料,当在与所述化学机械抛光浆料的其它组分混合前被单独分散在去离子水中时具有负表面电荷。
优选地,本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液含有5-45重量%(优选为10-30重量%;更优选为15-25重量%;最优选为18-22重量%)的胶体二氧化硅磨料。优选地,所述胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布(优选为双峰粒度分布),第一粒度最大为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm),第二粒度最大为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm)。更优选地,所述胶体二氧化硅磨料是平均粒度为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm)的第一组胶体二氧化硅颗粒与平均粒度为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm)的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物。最优选地,所述胶体二氧化硅磨料是平均粒度为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm)的第一组胶体二氧化硅颗粒与平均粒度为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm)的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;所述化学机械抛光浆料含有1-25重量%(优选为1-15重量%;更优选为1-10重量%;最优选为3-5重量%)的第一组胶体二氧化硅颗粒。
优选地,本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液含有0.0001-1重量%的杀生物剂。更优选地,所述化学机械抛光浆液含有0.001-0.01重量%(最优选为0.004-0.006重量%)的杀生物剂。优选地,所述杀生物剂是过氧化氢。
本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液含有0-5重量%的非离子型消泡剂。优选地,所述化学机械抛光浆液含有0.1-2.0重量%(更优选为0.2-1.5重量%;最优选为0.45-1.05重量%)的非离子型消泡剂。优选地,所述非离子型消泡剂是非离子型基于硅的消泡剂。更优选地,所述非离子型消泡剂是非离子型基于聚二甲基硅氧烷的消泡剂(如购自染化株式会社(SenkaCorporation)的HS-06硅酮基消泡剂)。
优选地,在本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液中包含的水是去离子水和蒸馏水中的至少一种,以限制附带的杂质。
本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液在pH为大于8至12的范围内有效。优选地,所述化学机械抛光浆液在pH为8.5-10.5的范围内有效。适用于调节所述化学机械抛光浆液的pH值的酸包括例如:硝酸、硫酸和盐酸。适用于调节所述化学机械抛光浆液的pH值的碱包括例如:氢氧化铵和氢氧化钾。
优选地,本发明用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液,在本文实施例所述的抛光条件下具有的蓝宝石去除速率为≥/小时(优选为≥/小时;更优选为≥/小时;最优选为≥/小时)。
适用于本发明方法的基材具有暴露的蓝宝石表面。优选地,所述具有暴露的蓝宝石表面的基材是蓝宝石晶片。优选地,所述蓝宝石晶片选自C-平面蓝宝石晶片、A-平面蓝宝石晶片、M-平面蓝宝石晶片和R-平面蓝宝石晶片。更优选地,所述具有暴露的蓝宝石表面的基材是C-平面蓝宝石晶片。
优选地,在本发明方法中采用的化学机械抛光浆液含有以下成分(由以下成分组成)作为初始组分:胶体二氧化硅磨料,当将所述胶体二氧化硅磨料单独分散在去离子水中时,其具有负表面电荷;所述胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布(优选为双峰粒度分布),第一粒度最大为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm),第二粒度最大为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm);杀生物剂(优选地,该杀生物剂是过氧化氢);任选的非离子型消泡剂(优选为0.1-2.0重量%,更优选为0.2-1.5重量%;最优选为0.45-1.05重量%)(优选地,该非离子型消泡剂是非离子型基于硅酮的消泡剂;更优选地,该非离子型消泡剂是非离子型基于聚二甲基硅氧烷的消泡剂);以及任选的pH调节剂;提供化学机械抛光垫(优选为聚氨酯浸渍的无纺抛光垫);在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除。
优选地,在本发明方法中使用的胶体二氧化硅磨料,当在与所述化学机械抛光浆料的其它组分混合前被单独分散在去离子水中时具有负表面电荷。
优选地,在本发明方法中使用的化学机械抛光浆液含有5-45重量%(优选为10-30重量%;更优选为15-25重量%;最优选为18-22重量%)的胶体二氧化硅磨料。优选地,在本发明方法中使用的胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布(优选为双峰粒度分布),第一粒度最大为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm),第二粒度最大为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm)。更优选地,在本发明方法中使用的胶体二氧化硅磨料是平均粒度为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm)的第一组胶体二氧化硅颗粒与平均粒度为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm)的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物。最优选地,在本发明方法中使用的胶体二氧化硅磨料是平均粒度为2-25nm(优选为3-25nm;更优选为10-21nm;最优选为14-16nm)的第一组胶体二氧化硅颗粒与平均粒度为75-200nm(优选为75-185nm;更优选为75-125nm;更优选为90-110nm;最优选为95-105nm)的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;所述化学机械抛光浆液含有1-25重量%(优选为1-15重量%;更优选为1-10重量%;最优选为3-5重量%)的第一组胶体二氧化硅颗粒。
优选地,在本发明方法中使用的化学机械抛光浆液含有0.0001-1重量%的杀生物剂。更优选地,在本发明方法中使用的化学机械抛光浆液含有0.001-0.01重量%(最优选为0.004-0.006重量%)的杀生物剂。优选地,所述杀生物剂是过氧化氢。
在本发明方法中使用的化学机械抛光浆液含有0-5重量%的非离子型消泡剂。优选地,在本发明方法中使用的化学机械抛光浆液含有0.1-2.0重量%(更优选为0.2-1.5重量%;最优选为0.45-1.05重量%)的非离子型消泡剂。优选地,所述非离子型消泡剂是非离子型基于硅的消泡剂。更优选地,所述非离子型消泡剂是非离子型基于聚二甲基硅氧烷的消泡剂(如购自染化株式会社(Senka Corporation)的HS-06硅酮基消泡剂)。
优选地,本发明的化学机械抛光法中使用的化学机械抛光浆液中包含的水是去离子水和蒸馏水中的至少一种,以限制附带的杂质。
在本发明方法中使用的化学机械抛光浆液,在pH为大于8至12的范围内有效。优选地,所述化学机械抛光浆液在pH为8.5-10.5的范围内有效。适用于调节所述化学机械抛光浆液的pH值的酸包括例如:硝酸、硫酸和盐酸。适用于调节所述化学机械抛光浆液的pH值的碱包括例如:氢氧化铵和氢氧化钾。
优选地,用于本发明方法的化学机械抛光浆液,在本文实施例所述的抛光条件下具有的蓝宝石去除速率为≥/小时(优选为≥/小时;更优选为≥/小时;最优选为≥/小时)。
现在将在以下实施例中详细描述本发明的一些实施方式。
实施例
化学机械抛光浆液制剂
测试的化学机械抛光浆液制剂(CMPS)如表1所述。化学机械抛光浆液C1-C26是比较制剂,其不包括在要求保护的本发明的范围之内。
表1
购自纳尔科公司(Nalco Company)的平均粒度为4nm的Nalco 1115胶体二氧化硅。
χ购自染化株式会社的HS-06硅酮基(聚二甲基硅氧烷乳液)非离子型消泡剂。
通过添加NaOH将浆液的pH调节至报道的值。
购自纳尔科公司的平均粒度为20nm的Nalco 1050胶体二氧化硅。
购自纳尔科公司的平均粒度为55nm的Nalco 15582胶体二氧化硅。
Я购自纳尔科公司的平均粒度为100nm的Nalco 2329+胶体二氧化硅。
购自纳尔科公司的平均粒度为125nm的Nalco TX15508胶体二氧化硅。
购自纳尔科公司的平均粒度为15nm的Nalco 1142胶体二氧化硅。
AE购自纳尔科公司的平均粒度为45nm的Nalco DUSZ-004胶体二氧化硅。
购自纳尔科公司的平均粒度为180nm的Nalco TX15502胶体二氧化硅。
购自纳尔科公司的平均粒度为80nm的Nalco 2329K胶体二氧化硅。
抛光测试
表1中所述的化学机械抛光浆液(CMCS)用Buehler 300研磨-抛光/动力头以5英寸的单头和12英寸的台板尺寸进行测试,使用具有2.5mm宽,15.75mm节距,0.8mm深的X-Y凹槽图案的SubaTM600抛光垫(购自罗门哈斯电子材料CMP有限公司(Rohm and Haas ElectronicMaterials CMP Inc.));在34.3kPa向下力下,化学机械抛光浆液流速为400毫升/分钟,台板转速为120rpm,支架转速为120rpm。购自单晶公司(Monocrystal)的蓝宝石晶片(4"C-平面)一开始用金刚石将单侧磨光至平均表面粗糙度为5nm,随后在所示的条件下抛光。用尼龙刷手动调整抛光垫。用表1中确定的CMCS(C1-C26和1-12)的蓝宝石去除速率的结果在表2中列出(分别为PC1-PC26和P1-P12)。表2中报道的蓝宝石去除速率通过比较抛光前后晶片的重量并转换为表面去除速率来确定。将抛光的晶片在去离子水中超声30秒并在称重前用氮气吹干。
表2

Claims (10)

1.一种抛光蓝宝石基材的方法,其包括:
提供具有暴露的蓝宝石表面的基材;
提供pH为大于8且不超过12的化学机械抛光浆液,其中该化学机械抛光浆液含有以下成分作为初始组分:
胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm;第二粒度最大为75-200nm;
任选的杀生物剂;
任选的非离子型消泡剂;以及
任选的pH调节剂;
提供化学机械抛光垫;
在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触;以及
在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近,将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上;
其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除,且所述化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺抛光垫。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学机械抛光浆液含有5-40重量%的胶体二氧化硅磨料。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述胶体二氧化硅磨料是平均粒度为2-25nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为75-185nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%的第一组胶体二氧化硅颗粒。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为10-25nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为90-110nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.2-1.5重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学机械抛光浆液的pH为9-10;该化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为10-21nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学机械抛光浆液的pH为9-10;该化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为14-16nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学机械抛光浆液的pH为9-10;该化学机械抛光浆液由胶体二氧化硅磨料、杀生物剂、非离子型消泡剂、和任选的pH调节剂组成;该化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为10-21nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学机械抛光浆液的pH为9-10;该化学机械抛光浆液由胶体二氧化硅磨料、杀生物剂、非离子型消泡剂、和任选的pH调节剂组成;该化学机械抛光浆液含有10-30重量%的胶体二氧化硅磨料;该胶体二氧化硅磨料是平均粒度为14-16nm的第一组胶体二氧化硅颗粒和平均粒度为95-105nm的第二组胶体二氧化硅颗粒的混合物;该胶体二氧化硅磨料含有1-25重量%第一组胶体二氧化硅颗粒;所述化学机械抛光浆液含有0.45-1.05重量%的非离子型消泡剂,该非离子型消泡剂是基于硅的消泡剂;该化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率:台板转速120转/分钟,支架转速120转/分钟,化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟,在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力,所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺垫。
10.一种用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光浆液,该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分:
胶体二氧化硅磨料,其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷,且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布,第一粒度最大为2-25nm;第二粒度最大为75-200nm;
非离子型基于聚二甲基硅氧烷的消泡剂;
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