CN101235253A - 抛光组合物和抛光方法 - Google Patents

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CN101235253A CNA2007100018772A CN200710001877A CN101235253A CN 101235253 A CN101235253 A CN 101235253A CN A2007100018772 A CNA2007100018772 A CN A2007100018772A CN 200710001877 A CN200710001877 A CN 200710001877A CN 101235253 A CN101235253 A CN 101235253A
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Abstract

一种抛光组合物，包含聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯、二氧化硅、水溶性纤维素、碱性化合物和水。所述抛光组合物中聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量小于0.0025％(质量)。所述抛光剂适用于硅片的最终抛光。

Description

抛光组合物和抛光方法
背景技术
本发明涉及一种用于例如硅片最终抛光的抛光组合物、和一种使用该抛光组合物的抛光方法。
技术领域
已知日本特开平4-291722号专利公报公开了用于硅片最终抛光的常用抛光组合物。所述抛光组合物包括HLB值不小于13且小于20的非离子表面活性剂，以抑制硅片表面的雾度。作为所述HLB值不小于13且小于20的非离子表面活性剂，该公报公开了加入环氧乙烷的壬基苯酚、加入环氧乙烷的对异丙苯基酚、加入环氧乙烷的碳数为12或13的伯醇、环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段聚合物等等。然而，按照当前的要求，包含这些非离子表面活性剂的抛光组合物抑制硅片表面雾度的性能并不令人满意。
发明内容
本发明的目标是提供一种适用于硅片最终抛光的抛光组合物、和一种使用该抛光组合物的抛光方法。
为实现上述目标，本发明提供了一种含有聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯、二氧化硅、水溶性纤维素、碱性化合物、和水，其中所述抛光组合物中的所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量小于0.0025％(质量)。
本发明还提供了一种硅片抛光方法，包括用上述抛光组合物进行硅片的最终抛光。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行说明。
通过将聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯、二氧化硅、水溶性纤维素、碱性化合物、以及水混合，得到含有聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯、二氧化硅、水溶性纤维素、碱性化合物、和水的抛光组合物。例如，所述抛光组合物用于硅片的最终抛光。
当用所述抛光组合物对硅片进行抛光，所述抛光组合物中的所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯起到抑制所述硅片表面的雾度的作用。
所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯可由下述分子式表示。在该分子式中，R表示烷基或烯基，a、b和c表示自然数。
Figure A20071000187700051
为得到符合实际应用的抛光速率(去除速率)，所述抛光组合物中的所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量必须小于0.0025％(质量)。这里，当所述含量超过0.0015％(质量)时，就有这样的风险：所述硅片在用所述抛光组合物抛光后，所述硅片表面的润湿性可能降低，并因此容易在所述硅片表面上附着粒子。因此，为了降低用所述抛光组合物对抛光硅片后，附着在所述硅片表面的粒子量，优选地，所述抛光组合物中聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量不超过0.0015％(质量)。同时，如果所述抛光组合物中聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量低于0.000025％(质量)，更具体地低于0.00005％(质量)，即使更具体地低于0.0005％(质量)，所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量不足，并因此有这样的风险：所述硅片表面的雾度不能得到很好的抑制。因此，为了更加可靠地抑制所述雾度，优选地，所述抛光组合物中聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量不低于0.000025％(质量)，更优选地，不低于0.00005％(质量)，最好不低于0.0005％(质量)。
如果所述抛光组合物中聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的HLB值低于8，更具地低于11，即使更具体地低于14，所述抛光组合物中的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯和溶剂的亲和力较低，并因此有这样的风险：所述硅片表面的雾度不能被很好地抑制。因此，为了更可靠地抑制所述雾度，优选地，所述抛光组合物中的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的HLB值不低于8，更优选地，不低于11，最好不低于14。同时，如果所述抛光组合物中的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的HLB值超过18，更具体地超过17，就有这样的风险：所述硅片表面的雾度不能被很好地抑制。因此，为了更可靠地抑制所述雾度，优选地，所述抛光组合物中的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的HLB值不大于18，更优选地，不大于17。
所述抛光组合物中的二氧化硅对硅片起机械抛光的作用。
优选地，所述包含在抛光组合物中的二氧化硅为硅溶胶和气相法二氧化硅，更优选地为硅溶胶。当包含在抛光组合物中的二氧化硅为硅溶胶和气相法二氧化硅，尤其当包含在抛光组合物中的二氧化硅为硅溶胶时，用所述抛光组合物抛光硅片后，形成于所述硅片表面的划痕量减少。
当所述抛光组合物中的二氧化硅为硅溶胶时，优选地，所述硅溶胶的平均原生粒径为5nm至300nm，更优选地为5nm至200nm，最好为5nm至120nm。同时，当所述抛光组合物中的二氧化硅是气相法二氧化硅时，优选地，所述气相法二氧化硅的平均原生粒径为10nm至300nm，更优选地为10nm至200nm，最好为10nm至120nm。如果所述平均原生粒径太小，就有这样的风险：使用所述抛光组合物的硅片的抛光速率可能达不到实用要求。如果所述平均原生粒径太大，就有这样的风险：用所述抛光组合物抛光硅片后，形成于所述硅片表面上的所述划痕可能增加，或者所述硅片表面的雾度或粗糙度变得糟糕。本文中，根据所述硅溶胶或气相法二氧化硅的比表面积、和所述硅溶胶或气相法二氧化硅的粒子密度，来计算所述硅溶胶和气相法二氧化硅的平均原生粒径，所述比表面积根据用气体吸附测量粉末比表面积的方法(BET法)进行测量。
此外，当所述抛光组合物中的二氧化硅为硅溶胶时，优选地，所述硅溶胶的平均二次粒径为5nm至300nm，更优选地为5nm至200nm，最好为5nm至150nm。当所述抛光组合物中的二氧化硅是气相法二氧化硅时，优选地，所述气相法二氧化硅的平均二次粒径为30nm至500nm，更优选地为40nm至400nm，最好为50nm至300nm。当所述平均二次粒径太小，就有这样的风险：使用所述抛光组合物的硅片的抛光速率可能达不到实用要求。当所述平均原生粒径太大，就有这样的风险：用所述抛光组合物抛光硅片后，形成于所述硅片表面上的所述划痕可能增加，或者所述硅片表面的雾度或粗糙度变得糟糕。本文中，用激光束散射法测量所述硅溶胶和气相法二氧化硅的平均二次粒径。
当所述抛光组合物中的二氧化硅的含量小于0.005％(质量)，更具体地小于0.05％(质量)，即使更具体地小于0.15％(质量)时，就有这样的风险：使用所述抛光组合物的硅片的抛光速率不能满足实用要求。因此，为了得到符合实用要求的抛光速率，优选地，所述抛光组合物中的二氧化硅的含量不低于0.005％(质量)，更优选地不低于0.05％(质量)，最好不低于0.15％(质量)。同时，当所述抛光组合物中的二氧化硅的含量高于2.5％(质量)，更具体地高于1.25％，即使更具体地高于0.75％(质量)时，就有这样的风险：由于所述抛光组合物的机械抛光能力过分增加，所述硅片表面的雾度不能得到很好地抑制。因此，为了更可靠地抑制所述雾度，优选地，所述抛光组合物中的二氧化硅的含量不高于2.5％(质量)，更优选地不高于1.25％(质量)，最好不高于0.75％(质量)。
当用所述抛光组合物抛光硅片时，为了防止所述硅片被金属污染，所述抛光组合物中的二氧化硅中的金属杂质最好尽可能地少。具体地，用所述抛光组合物中的二氧化硅配制1％(质量)的二氧化硅分散液时，优选地，所述分散液中的铁、镍、铜、钙、铬和锌的总含量不高于15ppm，更优选地不高于5ppm，最好不高于0.015ppm。
所述抛光组合物中的碱性化合物对硅片起化学抛光作用。
从增加所述抛光速率的角度看，优选地，所述抛光组合物中的碱性化合物为选自下组的至少一种：铵、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、单醚胺、N-(β-胺乙基)乙醇胺、己二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、哌嗪酐、六水合哌嗪、1-(2-氨乙基)哌嗪、N-甲基哌嗪。此外，用所述抛光组合物抛光硅片时，为了防止所述硅片被金属污染，优选地，所述抛光组合物中的碱性化合物为选自下组的至少一种：铵、铵盐、碱金属氢氧化物、碱金属盐和四烷基氢氧化铵。更优选地，所述碱性化合物选自下组：铵、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、和碳酸钠，并且最好选自下组：铵、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、和四乙基氢氧化铵。
当所述抛光组合物中的碱性化合物为铵、铵盐、碱金属氢氧化物、碱金属盐或四烷基氢氧化铵时，优选地，所述抛光组合物中的碱性化合物的含量为0.0025％(质量)至0.5％(质量)，更优选地为0.005％(质量)至0.4％(质量)，最好为0.01％(质量)至0.25％(质量)。同时，当所述抛光组合物至的碱性化合物为哌嗪酐、六水合哌嗪、1-(2-氨乙基)哌嗪或N-甲基哌嗪时，优选地，所述抛光组合物中的碱性化合物的含量为0.0005％(质量)至0.3％(质量)，更优选地为0.001％(质量)至0.15％(质量)，最好为0.01％(质量)至0.05％(质量)(在这里，所述六水合哌嗪的值被换算成哌嗪酐的值)。当所述抛光组合物中的碱性化合物的含量太少时，就有这样的风险：使用所述抛光组合物的硅片的抛光速率可能不符合实用要求。当所述抛光组合物中的碱性化合物的含量太高时，就有这样的风险：用所述抛光组合物抛光硅片时，所述抛光组合物可能变成胶状物，或者所述硅片表面可能变得粗糙。
用所述抛光组合物抛光硅片时，所述抛光组合物中的水溶性纤维素起改善所述硅片表面的润湿性的作用。
优选地，所述抛光组合物中的水溶性纤维素为烷基的碳数为1至4的羟烷基纤维素或羧烷基纤维素，这些纤维素具有很强的改善所述润湿性的作用。具体地，优选的所述水溶性纤维素为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、或羧甲基纤维素，更优选的所述水溶性纤维素为羟乙基纤维素。
优选地，所述抛光组合物中的水溶性纤维素的粘度平均分子量为100,000至3,000,000，更优选地为200,000至2,000,000，最好为300,000至1,500,000。当所述抛光组合物中的水溶性纤维素的粘度平均分子量太小时，就有这样的风险：用所述抛光组合物抛光硅片时，所述硅片表面的雾度不能得到很好的抑制。相反，当所述粘度平均分子量太大，所述抛光组合物的粘度过度增加，使处理困难，就有这样的风险：所述抛光组合物可能转变成胶状物。
当所述抛光组合物中的水溶性纤维素的含量低于0.0005％(质量)，更具体地低于0.0025％(质量)，即使更具体地低于0.005％(质量)时，就有这样的风险：用所述抛光组合物抛光硅片时，所述硅片表面的润湿性可能得不到充分改善。因此，为了更可靠地改善所述硅片表面的润湿性，优选地，所述抛光组合物中的水溶性纤维素的含量不低于0.0005％(质量)，更优选地不低于0.0025％(质量)，最好不低于0.005％(质量)。同时，当所述抛光组合物中的水溶性纤维素的含量高于0.15％(质量)，更具体地高于0.1％(质量)，即使更具体地高于0.05％(质量)时，所述抛光组合物的粘度过度增加，使处理困难，这就有这样的风险：所述抛光组合物可能变成胶状物。因此，为了优化所述抛光组合物的粘度，并且防止所述抛光组合物变成胶状物，优选地，所述抛光组合物中的水溶性纤维素的含量不高于0.15％(质量)，更优选地不高于0.1％(质量)，最好不高于0.05％(质量)。
如上所述，根据本发明实施方式的抛光组合物含有聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯、二氧化硅、水溶性纤维素、碱性化合物、和水，并且所述抛光组合物中的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量低于0.0025％(质量)。因此，用所述抛光组合物抛光硅片时，可以得到符合实用要求的所述抛光速率，并且同时，所述硅片表面的雾度得到很好的抑制。因此，根据本发明实施方式的所述抛光组合物特别适合于硅片的最终抛光。
可按下述方式对上述实施方式作出改良。
如果需要，可在根据上述实施方式的所述抛光组合物中加入螯合剂、水溶性聚合物、表面活性剂、防腐剂、防霉剂、防锈剂等等。
根据上述实施方式的抛光组合物可用于硅片之外的物体的抛光。
可以通过用水稀释所述抛光组合物原液，来配制根据上述具体实施方式的抛光组合物。优选地，所述稀释比不超过50倍，更优选地不超过40倍，最好不超过30倍。和所述抛光组合物相比，所述原液的体积较小，并因此容易贮藏和运输。本文中，当所述原液的浓度太高，所述原液的粘度就太高，使得贮藏和稀释时处理困难，并且有时候所述原液会变成胶状物。
接下去，对本发明的实施例和比较例作出说明。
将适宜量的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯或其替代化合物、二氧化硅、水溶性纤维素或其替代化合物、碱性化合物、和水相混合，并因此配制得到实施例1至15以及比较例1至15的抛光组合物。表1示出了所述实施例1至15以及比较例1至15中抛光组合物的聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯或其替代化合物、二氧化硅、水溶性纤维素或其替代化合物、碱性化合物的详细情况。本文中，所述实施例1至15以及比较例1至15中抛光组合物的二氧化硅均为硅溶胶，并且所述硅溶胶的平均原生粒径为35nm，平均二次粒径为70nm，并且各抛光组合物中，所述硅溶胶的含量为0.5％(质量)。根据所述比表面积、和所述粒子密度，来计算所述硅溶胶的平均原生粒径，所述比表面积用由Micromeritics InstrumentCorporation制造的FlowSorb II 2300测量。所述硅溶胶的平均二次粒径用Beckman Coulter Inc.制造的N4plus亚微米粒度仪测量。
表1中，“S12”表示聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(HLB值：16.7)，“S16”表示聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯(HLB值：15.7)，“S18”表示聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯(HLB值：14.9)，“S18*”表示聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯(HLB值：15.0)，“PG1”表示聚氧乙烯烷基醚(烷基为十二烷基或十六烷基)，“PG2”表示聚乙烯十二烷基醚，“HEC”表示平均分子量为1,200,000的羟乙基纤维素，“PVA”表示皂化度不低于98％且聚合度不低于500的聚乙烯醇，“PEO”表示平均分子量为150,000至400,000的聚氧乙烯，“POEPOP”表示聚氧乙烯聚氧丙二醇，氧乙烯基和氧丙烯基的质量比为80/20，“NH4OH”表示铵，“KOH”表示氢氧化钾，“TMAH”表示四甲基氢氧化铵，以及“PIZ”表示哌嗪。
按照表2所示的条件，用所述实施例1至15以及比较例1至15中抛光组合物对硅片进行抛光。所述被抛光硅片事先已用Fujimi Incorporated制造的“RDS-10310”抛光剂抛光，所述硅片的直径为200mm，导电类型为P型，晶体取向为<100>，电阻率不低于0.1Ω·cm且低于100Ω·cm。
抛光后将硅片送至由KLA-Tencor Corporation制造的“Surfscan SP1TBI”硅片检测单元，根据所得到的测量值，表1中的“雾度”列示出了所述硅片上的雾度水平评价结果。在所述“雾度”栏，○○(优)表示所述测量值低于0.05ppm，○(良)表示所述测量值不低于0.05ppm且低于0.06ppm，△(一般)表示所述测量值不低于0.06ppm且低于0.08ppm，而×(差)表示所述测量值不低于0.08ppm。
硅片抛光后在暗房中用500千勒克斯的聚光灯进行照射，表1中的“目测雾度”栏示出了对观察到的棕雾度的评价结果。在该“目测雾度”栏中，○(良)表示没有观察到棕雾，△(稍差)表示观察到淡棕雾，而×(差)表示观察到深棕雾。
表1中的“粒子”栏示出了对抛光后硅片表面粒度不低于0.065μm粒子的数量的评价结果，所述粒子的数量用“Surfscan SP1TBI”测量。在所述“粒子”栏中，○(良)表示所述粒子数量少于50，△(稍差)表示所述数量不少于50但少于200，而×(差)表示所述数量不少于200。
表1中的“划痕”栏示出了对抛光后硅片表面划痕数量的评价结果，所述划痕数量用“Surfscan SP1TBI”测量。如果单片的划痕数量为0，评价为○(良)，所述数量不少于1但少于5，评价为△(稍差)，而如果所述数量不小于5，评价为×(差)。
表1
Figure A20071000187700111
Figure A20071000187700121
表2
  抛光机：     薄片抛光机(PNX-322)，OkamotoMachine Tool Works，Ltd.制造抛光负荷：   15kPa抛光台转速： 300rpm
  抛光头转速：         27rpm抛光时间：           4分钟抛光组合物温度：     20℃抛光组合物进料速度： 400ml/min(用后抛弃)
如表1所示，实施例1至15的所有评价项目都得到了能满足实际应用要求的“优”或“良”的结果。相反，在比较例1至15中，至少有一个评价项目的结果是“差”或“稍差”，因此，未能获得满足实际应用要求的结果。

Claims (15)

1. 一种抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物包括：
聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯；
二氧化硅；
水溶性纤维素；
碱性化合物；以及
水，
其中所述抛光组合物中所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量低于0.0025％(质量)。
2. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述抛光组合物中的所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的含量不超过0.0015％(质量)。
3. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的HLB值为8至18。
4. 如权利要求3所述的抛光组合物，
其特征在于，所述聚氧乙烯失水山梨醇单脂肪酸酯的所述HLB值为14至17。
5. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述二氧化硅为硅溶胶或气相法二氧化硅。
6. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述抛光组合物中所述二氧化硅的含量不高于2.5％(质量)。
7. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述水溶性纤维素是烷基碳数为1至4的羟烷基纤维素或羧烷基纤维素。
8. 如权利要求7所述的抛光组合物，
其特征在于，所述水溶性纤维素是羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或羧甲基纤维素。
9. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述水溶性纤维素的粘度平均分子量为100,000至3,000,000。
10. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述抛光组合物中的所述水溶性纤维素的含量不高于0.15％(质量)。
11. 如权利要求1所述的抛光组合物，
其特征在于，所述碱性化合物为选自下组的至少一种：铵、铵盐、碱金属氢氧化物、碱金属盐、和四烷基氢氧化铵。
12. 如权利要求11所述的抛光组合物，
其特征在于，所述碱性化合物为选自下组的至少一种：铵、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、和四乙基氢氧化铵。
13. 如权利要求11所述的抛光组合物，
其特征在于，所述抛光组合物中的碱性化合物的含量不超过0.5％(质量)。
14. 如权利要求1至13中的任一项所述的抛光组合物，
其特征在于，所述抛光组合物用于硅片的最终抛光。
15. 一种抛光硅片的方法，其特征在于，使用如权利要求1至13中的任一项所述的抛光组合物对硅片进行最终抛光。
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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