JP2003531023A

JP2003531023A - 再水和させた乾燥粒子状研磨組成物を使用する研磨方法

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Publication number: JP2003531023A
Application number: JP2001578126A
Authority: JP
Inventors: ヤンシー，ポール・ジェイ; ローデス，ロバート・エル
Original assignee: ロデールホールディングスインコーポレイテッド
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2003-10-21
Also published as: KR20020092436A; US6447375B2; WO2001081042A1; US20010055942A1; EP1274540A1

Abstract

(57)【要約】研磨方法は、研磨装置に供給するための水性組成物に再構成される乾燥粒子状固体組成物を使用する。本発明の態様の１つにおいて、乾燥粒子状固体組成物が、所定の数の工作物の研磨を完了するための再構成スラリーを得るために実質的に十分なだけの包装寸法で提供される。再構成装置に供給される乾燥粒子状固体の量は、１つの工作物または少数の工作物の研磨に適切な量であってもよいし、あるいはシステムは、より大型のバッチまたは連続流動方式で稼働させてもよい。再構成した水性研磨溶液は、研磨装置で使用する前に、物理的または化学的性質のモニター、濾過、他の化学混合物との混合、またはその他の方法による改質を実施することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、一般に、研磨スラリーおよび研磨システムにおけるそれらの使用に
関し、より詳細には、再構成された乾燥粒子状研磨組成物を使用する工作物の研
磨方法に関する。

【０００２】背景集積回路ウエハの化学機械研磨（ＣＭＰ）用研磨配合物、ならびに先端技術光
学部品またはその他の超精密表面仕上げ用途の研磨組成物は通常、種々の化学成
分と組み合わせた固体（研磨剤）の水性分散液からなる。このような市販材料は
、固体単独の混合物として、あるいは濃縮形態の研磨成分を含有する成分と濃縮
形態の化学成分を含有する別の成分との数種類の成分として、販売されることが
できる。

【０００３】ＣＭＰ研磨技術がより重要になってくるにつれて、化学物質および研磨剤の複
合系が開発されている。これらの水性配合物は、貯蔵中に材料が変化しないよう
に、長い保存寿命と優れた安定性を示す必要がある。貯蔵中における、制御でき
ないか、または過剰の物理的変化は、これらの配合物を意図する用途で使用でき
なくさせてしまう。例えば、固体混合物が貯蔵され、貯蔵容器内で固体が沈降し
て硬質の沈殿物が形成されると、その混合物はもはや顧客が容易に使用できない
。また、化学系が反応種の濃度について有意な変化をうけると、意図する用途で
そのスラリーを使用できなくさせてしまう。

【０００４】物理的および化学的な不安定性を主たる理由として、一般的に、スラリーは水
性分散液として包装されて販売されることが多い。より最近では、研磨パッド中
に研磨剤を含有し、研磨界面に供給される液体研磨組成物は、研磨剤を含有しな
いＣＭＰ研磨システムが開発されている。しかしながら、これらの種類の研磨パ
ッドに使用される液体研磨組成物は、従来の水性分散スラリーにみられるのと同
様の化学的不安定性を示すことが多い。

【０００５】固体粒子状スラリー組成物を調製しその組成物を乾燥させると、液体に分散し
た研磨スラリーの不安定性への対処が可能となる。系の「水性」成分を除くこと
によって、化学成分と研磨成分との両方の安定性の問題を最小にすることができ
る。したがって、最終使用者が使用する組成と全く同じ組成を有する乾燥粒子状
スラリーが調製される。このような乾燥スラリー組成物を調製することによって
、最初に乾燥スラリー組成物が調製されてから６か月又はそれより長期間でも、
まさに最終使用者が望むように、スラリーは効果的に「時間が凍結」される。こ
のようなスラリー組成物は、同時係属中で本願と同一の譲受人に譲渡された１９
９９年１０月６日出願の特許出願第０９／４１３，０８３号に開示されている。
この開示された方法によると、乾燥粒子状スラリー組成物は使用前に簡単に再構
成される。乾燥スラリーの調製方法の開発によってスラリー組成物の長期間にわ
たる貯蔵能力が大きく向上したが、再構成スラリーの使用方法のさらなる開発は
、より改良された研磨方法を提供することが可能である。

【０００６】要約本発明は、ＣＭＰに有用な化学物質を含む化学機械研磨組成物を含む乾燥粒子
状固体組成物を使用する研磨方法を提供し、この固体組成物は実質的にすべての
水が除去されており、すぐに使用できる化学機械研磨組成物に再構成することが
できる。この組成物は、種々の方法の中の１つによって、水性研磨溶液に再構成
するための装置に供給される。乾燥粒子状固体組成物は、研磨粒子、酸化剤、錯
化剤、表面不動態化剤、界面活性剤、分散剤、あるいは化学機械研磨用のスラリ
ーに使用されるその他の種類のいずれかの化合物を含むことができる。

【０００７】再構成装置に供給される乾燥粒子状固体の量は、１つの工作物または少数の工
作物の研磨に適切な量であってよく、あるいはシステムはより大型のバッチまた
は連続フロー方式で稼働させてもよい。再構成された水性研磨溶液は、次いで物
理的性質または化学的性質についてモニターされ、濾過され、その他の化学混合
物と混合されるか、あるいは研磨作業に使用される前にその他の方法で改質して
もよい。

【０００８】一つの実施態様においては、本発明の方法は、乾燥粒子状固体組成物を提供す
る工程と、ある量の乾燥粒子状固体組成物を再構成してある量の水性組成物を形
成する工程とを含む。この水性組成物の量は、所定数の工作物の研磨を完了する
のに実質的に十分なだけの量である。

【０００９】別の実施態様では、本発明の方法は、研磨する工作物の固定した数を決定する
工程と、その固定した数の工作物の研磨を完了するための量の再構成スラリーを
形成するために実質的に十分なだけの量の乾燥粒子状固体組成物を調製する工程
とを含む。

【００１０】好ましい実施態様の詳細な説明本発明は、水性分散液を不安定化やエージングの影響なしで、研磨組成物の研
磨剤と化学物質の比率を維持する手段を提供する。研磨剤と化学物質は、あたか
も最終使用者がすぐに使用できるように調製されるように互いに混合されるか、
あるいはすべての成分の比率が公倍数で関連づけられる濃縮物として調製される
。研磨スラリーが製造されるとすぐに、噴霧乾燥、凍結乾燥、またはいずれかの
既存の乾燥または脱水方法によって脱水される。得られる乾燥粒子状固体組成物
は、通常は流動性粉末の形態であり、従来の袋またはその他の非反応性容器で包
装して、実質的な劣化なしに無期限に保管することができる。

【００１１】本発明によってもたらされるさらなる利点は、製品の重量が約７０％〜約８０
％も減少することであり、このことは液体水性スラリーを世界中に輸送すること
を考慮すると相当なコスト削減となる。

【００１２】スラリーがすぐに使用できるとき、最終使用者は必要量の水を加え、高剪断分
散装置を使用して分散させることによって、乾燥粒子状固体組成物を再構成する
ことができる。所望により、本発明の有用性を損なわないその他の化学物質を加
えることもできる。得られたスラリーは濾過し、ＣＭＰ研磨作業にすぐに使用で
きる。スラリーは、使用前にｐＨおよびその他の性質についてモニターすること
もでき、これらを適切に調整することができる。

【００１３】スラリーを１回で供給する場合（所定の数の工作物の研磨または１回の研磨サ
イクルにおいて）、現在のバッチのスラリーを研磨に使用しながら、次のバッチ
のスラリーを混合することができる。連続するスラリーのバッチが異なる組成を
有することがあるので、バッチ間で混合装置が自己洗浄されることが好ましい。
好ましくは、スラリーを汚染しない材料で混合装置が構成される。

【００１４】得られる研磨スラリーは、好ましくない凝集物が予想されるほどは形成されな
い。これは、乾燥直前にもたらされるスラリーが完全で完璧な分散状態にあるた
めであると考えられる。コロイド状に分散した成分の混合物を乾燥させると、砥
粒は均一に存在する溶解した塩の乾燥したもので取り囲まれ、研磨粒子が互いに
凝集することが実質的に防止される。再構成工程中に塩が溶媒和すると、乾燥前
に存在するのと実質的に同じ状態で研磨粒子が放出される。

【００１５】化学機械研磨スラリーに使用される代表的なサブミクロン研磨剤は、アルミナ
、シリカ、セリア、チタニア、ゲルマニア、ジルコニアなどの酸化物である。一
般に、研磨粒子は、約１重量％〜約３０重量％でＣＭＰ用スラリーに使用される
。好ましくは、約３重量％〜約１５重量％のアルミナ、シリカ、セリア、チタニ
ア、またはそれらの混合物である。

【００１６】ＣＭＰ作業に有用な化学物質の種類は、酸化剤、化学エッチング剤、分散剤、
界面活性剤、錯化剤、シリカ比率抑制剤、不動態化剤、シリカ保護剤、緩衝剤、
および抑制剤であり、これらのすべてが本発明の乾燥スラリー中に存在してもよ
い。

【００１７】水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、および水酸化ナトリウムなどの一般的
な水酸化物、ならびに種々のアミン類が、ＣＭＰスラリー研磨剤用の分散剤とし
て使用されてきた。アミノアルコールとして知られる種類の化合物も有用となり
うることが分かった。

【００１８】通常、酸化剤は、金属層を対応する酸化物に酸化する、例えば、タングステン
を酸化タングステンに酸化するための化学機械研磨スラリーの成分である。この
層は機械的に研磨されて、層から酸化タングステンが除去される。広範囲の酸化
性成分を使用することができるが、好ましい成分は、酸化性金属塩、酸化性金属
錯体、例えば、硝酸塩、硫酸塩、ＥＤＴＡ、クエン酸塩、フェリシアン化カリウ
ムなどの鉄塩、アルミニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、
第４級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、過酸化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、過
マンガン酸塩、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、ならびにそれらの混合物を含む。通常、
酸化性成分は、スラリーの機械的および化学的な研磨成分をバランスさせながら
、金属層を迅速に酸化するのに十分な量でスラリー中に存在する。酸化剤は、化
学機械研磨スラリー中に通常約０．５重量％〜約１５重量％で、好ましくは約１
重量％〜約７重量％の範囲で存在する。

【００１９】本発明の乾燥粒子状固体組成物は、場合によってはＳｉＯ₂の錯化剤またはキ
レート剤として作用する化合物をさらに含んでもよい。このような錯化剤および
キレート剤は、引用例として本明細書に含める米国特許第５，３９１，２５８号
および米国特許第５，４７６，６０６号に記載されている。これらの化合物は、
シリカに錯体形成の影響を及ぼす構造中に存在する少なくとも２つの酸基を有す
る必要がある。酸種は、解離可能なプロトンを有する官能基として定義される。
これらは、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホ基、およびホスホ基を含む
が、これらに限定されるものではない。カルボキシル基およびヒドロキシル基は
、効果的な化学種に最も広範囲に存在するので好ましい。特に効果的なものは、
α位にヒドロキシル基を有する２つ以上のカルボキシル基を所有する構造であり
、例えば直鎖のモノカルボン酸およびジカルボン酸ならびに塩、例えば、リンゴ
酸とリンゴ酸塩、酒石酸と酒石酸塩、ならびにグルコン酸とグルコン酸塩を含む
。また効果的なものは、カルボキシル基に対してα位に第２級または第３級のヒ
ドロキシル基を有するトリカルボン酸およびポリカルボン酸ならびに塩、例えば
クエン酸およびクエン酸塩である。また効果的なものは、ベンゼン環を含む化合
物、例えば、オルトジ−およびポリヒドロキシ安息香酸ならびに酸塩、フタル酸
およびフタル酸塩、ピロカテコール、ピロガロール、没食子酸および没食子酸塩
、ならびにタンニン酸およびタンニン酸塩である。これらの錯化剤は、ＣＭＰ用
スラリー中に約０．１重量％〜約７重量％で使用することができる。好ましくは
、これらは約２重量％〜約４重量％の範囲で存在する。

【００２０】スラリー組成物はさらに、金属イオンが実質的に存在しない化学エッチング剤
を含んでもよい。代表的なエッチング剤は、過硫酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸
塩、クエン酸塩、シュウ酸塩、それらの混合物などが挙げられる。好ましくは、
エッチング剤は過硫酸アンモニウムなどの非金属性過硫酸塩である。エッチング
剤は、化学機械研磨が行われるときに金属の可溶化を促進し、それによって水性
分散液中に金属を溶解させることができる。一般にこれらの化学物質は、ＣＭＰ
スラリー中に約１重量％〜約１０重量％の範囲で存在する。好ましくは、これら
は約２重量％〜約７重量％の範囲で存在する。

【００２１】化学機械研磨スラリーは、金属イオンを実質的に含有しない防食剤を含有する
ことが多い。好適な防食剤は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メルカプトベン
ゾチアゾール（ＭＢＴ）、ならびに研磨作業中および作業後に露出した金属表面
の腐食による悪影響を軽減するために、銅などの金属に通常使用されるその他の
防食剤を含む。通常、防食剤は化学機械研磨スラリー中に約１重量％未満で存在
する。好ましくは、これらは約０．０５重量％〜約０．６重量％の範囲で存在す
る。

【００２２】乾燥粒子状固体組成物を調製する第１段階は、研磨スラリーのすべての成分が
使用時に存在するときの正確な比率を決定することである。例えば、約５％の固
体研磨剤と約７％の化学成分を含み、２種類の化学成分が存在するスラリーの場
合、すぐに使用できる配合物の全重量組成は以下の組成であってもよい。固体研磨剤５％化学物質Ａ３％化学物質Ｂ４％水８８％

【００２３】水が除去された後は、固体と溶解した固形分は、５／３／４の比率で残留する
。噴霧乾燥の場合、蒸発させるべき水分量を減少させ、それによってコストを削
減し処理量を増加させるために、可能な最大固形含有率の予備乾燥したスラリー
濃縮物を含むことが一般に望ましい。したがって、乾燥用の濃縮物を製造する場
合、５／３／４の比にある倍数をかけた成分を使用するべきである。通常この倍
数は、成分の中の１種類の溶解性の制限、または固形分の最大充填量の制限によ
って決定される。例えば、化学物質Ａが大きなまたは無制限の溶解性を有し、化
学物質Ｂが最大濃度約１０％までの溶解性しかない場合は、すべての化学成分が
溶解する場合に完全に均一な分散液を得るためには、最大濃度の率は０．１０／
０．０４すなわち２．５となる。したがって、予備乾燥したスラリーの成分の濃
度は、水を除いた各成分に倍数２．５をかけることによって求められる。乾燥ス
ラリーの最終濃度は、以下の通りである。固体研磨剤２．５×５＝１２．５％化学物質Ａ２．５×３＝７．５％化学物質Ｂ２．５×４＝１０．０％水残分７０．０％

【００２４】乾燥させると、この配合物はすぐに使用できるスラリー中での比率が５／３／
４である３種類の有効成分を有する乾燥粒子状固体組成物が得られるが、噴霧乾
燥機の出発材料を濃縮することによって、噴霧乾燥作業がより効率的となる。乾
燥技術は、噴霧乾燥、凍結乾燥、フラッシュ乾燥、減圧乾燥、加熱パンまたはコ
ンベヤ乾燥などを含む多くの１つであることができる。好ましい技術では、粒径
、含水パーセント、および製品の再生産性に関して最終製品を容易に制御できる
ため、噴霧乾燥が使用される。

【００２５】代表的な噴霧乾燥機の概略を図１に示す。噴霧乾燥機１０は、大型タンク１４
内で循環する熱風１２の組合せを利用しており、タンク１４内では、回転噴霧１
８または高圧吸引のいずれかによって、加熱空気中に固体／液体スラリー１６が
噴霧され、ここで含有する水は、ほぼ直ちに除去され、水を含有しない固体粒子
２０が形成される。気流中を粒子がさらに進行すると、タンク１４の出口部分２
２に到達するまでに粒子がさらに乾燥され、一般に要素２４で示されるサイクロ
ンまたは捕集容器で捕集される。多くの乾燥機では、より粗い材料は製品捕集容
器で捕集され、より小さいまたは微細な材料（微粒）はサイクロンセパレーター
に捕集される。本発明では、乾燥粒子の粒径は問題とならないので、両方の捕集
方法で十分である。

【００２６】本発明により実施される後乾燥工程の概略を図２に示す。捕集後に、乾燥粉末
は貯蔵ホッパー２５に移送され、ここで乾燥粉末が捕集されて大型バッチまたは
ロットが作製される。次に乾燥粉末は大型ダブルコーンブレンダー２６または同
種の装置中で乾式混合され、それによって乾燥粉末ロットは完全に均一になる。
大型の乾燥ロットが混合されることによって、濃縮物から水の重量および体積が
取り除かれるため、混合された個々のロットサイズを液体の同等物よりもはるか
に大きくすることができる。大型で均一なロットサイズは、材料の新しいロット
ごとに使用前の検査または検定が必要となる半導体産業では特に重要である。

【００２７】混合後、乾燥粒子状固体組成物の調製が完了する。乾燥粒子状固体組成物は、
プラスチックがライニングされたファイバードラムまたはプラスチックがライニ
ングされた紙袋などのいずれかの好適な種類の容器に入れて包装される。容器寸
法は、再構成後の各研磨作業に使用される可能性がある乾燥粒子状固体組成物の
量に相当することが望ましい。本発明によると、乾燥粒子状固体組成物は種々の
寸法の包装容器の１つで包装することができる。具体的な包装容器の寸法は、乾
燥粒子状固体組成物の意図される最終用途によって決まる。例えば、１つの工作
物または少数の工作物の研磨に使用されるスラリーを１回で供給する場合では、
乾燥粒子状固体組成物は１つの供給用包装容器２７に包装される。より大きなバ
ッチの工作物の研磨の場合は、バッチ包装容器２８を使用して乾燥粒子状固体組
成物を保管することができ、数回のバッチの場合は複数のバッチ包装容器２９に
乾燥粒子状固体組成物を充填することができる。特定の数の工作物の研磨用に合
わせた寸法の包装容器に乾燥粒子状固体組成物を包装することによって、最適な
量のスラリーで研磨工程を実施することができる。したがって、研磨工程の品質
を向上させ、研磨工程全体のコストを削減することができる。

【００２８】乾燥粒子状固体組成物の再構成は、図３の概略図に示されるような代表的な混
合装置３０で実施することができる。この装置は、測定した量の脱イオン水３２
と粉末スラリー３４とを混合タンク３６に導入するための好適な手段を有する。
混合装置３０は、混合タンク３６の垂直方向に取り付けられた高速ローターステ
ーター３８を有する。高速ローターステーター３８は非常に高い剪断力を与える
ことができる。再構成スラリーが十分に（一般に製品１ガロン当たりで消費され
たエネルギー量で決定される）混合されたのち、再構成されたスラリーは、再構
成装置からサブミクロンフィルターシステム４０を経由して研磨システムまたは
デイタンク（図示していない）まで圧送される。デイタンクから、再構成スラリ
ーを再循環させて、これを最終使用者は研磨工程で使用することができる。

【００２９】当業者であれば、スラリー再構成システムについて多数の変更が実施可能であ
ることが分かるであろう。例えば、混合タンク３６の容量は約１リットル〜約１
０リットルで変動させることができる。さらに、混合装置３０は単独システムで
あってもよいし、研磨装置システムの構成要素であってもよい。さらに別の方法
では、例えば工作物１つ当たり約０．５リットル〜約１．５リットルのスラリー
消費速度を有する付随する研磨装置の消費速度と、実質的に同じ速度で安定した
量の再構成スラリーを供給するように混合装置３０が構成されてもよい。さらに
別の方法では、乾燥粒子状固体組成物はペレットまたはタブレットの形態で直接
混合タンク３６に供給されても良いし、あるいはペレットを粉砕して粉末スラリ
ー３４として使用してもよい。したがって混合装置３０は、本発明による乾燥粒
子状固体組成物の再構成のために可能な種々の装置構成の単なる一例である。

【００３０】本発明の一実施態様により実施される再構成工程では、混合タンク３６に脱イ
オン水３２が入れられ、バルブ４２が閉じられ、バルブ４４が開放される。混合
タンク３６には１回の充填に使用される水の全量を入れてもよいし、再構成工程
が実施される時間にわたって少しずつ水を加えてもよい。少なくとも一部の水が
混合タンク３６に導入されてから、再循環ポンプ４６を作動させて再循環ライン
４７に水を入れ、ローターステーター３８が作動される。粉末供給装置４８によ
って制御された速度で、ある量の乾燥粒子状固体組成物３４が再循環ライン４７
に導入される。再循環ライン４７を通るスラリーの再循環は、所望のスラリー濃
度および粘度が得られるまで続けられる。モニターシステム５０はスラリーの物
理的性質および化学的性質、例えば固形分含有率、ｐＨなどを連続的に分析する
。モニターシステム５０は混合タンク３６に接続されているように図示されてい
るが、再循環ライン４７に沿った数箇所で監視機能を実施することもできる。

【００３１】所望のスラリーが得られると、ローターステーター３８を停止させ、バルブ４
２を開放して所定量の再構成スラリーがフィルターシステム４０を経由して供給
される。具体的な用途によるが、再構成スラリーはデイタンクに供給されるか、
あるいは直接研磨装置のプラテンに供給される。さらに別の実施態様では、デイ
タンクは混合および分配容器として使用することもできる。スラリーの供給中は
、混合タンク３６内での固形分の沈降を防止することによってスラリーの粘稠性
を維持するため、再循環ポンプ４６を作動させたままにしてもよい。スラリーの
供給後、バルブ４２を閉じ、混合タンク３６と再循環ライン４７に水を流す。次
に、ドレインバルブ５２を開放して、混合タンク３６と再循環ライン４７の内容
物をドレインに流し出す。

【００３２】水性スラリーに関して現在実施されている方法を使用すると、スラリーが２成
分系である場合には、デイタンクに供給する前に容器内の固形分を再分散させる
ために、固形分を含有する成分を予備混合する必要があることが一般的である。
これを実施しないと、最終混合物中の固形分の重量パーセントが不正確になる。
同様に、第２の成分は、デイタンクまたは研磨システムに供給する前に溶液を均
質化するために予備混合するべきである。一部の濃縮系で水を計量するのに加え
て、一般にこれらの成分はどちらも重量または体積のいずれかである種の計量が
必要である。次にこの混合物は、作業にとっての汚染物質を除去するために濾過
する必要がある。

【００３３】本発明では、沈降および安定性の問題がないため、予備混合を必要としないこ
とが好ましい。好ましくは、前述のように予備包装した乾燥粒子状固体組成物が
粉末供給装置４８を通して導入される。あるいは、乾燥粒子状固体組成物は単に
秤量（または各サイズのデイタンク用に予備秤量）してもよいし、あるいは正確
な体積の水を含有する混合タンク３６に投入または引き込んで混合しても良い。
さらに、過酸化水素や有機化合物などの別の化学物質を混合工程中に加えること
ができる。この有機化合物は、界面活性剤、キレート剤、弱酸、殺生剤などを含
むことができる。

【００３４】さらなる詳細は説明しないが、当業者であれば以上の説明から本発明を最大限
に実施可能であると思われる。したがって、以下の具体的な実施例は、単に実例
として構成されたものであり、本発明の開示内容を制限することを意図したもの
ではない。

【００３５】実施例１集積回路に使用される銅を研磨するために配合されたスラリーを調製した。通
常このスラリーは、いくつかの成分が互いに反応するため、１成分スラリーでは
非常に保存寿命が短く、２成分スラリーでも保存寿命が短い（数週間）。別の成
分は液体形態で感光性である。このスラリーを乾燥することは、数種類の塩がア
ンモニア塩であり熱により容易に分解するためにさらに複雑になる。

【００３６】噴霧乾燥作業を促進するために「２×濃縮物」としてスラリーを調製した。「
２×濃縮物」は、研磨に通常使用されるスラリーの固形分と溶解固形分のそれぞ
れが２倍に濃縮されたスラリーである。予備乾燥スラリーの組成は以下の通りで
あった。リン酸１１．２％リン酸アンモニウム８．５％過硫酸アンモニウム８．５％有機防食剤０．３％二酸化チタン９．９％脱イオン水残分

【００３７】成分を、タンク内の温度上昇が約１０℃に達するまでＨｉｌｌローターステー
ターミキサーを使用して互いに混合し分散させた。約３日以内に混合物の一部を
、電気式空気加熱装置、回転噴霧器、および可変速度モータを備えた蠕動供給ポ
ンプを有するAPV Laboratory Spray Dryer（ＡＰＶ実験室用噴霧乾燥機）で噴霧
乾燥させた。乾燥機底部およびサイクロンセパレーターから乾燥粉末を回収した
。噴霧器は、乾燥機壁面への生成物の固着が防止されるように調整し、入口空気
温度および供給速度は、出口空気温度が約８０℃〜約８５℃となるように調整し
た。粉末は、さらなる処理に備えてプラスチック袋内に密封した。残りのスラリ
ーは、さらなる処理に備えて液体状態で密閉容器中で保管した。

【００３８】噴霧乾燥試験の詳細を以下の表１にまとめる。異なる乾燥機条件を使用してこ
の試験を実施した。

【００３９】

【表１】

【００４０】これら２つの試験は、２つの異なる入口温度を示し、そこでは、揮発性または
感熱性成分の分解に入口温度が影響するかどうかを調べるために乾燥機を稼働さ
せた。粉末の物理的性質または再構成スラリーの研磨性能のいずれに関しても、
２つの入口温度の間に統計的に有意差は認められなかった。スラリーの物理的性
質に関するこの結果を以下の表２にも示す。再構成試験Ｉおよび試験ＩＩの粉末
を使用した研磨試験を以下の実施例に記載する。

【００４１】本発明の有用性を調べるためのもう１つの方法は、スラリー中の主要な有効成
分、過硫酸アンモニウムの分析測定である。この成分は、水性状態で熱と光の両
方に敏感である。２種類の乾燥スラリーとこれらから得られた濃縮物とを、噴霧
乾燥を実施してから１週間後に分析した。結果を以下の表２に示す。すべての濃
度は、すぐに使用できる濃度とした。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２に示されるデータは、噴霧乾燥が最も安定性の低い化学成分の有効性を保
存することを示している。製造後１０日以内でさえも、単一部分のスラリー濃縮
物中の酸化性成分、過硫酸アンモニウムの強度は低下した。

【００４４】表２のデータから分かるように、入口温度を上昇させても過硫酸塩の濃度は変
化せず、意図した元の組成のままに維持された。２種類の乾燥材料の粒径は、乾
燥作業前とまさに同じ粒径に回復した。

【００４５】予備乾燥濃縮物と２種類の再構成試験スラリーの粒径分布の比較を図４のグラ
フに示す。３種類の材料は非常に類似しており、３つの分布が１つのように見え
る。

【００４６】噴霧乾燥から６週間後、銅研磨スラリーの予備乾燥スラリー濃縮物と試験Ｉの
乾燥スラリー試料について研磨試験を実施した。これらのスラリーの最終濃度は
以下のレベルに調整した。リン酸５．６％リン酸アンモニウム４．３％過硫酸アンモニウム４．３％有機防食剤０．１５％二酸化チタン４．９％脱イオン水残分

【００４７】上記濃度が得られるように噴霧乾燥スラリーを計量し、Ｈｉｌｌローターステ
ーターミキサー中でΔＴ１０℃で分散させた。残りの６週間経過後の濃縮スラリ
ーは、上記の正確な濃度を得るために濃縮物約１部を水１部で希釈し、プロペラ
ミキサーで混合した。すべてのスラリーを１μｍのバッグフィルターで濾過した
。

【００４８】直径６インチの銅薄膜ウエハを、Strasbaugh 6EC Wafer Polisher（Strasbaug
h カリフォルニア州（San Luis Obispo））を使用し、同一の研磨パラメーター
で３種類のスラリーのそれぞれを用いて研磨した。酸化物選択性として知られる
銅と二酸化ケイ素との間の相対的研磨速度を確証するために、二酸化ケイ素薄膜
ウエハの研磨も実施した。これらの試験結果を表３に示す。研磨速度はオングス
トローム／分（Å／分）で示している。

【００４９】

【表３】

【００５０】銅研磨スラリーの標準的な除去速度は６０００〜７０００Å／分である。６週
間経過した濃縮物は、１成分混合物としての期間中に大きく劣化した。噴霧乾燥
材料は市販の２パートスラリーの特性を維持した。

【００５１】実施例２試験ＩＩとして前述した第２の噴霧乾燥材料を、銅ウエハ研磨について乾燥後
９週間のものと比較して試験した。この試験は、再構成試験ＩＩの材料と新しく
混合した銅研磨スラリーとの比較として実施した。研磨は前述の条件と本質的に
同じ条件で実施した。２種類のスラリーの濃度は、前述の最終使用濃度に調整し
た。研磨試験の結果を以下の表４に示す。

【００５２】

【表４】

【００５３】これらのウエハの表面仕上げについても調べた。２種類のスラリーの間で表面
疵に顕著な差異は見られなかった。

【００５４】実施例３この試験では、Niro Mobile Minor Type H 噴霧乾燥機を使用した。この乾燥
機は、前出の実施例と同様にして稼働させた。この試験の研磨スラリーは、タン
グステンの研磨に使用した。この試験で使用したスラリーは以下の成分を有する
すぐに使用できる配合物であった。カルボン酸３％カルボン酸塩０．３％酸化性成分６％研磨剤９％脱イオン水残分

【００５５】このスラリーの濃縮物は、化学物質成分と研磨剤成分の濃度を２倍にすること
によって噴霧乾燥用に調製した。次にこの濃縮物を、カルボン酸成分の分解が起
こるかどうかを調べるために数種類の出口温度値で噴霧乾燥した。濃縮物の供給
速度を変化させることによって出口温度を変動させ、その他のすべてのパラメー
ターは一定のままにした。

【００５６】乾燥した流動性粉末を、前述のようにすぐに使用できる状態のスラリー組成物
に再構成させ、タングステン薄膜ウエハと熱酸化物薄膜ウエハの研磨に使用した
。粉末の製造に使用した元の濃縮物の一部もすぐに使用できる濃度に希釈し、ベ
ースラインとして使用した。以下の表６は、噴霧乾燥および研磨試験の結果を示
す。

【００５７】

【表５】

【００５８】研磨後の酸化物薄膜ウエハ表面の顕微鏡観察によると、いずれの試験ウエハの
間にも疵の相違は見られなかった。

【００５９】実施例４標準的な混合方法を使用して従来方法で調製したタングステン研磨組成物（「
ＭＳＷ２０００」という）と、本発明により調製した同じ研磨組成物との研磨
性能（activity）を比較するために、数種類の試験を実施した。研磨したウエハ
について、薄膜除去速度、選択性、表面粗さ、および欠陥形成を測定した。

【００６０】一群の２００mmの試験ウエハを入手した。それぞれはウエハ表面に５０００オ
ングストロームの熱酸化物基層が重ねられ、８０００オングストロームのタング
ステン層は、５００オングストロームの窒化チタン層で熱酸化物から分離された
ものであった。

【００６１】この群の試験ウエハを研磨するための準備として、Rare Earth Sciences, Inc
.（以前はデラウェア州Newark）の４インチのコンディショニンググリッドを取
り付けたStrasbaugh ６ＤＳ−ＳＰ研磨システムのプラテン上に、Rodel,Inc.（
デラウェア州 Newark）の研磨パッドＩＣ−１４００Ｋを搭載した。パッドを
コンディショニングするため、脱イオン水を使用して２０回の予備コンディショ
ニング洗浄を行い、５つのダミーの酸化物ウエハを加工し、続いて２つのダミー
のタングステンウエハを加工した。

【００６２】パッドの最初のコンディショニングが終了した後、一群の１３個の２００mm試
験ウエハの研磨を行った。従来法で調製したスラリーを使用して４つの対照試験
ウエハの群を最初に研磨し、続いて本発明により再構成させたスラリーを使用し
て５つの試験ウエハの群を研磨して試験を実施した。最後に、４つの対照試験ウ
エハの第２の群を従来法で調製したスラリーで研磨した。ある群から次の群に移
るときに、パッド表面上のスラリーを移動させないようにするため、２つのダミ
ーの酸化物の加工を連続する群の間に実施した。

【００６３】各回の試験で、以下のパッドコンディショニング条件および研磨条件を使用し
た。研磨パッドコンディショニング下向きの力：７psi 下向きの力：１４lbs 背圧：０psi 洗浄：２（使用後脱イオン水で）プラテン速度：６０rpm プラテン速度：７０rpm キャリア速度：６０rpm ディスク速度：７５rpm 温度：１００°Ｆ

【００６４】試験結果を以下の表６に示す。用語「ＲＲ」は、タングステン（Ｗ）薄膜、チ
タン（Ｔｉ）薄膜、および酸化物（Ｔｏｘ）薄膜のオングストローム／分による
除去速度である。薄膜層の除去速度は、ＳＭ−３００薄膜測定機（KLA-Tencor（
カリフォルニア州 Fremont）を使用して測定した。試験ウエハの第１、第２、
および第３の群の平均除去速度は、Avg. W、Avg Ti、およびAvg Toxの欄に示し
てある。「-Recon」と表示される試験ウエハは、本発明により調製した再構成研
磨スラリーを使用して研磨し、残りの試験ウエハは従来のスラリーを使用して研
磨した。

【００６５】

【表６】

【００６６】従来の研磨スラリーと再構成研磨スラリーとの間の表面粗さ特性の差異を測定
するために、６つの試験ウエハにテトラエチルオルトシラン（ＴＥＯＳ）を使用
して蒸着させた酸化ケイ素でコーティングし、続いて研磨を行った。試験手順は
前述のものと同様であった。各試験の後に、原子間力顕微鏡（Model 5000、Digi
tal Instruments, Inc.（カリフォルニア州 Santa Barbara））を使用して表面
粗さ試験を実施した。以下の表７は粗さ値のまとめを含み、表中「Rms」は、ナ
ノメートルの表面粗さ値の二乗平均値である。

【００６７】

【表７】

【００６８】表６に示される除去速度データおよび表７に示される表面粗さデータは、再構
成スラリーと従来のスラリーとの間で、研磨性能に測定可能な差がないことを示
している。

【００６９】したがって、前述の利点が十分に得られる再構成乾燥粒子状研磨組成物を使用
した研磨方法が開示されたことは明らかである。以上の実施例は集積回路用途の
化学機械研磨スラリーを用いて本発明の使用を説明するが、本発明は、その他の
種類の研磨配合物の用途にも使用できる。例えば、向上した除去速度および特殊
な表面条件を得るために加えられる研磨剤および化学物質を含有する多くの種類
の研磨組成物は、同様に乾燥して使用時に再構成させることができる。このよう
な研磨スラリーは、特殊光学部品の研磨、シリコンやガリウムヒ素などの半導体
基板を含む研磨、プラスチック眼鏡レンズおよびコンタクトレンズ、ならびにそ
の他の同様の技術に使用される。したがって、このようなすべての変形および修
正は添付した特許請求の範囲およびそれら均等の範囲内である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法の実施に有用である代表的な噴霧乾燥機の概略図である。

【図２】本発明による後乾燥方法を示す概略図である。

【図３】本発明による方法の実施に有用である代表的なスラリー再構成装置の概略図で
ある。

【図４】実施例１の３種類のスラリーの粒径分布のヒストグラムである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者ローデス，ロバート・エルアメリカ合衆国、アリゾナ 85048、フェニックス、イースト・グラナット・ビュー・ドライブ 2205 Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 AC04 CB01 CB03 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の数の工作物を提供する工程と、乾燥粒子状固体組成物を提供する工程と、ある量の前記乾燥粒子状固体組成物を再構成させて、前記所定の数の工作物の
研磨を完了するのに実質的に十分なだけの量の水性組成物を形成する工程と、を含む研磨方法。
【請求項２】前記水性組成物の物理的性質および化学的性質の少なくとも
１つについて前記水性組成物を分析する工程をさらに含む、請求項１に記載の研
磨方法。
【請求項３】乾燥研磨組成物を提供する工程が、前記所定の数の工作物の
研磨を完了するのに実質的に十分なだけの量の乾燥粒子状固体組成物を有する乾
燥粒子状固体組成物の包装品を提供することを含む、請求項１に記載の研磨方法
。
【請求項４】所定の数の工作物を提供する工程が、１つの工作物を提供す
ることを含む、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項５】前記水性組成物を使用して前記所定の数の工作物を研磨する
工程をさらに含む、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項６】前記所定の数の工作物を研磨する工程の前に、貯蔵装置中で
前記水性組成物を貯蔵する工程をさらに含む、請求項５に記載の研磨方法。
【請求項７】前記所定の数の工作物を研磨する工程が、バッチ研磨装置を
提供し、１バッチの工作物を前記研磨装置内に装填することをさらに含む、請求
項５に記載の研磨方法。
【請求項８】所定の数の工作物を提供する工程が、１バッチの工作物を提
供することを含む、請求項７に記載の研磨方法。
【請求項９】有限の量の前記乾燥粒子状固体組成物を再構成する工程が、
１バッチの工作物の研磨に十分な量の前記乾燥粒子状固体組成物を再構成するこ
とを含む、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１０】所定の数の工作物を研磨する工程が、所定の数の半導体基
板を提供することを含む、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項１１】工作物１つ当たりのあるスラリー消費速度を有する研磨装
置を提供する工程をさらに含み、ここである量の前記乾燥粒子状固体組成物を、
前記所定の数の工作物の研磨を完了するのに実質的に十分なだけの水性組成物に
再構成する工程が、ある量の乾燥粒子状固体組成物を、工作物１つ当たりの前記
スラリーの消費速度と実質的に等しい速度で、水性組成物に再構成することを含
む、請求項１に記載の研磨方法。
【請求項１２】研磨工程に使用する乾燥粒子状固体組成物を提供する工程
と、研磨する固定した数の工作物を決定する工程と、実質的に十分なだけの量の前記乾燥粒子状固体組成物を調製して、前記固定し
た数の工作物の研磨を完了するためのある量の再構成スラリーを形成する工程と
、を含む研磨方法。
【請求項１３】前記乾燥粒子状固体組成物の量を調製する前記工程が、１
つの工作物を研磨するのに十分な乾燥粒子状固体組成物を収容するために十分な
体積を有する包装容器を提供することと、前記包装容器に前記乾燥粒子状固体組
成物を充填することとを含む、請求項１２に記載の研磨方法。
【請求項１４】研磨装置のワークステーションで、ある数の位置を有する
研磨装置を提供する工程をさらに含み、ここである量の前記乾燥粒子状固体組成
物を提供する前記工程が、１バッチの工作物を研磨するのに十分な乾燥粒子状固
体組成物を収容するために十分な体積を有する包装容器を提供することと、前記
包装容器に前記乾燥粒子状固体組成物を充填することとを含む、請求項１２に記
載の研磨方法。
【請求項１５】前記乾燥粒子状固体組成物を再構成して水性組成物を得る
工程と、前記水性組成物を使用して前記固定した数の工作物を研磨する工程とを
さらに含む、請求項１２に記載の研磨方法。
【請求項１６】前記固定した数の工作物を研磨する工程の前に前記水性組
成物を濾過する工程をさらに含む、請求項１５に記載の研磨方法。
【請求項１７】乾燥粒子状固体組成物を提供する工程と、ある量の乾燥粒子状固体組成物を再構成してある量の水性組成物を形成する工
程と、過酸化水素および揮発性有機酸からなる群より選択される化学物質を前記水性
組成物に添加する工程と、研磨装置のワークステーションに前記水性組成物を供給する工程と、を含む研磨方法。
【請求項１８】乾燥粒子状固体組成物を提供する前記工程が、前記粒子状固体組成物の乾燥粉末を形成する工程と、貯蔵ホッパーに前記乾燥粉末を捕集して大型バッチを作製する工程と、前記乾燥粉末を混合して前記粉末を均質化する工程と、前記乾燥粉末を包装する工程と、を含む、請求項１７に記載の研磨方法。
【請求項１９】前記乾燥粉末を包装する前記工程が、所定の数の工作物の
研磨に実質的に十分なだけの体積を有する包装容器を提供することと、前記包装
容器に前記乾燥粉末を充填することとを含む、請求項１８に記載の研磨方法。
【請求項２０】研磨装置のワークステーションに前記水性組成物を供給す
る前記工程が、工作物１つ当たりのあるスラリー消費速度を有する研磨装置を提
供することと、工作物１つ当たりの前記スラリーの消費速度と実質的に等しい速
度で前記研磨装置のワークステーションに前記水性組成物を供給することとを含
む、請求項１７に記載の研磨方法。