[发明专利]抛光蓝宝石表面的组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年3月4日提交的美国临时专利申请No.60/658,653的优先权，其在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及改进的组合物和抛光蓝宝石表面的方法。更具体地说，本发明涉及通过将盐化合物加入浆液中，以增强蓝宝石抛光方法中研磨材料例如胶体二氧化硅的蓝宝石去除效率的方法。

背景技术

二氧化硅研磨材料通常用于金属、金属氧化物、硅材料的化学机械抛光。在这种应用中，在液体介质例如水中悬浮研磨剂二氧化硅颗粒，有时借助于表面活性剂作为分散剂。Choi等人在Journal of the Electrochemical Society，151(3)G185-G189(2004)已经报道，向在碱性含水介质中的二氧化硅悬浮液加入氯化钠、氯化锂和氯化钾，当加入悬浮液的含量为约0.01至约0.1摩尔时可以增强二氧化硅的除去速度。Choi等人还报道说，对于钠盐和锂盐，随着盐浓度升高超过0.1摩尔至1摩尔，除去速度开始下降至控制水平，而且随着盐浓度接近1摩尔，每种盐的表面粗糙度增加，表面破坏的深度也增加。

蓝宝石是氧化铝(Al₂O₃)单晶材料的通称。蓝宝石特别可用作红外和微波系统窗口、紫外线至近红外光用光透射窗口、发光二极管、红宝石激光器、激光二极管、用于微型电子集成电路应用的支持材料以及超导化合物和氮化镓的生长等的材料。蓝宝石具有优异的化学稳定性、光学透明性和合乎需要的机械性能，例如抗碎裂性(chip resistance)、耐久性、抗刮擦性、抗辐射性、与砷化镓热膨胀系数良好的匹配和在高温的挠曲强度。

通常沿着许多结晶轴切割蓝宝石晶片，例如C面(0001方向，也称为0度平面或基面)、A面(11-20方向，也称为90度蓝宝石)和R面(1-102方向，与C面成57.6度)。R面蓝宝石(特别优选用于半导体、微波和压力传感器应用中蓝宝石硅材料)的耐抛光性比C面蓝宝石高约4倍，其中C面蓝宝石通常用于光学系统、红外探测器以及用于发光二极管应用的氮化镓的生长。

抛光和切割蓝宝石晶片是非常缓慢和费力的过程。通常，必须使用侵蚀性(aggressive)研磨剂例如金刚石，以获得可接受的抛光速度。这种侵蚀性研磨材料可以对晶片表面产生严重的表面破坏和污染。典型的蓝宝石抛光包括连续施加研磨剂浆液至要抛光的蓝宝石晶片表面，同时用旋转抛光垫抛光该得到的研磨剂涂布表面，该垫横跨晶片表面移动，并在通常为约5至20磅/平方英寸(psi)的恒定的向下的力下，保持该垫靠着晶片表面。因为金刚石研磨剂的侵蚀性，并且用其它研磨材料通常可获得缓慢的抛光速度，一直需要用常规的、侵蚀性较小的研磨剂例如胶体二氧化硅增强蓝宝石抛光效率的方法。本发明方法实现该需要。

发明内容

本发明提供了一种改进的组合物和抛光蓝宝石表面的方法。该方法包括用抛光浆液研磨蓝宝石表面，例如蓝宝石晶片的C面或R面表面，其中抛光浆液包含悬浮在含水介质中的研磨量的无机研磨材料例如胶体二氧化硅。该含水介质具有碱性pH，并包含足够量的溶解的盐化合物作为添加剂，以使蓝宝石除去速度高于在相同抛光条件下使用相同量的相同无机研磨材料在没有盐化合物的情况下可获得的速度。该盐化合物优选是无机酸、有机酸或其组合的碱金属盐和/或碱土金属盐。

优选的盐化合物的非限定性实例包括酸例如无机酸或有机酸的碱金属和碱土金属盐。氯化钠是特别优选的盐化合物。

优选的抛光蓝宝石表面的方法包括将抛光浆液施加至固定在旋转载体上的蓝宝石晶片表面上，并用旋转抛光垫研磨蓝宝石表面，同时在垫的抛光表面和蓝宝石晶片表面之间保持至少一部分抛光浆液。该抛光浆液包括悬浮在pH优选至少约9的含水介质中的研磨量的无机研磨材料，并且包括溶解在其中的蓝宝石除去速度增强量的盐化合物。抛光垫具有平面抛光表面，其以选定的转速围绕垂直于蓝宝石表面的旋转轴旋转。以选定的垂直于蓝宝石表面的向下的力，将垫的旋转抛光表面压在蓝宝石表面上。

与用相同的垫、以相同的转速，在相同的向下的力、利用没有盐化合物且包含基本上相同量的相同无机研磨材料的抛光浆液对蓝宝石表面进行研磨可获得的蓝宝石除去速度相比，该旋转抛光垫和抛光浆液的联合作用以更高的除去速度来除去来自蓝宝石表面的蓝宝石。优选，通过连续提供浆液到蓝宝石表面上，同时将旋转抛光垫压在蓝宝石表面上，将抛光浆液施加至蓝宝石表面。

具体实施方式