本發(fā)明是關(guān)于一種用于拋光的研磨組合物及使用其的拋光方法，尤指一種適用于藍(lán)寶石拋光工藝的研磨組合物，以及使用其的藍(lán)寶石拋光方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體基板的工藝中，需先行提供一平坦的基板表面，如硅晶圓或藍(lán)寶石基板，以利進(jìn)行后續(xù)的工藝。目前大多利用拋光工藝或化學(xué)機(jī)械研磨工藝(chemicalmechanicalpolishing)以提供大面積基板表面全面性的平坦化。
藍(lán)寶石為氧化鋁(al2o3)單晶材料的通用術(shù)語(yǔ)。藍(lán)寶石具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)透明性及理想的機(jī)械性能，例如抗碎裂性、耐久性、抗劃傷性、抗輻射性、砷化鎵熱膨脹系數(shù)的良好匹配性及在高溫下的撓曲強(qiáng)度。因此，藍(lán)寶石基板常使用作為光電組件的材料，如光學(xué)透射窗口、發(fā)光二極管、微電子集成電路應(yīng)用的基板、或超導(dǎo)化合物及氮化鎵生長(zhǎng)的基板等。
然而，藍(lán)寶石具有極高的硬度特性，其莫氏硬度高達(dá)9度，僅次于鉆石的硬度10度，故其平坦化的程序較佳地是借由拋光工藝以進(jìn)行。
現(xiàn)有技術(shù)中的藍(lán)寶石拋光工藝包括不斷地將研磨漿料施加至待拋光的藍(lán)寶石晶圓表面，且同時(shí)用一旋轉(zhuǎn)式拋光墊對(duì)于研磨漿料施加的藍(lán)寶石晶圓表面進(jìn)行拋光。一般而言，所使用的研磨漿料包括一溶劑、一研磨粒子。而在拋光工藝中，常會(huì)遭遇到如基板表面刮傷；或者因摩擦過(guò)熱而導(dǎo)致拋光墊脫膠等問(wèn)題。一般而言，所使用的研磨漿料是由一溶劑及一研磨粒子所組成，而為了解決上述拋光工藝的問(wèn)題，常會(huì)于研磨漿料中添加不同的界面活性劑、吸熱劑、或分散劑等。
在研磨過(guò)程中，常會(huì)遭遇到拋光漿料無(wú)法同時(shí)具有高移除率并維持表面質(zhì)量的特性，因此，在研磨工藝中所使用的研磨漿料是不斷地改良以解決上述的問(wèn)題，并進(jìn)一步地改善研磨速率以及產(chǎn)品的合格率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了在藍(lán)寶石拋光工藝后，使得所使用的研磨漿料具有高移除率并維持研磨后藍(lán)寶石基板的表面質(zhì)量，本發(fā)明提供了一種新穎的用于拋光藍(lán)寶石基板的研磨組合物，其可包括：(a)5至50重量百分比的研磨粒子；(b)0.01至5重量百分比的含有下述通式(1)所表示的烷基胺結(jié)構(gòu)化合物；
其中，r1、r2及r3各自獨(dú)立地為c1-c20烷基、氧基伸乙基聚合結(jié)構(gòu)、氧基伸丙基聚合結(jié)構(gòu)、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)，而r1、r2及r3至少任兩個(gè)是氧基伸乙基聚合結(jié)構(gòu)、氧基伸丙基聚合結(jié)構(gòu)、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)，上述氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)是由一乙二醇單體以及一丙二醇單體共聚而成一嵌段共聚物、或一隨機(jī)共聚物；以及(c)余量的水。
在本發(fā)明中，舉例而言，“氧基伸乙基聚合結(jié)構(gòu)”的化學(xué)式可以-(eo)x-h表示，其中x代表氧基伸乙基的聚合度；“氧基伸丙基聚合結(jié)構(gòu)”的化學(xué)式可以-(po)y-h表示，其中y代表氧基伸丙基的聚合度；至于“氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)”的化學(xué)式則可以-(eo)x-(po)y-h表示，其中x及y分別代表氧基伸乙基及氧基伸丙基的聚合度。在此，x及y可分別為1或以上的整數(shù)，依據(jù)烷基胺結(jié)構(gòu)化合物的分子量而定。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施態(tài)樣的研磨組合物中，該烷基胺結(jié)構(gòu)化合物的含量可為0.01至5重量百分比，且較佳為0.01至1重量百分比。
此外，該烷基胺結(jié)構(gòu)化合物的平均分子量為200至5000，較佳為300至2000。
在本發(fā)明中，“氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)”是指由乙二醇單體以及丙二醇單體所聚合而成的共聚物結(jié)構(gòu)，且該共聚物結(jié)構(gòu)可為一嵌段共聚物、或一隨機(jī)共聚物。其中，乙二醇單體以及丙二醇單體的重量比并無(wú)特別的限制，可為1：99至99：1，且較佳為10:90至90:10，更佳為70:30至90:10。
因此，在氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)中，氧基伸乙基及氧基伸丙基的重量比也無(wú)特別限制，可為1：99至99：1，且較佳為10:90至90:10，更佳為70:30至90:10。
在本發(fā)明中，上述的烷基胺結(jié)構(gòu)化合物可自行合成而獲得。其合成方法參考reactionsandsynthesisinsurfactantsystems內(nèi)容，取氨或脂肪族一級(jí)胺及環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷作為反應(yīng)物，在氫氧化鈉或氫氧化鉀的催化下，即可獲得具有氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)的三級(jí)胺化合物。
此外，在本發(fā)明一較佳實(shí)施態(tài)樣的研磨組合物，其中，所使用的研磨粒子種類并無(wú)特別的限制，可為本領(lǐng)域中任一現(xiàn)有的研磨粒子，而該研磨粒子較佳地可為至少一選自由氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、及氧化鈦所組成的群組，較佳為氧化硅粒子。該研磨粒子的粒徑范圍可為10至300nm；而其中較佳地為20至150nm。其中，當(dāng)研磨粒徑增大時(shí)，可提高研磨的速度，而當(dāng)研磨粒徑減小時(shí)，可得到低缺陷且粗糙度小的研磨表面。
另外，在本發(fā)明一較佳實(shí)施態(tài)樣中，該研磨組合物的酸堿值可為7至11，較佳可為8至10.5。
此外，在本發(fā)明所揭露的研磨組合物中，可視需求更進(jìn)一步添加至少一添加劑，該添加劑可為至少一選自界面活性劑、分散劑、抗菌劑、抗結(jié)晶劑。舉例而言，該界面活性劑的添加可大幅降低研磨溫度，以避免于研磨過(guò)程中過(guò)熱而導(dǎo)致研磨墊脫膠或者影響經(jīng)拋光基板受熱應(yīng)力而產(chǎn)生形變；該分散劑的添加可確保研磨粒子于研磨組合物中均一的分布，以避免研磨粒子聚集而降低拋光的效率；該抗菌劑的添加可延長(zhǎng)該研磨組合物的壽命，使得該研磨組合物得以穩(wěn)定的保存；而抗結(jié)晶劑的添加可避免該研磨組合物于研磨墊上產(chǎn)生結(jié)晶。
此外，在本發(fā)明中，“烷基”包括直鏈及支鏈的c1-c20烷基；且較佳為直鏈及支鏈的c6-c20烷基；而更佳為直鏈及支鏈的c12-c18烷基。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種藍(lán)寶石的拋光方法，該方法可包括：提供一研磨組合物，該研磨組合物包括：(a)5至50重量百分比的研磨粒子；(b)0.01至5重量百分比的含有下述通式(1)所表示的烷基胺結(jié)構(gòu)化合物；
其中，r1、r2及r3各自獨(dú)立地為c1-c20烷基、氧基伸乙基聚合結(jié)構(gòu)、氧基伸丙基聚合結(jié)構(gòu)、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)，而r1、r2及r3至少任兩個(gè)是氧基伸乙基聚合結(jié)構(gòu)、氧基伸丙基聚合結(jié)構(gòu)、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)，上述氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結(jié)構(gòu)是由一乙二醇單體以及一丙二醇單體共聚而成一嵌段共聚物、或一隨機(jī)共聚物；以及(c)余量的水。其中，該研磨組合物在進(jìn)行拋光藍(lán)寶石時(shí)具有高移除率并維持表面質(zhì)量的特性。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
在本實(shí)施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20wt％的研磨粒子；(b)0.2wt％的聚乙氧基椰油基胺(polyethoxylatedcoconutamine)，結(jié)構(gòu)如下式(2)所示；
其中，聚乙氧基椰油基胺平均分子量為1000；以及(c)余量的水。
接者，使用上述所提供的研磨組合物以進(jìn)行藍(lán)寶石基板的拋光程序，該拋光工藝的參數(shù)如下所示。
拋光機(jī)臺(tái)型號(hào)：speedfam36gpaw
研磨墊：suba800
拋光壓力：0.44kg/cm2
平臺(tái)速度(platenspeed)：70rpm
待研磨基板：4吋的c-plane藍(lán)寶石基板
溫度：45℃
在拋光工藝后，接著進(jìn)行藍(lán)寶石基板的清洗步驟，該清洗步驟包括：(a)在正常室溫下，將藍(lán)寶石基板浸入超純水中；(b)使用3m制造的一般海綿以及超純水刷洗該藍(lán)寶石基板正反兩面各2分鐘；(c)將該藍(lán)寶石基板浸于超純水中，并使用超純水溢流5分鐘；(d)使用spm清洗程序，在80℃下將該藍(lán)寶石基板浸于酸洗液h2so4/h2o2(3：1)中并維持20分鐘；(e)接著將該藍(lán)寶石基板浸于超純水中，使用超純水溢流5分鐘；(f)使用sc1清洗程序，于80℃下將該藍(lán)寶石基板浸于堿洗液nh3/h2o2/h2o(1：1：5)中并維持20分鐘；(g)將該藍(lán)寶石基板浸于超純水中，使用超純水溢流5分鐘；最后(h)利用n2去除藍(lán)寶石基板的水分，以完成本實(shí)施例的藍(lán)寶石拋光程序。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟是與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實(shí)施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比(eo/po)為80：20，平均分子量(mw)為600；以及(c)余量的水。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實(shí)施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比為80：20，平均分子量為800；以及(c)余量的水。
實(shí)施例4
本實(shí)施例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實(shí)施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比為80：20，平均分子量為1000；以及(c)余量的水。
實(shí)施例5
本實(shí)施例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實(shí)施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比為80：20，平均分子量為1500；以及(c)余量的水。
比較例1
本比較例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物的組成不相同。在本比較例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；以及(c)80重量百分比的水。本比較例不添加烷基胺結(jié)構(gòu)化合物添加劑。
比較例2
本比較例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物的組成不相同。在本比較例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的乙二醇/丙二醇共聚物，其中乙二醇與丙二醇之含量比為75：25，其平均分子量為3000；以及(c)余量的水。
比較例3
本比較例的藍(lán)寶石拋光工藝的參數(shù)以及清洗步驟與實(shí)施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物的組成不相同。在本比較例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的聚醚胺(polyetheramines)，結(jié)構(gòu)如下式(3)所示：
其中乙二醇與丙二醇的含量比為19：3，其平均分子量為1000；以及(c)余量的水。
拋光效率的評(píng)估1-拋光表面質(zhì)量
使用visionpsytec公司制造的micromaxvmx-2200xg檢查裝置，檢測(cè)使用本發(fā)明實(shí)施例1～5以及比較例1～3所制備的研磨組合物，進(jìn)行拋光后的藍(lán)寶石基板表面質(zhì)量。評(píng)級(jí)(○)表示藍(lán)寶石基板表面刮傷的合格率統(tǒng)計(jì)大于80％；評(píng)級(jí)(×)表示藍(lán)寶石基板表面刮傷的合格率統(tǒng)計(jì)小于80％。而由本發(fā)明實(shí)施例1～5以及比較例1～3進(jìn)行拋光以及清洗程序后的藍(lán)寶石基板，其表面質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果記載于表1中。
拋光效率的評(píng)估2-拋光速度
使用mettlertoledo公司制造的精密電子天平me303e量測(cè)使用本案實(shí)施例1～5以及比較例1～3所制備的研磨組合物進(jìn)行拋光前以及拋光后的藍(lán)寶石基板重量，并以拋光前以及拋光后的藍(lán)寶石基板重量差異而計(jì)算及拋光速度，單位為μm/hr。由本發(fā)明實(shí)施例1～5以及比較例1～3進(jìn)行拋光以及清洗程序后的藍(lán)寶石基板，其拋光速率計(jì)算結(jié)果記載于表1中。
表1
由表1所示的評(píng)估結(jié)果，可了解到當(dāng)研磨組合物中所包括的烷基胺結(jié)構(gòu)化合物的其中兩取代基為乙二醇共聚結(jié)構(gòu)或由一乙二醇單體以及一丙二醇單體共聚而成的一共聚結(jié)構(gòu)時(shí)(如實(shí)施例1～5)，其藍(lán)寶石基板于拋光以及清洗程序后皆可呈現(xiàn)優(yōu)異的拋光速率以及表面質(zhì)量。反觀比較例，于研磨組合物中添加其他種類的添加劑，其藍(lán)寶石基板于拋光以及清洗程序后，難以同時(shí)達(dá)到優(yōu)異的拋光速率以及表面質(zhì)量。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。