TW201942321A - 鎵化合物系半導體基板研磨用組成物、鎵化合物系半導體基板之研磨方法及研磨用組成物套組 - Google Patents
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Abstract
依照本發明,可提供一種研磨用組成物,其係用於鎵化合物系半導體基板之研磨。該研磨用組成物包含二氧化矽研磨粒、具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho及水。又,依照本發明,可提供一種鎵化合物系半導體基板之研磨方法。該方法係依順序包含:以含有研磨粒A1及水的漿料S1進行研磨之第一研磨步驟,及以含有研磨粒A2及水的漿料S2進行研磨之第二研磨步驟。上述研磨粒A2包含二氧化矽研磨粒。上述漿料S2進一步包含具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho。上述漿料S1係不含上述化合物Cpho,或上述化合物Cpho的濃度[重量%]低於上述漿料S2中之上述化合物Cpho的濃度[重量%]。
Description
本發明關於研磨用組成物。詳細而言,關於鎵化合物系半導體基板之研磨中所用的研磨用組成物。又,本發明關於鎵化合物系半導體基板之研磨方法及用於該方法之研磨用組成物套組。本申請案係以2018年3月28日申請的日本國發明專利申請案2018-61192號及2018年3月28日申請的日本發明專利申請案2018-61193號為基礎,主張優先權,彼等申請案之全內容係在本說明書中作為參照而併入。
作為功率裝置或發光二極體(LED)等所用之化合物半導體材料,氮化鎵基板或氧化鎵基板等的鎵化合物系半導體基板之重要性係增加。使用鎵化合物系半導體來製造功率裝置等時,一般而言,由於必須沒有加工傷痕且能得到平滑面,而實施鎵化合物系半導體基板之表面研磨。作為與氮化鎵等的氮化物半導體基板之研磨有關的技術文獻,可舉出專利文獻1~3。
先前技術文獻
專利文獻
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本發明專利申請案公開2015-153852號公報
專利文獻2:日本發明專利申請案公開2013-201176號公報
專利文獻3:日本發明專利第5116305號公報
專利文獻2:日本發明專利申請案公開2013-201176號公報
專利文獻3:日本發明專利第5116305號公報
發明所欲解決的課題
化合物半導體一般化學上非常安定,反應性低,其中如氮化鎵等為硬度非常高者,一般來說藉由研磨的加工為不容易。因此,通常化合物半導體基板係在將鑽石研磨粒供給至研磨壓盤,進行研磨(精磨)後,為了去除因該精磨(lapping)等所發生的傷痕,將含有研磨粒的漿料供給至研磨墊與研磨對象物之間而進行研磨(拋光),或藉由不含研磨粒的溶液進行化學蝕刻而完成。專利文獻1、2係關於使用含有研磨粒的漿料來研磨氮化物半導體結晶之技術,主要藉由研磨粒的粒徑之檢討而謀求研磨速率之升高。然而,化合物半導體基板所要求的表面品質係有逐漸變高之傾向,專利文獻1、2記載之技術係不能夠充分對應。又,專利文獻3提案將使用第1研磨組成物所研磨(一次研磨)的氮化鎵系半導體基板,進一步使用第2研磨組成物進行研磨(二次研磨)。然而,對於化合物半導體基板所要求的表面品質係有逐漸變高之傾向,另一方面,從生產性之觀點來看,亦要求能維持實用的研磨效率。對於如此的要求,以專利文獻3記載之技術係不能夠充分地對應。
本發明係鑒於上述情事而完成者,目的在於提供一種研磨用組成物,其係用於氮化鎵及其他鎵化合物系半導體基板之研磨,能兼顧高的研磨效率與研磨後的更高品質之表面。關聯的另一目的係在於提供一種研磨鎵化合物系半導體基板之方法,其使用上述研磨用組成物。再者其他目的係在於提供一種研磨(拋光)方法,其係對於氮化鎵及其他鎵化合物系半導體基板,可高效率地實現高品級的表面。關聯的其他目的係在於提供一種研磨用組成物套組,其適用於實現該研磨方法。
解決課題的手段
解決課題的手段
依照本說明書,提供一種在鎵化合物系半導體基板之研磨中所用的研磨用組成物。上述研磨用組成物包含二氧化矽研磨粒、具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho
(以下,亦僅記載為「化合物Cpho
」)與水。此處,上述研磨用組成物不含氧化劑。該研磨用組成物係藉由包含二氧化矽研磨粒,而相較於不含研磨粒的溶液所致的蝕刻,可更高效率地去除研磨對象物之鎵化合物系半導體基板的表面。又,藉由上述化合物Cpho
且不含氧化劑,可抑制因研磨所造成的研磨對象物表面之皸裂,改善研磨後的表面品質。
此處所揭示的研磨用組成物係在作為前述化合物Cpho
,例如可以使用以下的至少一任一者之態樣而較佳地實施:(A)具有膦酸基的螯合化合物、(B)選自由磷酸單C1-4
烷基酯、磷酸二C1-4
烷基酯及亞磷酸單C1-4
烷基酯所組成之群組的化合物、(C)磷酸及亞磷酸之至少一者、(D)選自由磷酸的無機鹽及亞磷酸的無機鹽所組成之群組的化合物。
此處所揭示的研磨用組成物較佳為pH未達2。藉由pH未達2之研磨用組成物,可高效率地實現具有高的表面品質之表面。
此處所揭示的研磨用組成物可進一步包含酸。藉由組合使用化合物Cpho
與酸,可高效率地實現良好的表面品質。研磨用組成物中的化合物Cpho
之含量m1[莫耳/kg]及酸之含量m2[莫耳/kg],較佳為以滿足下式:m1/(m1+m2)≧0.1之方式設定。
此處所揭示的研磨用組成物係適合作為用於研磨氮化鎵基板或氧化鎵基板之研磨用組成物。
依照此說明書,提供一種鎵化合物系半導體基板之研磨方法。上述研磨方法包含將此處所揭示的任一研磨用組成物供給至鎵化合物系半導體基板,研磨該基板。藉由如此的研磨方法,可有效果地提高鎵化合物系半導體基板之表面品質。
依照此說明書,提供一種研磨鎵化合物系半導體基板(以下,亦稱為「研磨對象物」)之方法。該研磨方法依順序包含:以含有研磨粒A1及水的漿料S1進行研磨之第一研磨步驟,與以含有研磨粒A2及水的漿料S2進行研磨之第二研磨步驟。此處,上述研磨粒A2包含二氧化矽研磨粒。又,上述漿料S2進一步包含具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho
。上述漿料S1不含上述化合物Cpho
,或上述化合物Cpho
的濃度[重量%]低於上述漿料S2中之上述化合物Cpho
的濃度[重量%]。依照該研磨方法,對於使用漿料S1所研磨的研磨對象物,使用含有化合物Cpho
的漿料S2進一步研磨,可兼顧研磨時間的增加抑制與研磨後的高品級表面。
於幾個態樣中,上述漿料S1的pH可未達2.0。藉由如此低pH的漿料S1,可在第一研磨步驟中容易得到高的研磨效率。使用如此低pH的漿料S1進行第一研磨步驟後,藉由使用含有化合物Cpho
的漿料S2進行第二研磨步驟,可高效率地實現高品級的表面。
於幾個態樣中,可較宜採用含有強酸的漿料S1。藉由使用強酸,可高效率地控制漿料S1之pH。
於幾個態樣中,上述漿料S1可包含氧化劑。使用如此組成的漿料S1進行第一研磨步驟後,藉由進行第二研磨步驟,可高效率地實現高品級的表面。作為上述氧化劑,可較宜使用選自由過錳酸鹽、偏釩酸鹽及過硫酸鹽所組成之群組的至少一者。
於幾個態樣中,研磨粒A1可包含二氧化矽研磨粒。藉由使用含有二氧化矽研磨粒的漿料S1進行第一研磨步驟,於其後所進行的第二研磨步驟中,可高效率地提高研磨對象物的表面品級。
於幾個態樣中,上述漿料S2之pH可未達3.0。藉由低pH的漿料S2,可在第二研磨步驟中容易得高的研磨效率。又,由於漿料S2含有化合物Cpho
,即使於低pH中也抑制研磨對象物表面的皸裂,在研磨後可得到高品質的表面。
上述漿料S2中之上述化合物Cpho
的濃度例如可為0.2重量%以上15重量%以下。若化合物Cpho
的濃度在上述範圍,則在第二研磨步驟中,可適宜地兼顧高的研磨效率與研磨後之高品質的表面。
作為上述第二研磨步驟之研磨中所用的研磨墊,較佳為具有軟質發泡聚胺基甲酯製的表面之研磨墊,藉由使用如此的研磨墊進行第二研磨步驟,在研磨後容易得到高品質的表面。
依照此說明書,提供一種研磨用組成物套組,其可用於此處所揭示的任一研磨方法。該研磨用組成物套組包含上述漿料S1或其濃縮液的組成物Q1與上述漿料S2或其濃縮液的組成物Q2。此處,上述組成物Q1與上述組成物Q2係被互相分開地保管。可使用如此構成之研磨用組成物套組,適宜地實施。
於本說明書所揭示的事項中,包含上述漿料S2或其濃縮液的研磨用組成物,其係此處所揭示的任一研磨方法中,用於第二研磨步驟之研磨用組成物。上述研磨用組成物例如可較佳使用作為構成此處所揭示的研磨用組成物套組之上述組成物Q2。上述漿料S2之pH例如可未達3.0、未達2.0或未達1.5。
實施發明的形態
以下,說明本發明之合適的實施形態。還有,於本說明書中,特別言及的事項以外之事物,本發明之實施所必要的事物,係本業者以該領域中的習知技術為基礎,可作為設計事項掌握者。本發明係可根據本說明書中揭示的內容與該領域中的技術常識而實施。
<研磨對象物>
此處所揭示的技術係可適用於以鎵化合物系半導體基板為研磨對象物之研磨。於本說明書中的鎵化合物系半導體之概念中,除了氮化鎵(GaN)及氧化鎵(Ga2 O3 )之外,還包含具有此等中的Ga之一部分經其他之週期表13族元素(B、Al、In)所取代之組成的半導體,例如AlGaN、GaInN、AlGaInN等。此處所揭示的技術係可較宜適用於具有由如此的鎵化合物系半導體材料所構成的表面之基板的研磨。上述表面,即研磨對象面,可為由任一種的鎵化合物系半導體材料所構成的表面,例如該材料之單結晶的表面,也可為由二種以上的鎵化合物系半導體材料之混合物所構成的表面,例如彼等的材料之混晶的表面。上述鎵化合物系半導體基板係可為自立型的鎵化合物系半導體晶圓,也可為在適宜的基底層之上具有鎵化合物系半導體的結晶者。作為如此的基底層之例,可舉出藍寶石基板、矽基板、SiC基板等。鎵化合物系半導體係以賦予導電性等為目的,可被摻雜,也可無摻雜。
此處所揭示的技術係可適用於以鎵化合物系半導體基板為研磨對象物之研磨。於本說明書中的鎵化合物系半導體之概念中,除了氮化鎵(GaN)及氧化鎵(Ga2 O3 )之外,還包含具有此等中的Ga之一部分經其他之週期表13族元素(B、Al、In)所取代之組成的半導體,例如AlGaN、GaInN、AlGaInN等。此處所揭示的技術係可較宜適用於具有由如此的鎵化合物系半導體材料所構成的表面之基板的研磨。上述表面,即研磨對象面,可為由任一種的鎵化合物系半導體材料所構成的表面,例如該材料之單結晶的表面,也可為由二種以上的鎵化合物系半導體材料之混合物所構成的表面,例如彼等的材料之混晶的表面。上述鎵化合物系半導體基板係可為自立型的鎵化合物系半導體晶圓,也可為在適宜的基底層之上具有鎵化合物系半導體的結晶者。作為如此的基底層之例,可舉出藍寶石基板、矽基板、SiC基板等。鎵化合物系半導體係以賦予導電性等為目的,可被摻雜,也可無摻雜。
作為此處所揭示的技術之較佳的適用對象,可舉出氮化鎵基板及氧化鎵基板。上述氧化鎵基板典型上具有由ß-Ga2
O3
的結晶所構成之表面,較佳為具有由ß-Ga2
O3
的單結晶所構成之表面。上述氮化鎵基板典型上具有由GaN的結晶所構成之表面,較佳為具有由GaN的單結晶所構成之表面。GaN的結晶之主面,即研磨對象面的面指數,係沒有特別的限定。作為上述研磨對象面之例,可舉出C面等的極性面、A面及M面等的非極性面、半極性面等。
<研磨用組成物>
(研磨粒)
此處所揭示的研磨用組成物含有研磨粒。藉由使用含有研磨粒的研磨用組成物之研磨,相較於藉由不含研磨粒等的固形粒子之溶液的化學蝕刻,例如可更高效率地去除在精磨等的前步驟中於研磨對象物所發生的傷痕。又,藉由此處所揭示的研磨用組成物,由於該組成物包含後述的化合物Cpho ,可一邊抑制因研磨所造成之表面的皸裂,一邊高效率地去除上述傷痕。
(研磨粒)
此處所揭示的研磨用組成物含有研磨粒。藉由使用含有研磨粒的研磨用組成物之研磨,相較於藉由不含研磨粒等的固形粒子之溶液的化學蝕刻,例如可更高效率地去除在精磨等的前步驟中於研磨對象物所發生的傷痕。又,藉由此處所揭示的研磨用組成物,由於該組成物包含後述的化合物Cpho ,可一邊抑制因研磨所造成之表面的皸裂,一邊高效率地去除上述傷痕。
此處所揭示的研磨用組成物係至少含有二氧化矽研磨粒作為上述研磨粒。藉由含有二氧化矽研磨粒的研磨用組成物,容易得到高的表面品質。二氧化矽研磨粒係可從眾所周知的各種二氧化矽粒子之中適宜選擇而使用。作為如此眾所周知的二氧化矽粒子,可舉出膠體二氧化矽、乾式法二氧化矽等。其中,較佳為使用膠體二氧化矽。藉由含有膠體二氧化矽的二氧化矽研磨粒,可適宜達成高的研磨速率與良好的面精度。於此處所言的膠體二氧化矽之例中,包含將含有Na、K等鹼金屬與SiO2
之含矽酸鹼液(例如含矽酸鈉液)用於原料而製造的二氧化矽,或藉由四乙氧基矽烷或四甲氧基矽烷等的烷氧基矽烷之水解縮合反應而製造的二氧化矽(烷氧化物法二氧化矽)。又,於乾式法二氧化矽之例中,包含使四氯化矽或三氯矽烷等的矽烷化合物典型地在氫火焰中燃燒而得的二氧化矽(發煙二氧化矽),藉由金屬矽與氧之反應而生成的二氧化矽。
此處所揭示的研磨用組成物係在不損害本發明的效果之範圍內,除了二氧化矽研磨粒之外,還可含有由二氧化矽以外的材質所構成之研磨粒(以下,亦稱為非二氧化矽研磨粒)。作為如此的非二氧化矽研磨粒之構成材料之例,可舉出氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化錳、氧化鋅、氧化鐵粒子等之氧化物,氮化矽、氮化硼等之氮化物;碳化矽、碳化硼粒子等之碳化物,鑽石等。
亦可使用經表面改質的研磨粒。研磨粒之表面改質,具體而言,可藉由使研磨粒表面附著或結合具有研磨粒表面相異的電位之物質,改變研磨粒表面的電位而進行。用於改變研磨粒表面的電位之物質係沒有限制,但例如當研磨粒為氧化矽時,可使用界面活性劑或無機酸、有機酸,以及氧化鋁等的金屬氧化物。
此處所揭示的技術,從提高研磨後的表面品質之觀點來看,可以於研磨用組成物所包含的研磨粒之總重量之中,二氧化矽研磨粒之比例更大於70重量%的態樣而較佳地實施。上述二氧化矽研磨粒之比例更佳為90重量%以上,尤佳為95重量%以上,特佳為99重量%以上。其中,研磨用組成物所包含的研磨粒之100重量%為二氧化矽研磨粒之研磨用組成物係較佳。
研磨用組成物中所包含的研磨粒之平均二次粒徑係5nm以上為適當,較佳為10nm以上,更佳為20nm以上。隨著研磨粒的平均二次粒徑變大,有研磨用組成物對於研磨對象物之研磨效率升高之傾向。於幾個態樣中,研磨粒的平均二次粒徑可為35nm以上,也可為50nm以上。又,從得到更高品級的表面之觀點來看,研磨粒之平均二次粒徑係300nm以下為適當,較佳為200nm以下,更佳為150nm以下,亦可為100nm以下或80nm以下。
再者,於此處所揭示的技術中,所謂的研磨粒之平均二次粒徑,就是指以動態光散射法為基礎的體積平均粒徑(體積平均直徑D50)。研磨粒之平均二次粒徑係可使用市售的動態光散射法式粒度分析計測定,例如可使用日機裝公司製的型式「UPA-UT151」或其相當品進行測定。
研磨用組成物中所包含的研磨粒係可為一種類,也可為材質、粒子形狀或粒子尺寸不同的二種類以上。從研磨粒的分散安定性或研磨用組成物的品質安定性之觀點來看,幾個態樣的研磨用組成物係在該組成物所包含的研磨粒之中,90重量%以上,更佳95重量%以上,尤佳99重量%以上,可為一種類的二氧化矽研磨粒。此處所揭示的研磨用組成物,例如可以僅包含一種類的二氧化矽研磨粒作為研磨粒之態樣而較佳地實施。
研磨用組成物中之研磨粒的濃度係沒有特別的限定。上述研磨粒的濃度例如可為5重量%以上,也可為12重量%以上,亦可為17重量%以上,亦可為22重量%以上。隨著研磨粒濃度變高,有研磨用組成物對於研磨對象物之研磨效率升高之傾向。又,從以高水準兼顧研磨速率與研磨後的表面品質等之觀點來看,研磨粒的濃度通常大約50重量%以下為適當,較佳為40重量%以下。此處所揭示的研磨用組成物係在研磨粒濃度為35重量%以下或30重量%以下之態樣中亦可較佳地實施。
(水)
此處所揭示的研磨用組成物含有水作為必要成分。作為水,可較宜使用離子交換水(去離子水)、純水、超純水、蒸餾水等。此處所揭示的研磨用組成物係視需要亦可進一步含有能與水均勻混合的有機溶劑(低級醇、低級酮等)。通常,研磨用組成物所包含的溶劑較佳為90體積%以上是水,更佳為95體積%以上(典型上為99~100體積%)是水。
此處所揭示的研磨用組成物含有水作為必要成分。作為水,可較宜使用離子交換水(去離子水)、純水、超純水、蒸餾水等。此處所揭示的研磨用組成物係視需要亦可進一步含有能與水均勻混合的有機溶劑(低級醇、低級酮等)。通常,研磨用組成物所包含的溶劑較佳為90體積%以上是水,更佳為95體積%以上(典型上為99~100體積%)是水。
(化合物Cpho
)
此處所揭示的研磨用組成物係含有具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho 作為必要成分。由於在含有研磨粒的研磨用組成物中含有化合物Cpho ,可抑制因研磨所造成之研磨對象物表面的皸裂,改善研磨後的表面品質。藉此,可有效果地實現表面粗糙度Ra小且凹坑之發生經抑制的表面。化合物Cpho 係可單獨一種或組合二種以上使用。
此處所揭示的研磨用組成物係含有具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho 作為必要成分。由於在含有研磨粒的研磨用組成物中含有化合物Cpho ,可抑制因研磨所造成之研磨對象物表面的皸裂,改善研磨後的表面品質。藉此,可有效果地實現表面粗糙度Ra小且凹坑之發生經抑制的表面。化合物Cpho 係可單獨一種或組合二種以上使用。
化合物Cpho
可為無機化合物,也可為有機化合物。於無機化合物的化合物Cpho
之例中,包含磷酸(H2
PO4
)、亞磷酸(H3
PO3
)及彼等的無機鹽。上述無機鹽例如可為鈉鹽、鉀鹽、鋰鹽等的鹼金屬鹽。作為磷酸的無機鹽之具體例,可舉出磷酸三鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等之鹼金屬磷酸鹽及鹼金屬磷酸氫鹽。再者,研磨用組成物所包含的化合物Cpho
可包含其互變異構物。例如,含有亞磷酸作為化合物Cpho
的研磨用組成物,係可包含亞磷酸連同其互變異構物的膦酸。
作為有機化合物的化合物Cpho
之例,可舉出磷酸酯類及亞磷酸酯類。作為上述磷酸酯類,較宜使用單酯及二酯,亦可為單酯與二酯之混合物。上述混合物中的單酯與二酯之莫耳比例如可為20:80~80:20,也可為40:60~60:40。又,作為上述亞磷酸酯類,較佳可使用單酯。
作為與磷酸或亞磷酸形成酯鍵的有機基,較佳為C1-20 左右的烴基,更佳為C1-12 的烴基,尤佳為C1-8 的烴基,特佳為C1-4 的烴基。再者,於本說明書中,所謂的CX-Y ,就是意指「碳原子數X以上Y以下」。上述烴基可為脂肪族性,也可為芳香族性。脂肪族性烴基係可為飽和或不飽和,可為鏈狀或環狀,可為直鏈狀或分支狀。
於此處所揭示的研磨用組成物之幾個態樣中,作為化合物Cpho ,可較宜使用選自由磷酸單C1-4 烷基酯及磷酸二C1-4 烷基酯所組成之群組的至少一種。例如,作為化合物Cpho 可使用磷酸單乙酯與磷酸二乙酯之混合物。
作為與磷酸或亞磷酸形成酯鍵的有機基,較佳為C1-20 左右的烴基,更佳為C1-12 的烴基,尤佳為C1-8 的烴基,特佳為C1-4 的烴基。再者,於本說明書中,所謂的CX-Y ,就是意指「碳原子數X以上Y以下」。上述烴基可為脂肪族性,也可為芳香族性。脂肪族性烴基係可為飽和或不飽和,可為鏈狀或環狀,可為直鏈狀或分支狀。
於此處所揭示的研磨用組成物之幾個態樣中,作為化合物Cpho ,可較宜使用選自由磷酸單C1-4 烷基酯及磷酸二C1-4 烷基酯所組成之群組的至少一種。例如,作為化合物Cpho 可使用磷酸單乙酯與磷酸二乙酯之混合物。
有機化合物的化合物Cpho
可為具有膦酸基的螯合化合物。於如此的合物Cpho
之例中,包含1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、胺基三(亞甲基膦酸)、乙二胺四(亞甲基膦酸)、二伸乙三胺五(亞甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、乙烷-1-羥基-1,1-二膦酸、乙烷-1-羥基-1,1,2-三膦酸、乙烷-1,2-二羧基-1,2-二膦酸等之在一分子中具有2個以上的膦酸基之螯合化合物;2-胺基乙基膦酸、甲烷羥基膦酸、2-膦醯基丁烷-1,2-二羧酸、1-膦醯基丁烷-2,3,4-三羧酸、α-甲基膦醯基琥珀酸等之在一分子中具有1個膦酸基之螯合化合物等。從容易適宜地兼顧研磨效率的降低抑制與研磨後的表面品質提高之觀點來看,化合物Cpho
所具有的膦酸基之數,有利上為每一分子1以上4個以下,較佳為1以上個3以下,特佳為1或2個。基於同樣的觀點,化合物Cpho
之分子量有利上為800以下,較佳為600以下,更佳為400以下,尤佳為300以下或250以下。
作為有機化合物的化合物Cpho 之其他例,可舉出磷酸或亞磷酸與有機陽離子之鹽等。
作為有機化合物的化合物Cpho 之其他例,可舉出磷酸或亞磷酸與有機陽離子之鹽等。
此處所揭示的研磨用組成物係在作為化合物Cpho
,可以使用以下的至少任一者之態樣而較佳地實施:(A)具有膦酸基的螯合化合物、(B)選自由磷酸單C1-4
烷基酯、磷酸二C1-4
烷基酯及亞磷酸單C1-4
烷基酯所組成之群組的化合物、(C)磷酸及亞磷酸之至少一者、(D)選自由磷酸的無機鹽及亞磷酸的無機鹽所組成之群組的化合物。化合物Cpho
亦可包含由上述(A)~(D)之任一個所選出的二種以上之化合物,也可包含由上述(A)~(D)中的2個以上所選擇出的二種以上之化合物。或者,化合物Cpho
可僅包含由上述(A)~(D) 之任一個所選出的一種類之化合物。
研磨用組成物中之化合物Cpho
的濃度[重量%]係沒有特別的限定。該濃度通常設為0.05重量%以上者係適當,較佳設為0.08重量%以上,更佳設為0.15重量%以上,可為0.2重量%以上,也可為0.4重量%以上。隨著化合物Cpho
的濃度上升,研磨後的表面品質一般來說有升高之傾向。於幾個態樣中,化合物Cpho
的濃度可為0.5重量%以上,也可超過0.5重量%,亦可為0.8重量%以上,亦可為2.5重量%以上,亦可為4.0重量%以上。又,從兼顧表面品質的提高與良好的研磨效率之觀點來看,化合物Cpho
的濃度通常設為25重量%以下者係適當,較佳為20重量%以下,也可為15重量%以下。於幾個態樣中,化合物Cpho
的濃度例如可為10重量%以下,也可為6重量%以下,亦可為3重量%以下,亦可為1.5重量%以下,亦可為1.0重量%以下。
上述化合物Cpho
的濃度,係為了用於研磨而供給至研磨對象物時的研磨用組成物中之化合物Cpho
的濃度,即可適用於該組成物之使用時(Point-of-Use;POU)的化合物Cpho
的濃度。以下,將供給至研磨對象物時的研磨用組成物亦稱為「工作漿料」。又,此處所揭示的研磨用組成物,係研磨粒含量(研磨粒濃度)25重量%中之化合物Cpho
的濃度較佳為滿足上述化合物Cpho
的濃度。再者,所謂研磨粒濃度25重量%中之化合物Cpho
的濃度,就是指以研磨粒濃度成為25重量%之方式所換算之化合物Cpho
的濃度。例如,當研磨粒濃度為X重量%,化合物Cpho
的濃度為Y重量%時,藉由下式:YX(25/X),可算出研磨粒濃度25重量%中之化合物Cpho
的濃度。
(氧化劑)
此處所揭示的研磨用組成物,係在不大幅損害本發明的效果之限度內,視需要可包含氧化劑。研磨用組成物包含氧化劑時,該氧化劑的濃度例如可為超過0重量%且是5.0重量%以下。
於此處所揭示的研磨用組成物之幾個態樣中,該研磨用組成物係氧化劑的濃度較佳為特定以下,亦可不含氧化劑。特別地,於研磨對象材料表面的完工研磨步驟所用的研磨用組成物中,氧化劑的濃度較佳為特定以下。
此處所揭示的研磨用組成物,係在不大幅損害本發明的效果之限度內,視需要可包含氧化劑。研磨用組成物包含氧化劑時,該氧化劑的濃度例如可為超過0重量%且是5.0重量%以下。
於此處所揭示的研磨用組成物之幾個態樣中,該研磨用組成物係氧化劑的濃度較佳為特定以下,亦可不含氧化劑。特別地,於研磨對象材料表面的完工研磨步驟所用的研磨用組成物中,氧化劑的濃度較佳為特定以下。
於使用含有研磨粒的研磨用組成物來研磨鎵化合物系半導體基板之相關習知技術中,以研磨促進等為目的,一般使其含有過氧化氫(H2
O2
)等的氧化劑。然而,本發明者們發現於含有二氧化矽研磨粒及化合物Cpho
的研磨用組成物中,由於含有氧化劑,而損害化合物Cpho
的表面品質之提高效果。因此,於本說明書所揭示的研磨用組成物之幾個態樣中,該研磨用組成物係氧化劑的濃度較佳為特定以下。研磨用組成物中之氧化劑的濃度較佳未達0.1重量%,更佳未達0.05重量%,尤佳未達0.02重量%,特佳未達0.01重量%。於本說明書所揭示的研磨用組成物之一態樣中,該研磨用組成物宜不含氧化劑。此處所揭示的研磨用組成物係可以至少不含過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨、二氯異三聚氰酸鈉的任一者之態樣而較佳地實施。此處,所謂研磨用組成物不含氧化劑,就是指至少不故意地摻合氧化劑,可容許來自原料或製法等不可避免地含有微量的氧化劑者。所謂的上述微量,就是指研磨用組成物中之氧化劑的莫耳濃度為0.0005莫耳/升以下(較佳為0.0001莫耳/升以下,更佳為0.00001莫耳/升以下,特佳為0.000001莫耳/升以下)。氧化劑的濃度較佳為零或檢測極限以下。
(pH)
此處所揭示的研磨用組成物之pH較佳未達5.0,更佳未達3.0。藉由使用更低的pH之研磨用組成物,有研磨效率升高之傾向。於幾個態樣中,研磨用組成物之pH例如可為2.5以下,也可未達2.5,亦可未達2.0,亦可未達1.5,亦可未達1.3。依照此處所揭示的研磨用組成物,由於該組成物包含化合物Cpho ,即使在低的pH,也能有效果地抑制研磨對象物表面的皸裂。因此,可適宜地兼顧良好的研磨效率與高的表面品質。研磨用組成物之pH的下限係沒有特別的限制,但從設備的腐蝕抑制或環境衛生之觀點來看,通常0.5以上為適當,亦可為0.7以上。
再者,於本說明書中,pH係可使用pH計,使用標準緩衝液(鄰苯二甲酸鹽pH緩衝液pH:4.01(25℃)、中性磷酸鹽pH緩衝液pH:6.86(25℃)、碳酸鹽pH緩衝液pH:10.01(25℃)),3點校正後,將玻璃電極置入測定對象的組成物中,經過2分鐘以上,測定安定後的值而掌握。作為pH計,例如使用堀場製作所製的玻璃電極式氫離子濃度指示計(型號F-23)或其相當品。
此處所揭示的研磨用組成物之pH較佳未達5.0,更佳未達3.0。藉由使用更低的pH之研磨用組成物,有研磨效率升高之傾向。於幾個態樣中,研磨用組成物之pH例如可為2.5以下,也可未達2.5,亦可未達2.0,亦可未達1.5,亦可未達1.3。依照此處所揭示的研磨用組成物,由於該組成物包含化合物Cpho ,即使在低的pH,也能有效果地抑制研磨對象物表面的皸裂。因此,可適宜地兼顧良好的研磨效率與高的表面品質。研磨用組成物之pH的下限係沒有特別的限制,但從設備的腐蝕抑制或環境衛生之觀點來看,通常0.5以上為適當,亦可為0.7以上。
再者,於本說明書中,pH係可使用pH計,使用標準緩衝液(鄰苯二甲酸鹽pH緩衝液pH:4.01(25℃)、中性磷酸鹽pH緩衝液pH:6.86(25℃)、碳酸鹽pH緩衝液pH:10.01(25℃)),3點校正後,將玻璃電極置入測定對象的組成物中,經過2分鐘以上,測定安定後的值而掌握。作為pH計,例如使用堀場製作所製的玻璃電極式氫離子濃度指示計(型號F-23)或其相當品。
(酸)
此處所揭示的研磨用組成物係除了必要成分的研磨粒、水及化合物Cpho 之外,視需要還可包含一種或二種以上的酸,作為以調整pH等為目的而使用的任意成分。符合化合物Cpho 之酸,即磷酸、亞磷酸、膦酸,係不包含於此處所言的酸之例中。作為酸之具體例,可舉出硫酸、硝酸、鹽酸、次膦酸、硼酸等之無機酸;醋酸、伊康酸、琥珀酸、酒石酸、檸檬酸、馬來酸、乙醇酸、丙二酸、甲磺酸、甲酸、蘋果酸、葡萄糖酸、丙胺酸、甘胺酸、乳酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸等之有機酸等。酸亦可以該酸的鹽形態使用。上述酸的鹽例如可為鈉鹽或鉀鹽等的鹼金屬鹽、或銨鹽等。藉由組合使用化合物Cpho 與酸,相對於不用上述酸之情況,即使減少化合物Cpho 的使用量,也能高效率地實現良好的表面品質。這從經濟性或環境負荷減輕之觀點來看可變有利。
此處所揭示的研磨用組成物係除了必要成分的研磨粒、水及化合物Cpho 之外,視需要還可包含一種或二種以上的酸,作為以調整pH等為目的而使用的任意成分。符合化合物Cpho 之酸,即磷酸、亞磷酸、膦酸,係不包含於此處所言的酸之例中。作為酸之具體例,可舉出硫酸、硝酸、鹽酸、次膦酸、硼酸等之無機酸;醋酸、伊康酸、琥珀酸、酒石酸、檸檬酸、馬來酸、乙醇酸、丙二酸、甲磺酸、甲酸、蘋果酸、葡萄糖酸、丙胺酸、甘胺酸、乳酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸等之有機酸等。酸亦可以該酸的鹽形態使用。上述酸的鹽例如可為鈉鹽或鉀鹽等的鹼金屬鹽、或銨鹽等。藉由組合使用化合物Cpho 與酸,相對於不用上述酸之情況,即使減少化合物Cpho 的使用量,也能高效率地實現良好的表面品質。這從經濟性或環境負荷減輕之觀點來看可變有利。
幾個態樣之研磨用組成物係該組成物組合包含化合物Cpho
與強酸。若為強酸,則可以使用少量而有效果地調節研磨用組成物的pH。作為強酸,較佳為pKa未達1者,更佳為pKa未達0.5者,尤佳為pKa未達0者。又,作為強酸,較佳為含氧酸。作為此處所揭示的研磨用組成物可用之強酸的合適例,可舉出鹽酸、硫酸及硝酸。
酸的濃度係沒有特別的限定,可以不大幅損害本發明的效果之方式適宜設定。酸的濃度例如可為0.05重量%以上,也可為0.1重量%以上,亦可為0.3重量%以上。從使化合物Cpho
有效果地作用之觀點來看,於幾個態樣中,酸的濃度例如可未達5重量%,也可未達3重量%,亦可未達1.5重量%,亦可未達1.1重量%,亦可未達1.0重量%。上述酸的濃度係可較宜適用於酸之中強酸(尤其含氧酸)的濃度。又,此處所揭示的研磨用組成物,係研磨粒濃度25重量%中之酸的濃度較佳為滿足上述酸的濃度。研磨粒濃度25重量%中之酸的濃度,係可與研磨粒濃度25重量%中之化合物Cpho
的濃度同樣地算出。
於幾個態樣中,研磨用組成物中之化合物Cpho
的濃度w1[重量%]與酸(較佳為強酸)的濃度w2[重量%]之合計,即w1+w2,例如宜為0.1重量%以上,從以更高水準兼顧研磨效率與研磨後的表面品質之觀點來看,通常較佳為0.3重量%以上,亦可為0.5重量%以上,也可為0.7重量%以上。又,上述w1+w2例如宜為30重量%以下,從以更高水準兼顧研磨效率與研磨後的表面品質之觀點來看,通常較佳為25重量%以下,亦可為20重量%以下、15重量%以下或10重量%以下。此處所揭示的研磨用組成物係在上述w1+w2例如為5重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、1.5重量%以下或1.4重量%以下之態樣中,亦可較佳地實施。
於此處所揭示的研磨用組成物組合包含化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時,彼等之含量係可以化合物Cpho
之含量m1[莫耳/kg]與酸之含量m2[莫耳/kg]之關係滿足以下之式:
m1/(m1+m2)≧0.1;
的方式設定。即,以莫耳基準,於研磨用組成物每1kg所包含的化合物Cpho 與酸之合計量之中,10%以上較佳為化合物Cpho 。藉由如此地設定,有平衡良好地兼顧研磨效率與研磨後的良好表面品質之傾向。藉由m1/(m1+m2)為0.15以上或0.20以上之研磨用組成物,可實現更適宜的結果。m1/(m1+m2)典型上未達1,亦可未達0.95或未達0.90。
m1/(m1+m2)≧0.1;
的方式設定。即,以莫耳基準,於研磨用組成物每1kg所包含的化合物Cpho 與酸之合計量之中,10%以上較佳為化合物Cpho 。藉由如此地設定,有平衡良好地兼顧研磨效率與研磨後的良好表面品質之傾向。藉由m1/(m1+m2)為0.15以上或0.20以上之研磨用組成物,可實現更適宜的結果。m1/(m1+m2)典型上未達1,亦可未達0.95或未達0.90。
於此處所揭示的研磨用組成物組合包含屬於上述(C)的化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時,上述(C)的化合物Cpho
之含量m1C[莫耳/kg]係可以m1C/(m1C+m2)例如成為0.30以上之方式設定。從提高研磨後的表面品質之觀點來看,m1C/(m1C+m2)較佳為0.40以上,更佳為0.55以上,也可為0.70以上。m1C/(m1C+m2)典型上未達1,從研磨效率升高之觀點來看,也可未達0.95或未達0.90。
於此處所揭示的研磨用組成物組合包含屬於上述(A)的化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時,上述(A)的化合物Cpho
之含量m1A[莫耳/kg]係可以m1A/(m1A+m2)例如成為0.15以上之方式設定。從提高研磨後的表面品質之觀點來看,較佳將m1A/(m1A+m2)設為0.20以上。m1A/(m1A+m2)典型上未達1,從研磨效率升高之觀點來看,可未達0.90或未達0.80,也可未達0.70,亦可未達0.60。於幾個態樣中,m1A/(m1A+m2)可未達0.50,也可未達0.40,亦可未達0.30。
如此之上述(A)的化合物Cpho 之含量m1A與酸之含量m2之關係,亦可較宜適用於當此處所揭示的研磨用組成物組合包含屬於上述(B)的化合物Cpho 與酸(較佳為強酸)時之上述(B)的化合物Cpho 之含量m1B與酸之含量m2之關係,或當此處所揭示的研磨用組成物組合包含屬於上述(D)的化合物Cpho 與酸(較佳為強酸)時之上述(D)的化合物Cpho 之含量m1D與酸之含量m2之關係。
如此之上述(A)的化合物Cpho 之含量m1A與酸之含量m2之關係,亦可較宜適用於當此處所揭示的研磨用組成物組合包含屬於上述(B)的化合物Cpho 與酸(較佳為強酸)時之上述(B)的化合物Cpho 之含量m1B與酸之含量m2之關係,或當此處所揭示的研磨用組成物組合包含屬於上述(D)的化合物Cpho 與酸(較佳為強酸)時之上述(D)的化合物Cpho 之含量m1D與酸之含量m2之關係。
(其他成分)
此處所揭示的研磨用組成物係於不損害本發明的效果之範圍內,視需要可進一步含有螯合劑、增黏劑、分散劑、表面保護劑、潤濕劑、有機或無機的鹼、界面活性劑、防銹劑、防腐劑、防黴劑等之研磨用組成物(典型上為高硬度材料研磨用組成物,例如氮化鎵基板研磨用組成物)中可用之眾所周知的添加劑。
此處所揭示的研磨用組成物係於不損害本發明的效果之範圍內,視需要可進一步含有螯合劑、增黏劑、分散劑、表面保護劑、潤濕劑、有機或無機的鹼、界面活性劑、防銹劑、防腐劑、防黴劑等之研磨用組成物(典型上為高硬度材料研磨用組成物,例如氮化鎵基板研磨用組成物)中可用之眾所周知的添加劑。
<研磨用組成物之製造>
此處所揭示的研磨用組成物之製造方法係沒有特別的限定。例如,可使用翼式攪拌機、超音波分散機、均質機等周知的混合裝置,混合研磨用組成物所包含的各成分。混合此等成分之態樣係沒有特別的限定。例如,可一次混合全部成分,也可依適宜設定的順序進行混合。
此處所揭示的研磨用組成物之製造方法係沒有特別的限定。例如,可使用翼式攪拌機、超音波分散機、均質機等周知的混合裝置,混合研磨用組成物所包含的各成分。混合此等成分之態樣係沒有特別的限定。例如,可一次混合全部成分,也可依適宜設定的順序進行混合。
此處所揭示的研磨用組成物係可為一劑型,也可為以二劑型為首的多劑型。例如,可混合包含該研磨用組成物之構成成分(典型上為溶劑以外之成分)中一部分的成分之A液與包含剩餘的成分之B液,以使用於研磨對象物之研磨的方式構成。
此處所揭示的研磨用組成物亦可在供給至研磨對象物之前為經濃縮之形態(即,研磨液的濃縮液之形態)。如此經濃縮的形態之研磨用組成物,從製造、流通、保存等時的便利性或成本減低等之觀點來看為有利。濃縮倍率例如以體積換算可為1.2倍~5倍左右。
如此地濃縮液之形態的研磨用組成物,係可在所欲的時機進行稀釋而調製研磨液,以供給至研磨對象物之態樣使用該研磨液。上述稀釋典型上係可藉由在上述濃縮液中添加前述的溶劑,混合而進行。又,於上述溶劑為混合溶劑時,可僅添加該溶劑之構成成分中一部分的成分而稀釋,也可添加以與上述溶劑不同的量比含有彼等的構成成分之混合溶劑而稀釋。另外,如後述地於多劑型的研磨用組成物中,可在將彼等中一部分的劑稀釋後,混合其他劑而調製研磨液,也可在混合複數的劑後,稀釋其混合物而調製研磨液。
<研磨方法>
此處所揭示的研磨用組成物例如係藉由包含以下的操作之態樣,使用於研磨對象物之研磨。
即,準備包含此處所揭示的任一研磨用組成物之研磨液。為了準備上述研磨液,可包含稀釋研磨用組成物者。或者,亦可將上述研磨用組成物直接使用作為研磨液。又,於多劑型的研磨用組成物時,為了準備上述研磨液,可包含:混合彼等之劑者、於該混合之前稀釋1個或複數的劑者、於該混合之後稀釋其混合物者等。
接著,將該研磨液供給至研磨對象物表面,藉由常見方法進行研磨。例如,於一般的研磨裝置上設置研磨對象物,通過該研磨裝置的研磨墊,將上述研磨液供給至該研磨對象物之表面(研磨對象面)。典型上,一邊連續地供給上述研磨液,一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的表面,使兩者相對地移動(例如旋轉移動)。經過該拋光步驟,完成研磨對象物之研磨。
此處所揭示的研磨用組成物例如係藉由包含以下的操作之態樣,使用於研磨對象物之研磨。
即,準備包含此處所揭示的任一研磨用組成物之研磨液。為了準備上述研磨液,可包含稀釋研磨用組成物者。或者,亦可將上述研磨用組成物直接使用作為研磨液。又,於多劑型的研磨用組成物時,為了準備上述研磨液,可包含:混合彼等之劑者、於該混合之前稀釋1個或複數的劑者、於該混合之後稀釋其混合物者等。
接著,將該研磨液供給至研磨對象物表面,藉由常見方法進行研磨。例如,於一般的研磨裝置上設置研磨對象物,通過該研磨裝置的研磨墊,將上述研磨液供給至該研磨對象物之表面(研磨對象面)。典型上,一邊連續地供給上述研磨液,一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的表面,使兩者相對地移動(例如旋轉移動)。經過該拋光步驟,完成研磨對象物之研磨。
依照此說明書,提供將研磨對象材料予以研磨之研磨方法及使用該研磨方法的研磨物之製造方法。上述研磨方法係特徵為包含使用此處所揭示之研磨用組成物,研磨研磨對象物之步驟。較佳的一態樣之研磨方法包含進行預備拋光之步驟(預備研磨步驟)與進行完工拋光之步驟(完工研磨步驟)。此處所言的預備研磨步驟,就是對於研磨對象物,進行預備研磨之步驟。於典型的一態樣中,預備研磨步驟係配置在完工研磨步驟剛剛之前的研磨步驟。又,此處所言之完工研磨步驟,就是對於已進行預備研磨的研磨對象物,進行完工研磨之步驟,指於使用含有研磨粒的研磨用組成物進行的研磨步驟之中最後(即,在最下游側)配置的研磨步驟。如此地於包含預備研磨步驟與完工研磨步驟之研磨方法中,此處所揭示的研磨用組成物係可在預備研磨步驟中使用,亦可在完工研磨步驟中使用,也可在預備研磨步驟及完工研磨步驟這兩者中使用。
於較佳的一態樣中,使用上述研磨用組成物之研磨步驟係完工研磨步驟。此處所揭示的研磨用組成物係在研磨後,可實現表面粗糙度Ra小且凹坑的發生經抑制之高品質表面,故可特佳地使用作為研磨對象材料表面之完工研磨步驟中所用的研磨用組成物(完工研磨用組成物)。
(預備研磨用組成物)
將此處所揭示的研磨用組成物使用於完工研磨步驟時,於該完工研磨步驟之前所進行的預備研磨步驟,典型上使用含有研磨粒及水的預備研磨步驟用組成物進行。以下,有時將預備研磨步驟用組成物中所包含的研磨粒稱為預備研磨用研磨粒。
將此處所揭示的研磨用組成物使用於完工研磨步驟時,於該完工研磨步驟之前所進行的預備研磨步驟,典型上使用含有研磨粒及水的預備研磨步驟用組成物進行。以下,有時將預備研磨步驟用組成物中所包含的研磨粒稱為預備研磨用研磨粒。
預備研磨用研磨粒之材質或性質形狀係沒有特別的限制。作為可當作預備研磨用研磨粒使用的材料,例如可舉出由二氧化矽粒子、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、二氧化錳、氧化鋅、氧化鐵等之氧化物;氮化矽、氮化硼等之氮化物;碳化矽、碳化硼等之碳化物;鑽石;碳酸鈣或碳酸鋇等之碳酸鹽等之任一者所實質地構成之研磨粒。特佳為二氧化矽研磨粒、氧化鋁研磨粒。作為氧化鋁研磨粒,典型上使用α-氧化鋁。
再者,於本說明書中,關於研磨粒之組成,所謂的「實質上由X所成」或「實質上由X所構成」,就是指該研磨粒中所佔有的X之比例(X之純度)係以重量基準表示為90%以上(較佳為95%以上,更佳為97%以上,尤佳為98%以上,例如99%以上)。
預備研磨用研磨粒之平均二次粒徑通常20nm以上為適當,從研磨效率等之觀點來看,較佳為35nm以上,更佳為50nm以上,也可為60nm以上。又,從在完工研磨步驟中容易提高表面品質之觀點來看,預備研磨用研磨粒之平均二次粒徑通常2000nm以下為適當,可為1000nm以下、800nm以下或600nm以下,也可為300nm以下、200nm以下、150nm以下、100nm以下或80nm以下。藉由含有如此的預備研磨用研磨粒(例如二氧化矽研磨粒)之預備研磨用組成物,可以更短時間的完工研磨步驟實現高品質的表面。
預備研磨用組成物所包含的預備研磨用研磨粒係可為一種類,也可為材質、粒子形狀或粒子尺寸不同的二種類以上。從預備研磨用的分散安定性或預備研磨用組成物的品質安定性之觀點來看,於幾個態樣中,可使預備研磨用研磨粒之中,例如70重量%以上、較佳80重量%以上、更佳90重量%以上、尤佳95重量%以上、特佳99重量%以上成為一種類的二氧化矽研磨粒或氧化鋁研磨粒。可使用預備研磨用研磨粒為由一種類的二氧化矽研磨粒或一種類的氧化鋁研磨粒所成之預備研磨用組成物。藉由預備研磨用研磨粒為由一種類的二氧化矽研磨粒(例如膠體二氧化矽)所成之預備研磨用組成物,可抑制預備研磨步驟中之面的皸裂,於完工研磨步驟中可更高效率地實現高品質的表面。
預備研磨用研磨粒的濃度係沒有特別的限定,例如可設為0.1重量%以上、0.5重量%或1重量%以上。又,預備研磨用研磨粒的濃度係可設為50重量%以下、40重量%以下、35重量%以下或30重量%以下。於幾個態樣中,預備研磨用研磨粒的濃度例如可為5重量%以上,也可為12重量%以上,亦可為17重量%以上,亦可為22重量%以上。隨著預備研磨用研磨粒的濃度變高,有研磨效率升高之傾向。上述濃度例如可較宜適用於預備研磨用研磨粒為由二氧化矽研磨粒所成或預備研磨用研磨粒的70重量%以上為由二氧化矽研磨粒所成之態樣。
預備研磨用組成物可包含上述任一酸之一種或二種以上作為任意成分。藉由使用酸,可調節預備研磨用組成物之pH。例如,藉由使用酸而使預備研磨用組成物之pH成為未達2.0、未達1.5或未達1.0,可容易得到高的研磨效率。作為酸,較佳為強酸,具體而言較佳為pKa未達1者,更佳為pKa未達0.5者,尤佳為pKa未達0者。又,作為強酸,較佳為含氧酸。作為預備研磨用組成物可用的強酸之合適例,可舉出鹽酸、硫酸及硝酸。又,預備研磨用組成物中之酸的濃度係可從上述酸的濃度中適宜選擇。
預備研磨用組成物可包含一種或二種以上的氧化劑作為任意成分。氧化劑可有助於預備研磨步驟中的研磨效率升高或表面粗糙度減低。
作為預備研磨用組成物中使用的氧化劑之具體例,可舉出過氧化氫;硝酸化合物類,例如硝酸鐵、硝酸銀、硝酸鋁等之硝酸鹽,或硝酸鈰銨等之硝酸錯合物;過硫酸化合物類,例如過硫酸鈉、過硫酸鉀等之過硫酸金屬鹽或如過硫酸銨之過硫酸鹽;氯酸化合物類或過氯酸化合物類,例如過氯酸鉀等之過氯酸鹽或氯酸鹽;溴酸化合物,例如溴酸鉀等之溴酸鹽;碘酸化合物類,例如碘酸銨等之碘酸鹽;過碘酸化合物類,例如過碘酸鈉等之過碘酸鹽;二氯異三聚氰酸鈉、二氯異三聚氰酸鉀等之二氯異三聚氰酸鹽;鐵酸化合物類,例如鐵酸鉀等之鐵酸鹽;過錳酸化合物類,例如過錳酸鈉、過錳酸鉀等之過錳酸鹽;鉻酸化合物類,例如鉻酸鉀、二鉻酸鉀等之鉻酸鹽;釩酸化合物類,例如偏釩酸銨、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀等之偏釩酸鹽;過釕酸鹽等之過釕酸化合物類;鉬酸化合物類,例如鉬酸銨、鉬酸二鈉等之鉬酸鹽;過錸酸鹽等之過錸酸化合物類;鎢酸化合物類,例如鎢酸二鈉等之鎢酸鹽。此等係可單獨1種或適當組合2種以上而使用。
作為預備研磨用組成物中使用的氧化劑之具體例,可舉出過氧化氫;硝酸化合物類,例如硝酸鐵、硝酸銀、硝酸鋁等之硝酸鹽,或硝酸鈰銨等之硝酸錯合物;過硫酸化合物類,例如過硫酸鈉、過硫酸鉀等之過硫酸金屬鹽或如過硫酸銨之過硫酸鹽;氯酸化合物類或過氯酸化合物類,例如過氯酸鉀等之過氯酸鹽或氯酸鹽;溴酸化合物,例如溴酸鉀等之溴酸鹽;碘酸化合物類,例如碘酸銨等之碘酸鹽;過碘酸化合物類,例如過碘酸鈉等之過碘酸鹽;二氯異三聚氰酸鈉、二氯異三聚氰酸鉀等之二氯異三聚氰酸鹽;鐵酸化合物類,例如鐵酸鉀等之鐵酸鹽;過錳酸化合物類,例如過錳酸鈉、過錳酸鉀等之過錳酸鹽;鉻酸化合物類,例如鉻酸鉀、二鉻酸鉀等之鉻酸鹽;釩酸化合物類,例如偏釩酸銨、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀等之偏釩酸鹽;過釕酸鹽等之過釕酸化合物類;鉬酸化合物類,例如鉬酸銨、鉬酸二鈉等之鉬酸鹽;過錸酸鹽等之過錸酸化合物類;鎢酸化合物類,例如鎢酸二鈉等之鎢酸鹽。此等係可單獨1種或適當組合2種以上而使用。
於幾個態樣中,預備研磨用組成物包含複合金屬氧化物作為氧化劑。作為上述複合金屬氧化物,可舉出硝酸金屬鹽、鐵酸化合物類、過錳酸化合物類、鉻酸化合物類、釩酸化合物類、釕酸化合物類、鉬酸化合物類、錸酸化合物類、鎢酸化合物類。更佳為過錳酸化合物類、釩酸化合物類、鐵酸化合物類、鉻酸化合物類,尤佳為過錳酸化合物類、釩酸化合物類。
於預備研磨用組成物包含上述複合金屬氧化物作為氧化劑時,該預備研磨用組成物可進一步包含複合金屬氧化物以外的氧化劑,也可不含。此處所揭示的技術係可以預備研磨用組成物實質上不含上述複合金屬氧化物以外的氧化劑(例如,過氧化氫或過硫酸鹽)作為氧化劑之態樣而較佳地實施。或者,預備研磨用組成物係除了上述複合金屬氧化物之外,還可包含其他的氧化劑,例如過氧化氫或過硫酸鹽。
於預備研磨用組成物包含氧化劑之態樣中,該氧化劑的濃度係沒有特別的限定。氧化劑的濃度通常0.01重量%以上為適當,可為0.05重量%以上,也可為0.1重量%以上、0.5重量%以上或1.0重量%以上。又,氧化劑的濃度通常5.0重量%以下為適當,可為3.0重量%以下,也可為2.5重量%以下、1.5重量%以下、1.0重量%以下、0.5重量%以下或0.3重量%以下。
預備研磨用組成物之pH係沒有特別的限定,例如可從0.5~12左右之範圍中選擇。預備研磨用組成物之pH係可考慮該預備研磨用組成物所包含的其他成分之組成等而選擇。
於幾個態樣中,預備研磨用組成物可為pH未達7.0之酸性。預備研磨用組成物之pH可未達5.0,也可未達3.0,亦可未達2.5。特別地,預備研磨用組成物之pH較佳未達2.0、未達1.5或未達1.2。藉由使用更低的pH之預備研磨用組成物,有研磨效率升高之傾向。於如此的強酸性預備研磨用組成物之研磨後,藉由使用此處所揭示的研磨用組成物進行完工研磨,可高效率地得到高品級的表面。
於預備研磨用組成物之pH未達5.0時,該預備研磨用組成物可含有氧化劑,也可不含氧化劑。例如,可較宜使用pH未達2.0且至少不含過氧化氫的預備研磨用組成物。於pH未達5.0的預備研磨用組成物中含有氧化劑時,作為該氧化劑,例如可使用過硫酸金屬鹽。預備研磨用組成物係pH未達5.0或pH未達3.0,可為含有過硫酸金屬鹽且不含過氧化氫之組成。
於預備研磨用組成物之pH未達5.0時,該預備研磨用組成物可含有氧化劑,也可不含氧化劑。例如,可較宜使用pH未達2.0且至少不含過氧化氫的預備研磨用組成物。於pH未達5.0的預備研磨用組成物中含有氧化劑時,作為該氧化劑,例如可使用過硫酸金屬鹽。預備研磨用組成物係pH未達5.0或pH未達3.0,可為含有過硫酸金屬鹽且不含過氧化氫之組成。
又,於幾個態樣中,預備研磨用組成物之pH例如可為5.0以上,也可為5.5以上,亦可為6.0以上。又,預備研磨用組成物之pH例如可為10以下,也可為8.0以下。於如此地具有弱酸性至弱鹼性的液性之預備研磨用組成物中,具有操作性良好之優點。於具有上述液性的預備研磨用組成物中,較佳為含有氧化劑。於藉由弱酸性至弱鹼性之含有氧化劑的組成之預備研磨用組成物之研磨後,藉由使用此處所揭示的研磨用組成物進行完工研磨,可高效率地得到高品級的表面。
於預備研磨用組成物之pH為5.0以上時,該預備研磨用組成物可含有酸,也可不含。例如,可較宜使用pH為5.5以上且至少不含強酸的預備研磨用組成物。
於預備研磨用組成物之pH為5.0以上時,該預備研磨用組成物可含有酸,也可不含。例如,可較宜使用pH為5.5以上且至少不含強酸的預備研磨用組成物。
於預備研磨用組成物中,可含有上述的化合物Cpho
作為任意成分。預備研磨用組成物中之化合物Cpho
的濃度wp[重量%]與完工研磨用組成物中之化合物Cpho
的濃度w1[重量%]之相對關係為沒有特別的限定。例如可wp<w1,也可wp>w1,亦可wp與w1為相同程度。從高效率地得高品質的表面之觀點來看,於預備研磨用組成物中含有化合物Cpho
時,較佳為以成為wp<w1之方式設定其濃度。wp例如可為w1之3/4以下,也可為2/3以下,亦可為1/2以下,亦可為1/5以下,亦可為1/10以下。較佳的一態樣之預備研磨用組成物係不含化合物Cpho
。此處,wp為零。
預備研磨及完工研磨亦可適用於單面研磨裝置的研磨、兩面研磨裝置的研磨之任一者。於單面研磨裝置中,在陶瓷板上以蠟貼附研磨對象物,或使用被稱為載體的保持具來保持研磨對象物,藉由一邊供給研磨用組成物一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的單面,使兩者相對地移動(例如旋轉移動),而將研磨對象物的單面予以研磨。於兩面研磨裝置中,使用被稱為載體的保持具來保持研磨對象物,一邊從上方來供給研磨用組成物,一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的對向面,藉由使彼等在相對方向中旋轉,而同時地研磨研磨對象物之兩面。
預備研磨步驟及完工研磨步驟各自中之研磨使用的研磨墊係沒有特別的限定。例如,可使用硬度高者、硬度低者、包含研磨粒者、不含研磨粒者等之任一者。較佳為至少在第二研磨步驟中使用不含研磨粒的研磨墊。例如,較佳為在第一、第二研磨步驟之任一者中,亦使用不含研磨粒的研磨墊。
此處,硬度高者為AskerC硬度高於80之研磨墊,硬度低者為AskerC硬度是80以下之研磨墊。硬度高的研磨墊例如為硬質發泡聚胺基甲酯型或不織布型的研磨墊。硬度低的研磨墊宜至少推壓至研磨對象物之側為由軟質發泡聚胺基甲酯等軟質發泡樹脂所構成之研磨墊,例如麂皮型的研磨墊。麂皮型的研磨墊,典型上推壓至研磨對象物之側為由軟質發泡聚胺基甲酯所構成。AskerC硬度係可使用Asker公司製的ASKER橡膠硬度計C型進行測定。此處所揭示的研磨用組成物之研磨例如,係可使用麂皮型的研磨墊而較佳地實施。特別地,較佳為在完工研磨步驟中使用麂皮型的研磨墊。
此處,硬度高者為AskerC硬度高於80之研磨墊,硬度低者為AskerC硬度是80以下之研磨墊。硬度高的研磨墊例如為硬質發泡聚胺基甲酯型或不織布型的研磨墊。硬度低的研磨墊宜至少推壓至研磨對象物之側為由軟質發泡聚胺基甲酯等軟質發泡樹脂所構成之研磨墊,例如麂皮型的研磨墊。麂皮型的研磨墊,典型上推壓至研磨對象物之側為由軟質發泡聚胺基甲酯所構成。AskerC硬度係可使用Asker公司製的ASKER橡膠硬度計C型進行測定。此處所揭示的研磨用組成物之研磨例如,係可使用麂皮型的研磨墊而較佳地實施。特別地,較佳為在完工研磨步驟中使用麂皮型的研磨墊。
經由此處所揭示的方法所研磨之研磨物,係典型上在研磨後被洗淨。該洗淨係可使用適當的洗淨液進行。所使用的洗淨液係沒有特別的限定,可適宜選擇眾所周知慣用者而使用。
還有,此處所揭示的研磨方法係除了上述預備研磨步驟及完工研磨步驟之外,還可包含任意的其他步驟。作為如此的步驟,可舉出在預備研磨步驟之前進行的精磨步驟。上述精磨步驟例如係藉由將研磨壓盤(例如鑄鐵壓盤)之表面推壓至研磨對象物,而進行研磨對象物的研磨之步驟。因此,於精磨步驟中不使用研磨墊。精磨步驟典型上係將研磨粒(典型上為鑽石研磨粒)供給至研磨壓盤與研磨對象物之間而進行。又,此處所揭示的研磨方法係可在預備研磨步驟之前,或在預備研磨步驟與完工研磨步驟之間,包含追加的步驟(洗淨步驟或研磨步驟)。
<研磨物之製造方法>
於此處所揭示的技術中,可包括提供:包含使用上述研磨用組成物的研磨步驟之研磨物之製造方法(例如,氮化鎵基板或氧化鎵板之製造方法)及藉由該方法所製造之研磨物。即,依照此處所揭示的技術,提供研磨物之製造方法及藉由該方法所製造之研磨物,該製造方法包含對於由研磨對象材料所構成的研磨對象物,供給此處所揭示之任一研磨用組成物,研磨該研磨對象物。上述製造方法係可藉由適宜地應用此處所揭示的任一研磨方法之內容而實施。依照上述製造方法,可有效率地提供具有高品質的表面之研磨物(例如,氮化鎵基板、氧化鎵基板等)。
於此處所揭示的技術中,可包括提供:包含使用上述研磨用組成物的研磨步驟之研磨物之製造方法(例如,氮化鎵基板或氧化鎵板之製造方法)及藉由該方法所製造之研磨物。即,依照此處所揭示的技術,提供研磨物之製造方法及藉由該方法所製造之研磨物,該製造方法包含對於由研磨對象材料所構成的研磨對象物,供給此處所揭示之任一研磨用組成物,研磨該研磨對象物。上述製造方法係可藉由適宜地應用此處所揭示的任一研磨方法之內容而實施。依照上述製造方法,可有效率地提供具有高品質的表面之研磨物(例如,氮化鎵基板、氧化鎵基板等)。
<研磨方法>
此處所揭示的研磨方法典型上係適用於鎵化合物系半導體基板(以下,亦僅稱「基板」)之拋光步驟。對於上述基板,在上述第一研磨步驟之前,可施予研削(grinding)或精磨等之在比拋光步驟更上游的步驟中可適用於鎵化合物系半導體基板的一般處理。
此處所揭示的研磨方法典型上係適用於鎵化合物系半導體基板(以下,亦僅稱「基板」)之拋光步驟。對於上述基板,在上述第一研磨步驟之前,可施予研削(grinding)或精磨等之在比拋光步驟更上游的步驟中可適用於鎵化合物系半導體基板的一般處理。
以下,對於此處所揭示的研磨方法所使用之漿料,依第二研磨步驟所用的漿料S2、第一研磨步驟所用的漿料S1之順序進行說明。
<漿料S2>
此處所揭示的技術中之漿料S2包含研磨粒A2、水與化合物Cpho 。作為漿料S2,可較宜使用與上述之研磨用組成物同樣者。
此處所揭示的技術中之漿料S2包含研磨粒A2、水與化合物Cpho 。作為漿料S2,可較宜使用與上述之研磨用組成物同樣者。
(研磨粒A2)
此處所揭示的技術中之漿料S2包含研磨粒A2。作為研磨粒A2,可較宜使用與上述研磨用組成物所包含的研磨粒同樣者。漿料S2中之研磨粒A2的濃度係沒有特別的限定,但可為與上述研磨用組成物中之研磨粒的濃度同樣的濃度。
此處所揭示的技術中之漿料S2包含研磨粒A2。作為研磨粒A2,可較宜使用與上述研磨用組成物所包含的研磨粒同樣者。漿料S2中之研磨粒A2的濃度係沒有特別的限定,但可為與上述研磨用組成物中之研磨粒的濃度同樣的濃度。
(水)
漿料S2包含水作為必要成分。作為漿料S2所包含的水,可較宜使用與上述研磨用組成物所包含的水同樣者。
漿料S2包含水作為必要成分。作為漿料S2所包含的水,可較宜使用與上述研磨用組成物所包含的水同樣者。
(化合物Cpho
)
此處所揭示的技術中之漿料S2係含有具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho 作為必要成分。於含有研磨粒A2的漿料S2中,藉由含有化合物Cpho ,而在使用該漿料S2之研磨中,可抑制研磨對象物表面的皸裂,改善研磨後的表面品質。藉此,可有效果地實現表面粗糙度Ra小的表面。又,化合物Cpho 可有助於抑制研磨對象物表面的凹坑之發生。化合物Cpho 係可單獨一種或組合二種以上而使用。作為漿料S2所包含的化合物Cpho ,可較宜使用與上述研磨用組成物所包含的化合物Cpho 同樣者。漿料S2中之化合物Cpho 的濃度[重量%]係沒有特別的限定,但可為與上述研磨用組成物中之化合物Cpho 的濃度同樣的濃度。
此處所揭示的技術中之漿料S2係含有具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho 作為必要成分。於含有研磨粒A2的漿料S2中,藉由含有化合物Cpho ,而在使用該漿料S2之研磨中,可抑制研磨對象物表面的皸裂,改善研磨後的表面品質。藉此,可有效果地實現表面粗糙度Ra小的表面。又,化合物Cpho 可有助於抑制研磨對象物表面的凹坑之發生。化合物Cpho 係可單獨一種或組合二種以上而使用。作為漿料S2所包含的化合物Cpho ,可較宜使用與上述研磨用組成物所包含的化合物Cpho 同樣者。漿料S2中之化合物Cpho 的濃度[重量%]係沒有特別的限定,但可為與上述研磨用組成物中之化合物Cpho 的濃度同樣的濃度。
(氧化劑)
此處所揭示的技術中之漿料S2,從更良好地發揮化合物Cpho 所致的表面品質提高效果之觀點來看,較佳為不含氧化劑,或氧化劑的濃度為特定以下。漿料S2中之氧化劑的濃度較佳未達0.1重量%,更佳未達0.05重量%,尤佳未達0.02重量%,特佳未達0.01重量%。於漿料S2含有氧化劑時,該氧化劑係可從與後述漿料S1所可用的氧化劑同樣者中選擇。於漿料S1、S2皆含有氧化劑之態樣中,漿料S1所含有的氧化劑與漿料S2所含有的氧化劑可相同,也可相異。
此處所揭示的技術中之漿料S2,從更良好地發揮化合物Cpho 所致的表面品質提高效果之觀點來看,較佳為不含氧化劑,或氧化劑的濃度為特定以下。漿料S2中之氧化劑的濃度較佳未達0.1重量%,更佳未達0.05重量%,尤佳未達0.02重量%,特佳未達0.01重量%。於漿料S2含有氧化劑時,該氧化劑係可從與後述漿料S1所可用的氧化劑同樣者中選擇。於漿料S1、S2皆含有氧化劑之態樣中,漿料S1所含有的氧化劑與漿料S2所含有的氧化劑可相同,也可相異。
此處所揭示的技術係可使用不含氧化劑的漿料S2而較佳地實施。藉由如此組成之漿料S2,有特別良好地發揮化合物Cpho
的表面品質提高效果之傾向。因此,可有效果地實現表面粗糙度Ra低且凹坑的發生經抑制之表面。於氧化劑之中,特佳為使用不含過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨、二氯異三聚氰酸鈉之任一者的漿料S2。此處,於本說明書中,所謂研磨用組成物(漿料)不含氧化劑者,就是指至少不故意地摻合氧化劑,可容許來自原料或製法等不可避免地含有微量的氧化劑者。所謂的上述微量,就是指研磨用組成物中之氧化劑的莫耳濃度為0.0005莫耳/升以下(較佳為0.0001莫耳/升以下,更佳為0.00001莫耳/升以下,特佳為0.000001莫耳/升以下)。氧化劑之含量較佳為零或檢測極限以下。
(pH)
漿料S2之pH可設為與上述研磨用組成物之pH相同程度之範圍。
漿料S2之pH可設為與上述研磨用組成物之pH相同程度之範圍。
(酸)
漿料S2係除了必要成分的研磨粒、水及化合物Cpho 之外,視需要還可包含一種或二種以上的酸作為以pH調整等為目的而使用的任意成分。符合化合物Cpho 之酸,即磷酸、亞磷酸、膦酸,係不包含於此處所言的酸之例中。作為漿料S2可包含的酸,可較宜使用與上述研磨用組成物所可包含的酸同樣者。酸的濃度係沒有特別的限定,但可設為與上述研磨用組成物所可包含的酸同樣的濃度。
漿料S2係除了必要成分的研磨粒、水及化合物Cpho 之外,視需要還可包含一種或二種以上的酸作為以pH調整等為目的而使用的任意成分。符合化合物Cpho 之酸,即磷酸、亞磷酸、膦酸,係不包含於此處所言的酸之例中。作為漿料S2可包含的酸,可較宜使用與上述研磨用組成物所可包含的酸同樣者。酸的濃度係沒有特別的限定,但可設為與上述研磨用組成物所可包含的酸同樣的濃度。
於幾個態樣中,漿料S2中之化合物Cpho
的濃度w1[重量%]與酸(較佳為強酸)的濃度w2[重量%]之合計,係可設為與上述研磨用組成物中之化合物Cpho
的濃度w1[重量%]與酸(較佳為強酸)的濃度w2[重量%]之合計同樣之範圍。
於漿料S2組合包含化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時,化合物Cpho
之含量m1[莫耳/kg]與酸之含量m2[莫耳/kg]之關係,可與上述研磨用組成物中之化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)之含量同樣地設定。於漿料S2組合包含屬於上述(C)的化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時,上述(C)的化合物Cpho
之含量m1C[莫耳/kg]係可與上述研磨用組成物中之上述(C)的化合物Cpho
之含量m1C同樣。
於漿料S2組合包含屬於上述(A)的化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時,上述(A)的化合物Cpho
之含量m1A[莫耳/kg]係可與上述研磨用組成物中之上述(A)的化合物Cpho
之含量m1A同樣。如此之上述(A)的化合物Cpho
之含量m1A與酸之含量m2之關係,亦可較佳地適用於當漿料S2組合包含屬於上述(B)的化合物Cpho
與酸(較佳為強酸)時之上述(B)的化合物Cpho
之含量m1B與酸之含量m2之關係,或當漿料S2組合包含屬於上述(D)的化合物Cpho
與(較佳為強酸)時之上述(D)的化合物Cpho
之含量m1D與酸之含量m2之關係。
(其他成分)
漿料S2係於不損害本發明的效果之範圍內,視需要可進一步含有螯合劑、增黏劑、分散劑、表面保護劑、潤濕劑、有機或無機的鹼、界面活性劑、防銹劑、防腐劑、防黴劑等之研磨用組成物(典型上為高硬度材料研磨用組成物,例如氮化鎵基板研磨用組成物)中可用之眾所周知的添加劑。
漿料S2係於不損害本發明的效果之範圍內,視需要可進一步含有螯合劑、增黏劑、分散劑、表面保護劑、潤濕劑、有機或無機的鹼、界面活性劑、防銹劑、防腐劑、防黴劑等之研磨用組成物(典型上為高硬度材料研磨用組成物,例如氮化鎵基板研磨用組成物)中可用之眾所周知的添加劑。
(漿料S2之製造方法)
漿料S2之製造方法係沒有特別的限定。例如,可使用翼式攪拌機、超音波分散機、均質機等周知的混合裝置,混合漿料S2所包含的各成分。混合此等成分之態樣係沒有特別的限定。例如,可一次混合全部成分,也可依適宜設定的順序進行混合。關於漿料S1,亦同樣。
漿料S2之製造方法係沒有特別的限定。例如,可使用翼式攪拌機、超音波分散機、均質機等周知的混合裝置,混合漿料S2所包含的各成分。混合此等成分之態樣係沒有特別的限定。例如,可一次混合全部成分,也可依適宜設定的順序進行混合。關於漿料S1,亦同樣。
漿料S2亦可在供給至研磨對象物之前為經濃縮之形態(即,研磨液的濃縮液之形態)。如此經濃縮的形態之研磨用組成物,從製造、流通、保存等時的便利性或成本減低等之觀點來看為有利。濃縮倍率例如以體積換算可為1.2倍~5倍左右。濃縮液之形態的研磨用組成物,係可在所欲的時機進行稀釋而調製研磨液,以供給至研磨對象物之態樣使用該研磨液。上述稀釋典型上係可藉由在上述濃縮液中添加前述的溶劑,混合而進行。又,於上述溶劑為混合溶劑時,可僅添加該溶劑之構成成分中一部分的成分而稀釋,也可添加以與上述溶劑不同的量比含有彼等的構成成分之混合溶劑而稀釋。於多劑型之研磨用組成物中,可在將彼等中一部分的劑稀釋後,混合其他劑而調製研磨液,也可在混合複數的劑後,稀釋其混合物而調製研磨液。關於漿料S1,亦同樣。
<漿料S1>
第一研磨步驟所用的漿料S1包含研磨粒A1與水。於漿料S1中,可較宜使用與預備研磨用組成物同樣者。作為水,可較宜使用與漿料S2同樣者。
第一研磨步驟所用的漿料S1包含研磨粒A1與水。於漿料S1中,可較宜使用與預備研磨用組成物同樣者。作為水,可較宜使用與漿料S2同樣者。
(研磨粒A1)
研磨粒A1之材質或性質形狀係沒有特別的限制。作為可當作研磨粒A1使用的材料,例如可舉出由二氧化矽粒子、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、二氧化錳、氧化鋅、氧化鐵等之氧化物;氮化矽、氮化硼等之氮化物;碳化矽、碳化硼等之碳化物;鑽石;碳酸鈣或碳酸鋇等之碳酸鹽等任一者所實質地構成之研磨粒。其中,由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯、二氧化錳、氧化鐵等之氧化物所實質地構成之研磨粒,由於能形成良好的表面而較宜。從容易兼顧高的研磨效率與第二研磨步驟後的高表面品質之觀點來看,更佳為二氧化矽研磨粒、氧化鋁研磨粒、氧化鋯研磨粒,特佳為二氧化矽研磨粒、氧化鋁研磨粒。
研磨粒A1之材質或性質形狀係沒有特別的限制。作為可當作研磨粒A1使用的材料,例如可舉出由二氧化矽粒子、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、二氧化錳、氧化鋅、氧化鐵等之氧化物;氮化矽、氮化硼等之氮化物;碳化矽、碳化硼等之碳化物;鑽石;碳酸鈣或碳酸鋇等之碳酸鹽等任一者所實質地構成之研磨粒。其中,由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯、二氧化錳、氧化鐵等之氧化物所實質地構成之研磨粒,由於能形成良好的表面而較宜。從容易兼顧高的研磨效率與第二研磨步驟後的高表面品質之觀點來看,更佳為二氧化矽研磨粒、氧化鋁研磨粒、氧化鋯研磨粒,特佳為二氧化矽研磨粒、氧化鋁研磨粒。
用於研磨粒A1的二氧化矽研磨粒,係可從漿料S2可使用的作為二氧化矽研磨粒所上述例示之材料中適宜選擇。作為研磨粒A1使用的二氧化矽研磨粒與作為研磨粒A2使用的二氧化矽研磨粒,係可粒徑或形狀相同,也可粒徑及形狀之一者或兩者互相不同。
用於研磨粒A1的氧化鋁研磨粒,係可從眾所周知的各種氧化鋁粒子之中適宜選擇而使用。於如此之眾所周知的氧化鋁粒子之例中,包含α-氧化鋁及中間氧化鋁。此處所謂的中間氧化鋁,就是α-氧化鋁以外的氧化鋁粒子之總稱,具體而言可例示γ-氧化鋁、δ-氧化鋁、θ-氧化鋁、η-氧化鋁、κ-氧化鋁、χ-氧化鋁等。又,根據製法的分類,亦可使用被稱為發煙(fumed)氧化鋁的氧化鋁(典型上為在高溫燒成氧化鋁鹽之際所生產的氧化鋁微粒子)。再者,被稱為膠體氧化鋁或氧化鋁溶膠的氧化鋁(例如水鋁石等之氧化鋁水合物)係亦包含於上述眾所周知的氧化鋁粒子之例中。從研磨效率之觀點來看,特佳為α-氧化鋁。
漿料S1所包含的研磨粒A1之平均二次粒徑通常為20nm以上,從研磨效率等之觀點來看,較佳為35nm以上,更佳為50nm以上,可為60nm以上。又,從在第二研磨步驟中容易提高表面品質之觀點來看,研磨粒A1之平均二次粒徑通常2000nm以下為適當,較佳為1000nm以下,可為800nm以下,也可為600nm以下。
於幾個態樣中,研磨粒A1之平均二次粒徑較佳為100nm以上,更佳為200nm以上,可為300nm以上或400nm以上。藉由具有如此的平均二次粒徑之研磨粒A1(例如氧化鋁研磨粒),可在第一研磨步驟中容易得到高的研磨效率。
又,於幾個態樣中,研磨粒A1之平均二次粒徑較佳為300nm以下,更佳為200nm以下,可為150nm以下、100nm以下或80nm以下。藉由具有如此的平均二次粒徑之研磨粒A1(例如二氧化矽研磨粒),可以更短時間的第二研磨步驟實現高品質的表面。
於幾個態樣中,研磨粒A1之平均二次粒徑較佳為100nm以上,更佳為200nm以上,可為300nm以上或400nm以上。藉由具有如此的平均二次粒徑之研磨粒A1(例如氧化鋁研磨粒),可在第一研磨步驟中容易得到高的研磨效率。
又,於幾個態樣中,研磨粒A1之平均二次粒徑較佳為300nm以下,更佳為200nm以下,可為150nm以下、100nm以下或80nm以下。藉由具有如此的平均二次粒徑之研磨粒A1(例如二氧化矽研磨粒),可以更短時間的第二研磨步驟實現高品質的表面。
作為漿料S1所包含的研磨粒A1,可較宜使用與上述預備研磨用組成物所包含的研磨粒同樣者。漿料S1中之研磨粒A1的濃度係沒有特別的限定,可與上述預備研磨用組成物中之研磨粒的濃度同樣。
於其他的幾個態樣中,從經濟性等之觀點來看,漿料S1中之研磨粒A1的濃度例如可為20重量%以下,也可為15重量%以下,亦可為10重量%以下,亦可為5重量%以下。上述濃度例如可較宜適用於研磨粒A1為由比二氧化矽研磨粒更高硬度的研磨粒所成之態樣,或研磨粒A1的70重量%以上為由上述高硬度的研磨粒所成之態樣。作為上述高硬度的研磨粒之例,可舉出氧化鋁研磨粒、氧化鋯研磨粒等。
(酸)
漿料S1係可包含一種或二種以上的酸作為任意成分。藉由使用酸,可調節漿料S1之pH。例如,藉由使用酸而使漿料S1之pH成為未達2.0、未達1.5或未達1.0,可容易得到高的研磨效率。
用於漿料S1的酸係可從上述研磨用組成物(或漿料S2)可使用之作為酸所上述例示的材料中適宜選擇。酸的濃度係可從與上述研磨用組成物(或漿料S2)中之酸的濃度相同程度之範圍中適宜選擇。
漿料S1係可包含一種或二種以上的酸作為任意成分。藉由使用酸,可調節漿料S1之pH。例如,藉由使用酸而使漿料S1之pH成為未達2.0、未達1.5或未達1.0,可容易得到高的研磨效率。
用於漿料S1的酸係可從上述研磨用組成物(或漿料S2)可使用之作為酸所上述例示的材料中適宜選擇。酸的濃度係可從與上述研磨用組成物(或漿料S2)中之酸的濃度相同程度之範圍中適宜選擇。
(氧化劑)
漿料S1可包含一種或二種以上的氧化劑作為任意成分。藉由在漿料S1中含有氧化劑,可使該漿料S1有效果地作用於研磨對象物的表面。因此,在漿料S1中含有氧化劑者,係可有助於研磨效率升高或表面粗糙度減低。
作為用於漿料S1的氧化劑之具體例,可舉出過氧化氫;硝酸化合物類,例如硝酸鐵、硝酸銀、硝酸鋁等之硝酸鹽,或硝酸鈰銨等之硝酸錯合物;過硫酸化合物類,例如過硫酸鈉、過硫酸鉀等之過硫酸金屬鹽或如過硫酸銨之過硫酸鹽;氯酸化合物類或過氯酸化合物類,例如過氯酸鉀等之過氯酸鹽或氯酸鹽;溴酸化合物,例如溴酸鉀等之溴酸鹽;碘酸化合物類,例如碘酸銨等之碘酸鹽;過碘酸化合物類,例如過碘酸鈉等之過碘酸鹽;二氯異三聚氰酸鈉、二氯異三聚氰酸鉀等之二氯異三聚氰酸鹽;鐵酸化合物類、例如鐵酸鉀等之鐵酸鹽;過錳酸化合物類,例如過錳酸鈉、過錳酸鉀等之過錳酸鹽;鉻酸化合物類,例如鉻酸鉀、二鉻酸鉀等之鉻酸鹽;釩酸化合物類,例如偏釩酸銨、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀等之偏釩酸鹽;過釕酸鹽等之過釕酸化合物類;鉬酸化合物類,例如鉬酸銨、鉬酸二鈉等之鉬酸鹽;過錸酸鹽等之過錸酸化合物類;鎢酸化合物類,例如鎢酸二鈉等之鎢酸鹽。此等係可單獨1種或適當組合2種以上而使用。
漿料S1可包含一種或二種以上的氧化劑作為任意成分。藉由在漿料S1中含有氧化劑,可使該漿料S1有效果地作用於研磨對象物的表面。因此,在漿料S1中含有氧化劑者,係可有助於研磨效率升高或表面粗糙度減低。
作為用於漿料S1的氧化劑之具體例,可舉出過氧化氫;硝酸化合物類,例如硝酸鐵、硝酸銀、硝酸鋁等之硝酸鹽,或硝酸鈰銨等之硝酸錯合物;過硫酸化合物類,例如過硫酸鈉、過硫酸鉀等之過硫酸金屬鹽或如過硫酸銨之過硫酸鹽;氯酸化合物類或過氯酸化合物類,例如過氯酸鉀等之過氯酸鹽或氯酸鹽;溴酸化合物,例如溴酸鉀等之溴酸鹽;碘酸化合物類,例如碘酸銨等之碘酸鹽;過碘酸化合物類,例如過碘酸鈉等之過碘酸鹽;二氯異三聚氰酸鈉、二氯異三聚氰酸鉀等之二氯異三聚氰酸鹽;鐵酸化合物類、例如鐵酸鉀等之鐵酸鹽;過錳酸化合物類,例如過錳酸鈉、過錳酸鉀等之過錳酸鹽;鉻酸化合物類,例如鉻酸鉀、二鉻酸鉀等之鉻酸鹽;釩酸化合物類,例如偏釩酸銨、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀等之偏釩酸鹽;過釕酸鹽等之過釕酸化合物類;鉬酸化合物類,例如鉬酸銨、鉬酸二鈉等之鉬酸鹽;過錸酸鹽等之過錸酸化合物類;鎢酸化合物類,例如鎢酸二鈉等之鎢酸鹽。此等係可單獨1種或適當組合2種以上而使用。
於此處所揭示的技術之幾個態樣中,漿料S1包含複合金屬氧化物作為氧化劑。作為上述複合金屬氧化物,可舉出硝酸金屬鹽、鐵酸化合物類、過錳酸化合物類、鉻酸化合物類、釩酸化合物類、釕酸化合物類、鉬酸化合物類、錸酸化合物類、鎢酸化合物類。更佳為過錳酸化合物類、釩酸化合物類、鐵酸化合物類、鉻酸化合物類,尤佳為過錳酸化合物類、釩酸化合物類。
於幾個較佳的態樣中,漿料S1使用具有1價或2價的金屬元素(惟過渡金屬元素除外)與週期表的第4週期過渡金屬元素之複合金屬氧化物作為上述複合金屬氧化物。作為上述1價或2價的金屬元素之合適例,可舉出Na、K、Mg、Ca。其中,較佳為Na、K。作為週期表的第4週期過渡金屬元素之合適例,可舉出Fe、Mn、Cr、V、Ti。其中,較佳為Mn、V、Fe、Cr,更佳為Mn、V。
於漿料S1包含上述複合金屬氧化物作為氧化劑時,該漿料S1可進一步包含複合金屬氧化物以外的氧化劑,也可不含。此處所揭示的技術係可以漿料S1實質上不含上述複合金屬氧化物以外的氧化劑(例如,過氧化氫或過硫酸鹽)作為氧化劑之態樣而較佳地實施。或者,漿料S1係除了上述複合金屬氧化物之外,還可包含其他的氧化劑,例如過氧化氫或過硫酸鹽。
於漿料S1包含氧化劑之態樣中,該氧化劑的濃度係沒有特別的限定。氧化劑的濃度通常0.01重量%以上為適當,較佳為0.05重量%以上。於幾個態樣中,漿料S1的氧化劑濃度例如可為0.1重量%以上,也可為0.5重量%以上,亦可為1.0重量%以上。又,氧化劑的濃度通常5.0重量%以下為適當,較佳為3.0重量%以下。於幾個態樣中,漿料S1的氧化劑濃度例如可為2.5重量%以下,也可為1.5重量%以下,亦可為1.0重量%以下、0.5重量%以下或0.3重量%以下。
(pH)
漿料S1之pH係沒有特別的限定,例如可從0.5~12左右之範圍中選擇。漿料S1之pH係可考慮該漿料S1所包含的其他成分之組成等而選擇。
漿料S1之pH係沒有特別的限定,例如可從0.5~12左右之範圍中選擇。漿料S1之pH係可考慮該漿料S1所包含的其他成分之組成等而選擇。
於幾個態樣中,漿料S1可為pH未達7.0之酸性。漿料S1之pH可未達5.0,也可未達3.0,亦可未達2.5。特別地,漿料S1之pH較佳未達2.0、未達1.5或未達1.2。藉由使用更低的pH之漿料S1,有研磨效率升高之傾向。於此處所揭示的研磨方法中,在藉由漿料S1的研磨之後,由於進一步進行漿料S2的研磨,縱然使用強酸性的漿料S1,也可在第二研磨步驟中有效果地提高表面品質。因此,藉由依順序進行以強酸性的漿料S1進行研磨之第一研磨步驟與以漿料S2進行研磨之第二研磨步驟,可高效率地得到高品級的表面。
於漿料S1之pH未達5.0之態樣中,該漿料S1可含有氧化劑,也可不含氧化劑。例如,可較宜使用pH未達2.0且至少不含過氧化氫的漿料S1。於pH未達5.0之漿料S1中含有氧化劑時,作為該氧化劑,例如可使用過硫酸金屬鹽。漿料S1係pH未達5.0或pH未達3.0,可為含有過硫酸金屬鹽且不含過氧化氫之組成。
於漿料S1之pH未達5.0之態樣中,該漿料S1可含有氧化劑,也可不含氧化劑。例如,可較宜使用pH未達2.0且至少不含過氧化氫的漿料S1。於pH未達5.0之漿料S1中含有氧化劑時,作為該氧化劑,例如可使用過硫酸金屬鹽。漿料S1係pH未達5.0或pH未達3.0,可為含有過硫酸金屬鹽且不含過氧化氫之組成。
又,於幾個態樣中,漿料S1之pH例如可為5.0以上,也可為5.5以上,亦可為6.0以上。又,漿料S1之pH例如可為10以下,也可為8.0以下。於如此地具有弱酸性至弱鹼性的液性之漿料S1中,具有操作性良好之優點。於具有上述液性的S1中,較佳為含有氧化劑。藉由使用弱酸性至弱鹼性之含有氧化劑的組成之漿料S1進行第一研磨步驟,可高效率地實現一種表面,其適合於提高第二研磨步驟中的表面品級。
於漿料S1之pH為5.0以上之態樣中,該漿料S1可含有酸,也可不含。例如,可較宜使用pH為5.5以上且至少不含強酸之漿料S1。
於漿料S1之pH為5.0以上之態樣中,該漿料S1可含有酸,也可不含。例如,可較宜使用pH為5.5以上且至少不含強酸之漿料S1。
(化合物Cpho
)
於漿料S1中,可含有具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho 作為任意成分。由於在漿料S1中含有化合物Cpho ,可發揮能抑制第一研磨步驟中之表面的皸裂之效果。於漿料S1含有化合物Cpho 時,該化合物Cpho 可從與漿料S2可用的化合物Cpho 同樣者中選擇。於漿料S1、S2皆含有化合物Cpho 之態樣中,漿料S1所包含的化合物Cpho 與漿料S2所包含的化合物Cpho 可相同,也可相異。
於漿料S1中,可含有具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho 作為任意成分。由於在漿料S1中含有化合物Cpho ,可發揮能抑制第一研磨步驟中之表面的皸裂之效果。於漿料S1含有化合物Cpho 時,該化合物Cpho 可從與漿料S2可用的化合物Cpho 同樣者中選擇。於漿料S1、S2皆含有化合物Cpho 之態樣中,漿料S1所包含的化合物Cpho 與漿料S2所包含的化合物Cpho 可相同,也可相異。
於漿料S1包含化合物Cpho
時,該漿料S1中之化合物Cpho
的濃度[重量%]較佳為低於漿料S2中之化合物Cpho
的濃度w1[重量%]。以下,有時以wp表示漿料S1中之化合物Cpho
的濃度[重量%]。若wp超過w1以上,則包含第一、第二研磨步驟的多段研磨程序全體之效率容易降低,得到高品級的表面所需要的合計研磨時間有變長之傾向。基於如此的觀點,於漿料S1中含有化合物Cpho
時之該化合物Cpho
的濃度wp[重量%],相對於漿料S2中之化合物Cpho
的濃度w1[重量%],係設為其3/4以下者為適當,也可為2/3以下,亦可為1/2以下,亦可為1/5以下,亦可為1/10以下。
再者,上述合計研磨時間係意指第一研磨步驟的研磨時間與第二研磨步驟的研磨時間之合計。因此,於上述合計研磨時間中例如不含從第一研磨步驟之研磨結束到第二研磨步驟之研磨開始為止之時間。
再者,上述合計研磨時間係意指第一研磨步驟的研磨時間與第二研磨步驟的研磨時間之合計。因此,於上述合計研磨時間中例如不含從第一研磨步驟之研磨結束到第二研磨步驟之研磨開始為止之時間。
漿料S1中之化合物Cpho
的濃度wp[重量%]例如可為0.01重量%以上,也可為0.1重量%以上,亦可為0.5重量%以上,亦可為1重量%以上。又,較佳為以wp未達5.0重量%、未達4.0重量%或未達3.0重量%,且低於w1之方式設定。此處所揭示的技術亦可以漿料S1不含化合物Cpho
之態樣而較佳地實施。
(其他成分)
漿料S1係於不損害本發明的效果之範圍內,視需要可進一步含有螯合劑、增黏劑、分散劑、表面保護劑、潤濕劑、有機或無機的鹼、界面活性劑、防銹劑、防腐劑、防黴劑等之研磨用組成物(典型上為高硬度材料研磨用組成物,例如氮化鎵基板研磨用組成物)中可用之眾所周知的添加劑。
漿料S1係於不損害本發明的效果之範圍內,視需要可進一步含有螯合劑、增黏劑、分散劑、表面保護劑、潤濕劑、有機或無機的鹼、界面活性劑、防銹劑、防腐劑、防黴劑等之研磨用組成物(典型上為高硬度材料研磨用組成物,例如氮化鎵基板研磨用組成物)中可用之眾所周知的添加劑。
<研磨用組成物套組>
於此處所揭示的技術中,例如可包含提供如以下之研磨用組成物套組。即,依照此處所揭示的技術,提供一種研磨用組成物套組,其包含互相分開地保管的組成物Q1及組成物Q2。上述組成物Q1可為此處所揭示的研磨方法中之第一研磨步驟所用的漿料S1或其濃縮液。上述組成物Q2可為此處所揭示的研磨方法中之第二研磨步驟所用的漿料S2或其濃縮液。藉由如此構成之研磨用組成物套組,於包含第一、第二研磨步驟的多段研磨程序中,可適宜地兼顧高的研磨效率與研磨後之高品質的表面。
於此處所揭示的技術中,例如可包含提供如以下之研磨用組成物套組。即,依照此處所揭示的技術,提供一種研磨用組成物套組,其包含互相分開地保管的組成物Q1及組成物Q2。上述組成物Q1可為此處所揭示的研磨方法中之第一研磨步驟所用的漿料S1或其濃縮液。上述組成物Q2可為此處所揭示的研磨方法中之第二研磨步驟所用的漿料S2或其濃縮液。藉由如此構成之研磨用組成物套組,於包含第一、第二研磨步驟的多段研磨程序中,可適宜地兼顧高的研磨效率與研磨後之高品質的表面。
<研磨方法>
此處所揭示的研磨方法係依順序包含第一研磨步驟與第二研磨步驟。第一研磨步驟係使用含有漿料S1的研磨液,研磨研磨對象物之步驟。第二研磨步驟係對於已進行第一研磨步驟的研磨對象物,使用含有漿料S2的研磨液進一步研磨之步驟。
此處所揭示的研磨方法係依順序包含第一研磨步驟與第二研磨步驟。第一研磨步驟係使用含有漿料S1的研磨液,研磨研磨對象物之步驟。第二研磨步驟係對於已進行第一研磨步驟的研磨對象物,使用含有漿料S2的研磨液進一步研磨之步驟。
於上述研磨方法中,準備此處所揭示的任一含有漿料S1的第一研磨液,即在第一研磨步驟之研磨中供給至研磨對象物之研磨液。又,準備此處所揭示的任一含有漿料S2的第二研磨液,即在第二研磨步驟之研磨中供給至研磨對象物之研磨液。為了準備上述研磨液,可包含將各漿料直接使用作為研磨液,或包含對於各漿料施加濃度調整(例如稀釋)、pH調整等之操作,而調製研磨液。
使用所準備的第一研磨液,進行第一研磨步驟。具體而言,對於作為研磨對象物的鎵化合物系半導體基板表面,供給第一研磨液,藉由常見方法進行研磨。例如,於一般的研磨裝置上設置已經過精磨步驟的研磨對象物,通過該研磨裝置的研磨墊,將第一研磨液供給至上述研磨對象物表面。典型上,一邊連續地供給上述第一研磨液,一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的表面,使兩者相對地移動(例如旋轉移動)。
接著,使用所準備的第二研磨液,進行第二研磨步驟。具體而言,對於作為研磨對象物的鎵化合物系半導體基板,供給第二研磨液,藉由常見方法進行研磨。第二研磨步驟係通過研磨裝置之研磨墊,對於完成第一研磨步驟後之研磨對象物表面,供給第二研磨液而進行。典型上,一邊連續地供給上述第二研磨液,一邊將研磨墊推壓至研磨對象物表面,使兩者相對地移動(例如旋轉移動)。經過如上述的研磨步驟,完成鎵化合物系半導體基板之研磨。
再者,本說明書中所謂的第一研磨步驟,就是將含有研磨粒及水的研磨用組成物(漿料)供給至研磨墊與研磨對象物之間而進行的研磨步驟,指於第二研磨步驟之前進行的研磨步驟。於典型的一態樣中,第一研磨步驟係配置在第二研磨步驟剛剛之前的拋光步驟。第一研磨步驟可為1段的研磨步驟,也可為2段以上的複數段之研磨步驟。
又,本說明書中所謂的第二研磨步驟,就是指於將含有研磨粒及水的研磨用組成物供給至研磨墊與研磨對象物之間而進行的研磨步驟中最後(即,在最下游側)配置的研磨步驟,因此,此處所揭示的技術中之漿料S2係在鎵化合物系半導體基板之研磨過程所用的研磨用組成物之中,可作為最下游側使用的種類之研磨用組成物掌握。
各研磨步驟之研磨條件係鑒於研磨對象物或目標之表面品級(例如表面粗糙度)、研磨效率等,根據本業者的技術常識,適當地設定。例如,從研磨效率之觀點來看,研磨對象物的加工面積每1cm2
的研磨壓力較佳為50g以上,更佳為100g以上。從防止因負荷增大所伴隨的過度發熱而造成的研磨對象物表面之變質或研磨粒之劣化之觀點來看,通常加工面積每1cm2
的研磨壓力適當地為1000g以下。
線速度一般係可因壓盤旋轉數、載體的旋轉數、研磨對象物的大小、研磨對象物的數目等影響而變化。隨著線速度的增大,有得到更高的研磨效率之傾向。又,從防止研磨對象物的破損或過度發熱之觀點來看,線速度可限制在特定以下。線速度只要根據技術常識而設定即可,並沒有特別的限定,但較佳設為約0.1~20m/秒之範圍,更佳設為0.5~5m/秒之範圍。
研磨時的研磨液之供給量係沒有特別的限定。上述供給量宜以磨液無不均而能全面地供給至研磨對象物表面之充分量的方式設定。合適的供給量亦隨著研磨對象物的材質或研磨裝置的構成及其他條件等而不同。例如,研磨對象物的加工面積每1mm2
較佳為0.001~0.1mL/分鐘之範圍,更佳為0.003~0.03mL/分鐘之範圍。
此處所揭示的研磨方法中之合計研磨時間(即,第一研磨步驟之研磨時間與第二研磨步驟之研磨時間之合計)係沒有特別的限定。藉由此處所揭示的研磨方法,對於GaN及其他鎵化合物系半導體基板,例如以10小時以下的合計研磨時間可實現高品級的表面。於幾個較佳的態樣中,藉由8小時以下,於更佳的態樣中藉由6小時以下的合計研磨時間,對於GaN及其他鎵化合物系半導體基板,可實現高品級的表面。
第一、第二之各研磨步驟亦可適用於單面研磨裝置的研磨、兩面研磨裝置的研磨之任一者。於單面研磨裝置中,在陶瓷板上以蠟貼附研磨對象物,或使用被稱為載體的保持具來保持研磨對象物,藉由一邊供給拋光用組成物一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的單面,使兩者相對地移動(例如旋轉移動),而將研磨對象物的單面予以研磨。於兩面研磨裝置中,使用被稱為載體的保持具來保持研磨對象物,一邊從上方來供給拋光用組成物,一邊將研磨墊推壓至研磨對象物的對向面,藉由使彼等在相對方向中旋轉,而同時地研磨研磨對象物之兩面。
各研磨步驟中使用的研磨墊係沒有特別的限定。例如,可使用硬度高者、硬度低者、包含研磨粒者、不含研磨粒者等之任一者。此處,硬度高者為AskerC硬度高於80之研磨墊,硬度低者為AskerC硬度是80以下之研磨墊。硬度高的研磨墊例如為硬質發泡聚胺基甲酯型或不織布型的研磨墊。硬度低的研磨墊宜至少推壓至研磨對象物之側為由軟質發泡聚胺基甲酯等軟質發泡樹脂所構成之研磨墊,例如麂皮型的研磨墊。麂皮型的研磨墊,典型上推壓至研磨對象物之側為由軟質發泡聚胺基甲酯所構成。AskerC硬度係可使用Asker公司製的ASKER橡膠硬度計C型進行測定。此處所揭示的研磨方法係可至少在第二研磨步驟中以使用不含研磨粒的研磨墊之態樣而較佳地實施。例如,於第一、第二研磨步驟之任一者中皆較佳為使用不含研磨粒的研磨墊。
作為第二研磨步驟中可較佳使用的研磨墊,可舉出以將具有軟質發泡聚胺基甲酯製的表面之研磨墊,即軟質發泡聚胺基甲酯製的表面,推壓至研磨對象物之方式而構成的研磨墊。此處,於具有軟質發泡聚胺基甲酯製的表面之研磨墊之概念中,包含全體由軟質發泡聚胺基甲酯所構成的墊,或具有於不織布或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜等的墊基材(亦稱為基底基材)之上設有軟質發泡聚胺基甲酯的層之構成的研磨墊。其中,較佳為使用所謂的麂皮型之研磨墊,其係在基底基材上具有使用濕式製膜法所製造的軟質發泡聚胺基甲酯層者。藉由使用麂皮型之研磨墊來實施第二研磨步驟,有得到更高品質的(例如,表面粗糙度Ra更小)表面之傾向。
再者,例如於不織布中含浸有聚胺基甲酯而構成之研磨墊,係不包含於上述具有軟質發泡聚胺基甲酯製的表面之研磨墊之概念中。
再者,例如於不織布中含浸有聚胺基甲酯而構成之研磨墊,係不包含於上述具有軟質發泡聚胺基甲酯製的表面之研磨墊之概念中。
上述麂皮墊亦可較佳地使用於第一研磨步驟中。又,第一研磨步驟亦可使用硬質發泡聚胺基甲酯型之研磨墊或不織布型之研磨墊而較佳地實施。藉由硬質發泡聚胺基甲酯型或不織布型之研磨墊,於第一研磨步驟中,有得到更高的研磨效率之傾向。其後,藉由使用漿料S2,較佳使用麂皮墊,實施研磨的第二研磨步驟,可高效率地實現高品質的表面。
經由此處所揭示的方法所研磨之研磨物,典型上係在研磨後被洗淨。該洗淨係可使用適當的洗淨液進行。所使用的洗淨液係沒有特別的限定,可適宜選擇眾所周知、慣用者而使用。
此處所揭示的研磨方法係除了第一研磨步驟及第二研磨步驟之外,還可包含任意的其他步驟。作為如此步驟之例,可舉出在第一研磨步驟之前進行的精磨步驟。上述精磨步驟例如係藉由將研磨壓盤(例如鑄鐵壓盤)之表面推壓至研磨對象物,而進行研磨對象物的研磨之步驟。因此,於精磨步驟中不使用研磨墊。精磨步驟典型上係將研磨粒(典型上為鑽石研磨粒)供給至研磨壓盤與研磨對象物之間而進行。又,此處所揭示的研磨方法係可在第一研磨步驟之前,或在第一研磨步驟與第二研磨步驟之間,包含追加的步驟(洗淨步驟或其他研磨步驟)。
<研磨物之製造方法>
於本說明書所揭示的事項中,可包括提供:包含實施上述研磨方法的研磨物之製造方法(例如,氮化鎵基板或氧化鎵基板之製造方法)及藉由該方法所製造之研磨物。即,根據本說明書,提供:包含採用此處所揭示的任一研磨方法來研磨研磨對象物的研磨物之製造方法及藉由該方法所製造之研磨物。藉由上述製造方法,可有效率地提供具有高品質的表面之研磨物(例如,氮化鎵基板、氧化鎵基板等)。
實施例
於本說明書所揭示的事項中,可包括提供:包含實施上述研磨方法的研磨物之製造方法(例如,氮化鎵基板或氧化鎵基板之製造方法)及藉由該方法所製造之研磨物。即,根據本說明書,提供:包含採用此處所揭示的任一研磨方法來研磨研磨對象物的研磨物之製造方法及藉由該方法所製造之研磨物。藉由上述製造方法,可有效率地提供具有高品質的表面之研磨物(例如,氮化鎵基板、氧化鎵基板等)。
實施例
以下,說明與本發明有關的幾個實施例,但不意圖將本發明限定於實施例所示者。還有,於以下的說明中,「%」只要沒有特別預先指明,則以重量基準。
<試驗例1>
<研磨用組成物之調製>
調製具有表1所示的組成之研磨用組成物。作為二氧化矽研磨粒,使用平均二次粒徑(D50)為65nm的球狀膠體二氧化矽。表1中,HEDP表示羥基亞乙基二膦酸,EDTPO表示乙二胺四(亞甲基膦酸),EAP表示乙基酸式磷酸酯,此等相當於化合物Cpho 。再者,此處所使用的EAP為磷酸的單酯與二酯之混合物,以彼等的重量分率為基礎的重量平均分子量為140。又,表1中,TTHA表示三伸乙四胺六乙酸,DTPA表示二伸乙三胺五乙酸,此等由於既沒有磷酸基也沒有膦酸基,故不相當於化合物Cpho 。除了表1所示的成分之外,於實施例1-3之研磨用組成物中含有用於溶解EDTPO之0.6%的氫氧化鉀,於比較例1-3、1-4之研磨用組成物中含有用於溶解TTHA、DTPA之0.3%的氫氧化鉀。各例之研磨用組成物的剩餘部分為由水所構成。表1中一併顯示各例的研磨用組成物之pH。
<研磨用組成物之調製>
調製具有表1所示的組成之研磨用組成物。作為二氧化矽研磨粒,使用平均二次粒徑(D50)為65nm的球狀膠體二氧化矽。表1中,HEDP表示羥基亞乙基二膦酸,EDTPO表示乙二胺四(亞甲基膦酸),EAP表示乙基酸式磷酸酯,此等相當於化合物Cpho 。再者,此處所使用的EAP為磷酸的單酯與二酯之混合物,以彼等的重量分率為基礎的重量平均分子量為140。又,表1中,TTHA表示三伸乙四胺六乙酸,DTPA表示二伸乙三胺五乙酸,此等由於既沒有磷酸基也沒有膦酸基,故不相當於化合物Cpho 。除了表1所示的成分之外,於實施例1-3之研磨用組成物中含有用於溶解EDTPO之0.6%的氫氧化鉀,於比較例1-3、1-4之研磨用組成物中含有用於溶解TTHA、DTPA之0.3%的氫氧化鉀。各例之研磨用組成物的剩餘部分為由水所構成。表1中一併顯示各例的研磨用組成物之pH。
<研磨效率>
將各例之研磨用組成物直接使用作為研磨液,於下述之拋光條件下研磨市售的無摻雜(n型)自立型GaN晶圓之(0001)面,即C面。所使用的GaN晶圓皆為直徑2吋的圓形。
[拋光條件]
研磨裝置:不二越機械工業公司製之單面研磨機裝置,型式「RDP-500」
研磨墊:軟質發泡聚胺基甲酯製麂皮墊(Fujimi
Corporation公司製,Surfin 019-3,AskerC硬度:58)研磨壓力:45kPa
研磨液供給速率:20mL/分鐘(溢流)
平均線速度:1.5m/秒
研磨時間:60分鐘
將各例之研磨用組成物直接使用作為研磨液,於下述之拋光條件下研磨市售的無摻雜(n型)自立型GaN晶圓之(0001)面,即C面。所使用的GaN晶圓皆為直徑2吋的圓形。
[拋光條件]
研磨裝置:不二越機械工業公司製之單面研磨機裝置,型式「RDP-500」
研磨墊:軟質發泡聚胺基甲酯製麂皮墊(Fujimi
Corporation公司製,Surfin 019-3,AskerC硬度:58)研磨壓力:45kPa
研磨液供給速率:20mL/分鐘(溢流)
平均線速度:1.5m/秒
研磨時間:60分鐘
以上述拋光前後的晶圓之重量為基礎,依照以下之計算式(1)~(3)算出研磨效率。表1中顯示結果。
(1)ΔV=(W0-W1)/ρ
(2)Δx=Δ/S
(3)R=Δx/t
此處,
W0:研磨前的晶圓之重量,
W1:研磨後的晶圓之重量,
ρ:GaN之比重(6.15g/cm3 ),
ΔV:因研磨所致的晶圓之體積變化量,
S:晶圓之表面積,
Δx:因研磨所致的晶圓之厚度變化量,
t:研磨時間(60分鐘),
R:研磨效率。
(1)ΔV=(W0-W1)/ρ
(2)Δx=Δ/S
(3)R=Δx/t
此處,
W0:研磨前的晶圓之重量,
W1:研磨後的晶圓之重量,
ρ:GaN之比重(6.15g/cm3 ),
ΔV:因研磨所致的晶圓之體積變化量,
S:晶圓之表面積,
Δx:因研磨所致的晶圓之厚度變化量,
t:研磨時間(60分鐘),
R:研磨效率。
<表面粗糙度Ra>
對於使用各例之研磨用組成物進行上述拋光後的晶圓表面,於以下之條件下測定表面粗糙度Ra。表1顯示結果。
[Ra測定條件]
評價裝置:bruker公司製 原子力顯微鏡(AFM)
裝置型式:nanoscope V
視野角:10μm見方
掃描速度:1Hz(20μm/秒)
每掃描的測定點數:256(點)
掃描條數:256(條)
測定部位:5(對於晶圓中心部之1處與該晶圓的1/2半徑部之圓周上的90°間隔之4處,進行測定,將上述5處之測定結果的平均記錄為Ra)。
對於使用各例之研磨用組成物進行上述拋光後的晶圓表面,於以下之條件下測定表面粗糙度Ra。表1顯示結果。
[Ra測定條件]
評價裝置:bruker公司製 原子力顯微鏡(AFM)
裝置型式:nanoscope V
視野角:10μm見方
掃描速度:1Hz(20μm/秒)
每掃描的測定點數:256(點)
掃描條數:256(條)
測定部位:5(對於晶圓中心部之1處與該晶圓的1/2半徑部之圓周上的90°間隔之4處,進行測定,將上述5處之測定結果的平均記錄為Ra)。
<凹坑抑制性能>
利用上述表面粗糙度Ra之測定所得的5個AFM影像,目視計數各AFM影像內存在的凹坑之個數。此時,將直徑100nm以上且對於基準面而言深度為2nm以上之圓形的凹窪缺陷視為凹坑。以其結果為基礎,用以下的0點~4點的5水準,評價凹坑抑制性能,顯示於表1中。點數愈高,可說凹坑抑制性能愈高。
4點:於5個AFM影像之全部中,未看到凹坑之存在。
3點:於5個AFM影像之中,在1個看到凹坑。
2點:於5個AFM影像之中,在2個看到凹坑,或於至少1個AFM影像中,看到3個以上的凹坑。
1點:於5個AFM影像之中,在3個以上看到凹坑,或於至少1個AFM影像中,看到5個以上的凹坑。
0點:表面狀態粗糙,無法計數凹坑的個數。
利用上述表面粗糙度Ra之測定所得的5個AFM影像,目視計數各AFM影像內存在的凹坑之個數。此時,將直徑100nm以上且對於基準面而言深度為2nm以上之圓形的凹窪缺陷視為凹坑。以其結果為基礎,用以下的0點~4點的5水準,評價凹坑抑制性能,顯示於表1中。點數愈高,可說凹坑抑制性能愈高。
4點:於5個AFM影像之全部中,未看到凹坑之存在。
3點:於5個AFM影像之中,在1個看到凹坑。
2點:於5個AFM影像之中,在2個看到凹坑,或於至少1個AFM影像中,看到3個以上的凹坑。
1點:於5個AFM影像之中,在3個以上看到凹坑,或於至少1個AFM影像中,看到5個以上的凹坑。
0點:表面狀態粗糙,無法計數凹坑的個數。
如表1所示,藉由含有化合物Cpho
的實施例1-1~1-11之研磨用組成物,可一邊維持實用的研磨效率,一邊比不含化合物Cpho
的比較例1-1~1-4之研磨用組成物較顯著地改善研磨後的表面品質。
為了調查含有氧化劑之影響,更進行以下之實驗。
即,藉由在不含氧化劑的實施例1-6之研磨用組成物中,以表2所示之濃度進一含有作為氧化劑的過硫酸鈉或H2 O2 ,而調製比較例1-5、1-6之研磨用組成物。又,藉由在不含氧化劑的實施例1-11之研磨用組成物中以表2所示之濃度進一含有作為氧化劑的H2 O2 ,而調製比較例1-7之研磨用組成物。對於此等的比較例之研磨用組成物,與上述同樣地進行GaN晶圓之研磨,評價凹坑抑制性能。表2中顯示結果。
即,藉由在不含氧化劑的實施例1-6之研磨用組成物中,以表2所示之濃度進一含有作為氧化劑的過硫酸鈉或H2 O2 ,而調製比較例1-5、1-6之研磨用組成物。又,藉由在不含氧化劑的實施例1-11之研磨用組成物中以表2所示之濃度進一含有作為氧化劑的H2 O2 ,而調製比較例1-7之研磨用組成物。對於此等的比較例之研磨用組成物,與上述同樣地進行GaN晶圓之研磨,評價凹坑抑制性能。表2中顯示結果。
如表2所示,藉由在實施例1-6之研磨用組成物中加有氧化劑的比較例1-5、1-6之研磨用組成物,確認大幅損害凹坑抑制性能。於實施例1-11與比較例1-7之對比中亦看到同樣的傾向。
<試驗例2>
<研磨用組成物之調製>
調製以表3、4之各例所示的濃度含有研磨粒及添加劑之漿料S1、S2。於表3、4之研磨粒種類之欄中,「S」表示二氧化矽研磨粒,「A」表示氧化鋁研磨粒。作為上述二氧化矽研磨粒,使用平均二次粒徑(D50)為65nm之球狀的膠體二氧化矽。作為上述氧化鋁研磨粒,使用平均二次粒徑(D50)為450nm之α-氧化鋁。又,於表3中之漿料S2的添加劑之欄中,HEDP表示羥基亞乙基二膦酸,EDTPO表示乙二胺四(亞甲基膦酸),此等皆相當於化合物Cpho 。於實施例2-10之漿料S2中,除了表3所示的成分之外,還含有用於溶解EDTPO之0.6%的氫氧化鉀。各例之漿料S1、S2的剩餘部分為由水所構成。表3、4中一併顯示各例的漿料S1、S2之pH。
<研磨用組成物之調製>
調製以表3、4之各例所示的濃度含有研磨粒及添加劑之漿料S1、S2。於表3、4之研磨粒種類之欄中,「S」表示二氧化矽研磨粒,「A」表示氧化鋁研磨粒。作為上述二氧化矽研磨粒,使用平均二次粒徑(D50)為65nm之球狀的膠體二氧化矽。作為上述氧化鋁研磨粒,使用平均二次粒徑(D50)為450nm之α-氧化鋁。又,於表3中之漿料S2的添加劑之欄中,HEDP表示羥基亞乙基二膦酸,EDTPO表示乙二胺四(亞甲基膦酸),此等皆相當於化合物Cpho 。於實施例2-10之漿料S2中,除了表3所示的成分之外,還含有用於溶解EDTPO之0.6%的氫氧化鉀。各例之漿料S1、S2的剩餘部分為由水所構成。表3、4中一併顯示各例的漿料S1、S2之pH。
<GaN基板之研磨>
(第一研磨步驟)
將上述所調製的漿料S1直接使用作為研磨液,於下述之拋光條件下研磨(n型)自立型GaN晶圓之(0001)面,即C面。所使用的GaN晶圓皆為直徑2吋的圓形。
[拋光條件]
研磨裝置:日本ENGIS公司製的單面研磨裝置,型式「EJ-3801N」
研磨墊:如表3所示。
研磨壓力:30kPa
研磨液供給速率:20mL/分鐘(溢流)
平均線速度:1.0m/秒
研磨時間:如表3所示。
(第一研磨步驟)
將上述所調製的漿料S1直接使用作為研磨液,於下述之拋光條件下研磨(n型)自立型GaN晶圓之(0001)面,即C面。所使用的GaN晶圓皆為直徑2吋的圓形。
[拋光條件]
研磨裝置:日本ENGIS公司製的單面研磨裝置,型式「EJ-3801N」
研磨墊:如表3所示。
研磨壓力:30kPa
研磨液供給速率:20mL/分鐘(溢流)
平均線速度:1.0m/秒
研磨時間:如表3所示。
(第二研磨步驟)
接著,將上述所調製的漿料S2直接使用作為研磨液,對於實施第一研磨步驟後的GaN晶圓之表面,實施第二研磨步驟。第二研磨步驟係除了使研磨墊及研磨時間成為如表4所示以外,藉由與第一研磨步驟同樣之拋光條件進行。惟,於比較例2-1~2-4中不進行第二研磨步驟。
接著,將上述所調製的漿料S2直接使用作為研磨液,對於實施第一研磨步驟後的GaN晶圓之表面,實施第二研磨步驟。第二研磨步驟係除了使研磨墊及研磨時間成為如表4所示以外,藉由與第一研磨步驟同樣之拋光條件進行。惟,於比較例2-1~2-4中不進行第二研磨步驟。
再者,於表3、4的研磨墊之欄中,「P1」表示軟質發泡聚胺基甲酯製麂皮墊(Fujimi Corporation公司製,Surfin 019-3,AskerC硬度:58),「P2」表示硬質發泡聚胺基甲酯型之研磨墊(AskerC硬度:97),「P3」表示不織布型之研磨墊(AskerC硬度:82)。
<表面粗糙度Ra>
對於研磨後之晶圓表面,於以下之條件下測定表面粗糙度Ra。表3、4中顯示結果。
[Ra測定條件]
評價裝置:bruker公司製原子力顯微鏡(AFM)
裝置型式:nanoscope V
視野角:10μm見方
每掃描的測定點數:256(點)
掃描條數:256(條)
測定部位:5(對於晶圓中心部之1處與該晶圓的1/2半徑部之圓周上的90°間隔之4處,進行測定,將上述5處之測定結果的平均記錄為Ra)。
對於研磨後之晶圓表面,於以下之條件下測定表面粗糙度Ra。表3、4中顯示結果。
[Ra測定條件]
評價裝置:bruker公司製原子力顯微鏡(AFM)
裝置型式:nanoscope V
視野角:10μm見方
每掃描的測定點數:256(點)
掃描條數:256(條)
測定部位:5(對於晶圓中心部之1處與該晶圓的1/2半徑部之圓周上的90°間隔之4處,進行測定,將上述5處之測定結果的平均記錄為Ra)。
如表3、4所示,根據實施例2-1~2-15,在合計研磨時間為10小時以內之條件下,高效率地得到Ra為0.3nm以下之高品質的表面。尤其,於實施例2-1、2-9、2-12中,以更短的合計研磨時間得到高品質的表面。又,實施例2-1、2-6~2-9、2-11、2-13係研磨後的表面品質特別良好。另一方面,比較例2-1~2-3係研磨後的Ra高,即使將研磨時間延長到10小時為止,也Ra的減低為不充分。於比較例2-4、2-5中,亦無法在10小時以內得到Ra為0.3nm以下的表面。再者,將實施例2-13之第二研磨步驟中使用的研磨墊從P1變更為P3,結果確認研磨後的表面粗糙度Ra比實施例2-13大。
以上,詳細說明本發明之具體例,惟此等只不過是例示而已,不限定申請專利範圍。於申請專利範圍記載之技術中,包含將以上例示的具體例予以各式各樣地變形、變更者。
Claims (20)
- 一種研磨用組成物,其係鎵化合物系半導體基板之研磨中所用的研磨用組成物,包含: 二氧化矽研磨粒; 具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho ;及 水; 且不含氧化劑。
- 如請求項1之研磨用組成物,其中作為前述化合物Cpho ,包含具有膦酸基的螯合化合物。
- 如請求項1或2之研磨用組成物,其中作為前述化合物Cpho ,包含選自由磷酸單C1-4 烷基酯、磷酸二C1-4 烷基酯及亞磷酸單C1-4 烷基酯所組成之群組的至少一種化合物。
- 如請求項1或2之研磨用組成物,其中作為前述化合物Cpho ,包含磷酸及亞磷酸之至少一者。
- 如請求項1或2之研磨用組成物,其中作為前述化合物Cpho ,包含選自由磷酸的無機鹽及亞磷酸的無機鹽所組成之群組的至少一種化合物。
- 如請求項1~5中任一項之研磨用組成物,其pH未達2。
- 如請求項1~6中任一項之研磨用組成物,其進一步包含酸。
- 如請求項7之研磨用組成物,其中前述化合物Cpho 之含量m1[莫耳/kg]與前述酸之含量m2[莫耳/kg]之關係滿足以下之式: m1/(m1+m2)≧0.1。
- 如請求項1~8中任一項研磨用組成物,其中前述鎵化合物系半導體基板為氮化鎵基板或氧化鎵基板。
- 一種研磨方法,其包含將如請求項1~9中任一項之研磨用組成物供給至鎵化合物系半導體基板,研磨該基板。
- 一種研磨方法,其係研磨鎵化合物系半導體基板之方法,依順序包含: 以含有研磨粒A1及水的漿料S1進行研磨之第一研磨步驟,與 以含有研磨粒A2及水的漿料S2進行研磨之第二研磨步驟; 此處,前述研磨粒A2包含二氧化矽研磨粒, 前述漿料S2進一步包含具有磷酸基或膦酸基的化合物Cpho , 前述漿料S1係不含前述化合物Cpho ,或前述化合物Cpho 的濃度[重量%]低於前述漿料S2中之前述化合物Cpho 的濃度[重量%]。
- 如請求項11之研磨方法,其中前述漿料S1之pH未達2.0。
- 如請求項11或12之研磨方法,其中前述漿料S1包含強酸。
- 如請求項11~13中任一項之研磨方法,其中前述漿料S1包含氧化劑。
- 如請求項14之研磨方法,其中前述氧化劑包含選自由過錳酸鹽、偏釩酸鹽及過硫酸鹽所組成之群組的至少一者。
- 如請求項11~15中任一項之研磨方法,其中前述研磨粒A1包含二氧化矽研磨粒。
- 如請求項11~16中任一項之研磨方法,其中前述漿料S2之pH未達3.0。
- 如請求項11~17中任一項之研磨方法,其中前述漿料S2中之前述化合物Cpho 的濃度為0.2重量%以上15重量%以下。
- 如請求項11~18中任一項之研磨方法,其中於前述第二研磨步驟中,使用具有軟質發泡聚胺基甲酯製的表面之研磨墊進行研磨。
- 一種研磨用組成物套組,其係用於如請求項11~19中任一項之研磨方法,且包含: 前述漿料S1或其濃縮液的組成物Q1,與 前述漿料S2或其濃縮液的組成物Q2; 前述組成物Q1與前述組成物Q2係互相分開地保管。
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