JP2003238941A - 研磨用組成物及び研磨方法 - Google Patents

研磨用組成物及び研磨方法

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JP2003238941A
JP2003238941A JP2002043218A JP2002043218A JP2003238941A JP 2003238941 A JP2003238941 A JP 2003238941A JP 2002043218 A JP2002043218 A JP 2002043218A JP 2002043218 A JP2002043218 A JP 2002043218A JP 2003238941 A JP2003238941 A JP 2003238941A
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polishing
abrasive grains
photocatalytic activity
organic
polishing composition
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Katsuyuki Tanabe
克行 田辺
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Unitika Ltd
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Unitika Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分子材料や有機系薄膜などの有機物の研磨
を高い研磨効率で、かつ平坦性よく研磨することのでき
る研磨用組成物を提供する。 【解決手段】 光触媒活性を有する砥粒を含有すること
を特徴とする研磨用組成物、および、これを用いた有機
物の研磨方法であって、前記研磨組成物に光照射して砥
粒を光励起させ、光触媒活性による酸化作用を用いるこ
とを特徴とする研磨方法。特に、高分子材料や、半導体
集積回路の有機系絶縁膜の研磨方法に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種プラスチック
成形体などの高分子材料や有機系薄膜、半導体集積回路
(LSI)の有機系絶縁膜などの、有機物の研磨において
使用される研磨用組成物、およびこれを用いた研磨方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高分子材料の研磨方法としては、一般的
に砥粒を水に分散したスラリーを研磨布や研磨パッドを
利用する遊離砥粒方式と、研磨砥粒をセラミックスやフ
ィルムや繊維、布などに練り込みあるいはコーティング
した固定砥粒方式があるが、いずれも砥粒による機械的
研磨を利用した研磨方式である。
【0003】一方、無機材料の研磨、特にシリコンウエ
ハやLSIなどの研磨にはCMP(Chemical Mechanical Poli
shing:化学的機械的研磨)が導入され、優れた研磨効
率及び研磨精度を達成している。
【0004】高分子材料にCMPを適用するためには、
1)反応層の生成(酸化など)、2)反応層の研磨除
去、3)反応層や露出した表面のエッチングの制御が必
要となる。したがって、CMP用の研磨用組成物を開発す
るには、個々の高分子材料に対して適切な反応剤(酸化
剤)やエッチング剤を見出すことが必要となる。
【0005】また、近年のLSIの高集積化による配線パ
ターンの微細化と動作速度の向上に伴い、配線間容量の
増大による信号遅延時間の増大が問題となってきてい
る。従来から、比誘電率4.2程度のSiO2膜が絶縁膜とし
て用いられてきたが、半導体デバイスの配線間容量を低
減し、LSIの動作速度を向上させるため、より低誘電率
な絶縁膜が求められ、比誘電率が4.0未満の絶縁膜とし
て、ポーラスシリカや有機ポリマーや有機SOG(Spin On
Glass)膜が有力視されている。一方、LSIの高密度
化、多層化が進み、配線パターンがより微細になってき
たことで、フォトリソグラフィー技術を使用して集積回
路の微細なパターンをウエハ上に精度良く形成するため
には、ウエハは全体平坦化することが必要であり、CMP
が不可欠な技術となってきており、低誘電率の絶縁膜の
CMPについても検討がなされている。低誘電率の有機系
絶縁膜のCMPでは、1)反応層の生成(酸化など)、
2)反応層の研磨除去、3)反応層や露出した表面のエ
ッチングの制御が必要となる。したがって、CMP用の研
磨用組成物を開発するには、個々の有機系絶縁膜に対し
て適切な反応剤(酸化剤)やエッチング剤を見出すこと
が必要となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら有機物か
らなる材料は、分子構造や化学的性質が千差万別であ
り、各種の材料に対してエッチング液すらほとんど知ら
れていないのが現状であり、多くの場合はAl2O3やSiO2
などの砥粒を用いて機械的研磨効果によって研磨がなさ
れているが、砥粒による機械的研磨だけでは、研磨効率
は低く、研磨後の平坦性も十分でなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意研究の結果、研磨用組成物に光触媒
活性を有する砥粒を含有させ、これを光励起させれば、
その際に発現する酸化作用を利用して、高分子材料など
有機物の研磨において高い研磨効率と良好な平坦性が得
られることを見出し、本発明に到った。すなわち本発明
は、光触媒活性を有する砥粒を含有することを特徴とす
る研磨用組成物、および、これを用いた有機物の研磨方
法であって、前記研磨組成物に光照射して砥粒を光励起
させ、光触媒活性による酸化作用を用いることを特徴と
する研磨方法、である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明について、以下に具体的に
説明する。本発明の研磨用組成物は光触媒活性を有する
砥粒を含有するものであり、一般的には水や薬剤の混入
された水溶液中に分散された状態で使用され、各種分散
剤や粘度調整剤及び必要に応じて酸化剤やエッチング剤
などが含有されていても構わない。
【0009】本発明の光触媒活性を有する砥粒とは、光
触媒活性を有し、研磨能力を有する材料であればよい。
組成としては、具体的にはTiO2、ZnO、SrTiO3、CeO2、S
nO2、CdS、Fe2O3などの物質やこれらの複合物を含有す
るものが挙げられ、好ましくは光触媒活性が高く、化学
的に安定でかつ研磨能力の高いTiO2や、TiO2とSiO2、Al
2O3あるいはCeO2などの複合物、またTiO2とSiO2、Al2O3
あるいはCeO2などの混合物などが挙げられる。
【0010】砥粒の形状としては、特に限定されない
が、より平坦な研磨を要求される場合には、球状が好ま
しい。また砥粒の大きさとしては、特に限定する必要は
ないが、大きな砥粒では研磨速度は大きいが研磨後の平
坦性は悪く、小さな粒子では研磨速度は小さいが研磨後
の平坦性が良好であり、研磨対象物に要求される研磨量
及び研磨後の平坦性によって、最適な大きさが存在し、
平坦性よりも研磨量の方を優先する場合には、大きな砥
粒が好ましく、研磨量より平坦性の方を優先する場合に
は、小さな砥粒が好ましい。例えば、研磨の対象が有機
系絶縁膜のような薄膜の場合には、砥粒の大きさとして
は、一次粒子が1μm以下とすることが好ましく、さら
に好ましくは0.2μm以下である。一次粒子のサイズが
1μmを越えると、研磨後の有機系絶縁膜表面の平坦性
が悪化する。
【0011】本発明では、光触媒活性を有する研磨砥粒
を光励起させることで生じる光触媒活性作用である、酸
化作用を利用して研磨を行う。すなわち、この光励起に
よって、研磨砥粒の表面及び近傍に発生する酸化力を利
用することで、有機物の表面を酸化させることにより、
効率的な研磨を行うことが可能となり、さらには、研磨
後の有機物表面の平坦性も良好なものとなる。
【0012】本発明では、光触媒活性を利用するため、
研磨用組成物に光を照射する必要があるが、このとき用
いる光は、光触媒活性を有する砥粒を励起させる光であ
ればよい。すなわち光触媒活性を有する砥粒のバンドギ
ャップ以上のエネルギーを持つ光であればよい。例え
ば、光触媒として最もよく用いられるTiO2では380nm以
下の波長の紫外線がよく用いられ、その光源としては、
太陽光、ブラックライト、高圧水銀灯、キセノンランプ
などが挙げられる。光の照射は、研磨中あるいは研磨前
に行い、研磨中に光触媒活性を有する砥粒が光触媒作用
を発揮することができればよいが、光の照射後に経時と
ともに光触媒作用は低減するため、好ましくは、研磨中
あるいは、研磨の直前に行うことが好ましく、特に研磨
中に光照射を行うことがより好ましい。研磨中に光照射
を行う方法として、例えば、前述の光励起に用いられる
光が透過可能であるような透明のCMPパッドを用いるこ
とが挙げられる。
【0013】本発明を適用可能な被研磨体としては、有
機物あるいは有機物を含有する物体であればよく、具体
例的には、各種高分子材料が挙げられ、ポリアミド、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸、ポリイミド、アクリ
ル樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、合成ゴム、
天然ゴム、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミドイミド、メ
ラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアリレート、
ポリアクリルアミド、ABSなど被研磨体として用いるこ
とができる。これらの物体の形状としては、繊維やフィ
ルム、シート、薄膜、粒子などの各種成形体が挙げられ
る。
【0014】また、本発明は、特に有機系薄膜の研磨に
適しており、例えば、有機系絶縁膜として用いられる有
機SOG(Spin On Glass)やポリイミド系材料、芳香族炭
化水素系材料などの低誘電率材料を良好に研磨すること
ができる。
【0015】
【実施例】本発明は、以下の実施例により、さらに詳し
く例示されるものの、これら実施例に限定されるもので
はない。
【0016】実施例1 研磨砥粒として真球状TiO2(ナノテック、平均粒径30n
m、シーアイ化成製)を使用して、これを7重量%とな
るように水と混合し、湿式ジェットミルで分散させて、
研磨用スラリーを作製した。このスラリーを用いて、ポ
リカーボネート板(表面粗さRa=12.3μm)の研磨を加
工圧力10kPa、定盤回転数95rpm、研磨パッドに硬質発泡
ウレタン(IC1000、ロデール・ニッタ製)を用いて行っ
た。評価については、研磨後の表面粗さRa及び研磨速度
で行った。表面粗さRaは接触式三次元粗さ測定器SE-
3AK(小坂研究所製)を用いて測定した。なお、スラ
リーはブラックライトで照射後に研磨パッド上に供給し
た。
【0017】実施例2 真球状TiO2(ナノテック、平均粒径30nm、シーアイ化成
製)30部とテトラエエトキシシラン10部とエタノール10
0部、水10部とを混合し、固形物をろ過洗浄後、200℃で
加熱処理し、TiO2/SiO2複合砥粒を得た。このTiO2/Si
O2複合砥粒を用いて、実施例1と同様に研磨を行った。
【0018】実施例3 実施例1において、研磨パッドに透明アクリル製パッド
を用いて、スラリーに透明アクリル製パッドを通してブ
ラックライトを照射しながら研磨を行った。
【0019】実施例4 実施例2において、研磨パッドに透明アクリル製パッド
を用いて、スラリーに透明アクリル製パッドを通してブ
ラックライトを照射しながら研磨を行った。
【0020】比較例1 実施例1において、ブラックライトの照射なしで研磨を
行った。
【0021】比較例2 実施例2において、ブラックライトの照射なしで研磨を
行った。
【0022】比較例3 実施例1において研磨砥粒として真球状SiO2(ナノテッ
ク、平均粒径30nm、シーアイ化成製)を用いて研磨を行
った。
【0023】比較例4 比較例3においてブラックライトの照射なしで研磨を行
った。
【0024】実施例1〜4および比較例1〜4の結果を
表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】実施例5 研磨砥粒として真球状TiO2(ナノテック、平均粒径30n
m、シーアイ化成製)を使用して、これを7重量%とな
るように水と混合し、湿式ジェットミルで分散させて、
研磨用スラリーを作製した。このスラリーを用いて、芳
香族炭化水素系絶縁膜(SiLK、比誘電率2.65、ダウケミ
カル製)の研磨を加工圧力10kPa、定盤回転数95rpm、研
磨パッドに硬質発泡ウレタン(IC1000、ロデール・ニッ
タ製)を用いて行った。絶縁膜はシリコンウエーハ上に
形成した200nmの段差のAl配線上に形成し、初期段差
が150nmのものを作製し、研磨速度及び研磨後の段差で
研磨結果の評価を行った。なお、スラリーはブラックラ
イトで照射後に研磨パッド上に供給した。
【0027】実施例6 真球状TiO2(ナノテック、平均粒径30nm、シーアイ化成
製)30部とテトラエエトキシシラン10部とエタノール10
0部、水10部とを混合し、固形物をろ過洗浄後、200℃で
加熱処理し、TiO2/SiO2複合砥粒を得た。このTiO2/Si
O2複合砥粒を用いて、実施例5と同様に研磨を行った。
【0028】実施例7 実施例5において、研磨パッドに透明アクリル製パッド
を用いて、スラリーに透明アクリル製パッドを通してブ
ラックライトを照射しながら研磨を行った。
【0029】実施例8 実施例6において、研磨パッドに透明アクリル製パッド
を用いて、スラリーに透明アクリル製パッドを通してブ
ラックライトを照射しながら研磨を行った。
【0030】比較例5 実施例5において、ブラックライトの照射なしで研磨を
行った。
【0031】比較例6 実施例6において、ブラックライトの照射なしで研磨を
行った。
【0032】比較例7 実施例5において研磨砥粒として真球状SiO2(ナノテッ
ク、平均粒径30nm、シーアイ化成製)を用いて研磨を行
った。
【0033】比較例8 比較例7においてブラックライトの照射なしで研磨を行
った。
【0034】実施例5〜8および比較例5〜8の結果を
表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、高分子材料の成形体や
薄膜を、高い研磨効率で研磨することができ、得られる
表面も平坦性に優れたものとなる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光触媒活性を有する砥粒を含有すること
    を特徴とする研磨用組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の研磨用組成物を用いた有
    機物の研磨方法であって、前記研磨用組成物に光照射し
    て砥粒を光励起させ、光触媒活性による酸化作用を用い
    ることを特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項3】 高分子材料の研磨方法である請求項2記
    載の研磨方法。
  4. 【請求項4】 有機系薄膜の研磨方法である請求項2記
    載の研磨方法。
  5. 【請求項5】 半導体集積回路の有機系絶縁膜の研磨方
    法である請求項4記載の研磨方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007007683A1 (ja) * 2005-07-07 2007-01-18 National University Corporation Kumamoto University 基板およびその研磨方法、並びに研磨装置

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