CN109996853A - 研磨用组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研磨用组合物,其是包含纤维素衍生物的组成,且能有效降低研磨后的表面缺陷。本申请提供一种研磨用组合物,其包含磨粒、碱性化合物及表面保护剂。上述表面保护剂包含纤维素衍生物与乙烯醇系分散剂。上述表面保护剂的分散性参数α低于100。
Description
技术领域
本发明涉及研磨用组合物。本申请要求基于2016年11月22日提出申请的日本国专利申请2016-226666号的优先权,并将该申请的全部内容引入本说明书中作为参照内容。
背景技术
对于金属或半金属、非金属、其氧化物等的材料表面,实施使用含有磨粒的研磨用组合物的研磨。例如,在半导体制品的制造等所使用的硅基板的表面一般是经由打磨(lapping)工序与拋光(polishing)工序来加工成高品位的镜面。上述拋光工序典型上包括预拋光工序与精拋光工序(精研磨工序)。作为关于在研磨硅晶圆等的半导体基板的目的上主要所使用的研磨用组合物的技术文献,可举出如专利文献1、2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国专利申请公开2012-89862号公报
专利文献2:日本国专利申请公开2015-124231号公报
发明内容
发明要解决的问题
对于精研磨(finish polishing)工序所使用的研磨用组合物要求实现在研磨后雾度低且表面缺陷少的表面的性能。上述精研磨工序是例如可为硅晶圆等的半导体基板其他基板的精研磨工序。用于该用途的研磨用组合物大多为包含磨粒及水,且在保护研磨对象物表面或提升湿润性等的目的上还包含水溶性高分子者。其中作为通用的水溶性高分子,可举出羟乙基纤维素(HEC)。
然而,HEC所代表的纤维素衍生物由于是将属于天然物的纤维素作为原料,故品质容易参差不齐。因此,以往包含纤维素衍生物的组成的研磨用组合物难以精度良好地抑制可能成为表面缺陷原因的微细聚集。专利文献1、2中虽然记载了使用HEC的研磨用组合物中去降低表面缺陷的技术,但即便通过该技术,仍有无法充分对应关于在研磨后的表面品质上近年来所要求的程度的情况。
因此,本发明的目的在于提供一种研磨用组合物,其是包含纤维素衍生物的组成,且能有效降低研磨后的表面缺陷。
用于解决问题的方案
由本说明书所提供的研磨用组合物包含磨粒、碱性化合物及表面保护剂。前述表面保护剂包含纤维素衍生物与乙烯醇系分散剂。在此,前述表面保护剂的分散性参数α低于100。通过此种研磨用组合物,可活用因使用纤维素衍生物所得的优点,且可有效降低研磨后的表面缺陷。该研磨用组合物可有效降低例如被称为无法清除光点缺陷(LPD-N,LightPoint Defect Non-cleanable)的通过研磨、清洗、干燥等的处理而仍无法解決的缺陷。
前述纤维素衍生物的重均分子量(Mw)可设为例如5×104以上且低于50×104。通过Mw处于上述范围内的纤维素衍生物时,有可抑制分散性参数α,且适当发挥保护研磨对象物或提升湿润性的功能的倾向。
前述乙烯醇系分散剂的Mw例如可以设为前述纤维素衍生物的Mw的90%以下。通过此种构成,有使用乙烯醇系分散剂所得的分散性参数α的降低效果进一步良好得到发挥的倾向。
前述乙烯醇系分散剂的含量相对于前述纤维素衍生物100g例如可以设为0.1g以上且80g以下。在此种组成中,可适合地发挥组合纤维素衍生物与乙烯醇系分散剂的效果。
前述纤维素衍生物与前述乙烯醇系分散剂的总计含量相对于前述磨粒100g例如可以设为1.5g以上且20g以下。根据此种研磨用组合物,可抑制因随着研磨而产生的负荷而对研磨对象物所造成的新的缺陷,且可高品位地加工成该研磨对象物的表面。
前述表面保护剂可还包含氧亚烷基系(oxyalkylene)添加剂。在此种组成中,可适宜发挥因组合使用纤维素衍生物与乙烯醇系分散剂所得的效果,且实现进一步高品位的表面。
在此公开的研磨用组合物的一方式中,前述氧亚烷基系添加剂可包含Mw低于5000的氧亚烷基系添加剂OAL。通过使用氧亚烷基系添加剂OAL,能进一步降低研磨后的表面缺陷。
作为在此公开的技术中的磨粒,可优选采用二氧化硅颗粒。本发明是能在包含二氧化硅颗粒作为磨粒的研磨用组合物的方式下适宜实施。
在此公开的研磨用组合物可用于各种研磨对象物的研磨。其中能优选用于硅晶圆及其他的基板的研磨。特别是适合作为硅晶圆的精研磨所使用的研磨用组合物。
具体实施方式
以下,对本发明的适合的实施方式进行说明。需要说明的是,本说明书中特别提及的特征以外的特征且实施本发明所需的特征可以作为基于本领域中的现有技术的本领域技术人员的常规技术选择而把握。本发明可以基于本说明书中公开的内容和本领域中的技术常识而实施。
<磨粒>
在此公开的研磨用组合物所包含的磨粒的材质或物性没有特别限制,可根据应研磨用组合物的使用目的或使用方式等而适宜选择。作为磨粒的例子,可举出如无机颗粒、有机颗粒、及有机无机复合颗粒。作为无机颗粒的具体例,可举出如二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、氧化铈颗粒、氧化铬颗粒、二氧化钛颗粒、氧化锆颗粒、氧化镁颗粒、二氧化锰颗粒、氧化锌颗粒、氧化铁红(Bengala)颗粒等氧化物颗粒;氮化硅颗粒、氮化硼颗粒等氮化物颗粒;碳化硅颗粒、碳化硼颗粒等碳化物颗粒;金刚石颗粒;碳酸钙或碳酸钡等碳酸盐等。作为有机颗粒的具体例,可举出如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)颗粒或聚(甲基)丙烯酸颗粒、聚丙烯腈颗粒等。此种磨粒是可单独使用一种,也可组合两种以上使用。需要说明的是,本说明书中(甲基)丙烯酸是指包括丙烯酸及甲基丙烯酸。同样地本说明书中,(甲基)丙烯酰基是指包括丙烯酰基及甲基丙烯酰基。
作为上述磨粒,优选无机颗粒,其中优选由金属或半金属的氧化物所构成的颗粒,特别优选二氧化硅颗粒。在如后述硅晶圆等那样的,具有由硅所构成的表面的研磨对象物的研磨,例如能用于精研磨的研磨用组合物中,采用二氧化硅颗粒作为磨粒特别具有意义。在此公开的技术能以例如上述磨粒是实质上由二氧化硅颗粒所构成的方式下优选实施。在此“实质上”是指构成磨粒的颗粒的95重量%以上,优选98重量%以上,更优选99重量%以上为二氧化硅颗粒,且包括100重量%为二氧化硅颗粒的含义。
作为二氧化硅颗粒的具体例,可举出如胶体二氧化硅、气相二氧化硅、沉降二氧化硅等。二氧化硅颗粒是可单独使用一种或可将两种以上组合使用。在从研磨后可容易取得表面品位优异的研磨面的观点,特别优选使用胶体二氧化硅。作为胶体二氧化硅,可优选采用例如通过离子交换法将水玻璃(硅酸Na)作为原料所制作的胶体二氧化硅,或烷氧化物法胶体二氧化硅。烷氧化物法胶体二氧化硅是指通过烷氧基硅烷的水解缩合反应所制造的胶体二氧化硅。胶体二氧化硅可单独使用一种或也可组合两种以上使用。
磨粒构成材料的真比重(真密度)优选1.5以上,更优选1.6以上,进一步优选1.7以上。在此,磨粒构成材料的真比重是指例如由二氧化硅颗粒所构成的磨粒中构成该二氧化硅颗粒的二氧化硅的真比重。以下也称为磨粒的真比重。通过增加磨粒的真比重,磨粒的物理性研磨能力有变高的倾向。磨粒的真比重的上限没有特别限定,典型为2.3以下,例如2.2以下。作为磨粒的真比重,可采用通过使用乙醇作为置换液的液体置换法所得的测量值。上述磨粒是例如可为二氧化硅颗粒。
磨粒的BET径没有特别限定,在从研磨效率等观点出发,优选5nm以上,更优选为10nm以上。在从取得更高研磨效果的观点,例如在从进一步良好发挥减少雾度或去除缺陷等效果的观点出发,上述BET径例如优选以15nm以上,更优选20nm以上,也可超过20nm。另外,在从抑制磨粒对研磨对象物表面赋予的局部性压力的观点,磨粒的BET径优选100nm以下,更优选为50nm以下,进一步优选为40nm以下。在此公开的技术在从变得容易取得更高品位的表面,例如LPD-N数少且雾度程度低的表面的观点等,可在使用BET径为35nm以下,优选低于35nm,更优选为32nm以下,例如低于30nm的磨粒的方式下实施。上述磨粒是例如可为二氧化硅颗粒。
需要说明的是,本说明书中BET径是指从通过BET法所测量的比表面积(BET值),根据BET径[nm]=6000/(真密度[g/cm3]×BET值[m2/g])的式子所算出的粒径。例如在二氧化硅颗粒的情况,可通过BET径[nm]=2727/BET值[m2/g]算出BET径。比表面积的测量是可使用例如Micromelitex公司制的表面积测定装置,商品名“Flow Sorb II 2300”进行。
磨粒的形状(外形)可为球形,也可为非球形。作为成为非球形的颗粒的具体例,可举出如花生形状、茧型形状、金平糖形状、橄榄球形状等。上述花生形状是指即落花生的壳的形状。可理想采用例如颗粒的大多为具有花生形状或茧型形状的磨粒。
磨粒的平均长宽比即磨粒的长径/短径比的平均值没有特别限定,但理论上为1.0以上,优选为1.05以上,进一步优选为1.1以上。通过增加平均长宽比,可实现更高研磨效率。另外,磨粒的平均长宽比在从减少划痕等的观点,优选3.0以下,更优选为2.0以下,进一步优选为1.5以下。
磨粒的形状(外形)或平均长宽比可通过例如电子显微镜观察来把握。作为把握平均长宽比的具体操作步骤,可使用例如扫描型电子显微镜(SEM),对于可辨识独立颗粒的形状的规定个数的二氧化硅颗粒,描绘出外接于个别的颗粒图像的最小长方形。上述规定个数是指例如200个。而且,关于针对各颗粒图像所描绘出的长方形,将其长边的长度设为长径的值,将短边的长度设为短径的值,算出长径的值除以短径的值而得的值作为各磨粒的长径/短径比,即长宽比。通过将上述规定个数的颗粒的长宽比进行算术平均,而可求出平均长宽比。
<表面保护剂>
在此公开的研磨用组合物含有纤维素衍生物及乙烯醇系分散剂作为表面保护剂。上述表面保护剂能以在以下所说明的分散性参数α低于100的方式来构成。
(分散性参数α)
表面保护剂的分散性参数α如下:在以规定方法实施的抽滤中,由包含标准聚合物及氨且剩余部分由水所构成的标准液100g的过滤时间(通液时间)T0,与包含表面保护剂及氨且剩余部分由水所构成的试验液100g的过滤时间(通液时间)T1,通过以下的式子而算出。
分散性参数α[%]=(T1/T0)×100
在此,上述标准液及上述试验液的氨浓度均设为0.1重量%。作为上述标准聚合物,使用重均分子量(Mw)为25×104的羟乙基纤维素(HEC)。上述标准液中的上述标准聚合物的浓度设为0.17重量%。上述试验液中的表面保护剂的浓度以该表面保护剂所包含的纤维素衍生物的浓度成为0.17重量%的方式进行设定。
上述通液时间T0及T1通过以下操作来测量。
[抽滤条件]
使用过滤器:
种类膜滤器(φ47mm,碟型)
材质尼龙
孔径0.2μm
抽吸压力:0.005MPa
[通液时间的测量步骤]
将膜滤器设置于抽滤器,在上述抽吸压力下抽滤去离子水100g,其后抽滤标准液100g。此时测量过滤标准液100g所需要的时间(通液时间)T0。
接着,将膜滤器交换成新品后,在上述抽吸压力下抽滤去离子水100g,其后抽滤试验液100g。此时测量过滤试验液100g所需要的时间(通液时间)T1。
由此所求得的α能发挥作为估计上述包含表面保护剂的研磨用组合物中的纤维素衍生物的分散性程度的指标作用。使用α低于100%的表面保护剂时,在研磨用组合物中能使上述表面保护剂所包含的纤维素衍生物适当地分散,且能高度抑制该纤维素衍生物所可能包含因聚集所造的缺陷。在某些方式中,α可为99%以下,例如可为98%以下。在使用α为96%以下的表面保护剂时,可发挥更高的效果。在此公开的技术在α为90%以下,或85%以下,例如80%以下的方式下仍能适宜地实施。α的下限没有特别限制,例如可为10%以上。从进一步良好利用由纤维素衍生物所得的保护效果或表面湿润性的提升效果的观点等,α通常适当为30%以上,可为50%以上,可为60%以上,也可为例如70%以上。α可通过选择表面保护剂的构成成分的种类或分子量、设定它们的使用量比等来进行调节。
(纤维素衍生物)
纤维素衍生物是包含β-葡萄糖单元作为主要重复单元的聚合物。作为纤维素衍生物的具体例,可举出如羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等。其中优选CHE。
在此公开的研磨用组合物中使用的纤维素衍生物的Mw没有特别限定,例如可为2×104以上。从适宜发挥保护性或表面湿润性等的功能的观点,纤维素衍生物的Mw通常适当为5×104以上,可为7×104以上,可为10×104以上,可为15×104以上,也可为例如20×104以上。另外,纤维素衍生物的Mw可设为例如100×104以下,从提升分散性的观点,优选70×104以下,进一步优选50×104以下。在一种方式中,可优选采用Mw低于50×104,更优选低于30×104,例如28×104以下的纤维素衍生物。
需要说明的是,本说明书中,作为研磨用组合物所能包含的水溶性有机物的重均分子量(Mw),可采用基于凝胶渗透色谱法(GPC)的值(水系、聚环氧乙烷换算)。
表面保护剂中所占的纤维素衍生物的比例没有特别限定,例如可为20重量%以上。上述比例例如可为20重量%以上且低于100重量%。从进一步良好活用纤维素衍生物的使用效果的观点,通常上述比例适当为30重量%以上,也可为50重量%以上。在此公开的技术能在表面保护剂中所占的纤维素衍生物的比例超过50重量%的方式下适宜实施。上述纤维素衍生物的比例可为60重量%以上,可为70重量%以上,也可为80%以上。另外,表面保护剂中所占的纤维素衍生物的比例在从活用乙烯醇系分散剂的使用效果的观点,通常适当制成99.9重量%以下,可设为99.5重量%以下,可设为99重量%以下,也可设为98.5重量%以下。在一种方式中,表面保护剂中所占的纤维素衍生物的比例可为95重量%以下,也可为90重量%以下。
研磨用组合物中的纤维素衍生物的含量没有特别限定,该研磨用组合物中的磨粒每100g,可设为例如0.1g以上,也可设为0.5g以上。从进一步良好活用纤维素衍生物的使用效果的观点,上述含量通常适当设为1g以上,优选设为2g以上。在一种方式中,上述含量可为3g以上,也可为4g以上。在此种方式中,能进一步良好发挥使用本发明的意义。另外,磨粒每100g的纤维素衍生物的含量在从研磨用组合物的过滤性或清洗性的观点,通常适当设为15g以下,可设为12g以下,可设为10g以下,可设为8g以下,也可设为例如6g以下。
(乙烯醇系分散剂)
在此公开的表面保护剂包含乙烯醇系分散剂。以下,有时将乙烯醇系分散剂记作“分散剂VA”。通过组合使用纤维素衍生物与分散剂VA,可改善研磨用组合物中的纤维素衍生物的分散性,且可有效降低因使用该纤维素衍生物所造成的缺陷(例如,LPD-N)。
作为分散剂VA,使用包含乙烯醇单元作为其重复单元的水溶性有机物(典型为水溶性高分子)。在此,乙烯醇单元(以下也称为“VA单元”)是通过以下化学式:-CH2-CH(OH)-;所表示的结构部分。VA单元能通过使例如乙酸乙烯酯等乙烯基酯系单体进行乙烯基聚合而成的结构的重复单元进行水解(也称为皂化)而生成。
分散剂VA可仅包含VA单元作为重复单元,也可包含VA单及VA单元以外的重复单元(以下也称为“非VA单元”)。分散剂VA在包含非VA单元的方式中,该非VA单元可为具有选自氧亚烷基、羧基、磺基、氨基、羟基、酰胺基、酰亚胺基、腈基、醚基、酯基、及它们的盐的至少一种结构的重复单元。分散剂VA可为包含VA单元与非VA单元的无规共聚物,也可为嵌段共聚物或接枝共聚物。分散剂VA可为仅包含一种非VA单元,也可包含两种以上的非VA单元。
构成分散剂VA的全部重复单元的摩尔数所占的VA单元摩尔数的比例例如可为5%以上,可为10%以上,可为20%以上,也可为30%以上。没有特别限定,但在某些方式中,上述VA单元的摩尔数的比例可为50%以上,可为65%以上,可为75%以上,可为80%以上,可为90%以上,也可为例如95%以上或98%以上。构成分散剂VA的重复单元可为实质上100%为VA单元。在此“实质上100%”是指至少不故意使分散剂VA含有非VA单元。在其他的某些方式中,构成分散剂VA的全部重复单元的摩尔数所占的VA单元摩尔数的比例例如可为95%以下,可为90%以下,可为80%以下,也可为70%以下。
分散剂VA中的VA单元的含量在重量基准下,例如可为5重量%以上,可为10重量%以上,可为20重量%以上,也可为30重量%以上。没有特别限定,在某些方式中,上述VA单元的含量可为50重量%以上或超过50重量%,可为70重量%以上,可为80重量%以上,可为90重量%以上,也可为95重量%以上或98重量%以上。构成分散剂VA的重复单元实质上100重量%可为VA单元。在此“实质上100重量%”是指至少不故意使构成分散剂VA的重复单元含有非VA单元。在其他某些方式中,分散剂VA中的VA单元的含量例如可为95重量%以下,可为90重量%以下,可为80重量%以下,可为70重量%以下。
分散剂VA可在同一分子内包含VA单元的含量不同的多条聚合物链。在此,聚合物链是指构成一分子聚合物的一部分的部分(链段)。例如,分散剂VA可在同一分子内包含VA单元的含量高于50重量%的聚合物链A,与VA单元的含量低于50重量%的聚合物链B。VA单元的含量低于50重量%的聚合物链B是指,即非VA单元的含量多于50重量%的聚合物链B。
聚合物链A可仅包含VA单元作为重复单元,也可包含VA单元及非VA单元。聚合物链A中的VA单元的含量可为60重量%以上,可为70重量%以上,可为80重量%以上,也可为90重量%以上。在某些方式中,聚合物链A中的VA单元的含量可为95重量%以上,也可为98重量%以上。构成聚合物链A的重复单元的实质上100重量%可为VA单元。
聚合物链B可仅包含非VA单元作为重复单元,也可包含非VA单元及VA单元。聚合物链B中的非VA单元的含量可为60重量%以上,可为70重量%以上,可为80重量%以上,也可为90重量%以上。在某些方式中,聚合物链B中的非VA单元的含量可为95重量%以上,也可为98重量%以上。构成聚合物链B的重复单元的实质上100重量%可为非VA单元。
作为在同一分子中包含聚合物链A与聚合物链B的分散剂VA的例子,可举出如包含这些聚合物链的嵌段共聚物或接枝共聚物。上述接枝共聚物可为在聚合物链A(主链)上接枝聚合物链B(侧链)而成的结构的接枝共聚物,也可为在聚合物链B(主链)上接枝聚合物链A(侧链)而成的结构的接枝共聚物。在一种方式中,可使用聚合物链A上接枝聚合物链B而成的结构的分散剂VA。
作为聚合物链B的例子,可举出如将源自N-乙烯基型单体的重复单元作为主重复单元的聚合物链,将源自N-(甲基)丙烯酰基型单体的重复单元作为主重复单元的聚合物链。需要说明的是,本说明书中主重复单元在未特别注明的情况下是指包含超过50重量%的重复单元。
作为聚合物链B的一适宜例,可举出如将N-乙烯基型单体作为主重复单元的聚合物链,即N-乙烯基系聚合物链。N-乙烯基系聚合物链中的源自N-乙烯基型单体的重复单元含量典型为超过50重量%,可为70重量%以上,可为85重量%以上,也可为95重量%以上。聚合物链B可为实质上全部为源自N-乙烯基型单体的重复单元。
N-乙烯基型单体的例子包括具有含氮杂环的单体及N-乙烯基链状酰胺。上述杂环例如可为内酰胺环。作为N-乙烯基内酰胺型单体的具体例,可举出如N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基哌啶酮、N-乙烯基吗啉、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基-1,3-噁嗪-2-酮、N-乙烯基-3,5-吗啉二酮等。作为N-乙烯基链状酰胺的具体例,可举出如N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基丙酸酰胺、N-乙烯基丁酸酰胺等。聚合物链B例如其重复单元的超过50重量%、例如70重量%以上或85重量%以上或95重量%以上可为属于N-乙烯基吡咯烷酮单元的N-乙烯基系聚合物链。构成聚合物链B的重复单元的实质上全部可为N-乙烯基吡咯烷酮单元。
作为聚合物链B的其他例,可举出如将源自N-(甲基)丙烯酰基型单体的重复单元作为主重复单元的聚合物链,即N-(甲基)丙烯酰基系聚合物链。N-(甲基)丙烯酰基系聚合物链中的源自N-(甲基)丙烯酰基型单体的重复单元含量典型为超过50重量%,可为70重量%以上,可为85重量%以上,也可为95重量%以上。聚合物链B的实质上全部可为源自N-(甲基)丙烯酰基型单体的重复单元。
N-(甲基)丙烯酰基型单体的例子包括具有N-(甲基)丙烯酰基的链状酰胺及具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺。作为具有N-(甲基)丙烯酰基的链状酰胺的例子,可举出如(甲基)丙烯酰胺;N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-丙基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N-正丁基(甲基)丙烯酰胺等N-烷基(甲基)丙烯酰胺;N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二异丙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二(正丁基)(甲基)丙烯酰胺等N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺等。作为具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺的例子,可举出如N-(甲基)丙烯酰基吗啉、N-(甲基)丙烯酰基吡咯烷等。
作为聚合物链B的其他例,可举出如包含氧亚烷基单元作为主重复单元的聚合物链,即氧亚烷基系聚合物链。氧亚烷基系聚合物链中的氧亚烷基单元的含量典型为超过50重量%,可为70重量%以上,可为85重量%以上,也可为95重量%以上。聚合物链B所包含的重复单元实质上全部可为氧亚烷基单元。
作为氧亚烷基(oxyalkylene)单元的例子,可举出如氧亚乙基单元、氧亚丙基单元、氧亚丁基单元等。此种氧亚烷基单元可分别为源自对应的环氧烷的重复单元。氧亚烷基系链段所含的氧亚烷基单元可为单一种,也可为两种以上。例如,可为包含组合氧亚乙基单元与氧亚丙基单元的氧亚烷基系链段。在包含二种以上的氧亚烷基单元的氧亚烷基系聚合物链中,它们的氧亚烷基单元可为所对应的环氧烷的环氧烷的无规共聚物,也可为嵌段共聚物或接枝共聚物。
分散剂VA的重均分子量(Mw)没有特别限定,例如可为2000以上,可为大于5000。从可容易适当地发挥分散性提升效果的观点,分散剂VA的Mw可为7000以上,可为1×104以上,可为1.2×104以上。在一种方式中,可优选采用Mw为2×104以上,例如3×104以上或5×104以上或7×104以上的分散剂VA。另外,分散剂VA的Mw通常适当为100×104以下,例如可为50×104以下,可为30×104以下,也可为20×104以下。从获得较高分散性提升效果的观点,在一种方式中,可优选采用Mw为17×104以下,例如15×104以下的分散剂VA。
在此公开的表面保护剂的与纤维素衍生物Mw的关系没有特别限定,能优选在包含较低Mw的分散剂VA的方式下实施。依据该方式时,有变得容易适宜发挥使用纤维素衍生物所得的优点的倾向。在一种方式中,分散剂VA的Mw可设为纤维素衍生物Mw的90%以下,即可设为0.9倍以下。分散剂VA的Mw可设为纤维素衍生物的Mw的75%以下,可设为60%以下,也可设为例如50%以下。另外,分散剂VA的Mw通常适当设为纤维素衍生物Mw的0.5%以上,优选设为1%以上。在从容易使分散性提升效果适当发挥的观点,在某些方式中,分散剂VA的Mw可设为纤维素衍生物的Mw的2%以上,可设为3%以上,可设为5%以上,可设为10%以上,可设为20%以上,也可设为30%以上。
表面保护剂中所占的分散剂VA的比例没有特别限定,能以取得所期望的分散性提升效果的方式进行设定。在一种方式中,表面保护剂中所占的分散剂VA的比例是可设为例如0.05重量%以上,通常适当设为0.1重量%以上,从取得较高分散性提升效果的观点,可设为0.5重量%以上,可设为1重量%以上,也可设为1.5重量%以上。另外,表面保护剂中所占的分散剂VA的比例可设为例如50重量%以下,从容易适宜发挥纤维素衍生物的使用效果的观点,通常适当设为30重量%以下,可设为20重量%以下,可设为15重量%以下,可设为10重量%以下,也可设为例如7重量%以下。在此公开的技术在表面保护剂中所占的分散剂VA的比例为5重量%以下,例如4重量%以下的方式下仍能适宜实施。
纤维素衍生物每100g的分散剂VA的含量没有特别限定,例如可设为0.1g以上,可设为0.2g以上,可设为0.5g以上,可设为1g以上,可设为1.5g以上,可设为2g以上。随着分散剂VA的含量增加,而有变得容易取得较高分散性提升效果的倾向。另外,纤维素衍生物每100g的分散剂VA的含量可设为例如80g以下,从进一步良好发挥纤维素衍生物的使用效果的观点,通常适当设为50g以下,优选设为30g以下,可设为20g以下,可设为15g以下,可设为10g以下,可设为7g以下,也可设为例如5g以下。
研磨用组合物中的分散剂VA的含量没有特别限定,该研磨用组合物中的磨粒每100g,例如可设为0.0001g以上,可设为0.0005g以上,可设为0.001g以上,可设为0.005g以上,可设为0.01g以上,可设为0.02g以上,可设为0.05g以上,也可设为0.07g以上。随着分散剂VA的含量增加,而有变得容易取得较高分散性提升效果的倾向。在某些方式中,研磨用组合物中的分散剂VA的含量是例如可为0.1g以上,可为0.2g以上,可为1.2g以上,也可为2.5g以上。另外,磨粒每100g的分散剂VA的含量在从清洗性或经济性的观点,通常是适当设为10g以下,也可设为5g以下。在某些方式中,研磨用组合物中的分散剂VA的含量是例如可设为3g以下,可设为2g以下,可设为1g以下,也可设为0.5g以下。
研磨用组合物中的纤维素衍生物与分散剂VA的总计含量没有特别限定,该研磨用组合物中的磨粒每100g,可设为例如1.1g以上,通常适当设为1.5g以上,可设为2g以上,可设为2.5g以上,可设为3g以上,可设为3.5g以上,也可设为4g以上。随着上述总计含量增加,而有变得容易取得较高分散性提升效果的倾向。在某些方式中,上述总计含量可为7g以上,也可为10g以上。另外,磨粒每100g的纤维素衍生物与分散剂VA的总计含量在从清洗性或经济性的观点,通常适当设为30g以下,优选设为20g以下,也可设为15g以下。在某些方式中,上述总计含量例如可设为12g以下,也可设为10g以下。在此公开的技术在磨粒每100g的纤维素衍生物与分散剂VA的总计含量为8g以下(例如6g以下)的方式下仍能适宜实施。
(氧亚烷基系添加剂)
在此公开的技术中的表面保护剂根据需要也可还包含氧亚烷基系添加剂。作为氧亚烷基系添加剂,可适宜使用包含超过50重量%的氧亚烷基单元结构的水溶性有机物。作为氧亚烷基系添加剂,可单独使用一种此种水溶性有机物,或可将二种以上组合使用。优选非离子系的水溶性有机物。以下,有时将氧亚烷基系添加剂记作“添加剂OA”。
作为能使用当作添加剂OA的水溶性有机物,可举出例如聚环氧乙烷(PEO)、环氧乙烷(EO)与环氧丙烷(PO)或环氧丁烷(BO)的嵌段共聚物、EO与PO或BO的无规共聚物等。其中优选EO与PO的嵌段共聚物或EO与PO的无规共聚物。EO与PO的嵌段共聚物可为包含PEO嵌段与聚环氧丙烷(PPO)嵌段的二嵌段共聚物、三嵌段共聚物等。上述三嵌段共聚物的例子包括PEO-PPO-PEO型三嵌段共聚物及PPO-PEO-PPO型三嵌段共聚物。通常更优选PEO-PPO-PEO型三嵌段共聚物。在EO与PO的嵌段共聚物或无规共聚物中,构成该共聚物的EO与PO的摩尔比(EO/PO)在从对水的溶解性或清洗性等观点,优选大于1,更优选2以上,进一步优选3以上,也可为例如5以上。
作为能用作添加剂OA的水溶性有机物的其他例,可举出如聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等氧亚烷基聚合物;聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷胺、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油基醚脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯等聚氧亚烷基衍生物、例如聚氧亚烷基加成物。作为适宜例,可举出如聚乙二醇及聚氧乙烯烷基醚。聚氧乙烯烷基醚可为例如聚氧乙烯癸基醚。
作为聚氧亚烷基衍生物的具体例,可举出如聚氧乙烯丙基醚、聚氧乙烯丁基醚、聚氧乙烯戊基醚、聚氧乙烯己基醚、聚氧乙烯辛基醚、聚氧乙烯-2-乙基己基醚、聚氧乙烯壬基醚、聚氧乙烯癸基醚、聚氧乙烯异癸基醚、聚氧乙烯十三烷基醚、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯硬脂酰基醚、聚氧乙烯异硬脂酰基醚、聚氧乙烯油酰基醚、聚氧乙烯苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯十二烷基苯基醚、聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚、聚氧乙烯月桂胺、聚氧乙烯硬脂酰胺、聚氧乙烯油酰胺、聚氧乙烯单月桂酸酯、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯二硬脂酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、单月桂酸聚氧乙烯失水山梨醇酯、单棕榈酸聚氧乙烯失水山梨醇酯、单硬脂酸聚氧乙烯失水山梨醇酯、单油酸聚氧乙烯失水山梨醇酯、三油酸聚氧乙烯失水山梨醇酯、四油酸聚氧乙烯山梨醇酯、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯氢化蓖麻油等。
添加剂OA的重均分子量(Mw)没有特别限定,从分散性的观点,通常适当设为10×104以下,例如可为5×104以下,可为3×104以下,可为2×104以下,可为1×104以下,可为9500以下,可为例如低于9000。另外,添加剂OA的Mw在从提升研磨后的表面品位的观点,通常适当为200以上,优选250以上,例如300以上。添加剂OA的Mw的更优选范围也能根据该添加剂OA的种类而不同。例如,使用聚氧乙烯烷基醚或氧亚烷基聚合物(例如聚乙二醇)作为添加剂OA时,其Mw优选低于5000,也可为2500以下,例如1000以下。另外,使用例如PEO-PPO-PEO型的三嵌段共聚物作为添加剂OA时,其Mw例如可为1000以上,可为3000以上,也可为5000以上。
表面保护剂中所占的添加剂OA的比例没有特别限定。上述比例例如可设为0.05重量%以上,也可设为0.5重量%以上,从取得较高使用效果的观点,可设为1重量%以上,也可设为5重量%以上。另外,从容易适宜发挥纤维素衍生物的使用效果的观点,表面保护剂中所占的添加剂OA的比例通常适当设为30重量%以下,可设为25重量%以下,可设为20重量%以下,也可设为15重量%以下。
纤维素衍生物每100g的添加剂OA的含量没有特别限定,例如可设为0.1g以上,可设为1g以上,也可设为3g以上。另外,从容易适宜发挥纤维素衍生物的使用效果的观点,纤维素衍生物每100g的添加剂OA的含量通常适当设为100g以下,可设为70g以下,可设为50g以下,可设为30g以下,可设为20g以下,也可设为15g以下。
研磨用组合物中的添加剂OA的含量没有特别限定,该研磨用组合物中的磨粒每100g,例如可设为0.0001g以上,可设为0.01g以上,也可设为0.05g以上。另外,磨粒每100g的添加剂OA的含量通常适当设为5g以下,可设为3g以下,也可设为1g以下。
分散剂VA每1g的添加剂OA的含量没有特别限定,例如可设为0.01g以上,可设为0.1g以上,可设为0.3g以上。另外,分散剂VA每1g的添加剂OA的含量通常适当设为20g以下,可设为15g以下,可设为10g以下,可设为5g以下,也可设为1g以下。
在此公开的技术的一种方式中,上述表面保护剂能组合包含分散剂VA,与重均分子量(Mw)低于5000的氧亚烷基系添加剂(添加剂OAL)。通过使用添加剂OAL,可进一步降低研磨后的表面缺陷,例如LPD-N数。作为添加剂OAL,可使用作为能用作添加剂OA的水溶性有机物所示例的上述材料中Mw低于5000者。添加剂OAL的Mw可为2500以下,可为1000以下,也可为例如800以下。另外,从适宜发挥表面缺陷降低效果的观点,添加剂OAL的Mw适当为200以上,可为250以上,也可为例如300以上。在一种方式中,也可使用Mw为350以上的添加剂OAL。可优选使用作为添加剂OAL的材料的非限定性例子能包括氧亚烷基聚合物及聚氧乙烯烷基醚。上述氧亚烷基聚合物可为例如聚乙二醇。上述聚氧乙烯烷基醚可为例如聚氧乙烯癸基醚。
分散剂VA的每1g的添加剂OAL的含量没有特别限定,例如可设为0.01g以上,可设为0.05g以上,可设为0.1g以上,也可设为0.3g以上。另外,分散剂VA每1g的添加剂OA的含量通常适当设为10g以下,可设为5g以下,可设为3g以下,可设为2g以下,可设为1g以下,也可设为例如0.7g以下。
<碱性化合物>
碱性化合物能适宜选自具有溶解于水而使水溶液的pH上升的功能的各种碱性化合物。可使用例如含氮的有机或无机的碱性化合物、碱金属的氢氧化物、碱土金属的氢氧化物、各种碳酸盐或碳酸氢盐等。作为含氮的碱性化合物的例子,可举出如季铵化合物、季鏻化合物、氨、胺等。作为上述胺,优选水溶性胺。此种碱性化合物是可单独使用一种或可将二种以上组合使用。
作为碱金属的氢氧化物的具体例,可举出如氢氧化钾、氢氧化钠等。作为碳酸盐或碳酸氢盐的具体例,可举出如碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠等。作为胺的具体例,可举出如甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、单乙醇胺、N-(β-氨基乙基)乙醇胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、无水哌嗪、哌嗪六水合物、1-(2-氨基乙基)哌嗪、N-甲基哌嗪、胍、咪唑或三唑等唑类等。作为季鏻化合物的具体例,可举出如四甲基氢氧化鏻、四乙基氢氧化鏻等氢氧化季鏻。
作为季铵化合物,可优选使用四烷基铵盐、羟基烷基三烷基铵盐等季铵盐。上述季铵盐中的阴离子成分可为例如OH-、F-、Cl-、Br-、I-、ClO4 -、BH4 -等。作为季铵盐,优选强碱者。其中作为优选例,可举出阴离子为OH-的季铵盐,即氢氧化季铵。作为氢氧化季铵的具体例,可举出如四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四戊基氢氧化铵及四己基氢氧化铵等四烷基氢氧化铵;氢氧化2-羟乙基三甲基铵(也称为胆碱)等氢氧化羟基烷基三烷基铵等。其中优选四烷基氢氧化铵,其中优选四甲基氢氧化铵(TMAH)。
作为在此公开的技术中的碱性化合物,优选选自碱金属氢氧化物、氢氧化季铵及氨的至少一种碱性化合物。其中,优选四甲基氢氧化铵等氢氧化季铵及氨,特别优选氨。
<水>
在此公开的研磨用组合物典型包含水。作为水,可优选使用离子交换水(去离子水)、纯水、超纯水、蒸馏水等。所使用的水由于要极力避免研磨用组合物所含有的其他成分的作用受到阻碍,故例如过渡金属离子的总计含量优选100ppb以下。例如,可借去除离子交换树脂所产生的杂质离子、去除过滤器所产生的异物、蒸馏等操作来提高水的纯度。
<其他成分>
在不显著妨碍本发明的效果范围内,在此公开的研磨用组合物根据需要也可还含有螯合剂、有机酸、有机酸盐、无机酸、无机酸盐、防腐剂、防霉剂等研磨用组合物所能使用的公知的添加剂。在此公开的研磨用组合物能在实质上不含有螯合物剂的方式下适宜实施。上述添加剂可为例如硅晶圆的拋光工序中使用的研磨用组合物所能用的公知添加剂。
在此公开的研磨用组合物优选实质上不包含氧化剂。这是由于,研磨用组合物中若包含氧化剂,则在例如将硅晶圆等硅基板作为研磨对象物的研磨中,上述研磨用组合物因被供给至研磨对象物而该研磨对象物的表面会被氧化而产生氧化膜,由此而研磨效率可能会降低。作为在此所谓的氧化剂的具体例,可举出如过氧化氢(H2O2)、过硫酸钠、过硫酸铵、二氯异氰脲酸钠等。需要说明的是,研磨用组合物实质上不包含氧化剂是指至少蓄意地不使其含有氧化剂。
在此公开的研磨用组合物在不显著妨碍本发明效果的范围内,也可包含纤维素衍生物及分散剂VA以外的水溶性高分子(以下,也称任意聚合物)作为任意成分。作为该种任意聚合物,可使用例如淀粉衍生物、N-乙烯基型聚合物、N-(甲基)丙烯酰基型聚合物等。作为淀粉衍生物的例子,可举出如α化淀粉、支链淀粉(pullulan)、羧甲基淀粉、环糊精等。N-乙烯基型聚合物可为关于聚合物链B的上述所示例的N-乙烯基型单体的均聚物或共聚物。作为N-乙烯基型聚合物的具体例,可举出N-乙烯基吡咯烷酮(VP)的均聚物,或VP的共聚合比例为70重量%以上的共聚物等。N-(甲基)丙烯酰基型聚合物可为关于聚合物链B的如上述所示例的N-(甲基)丙烯酰基型单体的均聚物或共聚物。作为N-(甲基)丙烯酰基型聚合物的具体例,可举出如N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的均聚物、NIPAM的共聚合比例为70重量%以上的共聚物、N-丙烯酰基吗啉(ACMO)的均聚物、ACMO的共聚合比例为70重量%以上的共聚物等。任意聚合物优选非离子性。任意聚合物的含量适当地纤维素衍生物每100g设为30g以下,优选设为10g以下,也可设为5g以下,也可为1g以下。在此公开的技术能在实质上不含有此种任意聚合物的方式下适宜实施。
<pH>
在此公开的研磨用组合物的pH通常适当为8.0以上,优选8.5以上,更优选为9.0以上,进一步优选为9.5以上,例如10.0以上。研磨用组合物的pH若变高时,则有研磨效率提升的倾向。另一方面,从防止磨粒例如二氧化硅颗粒的溶解,抑制该磨粒所导致的机械性研磨作用降低的观点,研磨用组合物的pH适当为12.0以下,优选11.8以下,更优选11.5以下,进一步优选11.0以下。
在此公开的技术中,液态组合物的pH如下把握:使用pH计,在使用标准缓冲液进行3点校正后,将玻璃电极放入测量对象的组合物,测定经过2分钟以上且稳定后的值来把握。上述标准缓冲液为邻苯二甲酸盐pH缓冲液pH:4.01(25℃)、中性磷酸盐pH缓冲液pH:6.86(25℃)、碳酸盐pH缓冲液pH:10.01(25℃)。作为pH计,可使用例如堀场制作所制的玻璃电极式氢离子浓度指示计、型号F-23或其相当品。
<用途>
在此公开的技术中的研磨用组合物能应用于研磨具有各种材质及形状的研磨对象物。研磨对象物的材质可为例如硅、铝、镍、钨、铜、钽、钛、不锈钢等金属或半金属,或它们的合金;石英玻璃、铝硅酸盐玻璃、玻璃状碳等玻璃状物质;氧化铝、二氧化硅、蓝宝石、氮化硅、氮化钽、碳化钛等陶瓷材料;碳化硅、氮化镓、砷化镓等化合物半导体基板材料;聚酰亚胺树脂等树脂材料等。也可为这些中多种材质所构成的研磨对象物。
在此公开的技术中的研磨用组合物特别优选能应用在研磨例如硅晶圆等由硅构成的表面。在此所谓硅晶圆的典型例为硅单晶晶圆,所述硅单晶晶圆是切割硅单晶锭而得的。
在此公开的研磨用组合物可优选应用于研磨对象物的拋光工序,例如硅晶圆的拋光工序。研磨对象物在利用在此公开的研磨用组合物的拋光工序之前,也可对研磨对象物实施打磨或蚀刻等比拋光工序还要上游的工序中能应用于研磨对象物的一般处理。
在此公开的研磨用组合物能优选用于例如通过上游工序而制备成表面粗糙度0.01nm~100nm的表面状态的研磨对象物例如硅晶圆的拋光。研磨对象物的表面粗糙度Ra可使用例如Schmitt Measurement System Inc.公司制的激光扫描式表面粗糙度计“TMS-3000WRC”进行测定。在最终拋光(精研磨)或其之前的拋光下的使用有效,特别优选用于最终拋光。在此,最终拋光是指目标物的制造工艺中的最后拋光工序,即是指在该工序后不会实施进一步拋光的工序。
<研磨用组合物>
在此公开的研磨用组合物典型地在包含该研磨用组合物的研磨液的方式下供给至研磨对象物,而用于该研磨对象物的研磨。上述研磨液可为例如将在此公开的任一研磨用组合物稀释制备而成者。研磨用组合物的稀释典型地可通过水来进行。或,也可将该研磨用组合物直接用作研磨液。即,在此公开的技术中的研磨用组合物的概念包括:供给至研磨对象物而用于研磨该研磨对象物的研磨液(也称为工作浆料(working slurry));和,进行稀释而用作研磨液的浓缩液这两者。上述浓缩液也能作为研磨液的原液把握。作为包含在此公开的研磨用组合物的研磨液的其他例,可举出调整该组合物的pH而成的研磨液。
(研磨液)
研磨液中的磨粒的含量没有特别限制,典型为0.01重量%以上,优选0.05重量%以上,更优选为0.10重量%以上,例如0.13重量%以上。伴随磨粒的含量增加,可实现更高研磨速度。从实现较低雾度表面的观点,通常上述含量适当为10重量%以下,优选7重量%以下,更优选为5重量%以下,进一步优选为2重量%以下,例如1重量%以下,可为0.5重量%以下,也可为0.3重量%以下。
研磨液中的表面保护剂的浓度没有特别限制,可设为例如0.0005重量%以上。从取得较高保护效果的观点,优选浓度为0.001重量%以上,更优选为0.002重量%以上。在某些方式中,表面保护剂的浓度例如可为0.003重量%以上,也可为0.005重量%以上。另外,表面保护剂的浓度可设为例如1.0重量%以下,通常适当设为0.5重量%以下,可设为0.1重量%以下,可设为0.05重量%以下,也可设为例如0.02重量%以下。
研磨液中的纤维素衍生物的浓度没有特别限制,可设为例如0.0001重量%以上。从降低雾度等观点,优选浓度为0.0005重量%以上,更优选为0.001重量%以上,例如可为0.003重量%以上,也可为0.005重量%以上。另外,从研磨效率等观点,纤维素衍生物的浓度通常优选设为0.2重量%以下,更优选设为0.1重量%,也可设为0.05重量%以下,也可设为例如0.01重量%以下。
研磨液中的分散剂VA的浓度没有特别限制,可设为例如0.00001重量%以上,从取得较高分散性提升效果的观点,可设为0.00005重量%以上,也可设为0.0001重量%以上。在某些方式中,分散剂VA的浓度可为0.0005重量%以上,也可为0.001重量%以上。另外,从研磨效率等观点,分散剂VA的浓度通常优选设为0.1重量%以下,可设为0.01重量%以下,可设为0.005重量%以下,可设为0.001重量%以下,也可设为例如0.0005重量%以下。
在此公开的研磨用组合物包含碱性化合物时,研磨液中的碱性化合物的浓度没有特别限制。从提升研磨速度等观点,通常优选将上述浓度设为研磨液的0.0005重量%以上,更优选设为0.001重量%以上。另外,从降低雾度等观点,上述浓度适当设为低于0.3重量%,优选设为低于0.1重量%,更优选设为低于0.05重量%(例如0.03重量%)。
(浓缩液)
在此公开的研磨用组合物也可为在供给至研磨对象物之前经浓缩的方式。上述经浓缩的方式是指研磨液的浓缩液的方式,也能作为研磨液的原液把握。在从制造、流通、保存等时的便利性或降低成本等观点,此种经浓缩方式的研磨用组合物较为有利。浓缩倍率没有特别限定,例如以体积换算可设为2倍~100倍左右,通常适当为5倍~50倍左右,可为例如10倍~40倍左右。
此种浓缩液能以在所期望的时机下进行稀释而制备成研磨液(工作浆料),并将该研磨液供给至研磨对象物的方式进行使用。上述稀释通过例如对上述浓缩液添加水并进行混合来进行。
上述浓缩液中的磨粒的含量可设为例如50重量%以下。从上述浓缩液的操作性、例如磨粒的分散稳定性或过滤性等观点,通常上述浓缩液中的磨粒的含量优选45重量%以下,也可设为40重量%以下,例如30重量%以下。另外,从制造、流通、保存等的便利性或成本降低等观点,磨粒的含量可设为例如0.5重量%以上,优选1重量%以上,可设为2重量%以上,也可设为3重量%以上。
(研磨用组合物的制备)
在此公开的技术所使用的研磨用组合物可为单剂型,也可为以两剂型为代表的多剂型。例如可以为如下构成:通过将研磨用组合物的构成成分的中至少包含磨粒的部分A,与包含剩余成分的至少一部分的部分B进行混合,根据需要将它们在适当时机下进行混合及稀释而制备成研磨液,从而构成。
研磨用组合物的制备方法没有特别限定。例如,可以使用浆式搅拌机、超声波分散机、均质混合机等公知的混合装置,将构成研磨用组合物的各成分混合。混合这些成分的方式没有特别限定,例如可将全部成分一次地进行混合,也可以以适宜设定的步骤进行混合。
<研磨>
在此公开的研磨用组合物例如在包含以下操作的方式下用于研磨对象物的研磨。以下,说明关于使用在此公开的研磨用组合物对研磨对象物、例如硅晶圆进行研磨的方法的适合的一种方式。
即,准备包含在此公开的任一研磨用组合物的研磨液。通过准备上述研磨液,能包括对研磨用组合物施加稀释等浓度调整、或pH调整等操作而制作研磨液。或,也可将研磨用组合物直接用作研磨液。
接着,将该研磨液供给至研磨对象物,通过常规方法进行研磨。例如,在进行硅晶圆的精研磨时,典型地将经过打磨工序的硅晶圆装设在一般研磨装置上,透过该研磨装置的研磨垫对上述硅晶圆的研磨对象面供给研磨液。典型而言,连续供给上述研磨液,且将研磨垫压向硅晶圆的研磨对象面,并使两者相对地移动,例如旋转移动。经过该研磨工序而结束研磨对象物的研磨。
上述研磨工序所使用的研磨垫没有特别限定,可使用例如发泡聚氨酸酯型、无纺布型、绒面型等的研磨垫。各研磨垫可包含磨粒,也可不包含磨粒。通常优选使用不包含磨粒的研磨垫。
使用在此公开的研磨用组合物所研磨的研磨对象物典型地为经清洗者。清洗可使用适当清洗液进行。使用的清洗液没有特别限定,例如,在半导体等领域中,可使用一般性SC-1清洗液、SC-2清洗液等。上述SC-1清洗液为氢氧化铵(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)与水(H2O)的混合液。上述SC-2清洗液为HCl与H2O2与H2O的混合液。清洗液的温度可设为例如室温以上,约90℃左右为止的范围。上述室温典型为约15℃~25℃。从提升清洗效果的观点,可优选使用50℃~85℃左右的清洗液。
实施例
以下,说明关于本发明的几个实施例,但并非意图将本发明限定于该实施例所示的内容。需要说明的是,以下的说明中,“%”除了在表示分散性参数的数值的情况,其他为重量基准。
<研磨用组合物的制备>
(实施例1)
制备如下研磨用组合物:在离子交换水中分别包含浓度0.175%的BET径为25nm的胶体二氧化硅、浓度0.00125%的Mw为9000的PEO-PPO-PEO嵌段共聚物、浓度0.005%的氨,且还分别包含浓度0.0085%的Mw为25×104的羟乙基纤维素(HEC)、浓度0.0003%的Mw为13000的聚乙烯醇(PVA,皂化度95%以上)。
(实施例2)
在实施例1中,使用Mw为106000的PVA代替Mw为13000的PVA。除此之外,与实施例1同样地操作而制备本例的研磨用组合物。
(实施例3)
在实施例1中,使用将皂化度95%以上的聚乙烯醇(PVA)作为主链、且将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为侧链的Mw为175000的接枝共聚物(以下记作“PVA-g-PVP”)代替PVA。除此之外,与实施例1同样地操作而制备本例的研磨用组合物。
(实施例4)
在实施例1中,将PVA的浓度变更成0.0002%。另外,使其还含有0.0001%浓度的Mw为600的聚乙二醇(PEG)。除此之外,与实施例1同样地操作而制备本例的研磨用组合物。
(实施例5)
制备如下研磨用组合物:在离子交换水中分别包含浓度0.088%的BET径为25nm的胶体二氧化硅、浓度0.0006%的Mw为400的聚氧乙烯癸基醚、浓度0.006%的氨,且还分别包含浓度0.0075%的Mw为25×104的HEC、浓度0.004%的Mw为106000的聚乙烯醇(PVA,皂化度95%以上)。
(比较例1)
未使用PVA,除此之外,与实施例1同样地操作而制备本例的研磨用组合物。
(比较例2)
在实施例1中,使用Mw为45000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)代替PVA。除此之外,与实施例1同样地操作而制备出本例的研磨用组合物。
(比较例3、4)
未使用HEC,除此之外,分别与实施例1、2同样地操作而制备本例的研磨用组合物。
以上述的方法测定这些实施例及比较例的研磨用组合物的各自分散性参数α。作为实施例1~3及比较例1、2的试验液,使用如下试验液:以构成表面保护材的HEC的浓度成为0.17%的浓度包含各例的研磨用组合物的该表面保护材,还包含0.1%的氨,且剩余部分由水构成。具体而言,实施例1、2中使用如下试验液:以浓度计包含HEC 0.17%、Mw为13000或106000的PVA 0.006%、PEO-PPO-PEO 0.025%、氨0.1%,且剩余部分由水构成。实施例3中使用如下试验液:以浓度计包含HEC 0.17%、PVA-g-PVP 0.006%、PEO-PPO-PEO0.025%、氨0.1%,且剩余部分由水构成。实施例4中使用如下试验液:以浓度计包含HEC0.17%、PVA 0.004%、PEG 0.002%、PEO-PPO-PEO 0.025%、氨0.1%,且剩余部分是由水构成。实施例5中使用如下试验液:以浓度计包含HEC 0.17%、PVA 0.091%、C10PEO 0.014%、氨0.1%,且剩余部分由水构成。比较例1中使用如下试验液:以浓度计包含HEC 0.17%、PEO-PPO-PEO 0.025%、氨0.1%,且剩余部分由水构成。比较例2中使用如下试验液:以浓度计包含HEC 0.17%、PEO-PPO-PEO 0.025%、PVP 0.006%、氨0.1%,且剩余部分由水构成。将结果示于表1。需要说明的是,关于不含有HEC的比较例3、4,将从实施例1、2的研磨用组合物的在分散性参数α的测定中所使用的各试验液去除HEC的组成的试验液,即将关于包含Mw为13000或106000的PVA 0.006%、PEO-PPO-PEO 0.025%、氨0.1%、且剩余部分由水构成的试验液的测定值作为参考值记载于括号内。
<硅晶圆的研磨>
(1)预研磨工序
制备包含磨粒0.95%及碱性化合物0.065%且剩余部分由水构成的一次研磨用组合物。作为磨粒,使用BET径35nm的胶体二氧化硅。作为碱性化合物,使用氢氧化钾(KOH)。将该一次研磨用组合物直接用作研磨液(工作浆料),以下述研磨条件1对作为研磨对象物的硅晶圆进行掩模。硅晶圆使用已结束打磨及蚀刻的直径200mm市售硅单晶晶圆(传导型:P型、结晶方位:<100>、电阻率:1Ω·cm以上且低于100Ω·cm、无COP)。
[研磨条件1]
研磨装置:股份有限公司冈本工作机械制作所制的叶片研磨机,型号“PNX-322”
研磨载荷:15kPa
平板转速:30rpm
载体转速:30rpm
研磨垫:富士纺爱媛公司制、制品名“FP55”
研磨液供给速率:0.55升/分钟
研磨液的温度:20℃
平板冷却水的温度:20℃
研磨时间:3分钟
(2)精研磨工序
分别将上述实施例及比较例的研磨用组合物直接用作研磨液(工作浆料),以下述研磨条件2对已结束上述预研磨工序的硅晶圆进行研磨。
[研磨条件2]
研磨装置:股份有限公司冈本工作机械制作所制的叶片研磨机,型号“PNX-322”
研磨载荷:15kPa
平板转速:30rpm
载体转速:30rpm
研磨垫:富士纺爱媛公司制研磨垫,商品名“POLYPAS27NX”
研磨液供给速率:0.4升/分钟
研磨液的温度:20℃
平板冷却水的温度:20℃
研磨时间:4分钟
从研磨装置取出研磨后的硅晶圆,使用NH4OH(29%):H2O2(31%):去离子水(DIW)=1:1:15(体积比)的清洗液进行清洗(SC-1清洗)。更具体而言,准备2个清洗槽,分别在这些第1及第2清洗槽中收容上述清洗液,保持在60℃,将研磨后的硅晶圆浸渍于第1清洗槽15分钟,其后通过使用超纯水与超声波的冲洗槽,浸渍于第2清洗槽中15分钟后,使用旋转干燥机使其干燥。
<LPD-N数测定>
使用KLA-Tencor公司制晶圆检查装置,商品名“SURFSCAN SP2”,在该装置的DCO模式下测量存在于从上述各例所得的硅晶圆的表面(研磨面)上的LPD-N的个数。将关于各例的LPD-N数换算成将比较例1的LPD-N数设成100%的相对值,基于该换算值,使用以下的6阶段来评价LPD-N数。将结果示于表1。
A:低于40%
B:40%以上且低于50%
C:50%以上且低于60%
D:60%以上且低于100%
E:100%以上且低于150%
F:150%以上
[表1]
表1
如表1所示,利用包含纤维素衍生物与乙烯醇系分散剂、且包含分散性参数α低于100的表面保护剂S1的实施例1~5的研磨用组合物,与比较例1的研磨用组合物相比,可确认到精研磨后的LPD-N数明显降低。另一方面,在α超过100的比较例2的研磨用组合物时,无法取得LPD-N数的降低效果。另外,从实施例1、2的研磨用组合物去除纤维素衍生物的比较例3、4中,精研磨后的表面品质大幅降低。
以上,已详细地说明了本发明的具体例,但这些仅为示例,而并不限定专利的权利要求。专利申请的保护范围中记载的技术中包含将以上示例的具体例予以各种变形、变更者。
Claims (9)
1.一种研磨用组合物,其是包含磨粒、碱性化合物及表面保护剂的研磨用组合物,其中,
所述表面保护剂包含纤维素衍生物与乙烯醇系分散剂,
所述表面保护剂的分散性参数α低于100。
2.根据权利要求1所述的研磨用组合物,其中,所述纤维素衍生物的重均分子量为5×104以上且低于50×104。
3.根据权利要求1或2所述的研磨用组合物,其中,所述乙烯醇系分散剂的重均分子量为所述纤维素衍生物的重均分子量的90%以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的研磨用组合物,其中,所述乙烯醇系分散剂的含量相对于所述纤维素衍生物100g为0.1g以上且80g以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的研磨用组合物,其中,所述纤维素衍生物与所述乙烯醇系分散剂的总计含量相对于所述磨粒100g为1.5g以上且20g以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的研磨用组合物,其中,所述表面保护剂还包含氧亚烷基系添加剂。
7.根据权利要求6所述的研磨用组合物,其包含重均分子量低于5000的氧亚烷基系添加剂OAL作为所述氧亚烷基系添加剂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的研磨用组合物,其中,所述磨粒为二氧化硅颗粒。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的研磨用组合物,其用于研磨硅晶圆。
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