JP2022523515A - 硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー - Google Patents

Abstract

硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが開示されている。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、一般に、複数のダイヤモンド研磨剤を含む。複数のダイヤモンド研磨剤のダイヤモンド研磨剤のそれぞれは、粒径を有する。ここで、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、第１のダイヤモンド研磨剤及び第２のダイヤモンド研磨剤を含む。第１のダイヤモンド研磨剤は第１の粒径を有し、第２のダイヤモンド研磨剤は第２の粒径を有する。ここで、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径よりも小さい。

Description

本開示は、硬質基板（hard substrate）を研磨するための研磨スラリーに関する。より具体的には、本開示は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又は光学材料などの硬質基板を研磨するためのダイヤモンド研磨剤粒子を含む研磨スラリーに関する。

本開示は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる加工物などの加工物をラッピング又は研磨するために使用することができる研磨用組成物に関する。典型的な研磨用組成物は、他の共溶媒、レオロジー調整剤、ダイヤモンド研磨剤、ｐＨ調整剤、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３などの他の研磨剤、又は界面活性剤及び分散剤を含有することができる水系組成物である。ＳｉＣウェハの製造には、ＳｉＣの大きな単結晶を成長させることが必要であり、単結晶から、薄いウェハブランクが単結晶をワイヤソーイングすることによって得られる。その後のプロセスは、ウェハの表面仕上げ及び幾何学的形状を改善するために必要であり、これはダイヤモンド系スラリーを用いた機械的研磨によって行われる。このダイヤモンド系スラリーは、集積回路などの電子デバイスの製造のための基板として最終的に使用するためにウェハを準備する化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスに必要な品質までウェハを研磨することができる。

ダイヤモンド系研磨用組成物は、生産的な材料除去をもたらす加工物と比較して、ダイヤモンド研磨剤の高い硬度のために基板の機械的研磨に広く使用されている。ダイヤモンドスラリーの製造業者は数多くあり、ダイヤモンド研磨剤自体は、単結晶、多結晶、又は何らかのハイブリッドタイプのダイヤモンド研磨剤の形態をとることができる。一例として、その全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，９８０，１１３号は、ナノダイヤモンドを使用した化学機械平坦化を開示している。言い換えれば、米国特許第８，９８０，１１３号は、スラリー中のナノダイヤモンドを利用する硬質基板研磨用のスラリーを開示している。ＳｉＣウェハの機械的研磨に使用される典型的なダイヤモンド粒径は、０．０１～１０ミクロン程度であり、いくつかのプロセスステップは、所望のウェハ形状及び表面品質を達成するために除去速度を低下させながら表面品質を改善する漸進的により小さいダイヤモンド研磨剤である。プロセス時間の大部分は、ワイヤソーとＣＭＰとの間の機械的研磨プロセスにあることが見出され、したがって、ＳｉＣウェハ並びに他の硬質材料の製造のためのプロセス時間を短縮するために高い材料除去速度（ＭＲＲ）を提供するダイヤモンドを含有する研磨スラリーを開発することは、技術的に非常に興味深い。

典型的なダイヤモンドスラリーは、１００ｃｔ／ガロンを超えるダイヤモンド濃度のダイヤモンド研磨剤を含み、廃棄及び環境にとって負担となる油性であることがあり、また廃棄が困難な酸化剤などの他の化学成分を含むことがある。既存のダイヤモンド研磨スラリーの限界としては、材料除去速度（material removal rate）が遅いこと、ダイヤモンド濃度が高いためコストが高いこと、及び構成要素を処分するのが危険又は困難であることが挙げられる。

硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの本開示は、上述の問題の少なくとも特定の態様に対処するように設計することができる。

本開示は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ（multi-modal diamond abrasive package）の使用により、現在利用可能なダイヤモンドスラリーの上述の制限を解決する。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージの使用は、水系の環境に優しい組成物（water based environmentally friendly composition）を維持しながら、スラリー中のより低いダイヤモンド研磨剤負荷で、予想されるよりも高い除去速度の実現を可能にする。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、硬質基板を研磨するために開示される。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、一般に、複数のダイヤモンド研磨剤を含むことができる。複数のダイヤモンド研磨剤のダイヤモンド研磨剤のそれぞれが粒径を有してもよい。ここで、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、第１のダイヤモンド研磨剤及び第２のダイヤモンド研磨剤を含むことができる。第１のダイヤモンド研磨剤は第１の粒径を有してもよく、第２のダイヤモンド研磨剤は第２の粒径を有してもよい。ここで、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径より小さくてもよく、又はその逆であってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの１つの特徴は、スラリー中のより低いダイヤモンド研磨剤負荷で、より高い材料除去速度を維持又は可能にするように構成できることであってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの別の特徴は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが水系の環境に優しい組成物を維持できることであってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの別の特徴は、改善された材料除去速度を得るために必要なダイヤモンドの濃度を低減しながら、材料除去速度を改善するように構成できることであってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの別の特徴は、スラリー中のダイヤモンドの総濃度を比較的低く維持しながら、硬質基板の両面の材料除去の改善率を提供するように構成できることであってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの選択された実施形態では、スラリー中のダイヤモンドの比較的低い総濃度は、約８０ｃｔ／ガロン以下である。スラリー中のダイヤモンドのほぼ同じ総濃度での材料除去速度の提供される改善は、約１０％以上である。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの選択された実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は０．０１ミクロン～３．００ミクロンであってもよく、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径は０．５ミクロン～１０ミクロンであってもよい。選択される可能性のある好ましい実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は０．５ミクロンであってもよく、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径は１ミクロン又は３ミクロンであってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの別の特徴は、スラリー中のダイヤモンドの総濃度を比較的低く維持しながら、炭化ケイ素ウェハ(silicon carbide wafer)の両面の材料除去速度を改善することであってもよい。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの選択された実施形態では、スラリー中のダイヤモンドの比較的低い総濃度は、８０ｃｔ／ガロンのスラリーを含むことができ、ここで、０．５ミクロンの第１の粒径では１７ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの第２の粒径では６３ｃｔ／ガロンである。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの他の選択された実施形態では、スラリー中のダイヤモンドの比較的低い総濃度は、５０ｃｔ／ガロンのスラリーを含むことができ、ここで、０．５ミクロンの第１の粒径では１１ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの第２の粒径では３９ｃｔ／ガロンである。これらの実施形態では、８０ｃｔ／ガロンのスラリー又は５０ｃｔ／ガロンのスラリーの材料除去速度の改善は、１６０ｃｔ／ガロンの濃度の３ミクロンダイヤモンドを使用して観察される材料除去速度を上回ることができる。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの選択された実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径と第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径との比は、６０／４０～１０／９０であってもよい。選択される可能性のある好ましい実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径と第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径との比は、約２０／８０～１０／９０であってもよい。選択される可能性のある最も好ましい実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径と第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径との比は、約２０／８０又はそれに等しくてもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの選択された実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は０．５ミクロンであってもよく、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径は１ミクロン又は３ミクロンであってもよい。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーの別の特徴は、コスト削減を可能にするように構成できることであってもよい。選択された実施形態では、コスト削減は、材料除去速度の低下を最小限に抑えながら、高価な多結晶ダイヤモンド粉末を安価な単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えることによるものであってもよい。コスト削減の割合は、材料除去速度の低下の割合よりも大きい場合がある。選択された実施形態では、コスト削減の割合は、材料除去速度の低下の割合よりも約３倍以上大きい場合がある。

別の態様では、本開示は、本明細書に示される及び／又は記載される様々な実施形態のいずれか又は実施形態の組み合わせのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを包含する。

別の態様において、本開示は、硬質基板を研磨する方法を包含する。硬質基板を研磨する本方法は、一般に、本明細書に示される及び／又は記載される様々な実施形態のいずれか又は実施形態の組み合わせにおいて、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを提供するステップを含むことができる。したがって、硬質基板を研磨するための提供されるマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、複数のダイヤモンド研磨剤を含むことができ、複数のダイヤモンド研磨剤のダイヤモンド研磨剤のそれぞれが粒径を有する。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、第１の粒径を有する第１のダイヤモンド研磨剤、及び第２の粒径を有する第２のダイヤモンド研磨剤を含むことができる。ここで、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径より小さくてもよい。提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又は基板を用いて、方法は、提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを用いて硬質基板を研磨するステップを更に含むことができる。

前述の例示的な概要、並びに本開示の他の例示的な目的及び／又は利点、並びにそれらが達成される方法は、以下の詳細な説明及びその添付図面内で更に説明される。

本開示は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、同様の参照符号が同様の構造を示し、全体を通して同様の要素を指す添付の図面を参照して詳細な説明を読むことによってよりよく理解されるであろう。

２ｐｓｉでのアリゾナ州スコッツデールＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）５００研磨パッド（Ｓｕｂａ（商標）はデラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の商標である。ＥｍｉｎｅｓｓはＤｕｐｏｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｉｍａｇｉｎｇの権限を有する代表者である）上の炭化ケイ素（ＳｉＣ）について、本開示の選択された実施形態による表１及び２に列挙されたスラリーの様々な組成物の材料除去速度のマイクロメートル／時間（μｍ／時）での棒グラフである。

２ｐｓｉでのアリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）８００研磨パッド上の炭化ケイ素（ＳｉＣ）について、本開示の選択された実施形態による表３に列挙されたスラリーの様々な組成物の材料除去速度のマイクロメートル／時間（μｍ／時）での棒グラフである。

２ｐｓｉでのアリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）５００研磨パッド上の、本開示の選択された実施形態による様々な０．５マイクロメートル（μｍ）×３マイクロメートル（μｍ）比の、本開示の選択された実施形態による表４に列挙されたスラリーの様々な組成物の材料除去速度のマイクロメートル／時間（μｍ／ｈ）での棒及び線グラフである。

４ｐｓｉでの本開示の選択された実施形態によるマルチモーダル対応物を有する様々な１マイクロメートル（μｍ）スラリーの、本開示の選択された実施形態による表５に列挙されたスラリーの様々な組成物の材料除去速度のマイクロメートル／時間（μｍ／ｈ）での棒グラフである。

様々な量の０．５マイクロメートル（μｍ）の単結晶ダイヤモンドで置き換えられた３マイクロメートル（μｍ）の多結晶ダイヤモンドスラリーの、本開示の選択された実施形態による表６に列挙されたスラリーの様々な組成の材料除去速度のマイクロメートル／時間（μｍ／ｈ）での棒グラフである。

本開示の選択された実施形態による硬質基板を研磨する方法のフローチャートである。

提示された図面は、例示のみを目的としており、したがって、特許請求される開示に必須であると考えられる場合を除いて、示された構造の正確な詳細のいずれか又は全てに本開示を限定することは望まれず意図もされないことに留意されたい。

ここで図１～図６を参照すると、本開示の例示的な実施形態を説明する際に、明確にするために特定の用語が使用される。しかし、本開示は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではなく、各特定の要素は、同様の機能を達成するために同様の方法で動作する全ての技術的等価物を含むことを理解されたい。しかし、特許請求の範囲の実施形態は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。本明細書に記載の例は非限定的な例であり、他の可能な例の中の単なる例である。

ここで図１～図６を参照すると、可能性のある好ましい実施形態では、本開示は、上述の欠点を克服し、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０、及び開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０で硬質基板を研磨するためのその使用方法２００を提供することによって、そのような装置又は方法の認識された必要性を満たす。本開示は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の使用により、現在利用可能なダイヤモンドスラリーの上述の制限を解決する。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の使用は、水系の環境に優しい組成物を維持しながら、スラリー１０中のより低いダイヤモンド研磨剤負荷で、予想されるよりも高い除去速度の実現を可能にする。炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）など、あるいはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない硬質基板を研磨するための、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０が開示される。一例として、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０は、ＳｉＣウェハを研磨するために使用することができる。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０は、一般に、複数のダイヤモンド研磨剤を含むことができる。複数のダイヤモンド研磨剤のダイヤモンド研磨剤のそれぞれが粒径を有してもよい。ここで、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０は、第１のダイヤモンド研磨剤及び第２のダイヤモンド研磨剤を含むことができる。第１のダイヤモンド研磨剤は第１の粒径を有してもよく、第２のダイヤモンド研磨剤は第２の粒径を有してもよい。ここで、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径より小さくてもよく、又はその逆であってもよい。

図１～図５を参照すると、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の１つの特徴は、スラリー１０中のより低いダイヤモンド研磨剤負荷で、より高い材料除去速度を維持又は可能にするように構成できることであってもよい。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の別の特徴は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０が水系の環境に優しい組成物を維持できることであってもよい。図１～図５に示すように、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の別の特徴は、改善された材料除去速度を得るために必要なダイヤモンドの濃度を低減しながら、材料除去速度の改善を提供するように構成できることであってもよい。

ここで特に図１～図２を参照すると、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の別の特徴は、スラリー１０中のダイヤモンドの総濃度を比較的低く維持しながら、硬質基板の両面の材料除去の改善率を提供するように構成できることであってもよい。図１～図２に示すように、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の選択された実施形態では、スラリー１０中のダイヤモンドの比較的低い総濃度は、約８０ｃｔ／ガロン以下であってもよい。スラリー１０中のダイヤモンドのほぼ同じ総濃度での材料除去速度の提供される改善は、約１０％以上である。

開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の選択された実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は０．０１ミクロン～３．０００ミクロンであってもよく、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径は０．５ミクロン～１０ミクロンであってもよい。選択される可能性のある好ましい実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は０．５ミクロンであってもよく、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径は１ミクロン（図４に示す）又は３ミクロン（図１～図３及び図５に示す）であってもよい。

図１～図５に示すように、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の別の特徴は、スラリー１０中のダイヤモンドの総濃度を比較的低く維持しながら、炭化ケイ素ウェハの両面の材料除去速度を改善することであってもよい。一例として、明らかにそれに限定されないが、特に図１及び図２を参照すると、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の選択された実施形態では、スラリー１０中のダイヤモンドの比較的低い総濃度は、８０ｃｔ／ガロンのスラリー１０を含むことができ、ここで、０．５ミクロンの第１の粒径では１７ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの第２の粒径では６３ｃｔ／ガロンである。別の例として、明らかにそれに限定されないが、ここで特に図１を参照すると、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の他の選択された実施形態では、スラリー１０中のダイヤモンドの比較的低い総濃度は、５０ｃｔ／ガロンのスラリー１０を含むことができ、ここで、０．５ミクロンの第１の粒径では１１ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの第２の粒径では３９ｃｔ／ガロンである。図１～図２に示すように、これらの例示的な実施形態では、８０ｃｔ／ガロンのスラリー１０又は５０ｃｔ／ガロンのスラリー１０の材料除去速度の改善は、１６０ｃｔ／ガロンの濃度の３ミクロンダイヤモンドを使用して観察される材料除去速度を上回ることができる。

ここで特に図３を参照すると、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の選択された実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径と第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径との比は、６０／４０～１０／９０であってもよい。選択される可能性のある好ましい実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径と第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径との比は、約２０／８０～１０／９０であってもよい。選択される可能性のある最も好ましい実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径と第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径との比は、約２０／８０又はそれに等しくてもよい。開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０のこれらの選択された実施形態では、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は０．５ミクロンであってもよく、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径は１ミクロン又は３ミクロンであってもよい。

ここで特に図５を参照すると、開示されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０の別の特徴は、コスト削減を可能にするように構成できることであってもよい。図５の例に示すように、選択された例示的な実施形態では、明らかにそれに限定されないが、コスト削減は、材料除去速度の低下を最小限に抑えながら、高価な多結晶ダイヤモンド粉末を安価な単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えることによるものであってもよい。表６に示すように、コスト削減の割合は、材料除去速度の低下の割合よりも大きくてもよい。選択された例示的な実施形態では、明らかにそれに限定されないが、図５に示すように、コスト削減の割合は、材料除去速度の低下の割合よりも約３倍以上大きくてもよい。

ここで図６を参照すると、別の態様では、本開示は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）など、及びそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない硬質基板の研磨方法２００を包含する。硬質基板の研磨方法２００は、一般に、本明細書に示される及び／又は記載される様々な実施形態のいずれか又は実施形態の組み合わせにおいて、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０を提供するステップ２０２を含むことができる。したがって、硬質基板を研磨するための提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー１０は、一般に、複数のダイヤモンド研磨剤を含むことができ、複数のダイヤモンド研磨剤のダイヤモンド研磨剤のそれぞれが粒径を有する。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーは、第１の粒径を有する第１のダイヤモンド研磨剤、及び第２の粒径を有する第２のダイヤモンド研磨剤を含むことができる。ここで、第１のダイヤモンド研磨剤の第１の粒径は、第２のダイヤモンド研磨剤の第２の粒径より小さくてもよい。提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又は基板を用いて、方法２００は、提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを用いて硬質基板を研磨するステップ２０４を更に含むことができる。提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを用いて硬質基板を研磨するステップ２０４は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）など、及びそれらの組み合わせなどの、硬質基板を研磨するための公知の及び／又は後に発見される任意の手段によって実行することができる。

例
図１～図５に示すように、試料スラリー１０を調製し、試験して炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハの材料除去速度（ＭＲＲ）を決定した。ＳｉＣウェハのＭＲＲは、以下の手順で測定した。中国北京のＴａｎＫｅＢｌｕｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製の３インチＳｉＣウェハを、以下に説明する実験のほとんどについて１５分単位で研磨した。観察された材料除去速度の非常に高い結果として、大型ダイヤモンド（３μｍ以上）多結晶ダイヤモンド実験については、ウェハを１０分単位で研磨した。研磨ツールは、ミズーリ州セントジョセフのＬＥＣＯ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されたＳｐｅｃｔｒｕｍ Ｓｙｓｔｅｍ ２０００グラインダー及びポリッシャーであった。

全てアリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）５００、Ｓｕｂａ（商標）８００、及びＭＨパッドを含む様々な直径１２インチのパッドを様々な実験に使用した。全ての実験のＳｉＣウェハは、アリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＥ３１０バッカー材料であるＮＴＡ Ｅ３１０を備えたテンプレートアセンブリ内に含まれていた。ミズーリ州セントジョセフのＬＥＣＯ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されたＬＥＣＯ（登録商標）ツールは、ヘッド及び圧盤の両方の回転速度を独立して設定することを可能にするが、しかし、これらの実験の目的のために、ヘッド及び圧盤の両方を時計回り（ＣＷ）に１２５ＲＰＭで動作するように設定した。実験を通してウェハの均一性を確保するために、各研磨単位後にウェハを９０度回転させた。２ｐｓｉ及び４ｐｓｉである２つの異なる操作ダウンフォース圧力を異なる実験に使用した。単結晶マルチモーダル（ＭＭ）スラリーを含む最初の実験では、スラリー１０を２５ｍＬ／分の滴下速度で適用したが、しかし、多結晶ダイヤモンドスラリーを含む他の全ての実験の滴下速度は２０ｍＬ／分であった。

各単位のＭＲＲを決定するために、各研磨ステップの前後にウェハを秤量した。ウェハが半径１．５インチの完全円筒であるという仮定を使用して、各実行後に測定された質量差及びＳｉＣの密度に基づいてＭＲＲを計算した。質量及び密度を使用して、除去された総体積及びシリンダの対応する高さを決定した。次いで、各実験のそれぞれの時間単位（１０分又は１５分）で割ると、各スラリー組成について、Ｓｉ面及びＣ面の両方について２～３つのデータ点が収集され、次いでそれらのデータ点が平均化された。平均データ点は、本開示の本明細書に示される様々な表及び図に示される。

例１
例１は、モノモーダル(mono-modal)対マルチモーダル単結晶ダイヤモンドスラリー(multi-modal monocrystalline diamond slurry)１０に関する。モノモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ（mono-modal diamond abrasive package）と比較したマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージの使用の独自性は、以下の実験によって例示される。５つのスラリー組成物を、ダイヤモンド研磨剤パッケージの同一性を除いて同一の仕様で製造した。５つの組成物のそれぞれについてのダイヤモンド研磨剤の選択及び濃度を以下の表１に列挙する。

各組成物の材料除去速度は、前述の研磨試験によって決定され、グラフ形式で図１に示され、以下の表２に列挙されている。この実験のための研磨パッドは、アリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）５００であった。

別のタイプの研磨パッドでの観察を検証するために、アリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）８００を使用して以下の実験を行った。組成物１～４の材料除去速度は、前述の研磨試験によって決定され、グラフ形式で図２に示され、以下の表３に列挙されている。

前述の実験は、マルチモーダル構成(multi-modal configuration)で０．５ミクロン及び３ミクロンの両方の単結晶ダイヤモンド粒子を含む開示された本発明の組成物であるＩＣ ８０ｃｔ／ｇａｌ及びＩＣ ５０ｃｔ／ｇａｌが、スラリー１０中のダイヤモンドの総濃度を８０ｃｔｓ／ｇａｌ以下に比較的低く維持しながら、ＳｉＣウェハの両面の材料除去に著しい改善をもたらし、１６０ｃｔｓ／ｇａｌの濃度の３ミクロンダイヤモンドを使用して観察された材料除去速度をさえも上回ることを示している。

例２
例２は、０．５μｍ～３μｍの単結晶ダイヤモンドスラリーの線形組成研究に関する。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ１０の有用性は、以下の実験によって更に認識することができる。７つのスラリー組成物を、単結晶ダイヤモンド研磨剤パッケージの同一性を除いて同一の仕様で製造した。ガロン当たりのダイヤモンド濃度は一定に保たれたが、０．５μｍ及び３μｍのダイヤモンドの相対量は、全て０．５μｍから全て３μｍまで変化した。材料除去速度をグラフ形式で図３に示し、以下の表４に列挙する。図３は、３μｍの単結晶ダイヤモンドのみを含むスラリーと比較した、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤の組み合わせのＭＲＲの相対的な増加を提供する。この実験では、アリゾナ州スコッツデールのＥｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＳｕｂａ（商標）５００研磨パッドを２ｐｓｉの研磨圧力で使用した。

前述の実験は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージを含む開示された本発明の組成物が、モノモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージと比較してＭＲＲの大幅な増加をもたらすこと、及び２つのダイヤモンドサイズの最適比が存在することを示している。しかし、本開示は、ダイヤモンド研磨剤の別の組み合わせの最適比は異なる可能性があると考える。

例３
例３は、１μｍの多結晶ダイヤモンドスラリーとマルチモーダルスラリー１０の対応物との比較である。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ１０の有用性は、以下の実験によって更に認識することができる。６つのスラリー組成物を、ダイヤモンド研磨剤パッケージの同一性を除いて同一の仕様で製造した。３つの異なる供給業者が１μｍの多結晶ダイヤモンド粉末を提供した。１ガロン当たりのダイヤモンド濃度を一定に保持し、３つの１μｍの多結晶ダイヤモンド研磨剤スラリーを、１μｍの多結晶ダイヤモンドの一部を置き換えるために０．５μｍの単結晶ダイヤモンドを使用したそれらのマルチモーダル対応物と比較した。材料除去速度をグラフ形式で図４に示し、以下の表５に列挙する。図４は、１μｍの多結晶ダイヤモンドのみを含むスラリーと比較した、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤スラリー１０の組み合わせの相対的な増加を提供する。この実験では、ＭＨ研磨パッドを４ｐｓｉの研磨圧力で使用した。

前述の実験は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージを含む開示された本発明の組成物が、モノモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージと比較してＭＲＲの大幅な増加をもたらすこと、及び幾分異なる１μｍの多結晶ダイヤモンド粉末を提供する複数のベンダーにわたって適用できることを示している。

例４
例４は、大きな３μｍの多結晶ダイヤモンド粉末を小さな０．５μｍの単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えて、研磨スラリー用のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージを作成することの有用性に関する。マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージの有用性は、以下の実験によって更に認識することができる。４つのスラリー組成物を、ダイヤモンド研磨剤パッケージの同一性を除いて同一の仕様で製造した。一方のスラリーは３μｍの多結晶ダイヤモンドのみを利用し、他の３つのスラリー１０は、多結晶ダイヤモンドの２０、３０、又は４０％を０．５μｍの単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えた。１ガロン当たりの総ダイヤモンド濃度は一定に保たれた。材料除去速度をグラフ形式で図５に示し、相対コスト分析と共に以下の表６に列挙する。図５は、多結晶の３μｍダイヤモンドを０．５μｍの単結晶ダイヤモンド粉末に置き換える際の相対的なコスト削減と共に、各スラリー組成物のＭＲＲを示す。これらの実験は、ＭＨパッド上で４ｐｓｉのダウンフォースで行った。

コスト分析は、カラット当たりそれぞれ２．００ドル及び０．２ドルの多結晶ダイヤモンド粉末及び単結晶ダイヤモンド粉末のコストを利用する。総カラット／ガロンを３０に固定した。

この実験は、マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ１０を含む開示された本発明の組成物が、ＭＲＲの低下を最小限に抑えながら、高価な多結晶ダイヤモンド粉末を安価な単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えることによって、大幅なコスト削減を可能にすることができることを示している。

本明細書及び／又は図面では、本開示の典型的な実施形態が開示されている。本開示は、このような実施形態に限定されるものではない。「及び／又は」という用語の使用は、関連する列挙された項目のうちの１つ又は複数のありとあらゆる組み合わせを含む。図面は概略図であり、したがって必ずしも縮尺通りに描かれていない。特に明記しない限り、特定の用語は一般的かつ説明的な意味で使用されており、限定の目的で使用されていない。

前述の説明及び図面は、例示的な実施形態を含む。このように例示的な実施形態を説明してきたが、当業者であれば、開示内は例示にすぎず、本開示の範囲内で様々な他の代替形態、適合形態、及び修正形態を行うことができることに留意されたい。方法のステップを特定の順序で単に列挙又は番号付けすることは、その方法のステップの順序に対するいかなる制限も構成しない。前述の説明及び関連する図面に提示された教示の利益を有する本開示が関係する当業者には、多くの修正及び他の実施形態が思い浮かぶであろう。本明細書では特定の用語を使用している場合があるが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。したがって、本開示は、本明細書に示される特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (20)

1. 硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーであって、複数のダイヤモンド研磨剤であって、前記複数のダイヤモンド研磨剤の各々の前記ダイヤモンド研磨剤が粒径を有する、複数のダイヤモンド研磨剤を含み、
   前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、
   第１の粒径を有する第１のダイヤモンド研磨剤と、
   第２の粒径を有する第２のダイヤモンド研磨剤と、
   を含み、
   前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径が、前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径よりも小さい、硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
2. 前記スラリー中のより低いダイヤモンド研磨剤負荷で、より高い材料除去速度を維持又は可能にするように構成されている、請求項１に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
3. 前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、水系の環境に優しい組成物を維持している、
   前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、改善された材料除去速度を得るために必要なダイヤモンドの濃度を低減することを可能にしながら、材料除去速度の改善を提供するように構成されている、
   又は
   それらの組み合わせである、
   請求項２に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
4. 前記スラリー中のダイヤモンドの総濃度を比較的低く維持しながら、前記硬質基板の両面の材料除去の改善率を提供するように構成されている、請求項１に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
5. 前記スラリー中のダイヤモンドの前記比較的低い総濃度が約８０ｃｔ／ガロン以下であり、前記スラリー中のダイヤモンドの前記ほぼ同じ総濃度における材料除去速度の前記提供される改善が約１０％以上である、請求項４に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
6. 前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径が０．０１ミクロンから１．００ミクロンであり、及び
   前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径が０．５ミクロンから１０ミクロンである、
   請求項１に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
7. 前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径が０．５ミクロンであり、及び
   前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径が１ミクロン又は３ミクロンである、
   請求項６に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
8. 前記スラリー中のダイヤモンドの相対的に低い総濃度を維持しながら、炭化ケイ素ウェハの両面の材料除去速度の前記改善が提供され、前記スラリー中のダイヤモンドの前記相対的に低い総濃度が、
   ８０ｃｔ／ガロンのスラリーを含み、ここで、０．５ミクロンの前記第１の粒径では１７ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの前記第２の粒径では６３ｃｔ／ガロンである、又は
   ５０ｃｔ／ガロンのスラリーを含み、ここで、０．５ミクロンの前記第１の粒径では１１ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの前記第２の粒径では３９ｃｔ／ガロンである、請求項７に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
9. 前記８０ｃｔ／ガロンのスラリー又は前記５０ｃｔ／ガロンのスラリーの材料除去速度の前記改善が、１６０ｃｔ／ガロンの濃度の３ミクロンダイヤモンドを使用して観察される材料除去速度を上回る、請求項８に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
10. 前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径と前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径との比が６０／４０から１０／９０である、請求項１に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
11. 前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径と前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径との比が約２０／８０から１０／９０である、請求項１０に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
12. 前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径と前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径との比が約２０／８０又はそれに等しい、請求項１１に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
13. 前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径が０．５ミクロンであり、及び
    前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径が１ミクロン又は３ミクロンである、
    請求項１０に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
14. コスト削減を可能にするように構成されている、請求項１に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
15. 前記コスト削減が、材料除去速度の低下を最小限に抑えながら、高価な多結晶ダイヤモンド粉末を安価な単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えることによる、請求項１４に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
16. コスト削減の割合が、材料除去速度の低下の割合よりも大きい、請求項１５に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
17. 前記コスト削減の割合が、材料除去速度の低下の割合よりも約３倍以上大きい、請求項１６に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
18. 硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーであって、複数のダイヤモンド研磨剤であって、前記複数のダイヤモンド研磨剤の各々の前記ダイヤモンド研磨剤が粒径を有する、複数のダイヤモンド研磨剤を含み、
    前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、
    ０．５ミクロンの第１の粒径を有する第１のダイヤモンド研磨剤と、
    １ミクロン又は３ミクロンの第２の粒径を有する第２のダイヤモンド研磨剤と、
    を含み、
    前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径と前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径との比が約２０／８０から１０／９０であり、
    前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径が、前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径よりも小さく、
    前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、前記スラリー中のより低いダイヤモンド研磨剤負荷でより高い材料除去速度を維持又は可能にするように構成され、
    前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、水系の環境に優しい組成物を維持し、
    前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、改善された材料除去速度を得るために必要なダイヤモンドの濃度を低減することを可能にしながら、材料除去速度の改善を提供するように構成され、
    前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、前記スラリー中のダイヤモンドの比較的低い総濃度を維持しながら、炭化ケイ素ウェハの両面の材料除去の改善率を提供するように構成され、前記スラリー中のダイヤモンドの前記比較的低い総濃度が約８０ｃｔ／ガロン以下であり、前記スラリー中のダイヤモンドの前記ほぼ同じ総濃度における材料除去速度の前記提供される改善が約１０％以上であり、
    前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、材料除去速度の低下を最小限に抑えながら、高価な多結晶ダイヤモンド粉末を安価な単結晶ダイヤモンド粉末で置き換えることによってコスト削減を可能にするように構成され、コスト削減の割合が、材料除去速度の低下の割合よりも約３倍以上大きい、硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
19. 前記スラリー中のダイヤモンドの相対的に低い総濃度を維持しながら、炭化ケイ素ウェハの両面の材料除去速度の前記改善が提供され、前記スラリー中のダイヤモンドの前記相対的に低い総濃度が、
    ８０ｃｔ／ガロンのスラリーを含み、ここで、０．５ミクロンの前記第１の粒径では１７ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの前記第２の粒径では６３ｃｔ／ガロンであり、又は
    ５０ｃｔ／ガロンのスラリーを含み、ここで、０．５ミクロンの前記第１の粒径では１１ｃｔ／ガロンであり、３ミクロンの前記第２の粒径では３９ｃｔ／ガロンであり、
    前記８０ｃｔ／ガロンのスラリー又は前記５０ｃｔ／ガロンのスラリーの材料除去速度の前記改善が、１６０ｃｔ／ガロンの濃度の３ミクロンダイヤモンドを使用して観察される材料除去速度を上回る、請求項１８に記載のマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリー。
20. 硬質基板の研磨方法であって、
    前記硬質基板を研磨するためのマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを提供することであって、前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、
    複数のダイヤモンド研磨剤であって、前記複数のダイヤモンド研磨剤の前記ダイヤモンド研磨剤の各々が粒径を有する、複数のダイヤモンド研磨剤を含み、前記マルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーが、
    第１の粒径を有する第１のダイヤモンド研磨剤と、
    第２の粒径を有する第２のダイヤモンド研磨剤と、
    を含み、
    前記第１のダイヤモンド研磨剤の前記第１の粒径が、前記第２のダイヤモンド研磨剤の前記第２の粒径よりも小さい、及び
    前記提供されたマルチモーダルダイヤモンド研磨剤パッケージ又はスラリーを用いて前記硬質基板を研磨すること、
    を含む、硬質基板の研磨方法。

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