DE602004005174T2

DE602004005174T2 - Verfahren zum bearbeiten von keramik und einkristallen

Info

Publication number: DE602004005174T2
Application number: DE602004005174T
Authority: DE
Inventors: Ronald W. Leicester LACONTO; Douglas E. Santa Ana WARD
Original assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: DK1618163T3; US20040226917A1; JP5486473B2; TWI277646B; RU2005132523A; EP1618163B1; JP2011062815A; DE602004005174D1; ES2284034T3; CN100352881C; TW200424303A; AU2004235288B2; AU2004235288A1; KR20060011972A; MY137316A; CA2521517C; WO2004096941A1; CN1777662A; HK1091855A1; JP2006524583A

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das maschinelle Bearbeiten von keramischen oder Einkristall-Trägern und im Besonderen das Polieren von Trägern.
Beschreibung des Standes der Technik
Das maschinelle Bearbeiten und insbesondere das Polieren von Trägern ist bei der Ausbildung verschiedener Vorrichtungen, einschließlich mikroelektronischer Vorrichtungen, weit verbreitet. Bei der Bearbeitung von Wafern zur Bildung von integrierten Schaltungsvorrichtungen werden die Wafer beispielsweise einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterworfen, um Schichten abzutragen und den Wafer planar zu machen. Im Bereich der Herstellung von magnetoresistiven Schreib/Leseköpfen (MR-Head) werden Substrate aus Aluminiumlegierung unter Ausbildung von so genannten Jigs poliert und die Luftpolsterflächen der Schreib/Leseköpfe von Festplatten (HDD) poliert und planar gemacht.
Beim maschinellen Bearbeiten werden für Läppvorgänge und für Schleifvorgänge in der Regel Schleifmittelaufschlämmungen verwendet. Mit Läppen werden im Allgemeinen Verfahren bezeichnet, in denen verhältnismäßig große Schleifpartikel (z. B. 2–10 μm) verwendet werden und die mit hohen Materialentfernungsraten verbunden sind. Beim Polieren hingegen werden im Allgemeinen kleinere Schleifpartikel verwendet, verhältnismäßig geringe Materialentfernungsraten und ein überlegenes Oberflächenfinish erzielt. In der Regel ist eine der Aufgaben eines Schleifvorgangs die Bereitstellung einer planaren Fläche mit einer verhältnismäßig geringen Oberflächenrauheit, ohne Defekte, wie Kratzer, "Orangenhaut" und "Abziehen" von Material entlang der freiliegenden Oberfläche des Trägers. Darüber hinaus ist es bei Trägern mit mehreren zu polierenden Materialphasen (z. B. einem harten keramischen Teil und einer weichen leitfähigen Schicht, wie dies bei Festplattenköpfen der Fall ist) auch wichtig, einen Poliervorgang zu entwerfen, der eine gleichbleibende Materialentfernungsrate bei verschiedenen Materialien aufweist, um so ein selektives Polieren der weichen Materialien des Trägers zu verhindern.
DE 10147897 offenbart ein Verfahren zum galvanischen Aufbringen von Kontaktschichten auf elektrokeramische Komponenten. Die chemische und mechanische Behandlung der zu galvanisierenden Bereiche eines elektrokeramischen Bauelements basiert auf der Verwendung eines chemischen Bads, das aus einer wässrigen Phosphorsäurelösung besteht, die Schleifmittel, wie SiC oder Korund, umfasst, welche auf die elektrokeramischen Komponenten einwirken. Diese mechanische und chemische Behandlung verbessert das Anhaften der Kontaktschichten an den zu galvanisierenden Bereichen.
In der Bemühung die Poliergeschwindigkeiten zu erhöhen, die Materialentfernungsselektivität zu verringern und Fehler zu reduzieren, hat sich die Poliertechnik dahingehend entwickelt, das mechanische Abtragen (d. h. Schleifen) von Trägermaterial mit einem chemischen Reaktionsverfahren zu kombinieren. Derartige Verfahren werden, wie vorstehend angeführt, in der Industrie als chemisch-mechanisches Polieren, CMP, bezeichnet. Die Entwicklung von CMP-Verfahren und Aufschlämmungen, die derartige chemische und mechanische Komponenten enthalten, wurde in bestimmten Bereichen, wie der Halbleiterverarbeitung, intensiv betrieben. Im Fachbereich besteht jedoch weiterhin ein Bedarf an verbesserten Verfahren für maschinelle Bearbeitungsvor gänge und an Aufschlämmungen für die Durchführung derartiger Vorgänge und insbesondere an Aufschlämmungen und Vorgängen für das Polieren von aluminiumhaltigen Keramiken, wie Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Verbundstoffen, nicht-oxidischen Keramiken, enthaltend Aluminium, und dergleichen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten eines keramischen Trägers, enthaltend Aluminium, oder eines Einkristall-Aluminiumoxid-Trägers bereitgestellt. Zunächst wird eine Aufschlämmung zwischen dem Träger und einem Maschinenwerkzeug bereitgestellt und der Träger wird relativ zum Maschinenwerkzeug bewegt. Die Aufschlämmung enthält ein Schleifmittel und ein Zusatzmittel, enthaltend eine Phosphorverbindung. Das Schleifmittel kann ein Aluminiumoxid-Schleifmittel enthalten.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten eines keramischen Trägers, enthaltend Aluminium, bereitgestellt, wobei eine Aufschlämmung bereitgestellt wird, die ein Schleifmittel und ein Zusatzmittel, enthaltend eine Phosphorverbindung, enthält, der Träger mit einem Maschinenwerkzeug derart in Kontakt gebracht wird, dass die Aufschlämmung zwischen dem Maschinenwerkzeug und dem Träger bereitgestellt wird, und zumindest einer der beiden, die Träger oder das Maschinenwerkzeug, so bewegt wird, dass der Träger relativ zu dem Maschinenwerkzeug mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als etwa 2,0 Meter/Sekunde bewegt wird.
Eine weitere Ausführungsform verlangt eine Polieraufschlämmung, enthaltend: ein flüssiges Medium; ein Schleifmittel, das in dem flüssigen Medium disper giert ist und ein Zusatzmittel, enthaltend eine Phosphorverbindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen lässt sich die vorliegende Erfindung besser verstehen und ihre verschiedenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann verständlicher.
1 ist eine schematische Darstellung einer Polierstruktur, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 stellt die Wirkung der Poliergeschwindigkeit auf die Materialentfernungsrate anhand verschiedener Beispiele dar.
3 stellt die Wirkung des pH-Werts auf die Materialentfernungsrate anhand verschiedener Beispiele dar.
4 stellt die Wirkung eines Zusatzmittels auf Phosphatbasis in einer Aluminiumoxid-Aufschlämmung auf die Materialentfernungsrate anhand verschiedener Beispiele dar.
5 stellt die Wirkung der Konzentration eines bestimmten Phosphatzusatzmittels auf die Materialentfernungsrate dar.
Die Verwendung derselben Bezugssymbole in verschiedenen Zeichnungen gibt ähnliche oder identische Teile an.
GENAUE BESCHREIBUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten eines keramischen Trägers bereitgestellt. Der keramische Träger enthält das Element Aluminium und umfasst Aluminiumoxid und nicht-oxidische Keramikmaterialien. Gemäß dem Verfahren wird eine Aufschlämmung zwischen dem Träger und einem Maschinenwerkzeug bereitgestellt und der Träger wird relativ zum Maschinenwerkzeug bewegt, um den maschinellen Bearbeitungsvorgang durchzuführen. Gemäß einem besonderen Merkmal dieser Ausführungsform enthält die Aufschlämmung ein Aluminiumoxid-Schleifmittel und ein Zusatzmittel, enthaltend eine Phosphorverbindung.
Die Aufschlämmung fällt allgemein in die Kategorie der Aufschlämmungen für das chemisch-mechanische Polieren (CMP). Tatsächlich stellt das Aluminiumoxid-Schleifmittel die mechanische Komponente dar und die Phosphorverbindung ist die chemisch aktive Verbindung zur Unterstützung des maschinellen Bearbeitungsvorgangs, wie des Polierens.
Was das Aluminiumoxid-Schleifmittel betrifft, kann die mittlere Partikelgröße im Bereich von etwa 0,05 μm bis etwa 1,5 μm liegen. In der Regel liegt die mittlere Partikelgröße in einem etwas engeren Bereich, wie einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 1,0 μm, wie 0,10 bis etwa 0,50 μm. Die Angabe einer mittleren Partikelgröße von unter 1,0 μm bezeichnet im Allgemeinen einen Poliervorgang, bei dem durch Ausführen des maschinellen Bearbeitungsvorgangs mit verhältnismäßig geringen Materialentfernungsraten ein glattes Oberflächenfinish erreicht wird. Bei einer mittleren Partikelgröße von mehr als etwa 1 μm, wie in der Größenordnung von 2 bis 5 μm, wird der maschinelle Bearbeitungsvorgang in der Regel als Läppvorgang bezeichnet.
Wie vorstehend angegeben, enthält der keramische Träger im Allgemeinen das Element Aluminium. Die jeweilige Zusammensetzung des Trägers kann variieren und Zusammensetzungen aus Aluminiumoxid (Tonerde) oder aluminiumoxidhaltige Zusammensetzung umfassen. Der artige Zusammensetzungen enthalten mindestens eine weitere Komponente und zu Beispielen für derartige Komponenten gehören Yttriumoxid-Aluminat, Alumosilkat, Aluminiumoxid-Titancarbid (AlTiC), Aluminiumoxynitrid (AlON) und aluminiumhaltige Granate und Spinelle. Der Träger kann polykristallin oder monokristallin sein. Im Falle von Aluminiumoxid wird das Einkristall-Material als Saphir bekannt. In diesem Zusammenhang kann der Saphir entlang einer der üblichen kristallografischen Ebenen des Materials, wie der c-Ebene, der a-Ebene oder der r-Ebene, maschinell bearbeitet (z. B. poliert) werden. Neben Materialien auf der Basis von Aluminiumoxid kann der keramische Träger aus einem nicht-oxidischen Material, enthaltend Aluminium, wie Aluminiumnitrid, gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Phosphorverbindung Sauerstoff, wobei der Sauerstoff an das Element Phosphor gebunden ist. Diese Materialklasse ist als Phosphorsauerstoffmaterialien bekannt. Die Phosphorsauerstoffverbindung enthält vorzugsweise Phosphor mit der Valenz 1, 3 oder 5 und in bestimmten Ausführungsformen wurde eine wirksame maschinelle Bearbeitung unter Verwendung einer Phosphorsauerstoffverbindung durchgeführt, bei der der Phosphor die Valenz 5 hat.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Phosphor neben Sauerstoff auch an Kohlenstoff gebunden sein, wobei im Allgemeinen organische Phosphorverbindungen gebildet werden, die als Phosphonate bekannt sind. Zu anderen Gruppen von Phosphorverbindungen gehören Phosphate, Pyrophosphate, Hyrophosphate, Subphosphate, Phosphite, Pyrophosphate, Hypophosphite und Phosphoniumverbindungen. Zu bestimmten Spezies der Phosphorverbindungen gehören Kaliumphosphat, Natriumhexametaphosphat, Hydroxyphosphonessigsäure (Belcor 575) und Aminotri(methylenphosphonsäure) (Mayoquest 1320).
In der Regel ist die Aufschlämmung, die die Schleifmittelkomponente und das Zusatzmittel, enthaltend die Phosphorverbindung, enthält wässrig, d. h. auf Wasserbasis. Die Aufschlämmung kann einen pH-Wert von mehr als etwa 8, wie von mehr als etwa 8,5, aufweisen. Der pH kann bis zu einem Wert von etwa 11 reichen. Ein geeigneter Bereich kann jedoch innerhalb eines etwas engeren Bereichs, wie etwa 9 bis etwa 9,5, liegen.
1 ist eine schematische Darstellung der grundlegenden Struktur einer Poliervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Maschinenwerkzeug, das in diesem Fall durch eine Polierauflage 10 und eine Platte umfasst, die die Polierauflage trägt. Die Platte und die Polierauflage haben im Wesentlichen denselben Durchmesser. Die Platte ist um eine Mittelachse in einer durch den Pfeil dargestellten Drehrichtung rotierbar. Eine Schablone 12 weist mehrere runde Vertiefungen auf, die jeweils Träger 14 aufnehmen, wobei die Träger 14 zwischen der Polierauflage 10 und der Schablone 12 angeordnet sind. Die Schablone 12, in der die Träger 14 aufgenommen sind, rotiert um ihre Mittelachse. r_p stellt den Radius vom Rotationsmittelpunkt der Polierauflage zum Mittelpunkt der Schablone 12 dar, wohingegen r_t den Radius von einem Träger zum Rotationsmittelpunkt der Schablone darstellt. Die Konfiguration der Vorrichtung 1 ist eine häufig verwendete Konfiguration für Poliervorgänge, es können aber auch andere Konfigurationen verwendet werden. In diesem speziellen Fall wird die Nettogeschwindigkeit oder -drehzahl der Träger relativ zur Polierauflage anhand der folgenden Gleichung ermittelt. Genauer gesagt, lautet die all gemeine Formel für die Geschwindigkeit der rotierenden Platte und Schablone: (2·π·r (Zoll) × Umdr./min)/60 × 39,37 = V(Meter/Sekunde), was ergibt: ((2·π·rp·Umdr./min)/60 × 39,37) + ((2·π·rc·Umdr./min)/60 × 39,37) = V
Die Berechnungen wurden durchgeführt, um die Rotationsgeschwindigkeit von sowohl der Einheit Platte/Polierauflage als auch der Schablone 12 zu ermitteln. Als Näherung der linearen Geschwindigkeit (netto) des Trägers 14 relativ zu der Platteneinheit wurde die Hälfte der Geschwindigkeit der Schablone 14 zur Geschwindigkeit der Platteneinheit addiert. Diese resultierende Nettogeschwindigkeit stellt eigentlich einen Durchschnitt der Geschwindigkeit der Träger dar, die während eines Polierzyklus relativ zu der Platte auftritt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die tatsächliche Geschwindigkeit der Träger entsprechend der Rotationsposition der Träger variiert. In der Position 9 Uhr tritt am Träger unter der Annahme, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Platte gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Schablone ist, beispielsweise eine Momentgeschwindigkeit von Null auf. In der Position 3 Uhr wiederum tritt die Höchstgeschwindigkeit auf. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Geschwindigkeit des Trägers relativ zur Platteneinheit (netto) nicht weniger als etwa 2,0 m/s. In anderen Ausführungsformen wurden höhere Geschwindigkeit verwendet, wie nicht weniger als etwa 2,3 m/s, nicht weniger als etwa 2,5 m/s und nicht weniger als etwa 3,0 m/s. Die tatsächliche relative Geschwindigkeit des Trägers wird derart gewählt, dass die vorteilhaften Effekte der Zugabe des Zusatzmittels, enthaltend die phosphorhaltige Verbindung, zur Aufschlämmung maximiert werden. In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, dass die chemischen und mechanischen Poliermechanismen, die aus der Aufschlämmung, enthaltend ein Phosphorzusatzmittel, auf den Träger einwirken, bei bestimmten Mindestgeschwindigkeiten im Vergleich zu Aufschlämmungen ohne ein solches Zusatzmittel überlegene Ergebnisse zeigten.
Was wiederum die Aufschlämmung betrifft, kann ein Phosphorzusatzmittel in einer Konzentration von etwa 0,05 bis etwa 5 Gew.-%, wie etwa 0,10 bis 3,0 Gew.-%, in der Aufschlämmung vorhanden sein. Bestimmte Ausführungsformen verwenden eine Konzentration in einem etwas engeren Bereich, wie in der Größenordnung von 0,10 bis 1,0 Gew.-%. In diesem Zusammenhang beziehen sich die vorstehend genannten Prozentangaben auf die Verbindung auf Phosphorbasis relativ zum Gesamtgewichtsprozentsatz der Aufschlämmung. In diesem Zusammenhang ist es üblich, dass eine derartige Verbindung in verdünnter Form bereitgestellt wird, wie als 10%ige Lösung. Der vorstehend genannte Gewichtsprozentbereich bezieht sich auf die Phosphorverbindung(en) und nicht auf den Gesamtgewichtsprozentsatz des Zusatzmittels, üblicherweise in verdünnter Form. Ferner kann das Einbringen von Feststoffen in die Aufschlämmung in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung und Vorrichtung, die maschinellen Bearbeitungsvorgängen ausgesetzt ist, variieren. Die Feststoffe können beispielsweise in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 30 Gew.-%, wie 2 bis etwa 20 Gew.-%, eingebracht werden. In bestimmten Ausführungsformen werden Feststoffe in einem engeren Bereich, wie etwa 2 bis etwa 10 Gew.-%, eingebracht.
Es hat sich herausgestellt, dass die Materialentfernungsrate (MER) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wesentlich besser ist als mit Aufschlämmungen ohne Zusatzmittel auf Phosphorbasis. Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein Verhältnis MER_Zus/MER_Kon nicht weniger als 1,2. In diesem Zu sammenhang ist MER_Zus die Materialentfernungsrate beim Polieren des Trägers mit einer Aufschlämmung, umfassend ein Schleifmittel und das Zusatzmittel, enthaltend die Phosphorverbindung, wohingegen MER_Kon die Materialentfernungsrate unter identischen Verfahrensbedingungen mit einer Kontrollaufschlämmung ist, wobei die Kontrollaufschlämmung im Wesentlichen mit der vorstehend genannten Aufschlämmung identisch ist, jedoch kein Zusatzmittel, enthaltend die Phosphorverbindung, enthält. Bestimmte Ausführungsformen zeigen noch überlegenere Verhältnisse der Materialentfernungsrate, wie nicht weniger als etwa 1,5 oder sogar nicht weniger als etwa 1,8. Gewisse Beispiele zeigten ein MER-Verhältnis von mehr als etwa zwei, was die doppelte Entfernungsrate im Vergleich zu einer Aufschlämmung, die nur ein Aluminiumoxid-Schleifmittel und kein Zusatzmittel mit Phosphorverbindung enthält.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten eines Trägers, enthaltend Aluminium, bereitgestellt, wobei eine Aufschlämmung, die ein Schleifmittel und ein Zusatzmittel enthält, zwischen dem Träger und einem Maschinenwerkzeug bereitgestellt wird, wobei mindestens einer der Träger in dem Maschinenwerkzeug so bewegt wird, dass der Träger relativ zu dem Maschinenwerkzeug mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als etwa 2,0 m/s bewegt wird. Wie vorstehend enthält das Zusatzmittel eine Phosphorverbindung. Der Träger kann unbeweglich sein und das Maschinenwerkzeug bewegt werden oder die Maschine kann fixiert bleiben und der Träger bewegt werden oder es kann sowohl das Maschinenwerkzeug als auch der Träger bewegt werden. In der Regel ist die Bewegung drehen, wie vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben.
Beispiel 1
Was spezifische Beispiele betrifft, wurden mehrere Aufschlämmungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Kontrollaufschlämmungen hergestellt und unter Verwendung der in 1 dargestellten Poliervorrichtung 1 geprüft. Die Prüfung wurde mit einer einseitigen Poliervorrichtung, wie dargestellt, ausgeführt, die mit einer Polierauflage Suba H2 von Rodel ausgestattet war. Der Polierdruck betrug 9 psi.
Zunächst wurde eine Aufschlämmung mit 3 Gew.-% einer Lösung des Phosphatzusatzmittels in einer wässrigen Lösung, in die 6 Gew.-% Aluminiumoxid-Partikel eingebracht waren, bereitgestellt. In diesem Zusammenhang war die 3 Gew.-% Zusatzmittellösung eine 10%ige Phosphatlösung, sodass das Phosphatzusatzmittel zu 0,3 Gew.-% in die Aufschlämmung eingebracht wurde. Das fragliche Phosphatzusatzmittel war Hydroxyphosphonsäure, im Handel erhältlich als Belcor^TM 575. Dieses Material wird auch als HPA bezeichnet. Bei den verwendeten fraglichen Aluminiumoxid-Partikeln handelt es sich um ein im Handel erhältliches Pulver von Saint Gobain Corporation mit der Bezeichnung 9240.2mic. Das Pulver, das die Schleifmittelkomponente bildete, hatte eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,2 μm und wurde mit einem Feststoffgehalt von 6 Gew.-% in die Aufschlämmung eingebracht. Die Aufschlämmung hatte einen pH-Wert von etwa 10,2.
Es wurde eine zweite Aufschlämmung hergestellt, die identisch mit der ersten war, jedoch kein Phosphatzusatzmittel enthielt. Die Aufschlämmungen wurden zum Polieren eines Aluminiumoxidträgers, genauer gesagt eines Saphirträgers, auf der c-Ebene verwendet. Es wurden mehrere Proben mit verschiedenen Geschwindigkeiten poliert, ermittelt, wie vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben. Die Werte wurden bei den Geschwindigkeiten 1,18, 2,30, 3,39 und 4,44 m/s ermittelt. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 1 und 2 hervor.
TABELLE 1
2 und Tabelle 1 fassen die Daten der Poliergeschwindigkeit (netto) des Trägers relativ zu der Platteneinheit in Abhängigkeit von der Materialentfernungsrate (MER) zusammen. Wie die Daten in dieser speziellen Ausführungsform veranschaulichen, wurde gezeigt, dass die Probe, enthaltend das Zusatzmittel auf Phosphatbasis, bei einer Nettogeschwindigkeit von mehr als 3,4 eindeutig überlegene Materialentfernungseigenschaften zeigte.
Beispiel 2
Aufschlämmungen wurden auf im Wesentlichen dieselbe Weise wie in Verbindung mit Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der pH-Wert durch die Zugabe von KOH verändert wurde. Es wurde in diesem Zusammenhang festgestellt, dass der übliche pH-Wert nach Zugabe des Schleifmittels mit Aluminiumoxid-Partikeln 10,2 betrug und dass KOH zur Modifizierung (Senkung) des pH-Werts für die Prüfung verwendet wurde. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 2 und 3 hervor.
TABELLE 2 AUFSCHLÄMMUNG
Wie dargestellt, wurden mit steigendem pH überlegene Ergebnisse erzielt. Hinsichtlich der Aluminiumoxid/Phosphat-Aufschlämmungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der pH-Wert vorzugsweise größer als etwa 8, wie größer als etwa 8,5.
Beispiel 3
Als Nächstes wurden Aufschlämmungen auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und zum Polieren verschiedener Träger verwendet, einschließlich der a-Ebene, r-Ebene und c-Ebene eines Saphirs sowie Aluminiumnitrid (AlN) und Aluminiumoxynitrid (AlON). Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 3 und 4 hervor. Wie dargestellt, konnten die Poliervorgänge aller geprüften aluminiumhaltigen Keramikmaterialien durch die Verwendung des Phosphorzusatzmittels wirksam verbessert werden.
TABELLE 3
Beispiel 4
Als Nächstes wurden Aufschlämmungen auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und die Konzentration von HPA verändert, um die Wirkung verschiedener Anteile des Zusatzmittels auf Phosphorbasis zu untersuchen. Die verschiedenen Aufschlämmungen wurden anhand der Materialentfernung auf der c-Ebene eines Saphirs beurteilt. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus 5 und Tabelle 4 hervor. Wie oben steht MER für die Materialentfernungsrate in Mikron/Stunde. WER steht für die Gewichtsentfernung in Gramm/Stunde. Wie dargestellt, erhöhte sich die MER von 0,03 Gew.-% Lösung mit Zusatzmittel (0,003 Gew.-% Zusatzmittel HPA) bis 3,0 Gew.-% Lösung mit Zusatzmittel (0,3 Gew.-% Zusatzmittel HPA) und verringerte sich etwas bei höheren HPA-Konzentrationen.
TABELLE 4
Beispiel 5
Mehrere Aufschlämmungen, enthaltend verschiedene Phosphorverbindungen, wurden hergestellt und mit der c-Ebene eines Saphirs geprüft. Das Zusatzmittel HPA wurde, wie oben, mit einer Eintragkonzentration von 3000 ppm (0,3 Gew.-% HPA, 3,0 Gew.-% einer 10%igen Lösung) bereitgestellt. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 5 hervor und geben die MER in Mikron/h an. TABELLE 5
Belcor 575 ist Hydroxyphosphonessigsäure. Dequest 2010 ist Hydroxyethylidindiphosphonsäure. Mayoquest 1320 ist Aminotrimethylenphosphonsäure. Mayoquest 1635 ist Hexakaliumhexamethylendiamintetra(methylenphosphonsäure). Mayoquest 2100 ist 2-Phosphonbutan-1,2,4-tricarbonsäure. SHMP ist Natriumhexametaphosphat.
Rhodafac BP-769 ist ein Phosphatsäureester von ethoxyliertem Phenol. Aufschlämmungen mit Belcor 575 (Hydroxyphosphonessigsäure) und Mayoquest 1320 (Aminotrimethylenphosphonsäure) zeigen die besten Ergebnisse, obwohl viele der Aufschlämmungen im Vergleich zu nur Aluminiumoxid überlegene Entfernungseigenschaften zeigten.
Vorstehend standen zwar verschiedene Ausführungsformen im Mittelpunkt, einschließlich Ausführungsformen auf der Grundlage von Polieraufschlämmungen auf Aluminiumoxidbasis, es können jedoch auch andere Schleifmaterialien mit hervorragenden Ergebnissen verwendet werden, wie Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumcarbid, Borcarbid, Diamant und andere. Tatsächliche zeigten Aufschlämmungen auf Zirkoniumdioxidbasis, enthaltend eine Verbindung auf Phosphorbasis, besonders gute Poliereigenschaften, nämlich um 30–50 % bessere Materialentfernungsraten auf Aluminiumoxidträgern im Vergleich zu nur Siliziumdioxid.

Claims

Verfahren zum maschinellen Bearbeiten eines keramischen Trägers, enthaltend Aluminium oder eines Einkristall-Aluminiumoxid-Trägers, umfassend: Bereitstellen einer Aufschlämmung zwischen einem Träger und einem Maschinenwerkzeug, wobei die Aufschlämmung Schleifmittel und ein Zusatzmittel, enthaltend eine Phorphorverbindung enthält, und Bewegen des Trägers relativ zu dem Maschinenwerkzeug.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger poliert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Schleifmittel Aluminiumoxid enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Aluminiumoxid eine mittlere Partikelgöße in einem Bereich von etwa 0,05 μm bis etwa 1,5 μm aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von etwa 0,10 μm bis etwa 1,0 μm liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die mittlere Partikelgröße in einem Bereich von etwa 0,10 μm bis etwa 0,5 μm liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Schleifmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumcarbid, Borcarbid, und Diamant.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Schleifmittel Zirkoniumdioxid enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger Aluminiumoxid enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Träger Einkristall-Aluminiumoxid enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Träger eine Zusammenstzung, enthaltend Aluminiumoxid und zumindest eine weitere Komponente enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Zusammensetzung eine Zusammensetzung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid-Aluminat, Alumosilikat, Aluminiumoxid-Titancarbid, Aluminiumoxynitrid, Granat und Spinell umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger eine nicht-oxidische Keramik, enthaltend Aluminium enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die nicht-oxidische Keramik ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminumnitrid.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Zusatzmittel eine Sauerstoffverbindung des Phosphors enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Phosphor der Sauerstoffverbindung des Phosphors in der Valenz eins, drei oder fünf vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Phosphor in der Valenz 5 vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Zusatzmittel eine phosphororganische Verbindung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Zusatzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phosphaten, Pyrophosphaten, Hypodiphosphaten, Phosphonaten, Subphosphaten (Hypophosphaten), Phosphiten, Pyrophosphiten, Hypophosphiten, Phosphinaten, Phosphoniumverbindungen und deren Ester.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Zusatzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend Kaliumphosphat, Natrium-Hexametaphosphat (NaHMP), Hydroxy-phosphonoessigsäure, Amino-trimethylenphosphonsäure, Hexakalium-hexamethylen-diamin-tetra(methylenphosphonsäure), 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure, Phosphatester von ethoxyliertem Phenol, Hydroxy-ethylidin-diphosphonsäure und Phosphonsäure.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung wäßrig ist.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die Aufschlämmung einen pH-Wert von nicht weniger als ungefähr 8 hat.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wherein wobei die Aufschlämmung einen pH-Wert von nicht weniger als ungefähr 8,5 hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Maschinenwerkzeug eine Polierauflage auf einer Platte umfasst, und der Träger, durch in Kontakt bringen des Maschinenwerkzeuges mit dem Träger und Bewegen des Trägers relativ zu dem Maschinenwerkzeug, maschinell bearbeitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die Platte relativ zum Träger mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 2,0 m/s rotiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei die Geschwindigkeit nicht weniger als 2,5 m/s beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Phosphorverbindung in der Aufschlämmung in einem Konzentrationsbereich von etwa 0,05 bis etwa 5,0 Gew. bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die Konzentration in einem Bereich von etwa 0,10 bis etwa 3,0 Gew. % liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die Konzentration in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 1,0 Gew. % liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger so bearbeitet wird, daß das Verhältnis MER_Zus/MER_Kon nicht weniger als 1,2 ist; MER_Zus die Materialentfernungsrate beim Polieren des Trägers mit der Aufschlämmung, die das Schleifmittel und das Zusatzmittel enthält, ist und MER_Kon eine Materialentfernungsrate unter identischen Verfahrensbedingungen, mit einer Kontrollaufschlämmung ohne das Zusatzmittel, ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zumindest einer der beiden, der Träger oder das Maschinenwerkzeug so bewegt wird, daß der Träger relativ zu dem Maschinenwerkzeug mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 2,0 m/s bewegt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei das Maschinenwerkzeug eine Polierauflage auf einer Platte umfasst, und zumindest eine der beiden, die Platte oder der Träger, relativ zueinander rotiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei beide, die Platte und der Träger rotiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei die Geschwindigkeit nicht weniger als 2,5 m/s beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei die Geschwindigkeit nicht weniger als 3,0 m/s beträgt.