JP2003188122A

JP2003188122A - Ｃｍｐプロセス用研磨液

Info

Publication number: JP2003188122A
Application number: JP2001384923A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Miyazaki; 忠一宮崎
Original assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】被研磨体表面の傷を低減できるＣＭＰプロセ
ス用研磨液を提供することである。【解決手段】１ｎｍ以上９５ｎｍ以下の体積平均粒径
（Ｄ）を有し、直径０．５６μｍ以上の粒子数が１ｍｌ
あたり１０万個以下である研磨材（Ａ）と水とからなる
ことを特徴とするＣＭＰプロセス用研磨液を用いる。研
磨材としては、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化セ
リウム、窒化珪素及び酸化ジルコニウムからなる群より
選ばれる少なくとも１種の金属化合物であることが好ま
しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＰプロセス用
研磨液に関する。さらに詳しくは半導体産業等における
デバイスウェハや液晶ディスプレー用基板の表面平坦化
加工に最適な研磨液に関するものである。なお、ＣＭＰ
とは、デバイスウエハ等の表面に形成された酸化物膜や
金属膜等を平坦化するための化学研磨と機械研磨を組み
合わせたメカノケミカル研磨(ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃ
ｈａｎｉｃａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、以下Ｃ
ＭＰと略する。）である。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＭＰプロセス用研磨液には、比
表面積が２５ｍ²／ｇ未満である酸化セリウム粒子を分
散した研磨液が用いられてきた（特開平１０−１０６９
８７）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＣＭＰ
プロセス用研磨液では、被加工物の表面に傷を生じやす
く、最終製品（デバイスウェハ）とした場合に、配線の
断線や短絡等の欠陥の原因となる問題がある。すなわ
ち、本発明の目的は、被研磨体表面の傷を激減できるＣ
ＭＰプロセス用研磨液を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討した結果、単位体積中の粗大粒子
数をある個数以下に制限することにより、上記の問題点
が解決されることを見いだし、本発明に到達した。すな
わち、本発明のＣＭＰプロセス用研磨液の特徴は、１ｎ
ｍ以上９５ｎｍ以下の体積平均粒径（Ｄ）を有し、直径
０．５６μｍ以上の粒子数が１ｍｌあたり１００万個以
下である研磨材（Ａ）と水からなる点にある。

【０００５】

【発明の実施の形態】研磨材の体積平均粒径（Ｄ）は、
１ｎｍ以上であり、好ましくは１０ｎｍ以上、さらに好
ましくは２０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上で
あり、また、９５ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍ
以下、さらに好ましくは７０ｎｍ以下、特に好ましくは
６０ｎｍ以下である。この範囲であると、被研磨表面の
粗さがさらに小さくなる傾向があり、さらにスクラッチ
が発生しにくい傾向がある。また研磨速度の観点から実
用的である。研磨材の体積平均粒径は、通常の測定法で
測定でき、例えば、レーザー散乱型粒度分布計、ＢＥＴ
法による粒度分布測定及び超音波減衰型粒度分布計等に
より測定できる。

【０００６】直径０．５６μｍ以上の粒子数は、研磨液
１ｍｌあたり、１００万個以下であり、好ましくは５０
万個以下、さらに好ましくは３０万個以下、特に好まし
くは１０万個以下である。なお、０．５６μｍ以上の粒
子個数は、個数カウント方式（ＳｉｎｇｌｅＰａｒｔ
ｉｃｌｅＯｐｔｉｃａｌＳｅｎｓｉｎｇ法）が使用で
き、例えば、米国パーティクルサイジングセンシング
（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ）社
製アキュサイザー（ＡｃｃｕＳｉｚｅｒ）及びコールタ
ー（Ｃｏｕｌｔｅｒ）社製コールターカウンター等によ
って測定できる。０．５６μｍ以上の粒子の含有量の制
御法としては、一般に濾過法が用いられ、例えば、精密
濾過及び限外濾過等が使用できる。精密濾過用の濾過材
としては、濾材の外側から内側に向けて大きな孔径から
小さな孔経へと変化するカートリッジ型フィルター等が
用いられる。濾過材の孔径は、研磨材の粒径に応じて使
い分けるが、０．１〜１０μｍ程度が好ましく、さらに
好ましくは０．１〜１μｍである。濾過材としては、例
えば、マイクロリス社製ＣＭＰシリーズ及び日本ポール
社製プロファイルＩＩシリーズ等が挙げられる。

【０００７】研磨材の材質としては、通常の材質が使用
でき、例えば、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化セ
リウム、窒化珪素、酸化ジルコニウム及びこれらの混合
物等が用いられる。二酸化珪素としては、コロイダルシ
リカ、フュームドシリカ及びその他の製法の異なるシリ
カ等のいずれも使用できる。二酸化珪素の中では、粒子
形状が球状に近いものを製造しやすく、粒度分布も制御
しやすいコロイダルシリカが好ましい。通常コロイダル
シリカは、電気透析法、珪酸塩の酸による中和法、イオ
ン交換樹脂法、解びゅう法、有機珪素化合物の加水分解
法、四塩化珪素の加水分解法又は気相法シリカの解重合
法等で製造される。

【０００８】酸化アルミニウムとしては、α−アルミ
ナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ及びそ
の他の形態的に異なるもの等のいずれも使用できる。ま
た製造法からフュームドアルミナと呼ばれるもの等も使
用できる。窒化珪素としては、α−窒化珪素、β−窒化
珪素、アモルファス窒化珪素及びその他の形態的に異な
るもの等のいずれも使用できる。酸化ジルコニウムとし
ては、単斜晶酸化ジルコニウム、正方晶酸化ジルコニウ
ム及び非晶質酸化ジルコニウム等のいずれも使用でき
る。また、製造法からフュームドジルコニアと呼ばれる
もの等も使用できる。酸化セリウムとしては、３価又は
４価の六方晶酸化セリウム、等軸晶酸化セリウム及び面
心立方晶酸化セリウムのいずれも使用できる。

【０００９】研磨材の含量は、研磨材及び水の合計重量
に基づいて、０．１重量％以上が好ましく、さらに好ま
しくは０．５重量％以上、特に好ましくは１重量％以上
であり、また、５０重量％以下が好ましく、さらに好ま
しくは４０重量％以下、特に好ましくは３５重量％以下
である。研磨材の含量がこの範囲であると、研磨速度及
び研磨液の粘度がさらに良好となる傾向がある。水とし
ては、超純水、イオン交換水、蒸留水、水道水及び工業
用水等が使用できる。水の含量は、研磨材及び水の重量
に基づいて、５０重量％以上が好ましく、さらに好まし
くは６０重量％以上、特に好ましくは６５重量％以上で
あり、また、９９．９重量％以下が好ましく、さらに好
ましくは９５．５重量％以下、特に好ましくは９９重量
％以下である。水の含量がこの範囲であると、研磨速度
がさらに良好となる傾向がある。

【００１０】本発明のＣＭＰプロセス用研磨液には、さ
らに必要により公知の防錆剤、界面活性剤及び／又はそ
の他の添加剤（キレート剤、ｐＨ調製剤、防腐剤及び／
又は消泡剤等）等を加えることができる。防錆剤として
は、特に限定されず、石油製品添加剤（昭和４９年８月
１０日幸書房発行）に記載のさび止め剤等が使用でき、
例えば、炭素数２〜１６の脂肪族又は脂環族アミン（オ
クチルアミン等のアルキルアミン；オレイルアミン等の
アルケニルアミン；シクロヘキシルアミン等のシクロア
ルキルアミン等）及びそのエチレンオキシド（１〜２モ
ル）付加物；アルカノールアミン（モノエタノールアミ
ン、ジエタノールアミン、モノプロパノールアミン等）
及びそのエチレンオキシド（１〜２モル）付加物；脂肪
族カルボン酸（オレイン酸、ステアリン酸等）とアルカ
リ金属又はアルカリ土類金属との塩；スルフォン酸（石
油スルホネート等）；りん酸エステル（ラウリルホスフ
ェート等）；ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウム等の
ケイ酸塩：リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、ポリリ
ン酸ナトリウム等のリン酸塩；亜硝酸ナトリウム等の亜
硝酸塩；ベンゾトリアゾール並びにこれらの混合物等が
挙げられる。防錆剤を加える場合、防錆剤の含量は、研
磨液の重量に基づいて、０．０１重量％以上が好まし
く、さらに好ましくは０．０５重量％以上、特に好まし
くは０．１重量％以上であり、また、５重量％以下が好
ましく、さらに好ましくは３重量％以下、特に好ましく
は２重量％以下である。

【００１１】界面活性剤としては、ノニオン性界面活性
剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び
両性界面活性剤が使用できる。ノニオン性界面活性剤と
しては、脂肪族アルコール（炭素数８〜２４）アルキレ
ンオキシド（アルキレンの炭素数２〜８）付加物（重合
度＝１〜１００）、ポリオキシアルキレン（アルキレン
の炭素数２〜８、重合度＝１〜１００）高級脂肪酸（炭
素数８〜２４）エステル［モノステアリン酸ポリエチレ
ングリコール（重合度＝２０）及びジステアリン酸ポリ
エチレングリコール（重合度＝３０）等］、多価（２価
〜１０価又はそれ以上）アルコール（炭素数２〜１０）
脂肪酸（炭素数８〜２４）エステル［モノステアリン酸
グリセリン、モノステアリン酸エチレングリコール、モ
ノラウリン酸ソルビタン及びジオレイン酸ソルビタン
等］、ポリオキシアルキレン（アルキレンの炭素数２〜
８，重合度＝１〜１００）多価（２価〜１０価又はそれ
以上）アルコール（炭素数２〜１０）高級脂肪酸（炭素
数８〜２４）エステル［モノラウリン酸ポリオキシエチ
レン（重合度＝１０）ソルビタン及びポリオキシエチレ
ン（重合度＝５０）ジオレイン酸メチルグルコシド
等］、ポリオキシアルキレン（アルキレンの炭素数２〜
８、重合度＝１〜１００）アルキル（炭素数１〜２２）
フェニルエーテル、ポリオキシアルキレン（アルキレン
の炭素数２〜８、重合度＝１〜１００）アルキル（炭素
数８〜２４）アミノエーテル、１：１型ヤシ油脂肪酸ジ
エタノールアミド及びアルキル（炭素数８〜２４）ジア
ルキル（炭素数１〜６）アミンオキシド［ラウリルジメ
チルアミンオキシド等］等が挙げられる。

【００１２】アニオン性界面活性剤としては、炭素数８
〜２４の炭化水素カルボン酸又はその塩［ポリオキシエ
チレン（重合度＝１〜１００）ラウリルエーテル酢酸ナ
トリウム、ポリオキシエチレン（重合度＝１〜１００）
ラウリルスルホコハク酸２ナトリウム等］、炭素数８〜
２４の炭化水素硫酸エステル塩［ラウリル硫酸ナトリウ
ム、ポリオキシエチレン（重合度＝１〜１００）ラウリ
ル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレン（重合度＝１〜
１００）ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ポリオキ
シエチレン（重合度＝１〜１００）ヤシ油脂肪酸モノエ
タノールアミド硫酸ナトリウム、］、炭素数８〜２４の
炭化水素スルホン酸塩［ドデシルベンゼンスルホン酸ナ
トリウム等］、炭素数８〜２４の炭化水素リン酸エステ
ル塩［ラウリルリン酸ナトリウム等］及びその他［スル
ホコハク酸ポリオキシエチレン（重合度＝１〜１００）
ラウロイルエタノールアミド２ナトリウム、ヤシ油脂肪
酸メチルタウリンナトリウム、ヤシ油脂肪酸サルコシン
ナトリウム、ヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールア
ミン、Ｎ−ヤシ油脂肪酸アシル−Ｌ−グルタミン酸トリ
エタノールアミン、Ｎ−ヤシ油脂肪酸アシル−Ｌ−グル
タミン酸ナトリウム、ラウロイルメチル−β−アラニン
ナトリウム等］等が挙げられる。また、アクリル酸やメ
タクリル酸などの重合物（重合度＝１〜２００）のアル
カリ金属塩やアンモニウム塩なども使用可能である。

【００１３】カチオン性界面活性剤としては、第４級ア
ンモニウム塩型［塩化ステアリルトリメチルアンモニウ
ム、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム、塩化ジステ
アリルジメチルアンモニウム、エチル硫酸ラノリン脂肪
酸アミノプロピルエチルジメチルアンモニウム等］及び
アミン塩型［ステアリン酸ジエチルアミノエチルアミド
乳酸塩、ジラウリルアミン塩酸塩、オレイルアミン乳酸
塩等］等が挙げられる。両性界面活性剤としては、ベタ
イン型両性界面活性剤［ヤシ油脂肪酸アミドプロピイル
ジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ
酢酸ベタイン、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−
Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ラウ
リルヒドロキシスルホベタイン、ラウロイルアミドエチ
ルヒドロキシエチルカルボキシメチルベタインヒドロキ
シプロピル等］及びアミノ酸型両性界面活性剤［β−ラ
ウリルアミノプロピオン酸ナトリウム等］等が挙げられ
る。界面活性剤を加える場合、界面活性剤の含量は、研
磨液の重量に基づいて、０．０１重量％以上が好まし
く、さらに好ましくは０．０５重量％以上、特に好まし
くは０．１重量％以上であり、また、５重量％以下が好
ましく、さらに好ましくは３重量％以下、特に好ましく
は１重量％以下である。

【００１４】キレート剤としては、例えば、ポリアクリ
ル酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、
コハク酸ナトリウム及び１−ヒドロキシエタン−１，１
−ジホスホン酸ナトリウム等が挙げられる。ｐＨ調整剤
としては、例えば、酢酸、ほう酸、クエン酸、蓚酸、燐
酸及び塩酸等の酸；アンモニア、水酸化ナトリウム及び
水酸化カリウム等のアルカリ等が挙げられる。防腐剤と
しては、例えば、塩酸アルキルジアミノエチルグリシン
等が挙げられる。消泡剤としては、例えば、シリコーン
消泡剤、長鎖アルコール消泡剤、脂肪酸エステル消泡
剤、ポリオキシアルキレン消泡剤及び金属セッケン消泡
剤等が挙げられる。これらのその他の添加剤（キレート
剤、ｐＨ調製剤、防腐剤及び消泡剤等）を加える場合、
これらの含量は、研磨液の重量に基づいて、０．００１
重量％以上が好ましく、さらに好ましくは０．０５重量
％以上、特に好ましくは０．０１重量％以上であり、ま
た、１０重量％以下が好ましく、さらに好ましくは５重
量％以下、特に好ましくは２重量％以下である。

【００１５】本発明のＣＭＰプロセス用研磨液の製造方
法は各原料を配合すればよいので、通常の攪拌機等の他
に、分散機（ホモジナイザー、超音波分散機、ボールミ
ル及びビーズミル等）も使用できる。本発明のＣＭＰプ
ロセス用研磨液は、半導体産業等におけるデバイスウェ
ハや液晶ディスプレー用基板の表面平坦化加工に使用さ
れる。本発明のＣＭＰプロセス用研磨液は、スラリータ
ンクにストックし、このスラリータンクから定量ポンプ
を使って研磨ヘッド付近へ供給され、通常、１分間に１
００〜５００ｍｌ使用される。パッドは通常のポリウレ
タン発泡体が使用可能である。研磨装置及び研磨条件
は、通常の装置及び条件が適用できる。研磨後のＣＭＰ
プロセス用研磨液は、リサイクルすることができ、その
際、上記の濾過法等により精製することができる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。以下にお
いて、部及び％はそれぞれ重量部及び重量％を示す。＜比較例１＞コロイダルシリカ１（日産化学社製、商品
名：スノーテックスＳＴ−２０Ｌ、水酸化ナトリウムで
ｐＨ９〜１０に調整済み、濃度２０％、体積平均粒径４
０ｎｍ）を比較用の研磨液１とした。

【００１７】＜比較例２＞コロイダルシリカ２（日産化
学社製、商品名：スノーテックスＹＬ、水酸化ナトリウ
ムでｐＨ９〜１０に調整済み、濃度４０％、体積平均粒
径６０ｎｍ）をイオン交換水で２倍に希釈し攪拌・混合
して比較用の研磨液２を製造した。

【００１８】＜比較例３＞コロイダルシリカ２に替え
て、コロイダルシリカ３（日産化学社製、商品名：スノ
ーテックスＳＴ−５０、水酸化ナトリウムでｐＨ９〜１
０に調整済み、濃度４８％、体積平均粒径３０ｎｍ）を
用いる以外比較例２と同様にして比較用の研磨液３を製
造した。

【００１９】＜比較例４＞炭酸セリウム水和物（純度９
９．９％）６００部を白金製の容器に入れ、８００℃で
２時間空気中で焼成することにより黄白色の粉末を得
た。この粉末をｘ線回折法で酸化セリウムであることを
確認した。この酸化セリウム粉末８０部をイオン交換水
８００部に加え、さらに重量平均分子量１万のポリアク
リル酸アンモニウム塩８部を加えて、ボールミルを使っ
て２５００ｒｐｍで３０分間分散処理をして比較用の研
磨液４を製造した。この分散液１の体積平均粒径を大塚
電子製ＥＬＳ−８００を使って測定したところ８８ｎｍ
であった。

【００２０】＜比較例５＞α−アルミナ粉末８０部をイ
オン交換水８００部に加え、さらに重量平均分子量１万
のポリアクリル酸アンモニウム塩５部を加えて、ボール
ミルを使って２５００ｒｐｍで３０分間分散処理をして
比較用の研磨液５を製造した。この分散液２の体積平均
粒径を大塚電子製ＥＬＳ−８００を使って測定したとこ
ろ３０ｎｍであった。

【００２１】＜実施例１＞比較例１の研磨液１を、孔経
０．４５μｍのニトロセルロース製メンブランフィルタ
ー（直径１４２ｍｍ）で加圧濾過して本発明の研磨液６
を製造した。この研磨液６の体積平均粒径を大塚電子製
ＥＬＳ−８００を使って測定したところ４０ｎｍであっ
た。

【００２２】＜実施例２＞比較例２で製造した研磨液２
を、実施例１と同様に加圧濾過して本発明の研磨液７を
製造した。この研磨液７の体積平均粒径を大塚電子製Ｅ
ＬＳ−８００を使って測定したところ６０ｎｍであっ
た。

【００２３】＜実施例３＞比較例３で製造した研磨液３
を、実施例１と同様に加圧濾過して本発明の研磨液８を
製造した。この研磨液８の体積平均粒径を大塚電子製Ｅ
ＬＳ−８００を使って測定したところ３０ｎｍであっ
た。

【００２４】＜実施例４＞比較例４で製造した研磨液４
を、実施例１と同様に加圧濾過して本発明の研磨液９を
製造した。この研磨液９の体積平均粒径を大塚電子製Ｅ
ＬＳ−８００を使って測定したところ８８ｎｍであっ
た。

【００２５】＜実施例５＞比較例５で製造した研磨液５
を、実施例１と同様に加圧濾過して本発明の研磨液１０
を製造した。この研磨液１０の体積平均粒径を大塚電子
製ＥＬＳ−８００を使って測定したところ６５ｎｍであ
った。

【００２６】＜評価＞これらの研磨液１〜１０に含まれ
る０．５６μｍ以上の粒子数をパーティクルサイジング
センシング（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｉｎｇＳｙｓｔ
ｅｍｓ）社製アキュサイザー７８０を使って測定し、表
１にまとめた。次にこれらの研磨液１〜１０による研磨
試験を行った。被研磨体としては、熱酸化法により表面
に酸化珪素膜を１μｍの厚みで成膜した直径８インチシ
リコンウェハを使用した。研磨装置としては、研磨パッ
ド（ロデール社製ＩＣ１０００）を定盤に貼り付けた片
面研磨機（荏原製作所製ＥＰＯ１１３）を使用した。
研磨条件は、加工圧力５ｐｓｉ、定盤回転数６０ｒｐ
ｍ、ウェハ回転数５０ｒｐｍ、研磨液の供給量１５０ｍ
ｌ／分、研磨時間２分で行った。研磨後、ウェハを洗浄
・乾燥した後、研磨によるウェハ上のスクラッチを観測
した。観測には、ケーエルエー・テンコール社製サーフ
スキャンＳＰ−１を使用し、ウェハ上の０．２μｍ以上
のスクラッチの数を以下の基準で判定し表１に示した。

【００２７】 ◎：２０個未満 ○：２０個以上３０個未満 △：３０個以上４０個未満 ×：４０個以上

【００２８】

【表１】

【００２９】この結果から、本発明のＣＭＰプロセス用
研磨液を用いて加工を行うと、傷（スクラッチ）の生成
が少なく、ウェハ表面の仕上がりが優れていることが判
る。従って、最終製品まで仕上げた場合の歩留まり向上
が期待できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のＣＭＰプロセス用研磨液は、従
来使用されていたＣＭＰプロセス用研磨液に比較して傷
（スクラッチ）の数が極めて少ない。従って、被研磨体
を最終製品（デバイスウェハ）とした場合に、配線の断
線や短絡等の欠陥の発生を極めて大きく低減させること
ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１ｎｍ以上９５ｎｍ以下の体積平均粒径
（Ｄ）を有し、直径０．５６μｍ以上の粒子数が１ｍｌ
あたり１００万個以下である研磨材（Ａ）と水とからな
ることを特徴とするＣＭＰプロセス用研磨液。
【請求項２】研磨材が、二酸化珪素、酸化アルミニウ
ム、酸化セリウム、窒化珪素及び酸化ジルコニウムから
なる群より選ばれる少なくとも１種の金属化合物である
請求項１記載の研磨液。
【請求項３】研磨材がコロイダルシリカである請求項
１記載の研磨液。
【請求項４】請求項１〜３いずれか記載の研磨液を用
いて研磨する工程を含むデバイスウエハの生産方法。