專(zhuān)利名稱(chēng)：拋光組合物及利用該組合物的拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光組合物，該組合物用于對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光。
背景技術(shù)：
光學(xué)器件的基板材料和電源器件的基板材料例如是指陶瓷，該陶瓷具有氧化物 (如藍(lán)寶石)、氮化物(如氮化鎵)、和碳化物(如碳化硅)?；衔锇雽?dǎo)體材料例如是指砷化鎵、砷化銦、或磷化銦。因?yàn)橛蛇@些材料所構(gòu)成的基板或薄膜通常對(duì)化學(xué)作用(如氧化、絡(luò)合和浸蝕)可保持穩(wěn)定，所以利用拋光來(lái)處理基板或薄膜是不容易的。因此，該處理通常是利用硬質(zhì)材料進(jìn)行磨削或切割而完成。然而，無(wú)法通過(guò)磨削或切割來(lái)制造高度光滑的表面。用于制造高度光滑表面的已知方法有利用包含相對(duì)較高濃度的膠體二氧化硅的拋光組合物對(duì)藍(lán)寶石基板進(jìn)行拋光(例如，參考日本專(zhuān)利公開(kāi)2008-44078號(hào))、以及利用具有特定PH值的包含膠體二氧化硅的拋光組合物對(duì)碳化硅基板進(jìn)行拋光(例如，參考日本專(zhuān)利公開(kāi)2005-117027號(hào))。然而，與這些方法有關(guān)的問(wèn)題是制造高度光滑表面需要大量時(shí)間，因?yàn)檫@些方法不能提供足夠的拋光速率(磨除率)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于以較高的拋光速率對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光的拋光組合物，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用該組合物進(jìn)行拋光的方法。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種至少包含磨粒和水的拋光組合物，其中磨粒具有滿(mǎn)足關(guān)系χχγ<0的ζ電位，其中X[mV]代表在拋光組合物中所測(cè)量的磨粒的ζ電位，Y[mV]代表在利用拋光組合物進(jìn)行拋光期間所測(cè)量的被拋光物體的ζ 電位。表達(dá)式XXY具有優(yōu)選不低于_5，000的值。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種至少包含磨粒和水的拋光組合物，其中磨粒所具有的ζ電位值可以使磨粒在利用拋光組合物進(jìn)行拋光期間不被被拋光物體靜電排斥。根據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的拋光組合物中所包含的磨粒，優(yōu)選地是由氧化鋁、 氧化硅、氧化鋯、金剛石、或碳化硅構(gòu)成。利用根據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的拋光組合物進(jìn)行拋光的被拋光物體，優(yōu)選地是由藍(lán)寶石、氮化鎵、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、或磷化銦構(gòu)成。 根據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的拋光組合物，可進(jìn)一步包含PH調(diào)節(jié)劑或者吸收到被拋光物體上的物質(zhì)?？梢詫?duì)根據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的拋光組合物中所包含的磨粒進(jìn)行表面改性。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種利用根據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的拋光組合物對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的物體進(jìn)行拋光的方法。
從通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明原理的以下描述中，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見(jiàn)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將在下面對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述。本具體實(shí)施方式
的拋光組合物至少包含磨粒和水。該拋光組合物是用于對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光，更具體地，用于對(duì)由陶瓷或者化合物半導(dǎo)體材料(如砷化鎵、砷化銦、或磷化銦)所構(gòu)成的基板或薄膜進(jìn)行拋光，所述陶瓷具有氧化物(如藍(lán)寶石)、氮化物(如氮化鎵)、和碳化物(如碳化硅)。拋光組合物優(yōu)選地用于由對(duì)化學(xué)作用(如氧化、絡(luò)合、和浸蝕)保持穩(wěn)定的材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光，尤其是在對(duì)由藍(lán)寶石、氮化鎵、或碳化硅所構(gòu)成的基板進(jìn)行拋光。所述拋光組合物中所包含的磨粒例如可以是氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、金剛石、或碳化硅，但不局限于其中。氧化鋁和氧化硅具有以下優(yōu)勢(shì)容易通過(guò)利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光制造出缺陷很少的高度光滑表面。所述拋光組合物包含優(yōu)選不小于0. 01質(zhì)量％、更優(yōu)選不小于0. 1質(zhì)量％的磨粒。 所包含磨粒的量越多，利用所述拋光組合物拋光被拋光物體的速率變得越高。所述拋光組合物包含優(yōu)選不多于50質(zhì)量％、更優(yōu)選不多于40質(zhì)量％的磨粒。所包含磨粒的量越少，制造所述拋光組合物的成本會(huì)變得越低。此外，利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光更易制造劃痕很少的拋光面。所述拋光組合物包含具有優(yōu)選不小于5納米、更優(yōu)選不小于10納米的平均一次顆徑的磨粒。磨粒的平均一次顆徑越大，利用所述拋光組合物的被拋光物體的拋光速率會(huì)變
得越高。拋光組合物包含的磨粒具有優(yōu)選不大于20微米、更優(yōu)選不大于10微米的平均一次顆徑。磨粒的平均一次顆徑越小，可以越容易地利用所述拋光組合物制造具有更少缺陷和低程度粗糙度的表面。例如，從用BET(Brunauer-Emmett-Teller)法所測(cè)量的磨粒的比表面積計(jì)算出平均一次顆徑。例如,利用Micromeritics Instrument Corporation公司制造的“Flow SorbII 2300”測(cè)量磨粒的比表面積。為了用所述拋光組合物以較高的拋光速率對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的物體進(jìn)行拋光，重要的是在進(jìn)行拋光期間所述拋光組合物中的磨粒不被被拋光物體靜電排斥。由于這個(gè)原因，供使用的磨粒應(yīng)具有滿(mǎn)足關(guān)系XXY彡0的ζ電位，其中X[mV]代表在所述拋光組合物中所測(cè)量的磨粒的ζ電位， Y[mV]代表利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光時(shí)所測(cè)量的被拋光物體的ζ電位。當(dāng)不滿(mǎn)足關(guān)系 XXY ^ 0時(shí)，亦即當(dāng)滿(mǎn)足關(guān)系XXY > 0時(shí)，在拋光期間拋光組合物中所包含的磨粒會(huì)被被拋光物體靜電排斥，從而難以利用磨粒對(duì)被拋光物體進(jìn)行機(jī)械拋光。因此，難以用所述拋光組合物以較高的拋光速率對(duì)被拋光物體進(jìn)行拋光。表達(dá)式XXY具有優(yōu)選不高于-20的值， 以將用所述拋光組合物拋光被拋光物體的速率增加到尤其適合于實(shí)際應(yīng)用的水平。表達(dá)式XX Y具有優(yōu)選不低于-5，000、更優(yōu)選不低于-2，000的值。表達(dá)式XX Y的值越高，越容易通過(guò)清洗將粘附到被拋光物體拋光面上的磨粒除去。
4
在所述拋光組合物中所測(cè)量的磨粒的ζ電位值和利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光期間所測(cè)量的被拋光物體的ζ電位值，例如，受所述拋光組合物的PH值的影響。因此， 可通過(guò)將一個(gè)或多種PH調(diào)節(jié)劑加入到拋光組合物中來(lái)滿(mǎn)足關(guān)系XX Y < 0，優(yōu)選滿(mǎn)足關(guān)系 XXY彡-20。供使用的ρΗ調(diào)節(jié)劑可以是酸或堿?；蛘?，在將吸附性物質(zhì)加入到拋光組合物中的情況下，被拋光物體的ζ電位值隨被吸附到被拋光物體表面上的吸附性物質(zhì)變化。因此，可以通過(guò)將這種吸附性物質(zhì)加入到拋光組合物中來(lái)滿(mǎn)足關(guān)系XXY ^ 0，優(yōu)選滿(mǎn)足關(guān)系XXY ^ -20。優(yōu)選地，根據(jù)被拋光物體的類(lèi)型來(lái)適當(dāng)選擇供使用的吸附性物質(zhì)，吸附性物質(zhì)可以是例如陰離子、陽(yáng)離子、非離子或兩性的表面活性劑，有機(jī)物，或者金屬離子?；蛘?，為了滿(mǎn)足關(guān)系XXY ( 0，優(yōu)選滿(mǎn)足關(guān)系XXY ( -20，可以通過(guò)利用摻雜改性或者有機(jī)官能團(tuán)改性對(duì)磨粒表面進(jìn)行改性來(lái)調(diào)整磨粒的ζ電位?？梢允褂美缬蒓tsukaElectronicsCo.，Ltd.公司制造的“ELS-Z”利用電泳光散射法、或者使用由Dispersion Technology Inc.制造的“DT-1200”以電聲波譜法，來(lái)測(cè)量磨粒和被拋光物體的ζ電位值。被拋光物體ζ電位的測(cè)量可以被由與被拋光物體相同材料所組成的細(xì)顆粒的ζ電位的測(cè)量所替代?；蛘?，將被拋光物體浸沒(méi)于含有具有已知ζ 電位值的細(xì)顆粒的液體中，再將被拋光物體從液體中取出，并用流動(dòng)水清洗大約10秒，然后可以用例如掃描電子顯微鏡觀察被拋光物體的表面。在此情況下，在液體中所測(cè)量的被拋光物體的ζ電位值的符號(hào)是正號(hào)還是負(fù)號(hào)，可以根據(jù)清洗后粘附到被拋光物體表面上的細(xì)顆粒的量而獲知。本具體實(shí)施方式
提供以下優(yōu)點(diǎn)。在本具體實(shí)施方式
的拋光組合物中，供使用的磨粒具有滿(mǎn)足關(guān)系ΧΧΥ<0的ζ 電位，其中X[mV]代表在拋光組合物中所測(cè)量的磨粒的ζ電位，Y[mV]代表在利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光期間所測(cè)量的被拋光物體體的ζ電位。因此，拋光組合物中所包含磨粒所具有的ζ電位值，可以使其在利用拋光組合物進(jìn)行拋光期間不被被拋光物體靜電排斥。 因?yàn)樵趻伖馄陂g拋光組合物中所包含的磨粒不被被拋光物體靜電排斥，所以可有效率地利用磨粒來(lái)執(zhí)行被拋光物體的機(jī)械拋光。因此，可以利用所述拋光組合物，以較高的拋光速率對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光?？砂慈缦路绞綄?duì)本具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改。本具體實(shí)施方式
的拋光組合物可以包含兩種或更多種磨粒。在此情況下，部分磨粒需要有在拋光期間不被被拋光物體靜電排斥的ζ電位值。然而，為了獲得更高的拋光速率，優(yōu)選全部磨粒具有在拋光期間不被被拋光物體靜電排斥的ζ電位值。視需要，本具體實(shí)施方式
的拋光組合物可進(jìn)一步包含已知的添加劑，如防腐劑。本具體實(shí)施方式
的拋光組合物可以通過(guò)用水稀釋拋光組合物的濃縮液而制備。下面將對(duì)本發(fā)明的實(shí)例和比較例進(jìn)行描述。[實(shí)例1和2以及比較例1]實(shí)例1和2以及比較例1的拋光組合物是通過(guò)以下方法制備用水稀釋包含具有 80納米平均一次顆徑的膠體二氧化硅的膠體二氧化硅溶膠，并視需要加入ρΗ調(diào)節(jié)劑。實(shí)例1和2以及比較例1的各拋光組合物包含20質(zhì)量％的膠體二氧化硅。將鹽酸或氫氧化鉀適當(dāng)?shù)赜米鱌H調(diào)節(jié)劑。利用實(shí)例1和2以及比較例1的各拋光組合物，在表1中所示條件下對(duì)藍(lán)寶石基板的表面(c-面《0001 )進(jìn)行拋光。所有被使用的藍(lán)寶石基板均屬于相同類(lèi)型，具有52毫米(約2英寸)的直徑。將拋光組合物的pH值、在拋光組合物中所測(cè)量的膠體二氧化硅的ζ電位值、以及在利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光期間所測(cè)量的藍(lán)寶石基板的ζ電位值示于表2。在利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光之前和之后，測(cè)量藍(lán)寶石基板的重量，根據(jù)拋光前和拋光后的重量差異來(lái)計(jì)算拋光速率。將計(jì)算出的拋光速率示于表2的“拋光速率”列。表 權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光的拋光組合物，其特征在于至少包含磨粒和水，其中所述磨粒具有滿(mǎn)足關(guān)系XXY < 0的ζ電位，其中X[mV]代表在所述拋光組合物中所測(cè)量的所述磨粒的ζ電位，Y[mV]代表在利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光期間所測(cè)量的所述被拋光物體的ζ電位。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的拋光組合物，其中所述表達(dá)式XXY具有不低于_5，000的值。
3.一種用于對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光的拋光組合物，其特征在于至少包含磨粒和水，其中所述磨粒具有在利用所述拋光組合物進(jìn)行拋光期間不被所述被拋光物體靜電排斥的ζ電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨粒由氧化鋁、氧化硅、 氧化鋯、金剛石、或者碳化硅構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述被拋光物體由藍(lán)寶石、氮化鎵、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、或者磷化銦構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的拋光組合物，進(jìn)一步包括ρΗ值調(diào)節(jié)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的拋光組合物，進(jìn)一步包括吸附到所述被拋光物體上的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨粒是經(jīng)表面改性的。
9.一種對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的物體進(jìn)行拋光的方法，所述方法的特征在于，包括制備根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的拋光組合物；以及使用所述拋光組合物對(duì)所述物體進(jìn)行拋光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述磨粒由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、金剛石、或者碳化硅構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述物體由藍(lán)寶石、氮化鎵、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、或者磷化銦構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在所述使用之前，將ρΗ值調(diào)節(jié)劑加入到所述拋光組合物中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在使用所述拋光組合物之前，將可吸附到所述物體上的物質(zhì)加入到所述拋光組合物中。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述拋光組合物的制備包括對(duì)所述磨粒進(jìn)行表面改性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種拋光組合物，其至少包含磨粒和水，并且用于對(duì)由光學(xué)器件的基板材料、電源器件的基板材料、或者化合物半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的被拋光物體進(jìn)行拋光。所述磨粒具有滿(mǎn)足關(guān)系X×Y≤0的ζ電位，其中X[mV]代表在拋光組合物中所測(cè)量的磨粒的ζ電位，Y[mV]代表在利用拋光組合物進(jìn)行拋光期間所測(cè)量的被拋光物體的ζ電位。所述磨粒優(yōu)選為氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、金剛石、或者碳化硅。被拋光物優(yōu)選為藍(lán)寶石、氮化鎵、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、或者磷化銦。
文檔編號(hào)H01L21/304GK102190962SQ20111006600
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者森永均, 淺野宏, 玉井一誠(chéng) 申請(qǐng)人:福吉米株式會(huì)社