KR102105844B1 - 사파이어 표면 폴리싱 방법 - Google Patents

사파이어 표면 폴리싱 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102105844B1
KR102105844B1 KR1020157007507A KR20157007507A KR102105844B1 KR 102105844 B1 KR102105844 B1 KR 102105844B1 KR 1020157007507 A KR1020157007507 A KR 1020157007507A KR 20157007507 A KR20157007507 A KR 20157007507A KR 102105844 B1 KR102105844 B1 KR 102105844B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
sapphire
colloidal silica
particle size
composition
Prior art date
Application number
KR1020157007507A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150065682A (ko
Inventor
킴 메리 롱
마이클 캠라트
Original Assignee
에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드 filed Critical 에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드
Publication of KR20150065682A publication Critical patent/KR20150065682A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102105844B1 publication Critical patent/KR102105844B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/04—Aqueous dispersions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

콜로이달 실리카를 포함하는 조성물들을 이용하여 사파이어 표면들을 폴리싱하는 방법들이 본원에 설명되며, 여기서 콜로이달 실리카는 폭넓은 입도 분포를 갖는다.

Description

사파이어 표면 폴리싱 방법 {METHODS OF POLISHING SAPPHIRE SURFACES}
관련 출원들에 대한 교차 참조
이는, 2012년 8월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 61/692,974호의 일반출원이며, 그의 내용들은 인용에 의해 본원에 전체가 포함된다.
본 발명은, 콜로이달 실리카를 포함하는 폴리싱 조성물들을 이용하여 사파이어 표면들을 폴리싱하는 조성물들, 키트들 및 방법들에 관한 것이며, 여기서 콜로이달 실리카는 폭넓은 입도 분포를 갖는다.
사파이어는 알루미나(Al2O3) 단결정(single-crystal) 재료들의 일반 용어이다. 사파이어는, 특히 적외선 및 마이크로파 시스템들을 위한 윈도우들, 자외선 내지 근적외선을 위한 광투과 윈도우들, 발광다이오드들, 루비 레이저들, 레이저 다이오드들, 마이크로 전자 집적 회로 적용분야들을 위한 서포트 재료들로서의 사용 및 초전도 화합물(superconducting compound)들 및 질화 갈륨(gallium nitride) 등의 성장을 위해 특히 유용한 재료이다. 사파이어는 훌륭한 화학 안정성, 광학 투과도 및 소망하는 기계적 특성들, 이를테면, 칩 저항성(chip resistance), 내구성(durability), 내스크래치성(scratch resistance), 내방사선성(radiation resistance), 갈륨 비소(gallium arsenide)의 열팽창 계수에 대한 양호한 매칭 및 상승된 온도에서의 굽힘 강도(flexural strength)를 갖는다.
사파이어 웨이퍼들은, 보편적으로, 다수의 결정축들(crystallographic axe), 이를테면 C-평면(0001 방위(orientation), 또한 0°평면 또는 기저면(basal plane)이라 함), A 평면(1120 방위, 또한 90°사파이어로서 지칭됨) 및 R-평면(1102 배향, C-평면으로부터 57.6°)을 따라 절단된다. 반도체, 마이크로파 및 압력 트랜스듀서 적용분야들에서 사용되는 사파이어상 실리콘(silicon-on-sapphire) 재료들에 특히 적합한 R-평면은, 전형적으로 광학 시스템들, 적외선 검출기(infrared detector)들, 발광 다이오드 적용분야들에 대한 질화 갈륨의 성장에 사용되는 C-평면 사파이어보다 폴리싱에 대해 더 내성이 있다.
사파이어 웨이퍼들의 폴리싱 및 절단은, 극도로 느리며 노동집약적인 프로세스일 수 있다. 종종, 어그레시브 연마재들, 이를테면 다이아몬드가 허용가능한 연마율(polishing rate)들을 성취하기 위해서 사용되어야 한다. 이러한 어그레시브 연마재 재료들은 심각한 하위 표면 및 표면 손상 및 웨이퍼 표면에 대한 오염을 부과할 수 있다. 전형적인 사파이어 폴리싱은, 폴리싱될 사파이어 웨이퍼의 표면에 연마재의 슬러리를 연속적으로 도포하는 단계, 그리고 웨이퍼의 표면을 가로질러 이동되며 통상적으로 약 5 내지 20 psi(pounds per square inch) 범위에 있는 일정한 다운포스에 의해 웨이퍼 표면에 맞닿아 유지되는 회전하는 폴리싱 패드에 의해 발생하는 연마재가 코팅된 표면을 동시에 폴리싱하는 단계를 포함한다. 폴리싱 패드들의 온도와 압력 하에서 사파이어 및 콜로이달 실리카의 상호작용은, 규산 알루미늄 탈수물(dehydrate) 종들의 형성을 위해 에너지 효율적인 화학 반응(즉, Al2O3 + 2SiO2 → Al2Si2O7ㆍ2H2O)을 유도한다. 이러한 다양한 수화물(hydrate)들 및 알루미늄 종들의 경도는, 기초를 이루는(underlying) 사파이어보다 낮은 것으로 가정되어, 기초를 이루는 표면들을 손상시키지 않으면서 콜로이달 실리카 슬러리들에 의해 용이하게 제거될 수 있는 가는 막(slight film)을 유발한다. 이전의 실례들은, 또한 알루미나 수화물 막 형성율 그리고 이에 따라 제거율을 증가시키기 위해서 폴리싱 온도들을 증가시키는 것에 집중하였다. 또한, 염기성(basic) 콜로이달 실리카 슬러리들에서 염 농도들을 증가시키는 것이 c 및 m 평면 사파이어 모두에 대해 제거율들을 증가시키는 것으로 나타나 있다. 마지막으로, 알루미늄 킬레이트제들, 이를테면 EDTA 유도체(derivative)들 및 에테르-알코올 계면활성제들을 추가하는 것은, 표면 알루미나 종들을 타이업하고 리프트 오프하며 더 깨끗한 웨이퍼 표면을 위해 슬러리 성분들을 현탁시킴으로써 폴리싱 성능을 향상시킨다.
그러나, 사파이어 폴리싱에서 이러한 개량예들 중 어느 것도, 폴리싱 성능을 완벽하게 해결하지 못하는데, 이는 왜냐하면 폴리싱 패드 특징들과 함께 입자 크기 및 분포의 영향에 관한 의견의 불일치 및 다른 연마재 재료들에 의해 획득가능한 연마율들이 통상적으로 느리기 때문이다. 이에 따라, 사파이어 표면들의 효율적인 폴리싱을 향상시키기 위한 조성물들, 키트들 및 방법들에 대한 요구가 계속 진행중이다.
본 발명은, 사파이어 표면을 폴리싱하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 회전하는 폴리싱 패드 및 폴리싱 조성물에 의해 사파이어 표면을 연마시키는 단계를 포함하며, 여기서 폴리싱 조성물은 효과적인 양의 콜로이달 실리카를 포함하며, 콜로이달 실리카는 폭넓은 입도 분포를 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 방법의 콜로이달 실리카는 폴리싱 조성물의 약 1 중량 % 내지 약 50 중량 %를 포함하며, 약 5 nm 내지 약 120 nm의 입도 분포를 갖는다. 일부 실시예들에서, 콜로이달 실리카의 입도의 표준 편차(σ) 대 콜로이달 실리카의 평균 입도(r)의 비율은, 적어도 약 0.3 내지 약 0.9이다. 일부 실시예들에서, 상기 콜로이달 실리카 조성물은 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 또는 50 nm의 평균 입도를 가질 수 있으며, 각각의 입자들 크기는 폴리싱 조성물에 사용된 콜로이달 실리카 입자들의 총 질량의 0.5 %, 1.0 %, 1.5 %, 2.0 %, 2.5 %, 3.0 %, 3.5 %, 4.0 %, 4.5 %, 5.0 %, 5.5 %, 6.0 %, 6.5 %, 7.0 %, 7.5 %, 8.0 %, 8.5 %, 9.0 %, 9.5 %, 10.0 %, 10.5 %, 11.0 %, 11.5 %, 12.0 %, 12.5 %, 13.0 %, 13.5 %, 14.0 %, 14.5 %, 15.0 %, 15.5 %, 16.0 %, 16.5 %, 17.0 %, 17.5 %, 18.0 %, 18.5 %, 19.0 %, 19.5 %, 20.0 %, 20.5 %, 21.0 %, 21.5 %, 22.0 %, 22.5 %, 23.0 %, 23.5 %, 24.0 %, 24.5 %, 또는 25.0 %이다.
일부 실시예들에서, 상기 폴리싱 조성물은, 알칼리 물질(alkaline substance), 무기(inorganic) 폴리싱 입자들, 수용성 알코올(water-soluble alcohol), 킬레이트제(chelating agent) 및 완충제(buffering agent)로 구성된 군으로부터 선택된 첨가 성분들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리싱 조성물의 pH는 약 6 내지 약 10.5이다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리싱 패드는 약 5 psi 내지 약 25 psi의 다운포스로 사파이어 표면에 적용되고, 약 40 rpm 내지 약 120 rpm의 속도로 회전된다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리싱 패드는 폴리우레탄 함침식 폴리에스테르 재료를 포함하며, 약 1 % 내지 약 40 %의 압축률을 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리싱 패드는 약 50 내지 약 60의 쇼어 D 경도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 사파이어 표면은 사파이어 C-평면 또는 사파이어 R-평면 표면이다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 방법에 사용된 콜로이달 실리카는, 하기 단계들을 포함하는 프로세스에 의해 제조될 수 있다: (a) 미리 정해진 최소 입도의 미리 형성된 실리카 졸 입자들을 포함하는 제 1 성분을 하나 이상의 교반되고 가열되는 반응기에 공급하는 단계; (b) 규산을 포함하며 새로운 실리카 입자 핵생성 속도보다 낮은 속도로 반응기에 공급되는 제 2 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계; (c) 알칼리성제를 포함하는 제 3 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계; 및 (d) 발생하는 콜로이달 실리카의 최소 입도가 제 1 성분의 입도에 의해 제어되며, 폭넓은 입도 분포가 제 1 성분 대 제 2 성분의 공급 속도들의 비율에 따름. 일부 실시예들에서, 상기 콜로이달 실리카는, 2 또는 그 초과의 콜로이달 실리카 조성물들을 혼합하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 조제되며, 상기 콜로이달 실리카 조성물들은, 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 또는 120 nm의 평균 입도를 갖는다.
본 발명은, 추가로 사파이어 표면 폴리싱용 키트에 관한 것이며, 이 키트는, (a) 약 10 nm 내지 약 120 nm의 입도 분포를 갖는 콜로이달 실리카를 포함하는 폴리싱 조성물; 및 (b) 약 5 % 내지 약 10 %의 압축률 및 약 50 내지 약 60의 쇼어 D 경도를 갖는 폴리에스테르가 함침된 폴리우레탄을 포함하는 폴리싱 패드를 포함한다.
도 1은 폴리싱 시스템의 예시이다.
도 2는 콜로이달 실리카 조성물들의 입도 분포의 그래프이다.
도 3은 본원에 설명된 콜로이달 실리카 조성물들(A) 조성물 1; B) 조성물 2; C) 조성물 3; D) 조성물 4; E) 조성물 5)의 TEM 이미지들을 도시한다.
도 4는 다양한 폴리싱 조성물들 및 폴리싱 패드들에 대한 사파이어 표면들로부터의 재료 제거율들의 그래프이다.
도 5는 폴리싱 시간의 함수로서 증분 재료 제거율들 및 마찰계수의 그래프이다.
도 6은 A) 폴리싱 이전에 C-평면 사파이어 웨이퍼 표면의 원자력 현미경(AFM; atomic force microscopy) 5 ㎛ × 5 ㎛ × 800 nm 표면 플롯; 및 B) 동일한 웨이퍼의 20 ㎛ × 20 ㎛ × 2000 nm 표면 플롯을 도시한다.
도 7은 폴리싱 이전에 C-평면 사파이어 웨이퍼 표면의 원자력 현미경 평면도 이미지를 도시한다.
도 8은 콜로이달 실리카 조성물 5에 의한 폴리싱 동안 C-평면 사파이어 웨이퍼 표면들의 AFM 표면 플롯들: (A) 20분, 25 ㎛ × 25 ㎛ × 2000 nm 표면 플롯; B) 120분, 25 ㎛ × 25 ㎛ × 2000 nm 표면 플롯; 및 C)을 120분, 1 ㎛ × 1 ㎛ × 50 nm 표면 플롯)을 도시한다.
도 9는 프로세스 A 조건들 하에서 조성물 2에 의한 폴리싱 이후에 C-평면 사파이어 웨이퍼 표면의 원자력 현미경 평면도 이미지를 도시한다.
도 10은 프로세스 D 조건들 하에서 조성물 2를 사용하여 180분 폴리싱한 후에 C-평면 사파이어 웨이퍼의 원자력 현미경 1 ㎛ × 1 ㎛ × 20 nm 표면 플롯을 도시한다.
도 11은 표면 전역의 변동성(variability)을 나타내는 도 10에 도시된 폴리싱된 웨이퍼의 횡단면도를 도시한다.
도 12는 프로세스 B 조건들 하에서 조성물 6을 사용하여 180분 폴리싱 후에 C-평면 웨이퍼의 원자력 현미경 1 ㎛ × 1 ㎛ × 20 nm 표면 플롯을 도시한다.
도 13은 표면 전역의 변동성(variability)을 나타내는 도 12에 도시된 폴리싱된 웨이퍼의 횡단면도를 도시한다.
도 14는 프로세스 F 조건들 하에서 조성물 2를 사용하여 180분 폴리싱한 후에 C-평면 웨이퍼의 원자력 현미경 1 ㎛ × 1 ㎛ × 20 nm 표면 플롯을 도시한다.
도 15는 표면 전역의 변동성을 나타내는 도 14에 도시된 폴리싱된 웨이퍼의 횡단면도를 도시한다.
도 16은 프로세스 F 조건들 하에서 조성물 6을 사용하여 180분 폴리싱한 후에 C-평면 웨이퍼의 원자력 현미경 1 ㎛ × 1 ㎛ × 20 nm 표면 플롯을 도시한다.
도 17은 표면 전역의 변동성을 나타내는 도 16에 도시된 폴리싱된 웨이퍼의 횡단면도를 도시한다.
도 18은 프로세스 D 조건들 하에서 조성물 6을 사용하여 180분 폴리싱한 후에 R-평면 웨이퍼의 원자력 현미경 1 ㎛ × 1 ㎛ × 20 nm 표면 플롯을 도시한다.
도 19는 표면 전역의 변동성을 나타내는 도 18에 도시된 폴리싱된 웨이퍼의 횡단면도를 도시한다.
본 발명은 상이한 폴리싱 패드들에 의해, 광범위하거나(broad) 다양한(multimodal) 입도 분포들을 갖는 콜로이달 실리카 조성물들 사이에서의 독특한 패드 입자 상호작용들의 발견에 관한 것이다. 이러한 상호작용들은 사파이어 표면들의 효과적이며 효율적인 폴리싱을 유발할 것이다. 광범위하며 잘 정의된(well-defined) 입도 분포들을 갖는 조성물들은, 증가된 재료 제거율들 및 동시에 발생하는 감소된 사파이어 기판의 표면 조도와 함께, 사파이어 표면들의 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization)를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 C-평면 또는 R-평면 웨이퍼들과 같은 사파이어 표면들의 폴리싱을 위한 조성물들, 키트들 및 방법들에 관한 것이다. 조성물들은 수성 매트릭스(aqueous matrix) 내에 콜로이달 실리카를 포함하며, 여기서 입도 분포는 광범위하지만 잘 정의되어 있으며, 약 5 nm 내지 약 120 nm 범위이다. 입도 분포는 입도 분포의 표준 편차(σ) 대 평균 입도(r)의 비율에 의해 특징지어질 수 있으며, 여기서 σ/r 값은 약 0.3 이상이다. 입자들의 분포는 정의된 비율들로 특정한 입도들을 혼합함으로써 또는 엔지니어드 연속 제조 프로세스에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명의 방법들은 좁은 입도 분포들을 갖는 종래의 연마재 슬러리들(abrasive slurries)에 의해 성취될 수 있는 제거율들보다 더 높은 폴리싱 사파이어 표면들을 위한 재료 제거율들을 제공할 수 있다. 발생하는 폴리싱된 사파이어 기판들은, 이것으로 제한하는 것은 아니지만 발광 다이오드(LED)들, 반도체들, 광학 레이저들 및 통신 디바이스들을 포함하는 다수의 적용분야들에 사용될 수 있다.
1. 정의
본원에 사용된 용어는, 단지 특별한 실시예들을 설명하기 위한 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서 및 첨부의 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 표현들은 문맥에서 명확하게 달리 표현되지 않는 한 복수의 언급을 포함한다.
절대 조건들 또는 대략적인 조건들로 부여된 임의의 범위들은 이 조건들 모두를 포함하는 것으로 의도되며, 본원에 사용된 임의의 정의들은 명확화하고자 하는 것이지 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 폭넓은 범주를 설명하는 수치 범위들 및 파라미터들이 근사치들일지라도, 구체적인 예시에서 설명되는 수치 값들은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은, 이들 각각의 테스트 측정들에서 알려진 표준 편차로부터 반드시 발생하는 소정의 에러들을 본질적으로 포함한다. 게다가, 본원에 개시된 모든 범위들은 본원에 포함된 임의의 그리고 모든 부분범위들(subranges)(모든 분수 값 및 모든 값을 포함함)을 포함하는 것으로 이해된다.
"아스커 C(Asker C)" 경도는 아스커 C 경도 테스터에 의해 측정되는 바와 같이 연질 고무 및 스폰지의 경도의 측정을 의미한다.
"콜로이달", "졸" 등을 포함하는 "콜로이달 실리카 조성물" 등과 같은 용어들은 분산상 및 연속상을 갖는 수성 이상계(aqueous two-phase system)를 지칭한다. 본 발명에 사용된 콜로이달 실리카 조성물들은 연속 또는 실질적으로 연속한 액상, 통상적으로 수용액에 분산되거나 현탁된(suspended) 고상(solid phase)을 갖는다. 이에 따라, 용어 "콜로이드" 또는 "실리카 졸"은 분산상 및 고상 모두를 포함하지만, "콜로이달 입자들", "콜로이달 실리카", "실리카 졸 입자들" 또는 "입자들"은 분산상 또는 고상을 지칭한다.
"재료 제거율" 또는 "MRR"은 시간 간격으로 나눈 제거된 재료의 양을 지칭한다. MRR은 부여된 기판에 대해 단위 시간당 질량(예컨대, mg/분) 또는 nm/분의 단위들로 보고될 수 있다. 예컨대, 사파이어의 밀도는 3.98 g/㎤이며, 이에 따라 0.001g 손실은 3인치(7.62 cm) 웨이퍼의 표면에 걸쳐 55.1 nm의 균일한 손실과 등가이다. 이에 따라, 재료 제거율은 하기의 변환 식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112015028898678-pct00001

본원에 사용된 바와 같은 "폴리싱 조성물"은 콜로이달 실리카 조성물 및 선택적인 추가 성분들을 포함하는 조성물을 지칭하며, 이는 사파이어 표면을 폴리싱하는데 사용될 수 있다. 폴리싱 조성물은 분산상으로써 콜로이달 실리카, 연속상으로써 수용액, 그리고 선택적으로 알칼리 물질들, 다른 무기 폴리싱 입자들, 수용성 알콜들, 킬레이트제들(chelating agents), 완충제(buffering agent), 계면활성제들(surfactants), 유화제들(emulsifying agents), 점도 조절제들(viscosity modifiers), 습윤제들(wetting agents), 윤활제들(lubricants), 비누들 등으로부터 선택된 추가의 성분들을 포함할 수 있다.
"제곱 평균 제곱근(Root-mean square) 조도", "RMS 조도" 또는 "Rq"는 본원에서 상호 교환가능하게 사용되며, 주어진 영역 내에서 Z 값들의 표준 편차를 지칭하며 식 1에 의해 나타낸다:
Figure 112015028898678-pct00002
(식 1)
여기서, Zavg는 주어진 영역 내의 평균 Z 값이며, Zi는 관심(포인트 또는 픽셀)의 Z 값이며, N은 주어진 영역 내에서의 포인트들의 개수이다. 이에 따라, 완전 평탄한 표면에서 Rq=0 일 것이다. 0은 아니지만 낮은 Rq는, 표면이 거칠지라도, 조도에 기여하는 피쳐들은 모두 대략 동일하다는 것을 나타낼 것이다. 한편, 높은 Rq는 피쳐들 사이에 변동성의 정도가 높은 것을 나타낼 것이다.
"조도 평균", "평균 조도" 또는 "Ra"는 본원에서 상호 교환가능하게 사용되며, 중앙 평면으로부터의 편차들의 산술 평균을 지칭하며, 식 2에 의해 나타낸다:
Figure 112015028898678-pct00003
(식 2)
여기서, Zcp는 중앙 평면의 Z 값이며, Zi는 다시 관심의 Z 값이며, N은 주어진 영역 내에서의 포인트들의 개수이다.
"쇼어 C 경도"는 쇼어 경도계(durometer)에 의해 측정되는 바와 같이 경질 고무들 반강성 플라스틱들 및 경질 플라스틱들의 경도의 측정이다. 상이한 쇼어 경도 스케일들은 규정된 스프링력 하에서 니들에 의한 압입(indentation)에 대한 재료의 저항을 측정한다.
"쇼어 D 경도"는 쇼어 경도계에 의해 측정되는 바와 같이 경질 고무들, 반강성 플라스틱들 및 경질 플라스틱들의 경도의 측정이다. 상이한 쇼어 경도 스케일들은 규정된 스프링력 하에서 니들에 의한 압입(indentation)에 대한 재료의 저항을 측정한다.
용어 "안정적인"은 고상의 콜로이드가 존재하며, 매체를 통해 분산되며 석출물 없이 효과적으로 이러한 전체 pH 범위 내내 안정적인 것을 의미한다.
"Z 값"은 원자력 형미경에 의해 판정되는 바와 같이, 표면 상에서 부여된 포인트에서의 수직 높이의 측정이다. "Z 범위"는 이미지 영역에서 최대 피쳐와 최소 피쳐 사이의 높이의 차이이다.
2. 사파이어 표면들을 폴리싱하기 위한 조성물들 및 키트들
폴리싱 조성물들 및 폴리싱 조성물들을 포함하는 키트들이 본원에 설명되며, 여기서 폴리싱 조성물은 폭넓은 입도 분포를 갖는 콜로이달 실리카 입자들을 포함한다. 키트들은 사파이어 표면을 폴리싱하기 위해 폴리싱 패드를 더 포함한다. 키트는 폴리싱 패드 및 폴리싱 조성물에 의해 사파이어 표면을 연마(abrade)시키기 위해서 사용될 수 있다. 유니모달이며 타이트한 입도 분포(PSD)들을 갖는 콜로이달 실리카 폴리싱 조성물들을 사용하여 얻어지는 재료 제거율(MRR)들보다 크거나 이에 필적하는 재료 제거율들을 만들기 위해서 키트가 사용될 수 있다. 키트는 MRR의 손실 없이 낮은 농도들의 폴리싱 조성물을 사용하는 것을 허용할 수 있다. 키트는 또한 사파이어 표면들을 폴리싱하기 위한 명령들을 더 포함할 수 있다.
키트는, 사파이어 표면에 사용된 패드 및 PSI(pounds per square inch) 압력에 따라, 적어도 약 30 nm/분, 31 nm/분, 32 nm/분, 33 nm/분, 34 nm/분, 35 nm/분, 36 nm/분, 37 nm/분, 38 nm/분, 39 nm/분, 40 nm/분, 41 nm/분, 42 nm/분, 43 nm/분, 44 nm/분, 45 nm/분, 46 nm/분, 47 nm/분, 48 nm/분, 49 nm/분, 50 nm/분, 51 nm/분, 52 nm/분, 53 nm/분, 54 nm/분, 55 nm/분, 56 nm/분, 57 nm/분, 58 nm/분, 59 nm/분, 60 nm/분, 61 nm/분, 62 nm/분, 63 nm/분, 64 nm/분, 65 nm/분, 66 nm/분, 67 nm/분, 68 nm/분, 69 nm/분, 또는 70 nm/분의 재료 제거율(MRR)을 제공함으로써 사파이어 표면의 최종 표면 조도를 개선할 수 있다. 키트는, 사파이어 표면으로부터 40.0 nm/분, 40.5 nm/분, 41.0 nm/분, 41.5 nm/분, 42.0 nm/분, 42.5 nm/분, 43.0 nm/분, 43.5 nm/분, 44.0 nm/분, 44.5 nm/분, 45.0 nm/분, 45.5 nm/분, 46.0 nm/분, 46.5 nm/분, 47.0 nm/분, 47.5 nm/분, 48.0 nm/분, 48.5 nm/분, 49.0 nm/분, 49.5 nm/분, 50.0 nm/분, 50.5 nm/분, 51.0 nm/분, 51.5 nm/분, 52.0 nm/분, 52.5 nm/분, 53.0 nm/분, 53.5 nm/분, 54.0 nm/분, 54.5 nm/분, 55.0 nm/분, 55.5 nm/분, 56.0 nm/분, 56.5 nm/분, 57.0 nm/분, 57.5 nm/분, 58.0 nm/분 또는 58.5 nm/분 제거율의 사파이어 표면으로부터의 재료 제거율(MRR)을 획득할 수 있다.
키트는 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 1 마이크론까지의 초기 제곱 평균 제곱근(RMS)으로부터, 2.0 nm, 1.9 nm, 1.8 nm, 1.7 nm, 1.6 nm, 1.5 nm, 1.4 nm, 1.3 nm, 1.2 nm, 1.1 nm, 1.0 nm, 0.9 nm, 0.80 nm, 0.70 nm, 0.60 nm, 0.50 nm, 0.40 nm, 0.30 nm, 0.20 nm 또는 0.10 nm 이하의 사파이어 표면의 제곱 평균 제곱근(RMS) 조도, 또는 Rq를 제공할 수 있다. 키트는 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 5.0 Å, 4.9 Å, 4.8 Å, 4.7 Å, 4.6 Å, 4.5 Å, 4.4 Å, 4.3 Å, 4.2 Å, 4.1 Å, 4.0 Å, 3.9 Å, 3.8 Å, 3.7 Å, 3.6 Å, 3.5 Å, 3.4 Å, 3.3 Å, 3.2 Å, 3.1 Å, 3.0 Å, 2.9 Å, 2.8 Å, 2.7 Å, 2.6 Å, 2.5 Å, 2.4 Å, 2.3 Å, 2.2 Å, 2.1 Å, 2.0 Å, 1.9 Å, 1.8 Å, 1.7 Å, 1.6 Å 또는 1.5 Å 이하의 사파이어 표면의 RMS 조도를 획득할 수 있다.
키트는 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 1.8 nm, 1.7 nm, 1.6 nm, 1.5 nm, 1.4 nm, 1.3 nm, 1.2 nm, 1.1 nm, 1.0 nm, 0.9 nm, 0.80 nm, 0.70 nm, 0.60 nm, 0.50 nm, 0.40 nm, 0.30 nm 또는 0.20 nm 이하의 사파이어의 표면의 조도 평균 또는 Ra를 제공할 수 있다. 키트는 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 14.5 Å, 4.4 Å, 4.3 Å, 4.2 Å, 4.1 Å, 4.0 Å, 3.9 Å, 3.8 Å, 3.7 Å, 3.6 Å, 3.5 Å, 3.4 Å, 3.3 Å, 3.2 Å, 3.1 Å, 3.0 Å, 2.9 Å, 2.8 Å, 2.7 Å, 2.6 Å, 2.5 Å, 2.4 Å, 2.3 Å, 2.2 Å, 2.1 Å, 2.0 Å, 1.9 Å, 1.8 Å, 1.7 Å, 1.6 Å, 또는 1.5 Å의 사파이어 표면의 조도 평균을 획득할 수 있다.
키트는 또한 폴리싱 프로세스 중 상당한 온도 증가 없이 사파이어 표면의 효과적인 폴리싱을 허용할 수 있다. 예컨대, 온도는 폴리싱 중 설정된 온도로부터 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 ℃ 미만 만큼 증가할 수 있다.
사파이어 표면의 효과적인 폴리싱은, 슬러리의 온도를 상승 및 제어하고 플레이튼(platen)을 폴리싱하여 주위 온도를 초과하는 온도들을 유지함으로써 더 향상될 수 있다. 예컨대, 폴리싱 패드 온도는 폴리싱 중 25 ℃ 내지 50 ℃±3 ℃를 목표로 할 수 있다.
a. 폴리싱 조성물들
사파이어 표면을 폴리싱하기 위한 키트는 폴리싱 조성물을 포함한다. 폴리싱 조성물은 폭넓은 입도 분포를 갖는 콜로이달 실리카 입자들을 포함한다. 폴리싱 조성물은 선택적으로 추가의 성분들과 함께 수중에서(예컨대, 탈이온수에서) 콜로이달 실리카 입자들의 수성 슬러리일 수 있다.
i. 콜로이달 실리카
콜로이달 실리카는 미세 비정질이고(fine amorphous) 비다공성이며 통상적으로 구상 실리카(SiO2) 액상 입자들의 현탁액일 수 있다. 콜로이달 실리카 입자들은 약 5 nm 내지 약 120 nm의 입도 분포를 가질 수 있다. 콜로이달 실리카 입자들은 5 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 55 nm, 60 nm, 65 nm, 70 nm, 75 nm, 80 nm, 85 nm, 90 nm, 95 nm, 100 nm, 105 nm, 110 nm, 115 nm, 및 120 nm의 입자 직경을 가질 수 있으며, 이와 함께 각각의 콜로이드 실리카 입도는 폴리싱 조성물에 사용된 콜로이달 실리카 입자들의 총 질량의 0.5 %, 1.0 %, 1.5 %, 2.0 %, 2.5 %, 3.0 %, 3.5 %, 4.0 %, 4.5 %, 5.0 %, 5.5 %, 6.0 %, 6.5 %, 7.0 %, 7.5 %, 8.0 %, 8.5 %, 9.0 %, 9.5 %, 10.0 %, 10.5 %, 11.0 %, 11.5 %, 12.0 %, 12.5 %, 13.0 %, 13.5 %, 14.0 %, 14.5 %, 15.0 %, 15.5 %, 16.0 %, 16.5 %, 17.0 %, 17.5 %, 18.0 %, 18.5 %, 19.0 %, 19.5 %, 20.0 %, 20.5 %, 21.0 %, 21.5 %, 22.0 %, 22.5 %, 23.0 %, 23.5 %, 24.0 %, 24.5 %, 또는 25.0 %를 나타낸다.
실시예들에서, 콜로이달 실리카 조성물들의 입도 분포는 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 판정되는 바와 같이, 입도 분포의 표준 편차(σ) 대 평균 입경(particle diameter)(r)의 비율에 의해 규정될 수 있다. 이와 같은 관례는 미국 특허 제 6,910,952 호에 설명된다. 본원에 설명된 방법들 및 키트들에서 사용될 수 있는 콜로이달 실리카 조성물은 적어도 약 0.30 내지 약 0.90, 예컨대, 약 0.30, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.40, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.50, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.60, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.70, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.80, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89 또는 0.90인 σ/r의 값들을 갖는 폭넓은 입도 분포를 가질 수 있다.
콜로이달 실리카 입자들은 약 10 nm 내지 약 50 nm, 예컨대 약 20 nm 내지 약 40 nm의 평균 입경(mean particle diameter)(r)을 가질 수 있다. 예컨대, 콜로이달 실리카 입자들은 약 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50 nm의 평균 입도를 가질 수 있다.
콜로이달 실리카의 입도 분포의 표준 편차(σ)는 약 10 내지 약 20, 예컨대, 10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5, 10.6, 10.7, 10.8, 10.9, 11, 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5, 11.6, 11.7, 11.8, 11.9, 12, 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6, 12.7, 12.8, 12.9, 13, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5, 13.6, 13.7, 13.8, 13.9, 14, 14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5, 14.6, 14.7, 14.8, 14.9, 15, 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6, 15.7, 15.8, 15.9, 16, 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6, 16.7, 16.8, 16.9, 17, 17.1, 17.2, 17.3, 17.4, 17.5, 17.6, 17.7, 17.8, 17.9, 18, 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6, 18.7, 18.8, 18.9, 19, 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, 19.5, 19.6, 19.7, 19.8, 19.9 또는 20일 수 있다.
특정 크기에서 각각의 콜로이달 실리카 입자의 총 질량 %는 크게 바뀔 수 있지만, 폭넓은 크기들의 분포가 존재한다. 예컨대, 콜로이달 실리카 조성물은 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50 nm의 평균 입도를 가질 수 있으며, 각각의 입자들 크기는 폴리싱 조성물에 사용된 콜로이달 실리카 입자들의 총 질량의 0.5 %, 1.0 %, 1.5 %, 2.0 %, 2.5 %, 3.0 %, 3.5 %, 4.0 %, 4.5 %, 5.0 %, 5.5 %, 6.0 %, 6.5 %, 7.0 %, 7.5 %, 8.0 %, 8.5 %, 9.0 %, 9.5 %, 10.0 %, 10.5 %, 11.0 %, 11.5 %, 12.0 %, 12.5 %, 13.0 %, 13.5 %, 14.0 %, 14.5 %, 15.0 %, 15.5 %, 16.0 %, 16.5 %, 17.0 %, 17.5 %, 18.0 %, 18.5 %, 19.0 %, 19.5 %, 또는 20.0 %일 수 있다.
ii. 액상
폴리싱 조성물은 슬러리를 생성하기 위해서 액상을 더 포함한다. 예컨대, 액상은 탈이온수일 수 있다. 액상의 콜로이달 실리카의 슬러리의 형성 이전 또는 형성에 후속하여, pH는 약 6.0, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 7.0, 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7, 7.8, 7.9, 8.0, 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9, 9.0, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.8, 9.9, 10.0, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 또는 10.5로 조절될 수 있다. pH는 수산화 칼륨, 수산화 나트륨 등과 같은 염기(base)를 사용하여 조절될 수 있다.
iii. 선택적인 추가 성분들
실시예들에서, 폴리싱 조성물은 하기 첨가제들 중 하나 또는 그 초과의 첨가제를 더 포함할 수 있다:
A) 알칼리 물질들, 이를테면 수산화 나트륨, 4급 암모늄 염기들(quaternary ammonium bases) 및 그의 염, 모노에탄올아민과 같은 수용성 아민들, 질산염들, 염화물들, 황산염들 등을 포함하는 알칼리 금속염들.
B) 다이아몬드, 질화 붕소, 질화 규소, 탄화 규소 등을 포함하는 비산화물 졸(non-oxide sol)들과 같은 무기 폴리싱 입자들. 유사하게, 알루미나, 지르코니아, 규산 지르코늄, 멀라이트, 산화 세륨, 산화 철, 산화 크롬, 산화 티타늄, 산화 주석 등이 첨가될 수 있다. 유사하게는, 조성물은 수산화 알루미늄, 베마이트(boehmite), 오르괴타이트(orgoethite)와 같은 수화 산화물(hydrated oxide)들을 함유할 수 있다.
C) 에탄올, 프로판올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등과 같은 수용성 알코올들.
D) 킬레이제들, 예컨대, 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid)과 같은 킬란트(chelant)들을 함유하는 하나 또는 그 초과의 아민 또는 아미드, 에틸디아민 및 메틸포름아미드(methylformamide) 및 유기산들, 이를테면 옥살산(oxalic acid) 또는 이미노디아세트산(iminodiacetic acid).
E) 완충제들. 완충된 조성물들은 pH 범위를 거의 중성으로부터 염기성으로 확대시켜 조절될 수 있다. 모노, 디 그리고 다양성자 산(mono, di and polyprotic acid)들은 버퍼들로서 그리고 수산화암모늄과 같은 염기들에 의해 완전 또는 부분적으로 작용할 수 있고, 그리고 완전히 또는 부분적으로 양자를 빼는(de-protonated) 경우에, 작용할 수 있다. 산들 중 암모늄 염들이 적절하지만, 카르복시산들의 다른 알칼리 및 알칼리 토금속염(alkaline earth metal salt)이 사용될 수 있다. 대표적인 예들은 예컨대, 모노-카르복시산들, 디-카르복시산들, 트리-카르복시산들, 및 폴리-카르복시산들을 포함하는 카르복시산들의 염들을 포함한다. 구체적인 화합물들은, 예컨대 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 시트르산(citric acid), 타타르산(tartaric acid), 숙신산(succinic acid), 말산(malic acid), 아디프산(adipic acid), 그의 염들 및 그의 혼합물들을 포함한다. 슬러리를 완충할 수 있는 질소 함유 화합물들은: 아스파르트산(aspartic acid), 글루탐산(glutamic acid), 히스티딘(histidine), 라이신(lysine), 아르기닌(arginine), 오르니틴(ornithine), 시스테인(cysteine), 타이로신(tyrosine), 및 카모신(camosine), 비스(2-하이드록시에틸)이미노트리스(히드록시메틸)메탄(bis(2-hydroxyethyl)iminotris(hydroxymethyl)methane), 트리스(히드록시메틸)아미노메탄(tris(hydroxymethyl)aminomethane), N-(2-아세트아미도)-2-이미노디아세트산(N-(2-Acetamido)-2-iminodiacetic acid), 1,3-비스[트리스(히드록시메틸)메틸아미노]프로판(1,3-bis[tris(hydroxymethyl)methylamino]propane), 트리에탄올아민 (triethanolamine), N-트리스(히드록시메틸)메틸글리신(N-tris(hydroxymethyl)methylglycine), N,N-비스(2-히드록시에틸)글리신(N,N-bis(2-hydroxyethyl)glycine), 및 글리신. 인산수소암모늄(ammonium hydrogen phosphate)이 또한 슬러리에 사용될 수 있다.
F) 계면활성제들, 유화제들, 점도 조절제들, 습윤제들, 윤활제들, 비누들 등. 전형적인 계면활성제들은, 비이온성(non-ionic), 음이온성(anionic), 양이온성(cationic), 쌍성 이온성(zwitterionic), 양쪽성(amphoteric) 및 고분자전해질(polyelectrolyte) 화합물들을 포함한다. 예시들은, 유기산들, 알칸 황산염들(alkane sulfates), 알칼리 술폰산염들(alkaline sulfonates), 수산화물들, 치환성 아민 염들(substituted amine salts), 베타인들(betaines), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴산, 폴리비닐 피로리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌이민, 나트륨 알킬벤젠술포네이템(sodium alkylbenzenesulfonatem) 테트라메틸 암모늄 할라이드들, 세틸 트리메틸 암모늄 할라이드들, 노닐 에테르들 및 그의 조합물들을 포함한다.
b. 폴리싱 패드들
키트들은 사파이어 표면을 처리하기 위해서 폴리싱 조성물과 함께 사용될 폴리싱 패드들을 더 포함할 수 있다. 폴리싱 패드는 수지 또는 직조(woven) 또는 부직(non-woven) 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 폴리싱 패드는 폴리우레탄 패드 또는 폴리우레탄 함침 섬유계 재료, 이를테면 폴리에스테르 펠트 또는 스웨이드(suede)를 포함할 수 있다.
폴리싱 패드는 약 1 %, 1.5 %, 2 %, 2.5 %, 3 %, 3.5 %, 4 %, 4.5 %, 5 %, 5.5 %, 6 %, 6.5 %, 7 %, 7.5 %, 8 %, 8.5 %, 9 %, 9.5 %, 10 %, 10.5 %, 11 %, 11.5 %, 12 %, 12.5 %, 13 %, 13.5 %, 14 %, 14.5 %, 15 %, 15.5 %, 16 %, 16.5 %, 17 %, 17.5, 18 %, 18.5 %, 19 %, 19.5 %, 20 %, 20.5 %, 21 %, 21.5 %, 22 %, 22.5 %, 23 %, 23.5 %, 24 %, 24.5 %, 25 %, 25.5 %, 26 %, 26.5 %, 27 %, 27.5 %, 28 %, 28.5 %, 29 %, 29.5 %, 30 %, 30.5 %, 31 %, 31.5 %, 32 %, 32.5 %, 33 %, 33.5 %, 34 %, 34.5 %, 35 %, 35.5 %, 36 %, 36.5 %, 37 %, 37.5 %, 38 %, 38.5 %, 39 %, 39.5 % 또는 40 %의 압축률을 가질 수 있다.
폴리싱 패드는 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 100의 쇼어 C 경도를 가질 수 있다.
폴리싱 패드는 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 100의 쇼어 D 경로를 가질 수 있다.
폴리싱 패드는 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 100의 아스커 C 경도를 가질 수 있다.
폴리싱 패드는 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 100의 JIS 경도를 가질 수 있다.
적절한 패드들은 Rohm & Haas로부터 상표명 SUBATM 하에 입수가능하다. 예컨대, SUBATM 500 패드는 비교적 낮은 압축률(약 13 %) 및 약 55의 쇼어 D 경도를 갖는다. SUBATM 600 패드는 약 4 %의 압축률 및 약 80의 아스커 C 경도를 갖는다. SUBATM 800 패드는 약 4 %의 압축률 및 약 82의 아스커 C 경도를 갖는다. 추가로, MHN 및 MHS패드들(Rohm & Haas로부터 입수가능함)은 매우 낮은 압축률(약 3 %) 및 약 84의 JIS 경도를 갖는 폴리우레탄 패드들이다.
c. 다른 요소들
키트는 추가 요소들을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 키트는 폴리싱 조성물 및/또는 폴리싱 패드의 사용을 위한 명령들을 포함할 수 있다. 키트들에 포함된 명령들은 패키징 재료에 부착될 수 있거나 패키지 인서트로서 포함될 수 있다. 명령들은 통상적으로 기록되거나 인쇄된 재료들이지만, 이 명령들은 이것으로 제한되지는 않는다. 이러한 명령들을 저장하고 이러한 명령들과 최종 사용자를 연결할 수 있는 임의의 매체가 본 개시물에 의해 예측된다. 이러한 매체들은, 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 전자 저장 매체(예컨대, 자기 디스크들, 테이프들, 카트리지들, 칩들), 광 매체(예컨대, CD, DVD) 등을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "명령들"은 명령들을 제공하는 인터넷 사이트 주소를 포함할 수 있다. 키트의 다양한 구성요소들이, 선택적으로 필요하다면 적절한 용기들, 예컨대, 병(bottle), 단지(jar) 또는 물약병(vial)에 제공된다.
3. 사파이어 표면들의 폴리싱 방법들
또한, 전술한 바와 같은 키트 또는 폭넓은 입도 분포를 갖는 콜로이달 실리카 입자들을 포함하는 조성물을 이용하여 사파이어 표면들을 폴리싱하는 방법들이 본원에 개시된다. 이 방법은, 회전하는 폴리싱 패드 및 폴리싱 조성물에 의해 사파이어 표면을 연마시키는 단계를 포함하며, 여기서 폴리싱 조성물은 효과적인 양의 콜로이달 실리카를 포함하며, 콜로이달 실리카는 폭넓은 입도 분포를 갖는다.
예컨대, 본원에 개시된 방법들은 화학적 기계 연마(CMP)를 포함할 수 있다. CMP의 주 목적들은 다층 금속배선(multilevel metallization)을 가능케 하도록 유전체 적층물들의 표면 토포그래피를 매끄럽게 하거나 인레이드 금속 다마신(inlaid metal damascene) 구조들 및 얕은 격리 트랜치들(shallow isolation trenches)을 만들도록 과잉 코팅 재료를 제거하는 것이다. CMP에서의 재료 제거의 매커니즘들은 완벽하게 이해되지 않지만, 일반적으로 산화물 기판들은 표면에서 화학적으로 처리되어 신속하게 보다 취성이며 연질인 박막(thin film)을 만들 수 있다. 이러한 표면 막은, 이후 화학적 그리고 연마 모두의 구성요소들을 함유하는 제형들을 이용하여 균일한 평탄도로 "부드럽게" 연마된다.
본 발명의 방법들에서, 폴리싱 조성물은 회전하는 캐리어에 장착된 사파이어 표면, 이를테면 웨이퍼의 표면에 적용될 수 있다. 이후, 사파이어 표면은 회전하는 폴리싱 패드를 이용하여 연마될 수 있다. 전형적으로, 폴리싱 슬러리의 적어도 일부는, 프로세스 중 사파이어 표면의 표면과 패드의 폴리싱 표면 사이에 배치되어 유지된다. 폴리싱 패드는 선택된 회전 속도로 사파이어 표면에 수직한 회전축을 중심으로 회전하는 평탄한 폴리싱 표면을 갖는다. 패드의 회전하는 폴리싱 표면은 사파이어 표면에 대해 수직하게 선택된 수준의 다운포스(down-force)로 사파이어 표면에 맞닿아 가압된다. 회전하는 폴리싱 패드가 사파이어 표면에 맞닿아 가압되면서, 폴리싱 조성물은 사파이어 상에 슬러리를 연속 공급함으로써 사파이어 표면에 적용될 수 있다.
회전하는 폴리싱 패드 및 폴리싱 슬러리의 조합된 작용은, 동일한 패드, 동일한 회전 속도 및 동일한 다운포스로 사파이어 표면을 연마하고 좁은 콜로이달 실리카 입도 분포들을 갖는 폴리싱을 이용함으로써 성취될 수 있는 사파이어 제거율보다 더 큰 속도로 표면으로부터 사파이어를 제거할 수 있다.
폴리싱 패드는, 약 5 psi 내지 약 25 psi, 예컨대, 약 10 psi 내지 약 20 psi, 또는 약 12 psi 내지 약 16 psi의 다운포스에 의해 사파이어 표면에 맞닿아 가압될 수 있다. 예컨대, 패드는 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 또는 25 psi의 다운포스에 의해 사파이어 표면에 적용될 수 있다. 폴리싱 패드는 약 40 내지 약 120 (rpm) 또는 약 60 내지 80 rpm의 속도로 회전될 수 있다. 예컨대, 폴리싱 패드는 약 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115 또는 120 rpm의 속도로 회전될 수 있다.
방법들에서, 사파이어 표면은 약 120 분, 125 분, 130 분, 140 분, 145 분, 150 분, 155 분, 160 분, 165 분, 170 분, 175 분, 180 분, 185 분, 190 분, 195 분, 200 분, 205 분, 210 분, 215 분, 220 분 또는 225 분 동안 폴리싱될 수 있다.
본 발명들은 사파이어 웨이퍼의 C-평면 또는 R-평면 표면을 폴리싱 또는 평탄화하는데 유용할 수 있으며, 좁은 입도 분포들을 갖는 것과 같은 종래의 연마재 슬러리들(abrasive slurries)에 의해 성취될 수 있는 제거율들보다 상당히 더 높은 폴리싱 사파이어 표면들을 위한 재료 제거율들을 제공할 수 있다. 제거율들은, 좁은 입도 분포를 갖는 슬러리에 의해 얻어질 수 있는 제거율 보다 적어도 약 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 % 또는 90 % 더 높을 수 있다.
이 방법들은 임의의 연마 폴리싱 장비를 활용하여 실행될 수 있다. 적절하게는, 폴리싱은 회전하는 캐리어에 장착된 사파이어 웨이퍼들에 의해 성취되며, 선택된 패드 회전 속도(예컨대, 약 20 내지 약 150 rpm)로 선택된 다운포스(예컨대, 약 2 내지 약 20 psi 범위의 다운포스에 의해)에서 웨이퍼들의 표면에 적용된 회전하는 폴리싱 패드를 사용하며, 웨이퍼들은 선택된 회전 속도(예컨대, 약 20 내지 약 150rpm)로 회전하는 캐리어 상에 장착된다. 절절한 폴리싱 장비는, 다양한 소스들, 이를 테면 CETR(Campbell, CA) 및 SpeedFam(Kanagawa, Japan)으로부터 상업적으로 입수가능하다. 예컨대, CP-4 CMP 시험 도구 또는 SpeedFam GPAW32 도구가 사용될 수 있다.
이 방법은, 사파이어 표면에 사용된 패드 및 PSI(pounds per square inch) 압력에 따라, 적어도 약 30 nm/분, 31 nm/분, 32 nm/분, 33 nm/분, 34 nm/분, 35 nm/분, 36 nm/분, 37 nm/분, 38 nm/분, 39 nm/분, 40 nm/분, 41 nm/분, 42 nm/분, 43 nm/분, 44 nm/분, 45 nm/분, 46 nm/분, 47 nm/분, 48 nm/분, 49 nm/분, 50 nm/분, 51 nm/분, 52 nm/분, 53 nm/분, 54 nm/분, 55 nm/분, 56 nm/분, 57 nm/분, 58 nm/분, 59 nm/분, 60 nm/분, 61 nm/분, 62 nm/분, 63 nm/분, 64 nm/분, 65 nm/분, 66 nm/분, 67 nm/분, 68 nm/분, 69 nm/분, 또는 70 nm/분의 재료 제거율(MRR)을 제공함으로써 사파이어 표면의 최종 표면 조도를 개선할 수 있다. 이 방법은, 사파이어 표면으로부터 40.0 nm/분, 40.5 nm/분, 41.0 nm/분, 41.5 nm/분, 42.0 nm/분, 42.5 nm/분, 43.0 nm/분, 43.5 nm/분, 44.0 nm/분, 44.5 nm/분, 45.0 nm/분, 45.5 nm/분, 46.0 nm/분, 46.5 nm/분, 47.0 nm/분, 47.5 nm/분, 48.0 nm/분, 48.5 nm/분, 49.0 nm/분, 49.5 nm/분, 50.0 nm/분, 50.5 nm/분, 51.0 nm/분, 51.5 nm/분, 52.0 nm/분, 52.5 nm/분, 53.0 nm/분, 53.5 nm/분, 54.0 nm/분, 54.5 nm/분, 55.0 nm/분, 55.5 nm/분, 56.0 nm/분, 56.5 nm/분, 57.0 nm/분, 57.5 nm/분, 58.0 nm/분 또는 58.5 nm/분 제거율의 사파이어 표면으로부터의 재료 제거율(MRR)을 획득할 수 있다.
이 방법은, 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 1 마이크론까지의 초기 제곱 평균 제곱근(RMS)으로부터, 2.0 nm, 1.9 nm, 1.8 nm, 1.7 nm, 1.6 nm, 1.5 nm, 1.4 nm, 1.3 nm, 1.2 nm, 1.1 nm, 1.0 nm, 0.9 nm, 0.80 nm, 0.70 nm, 0.60 nm, 0.50 nm, 0.40 nm, 0.30 nm, 0.20 nm 또는 0.10 nm 이하의 사파이어 표면의 제곱 평균 제곱근(RMS) 조도, 또는 Rq를 제공할 수 있다. 이 키트는, 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 5.0 Å, 4.9 Å, 4.8 Å, 4.7 Å, 4.6 Å, 4.5 Å, 4.4 Å, 4.3 Å, 4.2 Å, 4.1 Å, 4.0 Å, 3.9 Å, 3.8 Å, 3.7 Å, 3.6 Å, 3.5 Å, 3.4 Å, 3.3 Å, 3.2 Å, 3.1 Å, 3.0 Å, 2.9 Å, 2.8 Å, 2.7 Å, 2.6 Å, 2.5 Å, 2.4 Å, 2.3 Å, 2.2 Å, 2.1 Å, 2.0 Å, 1.9 Å, 1.8 Å, 1.7 Å, 1.6 Å 또는 1.5 Å이하의 사파이어 표면의 RMS 조도를 획득할 수 있다.
이 방법은, 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 1.8 nm, 1.7 nm, 1.6 nm, 1.5 nm, 1.4 nm, 1.3 nm, 1.2 nm, 1.1 nm, 1.0 nm, 0.9 nm, 0.80 nm, 0.70 nm, 0.60 nm, 0.50 nm, 0.40 nm, 0.30 nm 또는 0.20 nm 이하의 사파이어의 표면의 조도 평균 또는 Ra를 제공할 수 있다. 이 키트는, 시간 주기 동안(예컨대, 약 180 분) 사파이어 표면을 폴리싱 한 후, 4.5 Å, 4.4 Å, 4.3 Å, 4.2 Å, 4.1 Å, 4.0 Å, 3.9 Å, 3.8 Å, 3.7 Å, 3.6 Å, 3.5 Å, 3.4 Å, 3.3 Å, 3.2 Å, 3.1 Å, 3.0 Å, 2.9 Å, 2.8 Å, 2.7 Å, 2.6 Å, 2.5 Å, 2.4 Å, 2.3 Å, 2.2 Å, 2.1 Å, 2.0 Å, 1.9 Å, 1.8 Å, 1.7 Å, 1.6 Å, 또는 1.5 Å의 사파이어 표면의 조도 평균을 획득할 수 있다.
이 방법은, 또한 폴리싱 프로세스 중 상당한 온도 증가 없이 사파이어 표면의 효과적인 폴리싱을 허용할 수 있다. 예컨대, 온도는 폴리싱 중 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10℃ 미만 만큼 증가할 수 있다.
마찰계수(CoF)는 폴리싱 시간(예컨대, 본원에 설명된 폴리싱 시간, 이를 테면 180분) 동안 감시될 수 있다. 이러한 감시는, CoF가 폴리싱 시간 동안 약 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45 또는 0.50 만큼 증가하는 것을 나타낼 수 있다.
4. 폭넓은 분포의 콜로이달 실리카 조성물들을 조제하는 방법들
폴리싱 조성물은 연속 제조 프로세스를 통해 합성될 수 있다. 폭넓은 분포의 콜로이달 실리카 조성물들은 당 분야에 공지된 임의의 적절한 수단에 의해 조제될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조성물들은 엔지니어드 연속 제조 프로세스에 의해 얻어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 조성물들은 특정의 입도들을 규정된 비율들로 혼합하는 것(blending)을 통해 얻어질 수 있다.
a. 엔지니어드 연속 제조 프로세스
적절한 엔지니어드 연속 제조 프로세스는 미리 결정된 입도 또는 입도 분포를 갖는 미리 형성된 실리카 입자들을 제공하는 단계, 알칼리성제(alkaline agent)를 제공하는 단계, 및 규산(silicic acid)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 성분들은, 통상적으로 반응조(reaction vessel)에서 새로운 핵생성이 발생하는 것을 방지할 수 있는 제어된 속도로 반응기에 공급된다. 연속 반응기에서, 입도 및 입도 분포는 일반적으로, 정상 상태 조건들이 성취된 이후에 일정하게 유지된다. 조성물들의 입도 분포는 단일 반응기 연속 프로세스에서 정교하게 제어될 수 있다. 미리 형성된 콜로이달 입자들만이 성장되는 것을 보장하기 위해서, 규산의 공급 속도는, 새로운 입자들을 형성하기 위한 핵생성 속도 미만의 속도로 유지된다.
공급 속도는, 90 ℃에서 시간당 10.0 그램의 실리카(SiO2와 같음)/표면적 1000 제곱미터일 수 있어, 새로운 핵생성이 전체적으로 회피된다. 공급 속도는, 온도 의존적이어서, 공급 속도가 높을수록 온도가 높을 수 있다. 이런 식으로, 콜로이달 실리카는 소망하는 입도 분포를 유지하고 새로운 입자들의 핵생성을 회피하면서, 소망하는 어떠한 입도로 "성장"될 수 있다. 각 성분의 공급 속도를 감시함으로써, 발생하는 콜로이달 실리카의 부착(accretion)이 최대화될 수 있으며, 이에 따라 실리카의 생산이 최대화될 수 있다.
엔지니어드 연속 제조 프로세스의 다른 공급 성분은, 미리 형성된 콜로이달 입자를 포함한다. 전형적으로, 이러한 성분은 좁은 분포를 갖는 콜로이달 입자들을 포함한다. 규산은 폭넓은 입도 분포 실리카의 형성 중 이들 입자들 상에 쌓인다. 이에 따라, 사용된 미리 형성된 입자들의 입도는, 발생하는 폭넓은 분포 생성물의 소망하는 최소 입도이며, 본질적으로 생성된 콜로이달 실리카 입자들 모두는 미리 형성된 실리카 졸 입자들보다 더 크다. 발생하는 실리카 졸의 소망하는 평균 입도 및 입도 분포는 통상적으로 확인되고, 미리 형성된 실리카와 규산에 대한 미리 형성된 실리카의 비율이 이에 따라 사용된다. 미리 형성된 실리카 졸 입자들의 입도를 증가시킴에 따라 발생하는 콜로이달 실리카의 최소 및 평균 입도가 증가한다.
규산 용액을 조제하는 예시적 방법은, H+ 양이온 교환 수지층(bed of H+-cation exchange resin)을 통해 규산 나트륨을 통과시키는 것이다. 발생한 탈이온 규산 용액은 매우 반응성인 경향이 있으며 통상적으로 차갑게 유지되어 중합을 지연시킨다. 알칼리 용액에 규산 용액을 첨가하자마자, "피드 실리카" 또는 힐(heel)을 형성한다. 힐 또는 피드 실리카는 알칼리성제들, 이를 테면 NaOH, KOH, NH4OH 등 및 그의 조합들을 함유한다.
통상적으로, 규산은 4 내지 8 %의 농도를 가지며 약 2 내지 4의 pH 범위를 갖는다. 다른 실리카 입자 성장 기술들에 사용될 수 있는 임의의 규산을 본 발명에 사용하는 것이 예측된다. 임의의 적절한 유형의 규산 용액이 활용될 수 있고 규산이 임의의 적절한 방법론을 통해 만들어질 수 있음이 이해되어야 한다.
규산의 공급 속도는, 새로운 핵생성이 발생하는 속도 미만으로 유지되어야 한다. 최대 공급 속도는 반응기 용적 및 반응 온도에 따른다. 용적이 클수록, 최대 공급 속도도 크다. 온도가 높을수록, 최대 공급 속도도 크다. 미리 형성된 콜로이달 입자 피드를 사용하지 않는 전형적인 연속 시스템을 위해, 새로운 입자들이 반응기에 형성된다. 본 발명의 방법을 통해, 최소 입도 경계가 유지될 수 있다.
반응기 시스템에 대한 알칼리성제 피드 성분은, 통상적으로 알칼리 시스템을 유지하기 위해서 염기성 재료이다. 실리카 졸 제조에 정상적으로 사용되는 알칼리들이 모두 허용가능하다. 전형적인 알칼리성제들은 약 8.0 내지 약 12.5의 pH 범위들(실리카 졸 생산에 이상적임)을 갖는다. 희석액들이 겔 형성을 방지하기 위해서 정상적으로 사용된다. 적절한 알칼리성제들의 예시들은, 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 암모늄, 규산 나트륨, 규산 칼륨 등 및 이의 조합들을 포함한다.
발생하는 콜로이달 실리카의 최소 입도는, 미리 형성된 실리카 졸의 입도에 의해 제어될 수 있으며, 여기서 폭넓은 입도 분포는 미리 형성된 실리카 졸 대 규산의 비율에 따른다. 예컨대, 규산 대 미리 형성된 콜로이달 실리카의 비율을 증가시킴으로써 분포 곡선이 넓어질 것이며, 또한 평균 입도가 증가한다. 동일한 평균 입도를 유지하지만, 분포 곡선을 좁게 하기 위해서, 더 큰 미리 형성된 입자 및 증가된 규산 대 미리 형성된 콜로이달 실리카 비율이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 사용된 반응기는 단일의 오버플로우 유닛이다. 통상적으로, 40 ℃ 초과인 반응 온도들에 열 입력(heat input)이 필수이다. 최대 온도들은 정상적으로, 반응기 압력 규정에 따른다. 150 ℃ 내지 200 ℃의 상단 온도들이 전형적이다. 그러나, 반응기가 더 높은 압력 규정을 갖는다면, 더 높은 온도들이 적용될 수 있을 것이다.
다른 연속 시스템들에 의한 것과 같이, 이 시스템은 정상 상태 조건들을 획득하기에 충분히 오래 작동될 수 있다. 제 1 작동(run) 이후, 미리 만들어진 생성물이 초기 반응기 내용물들(동일한 생성물이 만들어지는 것으로 가정함)에 사용될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 정상 상태 조건들이 이전 작동으로부터 생성된 콜로이달 실리카 입자들을 갖는 반응기를 시딩(seeding)함으로써 반응기에 유지된다.
이에 따라, 폭넓은 입도 분포 콜로이달 실리카 입자들은 임의의 순서로, 하기 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다: (a) 미리 정해진 최소 입도의 미리 형성된 실리카 졸 입자들을 포함하는 제 1 성분을 하나 이상의 교반되고 가열되는 반응기에 공급하는 단계; (b) 규산을 포함하며 새로운 실리카 입자 핵생성 속도보다 낮은 속도로 반응기에 공급되는 제 2 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계; (c) 알칼리성제를 포함하는 제 3 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계; 및 (d) 발생하는 콜로이달 실리카의 최소 입도가 제 1 성분의 입도에 의해 제어되며, 폭넓은 입도 분포가 제 1 성분 대 제 2 성분의 공급 속도들의 비율에 따름.
일부 실시예들에서, 본질적으로 생산된 콜로이달 실리카 입자들 모두는 제 1 성분의 미리 형성된 실리카 졸 입자들보다 더 크다. 일부 실시예들에서, 폭넓은 입도 분포의 평균 입도는, 제 1 성분의 평균 입도에 의해 판정된다. 일부 실시예들에서, 폭넓은 입도 분포의 평균 입도는, 제 1 성분의 공급 속도 대 제 2 성분의 공급 속도의 비율에 의해 판정된다. 일부 실시예들에서, 상기 비율이 증가함으로써, 폭넓은 입도 분포 곡선이 더 넓어지는 것을 야기한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 폭넓은 입도 분포 곡선의 평균 입도가 증가하는 것을 유발하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 더 큰 미리 형성된 실리카 졸 입자들을 제 1 성분에 포함하고 제 2 성분을 제 1 성분 공급 속도 비율로 증가시킴으로써 생산된 입자 평균 크기를 변화시키지 않으면서 더 좁은 입도 분포 곡선을 만드는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 반응기는 단일의 오버플로우 반응기이다. 일부 실시예들에서, 상기 반응기는 일련의 반응기들이다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 생산된 콜로이달 실리카 입자들을 농축시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 반응 동안 증발을 통해 농축시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 반응기는 약 40 내지 약 200 ℃ 범위의 온도에서 유지된다. 일부 실시예들에서, 알칼리성제가 약 8.0 내지 약 12.5의 pH를 유지한다. 일부 실시예들에서, 상기 반응기는 반응기로부터 생산된 콜로이달 실리카의 연속 제거에 의해 일정한 용적으로 유지된다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 연속 프로세스로서 본 방법을 작동시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 반응기의 이전 작동으로부터 생성된 콜로이달 실리카 입자들을 갖는 반응기를 시딩(seeding)함으로써 상기 반응기에서 정상 상태 조건들을 유지하는 단계를 포함한다.
b. 혼합 프로세스들
혼합 프로세스는 미리 결정된 입도들 또는 입도 분포들을 갖는 미리 형성된 실리카 입자들을 제공하는 단계 및 폭넓은 입도 분포를 갖는 조성물을 제공하도록 입자들을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 프로세스는, 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 또는 120 nm의 평균 입도를 갖는 2 또는 그 초과의 유니모달 콜로이달 실리카 조성물의 선택을 포함할 수 있다. 2 또는 그 초과의 조성물들은 폭넓은 입도 분포를 갖는 조성물을 생산하기 위해서 소망하는 비율들로 혼합될 수 있다.
본 발명은, 본원에 설명된 다양한 실시예들 중 일부 또는 전체의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 포함한다. 본 출원에서 인용된 임의의 그리고 모든 특허들, 특허 출원들, 과학 학술지들, 및 다른 문헌들뿐만 아니라 여기에 인용된 임의의 문헌들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은, 다수의 양태들을 가지며, 그 중 일부는 하기의 비제한적인 예들에 의해 예시된다.
예들
일반적인 재료들 및 방법들
3 인치 직경 C-평면(0001)의 그 자체로 절삭(as-cut) 및 연마되는 사파이어 웨이퍼가 Roditi, Inc.및 GT Crystal Systems으로부터 얻어졌다. 폴리싱 패드들은 Eminess Technologies(Monroe, NC. 에 소재함)로부터 구입되었다. 달리 언급되지 않는다면, 폴리싱 실험들은 CETR(Campbell, CA 에 소재함)에 의해 제조된 CP-4 CMP 시험 도구를 사용하여 실행되었다. 추가의 특정 폴리싱 연구들은 SpeedFam32GPAW 도구 상에서 수행되었다. 폴리싱 프로세스의 개략도가 도 1에 도시된다.
AFM 이미지들이 Veeco Metrology Group으로부터의 Digital Instruments Dimension 3100 microscope(Nanoscope IIIa 콘트롤러가 장비됨)에 의해 얻어졌다. 이미지들은 Vistaprobe CSR-10 식각된 규소 프로브 팁(길이 225 ㎛, 공진 주파수 28 kHz, 공칭 스프링 상수 0.1 N/m) 또는 Applied 나노 Sicon 프로브(공진 주파수13 kHz, 공칭 스프링 상수 0.17 N/m)를 사용하여 접촉 모드에서 수집되었다.
조도 및 다른 표면 특성들에 대해 통계학적으로 상당한 데이터를 얻기 위해서, 최소 5 개의 위치들이 각각의 사파이어 웨이퍼 상에서 정상적으로 검사되었으며, 수개의 위치들에서 웨이퍼의 중심 뿐만 아니라 에지들을 평가한다. 일반적으로, 5 개의 상이한 정사각형 이미지들이 검사되었다: 75 ㎛, 25 ㎛, 5 ㎛, 1 ㎛, 및 500 nm. Digital Instruments Nanoscope IIIaR software(버전 5.31r1)에 의해 데이터가 분석되었다. 평면도 및 표면 플롯들이 구축되었고, 원래의 높이 데이터 상에서 표면 조도 계산들이 수행되었다. 피에조 스캐너들과 공통인 압전 이력현상 효과(piezoelectric hysteresis effect)들을 제거하기 위해서, 단지 데이터 조작(data manipulation)만이 표준 2차 또는 3차 평면 핏(plane-fit)들 및 평면화 파라미터(flatten parameter)들로 구성되었다. 2차 평면 핏들은, 일반적으로 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 영역들과 같은 더 작은 영역 이미지들에 적용되었지만, 3차 평면 핏들은 더 큰 영역들에 적용되었다.
사파이어 표면의 조도는 다수의 다양한 방식들로 평가되었다. Z 범위는 이미지 영역에서 최대 피쳐와 최소 피쳐 사이 높이 차이이다. 이 피쳐는 그 위에 약간의 먼지를 갖는 완전 평탄한 표면이 높은 Z 범위를 기록할 수 있기 때문에 오해의 소지가 있을 수 있다. 그러나, 오염이 없는 비교적 거친 표면의 관점에서 볼 때, 이는 매우 작은 피쳐(extreme feature)들의 시각적 표시를 제공한다.
제곱 평균 제곱근(RMS) 조도(Rq)는 주어진 영역 내에서 Z 값들의 표준 편차이며 식 1에 의해 나타낸다:
Figure 112015028898678-pct00004
(식 1)
Zavg는 주어진 영역 내의 평균 Z 값이며, Zi는 관심(포인트 또는 픽셀)의 Z 값이며, N은 주어진 영역 내에서의 포인트들의 개수이다. 이에 따라, 완전 평탄한 표면에서 Rq = 0일 것이다. 0은 아니지만 낮은 Rq는, 표면이 거칠지라도, 조도에 기여하는 피쳐들은 모두 대략 동일하다는 것을 나타낼 것이다. 한편, 높은 Rq는 피쳐들 사이에 변동성의 정도가 높은 것을 나타낼 것이다.
평균 조도(Ra)는 중앙 평면으로부터의 편차들의 산술 평균이며, 식 2에 의해 나타낸다:
Figure 112015028898678-pct00005
(식 2)
Zcp는 중앙 평면의 Z 값이며, 또한 Zi는 관심의 Z 값이며, N은 주어진 영역 내에서의 포인트들의 개수이다. 이후 중앙 평면이 식 1에서 평균 대신에 사용됨에 따라, 평균 조도는 실제로 중앙값에 가깝다. 평균 및 중앙값들에서와 같이, 식 1에 의해 계산된 조도는 데이터에서 스파이크들을 만드는 피쳐들 또는 오염물들에 의해 왜곡되기가 더 쉬울 것임이 예상될 것이다.
사파이어의 재료 제거율은, 0.0001g 까지 측정할 수 있는 분석용 윗접시 저울(analytical top loading balance)을 이용하여, 중량 측정방식으로(gravimetrically) 판정된다. 사파이어의 밀도는 3.98 g/㎤이며, 이에 따라 0.001g 손실은 3인치(7.62 cm) 웨이퍼의 표면에 걸쳐 55.1 nm의 균일한 손실과 등가이다. 이에 따라, 재료 제거율은 하기의 변환 식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112015028898678-pct00006

예 1
콜로이달 실리카 슬러리들의 특성화
콜로이달 실리카 슬러리들은 콜로이달 실리카 생성물들을 탈이온수(deionized (DI) water)에 희석하고 0.1 M NaOH로 10.2까지 pH를 조정함으로써 조제되었다. 본 예들에 사용된 콜로이달 실리카 슬러리들의 대표적 데이터 및 특징들은 표 1에 제시된다. 입도 특징들은 투과 전자 현미경(TEM), 동적 광산란(DLS) 및/또는 시어스 적정(Sears titration)에 기초하며, 대략 30 내지 105 nm의 크기 범위이다.
조성물 1은 적정에 의해 25 nm 그리고 DLS에 의해 85 nm 평균인 폭넓은 분포의 칼륨 안정화 졸을 포함한다. 이들 입자들은 연속 프로세스에서 칼륨 성장되고 한외여과(ultrafiltration)를 통해 약 40 % 고형물들로 농축된다. 이러한 조성물들은 Nalco®13184로서 상업적으로 입수가능하다.
조성물 1을 조제하기 위해서, pH 9.1 및 31.1 % 고형물들인 상기 생성물 12860 그램들이 탈이온수 20000 그램으로 희석되었다. 이후, pH는 250 그램의 0.1M NaOH에 의해 10.1로 조절되었다. 발생하는 슬러리는 19.9 % 고형물들로 분석되었다.
조성물 2는 40 내지 120 nm 의 50 % 초과의 입자들을 갖는 대략 25 nm의 공칭 입도(nominal particle size)를 가진 멀티모달식 나트륨 안정화 졸로 구성된다. TEM 입자 사이징은 36 nm의 평균 입도를 나타낸다. 이러한 조성물은 대략 25, 50 및 80 nm의 3 개의 상이한 나트륨 성장식 유니모달 조성물들로 혼합되며, 이들 조성물들은 이후 정확한 입도 분포를 얻기 위해서 혼합되고 UF를 통해 대략 50 % 고형물들로 농축된다. 이러한 조성물들은 Nalco®1060로서 상업적으로 입수가능하다.
조성물 2를 조제하기 위해서, pH 8.7 및 49.7 % 고형물들인 상기 생성물 7628 그램들이 탈이온수 18935 그램으로 희석되었다. 이후, pH는 250 그램의 0.1M NaOH에 의해 10.1로 조절되었다. 최종 슬러리는 19.8 % 고형물들로 분석되었다.
조성물 3은 적정에 의해 38 nm 그리고 DLS에 의해 85 nm 평균인 폭넓은 분포의 칼륨 안정화 졸을 포함한다. 이들 입자들은 연속 프로세스에서 칼륨 성장되고 한외여과(ultrafiltration)를 통해 약 40 % 고형물들로 농축되며, 조성물 1의 입자들의 방식과 유사한 방식으로 조제된다. 이러한 조성물들은 Nalco®DVSTS029로서 상업적으로 입수가능하다.
조성물 3을 조제하기 위해서, pH 9.65 및 50.4 % 고형물들인 상기 생성물 7527 그램들이 탈이온수 18948 그램으로 희석되었다. 이후, pH는 20 그램의 1.0M NaOH에 의해 10.1로 조절되었다. 발생하는 슬러리는 20.2 % 고형물들로 분석되었다.
조성물 4는 DLS에 의해 80 nm 평균인 좁은 분포의 콜로이달 실리카를 포함한다. 이들 입자들은 상업적으로 나트륨 성장되고 한외여과(UF)를 통해 40 % 고형물들로 농축된다. 이러한 조성물들은 Nalco®2329K로서 상업적으로 입수가능하다.
조성물 4를 조제하기 위해서, pH 8.29 및 40.4 % 고형물들인 상기 생성물 9919 그램들이 탈이온수 19602 그램으로 희석되었다. 이후, pH는 20 그램의 1.0M NaOH에 의해 10.0로 조절되었다. 발생하는 슬러리는 20.6 % 고형물들로 분석되었다.
조성물 5는 좁은 분포의 콜로이달 실리카를 포함한다. 이들 입자들은 상업적으로 나트륨 성장되고 한외여과(UF)를 통해 48 % 고형물들로 농축된다. 이러한 조성물들은 Nalco®2329Plus로서 상업적으로 입수가능하다.
조성물 5를 조제하기 위해서, pH 9.89 및 47.6 % 고형물들인 상기 생성물 7978 그램들이 탈이온수 18941 그램으로 희석되었다. 이후, pH는 20 그램의 1.0M NaOH에 의해 10.5로 조절되었다. 발생하는 슬러리는 20.1 % 고형물들로 분석되었다.
조성물 6은 대략 38 nm 미만의 85 % 초과의 입자들을 갖는 대략 22 nm의 공칭 입도(nominal particle size)를 가진 멀티모달식 나트륨 안정화 졸로 구성된다. TEM 입자 사이징은 22 nm의 평균 입도를 나타낸다. 이러한 조성물은 대략 12, 25, 50, 80 및 100 nm의 5 개의 상이한 나트륨 성장식 유니모달 콜로이달 실리카 조성물들로 혼합되며, 이들 조성물들은 이후 정확한 입도 분포를 얻기 위해서 혼합되고 UF를 통해 대략 50 % 고형물들로 농축된다.
조성물 6을 조제하기 위해서, pH 9.5 및 49.7 % 고형물들인 상기 생성물 7628 그램들이 탈이온수 18935 그램으로 희석되었다. 이후, pH는 250 그램의 0.1M NaOH에 의해 10.1로 조절되었다. 최종 슬러리는 19.8 % 고형물들로 분석되었다.
콜로이달 실리카 폴리싱 조성물들의 물리적 특성

생성물 		pH 재(ash) 고형물에 의한 % SiO 2 ( %) 적정에 의한 입도
(nm) 		QELS에 의한 입도
(nm)
조성물 1 10.1 19.9 22.7 58.1
조성물 2 10.1 19.8 67.8 91.1
조성물 3 10.1 20.2 32.66 81.5
조성물 4 10.0 20.6 77.7 85.6
조성물 5 10.5 20.1 95.9 97.3
조성물 6 10.1 19.8 6.8 88.0
도 2는 조성물들 각각에 대한 TEM PSD들의 오버레이(overlay)들을 나타낸다. 일반적으로, 폭넓은 PSD 졸들로서 설명된 콜로이달 실리카 조성물들은 비가우스적(non-Gaussian)인 것으로 도시되며, 공칭 입도로서 여기에 규정된, 모드 값들과 상당히 다른 평균 입도들을 갖는다. 이에 반해, 유니모달 졸들은 본질적으로 등가인 모드 및 평균 입도값들을 갖는 제한된 가우스적 분포(Gaussian distribution)에 걸치는 범위의 입도들을 갖는다. 폭넓은 분포들은 미국 특허 제 6,910,952 호에서 설명된 종래 기술을 사용하여, 분포의 표준 편차(σ)와 TEM 평균 입도(r) 사이 비율의 관점에서 설명될 수 있다. 이러한 인덱스를 사용하면, 연구된 연마재 입자들은 명확하게 2개의 그룹들에 해당한다: 이들은 타이트하고 유니모달인 가우스적 분포들은 0.15 미만의 σ/r 비를 유발하는 한편, 넓은 비가우스적 분포들은 0.45 초과의 비율들을 갖는 것으로 보인다. TEM PSD 히스토그램들의 추가의 분석은, 유니모달 분포들의 입도들에 대략적으로 상관관계에 있는 "빈즈(bins)" 크기로 입자들의 상대 %들이 카운트되는 것을 허용한다. 이러한 TEM 분석들은 표 2에 제시된다.
콜로이달 실리카 조성물에 대한 TEM 입도 분포 분석 데이터
생성물 종류 1 평균 입경,
r (nm) 		표준 편차
(σ) 		σ/ r % < 38 nm % 40
- 60 nm 		% 60
- 80 nm 		% 80
- 120 nm
조성물 1 폭넓은 PSD, 20 nm 공칭 26.5 12.42 0.467 85.6 10.39 1.8 0.3
조성물 2 폭넓은 PSD,
22 nm 공칭		 37.1 19.8 0.534 60 23.8 9.7 3.9
조성물 3 폭넓은 PSD,
28 nm 공칭		 33.7 16.1 0.478 70.5 17.7 5.7 2.2
조성물 4 가우시안 PSD,
70 nm 공칭		 70.4 9.14 0.13 1.31 3.14 87.4 8.12
조성물 5 가우시안 PSD,
90 nm 공칭		 88.3 7.56 0.086 0 0 12.6 87.4
조성물 6 폭?은 PSD,
12nm 공칭		 22.3 16.3 0.734 87.4 8.23 2.60 1.46
1공칭 입도는 TEM 사이징 분석들로부터 얻어진 모드 값으로서 규정된다. 모드 값은 분석에서 아주 자주 얻어지는 값이다.
또한, 도 3은 각각의 조성물의 대표적인 TEM 이미지들을 예시한다.
예시 2
사파이어 폴리싱 테스트들
폴리싱 테스트들은 3 개의 상이한 폴리싱 패드들을 사용하여 실행되었다:
SUBATM 500: 13 %의 압축률 및 55의 쇼어 D 경도를 갖는 폴리우레탄 함침식 폴리에스테르 펠트 패드.
SUBATM 600: 4 %의 압축률 및 80의 아스커 C 경도를 갖는 폴리우레탄 함침식 폴리에스테르 펠트 패드.
SUBATM 800: 4 %의 압축률 및 82의 아스커 C 경도를 갖는 폴리우레탄 함침식 폴리에스테르 펠트 패드.
MHN 패드: 3 %의 압축률 및 84의 JIS 경도를 갖는 폴리우레탄 수지 펠트 패드.
패드 컨디셔닝(Pad conditioning)은 새로운 경우 또는 매번 사용한 후에 폴리우레탄 폴리싱 패드에서 폐쇄되거나 글레이즈된 셀(glazed cell)들을 개방한다. 이는, 웨이퍼로의 슬러리의 이송을 개선할 수 있으며, 패드의 수명 내내 일관된 폴리싱 표면을 제공할 수 있어, 웨이퍼에 대한 웨이퍼 폴리싱 변동성(wafer to wafer polishing variability)이 적게 유발된다. 패드 컨디셔닝 프로세스에서, 컨디셔닝 링은 패드 표면에 적용된 최소 다운포스로 인스트루먼트 상에서 웨이퍼 캐리어를 대체한다. 표 3은 이러한 연구에서 패드들을 컨디셔닝하기 위해 사용된 컨디셔닝 파라미터들을 요약한다.
폴리싱 패드에 대한 컨디셔닝 파라미터
파라미터 CETR CP-4 폴리셔 파라미터 Speedfam GPAW 32 폴리셔 파라미터
컨디셔닝 패드 4 인치 플래튼 상의 CETR 다이아몬드 연마제 임베디드 그리드 12 인치 플래튼 상의 Speedfam 다이아몬드 연마제 임베디드 그리드
슬러리 탈이온수 탈이온수
슬러리 유량 100 ml/분 600 ml/분
속도 10 mm 발진 @ 10/분
컨디셔너 캐리어 65 rpm;
폴리싱 패드 65 rpm		 폴리셔 패드 65 rpm
컨디셔너 패드 65 rpm
컨디셔닝 압력 0.1 psi 0.1 psi
컨디셔닝 시간 10 분 10 분
CP-4 CMP 테스팅 인스트루먼트는 2 내지 4인치 웨이퍼들 및 9 인치 플래튼(platen) 패드를 수용할 수 있다. 폴리싱 동안, 웨이퍼 패드 인터페이스에서 마찰력, 마찰계수(CoF) 및 플래튼 패드 온도는 현장에서(in-situ) 연속적으로 감시된다. 본 예에서 사용된 프로세스 컨디션들은 표 4에 요약된다.
Speedfam GPAW 32 폴리셔(polisher)는 32인치 플래튼 패드 및 4 개의 폴리싱 헤드들을 가지며, 각각에는 3개 또는 8 개의 3인치 웨이퍼들을 수용하도록 장착 템플릿(mounting template)들이 장비된다. 폴리싱 동안, 플래튼 패드 온도가 감시된다. 이 예에서 사용된 프로세스 컨디션들은 표 4에 요약된다.
폴리싱 파라미터
파라미터 CETR CP-4 파라미터 Speedfam GPAW32 파라미터
슬러리 유량 100 mL/분 600 mL/분
슬러리 농도 20 % SiO2 20 % SiO2
속도 웨이퍼 캐리어 65 rpm;
폴리싱 패드 65 rpm		 폴리싱 패드 rpm;
마찰 상태에서 웨이퍼 캐리어 자유 회전
폴리싱 압력 7.11 , 10.00 및 12.00 psi 7.11 , 10.00 및 12.00 psi
폴리싱 시간 20 분 및 180 분 180 분
폴리싱 작업의 반복 회수 1 웨이퍼당 2-6 작업 3-8 웨이퍼당 2-6 작업
모든 웨이퍼들은, 모든 작동들에서 플래튼 속도들을 일관되게 유지하지만, 작동 시간들, 프로세싱 압력, 패드, 콜로이달 실리카 연마재 및 연마재 농도를 변화시키면서, 폴리싱되었다. CETR CP-4 시스템에 대해, 웨이퍼 캐리어 회전은 모터 구동식이며, 폴리싱 동안 제어된다. Speedfam GPAW32를 위해서, 웨이퍼 캐리어 헤드들은 모터 구동식이 아니라, 오히려 웨이퍼들이 폴리싱 프로세스의 마찰력 하에서 자유 회전한다. 일반적으로, 모든 조성물들은 프레스토니안 거동(Prestonian behavior)을 나타내며, 여기서 재료 제거율(MRR)은 다운포스 압력 및 회전 속도의 선형 마찰이다. 그러나, 라인의 기울기, 이에 따라 이들 변수들 각각의 영향의 정도는 폴리싱 조성물과 함께 크게 변한다. 마찬가지로, MRR들은 폴리싱 슬러리에서 콜로이달 실리카의 농도에 크게 의존하는데, 가장 큰 입자들의 농도가 감소함에 따라 속도가 크게 떨어진다. 연구된 콜로이달 실리카 졸들의 공칭 입도의 영향은, 20 % SiO2의 산업 표준 고형물들 장입에서 추가로 탐사된다. 논의 목적들을 위해서, 그 데이터의 서브세트들이 여기에서 요약될 것이다.
표 5는 공통 처리 파라미터들 하에서 실행된 C-평면 사파이어 폴리싱 연구들을 위해 얻어진 제거율들을 요약한다. 실리카 졸들은 20 % 실리카 고형물들을 탈이온수에 희석하고 pH는 9.5 초과로 조정되었다. 7.11 및 10.00 psi인 2 개의 다운포스 압력들은 3 개의 SUBATM 패드 및 1 개의 MH-N 패드에 대해 평가되었으며, 모든 웨이퍼들은 180 분 동안 폴리싱되었다. 비교 목적들을 위해서, 초기 테스트는 SUBA 500 패드에 의해 실행되었으며, 여기서 다운포스는 12.00 psi로 증가되었으며, 웨이퍼들은 단지 2시간 동안 폴리싱되었다.
C-평면 사파이어 재료 제거율(mm/분)
조성물 프로세스 A 1 프로세스 B
프로세스 C 프로세스 D 프로세스 E 프로세스 F
1 - - - 42 -
2 41.0 22.8 13.9 51.5 26.5 32.1
3 37.8 15.5 17.3 47 20.1
4 28.8 25.5 21.9 36 35.4
5 16.9 22 17.2 24.5 26.9 30.6
6 22.6 39.0 27.2
프로세스 Aa: 12.00 psi / SUBATM 500 패드-120 분 폴리싱 시간
프로세스 B: 7.11 psi / SUBATM 600 패드
프로세스 C: 7.11 psi/ SUBATM 800 패드
프로세스 D: 10.00 psi/ SUBATM 500 패드
프로세스 E: 10.00 psi/ SUBATM 600 패드
프로세스 F: 7.11 psi/ MH 패드
이 데이터는 또한 도 4에서 콜로이달 실리카 연마재의 공칭 입도의 함수를 그래프로 나타낸다. 프로세스 A 및 D에서 도시된 바와 같이, SUBATM 500 패드는, 최고 제거율들을 나타내며, 조성물 2, 3 및 6 모두는 10 psi 다운포스 압력에서 분당 45 nm 초과의 재료 제거율들을 유발하며, 이 속도들은 동일한 폴리싱 조건들 하에서 더 큰 유니모달 조성물 4 및 5의 속도들의 2배 초과이다. SUBATM 600 또는 SUBATM 800 패드를 사용한 폴리싱 프로세스들에 대한 사파이어 제거율들은 콜로이달 실리카 입도 또는 PSD에 적게 의존하며, 대략 20 ± 5 nm/분의 MRR 값들을 가지며, 프로세스 B 하에서 SUBA 600 패드에 의해 사용된 조성물 6을 제외하고, 7.11 psi 다운포스 압력에서 분당 45 nm 초과의 재료 제거율들을 유발하며, 이 속도들은 동일한 폴리싱 조건들 하에서 더 큰 유니모달 조성물 4 및 5의 속도들의 2배 초과이다.
12.0 psi의 다운포스에서 SUBATM 500 패드 상에서 20분 증가시 폴리싱(프로세스 A)은 문헌들에서 보고된 20분 폴리싱 속도들과 MRR들의 비교뿐만 아니라 제거율, 마찰 계수 및 표면 마무리의 관점에서 평탄화 프로세스 추적을 허용할 수 있다. 도 5는 프로세스 A를 사용하여 조성물 5를 위한 폴리싱 시간의 함수로서 현장에서 Cof의 대응하는 증가를 갖는 MRR의 하락을 차트화한다. 초기 20 분의 폴리싱 주기에서, 조성물 5에 대한 MRR은 약 34.2 nm/분인 것으로 알려졌으며, 이는 유사한 조건들 하에서 보고된 25 내지 40 nm/분의 속도들보다 우호적인 것으로 비교된다(예컨대, 미국 특허 출원 제 2006/0196849호 및 대만 특허 출원 2007/287484 참조). 그러나, 폴리싱 프로세스들과 같이, 마찰 계수가 증가함에 따라 제거율은 떨어진다. 이는, 평활화 작동을 고려할 때 이해될 수 있다. 일반적으로 말하여, 초기에 연마제들은 표면의 돌기들을 레벨링한다. 평탄화가 계속됨에 따라, 입자들, 패드 및 웨이퍼 표면 사이의 표면 접촉이 증가하며, 그 인터페이스에서 마찰 증가를 유발한다. 그러나, 딥 트랜치들은 전체 표면에 걸쳐 훨씬 더 많은 재료 질량을 제거함으로써 제거되어야 한다. 제거율의 하락은, 전통적인 CMP 프로세스들에서 보는 바와 같이 상당한 표면 개질(surface modification)의 부족으로 인한 결과일 것이다. 온도가 24.0℃ ± 2℃에서 180분의 작동 시간 내내 상당히 안정적으로 유지되는 것에 유의하는 것이 중요하다.
이는, 섹션 C에서 논의된 대응하는 AFM 표면 플롯들을 조사할 때 추가로 이해될 수 있다. 20분 폴리싱 시에, 도 8a에서 볼 수 있는 표면이 만들어진다. 폴리싱 프로세스에서 이 때에는, 50㎛2 영역이 드러나며, 표면은 비교적 평활한 큰 영역들을 가지며, 또한 일부 입자들은 표면(높이 25 nm 이하의 "날카로운 피크들"로서 나타남)에 부착되고, 일부 더 깊은 "소우 트랜치들(saw trenches)"이 여전히 남아있어, 표면의 추가 평탄화 제안이 요구된다. 웨이퍼, 패드 및 입자 사이의 표면 접촉이 평탄화 프로세스 중 상당히 증가될 때, 제거율이 40분 폴리싱 이후에 상당히 하락하는 것에 주목한다.
도 6은 (A) C-평면 웨이퍼의 5㎛2 × 800 nm 표면 플롯; RMS=150.5 nm 및 Ra= 117.1 nm; B) 동일한 웨이퍼의 20㎛2 × 2000 nm 표면 플롯; RMS=204.3 nm 및 Ra= 162.6 nm) 폴리싱 이전에 검사된 사파이어 웨이퍼들 중 하나에 대한 전형적인 표면들을 도시한다. 크고 날카로운 표면 피쳐들이 뚜렷하며, z-스케일은, 이들 피쳐들이 대략 수백 나노미터 높이임을 나타낸다. 동일한 5㎛2 위치의 평면도가 도 7에 도시된다. 평면도는, 가장 아래 영역들은 어둡고 가장 높은 영역들은 밝은, 색 음영(color shading)에 의해 표면 피쳐들의 상대 높이를 나타낸다. 이러한 폴리싱되지 않은 표면에 대한 이미지 Z 범위는 (가장 아래 지점으로부터) 1/2(half) 마이크론과 같은 높이 만큼의 피크들을 나타낸다. 전체 이미지에 대한 조도는 Ra=117 nm이며, 서브나노미터 조도의 최종 목표보다 훨씬 높다. 이는 사파이어 코어로부터 슬라이싱(톱질(sawing)) 이후의 웨이퍼 표면이기 때문에, 톱 자국(saw mark)들이 도 6 및 도 7에서 보이는 형태(morphology)의 가능한 원인이다.
12.0 psi의 다운포스에서 SUBA 500 패드 상에서 2 시간 주기 동안의 폴리싱(프로세스 A)은 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같은 표면을 만들 수 있다. 도 8은 조성물 5의 폴리싱 프로세스 A 동안 C-평면 사파이어의 AFM 표면 플롯들을 도시한다. (A) 20분 폴리싱 시간에서, 25㎛2 × 2000 nm 표면 플롯; RMS=350 nm; B) 120 분 폴리싱 시간에서, 25㎛2 × 2000 nm 표면 플롯; RMS=70 nm; C) 1㎛2 × 50 nm 표면 플롯; RMS=4.30 nm 및 Ra=3.50 nm. 도 9는 조성물 2를 사용하여 폴리싱 프로세스 A 이후에 C-평면 사파이어 웨이퍼들의 AFM 평면도(1㎛ × 1㎛) 및 조도 통계자료들(statistics)을 도시한다.
폴리싱 프로세스에서 이 때에는, 50㎛2 영역이 드러나며, 표면은 비교적 평활한 큰 영역들을 가지며, 또한 일부 입자들은 표면에 부착되고, 일부 더 깊은 "소우 트랜치들(saw trenches)"이 여전히 남아 있어, 표면의 추가 세정(cleaning) 및 평탄화 제안이 요구된다. 평활도(degree of smoothness)가 증가하고 표면 상호작용들이 증가함에 따라 제거율은 하락한다. 120분에서, 비교적 평탄도(planarity)가 큰 영역들이 존재하며, 1 내지 10㎛2의 아이솔레이션 영역들은 또한 전체 웨이퍼를 위한 대표적인 조도 평가를 제공하면서 표면의 미세한 피쳐들을 캡쳐하기에 이상적이다. 도 8의 c의 1㎛2 이미지에서, 깊이가 대략 10 nm 미만인 단지 작은 그루브들만이 관찰되며, 이 영역은 나노미터 표면 조도와 동질인 것으로 보인다.
그러나, 서브 나노미터 조도의 타겟들은 최종 표면 조도 타겟들에 도달하기 위해서 더 긴 폴리싱 시간들이 요구됨을 함축한다. 이러한 이유로, 다른 모든 폴리싱 작업들은 표 6 및 표 7에서 도표화한 것과 같이 180 분으로 연장되었다. 섹션 B에서 식별된 제거율들로 추가 60 분의 폴리싱 시간에 의해, 모든 실리카 슬러리들은 파괴적 폴리싱(destructive polishing), 또는 가우징(gouging)을 제외하고, 표면 평활 타겟들에 요구되는 사파이어 제거 깊이에 부합하도록 계산되었다. 도표화된 결과들로부터 보이는 바와 같이, 7.11 psi의 다운포스 압력은, 사용된 SUBA 패드에 관계없이, 실리카 졸들에 대한 표면 마무리 타겟들이 더 작은 공칭 입도들에 부합하기에는 불충분하였다.
조성물 프로세스 A 프로세스 B 프로세스 C
　 RMS Ra RMS Ra RMS Ra
2 1.010 0.781 3.26 1.5 0.549 0.262
3 1.200 1.100 1.99 0.903 3.33 2.19
4 8.440 7.100 0.638 0.345 0.732 0.444
5 4.300 3.500 0.634 0.357 0.760 0.520
6 0.115 0.091
조성물 프로세스 D 프로세스 E 프로세스 F
　 RMS Ra RMS Ra RMS Ra
2 0.285 0.285 0.323 0.219 0.187 0.153
3 0.489 0.489 0.346 0.223
4 0.800 0.800 0.247 0.185
5 0.765 0.765 0.570 0.304 0.280 0.233
6 0.292 0.229 0.656 0.508
180분 폴리싱 작업들은 서브 나노미터 표면 조도를 보다 일관되게 생산할 수 있었다. 도 10은 프로세스 D 조건들 하에서 180분 동안 폴리싱한 이후의 C-평면 웨이퍼 표면을 도시하며, 서브나노미터 평균 조도가 성취되었음을 나타낸다. 도 11은 동일한 웨이퍼의 단면을 도시하며, 표면에 걸친 변동성을 나타낸다. 도 12는 프로세스 B 조건들 하에서 조성물 6을 사용하여 180분 동안 폴리싱한 이후의 C-평면 웨이퍼 표면을 도시하며, 도 13은 동일한 웨이퍼의 횡단면도를 도시하며, 표면에 걸친 변동성을 나타낸다. 도 14는 프로세스 F 조건들 하에서 조성물 2를 사용하여 180분 동안 폴리싱한 이후의 C-평면 웨이퍼 표면을 도시하며, 도 15는 동일한 웨이퍼의 횡단면도를 도시하며, 표면에 걸친 변동성을 나타낸다. 도 16은 프로세스 F 조건들 하에서 조성물 6을 사용하여 180분 동안 폴리싱한 이후의 C-평면 웨이퍼 표면을 도시하며, 도 17은 동일한 웨이퍼의 횡단면도를 도시하며, 표면에 걸친 변동성을 나타낸다. 도 18은 프로세스 D 조건들 하에서 조성물 6을 사용하여 180분 동안 폴리싱한 이후의 R-평면 웨이퍼 표면을 도시하며, 도 19는 동일한 웨이퍼의 횡단면도를 도시하며, 표면에 걸친 변동성을 나타낸다.
최적 성능은 프로세스 B 하에서 115 Å의 RMS 및 0.9 Å의 Ra를 성취하는 조성물 6, 이어서 프로세스 D 하에서 2.85 Å의 RMS 및 2.03 Å의 Ra를 성취하는 조성물 2, 이어서 프로세스 D 하에서 4.89 Å의 RMS 및 3.73 Å의 Ra를 성취하는 조성물 3에 대해 얻어졌다. 이들 조성물들은 또한 각각 45.2, 51.5 및 47.0 nm/분의 MRR 값들을 갖는 섹션 B에서 보고된 바와 같이 가장 높은 제거율들을 성취하였다.
R-평면 사파이어 웨이퍼들은, 유사한 트랜드들을 갖는 C-평면 웨이퍼들이 관찰됨에 따라 동일한 조건들 하에서 폴리싱될 수 있다. 예컨대, 프로세스 D 하에서 40 % 고형물로 조성물 4를 이용하여 3 시간 동안 폴리싱된 R-평면 웨이퍼들은 43.5 마이크론/분의 재료 제거율을 유발하며, 2.64 Å의 RMS 및 2.1 Å의 Ra를 성취한다. 프로세스 D 하에서 40 % 고형물로 조성물 6을 이용하여 3 시간 동안 폴리싱된 R-평면 웨이퍼들은 40.6 마이크론/분의 재료 제거율을 유발하며, 2.92 Å의 RMS 및 2.3 Å의 Ra를 성취한다.

Claims (26)

  1. 사파이어 표면 폴리싱 방법으로서,
    회전하는 폴리싱 패드 및 폴리싱 조성물(polishing composition)로 사파이어(sapphire) 표면을 연마시키는 단계(abrading)를 포함하며, 상기 폴리싱 조성물은 콜로이달 실리카를 포함하며, 상기 콜로이달 실리카는 입도 분포(particle size distribution)를 가지고, 상기 콜로이달 실리카의 입도의 표준 편차(σ) 대 콜로이달 실리카의 평균 입도(r)의 비율(σ/r)은, 0.3 이상인,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 폴리싱 조성물의 1 중량 % 내지 50 중량 %를 포함하는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 5 nm 내지 120 nm의 입도 분포를 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비율(σ/r)은 0.3 내지 0.9인,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카 조성물은 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 또는 50 nm의 평균 입도를 가지며, 각각의 입도의 함유량은 폴리싱 조성물에 사용된 콜로이달 실리카 입자들의 총 질량의 0.5 % 내지 25.0 %의 범위 내인,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 5 nm 내지 50 nm의 평균 입도를 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 조성물은, 알칼리 물질(alkaline substance), 무기(inorganic) 폴리싱 입자들, 수용성 알코올(water-soluble alcohol), 킬레이트제(chelating agent) 및 완충제(buffering agent)로 구성된 군으로부터 선택된 첨가 성분들을 더 포함하는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 조성물의 pH는 6 내지 10.5인,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 5 psi 내지 25 psi의 다운포스(downforce)로 사파이어 표면에 적용되는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 40 rpm 내지 120 rpm의 속도(rate)로 회전되는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 폴리우레탄 함침식 폴리에스테르 재료(polyurethane impregnated polyester material)를 포함하는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 1 % 내지 40 %의 압축률(compressibility)을 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 50 내지 60의 쇼어 D 경도(Shore D hardness)를 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 사파이어 표면은 사파이어 C-평면 표면인,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 사파이어 표면은 사파이어 R-평면 표면인,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는,
    (a) 미리 정해진 최소 입도의 미리 형성된 실리카 졸 입자들(sol particles)을 포함하는 제 1 성분을 하나 이상의 가열된 교반식 반응기에 첨가하는 단계;
    (b) 규산(silicic acid)을 포함하는 제 2 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계로서, 상기 제 2 성분은 새로운 실리카 입자 핵생성 속도보다 낮은 속도로 반응기에 공급되는, 제 2 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계 ;
    (c) 알칼리성제(alkaline agent)를 포함하는 제 3 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계;를 포함하고,
    (d) 발생하는 콜로이달 실리카의 최소 입도가 제 1 성분의 입도에 의해 제어되며, 입도 분포는 제 1 성분의 반응기로의 공급 속도 대 제 2 성분의 반응기로의 공급 속도의 비율에 따르는
    프로세스에 의해 조제되는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는, 2 또는 그 초과의 콜로이달 실리카 조성물들을 혼합하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 조제되며, 상기 콜로이달 실리카 조성물들은, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 또는 120 nm의 평균 입도를 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  18. 사파이어 표면 폴리싱 방법으로서,
    회전하는 폴리싱 패드 및 폴리싱 조성물(polishing composition)로 사파이어(sapphire) 표면을 연마시키는 단계(abrading)를 포함하며, 상기 폴리싱 조성물은 콜로이달 실리카를 포함하며, 상기 콜로이달 실리카는 입도 분포(particle size distribution)를 가지고,
    상기 콜로이달 실리카는, 2 또는 그 초과의 콜로이달 실리카 조성물들을 혼합하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 조제되며, 상기 콜로이달 실리카 조성물들은, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 또는 120 nm의 평균 입도를 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱 방법.
  19. 사파이어 표면 폴리싱용 키트로서,
    (a) 5 nm 내지 120 nm의 입도 분포를 갖는 콜로이달 실리카를 포함하는 폴리싱 조성물; 및
    (b) 폴리에스테르가 함침된 폴리우레탄을 포함하고 1 % 내지 40 %의 압축률 및 50 내지 60의 쇼어 D 경도를 갖는 폴리싱 패드;를 포함하고,
    상기 콜로이달 실리카의 입도의 표준 편차(σ) 대 콜로이달 실리카의 평균 입도(r)의 비율(σ/r)은, 0.3 이상인,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 폴리싱 조성물의 1 중량 % 내지 50 중량 %를 포함하는,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 비율(σ/r)은 0.3 내지 0.9인,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카 조성물은 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 또는 50 nm의 평균 입도를 가지며, 각각의 입도의 함유량은 폴리싱 조성물에 사용된 콜로이달 실리카 입자들의 총 질량의 0.5 % 내지 25.0 %의 범위 내인,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는 5 nm 내지 50 nm의 평균 입도를 갖는,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 폴리싱 조성물은, 알칼리 물질(alkaline substance), 무기(inorganic) 폴리싱 입자들, 수용성 알코올(water-soluble alcohol), 킬레이트제(chelating agent) 및 완충제(buffering agent)로 구성된 군으로부터 선택된 첨가 성분들을 더 포함하는,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 폴리싱 조성물의 pH는 6 내지 10.5인,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카는,
    (a) 미리 정해진 최소 입도의 미리 형성된 실리카 졸 입자들(sol particles)을 포함하는 제 1 성분을 하나 이상의 가열된 교반식 반응기에 첨가하는 단계;
    (b) 규산(silicic acid)을 포함하는 제 2 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계로서, 상기 제 2 성분은 새로운 실리카 입자 핵생성 속도보다 낮은 속도로 반응기에 공급되는, 제 2 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계 ;
    (c) 알칼리성제(alkaline agent)를 포함하는 제 3 성분을 상기 반응기에 첨가하는 단계;를 포함하고,
    (d) 발생하는 콜로이달 실리카의 최소 입도가 제 1 성분의 입도에 의해 제어되며, 입도 분포는 제 1 성분의 반응기로의 공급 속도 대 제 2 성분의 반응기로의 공급 속도의 비율에 따르는
    프로세스에 의해 조제되는,
    사파이어 표면 폴리싱용 키트.
KR1020157007507A 2012-08-24 2013-08-23 사파이어 표면 폴리싱 방법 KR102105844B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261692974P 2012-08-24 2012-08-24
US61/692,974 2012-08-24
PCT/US2013/056482 WO2014032012A1 (en) 2012-08-24 2013-08-23 Methods of polishing sapphire surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150065682A KR20150065682A (ko) 2015-06-15
KR102105844B1 true KR102105844B1 (ko) 2020-04-29

Family

ID=50148401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157007507A KR102105844B1 (ko) 2012-08-24 2013-08-23 사파이어 표면 폴리싱 방법

Country Status (7)

Country Link
US (3) US9283648B2 (ko)
EP (1) EP2888077B8 (ko)
JP (1) JP6273281B2 (ko)
KR (1) KR102105844B1 (ko)
CN (1) CN104736296B (ko)
TW (1) TWI593004B (ko)
WO (1) WO2014032012A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201116305D0 (en) 2011-09-21 2011-11-02 Df & G Ltd Composition
EP2888077B8 (en) 2012-08-24 2017-09-27 Ecolab USA Inc. Methods of polishing sapphire surfaces
JP6291026B2 (ja) 2013-03-15 2018-03-14 エコラボ ユーエスエー インコーポレイティド サファイアの表面を研磨する方法
GB201305217D0 (en) * 2013-03-21 2013-05-01 For Your Diamonds Only Ltd Cleaning method
JP6506913B2 (ja) * 2014-03-31 2019-04-24 ニッタ・ハース株式会社 研磨用組成物及び研磨方法
JP6408236B2 (ja) * 2014-04-03 2018-10-17 昭和電工株式会社 研磨組成物、及び該研磨組成物を用いた基板の研磨方法
JP2015203081A (ja) * 2014-04-15 2015-11-16 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
US20160060487A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing a sapphire surface
JP6377459B2 (ja) * 2014-08-29 2018-08-22 株式会社ディスコ ウエーハ検査方法、研削研磨装置
JPWO2016043088A1 (ja) * 2014-09-16 2017-08-10 山口精研工業株式会社 サファイア基板用研磨剤組成物
JP6436018B2 (ja) * 2015-08-28 2018-12-12 住友金属鉱山株式会社 酸化物単結晶基板の研磨スラリー及びその製造方法
CN105462504A (zh) * 2015-12-11 2016-04-06 蓝思科技（长沙）有限公司 一种c向蓝宝石抛光液及其制备方法
CN107011804A (zh) * 2016-01-28 2017-08-04 浙江晶圣美纳米科技有限公司 一种蓝宝石化学机械抛光液
CN106044786B (zh) * 2016-06-01 2019-05-07 上海新安纳电子科技有限公司 多分散大粒径硅溶胶及其制备方法
CN106590441A (zh) * 2016-12-29 2017-04-26 东莞市淦宏信息科技有限公司 一种蓝宝石研磨液
US10377014B2 (en) 2017-02-28 2019-08-13 Ecolab Usa Inc. Increased wetting of colloidal silica as a polishing slurry
CN108381378A (zh) * 2018-02-01 2018-08-10 北京派克贸易有限责任公司 一种基于GaAs晶圆的雾化超声抛光方法
CN108500823A (zh) * 2018-04-25 2018-09-07 哈尔滨秋冠光电科技有限公司 一种蓝宝石晶片的加工方法
CN108527013A (zh) * 2018-05-22 2018-09-14 安徽全兆光学科技有限公司 一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺
CN108559407A (zh) * 2018-06-25 2018-09-21 安徽全兆光学科技有限公司 一种光学蓝宝石用研磨液
CN109111857B (zh) * 2018-09-06 2020-10-16 北京保利世达科技有限公司 一种抛光液及其用于抛光2.5d氧化锆陶瓷板的用途
CN109536040A (zh) * 2018-12-07 2019-03-29 长春安旨科技有限公司 一种抛光液及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008044078A (ja) 2006-08-18 2008-02-28 Sumitomo Metal Mining Co Ltd サファイア基板の研磨方法
JP2008531319A (ja) 2005-03-04 2008-08-14 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション サファイア表面を研磨するための組成物および方法
WO2012005142A1 (ja) 2010-07-09 2012-01-12 旭硝子株式会社 研磨剤および研磨方法

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5228886A (en) * 1990-10-09 1993-07-20 Buehler, Ltd. Mechanochemical polishing abrasive
JPH0562953A (ja) * 1991-09-04 1993-03-12 Fujitsu Ltd 研磨液
US5407526A (en) 1993-06-30 1995-04-18 Intel Corporation Chemical mechanical polishing slurry delivery and mixing system
FR2789998B1 (fr) 1999-02-18 2005-10-07 Clariant France Sa Nouvelle composition de polissage mecano-chimique d'une couche en un materiau conducteur d'aluminium ou d'alliage d'aluminium
US6685539B1 (en) * 1999-08-24 2004-02-03 Ricoh Company, Ltd. Processing tool, method of producing tool, processing method and processing apparatus
EP2045307A1 (en) 2000-05-12 2009-04-08 Nissan Chemical Industries, Ltd. Polishing composition
EP1369906B1 (en) * 2001-02-20 2012-06-27 Hitachi Chemical Company, Ltd. Polishing compound and method for polishing substrate
US6517426B2 (en) * 2001-04-05 2003-02-11 Lam Research Corporation Composite polishing pad for chemical-mechanical polishing
JP3664676B2 (ja) 2001-10-30 2005-06-29 信越半導体株式会社 ウェーハの研磨方法及びウェーハ研磨用研磨パッド
CN101058713B (zh) * 2001-10-31 2011-02-09 日立化成工业株式会社 研磨液及研磨方法
WO2004053456A2 (en) * 2002-12-09 2004-06-24 Corning Incorporated Method using multi-component colloidal abrasives for cmp processing of semiconductor and optical materials
TWI254741B (en) * 2003-02-05 2006-05-11 Kao Corp Polishing composition
US7066801B2 (en) * 2003-02-21 2006-06-27 Dow Global Technologies, Inc. Method of manufacturing a fixed abrasive material
US7654885B2 (en) * 2003-10-03 2010-02-02 Applied Materials, Inc. Multi-layer polishing pad
US20050234136A1 (en) 2004-04-19 2005-10-20 Holland Brian T Colloidal compositions and methods of preparing same
US8052788B2 (en) * 2005-08-10 2011-11-08 Nalco Company Method of producing silica sols with controllable broad size distribution and minimum particle size
US20070116423A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-24 3M Innovative Properties Company Arrays of optical elements and method of manufacturing same
US7902072B2 (en) 2006-02-28 2011-03-08 Fujifilm Corporation Metal-polishing composition and chemical-mechanical polishing method
US20080283502A1 (en) 2006-05-26 2008-11-20 Kevin Moeggenborg Compositions, methods and systems for polishing aluminum oxide and aluminum oxynitride substrates
EP2052048B1 (en) 2006-07-12 2018-01-24 Cabot Microelectronics Corporation Cmp method for metal-containing substrates
US8740670B2 (en) * 2006-12-28 2014-06-03 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Sapphire substrates and methods of making same
KR101369828B1 (ko) * 2006-12-28 2014-03-05 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 사파이어 기판 로트
CN101367189A (zh) * 2007-08-15 2009-02-18 江苏海迅实业集团股份有限公司 硅片抛光表面划伤的控制方法
US8721917B2 (en) * 2007-10-05 2014-05-13 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing of sapphire with composite slurries
US9120960B2 (en) * 2007-10-05 2015-09-01 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Composite slurries of nano silicon carbide and alumina
JP5384037B2 (ja) 2008-06-11 2014-01-08 山口精研工業株式会社 サファイア基板用研磨液組成物、及びサファイア基板の研磨方法
CN102627914B (zh) * 2009-10-22 2014-10-29 日立化成株式会社 研磨剂、浓缩一液式研磨剂、二液式研磨剂、基板研磨法
US9536752B2 (en) 2009-11-11 2017-01-03 Kuraray Co., Ltd. Slurry for chemical mechanical polishing and polishing method for substrate using same
JP5443192B2 (ja) 2010-02-10 2014-03-19 株式会社ディスコ サファイア基板の加工方法
JP5819076B2 (ja) * 2010-03-10 2015-11-18 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP5819589B2 (ja) 2010-03-10 2015-11-24 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物を用いた方法
SG185033A1 (en) * 2010-04-28 2012-11-29 Baikowski Japan Co Ltd Sapphire polishing slurry and sapphire polishing method
JP2012206183A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 研摩スラリー及びその研摩方法
CN102343547A (zh) * 2011-10-20 2012-02-08 天津理工大学 一种蓝宝石衬底材料的热化学机械抛光法及抛光液
KR101295921B1 (ko) * 2011-11-07 2013-08-13 주식회사 엘지실트론 연마패드의 표면처리방법 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마방법
CN102513906B (zh) * 2011-12-20 2013-10-09 元亮科技有限公司 一种蓝宝石衬底抛光工艺
EP2888077B8 (en) 2012-08-24 2017-09-27 Ecolab USA Inc. Methods of polishing sapphire surfaces
JP6291026B2 (ja) * 2013-03-15 2018-03-14 エコラボ ユーエスエー インコーポレイティド サファイアの表面を研磨する方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008531319A (ja) 2005-03-04 2008-08-14 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション サファイア表面を研磨するための組成物および方法
JP2008044078A (ja) 2006-08-18 2008-02-28 Sumitomo Metal Mining Co Ltd サファイア基板の研磨方法
WO2012005142A1 (ja) 2010-07-09 2012-01-12 旭硝子株式会社 研磨剤および研磨方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2888077A1 (en) 2015-07-01
US20140057533A1 (en) 2014-02-27
TW201417159A (zh) 2014-05-01
US20140057532A1 (en) 2014-02-27
JP6273281B2 (ja) 2018-01-31
EP2888077B1 (en) 2017-08-02
CN104736296A (zh) 2015-06-24
US20160151876A1 (en) 2016-06-02
US9283648B2 (en) 2016-03-15
WO2014032012A1 (en) 2014-02-27
US9446493B2 (en) 2016-09-20
EP2888077B8 (en) 2017-09-27
KR20150065682A (ko) 2015-06-15
CN104736296B (zh) 2018-08-28
TWI593004B (zh) 2017-07-21
JP2015533868A (ja) 2015-11-26
EP2888077A4 (en) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102105844B1 (ko) 사파이어 표면 폴리싱 방법
US9896604B2 (en) Methods of polishing sapphire surfaces
EP2478064B1 (en) Composition for polishing bulk silicon
KR101281879B1 (ko) 수용성 산화제를 이용한 탄화규소 연마 방법
KR101371870B1 (ko) 수용성 산화제를 이용한 탄화규소 연마 방법
JP5418590B2 (ja) 研磨剤、研磨剤セット及び基板の研磨方法
JP6010043B2 (ja) ポリシリコンの研磨用組成物及び研磨方法
TWI734971B (zh) 研磨液、研磨液套組及研磨方法
KR20150024275A (ko) 사파이어 표면 연마용 화학적 기계적 연마 조성물 및 그의 사용방법
US8815110B2 (en) Composition and method for polishing bulk silicon
KR101357328B1 (ko) Ｃｍｐ 연마액, 및 이것을 이용한 연마 방법 및 반도체 기판의 제조 방법
JP5377117B2 (ja) 粒子分散液中の非球状粒子を検出する方法
Wu et al. 1006 Study on the Effects of Chemical Agents and Environment on Material Removal Rate in Sapphire Polishing

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant