TWI421334B - 研磨組成物及其用途 - Google Patents

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研磨組成物及其用途
本發明是有關於一種組成物及其用途，且特別是有關於一種研磨組成物及其用途。
在超大型積體電路(VLSI)製程中，化學機械研磨製程(chemical mechanical polishing，CMP)可提供晶圓表面全面性之平坦化(global planarization)，尤其當半導體製程進入次微米(sub-micron)領域後，化學機械研磨法更是一項不可或缺的製程技術。
在藍寶石基材(sapphire substrate)的研磨製程中，其研磨溫度會高達50℃以上，而造成研磨溫度過高。然而，當研磨溫度過高時，會使得研磨墊與機台之間的黏著力下降，而產生研磨墊脫膠或自機台脫落的情況，進而造成研磨失敗。
本發明提供一種研磨組成物及其用途，其可大幅地降低研磨溫度。
本發明提供一種研磨組成物的用途，其可有效地對藍寶石基材進行研磨。
本發明提出一種研磨組成物，其組成總量為100重量%，且包括研磨粒、界面活性劑、抗結晶劑及水。研磨粒 的含量為20重量%至60重量%。界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%。抗結晶劑的含量為0.001重量%至10重量%。其中，組成所述研磨組成物的剩餘部份為水。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，更包括酸鹼調整劑，其含量例如是0.01重量%至5重量%。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，酸鹼調整劑例如是選自氫氧化鉀(potassium hydroxide)、氫氧化鈉(sodium hydroxide)、四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide)、四丁基氫氧化銨(tetrabutylammonium hydroxide)及氫氧化銨(ammonium hydroxide)中的至少一者。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，研磨組成物的酸鹼值例如是8至12。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，研磨粒例如是選自氧化矽溶膠(silica sol)、氧化鋁溶膠(alumina sol)及氧化鈰溶膠(ceria sol)中的至少一者。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，研磨粒的平均粒徑範圍例如是80奈米至150奈米。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，研磨粒的粒徑多分佈指數(polydisperse index，PDI)例如是1.0至1.6。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，界面活性劑例如是選自烷基硫酸鹽類(alkyl sulfate)、 烷基磺酸鹽類(alkyl sulfonate)、烷基磺基琥珀酸鹽類(alkyl sulfosuccinate)及月桂醯麩胺酸鹽類(lauroyl glutamate)中的至少一者。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，抗結晶劑例如是選自聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)、聚醚-聚矽氧烷(polyether-polysiloxane)及高碳醇(alpha-highcarbonalcohol)中的至少一者。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研磨組成物中，使用所述研磨組成物的研磨溫度例如是低於50℃。
本發明提出一種如上所述之研磨組成物的用途，其用於研磨藍寶石基材。
基於上述，由於在本發明所提出的研磨組成物中，具有界面活性劑，因此可大幅地降低研磨溫度，而能避免在研磨過程中造成研磨墊脫膠或脫落的現象，以提升研磨製程的穩定度及可靠度。
此外，由於本發明所提出的研磨組成物具有抗結晶劑，因此可防止在研磨墊上產生結晶物，進而避免結晶物對被研磨物造成傷害。
另一方面，本發明所提出的研磨組成物的用途是使用上述研磨組成物對藍寶石基材進行研磨，因此可具有較佳的研磨效率及研磨品質。
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。
首先，說明本發明之研磨組成物，其適用於化學機械研磨製程中，而其用途例如是用於研磨藍寶石基材。
本發明提出一種研磨組成物，其組成總量為100重量%，且包括研磨粒、界面活性劑、抗結晶劑及水。研磨組成物的酸鹼值例如是8至12。使用此研磨組成物的研磨溫度例如是低於50℃。
研磨粒的含量為20重量%至60重量%。研磨粒例如是選自氧化矽溶膠、氧化鋁溶膠及氧化鈰溶膠中的至少一者。研磨粒的平均粒徑範圍例如是80奈米至150奈米。研磨粒的粒徑多分佈指數(polydisperse index，PDI)例如是1.0至1.6，而粒徑多分佈指數的定義為：PDI=Dw/Dn，其中Dw為重量平均粒徑(weight average diameter)，Dn為數量平均粒徑(number average diameter)。
界面活性劑的含量為0.001重量%至10重量%。界面活性劑例如是選自烷基硫酸鹽類、烷基磺酸鹽類、烷基磺基琥珀酸鹽類及月桂醯麩胺酸鹽類中的至少一者。
抗結晶劑的含量為0.001重量%至10重量%。抗結晶劑例如是選自聚二甲基矽氧烷、聚醚-聚矽氧烷及高碳醇中的至少一者。
研磨組成物的剩餘部份為水。水例如是去離子水。
此外，研磨組成物更可包括酸鹼調整劑，其含量例如是0.01重量%至5重量%，以對研磨組成物的酸鹼值進行調整。酸鹼調整劑例如是選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、四甲 基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨及氫氧化銨中的至少一者。
基於上述實施例可知，由於研磨組成物中的界面活性劑可大幅地降低研磨溫度(例如，將研磨溫度控制在低於50℃)，所以能有效地避免在研磨過程中造成研磨墊脫膠或脫落的現象，因此能提升研磨製程的穩定度及可靠度。
此外，由於研磨組成物中的抗結晶劑可防止在研磨墊上產生結晶物，所以能避免研磨墊上的結晶物對被研磨物造成傷害。
另一方面，由於上述研磨組成物可將研磨溫度控制在適當範圍內，且可防止在研磨墊上產生結晶物，因此當上述研磨組成物的用途是用於對藍寶石基材進行研磨時，可具有較佳的研磨效率及研磨品質。
以下，進行實際的實驗測試。其中，下述實驗例1至實驗例3所使用的化學機械研磨機台及實驗設定如下。
化學機械研磨機台型號：SpeedFam 36SPM
待研磨基材：2吋的藍寶石基材
研磨墊：RODEL SUBA 800(產品名)
下壓力(down force)：2.4kg/cm2
平台速度(platen speed)：50rpm
研磨時間：2小時
實驗例1
實驗例1是用以測試研磨組成物中的研磨粒的組成比例對於移除率與研磨溫度的影響。在實驗例1中，是以平均粒徑為105奈米的膠質氧化矽(colloidal silica)製備樣本 1至樣本5的研磨組成物，其組成成分及比例如下表1所示。
實驗例1的實驗結果如下表2所示。
由上表2的實驗結果可知，在研磨組成物中，研磨粒的含量對於研磨溫度與移除率具有很大的影響。當研磨組成物中的研磨粒的含量增加時，研磨溫度與移除率也會隨著增加。
此外，雖然樣本3至樣本5具有高移除率，然而其尖峰溫度也高達50℃以上。因此，在樣本3至樣本5的研磨溫度下，會使得研磨墊與機台之間的黏著力下降，而產生研磨墊脫膠或自機台脫落的情況，進而造成研磨失敗的情況。
實驗例2
實驗例2是用以測試研磨組成物中的界面活性劑對於 移除率與研磨溫度的影響。在實驗例2中，是以平均粒徑為105奈米的膠質氧化矽(colloidal silica)製備樣本6至樣本10的研磨組成物，其組成成分及比例如下表3所示。
實驗例2的實驗結果如下表4所示。
由上表4的實驗結果可知，添加界面活性劑的樣本6至樣本10均可有效地將研磨溫度控制在低於50℃。
請參照樣本6及樣本7的實驗結果，由於樣本6及樣本7分別添加有聚丙烯酸及三乙醇胺，因此有助於降低樣本6及樣本7的尖峰溫度，以使其低於50℃。然而，樣品6及樣品7明顯降低移除率，此兩類界面活性劑不適合於此應用。
請參照樣本8至樣本10的實驗結果，由於樣本8至樣本10分別添加有十二烷基硫酸銨(樣本8)、十二烷基硫酸鈉(樣本9)及十二烷基硫酸鈉與月桂醯麩胺酸鈉的組合(樣本10)，因此樣本8至樣本10除了可具有低於50℃的尖峰溫度之外，更可保有較高的移除率。此外，由樣本10可知，亦可同時使用兩種以上的界面活性劑來達到降低研磨溫度。
實驗例3
實驗例3是用以測試研磨組成物中的界面活性劑及抗結晶劑對於結晶性、研磨溫度與移除率的影響。在實驗例3中，是以平均粒徑為105奈米的膠質氧化矽(colloidal silica)製備樣本11至樣本13的研磨組成物，其組成成分及比例如下表5所示。
實驗例3的實驗結果如下表6所示。
請參照表5及表6。由樣本11與樣本12的比較可知： 樣本11的研磨溫度在50℃以上。由於樣本12具有界面活性劑，因此可在將研磨溫度控制在低於50℃。此外，樣本12保有較高的移除率。然而，樣本11與樣本12均會在研磨墊上產生結晶物。
由樣本12與樣本13的比較可知：由於樣本12及樣本13均具有界面活性劑，因此可將研磨溫度控制在低於50℃。此外，樣本12及樣本13保有較高的移除率。然而，樣本12會在研磨墊上產生結晶物。由於樣本13具有抗結晶劑，因此不會在研磨墊上產生結晶物。
圖1所繪示為以樣本12進行研磨後的研磨平台的照片圖。圖2所繪示為以樣本13進行研磨後的研磨平台的照片圖。
請參照圖1及圖2，在樣本12進行研磨之後，樣本12的研磨粒會殘留在研磨墊的溝槽中並形成結晶物。然而，在使用樣本13進行研磨之後，在研磨墊的溝槽中並沒有任何的結晶物。
綜上所述，上述實施例至少具有下列優點：
1.上述實施例的研磨組成物可大幅地降低研磨溫度，進而提升研磨製程的穩定度及可靠度。
2.藉由上述實施例的研磨組成物可防止在研磨墊上產生結晶物，進而避免結晶物對被研磨對象造成傷害。
3.當使用上述實施例的研磨組成物對藍寶石基材進行研磨時，可具有較佳的研磨效率及研磨品質。
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，在不脫離本發明之精神和範圍內，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1所繪示為以樣本12進行研磨後的研磨平台的照片圖。
圖2所繪示為以樣本13進行研磨後的研磨平台的照片圖。

Claims (10)

  1. 一種研磨組成物，其組成總量為100重量%，包括：研磨粒，其含量為20重量%至60重量%，其中所述研磨粒的粒徑多分佈指數(polydisperse index)為1.0至1.6；界面活性劑，其含量為0.001重量%至10重量%；抗結晶劑，其含量為0.001重量%至10重量%；以及水，組成所述研磨組成物的剩餘部份為前述水。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，更包括酸鹼調整劑，其含量為0.01重量%至5重量%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之研磨組成物，其中所述酸鹼調整劑為選自氫氧化鉀(potassium hydroxide)、氫氧化鈉(sodium hydroxide)、四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide)、四丁基氫氧化銨(tetrabutylammonium hydroxide)及氫氧化銨(ammonium hydroxide)中的至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，其中所述研磨組成物的酸鹼值為8至12。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，其中所述研磨粒為選自氧化矽溶膠(silica sol)、氧化鋁溶膠(alumina sol)及氧化鈰溶膠(ceria sol)中的至少一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，其中所述研磨粒的平均粒徑範圍為80奈米至150奈米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，其中所述界面活性劑為選自烷基硫酸鹽類(alkyl sulfate)、烷基磺 酸鹽類(alkyl sulfonate)、烷基磺基琥珀酸鹽類(alkyl sulfosuccinate)及月桂醯麩胺酸鹽類(lauroyl glutamate)中的至少一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，其中所述抗結晶劑為選自聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)、聚醚-聚矽氧烷(polyether-polysiloxane)及高碳醇(alpha-highcarbonalcohol)中的至少一者。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之研磨組成物，其中使用所述研磨組成物的研磨溫度低於50℃。
  10. 一種如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之研磨組成物的用途，其用於研磨藍寶石基材。
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