TW201350566A - 研光加工用研磨材及使用此之基板的製造方法 - Google Patents

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Abstract

揭示著含有平均粒子徑為3.5μm以上、未滿11.5μm之氧化鋁質粒子，和平均粒子徑為上述氧化鋁質粒子之平均粒子徑之0.2倍以上、未滿0.9倍之鋯石粒子而構成的研光加工用研磨材，以及使用此而研磨基板之基板的製造方法。在此，研磨材中之上述鋯石粒子之含有量為1質量%以上、未滿40質量%。

Description

研光加工用研磨材及使用此之基板的製造方法
本發明係關於在研光加工中當作磨料使用之研光加工用研磨材。
近年來，隨著電腦所使用之ULSI等之高度積體化及高速化，半導體裝置之設計規則朝向微細化。因此，裝置製造過程中之焦點深度變淺，強烈地要求降低半導體基板之缺陷及提升平滑性。
因此，在半導體元件之最終的精製階段要求取得極精密之研磨面。但是，在精製階段以前之階段以與精製階段相同之精度來進行研磨，從效率或成本面來看較不理想。再者，在精製階段使用研磨墊進行研磨之情形為多，但是當使用研磨墊進行長時間研磨時，容易引起研磨面之邊緣部分被磨削成傾斜之現象(有稱為面下垂之情形)。
因此，在研磨之初期階段，有進行主要以調整被研磨物之厚度為目的，如研光加工般之研磨處理的情形。該研 光加工因主要目的係調整厚度，故要求高研磨速度。但是，當研光加工後之研磨面之平滑性太差時，則有藉由精製研磨無法取得充分之平滑性，或精製研磨所需時間增長等之問題。
為了解決如此之問題，進行各種研究，至今研究出由各種氧化鋁質粒子和鋯石粒子所構成之研光加工用研磨材(例如專利文獻1)。但是，如上述般，使最終的半導體基板更提升平滑性(表面粗度)為理想。另外，從降低成本等之觀點來看，也以又改良研磨速度為理想。但是，已知研磨面之表面粗度和研磨速度一般係在取捨的關係，亦如專利文獻2明確表示般，有當欲改良任一者時另一方則變差之傾向，難以使雙方相容。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文件1]日本特開2003-105325號公報
[專利文件2]日本特開2004-149582號公報
鑒於上述般之課題，期待不會有研磨速度和表面粗度的取捨問題，且不會使表面粗度惡化，改良研磨速度的研光加工用研磨材。
本發明之研光加工用研磨材之特徵在於：含有平均粒子徑為3.5μm以上、未滿11.5μm之氧化鋁質粒子，和平均粒子徑為上述氧化鋁質粒子之平均粒子徑的0.2倍以上、未滿0.9倍之鋯石粒子而所構成，研磨材中之上述鋯石粒子之含有量為1質量%以上、未滿40質量%。
再者，本發明之基板的製造方法之特徵在於：包含使用上述研光加工用研磨材而研磨基板的工程而構成。
若藉由本發明時，提供不會損壞表面粗度而改良研磨速度的研光加工用研磨材。並且，也提供同時改良表面粗度和研磨速度之雙方的研光加工用研磨材。也提供藉由使用該些研光加工用研磨材，可以優良生產性製造出具有優良特性的基板之基板的製造方法。
研光加工用研磨材
本發明之研光加工用研磨材包含氧化鋁質粒子和鋯石粒子而構成。
在本發明中，氧化鋁質粒子係指主成分由氧化鋁所構成之金屬氧化物粒子。已知氧化鋁有各種變形，有α-氧化鋁、γ-氧化鋁等，在本發明中即使使用任一者亦可。再者，氧化鋁依據生成方法之不同，也被分類成褐色熔融氧化鋁或白色熔融氧化鋁等，亦可以使用該些中之任一者。 並且，在氧化鋁中有含有鋁以外之金屬以作為雜質之情形。在半導體基板等之研磨使用本發明之研光加工用研磨材之時，以會對半導體元件造成不良影響的金屬雜質較少為理想。再者，即使使用於半導體基板以外之基板的研磨之時，當金屬雜質含有量多時，則有研磨材本身之特性惡化之情形。因此，作為氧化鋁質粒子，以使用鈦或鐵等之含有量相對性低的褐色熔融氧化鋁為理想。再者，作為氧化鋁質粒子，以使用純粹的氧化鋁最為理想，但是於氧化鋁質粒子含有鈦、鐵等之雜質金屬之時，氧化鋁質粒子中之雜質金屬之含有量以10質量%以下為理想，以5質量%以下更為理想。氧化鋁質粒子也可以使用金屬雜質含有量為1質量%以下，但是當提高氧化鋁質粒子之純度時，因精製成本變大，另外研磨材特性之改良飽和，故即使不過度提高純度，亦可以達成本發明之效果。
在本發明中，氧化鋁質粒子之平均粒子徑為3.5μm以上、未滿11.5μm。該係當氧化鋁質粒子之平均粒子徑過小時，有研磨速度不足夠之情形，再者當過大時，有研磨面之粗度惡化之情形。
並且，氧化鋁質粒子及後述鋯石粒子之平均粒子徑可以藉由各種方法進行測量，但是在本發明中，藉由庫爾特(Coulter)原理之三次元測量，求出平均粒子徑。具體而言，藉由精密粒度分布測量裝置(Coulter Multisizer 3；貝克曼庫爾特公司製)進行測量。在本發明中，將藉由其測量所取得之粒度分布中成為累計值50%之粒度視為平均 粒子徑。
再者，本發明所使用之鋯石粒子係鋯之矽酸鹽礦物，就以鋯砂而言，係天然生成物。鋯石之理想化學組成係以ZrSiO4表示。鋯石粒子也與氧化鋁質粒子相同，以金屬雜質少為佳。因此，於鋯石粒子含有鈦、鐵等之雜質金屬之時，鋯石粒子中之雜質金屬之含有量以10質量%以下為理想，以5質量%以下更為理想，以1質量%以下最為理想。容易取得高純度鋯石粒子，也可以使用金屬雜質含有量為0.5質量%以下之鋯石粒子。
在本發明中所使用之鋯石粒子具有小於上述氧化鋁質粒子之平均粒子徑的平均粒子徑。具體而言，鋯石粒子之平均粒子徑為氧化鋁質粒子之平均粒子徑之0.2倍以上、未滿0.9倍。該係因當鋯石粒子之平均粒子徑過大時，有研磨速度不足夠之情形的原因。
本發明之研光加工用研磨材係包含上述氧化鋁質粒子和鋯石粒子而所構成，但是只要在不損及本發明之效果的範圍下，亦可以包含其他研磨用粒子。就以如此之粒子之例而言，可舉出二氧化矽、碳化矽、二氧化鈦、二氧化鋯、富鋁紅柱石(mullite)、石榴石(garnet)等。但是，當其他研磨用粒子之含有量多時，則有難以控制研磨速度和表面粗度之情形。因此，本發明之研光加工用研磨材，以氧化鋁質粒子及鋯石粒子以外之其他研磨用粒子之含有量低為理想。具體而言，研光加工用研磨材中之氧化鋁質粒子和鋯石粒子之含有量之合計為90質量%以上為 理想，以99質量%以上更為理想。
再者，本發明之研光加工用研磨材中之氧化鋁質粒子和鋯石粒子之配合比被限定。具體而言，研光加工用研磨材中之鋯石粒子之含有量為1質量%以上、未滿40質量%，以5質量%以上、未滿40質量%為理想，以5質量%以上、未滿25質量%更為理想，以10質量%以上、未滿25質量%最為理想。因為當研光加工用研磨材中之氧化鋁質粒子之含有量過大時，有表面粗度或回收再利用特性惡化之傾向，再者當過度小時，研磨速度不足夠之故。藉由適當地調整氧化鋁質粒子和鋯石粒子之配合比及該些粒子之平均粒子徑，可飛躍性改善研光加工用研磨材之特性。如此之技術在以往不為人知，係能夠一面使用相同原料，一面調製適合於不同目的之研光加工用研磨材。
再者，本發明之研磨材使用於研光加工之時，組合水或研磨油而使用之情形為多。因此，亦可以將本發明之研光加工用研磨材與水等之媒體，以及因應所需與其他之添加劑組合而當作研光加工用組成物加以調製。例如，藉由添加當作添加劑之分散劑，可以使研磨材粒子之分散安定化，其結果，可以抑制在研磨面產生刮傷等之情形。
此外，可以使用界面活性劑以當作添加劑。就以界面活性劑而言，可以因應目的從陽離子性界面活性劑、陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑、兩性界面活性劑等任意選擇。
再者，亦可以在研光加工用組成物添加酸或鹼性化合 物而調整pH。以改良研磨速度等之研磨特性或組成物之保存安定性等為目的，亦可以調整組成物之pH。
基板的製造方法
再者，本發明之基板的製造方法包含使用上述研光加工用研磨材而研磨基板的工程。在此，基板除了被使用於半導體元件之一般各種基板之外，亦可以從光學透鏡用玻璃基板等任意選擇。具體而言，從石英基板、水晶基板、矽半導體基板、化合物半導體基板、氧化物半導體基板、光罩基板、玻璃基板等選擇。該些即使為例如混合或者疊層複數基板亦可。
使用研光加工用研磨材之研磨一般使用具備研磨壓盤之研磨裝置(也稱為研光機器)而進行。如此之研磨裝置，有例如藉由以兩個研磨壓盤夾著半導體基板等之被研磨物(也稱為工件)而進行研磨，同時加工基板雙面，或從上方推壓研磨壓盤至設置在支撐台的基板而僅加工基板之單面等。因應加工之目的等，可以選擇適當之研磨裝置而予以使用。
再者，於加工時，在基板和研磨壓盤之接觸面，被供給著上述研光加工用研磨材，同時可以供給水或研磨油。 販賣有因應各種用途的各種研磨油，例如有水溶性研磨油，油性研磨油，再者有矽晶圓用、石英用。再者，如上述般，亦可以作為使上述研光加工用研磨材分散於水等之溶媒，且因應所需添加其他添加劑的研光加工用組成物而 供給。
並且，本發明之研光加工用研磨材，也可以一次使用研光加工之後進行回收再利用。因一次被利用之研光加工用研磨材或研光加工用組成物不含有效的研磨材粒子，故可以再次使用於研光加工。藉由進行如此之再利用，因可以減少研光加工用研磨材或研光加工用組成物之消耗量，故在成本上具有優勢。一般而言，藉由進行如此之再利用，有研磨速度變低之情形。再者，也有由於研磨所產生之金屬屑或異物使得研磨後之表面粗度惡化之情形。但是，在本發明之基板之製造方法中，如此之性能惡化少，為在實用上不會成為問題之程度。再者，研光加工並非基板之精製工程，故即使有些微表面粗度之惡化，也對最終成品所造成之影響小，在上述成本面上效果變大。
即使於再利用使用後之研光加工用研磨材之前，先將未使用之研光加工用研磨材混合在使用後之研光加工用研磨材亦可。依此，可以改善上述問題點。
但是，藉由使用於研光加工，於研光加工用組成物含有多量研磨屑等之異物時，或因重複再利用在組成物中含有的異物變多時，以除去該些異物後再利用為佳。即是，上述基板之製造方法可以又具有令使用於研光加工後之研光加工用研磨材再生之再生工程。
在再生工程中，可以藉由以往所知的任意再生方法令使用後之研光加工研磨材再生。例如，藉由以下之方法，使研光加工用研磨材再生。
因研光加工用研磨材於使用時與水等之液體媒體混合，故使用後之研光加工用研磨材當作漿料被回收。該漿料除了含有還有效的研磨材之外，含有藉由研光加工被切削之研磨屑、金屬屑、凝固之研磨材粒子、金屬鏽等之異物為一般。該些異物中比較大者可以藉由使漿料通過過濾器或篩網而去除。再者，金屬成分多之異物的一部分亦可以藉由磁鐵而去除。
比較大的異物被去除的漿料被供給至接著用以去除微小粒子之處理。如此之處理方法並不特別限定，但是即使例如藉由放入離心分類器將漿料除去水等之媒體及特定尺寸以下之異物亦可。
如此一來，研光加工用研磨材被再生，可以使用於新的研光加工。即是，本發明之研光加工用研磨材之回收再生特性優良。藉由如此之再生，可達成降低基板之製造成本。但是，由於在被再生之研光加工用研磨材中有含有無法去除之異物之虞，再者，藉由被使用於研光加工而在研磨粒子之表面形狀產生變化之情形，故以被再生之研光加工用研磨材可以發揮與未使用之研光加工用研磨材完全相同之特性之情況為多。因此，藉由將未使用之研光加工用研磨材混合至被再生之研光加工用研磨材，可降低研磨材之特性變動之影響。即是，於持續性地實施研光加工之時，可以持續性使用未使用之研磨材和再生之研磨材。
再者，在研光加工之最終階段中，亦可以藉由不使用被再生之研磨材，使用未使用之研磨材，來謀求最終之被 研磨物之性能的安定。
當舉出諸例說明本發明時則如同下述。
研光加工用研磨材之調製
藉由混合褐色溶融氧化鋁和鋯砂，調製實施例101、201、301~303以及比較例101~103、201~203、301、302之研光加工用研磨材。各研光加工用研磨材中之氧化鋁質粒子及鋯石粒子之含有量如同表1所示。再者，在表1中，表示使用精密粒度分布測量裝置(Coulter Multisizer 3；貝克曼庫爾特公司製)以下述條件測量各研光加工用研磨材中之氧化鋁質粒子及鋯石粒子之平均粒子徑之結果。
AP尺寸：100μm
AP Current：1600μA
GAIN：2
POLARITY：+
Total Count：50000個
研光加工試驗
在實施例101、201、301~303及比較例101~103、201~203、301、302之各研光加工用研磨材300g混合水1400g及市售的研磨油30g，以攪拌機進行分散而調製研光加工用組成物。
使用各研光加工用組成物，在研磨機(裝置名稱：4BN 3M5L，濱井產業株式會社製作)對每一批量為4個裝配的直徑62.6mm之矽晶圓進行研光加工。以壓盤而言，係使用具菱形溝MGC壓盤(上壓盤溝間距6mm，下 壓盤間距12mm、溝寬0.6mm，溝深度5mm)。其他條件如下述般。
(使用實施例101、201及比較例101~103、201~203之研光加工研磨材而調製的研光加工用組成物之情況)
荷重：100g/cm2
下壓盤旋轉數：45rpm
研光加工用組成物之供給速度：100cc/分
加工時間：10分鐘
(使用實施例301~303及比較例301、302之研光加工研磨材而調製的研光加工用組成物之情況)
荷重：100g/cm2
下壓盤旋轉數：45rpm
研光加工用組成物之供給速度：50cc/分
加工時間：20分鐘
研磨速度之評估
研磨速度係測量研光加工前後之矽晶圓的重量，從藉由研光加工所產生之重量減少算出。表2表示藉由使用實施例101、201及比較例101~103、201~203之研光加工用研磨材調製出的研光加工用組成物而進行的研光加工下所取得的研磨速度之值。
表面粗度之評估
使用表面粗度測量器(SURFCOM 1400D(產品名)，株式會社東京精密製)以下述條件測量研光加工後之矽晶圓之表面粗度Ra。
算出規格：JIS-’94規格
測量長度：10.0mm
截止波長：0.8mm
測量速度：0.3mm/s
截止類別：2RC(相位補償)
傾斜補正：最小平方曲線補正
並且，表面粗度Ra之測量係針對晶圓之中心部一處，和外周部4處，求取其平均值。表2表示藉由使用實施例101、201及比較例101~103、201~203之研光加工用研磨材調製出的研光加工用組成物而進行的研光加工下所取得的表面粗度Ra之值。
如表1所示般，在實施例101中所使用之氧化鋁質粒子及鋯石粒子各具有與在比較例101~103所使用之氧化鋁質粒子及鋯石粒子大致相同之平均粒子徑。但是，如表2所示般，關於表面粗度Ra，在實施例101和比較例101~103之情況下大致相同，另外關於研磨速度在實施例101中取得較比較例101~103之時高的值。
同樣地，如表1所示般，在實施例201中所使用之氧化鋁質粒子及鋯石粒子各具有與在比較例201~203所使用之氧化鋁質粒子及鋯石粒子大致相同之平均粒子徑。但是，如表2所示般，關於表面粗度Ra，在實施例201和比較例201~203之情況下大致相同，另外關於研磨速度在實施例201中取得較比較例201~203之時高的值。
藉由上述，可知若藉由本發明不會損及表面粗度地改 善研磨速度。
回收再收特性之評估
回收再收特性之評估如下述般進行。首先，藉由使用實施例101、201、301~303及比較例101、201、301、302之各研光加工用研磨材而調製出之研光加工用組成物，以上述方法進行研光加工。之後，回收全量使用後之各組成物，原樣地使用其組成物，對新的晶圓進行研光加工。然後，又回收組成物，重複進行下一個研光加工。
針對各個的組成物，進行10次研光加工，測量各階段中之研磨速度及表面粗度。取得之結果如表3所示般。並且，針對使用實施例101及201之研光加工用研磨材而調製出之研光加工用組成物，進行兩次相同之評估試驗。
從表3所示之結果尤其可知，於使用實施例301~303之各研光加工用研磨材之時，比起使用比較例302之研光加工研磨材之時，研磨速度及表面粗度之變化小，即 是提升回收再生性。再者，也可知於使用實施例301~303之各研光加工用研磨材之時，比起使用比較例301之研光加工用研磨材之時，可以提升研磨速度。同樣地，也可知於使用實施例101、201之各研光加工用研磨材之時，各比起使用比較例101、201之研光加工用研磨材之時，可以提升研磨速度。

Claims (7)

  1. 一種研光加工用研磨材，係含有平均粒子徑為3.5μm以上、未滿11.5μm之氧化鋁質粒子，和平均粒子徑為上述氧化鋁質粒子之平均粒子徑的0.2倍以上、未滿0.9倍之鋯石粒子而所構成的研光加工用研磨材，其特徵為：研磨材中之上述鋯石粒子之含有量為1質量%以上、未滿40質量%。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之研光加工用研磨材，其中研磨材中之上述鋯石粒子之含有量為5質量%以上、未滿25質量%。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之研光加工用研磨材，其中研磨材中之上述氧化鋁質粒子和上述鋯石粒子之含有量之合計為90質量%以上。
  4. 一種基板的製造方法，其特徵為：使用申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之研光加工用研磨材，包含研磨基板的研磨工程而構成。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之基板的製造方法，其中上述研磨工程係一面對研磨裝置之研磨壓盤和上述基板之間供給上述研光加工用研磨材，一面使用上述研磨壓盤而對上述基板進行研光加工。
  6. 如申請專利範圍第4或5項所記載之基板的製造方法，其中又具有使使用後之研光加工用研磨材再生的再生工程，將被再生之研光加工用研磨材使用於上述研磨工程。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之基板的製造方法，其中又具有於在上述研磨工程使用上述被再生之研光加工研磨材之前，先將未使用之研光加工用研磨材混合至上述被再生之研光加工用研磨材之工程。
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