TW201226490A - Composition for polishing sapphire substrate and method of polishing sapphire substrate - Google Patents

Description

201226490 36768twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種拋光組成物及使用此拋光組成物 之拋光方法，且特別是有關用於拋光藍寳石基板之組成物 及使用此組成物之拋光藍寶石基板方法。 【先前技術】 發光二極體（Light Emitting Diode，LED)具有發光效率 高、壽命長、體積小與消耗功率低等諸多優勢，可廣泛應用於 燈源、照明等等領域。而高亮度發光二極體（High Brightness-LED)的發光品質，更取決於GaN的磊晶品質； 而GaN的磊晶品質，則與基板的材料、及其表面加工的品 質與特徵，有密不可分的關係。 LED磊晶可使用藍寳石（sapphire，Al2〇3)與碳化石夕 (Silicon Carbide ’ SiC)作為基板材料。因為SiC基板雖有許 多優點’但其價格高加工不易，所以藍寶石基板是目前 製成氮化鎵(GaN)磊晶發光層的主流基板材質，GaN可用 來製作超〶免度藍光、綠光、藍綠光與白光LED等產品。 藍光LED晶粒的長晶的藍寶石基板基板是經由加工 製造藍寶石晶棒而成’藍寶石晶棒是以高純度三氧化二紹 (A1203)作為長晶的原料’經拉晶生長而成。再經修邊、切 片、研磨、導角、拋光與清洗而成。 由於藍寶石基板材料之溶點高，且莫氏硬度高達9 〇， 因此其疋相當難加工的單晶材料。而且，藍寶石基板材料 201226490 ^o/ooiwi.doc/n 更具有極高之化學惰性（chemical inertness)，如果使用化 學腐姓或高溫製程來進行加工，除具有高度的危險性，仍 難以取得良好之成效，不易實現量產之需求。 藍寶石基板晶圓的拋光加工，必須使藍寶石基板表面 的加工品質達到基板材料的基本需求5如表面粗梭度 (Surface Roughness，Ra)、弓形度(Bow)、撓屈度(Warp)以 及厚度均勻度(Total Thickness Variation ’ TTV)。所以拋光 製程是決定藍寶石基板晶圓品質之最重要關鍵。 相較於傳統矽晶圓材料的拋光，藍寶石基板之拋光具 有更高之困難度。藍寶石基板的拋光，必須藉其較高之機 械壓力，激發拋光液與藍寶石基板表面之機械與化學之加 乘作用，才能有效達到拋光移除之目的。 藍寶石基板之拋光一般是使用二氧化矽拋光液，而藍 寶石基板之硬度遠高於二氧化矽磨粒，純粹以機械磨耗的 理論來推演’似不可行。事實上，二氧化矽之所以能移除 藍寶石基板表面的原子，是屬於化學反應。藉由二氧化石夕 磨粒與藍寶石基板表面之磨擦所產生之局部高熱，以激發 化學反應’其化學反應可以如下所示：

Al2〇3+ Si02+ 2H20—Al2Si207.2H20 ;或

Al2〇3+ Si02+ 2H20^Al2Si205 (〇H)4 因以上反應生成物之硬度低於磨粒，故可藉由機械作用而 移除。 在習知的藍寶石基板拋光條件下，抛光液扮演著最關 鍵的角色。因此需要一種拋光液，此拋光液能提供較高之 201226490 36768twf.doc/n 移除速率，且必須避免拋光盤面溫度過高，以減少表面因 為高溫所造成之變形。此外，還必須能保持晶圓中心與邊 緣較為一致之移除率，而能改善藍寶石基板產品之尺寸精 密度。 【發明内容】 參 本發明提供一種拋光藍寶石基板的組成物及方法，其 可在進行拋光時，提供較高之移除速率。 本發明又提供一種拋光藍寶石基板的組成物及方法， 其可改善藍寶石基板之尺寸精密度。 本發明提種用於拋光藍寶石基板之組成物，包 括：10至50重量百分比的磨粒；〇丨至1〇重量百分比的 酸驗調整劑；10至·ppm的界面活性劑；1G至麵 ，消泡劑；1至5Gppm的殺菌劑，以及其餘為水，以 物之總重量為基準。 ’取 在-實施例中，上述磨粒之材質為選自二氧化石夕、三 ^化二銘、二氧化飾、二氧化錯所組之族群之至少其中之 之一 範圍=:至實述’上述三氧化二紹 盘4:實Γ列中’上述磨粒之材質為選自奈米二氧化石夕 /、一氧化一鋁所組之族群之至少其中 磨粒之粒徑 在 比例广述界面活性劑與上述消 泡劑的摻合 201226490 36V()«twt.doc/n 在一實施例中，上述界面活性劑為選自曱甘胺酸衍生 物(sarcosine derivative)、脂肪酸鹽(salt of fatty acid)、複合 酸鹽(salt of multiple acid)、醇磷:酸醋(alcohol phosphate)、 無機填酸鹽(inorganic phosphate)、烧硫酸鹽(alkyl sulfate)、 醇硫酸醋（alcohol sulfate)、硫酸三酸甘油g旨（sulfated triglyceride)、统石黃酸鈉(sodiumalkyl sulfonate，SAS)、 浠烴橫酸鹽(alpha-olefin sulfonate，AOS)、線性烧基苯石黃 酸鹽（linear alkylbenzene sulfonate，LAS)、烧基驗（alkyl phenol)、脂肪酸(fatty acid)、脂肪酯（fatty ester)、二醇酯 (glycol ester)與甘油醋(glycerol ester)所組之族群之至少其 中之一。 在一實施例中，上述消泡劑為選自石夕有機基消泡劑 (silicone-based antifoaming agent)、炔屬二醇基消泡劑 (acetylenic diol-based antifoaming agents)與其混合物所組 之族群之至少其中之一。 在一實施例中，上述酸驗調整劑為選自氫氧化抑、氮 氣化鈉、碳酸鈉、碳酸1鈉、亞麟酸鈉、氨水與銨類化人 物所組之族群之至少其中之一。 在一實施例中，上述殺菌劑為異噻唑琳綱 (isothiazolinone) 〇 本發明提出一種藍寶石基板的拋光方法，包括提供上 述之用於拋光藍寶石基板之組成物。然後，以該組成物對 藍寶石基板進行拋光。 201226490 36768twf.doc/n 本發明之用於拋光藍寶石基板之組成物及藍寶石基板 的拋光方法，具有足夠高的移除率，可有效提高產能。 更重要的是本發明之用於拋光藍寶石基板之組成物及 藍寶石基板的拋光方法能提供較高之移除速率，還能保持 晶圓中心與邊緣較為一致之移除率。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

【實施方式】 本發明提出用於抛光藍寶石基板之組成物，其包括磨 粒、酸驗調整劑、界面活性劑、消泡劑以及殺_。更具 體地說，本發明之用於拋光藍寳石基板的組成物包括：1〇 ^ Γ百分比的磨粒；〇·01至10重量百分比的酸驗調 ^ 至500ppm的界面活性劑；1〇至麵評的消

的殺菌劑，以及其餘為水，以組成物之 物之重量絲準⑽^所相44百分比是以組成 磨粒之材質包括二氧化石夕、三氧化二!呂、二氧化錦、 或-=化財。在本發明中，可m 以混合使用兩種以上磨粒。 種您 中之^粒#乂佳疋包括奈米二氧化㈣三氧化二銘之至少其 奈米二氧化矽磨粒之粒徑範 至150奈米㈣)。三氧化，之粒4二是。」 201226490 J〇/(>«twt.doc/n 微米(um)至10微米(um) ’較佳為〇 〇1微米(um)至3 (um)。 、 在一實施例中，當磨粒同時含有奈米二氧化矽盘三 化二鋁時，以組成物之總重量為基準’三氧化二鋁磨=之 含量範圍為0.1至20重量百分比，較佳為〇2至$ 百分比。 $ 由於二氧化二鋁、二氧化鈽或二氧化鍅等非二氧化矽 磨粒有較高之硬度，因此藉由三氧化二鋁、二氧化鈽或二 氧化鍅等非二氧化矽磨粒，可提供有效之加速Si〇2_Al2〇 反應層的移除，提升拋光效率。 23 酸鹼調整劑之功能為調整拋光液至合適之酸鹼度，可 提升拋光液中顆粒之懸浮穩定性，而延長保存期限。又因 為藍寶石會微溶於鹼性溶液，合適的鹼值範圍，有助於拋 光效果之發揮，同時亦可提供較佳之表面光潔度。本組成 物，酸鹼調整劑例如是氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳 酸氫鈉、亞磷酸鈉、氨水、銨類或是其混合物。其中酸鹼 調整劑最佳為氫氧化四甲基銨溶液(Tetramethyl amm()nium

Hydroxide，TMAH)。 界面活性劑可提供潤濕、起泡、殺菌與洗淨的效果，可 以用於分散微細磨粒，同時可降低拋光時之磨粒、拋光墊與工 件間之摩擦，以避免拋光盤面溫度過高，並可避免沾污，提供 良好之洗淨性(rinsibility forpost cieaning)之效果。 上述之用於拋光藍寶石基板之組成物中，界面活性劑 包括陰離子型界面活性劑或非離子型界面活性劑。陰離子 201226490 36768twf.doc/n 型界面活性劑例如是曱甘胺酸衍生物（sarcosine derivative)、脂肪酸鹽(salt of fatty acid)、複合酸鹽(sait 0f multiple acid)、醇填酸酯（alcohol phosphate)、無機鱗酸鹽 (inorganic phosphate)、烧硫酸鹽(alkyl sulfate)、醇硫酸西旨 (alcohol sulfate)、硫酸三酸甘油 S旨（sulfated triglyceride)、烧 續酸納（sodium alkyl sulfonate，SAS)、α-稀烴石黃酸鹽 (alpha-olefin sulfonate，AOS)或線性烧基苯續酸鹽（Hnear alkylbenzene sulfonate ’ LAS)等。非離子型界面活性劑例如 是烷基酚(alkyl phenol)、脂肪酸(fatty acid)、脂肪酯（fatty ester)、二醇酯(glycol ester)與甘油g旨(glyCer〇i ester)等。在 本發明中’可以只使用一種界面活性劑，也可以混合使用 兩種以上的界面活性劑。 在一貫施例中’陰離子型界面活性劑為十二烧硫酸銨 鹽(Ammonium dodecyl sulfate，（C12H25S04NH4))，或十二烷硫 酸鈉鹽(Sodium dodecyl sulfate，（C12H25S〇4Na))。非離子型界 面活性劑為乙氧烧基酚(ΑΡΕΟ ’ alkylphen()1 eth()xylate；)。 在一實施例中，以組成物之總重量為基準，界面活性 劑含量範圍為10至500PPm，較佳為100至5〇〇ppm。界 面活性劑含量低於1G ppm肖’所能提供之效益有限。當 界面活性劑含量高於500 ppm日夺，會產生過多之泡沫，過

度降低拋树之練、拋與卫件間之轉，導致移除率 不足。 T 消泡劑具有較低的表面張力，使泡料接觸雜劑部分 的面張力失去平衡，使泡沫破裂，以铜消泡的目的。消泡 201226490 36768twf.doc/n 劑例如疋石夕有機基消泡劑（sjlic〇ne_basecj antifoaming agent)、炔屬一醇基消泡劑（acetyienic diol-based antifoaming agents)或其混合物。 在一實施例中，以組成物之總重量為基準，消泡劑的 含量範圍為10至500ppm。消泡劑含量低於1〇ppm時，所 能提供消泡之效果有限。當消泡劑含量高於5〇〇 ppm時， 會過度降低界面活性劑之作用。界面活性劑與消泡劑的摻合 比例為1 : 10至5 : 1，較佳為1 : 1〜2 : 1。 殺菌劑可以抑制抛光液中菌類之滋長。殺菌劑例如是 異噻唑啉酮(iS〇thiaZ〇linone)。在一實施例中，以組成物之 總重量為基準，殺菌劑之含量約佔lppm至5〇ppm。 在進行藍寶石基板的拋光時，可以利用上述之組成物 作為拋光液，或是藉由去離子水稀釋，使其中所含之磨粒 之含量範圍為10至40重量百分比。在一具體例中，稀釋 後的拋光液中包括40重量百分比的奈米二氧化矽'約〇 2重 量百分比的酸鹼調整劑、約1〇〇 pm的界面活性劑、2〇〇卯瓜 的消泡劑、20ppm的殺菌劑，其餘為水。 在本發明之一實施例中，稀釋組成物包括2〇重量百分 比的奈米二氧化石夕、約（Hi量百分比的酸驗調整劑、5〇师 的界面活性劑、1〇〇 ppm的消泡劑、1〇ppm的 並 餘為水。 八 在本發明之另一實施例中，稀釋組成物包括％重量百 ^比的二氧化矽、4重量百分比的非二氧化矽磨粒、重 罝百分比的酸鹼調整劑、1〇〇 pm的界面活性劑、2〇〇卯瓜 201226490 36768twf.doc/n 的消泡劑、20 ppm的殺菌劑’其餘為水。 在本發明之又一實施例中，稀釋組成物包括2〇重量百 分比的二氧化石夕、2重量百分比的非二氧化石夕磨粒、〇 1重 置百分比的酸驗調整劑、50 pm的界面活性劑、1 〇〇 ppm的 消泡劑、lOppm的殺菌劑’其餘為水。 在進行拋光時’拋光台轉速約為5〇至300 rpm，拋光 機台下壓力約為0.1〜7公斤/平方公分（kg/cm2);拋光液 流量約為200〜1500毫升/分鐘(ml/min)。拋光的時間約為 120分鐘。 【實例】 藍寶石基板經鑽石研磨(Lapping)後，配合表1中各實 例的拋光液組成物，以表2之設定參數，來進行拋光。在 各實施例中，拋光機台參數之設定，如壓力、轉速與拋光 液流量，因實際需求而做微調。拋光完成之藍寶石基板， 經清洗後’再進行最終量測檢驗。其結果如表1所示。 201226490 36768twf.doc/n 表1 實 磨粒 界面活 消泡劑 殺菌劑 酸鹼調 水 抛光結果 例 二氧化矽 其他磨粒 性劑 整劑 RR* Ra Bow* 粒徑 nm wt% 粒徑 um wt% ppm ppm ppm wt% 平衡 um 埃(入） um 1 50 〜120 40 - - 0 0 0 0 平衡 4〜8 - - 2 50〜120 20 - - 0 0 0 0 平衡 3〜5 - - 3 50〜120 40 - - 100 0 0 0 平衡 〜1 - - 4 50〜120 20 - - 10 0 0 0 平衡 1〜3 - - 5 50-420 20 - - 50 0 0 0 平衡 〜1 - - 6 50-120 20 - - 500 0 0 0 平衡 〜1 - - 7 50〜120 20 - - 50 10 10 0.1 平衡 2〜4 0.9 3〜5 8 50〜120 20 - - 50 100 10 0.1 平衡 7〜11 1.0 4〜8 9 50-120 20 - - 50 500 10 0.1 平衡 7〜11 1.4 5〜9 10 50〜120 40 - - 100 200 20 0.2 平衡 10 〜15 1.1 4〜7 11 50〜120 36 〜0.1 4 100 200 20 0.2 平衡 9〜12 1.0 3〜5 12 50-120 36 〜0.5 4 100 200 20 0.2 平衡 9-14 1.3 3〜5 13 50〜120 36 〜1.2 4 100 200 20 0.2 平衡 KM5 2.0 4〜8 14 50^120 36 〜5.0 4 100 200 20 0.2 平衡 6〜8 3〜6 5〜10 15 50〜120 18 〜0.1 2 50 100 10 0.1 平衡 8〜12 1.0 3〜7 16 50〜120 18 〜0.5 2 50 100 10 0.1 平衡 8-12 1.1 3〜6 17 50〜120 18 〜1.20 2 50 100 10 0.1 平衡 7〜10 1.8 4〜8 18 50-420 18 -5.00 2 50 100 10 0.1 平衡 4〜6 2〜4 5〜10 19 50 〜120 16 〜0·1 4 50 100 10 0.1 平衡 8〜13 1.0 3〜5 20 50〜120 16 〜0.5 4 50 100 10 0.1 平衡 8〜14 1.3 3〜5 21 50 〜120 16 〜1.20 4 50 100 10 0.1 平衡 8〜10 2.2 4〜7 22 50〜120 16 〜5.00 4 50 100 10 0.1 平衡 5〜6 2〜4 5〜9 實施例1〜6中，因移除速率不理想，所以不做表面粗糙度與BOW量測。 12 201226490 36768twf.doc/n 表2 抛光工件： 2吋藍寶石基板研磨片 抛光機台台面直徑： 36英吋 拋光機台下壓力： 0.5〜7 kg/cm2 拋光液流量： 200〜1500毫升/分鐘 拋光台轉速 50 〜100 rpm 拋光時間： 120 分鐘（min) 由以上的實例顯示，相較於未添加界面活性劑、消泡 劑成份之一氧化>5夕原液，僅添加界面活性劑之二氧化石夕拋 光液，其移除速率極低；且隨濃度之增加，會產生大量之 泡沫’造成拋光製程之困擾。適量的消泡劑添加，除可消 除泡沫之產生外’並可控制拋光盤面之溫度，改善拋光表 現。而且，使用含有界面活性劑與消泡劑之拋光液(實例2_ 至實例22)拋光藍寶石基板後，藍寶石基板的粗輪度Ra為 1〇埃（1奈米（nm))以下，且弓形度(Bow)為10微米以下， 顯示本發明之用於拋光藍寶石基板之組成物能保持晶圓中 心與邊緣較為一致之移除率，並能改善藍寶石基板產品之 尺寸精密度。 由以上的實例亦顯示’三氧化二銘之添加，可以有效 提升拋光表現。選擇添加硬度大於奈米二氧化矽、而不大 於藍寶石基板之氧化物磨粒，可以更有效地移除藍寶石基 板表面之反應層，加速藍寶石基板表面之反應層的產生， 13 201226490 36768twf.doc/n 進而提升移除速率’改善尺寸精密度。 綜上所述，本發明之用於拋光藍寶石基板之組成物及 藍寶石基板的拋光方法，具有足夠高的移除率，可有效提 南產能。 本發明之用於拋光藍寶石基板之組成物及藍寶石基板 的拋光方法能提供較高之移除速率，且可以保持晶圓中心 與邊緣較為一致之移除率。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 φ 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 益 【主要元件符號說明】 應 4、、、

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Claims (1)

1. 201226490 36768twf.doc/n 七、申請專利範圍： 1. 一種用於抛光藍寶石基板之組成物，包括： 10至50重量百分比的磨粒； 0.1至10重量百分比的酸驗調整劑； 10至500ppm的界面活性劑； 10至lOOOppm的消泡劑； 1至50ppm的殺菌劑，以及 • 其餘為水，以組成物之總重量為基準。 2. 如申請專利範圍第丨項之用於拋光藍寶石基板之組 成物，其中上述磨粒之材質為選自二氧化矽、三氧化二鋁、 二氧化鈽、二氧化錯所組之族群之至少其中之一。 3. 如申請專利範圍第丨項之用於拋光藍寶石基板之組 成物，其中上述磨粒之材質為選自奈米二氧化矽與三氧化 二鋁所組之族群之至少其中之一。 4. 如申請專利範圍第3項之用於拋光藍寶石基板之組 成物，其中上述三氧化二鋁磨粒之粒徑範圍為〇.〇2 11„1至 響 10 um。 5. 如申請專利範圍第1項之用於拋光藍寶石基板之組 成物，其中上述界面活性劑與上述消泡劑的摻合比例為 1 : 10 至 5 : 1。 6. 如申請專利範圍第1項之用於拋光藍寶石基板之組 成物’其中上述界面活性劑為選自曱甘胺酸衍生物 (sarcosine derivative)、脂肪酸鹽（salt 0f fatty acid)、複合酸 鹽(salt of multiple acid) ' 醇麟酸醋(aic〇h〇l phosphate)、無 15 201226490 iO'/b8twi.doc/n 機填酸鹽(inorganic phosphate)、烧硫酸鹽(alkyl sulfate)、 醇硫酸S旨（alcohol sulfate)、硫酸三酸甘油S旨（sulfated triglyceride)、炫> 確酸納（sodium alkyl sulfonate，S AS)、α-稀烴石黃酸鹽(alpha-olefin sulfonate，AOS)、線性烧基苯績 酸鹽（linear alkylbenzene sulfonate，LAS)、烧基盼（alkyl phenol)、脂肪酸(fatty acid)、脂肪醋(fatty ester)、二醇酉旨 (glycol ester)與甘油酉旨(glycerol ester)戶斤組之族群之至少其 中之一。 7·如申請專利範圍第1項之用於拋光藍寶石基板之組 成物’其中上述消泡劑為選自矽有機基消泡劑 (silicone-based antifoaming agent)、炔屬二醇基消泡劑 (acetylenic diol-based antifoaming agents)與其混合物戶斤组 之族群之至少其中之一。 8. 如申請專利範圍第1項之用於拋光藍寶石基板之組 成物’其中上述酸鹼調整劑為選自氫氧化鉀、氫氧化納、 碳酸鈉、碳酸氫鈉、亞磷酸鈉、氨水、銨類化合物所組之 族群之至少其中之一。 9. 申請專利範圍第1項之用於拋光藍寶石基板之組成 物其中上述殺菌劑為異°塞〇坐淋酮(isothiazolinone)。 10. —種藍寶石基板的拋光方法，包括： 提供如申請專利範圍第1項至第9項其中任一項所述之用 於拋光藍寶石基板之組成物 :以及 以上述组成物對藍寶石基板進行拋光。 S 16 201226490 jo/ooiwi.doc/n 四、指定代表圖： (一） 本案之指定代表圖：無 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 益 ”》、 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵 的化學式： 無 _

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