JP2003297777A

JP2003297777A - 研磨用組成物及びその調製方法並びに研磨方法

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Publication number: JP2003297777A
Application number: JP2002093730A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tanaka; 弘明田中
Original assignee: SpeedFam Co Ltd
Current assignee: SpeedFam Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコンウエーハ、半導体デバイス基板等の表
面または端面、あるいは酸化膜／窒化膜等で表面を被覆
した表面または端面の研磨加工を行なう研磨用組成物お
よび該研磨用組成物の調整方法、および該研磨用組成物
を用いた研磨加工方法を提供する。【構成】５０〜１２０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒
子と、３０〜５０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒子
と、１５〜３０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒子と
が、重量比において１：０．２〜２：０〜１．５の割合
で存在し、かつ研磨用組成物全体に対する酸化珪素粒子
の濃度が１〜２５重量％の範囲にあり、更に２５℃にお
ける酸解離定数の逆数の対数値が８．０〜１２．０の範
囲にある弱酸及び／または弱塩基を使用した弱酸と強塩
基、強酸と弱塩基あるいは弱酸と弱塩基の何れかの組み
合わせの塩を含むことによりｐＨ８．７〜１０．６の範
囲でｐＨが緩衝作用を有する緩衝溶液として調製された
研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、シリコンウエー
ハ、半導体デバイス基板等の表面または端面、あるいは
酸化膜／窒化膜等で表面を被覆した表面または端面の研
磨を行なう研磨用組成物および該研磨用組成物の調整方
法、および該研磨用組成物を用いた研磨方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、シリコンウエーハあるいは化合物ウ
エーハ等よりなる半導体基板の被加工物（以下ウエーハ
等と略記する）の表面や端面の研磨を行なう研磨用組成
物としては酸化珪素またはその水和物をコロイド状に分
散した懸濁液、所謂コロイダルシリカが研磨剤として使
用され、研磨に際しては合成樹脂発泡体あるいはスウェ
ード調合成皮革等よりなる研磨布を展張した定盤上にウ
エーハを載置し、押圧回転しつつ前記研磨用組成物溶液
を定量的に供給しながら研磨を行なう方法が一般的であ
る。

【０００３】上述のプレポリッシング加工には上下に不
織布を貼付した定盤を配した両面研磨装置が一般的に使
用され、またポリッシング加工には不織布またはやや軟
質なスウェード調合成皮革等よりなる研磨布を片面に配
した片面研磨装置が使用される。ＣＭＰ（ケミカルメカ
ニカルポリッシング）には、やや硬質の合成樹脂発泡体
よりなる研磨布を片面に配した片面研磨装置が使用され
る。研磨においては上述の研磨装置に酸化珪素の微粒子
を含んだ研磨用組成物水分散液を供給しつつ、被加工物
であるウェーハ等を押圧回転して行なうものである。

【０００４】研磨用組成物としては、例えば米国特許第
３３２８１４１号公報に示されているように、アルカリ
成分を含んだ溶液に微細なコロイド状酸化珪素粒子を分
散した溶液が一般的に使用される。この研磨は、その前
までの、例えばダイヤモンド砥石を使用したり、あるい
は硬質なアルミナ系砥粒を用いた所謂機械的な研磨とは
異なるものであって、その成分であるアルカリの化学的
作用、具体的にはウェーハ等に対する浸蝕性を応用した
ものである。すなわち、アルカリの腐食性により、ウエ
ーハ等の表面に薄い軟質の浸蝕層が形成される。その薄
層を微細なコロイド状酸化珪素粒子の機械的作用により
除去してゆくことにより研磨が進むのである。研磨用組
成物溶液のｐＨは、溶液が持つアルカリ成分の化学的作
用により研磨が進むのであるから、ｐＨが７以上のアル
カリ性領域になければならない。すなわちｐＨが７の中
性を示す数値に近くなるにつれその化学作用の力は弱く
なり、研磨速度は遅くなるしまた、ｐＨ１４に近い強ア
ルカリ領域になるに従ってその力は強くなり研磨速度は
速くなる。

【０００５】従って、このような研磨においては、研磨
用組成物溶液の性質が極めて重要なファクターとなる。
即ち、ウエーハ等の表面はアルカリ成分によって浸蝕さ
れ薄層が形成されるのであり、その性状や性質、具体的
にはその厚さ硬度等は使用する研磨用組成物溶液の性
質、特に電気化学的性質に影響されることが極めて大で
あるため、その電気化学的性質具体的にはｐＨが安定し
た範囲にあることが大変重要である。もしこれが、熱、
外気との接触、あるいは外部からの混入物等の外的条件
によって容易に変化するようであれば、浸蝕層の深さ、
浸蝕の速度、均一性、除去のし易さ等が微妙に変化し精
密かつ均質な研磨を期待することはできない。また、前
記浸蝕層は、研磨用組成物中に含有されるコロイド状酸
化珪素粒子の機械的作用によって除去されるのであるか
ら、その粒子は適度なサイズを有し、容易に破壊した
り、あるいは高次に凝集してゲル化するものであっては
ならない。すなわち、酸化珪素粒子は、アルカリ成分に
より形成された浸蝕層を機械的作用により効果的に除去
してゆくものである。従って、除去後の新しい鏡面に何
らかの影響を与えるようなものであってはならないので
ある。

【０００６】従来、様々な研磨用組成物がウエーハ等の
研磨剤として提案されている。シリカ粒子に関しては、
たとえば、米国特許第３１７０２７３号公報では、シリ
カゾル及びシリカゲルが研磨剤として提案されている。
また、米国特許第４９１０１５５号公報では、半導体ウ
エーハの絶縁層の研磨剤としてフュームドシリカの水性
分散スラリーの使用が開示されている。特開平７−２２
１０５９号公報には、細長く歪んだ球状のシリカ粒子か
らなるコロイダルシリカが高い研磨速度を示す事が記載
されている。特開２００１−１１４３３号公報には、球
が数珠状につながった形体のシリカ粒子からなるコロイ
ダルシリカが高いシリコン研磨速度を示す事が記載され
ている。

【０００７】一方、液組成においては非常に多くの提案
がなされている。米国特許第３３２８１４１号公報で
は、該懸濁液のｐＨを１０．５〜１２．５の範囲内にす
ることにより、研磨速度が増大する事が開示されてい
る。米国特許第４１６９３３７号公報では、アミン類を
研磨用組成物に添加することが開示されている。特開平
２−１５８６８４号公報には、水、コロイダルシリカ、
分子量１０万以上の水溶性高分子、水溶性塩類からなる
研磨用組成物が開示されている。更に特開平５−１５４
７６０号公報では、水溶性アミンの一種であるピペラジ
ンを、シリカゾルまたはシリカゲルのシリカ基準にて、
１０〜８０重量％含む研磨用組成物を使用した研磨方法
を開示している。しかしながら、これら開示されている
方法は、アルカリ性の母液にコロイダルシリカあるいは
シリカゾル等の微細粒子からなる研磨剤を分散させた基
本構造の溶液に、様々な添加剤を加えることにより研磨
剤の分散性を上げたり、研磨の安定性を図ったりするも
のであって、従来の研磨用組成物の研磨速度を画期的に
改善するようなものではない。

【０００８】特開平１１−３１５２７３号公報、特開平
１１−３０２６３５号公報、特開平１１−３０２６３４
号公報および特開２０００−１５８３２９号公報には、
酸解離定数の逆数の対数値が８．０〜１２．０の弱酸及
び／または弱塩基を使用して、弱酸と強塩基、強酸と弱
塩基あるいは弱酸と弱塩基の何れかの組み合わせのもの
を添加することによりｐＨの緩衝作用を有する緩衝溶液
としたコロイダルシリカ組成物が開示されている。緩衝
液の使用は、外的条件の変化によるｐＨの変化が少な
く、繰り返し使用においても変化の少ない安定した研磨
用組成物を提供しているが、ｐＨが低くなる分だけ研磨
速度が低くなり、さらなる改良が望まれている。

【０００９】基本的に、プレポリッシング、あるいはポ
リッシング工程は上述の研磨用組成物を用いる方法によ
るものであるから、一般的に研磨速度が遅く生産効率に
劣る上、外的条件の変化によりｐＨが変化し易く研磨の
安定性に欠くことが多く、時間がかかりまた難度の高い
研磨方法であり、完全な方法とは言い難いものであっ
た。しかしながら、一方、特に近年電子回路の高集積化
およびウエーハ自体の大型化に伴いシリコンウエーハ、
半導体デバイス基板表面の高度な平坦化が必須となって
いる。さらに、生産効率を向上させるため、研磨速度が
高い研磨用組成物及び研磨方法が望まれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上述の、
従来の研磨用組成物及び研磨方法が持つ問題点に鑑み、
鋭意研究を行なった結果、研磨工程において、特定の粒
度を有する酸化珪素の粒子を含み、特定のｐＨ範囲でｐ
Ｈが緩衝作用を有し、かつ高い導電率を示し、さらに成
分の一つにフッ素化合物を含有することを特徴とする研
磨用組成物を用いることで安定した高速研磨が達成され
ることを見出し、本発明を完成したものである。即ち、
本発明の目的は、ｐＨの変化が少なく、かつ研磨速度が
高速で、繰り返し使用においても性能の変化の少ない安
定した研磨用組成物を提供すること、およびその研磨用
組成物を調製する方法、更にはその研磨用組成物を用い
た被加工物の研磨方法を提供することにある。

【００１１】

【問題を解決するための手段】上述の目的は、５０〜１
２０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒子と、３０〜５０
ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒子と、１５〜３０ｎｍ
の粒子径の分画の酸化珪素粒子が、重量比において１：
０．２〜２：０〜１．５の割合で存在し、かつ研磨用組
成物全体に対する酸化珪素粒子の濃度が１〜２５重量％
の範囲にあり、更に２５℃における酸解離定数の逆数の
対数値が８．０〜１２．０の範囲にある弱酸及び／また
は弱塩基を使用した弱酸と強塩基、強酸と弱塩基あるい
は弱酸と弱塩基の何れかの組み合わせの塩を含むことに
よりｐＨ８．７〜１０．６の範囲でｐＨが緩衝作用を有
する緩衝溶液として調製された研磨用組成物によって達
成できる。本発明の研磨用組成物は後述する調製方法に
より調製される。

【００１２】本発明の他の目的は、上下両面あるいは片
面に、合成樹脂発泡体、合成皮革あるいは不織布等から
なる研磨布を貼付した回転可能な定盤を有する研磨装置
に、ウエーハ等の被加工物を載置押圧し、前記定盤及び
被加工物の双方あるいは一方を回転することにより、上
述の研磨用組成物を用いて、前記被加工物の研磨を行な
う方法により達成される。本発明の更に他の目的は、表
面に研磨布を貼付したドラム形状の研磨部材または、円
弧状をした作業面を持つ研磨具を有する研磨装置に、ウ
エーハ等の被加工物のエッジ部分を押圧し、研磨部材及
び／または前記被加工物を回転させながら、上述の研磨
用組成物を用いて、前記被加工物のエッジ部分の研磨を
行なう方法により達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明になる研磨用組成物は、主
成分として微粒子の酸化珪素がコロイド状に分散したい
わゆるコロイダルシリカであり、その肝要は、成分とし
ての酸化珪素が、５０〜１２０ｎｍの粒子径の分画の酸
化珪素粒子と、３０〜５０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪
素粒子と、１５〜３０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒
子とが、重量比において１：０．２〜２：０〜１．５の
割合で存在することにあり、このような配合粒子を使用
することによりその研磨力が単一の粒度の粒子を使用す
る場合に比べて、格段に向上するものである。この３分
画の酸化珪素粒子のより好ましい比率は、重量比におい
て１：０．４〜２：０．２〜１．５である。また、含ま
れる酸化珪素粒子の粒子径が、１５ｎｍより小さいと酸
化珪素粒子が凝集し易く研磨用組成物としての安定性が
低下する。また、粒子径が１２０ｎｍ以上であると、研
磨用組成物としての性能に影響はないが、粗大粒子が沈
降し製品の経時安定性確保が難しくまた、価格的にも不
利である。

【００１４】本発明において、酸化珪素の研磨用組成物
に対する濃度は、実際の研磨時において１〜２５重量％
であることが肝要であり、より好ましい範囲は、表面に
酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜等を有するシリ
コンウエーハまたは、シリコンベアウエーハの表面を研
磨する場合は１〜１０重量％であり、シリコンベアウエ
ーハのエッジ部分を研磨する場合は３〜１０重量％であ
り、表面に酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜等を
有するシリコンウエーハまたは、半導体デバイス基板の
エッジ部分を研磨する場合は５〜２５重量％であること
が好ましい。酸化珪素濃度が、１重量％以下であると研
磨速度は低くなり実用的ではない。研磨時の酸化珪素濃
度が高くなれば研磨速度自体は増大するが約３０重量％
を越えるあたりでその値は飽和値に達し、それ以上は濃
度を高くした意味がなくなる。特に、リサイクル使用を
おこなうとゲル化をより早める傾向も見られコロイド溶
液としての安定性に欠き、好ましくない。さらにコスト
的にも不利である。

【００１５】本発明においては研磨用組成物のｐＨは
８．６〜１０．６の範囲にあることが肝要である。ｐＨ
が８．６以下であると研磨速度は著しく低下して実用の
範囲から外れる。また、ｐＨが１０．７以上になると、
酸化珪素粒子が凝集をはじめるため研磨用組成物の安定
性が低下しこれも実用の範囲から外れる。そしてまた、
このｐＨは摩擦、熱、外気との接触あるいは他の成分と
の混合等、考えられる外的条件の変化により容易に変化
するようなものであってはならないが、本発明において
は研磨用組成物溶液自体を、外的条件の変化に対してｐ
Ｈの変化の幅が少ない、所謂緩衝作用の強い液とするこ
とをその必要条件とするものである。ｐＨ緩衝溶液（以
下緩衝溶液と略記する）を形成する弱酸及び／または、
弱塩基は、２５℃における酸解離定数（ｋａ）の逆数の
対数値（ｐＫａ）が８．０〜１２．０の範囲にあること
が好ましい。２５℃における酸解離定数の逆数の対数値
が８．０以下の場合、ｐＨを上昇させるために、弱酸及
び／または、弱塩基を大量に添加することが必要となる
ため好ましくない。２５℃における酸解離定数の逆数の
対数値が１２．０より大きいとｐＨを８．７〜１０．６
の範囲で安定させる大きな緩衝能を持つ緩衝溶液を形成
することができない。

【００１６】本発明のｐＨの緩衝作用を有する研磨用組
成物溶液の形成に使用する弱酸の一例をあげると、ホウ
酸（ｐＫａ＝９．２４）、炭酸（ｐＫａ＝６．３５、１
０．３３）及び水溶性の有機酸等があげられ、またその
混合物であってもかまわない。弱塩基としては、水溶性
アミンあるいはその混合物が使用できる。具体的には、
例えばエチレンジアミン（ｐＫａ＝７．０８、９．８
９）、モノエタノールアミン（ｐＫａ＝９．５２）、ジ
エタノールアミン（ｐＫａ＝８．９０）、トリエチルア
ミン、エチルアミン、ジエチルアミン、４−アミノピリ
ジン、ピペラジン（ｐＫａ＝５．５９、９．７１）、ピ
ペリジン（ｐＫａ＝１１．１）、ブチレンジアミン、プ
ロピレンジアミン、ブチルアミン、ヒドロキシエチルピ
ペラジン、アミノエチルピペラジン（ｐＫａ＝４．０
２、９．１１、９．８０）、およびその混合物をあげる
ことができる。また、強塩基としては、アルカリ金属の
水酸化物および水溶性の四級アンモニウムの水酸化物が
使用できる。更に強酸としては塩酸、硝酸、フッ酸、硫
酸などが使用できる。上述の物質において、ｐＫａの値
が複数存在する場合は、そのうち一つが範囲内に入って
いればよい。緩衝溶液を形成させるため、（１）弱酸と
強塩基、（２）強酸と弱塩基、（３）弱酸と弱塩基の組
み合わせの塩類、または、塩類と塩基、または、塩類と
酸、で添加しても良い。本発明で述べる緩衝溶液とは、
上述の組み合わせで形成され、溶液の中で弱酸及び／ま
たは、弱塩基がイオンとして解離している状態及び、未
解離の状態が共存している溶液を示し、少量の酸また
は、塩基が混入してもｐＨの変化が少ないことが特徴で
ある。

【００１７】本発明の研磨用組成物においては、研磨用
組成物中の成分の一つにフッ素イオンを１０〜２０００
ｐｐｍ含有することで、シリコンウエーハや半導体デバ
イス基板等の表面に酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金
属膜を有するの難研磨性ウエーハの研磨速度を顕著に向
上させることができる。フッ素イオンは希フッ酸として
添加しても良いが、上記の各塩基のフッ化物塩として添
加することが好ましい。酸化珪素濃度が１５〜６５重量
％の範囲にある濃厚原液に添加しておくこともできる。
また、原液を使用の都度希釈して調製するときに添加し
ても良い。

【００１８】本発明においては、研磨用組成物溶液の導
電率を高くすることにより、研磨速度を著しく向上させ
ることができる。導電率とは液中の電気の通り易さを示
す数値であり、単位長さあたりの電気抵抗値の逆数の数
値である。本発明においては、導電率を酸化珪素１重量
％当りに換算した数値で示す。本発明においては、導電
率が１５ミリＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ₂（ここでＳはＳｉ
ｅｍｅｎｓを示す）以上であれば研磨速度の向上に対し
て好ましく、２０ミリＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ₂以上であ
れば更に好ましい。導電率を上昇させる方法としては、
次の二方法がある。一つは緩衝溶液の濃度を濃くする方
法、もう一つは塩類を添加する方法である。緩衝溶液の
濃度を濃くするには、（１）弱酸と強塩基、（２）強酸
と弱塩基、（３）弱酸と弱塩基、の何れかの組み合わせ
で、酸と塩基のモル比を変えずに濃度のみを濃くすれば
よい。塩類を添加する方法に用いる塩類は、酸と塩基の
組み合わせより構成されるが、酸としては、強酸、弱酸
いずれであってもかまわず、鉱酸および、有機酸が使用
できその混合物でも良い。塩基としては、強塩基、弱塩
基いずれであっても良く、アルカリ金属の水酸化物、水
溶性の四級アンモニウムの水酸化物、水溶性アミンが使
用できその混合物であってもかまわない。弱酸と強塩
基、強酸と弱塩基、弱酸と弱塩基の組み合わせで添加す
る場合は、緩衝溶液のｐＨを変化させることがあるた
め、大量に添加することは望ましくない。前述の二方法
を併用してもかまわない。

【００１９】本発明の研磨用組成物の物性を改良するた
め、界面活性剤、分散剤、沈降防止剤などの添加剤を併
用することができる。界面活性剤、分散剤、沈降防止剤
としては、水溶性の有機物、無機層状化合物などがあげ
られる。また、本発明の研磨用組成物は水溶液としてい
るが、有機溶媒を添加してもかまわない。本発明の研磨
用組成物は、研磨時にコロイダルシリカ及び、塩基と添
加剤と水を混合して調製してもよい。また、一般的には
酸化珪素粒子の濃度が１５〜６５重量％の範囲にある組
成物を調製しておき、水あるいは、水と有機溶媒の混合
物で希釈して使用することが多い。

【００２０】次に実施例及び比較例をあげて本発明の研
磨用組成物、およびそれを用いた研磨方法を具体的に説
明するが、特にこれにより限定を行なうものではない。
実施例及び比較例において使用する研磨用組成物は以下
の方法にて調製した。粒子径が異なるコロイダルシリカ
混合溶液は、平均一次粒子径が８０ｎｍと４０ｎｍと２
０ｎｍである３種類の市販コロイダルシリカ（濃度４０
重量％）を表１に示す比になるように混合した。平均一
次粒子径は、ＢＥＴ法で測定されたコロイダルシリカの
比表面積より、コロイダルシリカを真球を仮定して算出
した粒子径を用いた。純水を添加の後、撹拌しながら、
以下の実施例に記載した酸及び塩基、塩類を添加し、最
後に純水を加えて所定の酸化硅素濃度となるよう調製
し、これを使用液とした。研磨条件は以下の方法で鏡面
研磨を実施した。

【００２１】表面の研磨条件研磨装置：スピードファム株式会社製、ＳＨ−２４型片
面研磨装置定盤回転数：７０ＲＰＭ、プレッシャープレート回転
数：５０ＲＰＭ、研磨布：ＳＵＢＡ６００（ロデールニッタ社製）、面圧力：４００ｇ／ｃｍ² 研磨組成物流量：１００ｍｌ／分、研磨時間：３分研磨組成物量：１Ｋｇ被加工物：４インチ酸化膜１２００ｎｍ付シリコンウエ
ーハ。端面の研磨条件研磨装置：スピードファム株式会社製ＥＰ−IV型エッ
ジポリッシュ装置ドラム回転速度：８００ｒｐｍウエーハ回転速
度：６０秒／REV. ウエーハ回転数：４回／枚研磨布：ＤＲＰ−II（スピードファム社製）荷重：
２．５Ｋｇ研磨組成物流量：２５０ｍｌ／分被加工物：８インチ、酸化膜８００ｎｍ付シリコンウエ
ーハ

【００２２】評価方法粒子径の異なる酸化硅素の３分画の重量比は以下の方法
で求めた。２０万倍の透過型電子顕微鏡写真より、一定
範囲にある約７００個の粒子径を個々に測定し、その粒
子を５０〜１２０ｎｍと３０〜５０ｎｍと１５〜３０ｎ
ｍの３分画に分類し、粒子数を集計する。次ぎにそれぞ
れの分画の平均粒子径を算出する。５０〜１２０ｎｍの
分画の粒子数をn1、平均粒子径をD1、重量比をW1とす
る。３０〜５０ｎｍの分画の粒子数をn2、平均粒子径を
D2、重量比をW2とする。１５〜３０ｎｍの分画の粒子数
をn3、平均粒子径をD3、重量比をW3とする。各分画の重
量比は次の式で示される。W1:W2:W3＝1：（n2/n1）（D2
/D1）³：( n3/n1)（D3/D1）³研磨組成物のｐＨはｐＨメ
ーターを用いて測定した。導電率は導電率計にて測定し
た。研磨面の評価は、集光灯下で肉眼にてヘイズ及びピ
ットの状態を観察した。研磨速度は、研磨前後のシリコ
ンウエーハの重量差より求めた。

【００２３】

【実施例および比較例】本発明の実施例及び比較例で
は、緩衝溶液を与える添加剤として水酸化テトラメチル
アンモニウム（以下ＴＭＡＯＨと略記する）及び炭酸水
素カリウム（ＫＨＣＯ₃）及び炭酸水素テトラメチルア
ンモニウム（以下ＴＭＡＨＣＯ₃と略記する）及びホウ
酸（Ｈ₃ＢＯ₃）を用いた。前記添加剤の添加量は、研磨
組成物中の酸化珪素１Ｋｇに添加したモル数（ｍｏｌ／
ｋｇ−ＳｉＯ₂）で示した。研磨用組成物中のフッ素化
合物としてフッ化カリウム（ＫＦ）またはフッ化テトラ
メチルアンモニウム（ＴＭＡＦ）を実施例及び比較例に
示す処方に従って上述の調製方法に基づき添加し、本発
明の研磨用組成物とした。本発明の研磨用組成物に用い
た粒子径の分布を有するコロイダルシリカは市販の粒子
径の異なるコロイダルシリカ、即ち、平均一次粒子径、
８０ｎｍ、４０ｎｍ、２０ｎｍ、各々の酸化珪素濃度４
０ｗｔ％の製品を混合して実施例、比較例に用いるコロ
イダルシリカの混合体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｐ、Ｑ１４種を調合した。調合比
及び、重量比の実際の測定結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施例１−４、比較例１−４表２（実施例１−４）および表３（比較例１−４）に示
す各組成の研磨用組成物を用い、研磨用組成物の循環を
１０回繰り返しながら、４インチ酸化膜１２００ｎｍ付
シリコンウエーハの表面研磨を行なった。各循環繰り返
しにおける研磨速度ならびに使用液のｐＨ測定を行なっ
た。結果を表２および表３に示す。なお、以降の全ての
表において、*1および*2は以下の単位を示すものであ
る。 *1：ミリＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ₂ *2：μｍ／ｍｉｎ

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】平面研磨における循環研磨試験において、
実施例１〜４は研磨速度が優れ、循環を行っても研磨速
度が安定していることが確認された。（１）実施例１と比較例１を比べると、相違点は酸化珪
素粒子の粒度分布である。実施例１は表１のＡに示す粒
度分布を持ち、比較例１は表１のＪに示す粒度分布を持
つ。実施例１は、比較例１に対し明らかに高い研磨速度
を示した。実施例４と比較例２の結果も上述と同じ傾向
を示した。研磨用組成物が緩衝溶液組成を有さない比較
例２及び比較例３は循環研磨試験において、循環を繰り
返すごとに、ｐＨは低下し、研磨速度は減少した。

【００２９】実施例５−２２、比較例５−１６表４（実施例５−１０）、表５（実施例１１−１６）、
表６（実施例１７−２２）、表７（比較例５−１０）お
よび表８（比較例１１−１６）に示す各組成の研磨用組
成物を用い、４インチ酸化膜１２００ｎｍ付シリコンウ
エーハの表面研磨を行なった。この実施例、比較例にお
いては研磨用組成物液の循環繰り返し試験は行なわなか
った。結果を表４から表８に示す。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】

【表７】

【００３４】

【表８】

【００３５】平面研磨における実施例の研磨試験の結果
を表４から表６に、比較例の研磨試験の結果を表７から
表８に示した。実施例２、実施例５、実施例１４及び、
実施例４、実施例７、実施例１６を比べると、フッ素濃
度を高くすることにより、研磨速度は向上する傾向を示
した。実施例２１と他の実施例を比較すると、フッ素の
形態がフッ素の錯体テトラフルオロホウ酸イオンであっ
ても、フッ素イオン単体であっても、同等の効果を示し
た。比較例６〜８、比較例１０〜１６と実施例を比較す
ると、実施例の同水準に比べ、比較例の研磨速度は低い
結果となった。ｐＨが特許請求の範囲より低い比較例９
では、フッ素濃度が同等の実施例２１に比べ、研磨速度
が著しく低い結果となった。ｐＨが特許請求の範囲より
高い比較例１０では、研磨後、ウエーハ表面にヘイズが
発生した。

【００３６】実施例２３−３４、比較例１７−２２表９（実施例２３−２８）、表１０（実施例２９−３
４）および表１１（比較例１７−２２）に示す各組成の
研磨用組成物を用い、８インチ酸化膜８００ｎｍ付シリ
コンウエーハの端面研磨を行なった。この実施例、比較
例においては研磨用組成物液の循環繰り返し試験は行わ
なかった。結果を表９から表１１に示す。

【００３７】

【表９】

【００３８】

【表１０】

【００３９】

【表１１】

【００４０】平面研磨における実施例の研磨試験の結果
を表９から表１０に、比較例の研磨試験の結果を表１１
に示した。特許請求の範囲にある実施例２３〜３４で
は、１．８〜２．７mg/mi.の研磨速度が得られ、研磨面
の表面状態は良好な鏡面であった。特許請求の範囲を外
れた酸化硅素粒子の分布を有す比較例１７〜２０では、
研磨速度が１．６mg/min.以下であった。研磨面には、
ピット、スクラッチが残存するスレ残りの状態であっ
た。研磨速度が低いため、鏡面に至なかったと推定して
いる。ｐＨが特許請求の範囲より低い比較例２１では、
フッ素濃度を増加させても研磨速度が低い結果となっ
た。ｐＨが特許請求の範囲より高い比較例２２では、研
磨後、ウエーハ平面にシミが発生した。ｐＨが高いた
め、平面の一部がエッチングされたためと推定してい
る。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明で示される通り、粒子径が５
０〜１２０ｎｍと３０〜５０ｎｍと１５〜３０ｎｍ、そ
れぞれの分画の酸化珪素粒子が重量比１：０．２〜２：
０〜１．５の割合で存在し、その濃度が１〜２５重量％
であるコロイド溶液からなり、該コロイド溶液が、２５
℃における酸解離定数の逆数の対数値が８．０〜１２．
０の範囲にある弱酸及び／または弱塩基を使用して、弱
酸と強塩基、強酸と弱塩基あるいは弱酸と弱塩基の何れ
かの組み合わせのものを添加することによって、ｐＨ
８．７〜１０．６の範囲でｐＨが緩衝作用を有する緩衝
溶液として調製された本発明の研磨組成物、さらに成分
の一つにフッ素化合物を含有することを特徴とする研磨
用組成物、好ましくは２５℃における導電率が、酸化珪
素１重量％あたり１５ミリＳ／ｍ以上である研磨用組成
物を用いシリコンウエーハ、半導体デバイス基板をの平
面及び端面を研磨表面の品質を落とさず、安定に高速研
磨する事が達成された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 3/14 Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】５０〜１２０ｎｍの粒子径の分画の酸化
珪素粒子と、３０〜５０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素
粒子と、１５〜３０ｎｍの粒子径の分画の酸化珪素粒子
とが、重量比において１：０．２〜２：０〜１．５の割
合で存在し、かつ研磨用組成物全体に対する酸化珪素粒
子の濃度が１〜２５重量％の範囲にあり、更に２５℃に
おける酸解離定数の逆数の対数値が８．０〜１２．０の
範囲にある弱酸及び／または弱塩基を使用した弱酸と強
塩基、強酸と弱塩基あるいは弱酸と弱塩基の何れかの組
み合わせの塩を含むことによりｐＨ８．７〜１０．６の
範囲でｐＨが緩衝作用を有する緩衝溶液として調製され
た研磨用組成物。
【請求項２】２５℃における導電率が、酸化珪素１重
量％あたり１５ミリＳ／ｍ以上であることを特徴とする
請求項第１項に記載の研磨用組成物。
【請求項３】フッ素化合物をフッ素として１０〜２０
００ｐｐｍ含有することを特徴とする請求項第１項又は
第２項いずれかに記載の研磨用組成物。
【請求項４】溶液の濃度を高くするか、あるいは塩類
を添加することにより、２５℃における導電率が、酸化
珪素１重量％あたり１５ミリＳ／ｍ以上である請求項第
２項又は第３項いずれかに記載の研磨用組成物を調製す
る方法。
【請求項５】平均一次粒子径が５０〜１２０ｎｍと３
０〜５０ｎｍと１５〜３０ｎｍの範囲にある平均一次粒
子径が異なるコロイダルシリカ溶液を特許請求の範囲請
求項第１項記載の重量比になるように混合したコロイダ
ルシリカ混合溶液を使用することを特徴とする、請求項
第１項ないし第４項に記載の研磨用組成物を調製する方
法。
【請求項６】酸化硅素濃度が１５〜６５重量％の範囲に
ある請求項第１項ないし第３項記載の研磨組成物濃縮物
を、水、有機溶剤、塩類を含んだ溶液あるいはその混合
物で希釈することを特徴とする、請求項第１項ないし第
３項いずれかに記載の研磨用組成物を調製する方法。
【請求項７】上下両面あるいは片面に、合成樹脂発泡
体、合成皮革あるいは不織布等からなる研磨布を貼付し
た回転可能な定盤を有する研磨装置に、被加工物を載置
押圧し、前記定盤及び被加工物の双方あるいは一方を回
転させながら、請求項第１項ないし第３項に記載の研磨
用組成物を用いて、被加工物を研磨することを特徴とす
る研磨方法。
【請求項８】表面に研磨布を貼付したドラム形状の研
磨部材または、円弧状をした作業面を持つ研磨部材を有
する研磨装置に、被加工物のエッジ部分を押圧し、研磨
部材及び／または被加工物を回転させながら、請求項第
１項ないし請求項第３項に記載の研磨用組成物を用い
て、被加工物のエッジ部分を研磨することを特徴とする
研磨方法。