TW538120B - Colloidal polishing of fused silica - Google Patents

Description

538120 A7 ----------B7 五、發明説明（丨） 發明領域： 本發明係關於利用膠凝體石夕石在高_下對縣石夕石 進行拋光之方法。 發明背景： ，膠凝體作為拋光材料對玻璃以及微電子業界最終零件 製造馳當地重要，石以及礬土膠凝體通常使用作7為抛 光各種微電子材料(銅，鎢，轉），以及錦场凝體通常使 用作為向品質玻璃表面之處理過程。 對熔融矽石產生高品質光學表面主要問題包含去除先 別研磨處理過程遺留下表面及次表面之損壞，以及產生相 當小高度之外形（Ra通常小於5埃）。對於主要以機械方式 為導向之研磨劑例如為锆石以及礬土，最終表面修飾由研 磨劑顆粒尺寸以及形態決定出。對於化學—機械方式之拋 光研磨劑例如為鈽以及鐵氧化物，防止形成殘餘損壞可藉 由對研磨劑顆粒加熱處理至硬度與玻璃相當而達成。基於 : 該理由，鈽氧化物自1940來即選擇作為玻璃拋光應用之主 v 要研磨劑。 膠/旋體％石出現作為拋光研磨劑為二倍時間。膠凝體 蛵矽石具有球體形態以及顆粒尺寸廣泛地變化。因而，其刮 | 除較軟材料時將產生一些問題。藉由在水中混合膠凝體矽 | 石以拋光例如為鋁及矽之材料，金屬表面產生水解以及使 | 膠凝體矽石之研磨特性去除反應作用層，同時與底下表面 | 相互作用減為最低程度。對於微電子領域，材料去除能夠 ^ 藉由使用高pH值溶液而加速，金屬會在鹼性環境下溶解。

I Ί _____ 本紙張尺度適用( CNS ) A4規^7^297^- 538120 A7 五、發明説明（2 ) 對於玻璃拋光，pH通常加以調整為酸性以防止玻璃表 面溶解。產生該過程部份係由於不同的破璃受到侵蝕以及 形成相當廣泛形式之反應層。 藉由在相當低pH值下拋光玻璃，玻璃表面並不受到侵 蝕，但是具有機會與鈽氧化物研磨劑產生化學作用以及促 使在控制情況下被去除。 詳細說明： 本务明係關於應用驗金屬膠凝體石夕石處理過程以進行 拋光熔融矽石。優先地，矽石溶液調整至pH高於1(^拋光 熔融矽石表面將使表面修飾度小於2埃如。優先地，表面修 飾度約為1埃Ra。 ’ 夕 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 雖然在中性以及酸性環境中膠凝體矽石能夠利用混合 產物應用於特定不同之玻璃，本發明藉由利用調整邱值高 於10之膠凝體矽石對熔融矽石在控制情況下進行拋光而1 提 供高度拋光表面之處理過程。藉由使用傳統研磨劑首先將 玻璃拋光至表面修飾度低於1〇埃，在第二拋光步驟中使用 膠凝體矽石藉由合併鹼金屬溶液之表面腐蝕及藉由球體膠 ’旋體石夕石去除持續形成水合物表面層而達成表面品質之改 善。我們亦發現優先地使用小顆粒尺寸之膠凝體矽石。與 在較低pH值下玻璃作膠凝體矽石拋光作比較，玻璃表面溶 解度以及膠凝體溶液穩定性將阻礙以及防止表面修飾達到 顯著之改善。該修飾規範之關鍵在於需要去除先前膠凝體 拋光步驟中表面以及次表面受到之損壞。除此，在膠Y疑體' 矽石拋光過程中必需使用柔軟拋光片以防止在膠凝體研磨 538120 A7 發明説明（j 拋光過程中堅硬拋光片與玻璃表面接觸時受到損壞。 本發明處理過程主要重點在於微電子應用方面之市場 上可利用之膠凝體矽石拋光研磨劑。 所最終對矽石基質拋光之方法包含下列步驟：提供矽石 基質，利用至少一種金屬氧化物研磨劑水溶液對基質表面 拋光至表面粗糙度Ra在6至1〇埃範圍内；以及利用膠凝體矽 石鹼性水溶液對基質表面拋光至表面粗糙度以為5埃或更 小。優先地，第-拋光步驟將基質表面抛光至表面粗键度

Ra為8埃。優先地，更進一步拋光步驟將基質表面拋光至表 面粗糙度Ra為2埃或更小。 : 乂 、金屬氧化物研磨劑為礬土，鈦土，錯石，氧化鍺，石夕石 或氧化鈽。優先地，金屬氧化物研磨劑為鈽氧化物。 通常，膠凝體矽石之水溶液加緩衝劑調整邱至8至丨2範 圍。優先地，膠凝體矽石水溶液調整緩衝邱在1〇至12範圍。 膠凝體料平均齡尺寸為5〇nm或更小。通常，顆粒 尺寸在10至50_請_及優先地在·5Qnm範圍内、。人 們了 ~顆粒尺寸以及表面積尺寸應大於零。 經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 义在-項實施例中，膠凝體石夕石作為清潔劑以及去除先 則，光步驟殘留之任何研磨劑。例如，膠凝财石能夠去 除第一抛光步驟殘留之任何氧化鈽。 通系石夕石基質由石夕石，熔融石夕酸鹽，或其玻璃製造出。 優先地，石夕石基質為熔融石夕石。 堅硬抛光片使用於第一抛光步驟中以及柔軟拋光片使 用更進-步處理過程中。優先地，堅硬抛^為膨鬆聚氨基 本纸張尺度適用中 538120 A7 ________ B7 五、發明説明（十） 甲酸乙醋以及柔軟抛光片為細毛氨基甲酸乙醋。 範例： 熔融矽石玻璃試樣經由機器研磨以及層疊處理以形成 具有最小次表面損壞之平坦表面。使用氧化鈽研磨劑(Ferro

Coloration，Product Code 482)以及堅硬拋光片（Rodel Incorporated，Product Code 丽C-14B)之第一拋光步驟 適用於母一試樣，其產生表面修飾埃（表1) ^第二抛光 使用之研磨劑通常為市場可取得膠凝體矽石（Cab〇t

Corporation，Product Code A2095)。膠凝體矽石表面積 為200平方米/公克或更小。溶液調整至邱為1〇，以及與柔 軟拋光片（Rodel Incorporated, Code 204)共同使用。使 用原子顯微鏡量測到最終表面修飾之粗糙度此小於2埃（表 2)。 · … 底下表1顧示出弟一拋光步驟使用氧化鈽對容融石夕石表 面拋光之原子顯微圖。 表1影像統計 影像Z範圍 47.947nm 影像平均 -0.0002nm 影像Rms(Rci) 1. 636nm 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 影像Ra 1. 034nm(10· 34埃） 底下表2顯不出弟二以及最終抛光步驟在p}}為l〇-下 使用膠凝體矽石對熔融矽石表面拋光之原子顯微圖。溶融 矽石表面粗糙度為1.73埃。 表2影像統計 本紙張尺度·巾咖家標準（CNS ) A4規格（21ΌΧ297公楚） 五、發明説明（ξ ) 影像Z範圍 5. 179nm 影像平均 -0· 〇〇〇〇5nm 影像 Rms(Rq) (Π73ηη](1·73 埃) 衫像 Ra 0.135nm ^如出在pH為丨0溶液切凝财石舰辦石抛 埃之微細表祕飾為有效的。顧細表面修飾 热法在較低録顧體扣雜刊成，此由於在低姆 下玻璃為低，谷解度。數據顯示出市場上可利轉凝體石夕石 拋光研磨麵《子倾為扣的。使歸凝财石擴散 至pH為10對熔_石進行拋光配合在第二拋光步驟中使用 擴放之，袼將產生過去業界無法達成之超級拋光表面。 z範圍為抛光表面上波峰與波谷之比值。崎粗糙度 之均方根。Ra為平均_度。主要量雕為Ra。 除了這些實施例，熟知此技術者能夠了解許多變化及 改變。這些變化及改變並不會脫離下列申請專利範圍界定 出本發明之精神及範圍。

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 538120 Α8 Β8 C8

   、申清專利範圍 祕石«之方法，其包含下列步驟·· ^供石夕石基質； 至夕—種金屬氧化物研磨劑之水溶液對基質表面進 订取先抛光絲面减舰為6至_内；以及 =用膠凝财石驗性水溶液對基f表面作更進—步抛光 、面粗（度以為5埃或更小，其巾膠凝體珍石顆粒尺 50nm或更小。 2·依據申π專利範圍第丨項之方法，其中最先抛光步驟將基 質表面拋光至表面粗糙度如為8埃。 3. 依據申請專利範圍第㈣之方法，其中更進一步抛光步驟 將基質表面拋光至表面粗繞度以為2埃或更小。 4. 依據申請專利範圍第㈣之方法，其中金屬氧化物研 為礬土，鈦土，結石，氧化錯，矽石，或氧化飾。 5·依據申請專利範圍第丨項之方法，其中金屬氧化物研磨劑 為氧化鋅。 6.依據申請專利範圍第㈣之方法，其中膠凝體石夕石粉塵 溶液緩衝至pH在8至12範圍内。 土 7·依據中請專纖®第1項之方法，其巾膠凝财石粉塵 溶液緩衝至pH在10至12範圍内。 土 8·依據申請專利範圍第1項之方法，其中膠凝體石夕石粉塵 溶液緩衝至pH在10至11範圍内。 9. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中矽石基質由矽石 熔融矽酸鹽，或其玻璃所構成。 ’ 10. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中矽石基質為熔融 本紙張尺度適用中國國家標!rr^Ns) Μ規;297公 ..-------------^----------IT--------r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 _ - -...... - 1··_____ 8538120 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 矽石。 11_依射請專觸圍約敎方法，其帽先拋 用堅硬拋光片。 K ϋ據申請專利範_u項之方法，其中堅硬拋 聚氨基甲酸乙酯。 13. 依據申請專利範圍第择之方法，其中更進 驟使用柔軟拋光片。 尤步 14. 依據申請專利範圍第13項之方法 毛氨基甲酸乙酯。 π乃马細 依射請專利範_項之方法，其帽凝财石為球 7據申請專利範_4項之方法，其中球體膠凝 2驗性歸麵任何表面舰以及絲«表面上任何 連繽性地形成之水合物表面。 17·依據申請專·圍第㈣之方法，其帽凝财石平 顆粒尺寸在10至5〇nm範圍内。 18_依據申請專利範圍第旧之方法，其中膠凝體石夕石平均 顆粒尺寸在20至50nm範圍内。 19.依據申請專利範圍第丨項之方法，其中膠凝體石夕石呈 表面積為200平方米/公克或更小。 20·依據申請專利範圍第！項之方法，其中更進一步拋光步 驟將基質表面抛光至表面積粗糙度如為丨埃至2埃。7 21_依據申請專利範圍第1項之方法，其中包含在利用膠凝 體石夕石進行更進-步拋光前移除基質表面以及次表面損壞 心紙張尺度適财國國家鄉（CNS)Α4^·^ι()χ297& )

   538120 A8 B8 C8 D8 申明專利範圍 之步驟 22·依據申請專利範圍第丨項之方法，其中膠凝體矽石作為 清潔劑以及去除先前拋光步驟殘留之研磨劑。 23_依據申請專利範圍第1項之方法，其中膠凝體矽石作為 清潔劑以及去除最先拋光步驟殘留之金屬氧化物研磨劑'。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 彳· -ΰ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）