本發明是關于一種用于拋光的研磨組合物及使用其的拋光方法，尤指一種適用于藍寶石拋光工藝的研磨組合物，以及使用其的藍寶石拋光方法。
背景技術：
半導體基板的工藝中，需先行提供一平坦的基板表面，如硅晶圓或藍寶石基板，以利進行后續的工藝。目前大多利用拋光工藝或化學機械研磨工藝(chemicalmechanicalpolishing)以提供大面積基板表面全面性的平坦化。
藍寶石為氧化鋁(al2o3)單晶材料的通用術語。藍寶石具有極好的化學穩定性、光學透明性及理想的機械性能，例如抗碎裂性、耐久性、抗劃傷性、抗輻射性、砷化鎵熱膨脹系數的良好匹配性及在高溫下的撓曲強度。因此，藍寶石基板常使用作為光電組件的材料，如光學透射窗口、發光二極管、微電子集成電路應用的基板、或超導化合物及氮化鎵生長的基板等。
然而，藍寶石具有極高的硬度特性，其莫氏硬度高達9度，僅次于鉆石的硬度10度，故其平坦化的程序較佳地是借由拋光工藝以進行。
現有技術中的藍寶石拋光工藝包括不斷地將研磨漿料施加至待拋光的藍寶石晶圓表面，且同時用一旋轉式拋光墊對于研磨漿料施加的藍寶石晶圓表面進行拋光。一般而言，所使用的研磨漿料包括一溶劑、一研磨粒子。而在拋光工藝中，常會遭遇到如基板表面刮傷；或者因摩擦過熱而導致拋光墊脫膠等問題。一般而言，所使用的研磨漿料是由一溶劑及一研磨粒子所組成，而為了解決上述拋光工藝的問題，常會于研磨漿料中添加不同的界面活性劑、吸熱劑、或分散劑等。
在研磨過程中，常會遭遇到拋光漿料無法同時具有高移除率并維持表面質量的特性，因此，在研磨工藝中所使用的研磨漿料是不斷地改良以解決上述的問題，并進一步地改善研磨速率以及產品的合格率。
技術實現要素：
為了在藍寶石拋光工藝后，使得所使用的研磨漿料具有高移除率并維持研磨后藍寶石基板的表面質量，本發明提供了一種新穎的用于拋光藍寶石基板的研磨組合物，其可包括：(a)5至50重量百分比的研磨粒子；(b)0.01至5重量百分比的含有下述通式(1)所表示的烷基胺結構化合物；
其中，r1、r2及r3各自獨立地為c1-c20烷基、氧基伸乙基聚合結構、氧基伸丙基聚合結構、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構，而r1、r2及r3至少任兩個是氧基伸乙基聚合結構、氧基伸丙基聚合結構、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構，上述氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構是由一乙二醇單體以及一丙二醇單體共聚而成一嵌段共聚物、或一隨機共聚物；以及(c)余量的水。
在本發明中，舉例而言，“氧基伸乙基聚合結構”的化學式可以-(eo)x-h表示，其中x代表氧基伸乙基的聚合度；“氧基伸丙基聚合結構”的化學式可以-(po)y-h表示，其中y代表氧基伸丙基的聚合度；至于“氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構”的化學式則可以-(eo)x-(po)y-h表示，其中x及y分別代表氧基伸乙基及氧基伸丙基的聚合度。在此，x及y可分別為1或以上的整數，依據烷基胺結構化合物的分子量而定。
在本發明的一較佳實施態樣的研磨組合物中，該烷基胺結構化合物的含量可為0.01至5重量百分比，且較佳為0.01至1重量百分比。
此外，該烷基胺結構化合物的平均分子量為200至5000，較佳為300至2000。
在本發明中，“氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構”是指由乙二醇單體以及丙二醇單體所聚合而成的共聚物結構，且該共聚物結構可為一嵌段共聚物、或一隨機共聚物。其中，乙二醇單體以及丙二醇單體的重量比并無特別的限制，可為1：99至99：1，且較佳為10:90至90:10，更佳為70:30至90:10。
因此，在氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構中，氧基伸乙基及氧基伸丙基的重量比也無特別限制，可為1：99至99：1，且較佳為10:90至90:10，更佳為70:30至90:10。
在本發明中，上述的烷基胺結構化合物可自行合成而獲得。其合成方法參考reactionsandsynthesisinsurfactantsystems內容，取氨或脂肪族一級胺及環氧乙烷、環氧丙烷作為反應物，在氫氧化鈉或氫氧化鉀的催化下，即可獲得具有氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構的三級胺化合物。
此外，在本發明一較佳實施態樣的研磨組合物，其中，所使用的研磨粒子種類并無特別的限制，可為本領域中任一現有的研磨粒子，而該研磨粒子較佳地可為至少一選自由氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、及氧化鈦所組成的群組，較佳為氧化硅粒子。該研磨粒子的粒徑范圍可為10至300nm；而其中較佳地為20至150nm。其中，當研磨粒徑增大時，可提高研磨的速度，而當研磨粒徑減小時，可得到低缺陷且粗糙度小的研磨表面。
另外，在本發明一較佳實施態樣中，該研磨組合物的酸堿值可為7至11，較佳可為8至10.5。
此外，在本發明所揭露的研磨組合物中，可視需求更進一步添加至少一添加劑，該添加劑可為至少一選自界面活性劑、分散劑、抗菌劑、抗結晶劑。舉例而言，該界面活性劑的添加可大幅降低研磨溫度，以避免于研磨過程中過熱而導致研磨墊脫膠或者影響經拋光基板受熱應力而產生形變；該分散劑的添加可確保研磨粒子于研磨組合物中均一的分布，以避免研磨粒子聚集而降低拋光的效率；該抗菌劑的添加可延長該研磨組合物的壽命，使得該研磨組合物得以穩定的保存；而抗結晶劑的添加可避免該研磨組合物于研磨墊上產生結晶。
此外，在本發明中，“烷基”包括直鏈及支鏈的c1-c20烷基；且較佳為直鏈及支鏈的c6-c20烷基；而更佳為直鏈及支鏈的c12-c18烷基。
本發明的另一目的在于提供一種藍寶石的拋光方法，該方法可包括：提供一研磨組合物，該研磨組合物包括：(a)5至50重量百分比的研磨粒子；(b)0.01至5重量百分比的含有下述通式(1)所表示的烷基胺結構化合物；
其中，r1、r2及r3各自獨立地為c1-c20烷基、氧基伸乙基聚合結構、氧基伸丙基聚合結構、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構，而r1、r2及r3至少任兩個是氧基伸乙基聚合結構、氧基伸丙基聚合結構、或氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構，上述氧基伸乙基及氧基伸丙基共聚物結構是由一乙二醇單體以及一丙二醇單體共聚而成一嵌段共聚物、或一隨機共聚物；以及(c)余量的水。其中，該研磨組合物在進行拋光藍寶石時具有高移除率并維持表面質量的特性。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明作進一步的詳細說明。
實施例1
在本實施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20wt％的研磨粒子；(b)0.2wt％的聚乙氧基椰油基胺(polyethoxylatedcoconutamine)，結構如下式(2)所示；
其中，聚乙氧基椰油基胺平均分子量為1000；以及(c)余量的水。
接者，使用上述所提供的研磨組合物以進行藍寶石基板的拋光程序，該拋光工藝的參數如下所示。
拋光機臺型號：speedfam36gpaw
研磨墊：suba800
拋光壓力：0.44kg/cm2
平臺速度(platenspeed)：70rpm
待研磨基板：4吋的c-plane藍寶石基板
溫度：45℃
在拋光工藝后，接著進行藍寶石基板的清洗步驟，該清洗步驟包括：(a)在正常室溫下，將藍寶石基板浸入超純水中；(b)使用3m制造的一般海綿以及超純水刷洗該藍寶石基板正反兩面各2分鐘；(c)將該藍寶石基板浸于超純水中，并使用超純水溢流5分鐘；(d)使用spm清洗程序，在80℃下將該藍寶石基板浸于酸洗液h2so4/h2o2(3：1)中并維持20分鐘；(e)接著將該藍寶石基板浸于超純水中，使用超純水溢流5分鐘；(f)使用sc1清洗程序，于80℃下將該藍寶石基板浸于堿洗液nh3/h2o2/h2o(1：1：5)中并維持20分鐘；(g)將該藍寶石基板浸于超純水中，使用超純水溢流5分鐘；最后(h)利用n2去除藍寶石基板的水分，以完成本實施例的藍寶石拋光程序。
實施例2
本實施例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟是與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比(eo/po)為80：20，平均分子量(mw)為600；以及(c)余量的水。
實施例3
本實施例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比為80：20，平均分子量為800；以及(c)余量的水。
實施例4
本實施例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比為80：20，平均分子量為1000；以及(c)余量的水。
實施例5
本實施例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物組成不相同。在本實施例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的n,n,n-三(聚氧基伸丙基聚氧基伸乙基)胺(n,n,n-tri(polyoxypropylenepolyoxyethylene)amine)，其中乙二醇(氧基伸乙基)與丙二醇(氧基伸丙基)的含量比為80：20，平均分子量為1500；以及(c)余量的水。
比較例1
本比較例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物的組成不相同。在本比較例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；以及(c)80重量百分比的水。本比較例不添加烷基胺結構化合物添加劑。
比較例2
本比較例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物的組成不相同。在本比較例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的乙二醇/丙二醇共聚物，其中乙二醇與丙二醇之含量比為75：25，其平均分子量為3000；以及(c)余量的水。
比較例3
本比較例的藍寶石拋光工藝的參數以及清洗步驟與實施例1所述相同，其不同之處在于所使用的研磨組合物的組成不相同。在本比較例中，使用的研磨組合物包括：(a)20重量百分比的研磨粒子；(b)0.2重量百分比的聚醚胺(polyetheramines)，結構如下式(3)所示：
其中乙二醇與丙二醇的含量比為19：3，其平均分子量為1000；以及(c)余量的水。
拋光效率的評估1-拋光表面質量
使用visionpsytec公司制造的micromaxvmx-2200xg檢查裝置，檢測使用本發明實施例1～5以及比較例1～3所制備的研磨組合物，進行拋光后的藍寶石基板表面質量。評級(○)表示藍寶石基板表面刮傷的合格率統計大于80％；評級(×)表示藍寶石基板表面刮傷的合格率統計小于80％。而由本發明實施例1～5以及比較例1～3進行拋光以及清洗程序后的藍寶石基板，其表面質量的評估結果記載于表1中。
拋光效率的評估2-拋光速度
使用mettlertoledo公司制造的精密電子天平me303e量測使用本案實施例1～5以及比較例1～3所制備的研磨組合物進行拋光前以及拋光后的藍寶石基板重量，并以拋光前以及拋光后的藍寶石基板重量差異而計算及拋光速度，單位為μm/hr。由本發明實施例1～5以及比較例1～3進行拋光以及清洗程序后的藍寶石基板，其拋光速率計算結果記載于表1中。
表1
由表1所示的評估結果，可了解到當研磨組合物中所包括的烷基胺結構化合物的其中兩取代基為乙二醇共聚結構或由一乙二醇單體以及一丙二醇單體共聚而成的一共聚結構時(如實施例1～5)，其藍寶石基板于拋光以及清洗程序后皆可呈現優異的拋光速率以及表面質量。反觀比較例，于研磨組合物中添加其他種類的添加劑，其藍寶石基板于拋光以及清洗程序后，難以同時達到優異的拋光速率以及表面質量。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。