[发明专利]抛光蓝宝石表面的方法

说明书

本文描述的是具有在含水酸性溶液中的胶体硅铝酸盐颗粒的组合物、试剂盒和用于使用组合物抛光蓝宝石表面的方法。在一些方面中，用于抛光蓝宝石表面的方法可包括采用旋转抛光垫和抛光组合物磨光蓝宝石表面。抛光组合物可包含一定量的胶体硅铝酸盐并且可具有约2.0至约7.0的pH。

发明领域

本发明涉及包含在含水酸性溶液中的胶体硅铝酸盐颗粒的组合物、试剂盒和用于使用抛光组合物抛光蓝宝石表面的方法。

发明背景

蓝宝石是用于氧化铝(Al₂O₃)单晶材料的通用术语。蓝宝石是对于用作用于红外和微波系统的窗、用于紫外至近红外光的光学透射窗、发光二极管、红宝石激光器、激光二极管、用于微电子集成电路应用与超导化合物和氮化镓的生长的支撑材料、及类似物特别有用的材料。蓝宝石具有优良的化学稳定性、光学透明度和合意的机械性质例如抗碎落性、耐用性、耐刮伤性、耐辐射性、对于砷化镓的热膨胀系数的良好的匹配、以及高温下的抗弯强度。

蓝宝石晶片通常沿着许多晶轴切割，例如C-平面(0001方向，也被称为0度平面或基面)、A-平面(1120方向，也被称为90度蓝宝石)和R-平面(1102方向，与C-平面成57.6度)。R-平面蓝宝石比C-平面蓝宝石更抗抛光，所述R-平面蓝宝石特别适合用于在半导体、微波和压力传感器应用中使用的蓝宝石上硅材料，所述C-平面蓝宝石典型地用于光学系统、红外检测器和用于发光二极管应用的氮化镓的生长。

蓝宝石晶片的抛光和切割可以是极其慢的和费力的过程。经常，必须使用侵蚀性的磨料，例如金刚石，来获得可接受的抛光速率。这样的侵蚀性的磨光材料可对晶片表面赋予严重的表面损伤和污染。典型的蓝宝石抛光涉及将磨料的浆料连续地应用于待被抛光的蓝宝石晶片的表面，并同时采用旋转抛光垫抛光所得的磨料包覆的表面，所述旋转抛光垫横跨晶片的表面被移动，并且通过恒定的向下力被保持抵靠晶片表面，所述向下力典型地在约5至20磅每平方英寸(psi)的范围内。

已经假设的是，蓝宝石与胶体二氧化硅在抛光垫的温度和压力下的相互作用导致用于形成硅酸铝二水合物物质的能量上有利的化学反应(即，Al₂O₃+2SiO₂→Al₂Si₂O₇·2H₂O)。这些多种水合物和铝物质的硬度被设想为低于下方的蓝宝石，导致微小的膜，该膜能够通过胶体二氧化硅浆料容易地除去而没有损坏下方的表面。先前的实践还已经集中在增加抛光温度以增加氧化铝水合物膜形成的速率以及由此的除去速率。还已经显示，增加碱性胶体二氧化硅浆料的盐浓度对于c和m平面蓝宝石两者都具有增加的除去速率。最后，添加铝螯合剂例如EDTA衍生物和醚-醇表面活性剂通过为了更洁净的晶片表面缚牢和拿掉表面铝物质和使浆料组分悬浮而改善抛光性能。

然而，在蓝宝石抛光方面的这些发展都没有完全解决由于采用其他磨光材料可获得的典型地缓慢的抛光速率的抛光性能。因此，存在对增强蓝宝石表面的抛光效率的组合物、试剂盒和方法的持续的需求。

发明概述

本发明涉及抛光蓝宝石表面的方法，所述方法包括采用含水抛光组合物磨光蓝宝石表面，其中抛光组合物包含有效量的胶体硅铝酸盐，并且抛光组合物的pH是约2.0至约7.0。