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DE102014010808A1 - Chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren einer Saphiroberfläche und Verfahren, bei denen diese eingesetzt wird - Google Patents

Chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren einer Saphiroberfläche und Verfahren, bei denen diese eingesetzt wird Download PDF

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DE102014010808A1
DE102014010808A1 DE102014010808.2A DE102014010808A DE102014010808A1 DE 102014010808 A1 DE102014010808 A1 DE 102014010808A1 DE 102014010808 A DE102014010808 A DE 102014010808A DE 102014010808 A1 DE102014010808 A1 DE 102014010808A1
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DE
Germany
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mechanical polishing
colloidal silica
chemical mechanical
polishing slurry
particle size
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102014010808.2A
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English (en)
Inventor
Allen S. Bulick
Hideaki Nishizawa
Kazuki Moriyama
Koichi Yoshida
Shunji Ezawa
Selvanathan Arumugam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitta DuPont Inc
Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Original Assignee
Nitta Haas Inc
Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Rohm and Haas Electronic Materials LLC
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Filing date
Publication date
Application filed by Nitta Haas Inc, Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc, Rohm and Haas Electronic Materials LLC filed Critical Nitta Haas Inc
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, gegebenenfalls ein Biozid, gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel. Es wird auch eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche bereitgestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche und ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrat. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats unter Verwendung einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, ein Biozid, gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel.
  • Die Einkristallform von Aluminiumoxid (Saphir) weist außergewöhnliche optische, mechanische und chemische Eigenschaften auf. Als Folge davon ist Saphir in verschiedenen elektronischen und optischen Vorrichtungen vielfältig verwendet worden.
  • Saphir weist eine rhomboedrische Kristallstruktur und einen hohen Anisotropiegrad auf. Die Eigenschaften hängen von der kristallographischen Orientierung ab. Demgemäß werden Saphirwafer, die bei der Halbleiterverarbeitung eingesetzt werden, abhängig von der Endanwendung typischerweise entlang einer bestimmten kristallographischen Achse geschnitten. Beispielsweise werden C-Ebene-Saphirsubstrate entlang der Null Grad-Ebene geschnitten. C-Ebene-Saphirsubstrate weisen einen besonderen Nutzen für Verfahren auf, die das Wachstum von III-V- und II-VI-Verbindungen umfassen (z. B. GaN für die Herstellung von blauen LEDs und Laserdioden).
  • Da eine nachfolgende Verarbeitung (z. B. eine Metallisierung) erfordert, dass die Saphirwafer eine flache Oberfläche aufweisen, müssen die Saphirwafer planarisiert werden. Eine Planarisierung ist zur Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie und von unerwünschten Oberflächendefekten, wie z. B. rauen Oberflächen, agglomerierten Materialien, Kristallgitterbeschädigungen, Kratzern und kontaminierten Schichten oder Materialien, nützlich.
  • Eine chemisch-mechanische Planarisierung oder ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist eine übliche Technik, die zum Planarisieren von Substraten, wie z. B. Halbleiterwafern, verwendet wird. Bei einem herkömmlichen CMP wird ein Wafer auf einer Trägeranordnung montiert und in Kontakt mit einem Polierkissen in einem CMP-Gerät positioniert. Die Trägeranordnung stellt einen kontrollier- bzw. einstellbaren Druck auf den Wafer bereit, wobei dieser gegen das Polierkissen gedrückt wird. Das Kissen wird durch eine externe Antriebskraft relativ zu dem Wafer bewegt (z. B. gedreht). Gleichzeitig damit wird eine Polierzusammensetzung („Aufschlämmung”) oder eine andere Polierlösung zwischen dem Wafer und dem Polierkissen bereitgestellt. Folglich wird die Waferoberfläche durch die chemische und mechanische Wirkung der Kissenoberfläche und der Aufschlämmung poliert und planar gemacht.
  • Während die Eigenschaften von Saphir zahlreiche Vorteile für eine Endanwendung bereitstellen, machen die Härte und die Beständigkeit von Saphir gegen einen chemischen Angriff ein effektives Polieren und Planarisieren schwierig.
  • Eine Polierzusammensetzung zum Polieren von Saphiroberflächen ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 20090104851 für Cherian et al. offenbart. Cherian et al. offenbaren eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren von Saphir, die ein Gemisch aus einem ersten Typ von Schleifmittelteilchen und einem zweiten Typ von Schleifmittelteilchen umfasst, die in einem wässrigen Medium dispergiert sind, wobei der erste Typ von Schleifmittelteilchen härter ist als die Oberfläche, die poliert wird, und der zweite Typ von Schleifmittelteilchen eine Härte aufweist, die geringer ist als diejenige der Oberfläche, die poliert wird.
  • Eine weitere Polierzusammensetzung zum Polieren von Saphiroberflächen ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 20060196849 für Moeggenborg et al. offenbart. Moeggenborg et al. offenbaren eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Polieren von Saphiroberflächen, umfassend: Abtragen einer Saphiroberfläche, wie z. B. einer C-Ebene- oder R-Ebene-Oberfläche eines Saphirwafers, mit einer Polieraufschlämmung, die eine abtragende bzw. abrasive Menge eines anorganischen Schleifmittelmaterials, wie z. B. kolloidales Siliziumdioxid, umfasst, das in einem wässrigen Medium suspendiert ist, in dem eine Salzverbindung gelöst ist, wobei das wässrige Medium einen basischen pH-Wert aufweist und die Salzverbindung in einer Menge umfasst, die ausreichend ist, um die Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit relativ zu der Geschwindigkeit, die unter den gleichen Polierbedingungen unter Verwendung des gleichen anorganischen Schleifmittels in der Abwesenheit der Salzverbindung erreichbar ist, zu erhöhen.
  • Dennoch verbleibt ein fortlaufender Bedarf für chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen und -verfahren, die so formuliert bzw. gestaltet sind, dass sie eine gewünschte Ausgewogenheit von Poliereigenschaften bereitstellen, die zu sich verändernden Gestaltungsanforderungen passt, einschließlich hohe Saphir-Entfernungsgeschwindigkeiten (d. h., ≥ 14000 Å/Stunde).
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von > 8 bis 12, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, gegebenenfalls ein Biozid, gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 14000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vliespolierkissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von > 8 bis 12, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: 10 bis 40 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, gegebenenfalls ein Biozid, gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 14000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vliespolierkissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von > 8 bis 12, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 185 nm aufweist, gegebenenfalls ein Biozid, gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 14000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vliespolierkissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von > 8 bis 12, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: 10 bis 30 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 25 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 90 bis 110 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen aufweist, ein Biozid, 0,2 bis 1,5 Gew.-% eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 15000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von 9 bis 10, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: 10 bis 30 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 21 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, ein Biozid, und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von 9 bis 10, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: 10 bis 30 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 14 bis 16 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, ein Biozid, und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von 9 bis 10, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung aus einem kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittel, einem nicht-ionischen Entschäumungsmittel, dem Biozid und gegebenenfalls dem pH-Einstellmittel besteht, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 21 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von 9 bis 10, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung aus dem kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittel, dem nicht-ionischen Entschäumungsmittel, dem Biozid und gegebenenfalls dem pH-Einstellmittel besteht, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 14 bis 16 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche bereit, die als ursprüngliche Komponenten umfasst: ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Polydimethylsiloxan-Basis, gegebenenfalls ein Biozid und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Der Anmelder hat eine spezielle chemisch-mechanische Polierzusammensetzung und ein spezielles chemisch-mechanisches Polierverfahren zum Polieren eines Sustrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, unter Verwendung einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung entwickelt, die eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeitssynergie aufweist. Insbesondere hat der Anmelder ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, unter Verwendung einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung entwickelt, die ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel und gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung aufweist, wobei die multimodale Teilchengrößenverteilung eine Kombination von Teilchen, die einen ersten Modus mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einen zweiten Modus mit einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm bilden, umfasst, wobei die Kombination der Teilchen, die den ersten Modus bilden, mit den Teilchen, die den zweiten Modus bilden, eine erste Saphir-Entfernungsgeschwindigkeitssynergie aufweist, und wobei die Kombination aus dem optionalen nicht-ionischen Entschäumungsmittel mit dem kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittel, das eine multimodale Teilchengrößenverteilung aufweist, eine zweite Saphir-Entfernungsgeschwindigkeitssynergie aufweist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine erhöhte Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit (d. h., ≥ 14000 Å/Stunde) unter den Polierbedingungen aufweist, wie sie hier in den Beispielen beschrieben sind.
  • Vorzugsweise umfasst (besteht aus) die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung als ursprüngliche Komponenten: ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist, wenn es allein in entionisiertem Wasser dispergiert wird, und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung (vorzugsweise eine bimodale Teilchengrößenverteilung) mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm) aufweist, ein Biozid (wobei das Biozid vorzugsweise Wasserstoffperoxid ist), gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel (vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere 0,45 bis 1,05 Gew.-%) (wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel vorzugsweise ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Silikonbasis ist, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel mehr bevorzugt ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Polydimethylsiloxan-Basis ist) und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel.
  • Vorzugsweise weist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel, das in der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine negative Oberflächenladung auf, wenn es allein in entionisiertem Wasser dispergiert wird, bevor es mit den anderen Komponenten der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung vereinigt wird.
  • Vorzugsweise enthält die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung 5 bis 45 Gew.-% (vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, mehr bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%, insbesondere 18 bis 22 Gew.-%) des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels. Vorzugsweise weist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung (vorzugsweise eine bimodale Teilchengrößenverteilung) mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm) auf. Mehr bevorzugt ist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 bis 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm). Insbesondere ist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 bis 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm), wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 1 bis 25 Gew.-% (vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 3 bis 5 Gew.-%) der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält.
  • Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung 0,0001 bis 1 Gew.-% eines Biozids. Mehr bevorzugt umfasst die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,001 bis 0,01 Gew.-% (insbesondere 0,004 bis 0,006 Gew.-%) eines Biozids. Vorzugsweise ist das Biozid Wasserstoffperoxid.
  • Die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung umfasst 0 bis 5 Gew.-% eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels. Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,1 bis 2,0 Gew.-% (mehr bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere 0,45 bis 1,05 Gew.-%) eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels. Vorzugsweise ist das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis. Mehr bevorzugt ist das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Polydimethylsiloxan-Basis (z. B. das Entschäumungsmittel auf Silikonbasis HS-06 von Senka Corporation).
  • Vorzugsweise ist das Wasser, das in der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung enthalten ist, mindestens eines von entionisiert und destilliert, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken.
  • Die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung stellt eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von > 8 bis 12 bereit. Vorzugsweise stellt die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von 8,5 bis 10,5 bereit. Säuren, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung geeignet sind, umfassen z. B. Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Basen, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung geeignet sind, umfassen z. B. Ammoniumhydroxid und Kaliumhydroxid.
  • Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche der vorliegenden Erfindung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit bei den hier in den Beispielen beschriebenen Polierbedingungen von ≥ 14000 Å/Stunde (vorzugsweise ≥ 15000 Å/Stunde, mehr bevorzugt ≥ 20000 Å/Stunde, insbesondere ≥ 21000 Å/Stunde) auf.
  • Substrate, die zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind, weisen eine freiliegende Saphiroberfläche auf. Vorzugsweise ist das Substrat, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, ein Saphirwafer. Vorzugsweise ist der Saphirwafer aus C-Ebene-Saphirwafern, A-Ebene-Saphirwafern, M-Ebene-Saphirwafern und R-Ebene-Saphirwafern ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das Substrat, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, ein C-Ebene-Saphirwafer.
  • Vorzugsweise umfasst (besteht aus) die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, als ursprüngliche Komponenten: ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist, wenn es allein in entionisiertem Wasser dispergiert wird, und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung (vorzugsweise eine bimodale Teilchengrößenverteilung) mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm) aufweist, ein Biozid (wobei das Biozid vorzugsweise Wasserstoffperoxid ist), gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel (vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere 0,45 bis 1,05 Gew.-%) (wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel vorzugsweise ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Silikonbasis ist, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel mehr bevorzugt ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Polydimethylsiloxan-Basis ist), und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens (vorzugsweise eines Polyurethan-imprägnierten Vlies-Polierkissens), Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird.
  • Vorzugsweise weist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine negative Oberflächenladung auf, wenn es allein in entionisiertem Wasser dispergiert wird, bevor es mit den anderen Komponenten der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung vereinigt wird.
  • Vorzugsweise enthält die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 5 bis 45 Gew.-% (vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, mehr bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%, insbesondere 18 bis 22 Gew.-%) des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels. Vorzugsweise weist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine multimodale Teilchengrößenverteilung (vorzugsweise eine bimodale Teilchengrößenverteilung) mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm) auf. Mehr bevorzugt ist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 bis 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm). Insbesondere ist das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 bis 25 nm (vorzugsweise 3 bis 25 nm, mehr bevorzugt 10 bis 21 nm, insbesondere 14 bis 16 nm) und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 75 bis 200 nm (vorzugsweise 75 bis 185 nm, mehr bevorzugt 75 bis 125 nm, noch mehr bevorzugt 90 bis 110 nm, insbesondere 95 bis 105 nm), wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 1 bis 25 Gew.-% (vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 3 bis 5 Gew.-%) der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält.
  • Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 0,0001 bis 1 Gew.-% eines Biozids. Mehr bevorzugt umfasst die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 0,001 bis 0,01 Gew.-% (insbesondere 0,004 bis 0,006 Gew.-%) eines Biozids. Vorzugsweise ist das Biozid Wasserstoffperoxid.
  • Die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst 0 bis 5 Gew.-% eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels. Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 0,1 bis 2,0 Gew.-% (mehr bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere 0,45 bis 1,05 Gew.-%) eines nicht-ionischen Entschäumungsmittels. Vorzugsweise ist das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis. Mehr bevorzugt ist das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Polydimethylsiloxan-Basis (z. B. das Entschäumungsmittel auf Silikonbasis HS-06 von Senka Corporation).
  • Vorzugsweise ist das Wasser, das in der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthalten ist, mindestens eines von entionisiert und destilliert, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken.
  • Die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, stellt eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von > 8 bis 12 bereit. Vorzugsweise stellt die verwendete chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von 8,5 bis 10,5 bereit. Säuren, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung geeignet sind, umfassen z. B. Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Basen, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung geeignet sind, umfassen z. B. Ammoniumhydroxid und Kaliumhydroxid.
  • Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Aufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit bei den hier in den Beispielen beschriebenen Polierbedingungen von ≥ 14000 Å/Stunde (vorzugsweise ≥ 15000 Å/Stunde, mehr bevorzugt ≥ 20000 Å/Stunde, insbesondere ≥ 21000 Å/Stunde) auf.
  • Nachstehend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert in den folgenden Beispielen beschrieben.
  • Beispiele
  • Chemisch-mechanische Polieraufschlämmungsformulierungen
  • Die getesteten chemisch-mechanischen Polieraufschlämmungsformulierungen (CMPS) sind in der Tabelle 1 beschrieben. Die chemisch-mechanischen Polieraufschlämmungen C1 bis C26 sind Vergleichsformulierungen, die nicht innerhalb des Bereichs der beanspruchten Erfindung liegen. Tabelle 1
    Figure DE102014010808A1_0001
    Figure DE102014010808A1_0002
    Nalco 1115 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 4 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    χ HS-06 nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Silikonbasis (Polydimethylsiloxan-Emulsion), das von Senka Corporation erhältlich ist.
    Figure DE102014010808A1_0003
    Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde durch die Zugabe von NaOH auf den angegebenen Wert eingestellt.
    Ϡ Nalco 1050 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    ϣ Nalco 15582 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 55 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    Figure DE102014010808A1_0004
    Nalco 2329+ kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    Figure DE102014010808A1_0005
    Nalco TX15508 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 125 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    £ Nalco 1142 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    Æ Nalco DUSZ-004 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 45 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    Figure DE102014010808A1_0006
    Nalco TX15502 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 180 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
    Figure DE102014010808A1_0007
    Nalco 2329K kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 80 nm, das von Nalco Company erhältlich ist.
  • Poliertests
  • Die in der Tabelle 1 beschriebenen chemisch-mechanischen Polieraufschlämmungen (CMCS) wurden unter Verwendung eines Buehler EcoMet® 300/AutoMet® 300 Schleif-Polier/Antriebskopfs mit einem 12,7 cm (5 Zoll)-Einzelkopf und einer Plattengröße von 30,5 cm (12 Zoll) und eines SubaTM 600-Polierkissens (von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich) mit einer X-Y-Rillenstruktur mit einer Breite von 2,5 mm, einem Abstand von 15,75 mm und einer Tiefe von 0,8 mm bei einer Andruckkraft von 34,3 kPa, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Plattendrehzahl von 120 U/min und einer Trägerdrehzahl von 120 U/min getestet. Saphirwafer (10,2 cm (4 Zoll) C-Ebene) von Monocrystal wurden zu Beginn bis zu einer Oberflächenrauheit von 5 nm einseitig diamantgeläppt und wurden dann unter den angegebenen Bedingungen poliert. Das Polierkissen wurde unter Verwendung einer Nylonbürste handkonditioniert. Die Ergebnisse der Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit unter Verwendung der in der Tabelle 1 angegebenen CMCS (C1 bis C26 und 1 bis 12) sind in der Tabelle 2 angegeben (PC1 bis PC26 bzw. P1 bis P12). Die Daten der Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit, die in der Tabelle 2 angegeben sind, wurden durch Vergleichen des Gewichts der Wafer vor und nach dem Polieren und Umrechnen in eine Oberflächenentfernungsgeschwindigkeit bestimmt. Die polierten Wafer wurden in entionisiertem Wasser für 30 Sekunden sonifiziert und vor dem Wiegen mit Stickstoff trockengeblasen. Tabelle 2
    Bsp. CMPS Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/Stunde)
    PC1 01 8000
    PC2 02 8300
    PC3 03 9200
    PC4 04 10500
    PC5 05 11800
    PC6 06 10400
    PC7 07 10800
    PC8 08 11500
    PC9 09 10400
    PC10 010 9900
    PC11 011 9900
    PC12 012 7400
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    PC20 020 11000
    PC21 021 11600
    PC22 022 9600
    PC23 023 9600
    PC24 024 8900
    PC25 025 13100
    PC26 026 13100
    P1 1 14200
    P2 2 18500
    P3 3 21000
    P4 4 21000
    P5 5 14800
    P6 6 15000
    P7 7 21700
    P8 8 16200
    P9 9 20100
    P10 10 19100
    P11 11 21000
    P12 12 15900

Claims (10)

  1. Verfahren zum Polieren eines Saphirsubstrats, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das eine freiliegende Saphiroberfläche aufweist, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung mit einem pH-Wert von > 8 bis 12, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung als ursprüngliche Komponenten umfasst: kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, gegebenenfalls ein Biozid, gegebenenfalls ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Abgeben der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei zumindest ein Teil des Saphirs von der freiliegenden Saphiroberfläche des Substrats entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 14000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vliespolierkissen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 5 bis 40 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 bis 25 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 75 bis 185 nm ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 25 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 90 bis 110 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,2 bis 1,5 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 15000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung einen pH-Wert von 9 bis 10 aufweist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 21 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung einen pH-Wert von 9 bis 10 aufweist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 14 bis 16 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung einen pH-Wert von 9 bis 10 aufweist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung aus dem kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittel, dem Biozid, dem nichtionischen Entschäumungsmittel und gegebenenfalls dem pH-Einstellmittel besteht, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 21 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung einen pH-Wert von 9 bis 10 aufweist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung aus dem kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittel, dem Biozid, dem nicht-ionischen Entschäumungsmittel und gegebenenfalls dem pH-Einstellmittel besteht, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 10 bis 30 Gew.-% des kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels enthält, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel ein Gemisch aus einer ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 14 bis 16 nm und einer zweiten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 95 bis 105 nm ist, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel 1 bis 25 Gew.-% der ersten Population von kolloidalen Siliziumdioxid-Teilchen enthält, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung 0,45 bis 1,05 Gew.-% des nicht-ionischen Entschäumungsmittels enthält, wobei das nicht-ionische Entschäumungsmittel ein Entschäumungsmittel auf Siliziumbasis ist, wobei die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung eine Saphir-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20000 Å/Stunde bei einer Plattendrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 120 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polieraufschlämmung von 400 ml/min, einer Nennandruckkraft von 34,3 kPa auf einem 300 mm-Poliergerät aufweist, und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen ein Polyurethan-imprägniertes Vlieskissen ist.
  10. Chemisch-mechanische Polieraufschlämmung zum Polieren einer freiliegenden Saphiroberfläche, die als ursprüngliche Komponenten umfasst: ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel, wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine negative Oberflächenladung aufweist und wobei das kolloidale Siliziumdioxid-Schleifmittel eine multimodale Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Teilchengrößenmaximum zwischen 2 und 25 nm und einem zweiten Teilchengrößenmaximum zwischen 75 und 200 nm aufweist, ein nicht-ionisches Entschäumungsmittel auf Polydimethylsiloxan-Basis, gegebenenfalls ein Biozid und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel.
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