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JP6437762B2 - サファイア表面を研磨するための化学的機械研磨組成物及びその使用方法 - Google Patents
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JP6437762B2 - サファイア表面を研磨するための化学的機械研磨組成物及びその使用方法 - Google Patents

サファイア表面を研磨するための化学的機械研磨組成物及びその使用方法 Download PDF

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Description

本発明は、露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨組成物及びサファイア基板を研磨する方法に関する。より詳細には、本発明は、化学的機械研磨スラリーを用いてサファイア基板を研磨する方法であって、この化学的機械研磨スラリーが、初期成分として：コロイダルシリカ砥粒であって、負の表面電荷を有しており；そして、２〜２５nmの間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nmの間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布を示す、コロイダルシリカ砥粒；殺生物剤；場合により非イオン性消泡剤；並びに場合によりｐＨ調整剤を含む方法に関する。
酸化アルミニウムの単結晶形（サファイア）は、優れた光学的、機械的及び化学的特性を有する。その結果、サファイアには、種々の電子及び光学デバイスにおける広範な使用法を見い出した。
サファイアは、菱面体晶構造及び高度の異方性を示す。示される特性は、結晶方位に依存している。したがって、半導体加工に用いられるサファイアウェーハは、典型的には最終用途に応じて特定の結晶軸に沿って切断される。例えば、Ｃ面サファイア基板は、０度の平面に沿って切断される。Ｃ面サファイア基板は、III−Ｖ族及びII−VI族化合物（例えば、青色ＬＥＤ及びレーザーダイオードの製造用のＧａＮ）の成長を伴うプロセスのために特に有用である。
これに続く加工（例えば、金属被覆法）では、サファイアウェーハが平坦面を有することを必要とするため、サファイアウェーハは平坦化する必要がある。平坦化は、不適切な表面トポグラフィー及び表面欠陥（粗面など）、凝集物、結晶格子の損傷、スクラッチ、及び汚染層又は汚染物質を除去するのに有用である。
化学的機械平坦化、又は化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基板を平坦化するために使用される共通の技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハをキャリアアセンブリに取り付けて、ＣＭＰ装置内の研磨パッドと接触させて配置する。キャリアアセンブリは、ウェーハに制御可能な圧力をかけて、ウェーハを研磨パッドに押し付ける。パッドは、外部駆動力によってウェーハに対して移動（例えば、回転）させる。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）又は他の研磨溶液をウェーハと研磨パッドとの間に供給する。こうしてウェーハ表面を、パッド表面及びスラリーの化学的及び機械的作用によって研磨して平面にする。
サファイアの性質は、多数の最終用途の利点を提供するが、サファイアの硬度及び化学攻撃に対する抵抗性は、有効な研磨及び平坦化を困難にしている。
サファイア表面を研磨するための１つの研磨組成物は、Cherianらの米国特許出願公開第20090104851号に開示されている。Cherianらは、水性媒体に分散した第１のタイプの砥粒と第２のタイプの砥粒との混合物であって、第１のタイプの砥粒が、研磨される表面よりも硬く、そして第２のタイプの砥粒が、研磨される表面よりも軟らかい硬度を有する混合物を含む、サファイアを研磨するための化学的機械研磨組成物を開示している。
サファイア表面を研磨するための別の研磨組成物は、Moeggenborgらの米国特許出願公開第20060196849号に開示されている。Moeggenborgらは、サファイア表面を研磨するための組成物及び方法であって、サファイアウェーハのＣ面又はＲ面表面のようなサファイア表面を、塩化合物を溶解した水性媒体に懸濁した研磨量のコロイダルシリカのような無機研磨材を含む研磨スラリーで研磨することを含む、組成物及び方法を開示しているが、ここで、水性媒体は、塩基性ｐＨであり、そして塩化合物の非存在下で同じ無機研磨材を用いて同じ研磨条件下で達成可能な速度に対してサファイア除去速度を高めるのに充分な量で塩化合物を含有する。
それにもかかわらず、高いサファイア除去速度（即ち、≧１４，０００Å/時）を包含する変化する設計ニーズに合わせた、研磨特性の望ましいバランスを提供するように構成された、化学的機械研磨組成物及び方法への継続的なニーズがなお存在している。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；８を超えて１２以下のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：コロイダルシリカ砥粒であって、負の表面電荷を有しており；そして、２〜２５nmの間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nmの間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布を示す、コロイダルシリカ砥粒；場合により殺生物剤；場合により非イオン性消泡剤；並びに場合によりｐＨ調整剤を含む）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧１４，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布研磨パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；８を超えて１２以下のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：１０〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、負の表面電荷を有しており；そして、２〜２５nmの間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nmの間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布を示す、コロイダルシリカ砥粒；場合により殺生物剤；場合により非イオン性消泡剤；並びに場合によりｐＨ調整剤を含む）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧１４，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布研磨パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；８を超えて１２以下のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：コロイダルシリカ砥粒であって、負の表面電荷を有しており；そして、２〜２５nmの間に第１の粒径極大値を；及び７５〜１８５nmの間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布を示す、コロイダルシリカ砥粒；場合により殺生物剤；場合により非イオン性消泡剤；並びに場合によりｐＨ調整剤を含む）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧１４，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布研磨パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；８を超えて１２以下のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１０〜２５nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９０〜１１０nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒；殺生物剤；０．２〜１．５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤；及び場合によりｐＨ調整剤を含む）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧１５，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；９〜１０のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１０〜２１nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含み；この化学的機械研磨スラリーは、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤；殺生物剤；及び場合によりｐＨ調整剤を含有する）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧２０，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；９〜１０のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１４〜１６nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含み；この化学的機械研磨スラリーは、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤；殺生物剤；及び場合によりｐＨ調整剤を含有する）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧２０，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；９〜１０のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、コロイダルシリカ砥粒；非イオン性消泡剤；殺生物剤；及び場合によりｐＨ調整剤からなり；この化学的機械研磨スラリーは、１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１０〜２１nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含有し；この化学的機械研磨スラリーは、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤を含有する）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧２０，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである方法を提供する。
本発明は、サファイア基板を研磨する方法であって：露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；９〜１０のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、コロイダルシリカ砥粒；非イオン性消泡剤；殺生物剤；及び場合によりｐＨ調整剤からなり；この化学的機械研磨スラリーは、１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１４〜１６nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含有し；この化学的機械研磨スラリーは、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤を含有する）；化学的機械研磨パッドを提供する工程；化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程を含む方法であって；少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；この化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、≧２０，０００Å/時のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである方法を提供する。
本発明は、露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーであって、初期成分として：コロイダルシリカ砥粒であって、負の表面電荷を有しており；そして、２〜２５nmの間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nmの間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布を示す、コロイダルシリカ砥粒；非イオン性ポリジメチルシロキサン系消泡剤；場合により殺生物剤；並びに場合によりｐＨ調整剤を含む、化学的機械研磨スラリーを提供する。
詳細な説明
出願人は、サファイア除去速度の相乗作用を示す、化学的機械研磨スラリーを用いる、露出したサファイア表面を有する基板を研磨する独自の化学的機械研磨組成物及び方法を開発した。具体的には、出願人は、コロイダルシリカ砥粒；及び場合により非イオン性消泡剤を含有する化学的機械研磨スラリーを用いる、露出したサファイア表面を有する基板の化学的機械研磨の方法であって、このコロイダルシリカ砥粒が、多峰性粒径分布を示し；この多峰性粒径分布が、２〜２５nmの間に第１の粒径極大値を持つ第１モード及び７５〜２００nmの間に第２の粒径極大値を持つ第２モードを形成する粒子の組合せを含み；この第１モードを形成する粒子と第２モードを形成する粒子との組合せが、第１のサファイア除去速度の相乗作用を示し；そして場合により含有する非イオン性消泡剤と多峰性粒径分布を有するコロイダルシリカ砥粒との組合せが、第２のサファイア除去速度の相乗作用を示し；この化学的機械研磨スラリーが、実施例で本明細書に記載される研磨条件下でサファイア除去速度の高進（即ち、≧１４，０００Å/時）を示す方法を開発した。
好ましくは、本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：コロイダルシリカ砥粒であって、単独で脱イオン水に分散させると負の表面電荷を示し；そして、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布（好ましくは二峰性粒径分布）を示す、コロイダルシリカ砥粒；殺生物剤（ここで好ましくは、この殺生物剤は過酸化水素である）；場合により非イオン性消泡剤（好ましくは、０．１〜２．０重量％；更に好ましくは０．２〜１．５重量％；最も好ましくは０．４５〜１．０５重量％）（ここで好ましくは、この非イオン性消泡剤は、非イオン性シリコーン系消泡剤；更に好ましくはこの非イオン性消泡剤は、非イオン性ポリジメチルシロキサン系消泡剤である）；及び場合によりｐＨ調整剤を含む（からなる）。
好ましくは、本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーに使用されるコロイダルシリカ砥粒は、化学的機械研磨スラリーの他の成分と合せる前に、単独で脱イオン水に分散させると負の表面電荷を示す。
好ましくは、本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーは、５〜４５重量％（好ましくは１０〜３０重量％；更に好ましくは１５〜２５重量％；最も好ましくは１８〜２２重量％）のコロイダルシリカ砥粒を含有する。好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布（好ましくは二峰性粒径分布）を示す。更に好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と、７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物である。最も好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と、７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であって、この化学的機械研磨スラリーが、１〜２５重量％（好ましくは、１〜１５重量％；更に好ましくは１〜１０重量％；最も好ましくは３〜５重量％）の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、混合物である。
好ましくは、本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーは、０．０００１〜１重量％の殺生物剤を含む。更に好ましくは、この化学的機械研磨スラリーは、０．００１〜０．０１重量％（最も好ましくは０．００４〜０．００６重量％）の殺生物剤を含む。好ましくは、ここで殺生物剤は、過酸化水素である。
本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーは、０〜５重量％の非イオン性消泡剤を含む。好ましくは、この化学的機械研磨スラリーは、０．１〜２．０重量％（更に好ましくは０．２〜１．５重量％；最も好ましくは０．４５〜１．０５重量％）の非イオン性消泡剤を含む。好ましくは、ここで非イオン性消泡剤は、非イオン性シリコーン系消泡剤である。更に好ましくは、ここで非イオン性消泡剤は、非イオン性ポリジメチルシロキサン系消泡剤（例えば、Senka Corporation製のHS-06シリコーン系消泡剤）である。
好ましくは、本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーに含有される水には、偶然の不純物を制限するために脱イオン及び蒸留の少なくとも一方が行われる。
本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーは、８を超えて１２以下のｐＨにわたり効力を提供する。好ましくは、この化学的機械研磨スラリーは、８．５〜１０．５のｐＨにわたり効力を提供する。この化学的機械研磨スラリーのｐＨの調整に使用するために適切な酸は、例えば、硝酸、硫酸及び塩酸を包含する。この化学的機械研磨スラリーのｐＨの調整に使用するために適切な塩基は、例えば、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムを包含する。
好ましくは、本発明の露出したサファイア表面を研磨するための化学的機械研磨スラリーは、実施例で本明細書に記載される研磨条件下で、≧１４，０００Å/時（好ましくは≧１５，０００Å/時、更に好ましくは≧２０，０００Å/時；最も好ましくは≧２１，０００Å/時）のサファイア除去速度を示す。
本発明の方法に使用するのに適切な基板は、露出したサファイア表面を有する。好ましくは、露出したサファイア表面を有する基板は、サファイアウェーハである。好ましくは、このサファイアウェーハは、Ｃ面サファイアウェーハ、Ａ面サファイアウェーハ、Ｍ面サファイアウェーハ及びＲ面サファイアウェーハから選択される。更に好ましくは、露出したサファイア表面を有する基板は、Ｃ面サファイアウェーハである。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：コロイダルシリカ砥粒であって、単独で脱イオン水に分散させると負の表面電荷を示し；そして、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布（好ましくは二峰性粒径分布）を示す、コロイダルシリカ砥粒；殺生物剤（ここで好ましくは、この殺生物剤は過酸化水素である）；場合により非イオン性消泡剤（好ましくは、０．１〜２．０重量％；更に好ましくは０．２〜１．５重量％；最も好ましくは０．４５〜１．０５重量％）（ここで好ましくは、この非イオン性消泡剤は、非イオン性シリコーン系消泡剤；更に好ましくはこの非イオン性消泡剤は、非イオン性ポリジメチルシロキサン系消泡剤である）；及び場合によりｐＨ調整剤を含む（からなる）。
好ましくは、本発明の方法に使用されるコロイダルシリカ砥粒は、化学的機械研磨スラリーの他の成分と合せる前に、単独で脱イオン水に分散させると負の表面電荷を示す。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、５〜４５重量％（好ましくは１０〜３０重量％；更に好ましくは１５〜２５重量％；最も好ましくは１８〜２２重量％）のコロイダルシリカ砥粒を含有する。好ましくは、本発明の方法に使用されるコロイダルシリカ砥粒は、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の間に第１の粒径極大値を；及び７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の間に第２の粒径極大値を持つ多峰性粒径分布（好ましくは二峰性粒径分布）を示す。更に好ましくは、本発明の方法に使用されるコロイダルシリカ砥粒は、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と、７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物である。最も好ましくは、本発明の方法に使用されるコロイダルシリカ砥粒は、２〜２５nm（好ましくは３〜２５nm；更に好ましくは１０〜２１nm；最も好ましくは１４〜１６nm）の平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と、７５〜２００nm（好ましくは７５〜１８５nm；更に好ましくは７５〜１２５nm；更になお好ましくは９０〜１１０nm；最も好ましくは９５〜１０５nm）の平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であって、この化学的機械研磨スラリーが、１〜２５重量％（好ましくは、１〜１５重量％；更に好ましくは１〜１０重量％；最も好ましくは３〜５重量％）の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、混合物である。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、０．０００１〜１重量％の殺生物剤を含む。更に好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、０．００１〜０．０１重量％（最も好ましくは０．００４〜０．００６重量％）の殺生物剤を含む。好ましくは、ここで殺生物剤は、過酸化水素である。
本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、０〜５重量％の非イオン性消泡剤を含む。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、０．１〜２．０重量％（更に好ましくは、０．２〜１．５重量％；最も好ましくは０．４５〜１．０５重量％）の非イオン性消泡剤を含む。好ましくは、ここで非イオン性消泡剤は、非イオン性シリコーン系消泡剤である。更に好ましくは、ここで非イオン性消泡剤は、非イオン性ポリジメチルシロキサン系消泡剤（例えば、Senka Corporation製のHS-06シリコーン系消泡剤）である。
好ましくは、本発明の化学的機械研磨法に使用される化学的機械研磨スラリーに含有される水には、偶然の不純物を制限するために脱イオン及び蒸留の少なくとも一方が行われる。
本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、８を超えて１２以下のｐＨにわたり効力を提供する。好ましくは、使用される化学的機械研磨スラリーは、８．５〜１０．５のｐＨにわたり効力を提供する。この化学的機械研磨スラリーのｐＨの調整に使用するために適切な酸は、例えば、硝酸、硫酸及び塩酸を包含する。この化学的機械研磨スラリーのｐＨの調整に使用するために適切な塩基は、例えば、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムを包含する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械研磨スラリーは、実施例で本明細書に記載される研磨条件下で、≧１４，０００Å/時（好ましくは≧１５，０００Å/時、更に好ましくは≧２０，０００Å/時；最も好ましくは≧２１，０００Å/時）のサファイア除去速度を示す。
本発明の幾つかの実施態様は、これから以下の実施例に詳細に記載される。
実施例
化学的機械研磨スラリー配合物
試験した化学的機械研磨スラリー配合物（ＣＭＰＳ）は、表１に記載する。化学的機械研磨スラリーＣ１〜Ｃ２６は、比較配合物であって、本発明の請求の範囲には含まれない。
Figure 0006437762
Figure 0006437762
研磨試験
表１に記載された化学的機械研磨スラリー（ＣＭＣＳ）は、５インチ単一ヘッド及び１２インチのプラテンサイズを持つBuehler EcoMet（登録商標）300／AutoMet（登録商標）300グラインダー・ポリッシャー／パワーヘッド、並びに２．５mm溝幅、１５．７５mmピッチ及び０．８mm溝深さのＸ−Ｙ溝パターンを有するSuba（商標）600研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている）を用いて；３４．３kPaダウンフォース、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、１２０rpmのプラテン速度及び１２０rpmのキャリア速度の下で試験した。Monocrystal製のサファイアウェーハ（４インチＣ面）を、最初は片面で、５nmの平均表面粗さまでダイヤモンド粗研磨して、次に上記条件下で研磨した。研磨パッドは、ナイロンブラシを用いて手で調整した。表１に特定されるＣＭＣＳ（Ｃ１〜Ｃ２６及び１〜１２）を用いたサファイア除去速度結果は、表２（それぞれＰＣ１〜ＰＣ２６及びＰ１〜Ｐ１２）に提供される。表２に報告されたサファイア除去速度データは、研磨前後のウェーハの重量を比較して、表面除去速度に変換することにより求めた。研磨ウェーハは、脱イオン水中で３０秒間超音波処理して、秤量前に窒素で風乾した。
Figure 0006437762

Claims (4)

  1. サファイア基板を研磨する方法であって：
    露出したサファイア表面を有する基板を提供する工程；
    ９〜１０のｐＨを有する化学的機械研磨スラリーを提供する工程（ここで、この化学的機械研磨スラリーは、初期成分として：
    １０〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、負の表面電荷を有しており；そして、１０〜２１ｎｍの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５ｎｍの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子とを持つ多峰性粒径分布を示し；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒；
    殺生物剤；
    ０．４５〜１．０５重量％の、シリコーン系消泡剤である非イオン性消泡剤；並びに
    場合によりｐＨ調整剤
    を含む）；
    化学的機械研磨パッドを提供する工程；
    化学的機械研磨パッドと基板との界面に動的接触を作る工程；そして
    化学的機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近の化学的機械研磨パッド上に化学的機械研磨スラリーを分配する工程
    を含む方法であって；
    少なくとも少量のサファイアが、基板の露出したサファイア表面から除去され；そしてこの化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、２０，０００Å/時以上のサファイア除去速度を示し；そして、この化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布研磨パッドである方法。
  2. 化学的機械研磨スラリーが、９〜１０のｐＨを有しており；化学的機械研磨スラリーが、１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１４〜１６nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含有し；化学的機械研磨スラリーが、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤を含有し；化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、２０，０００Å/時以上のサファイア除去速度を示し；そして、化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである、請求項１に記載の方法。
  3. 化学的機械研磨スラリーが、９〜１０のｐＨを有しており；化学的機械研磨スラリーが、コロイダルシリカ砥粒；殺生物剤；非イオン性消泡剤；及び場合によりｐＨ調整剤からなり；化学的機械研磨スラリーが、１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１０〜２１nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含有し；化学的機械研磨スラリーが、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、シリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤を含有し；化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、２０，０００Å/時以上のサファイア除去速度を示し；そして、化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである、請求項１に記載の方法。
  4. 化学的機械研磨スラリーが、９〜１０のｐＨを有しており；化学的機械研磨スラリーが、コロイダルシリカ砥粒；殺生物剤；非イオン性消泡剤；及び場合によりｐＨ調整剤からなり；化学的機械研磨スラリーが、１０〜３０重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、１４〜１６nmの平均粒径を有する第１集団のコロイダルシリカ粒子と９５〜１０５nmの平均粒径を有する第２集団のコロイダルシリカ粒子との混合物であり；１〜２５重量％の第１集団のコロイダルシリカ粒子を含有する、コロイダルシリカ砥粒を含有し；化学的機械研磨スラリーが、０．４５〜１．０５重量％の非イオン性消泡剤であって、非イオン性ポリジメチルシロキサン系消泡剤から選択されるシリコーン系消泡剤である、非イオン性消泡剤を含有し；化学的機械研磨スラリーが、毎分１２０回転のプラテン速度、毎分１２０回転のキャリア速度、４００ml/分の化学的機械研磨スラリー流量、３００mm研磨機上で３４．３kPaの公称ダウンフォースで、２０，０００Å/時以上のサファイア除去速度を示し；そして、化学的機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである、請求項１に記載の方法。
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