JP2004262975A

JP2004262975A - 研磨用組成物の製造方法

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Publication number: JP2004262975A
Application number: JP2003036872A
Authority: JP
Inventors: Keiji Ota; 慶治太田; Yasuyuki Itai; 康行板井; Keiji Fukuda; 啓司福田
Original assignee: Rodel Nitta Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: WO2004072203A1; TWI306115B; TW200426205A; US20060240748A1; JP4426192B2

Abstract

【課題】分散安定性に優れ、凝集粒子の少ない研磨用組成物の製造方法を提供する。
【解決手段】ステップ１−１では、超純水のｐＨを１．０〜２．７に調製し、高剪断分散装置で剪断力を与えながら、５０〜２００ｍ^２／ｇの比表面積を有するヒュームドシリカパウダーを、初期シリカ濃度が４６〜５４重量％になるまで投入し、高剪断分散装置で１〜５時間剪断力を与える。ステップ１−２では、シリカ濃度が４５〜５３重量％になるように、シリカ分散液に少量の超純水を添加し、１０〜４０分間剪断力を与える。ステップ１−３では、シリカ濃度が３３〜４４重量％になるように、シリカ分散液に超純水を加え、０．５〜４時間剪断力を与える。ステップ２−１では、混合後のｐＨが８〜１２となり、シリカ濃度が１０〜３０重量％となるように調製した塩基性物質水溶液に対して、シリカ分散液を添加する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程のうちの研磨工程に用いられる研磨用組成物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造の分野では、半導体素子の微細化および多層化による高集積化に伴い、半導体層や金属層の平坦化技術が重要な要素技術となっている。ウエハに集積回路を形成する際、電極配線などによる凹凸を平坦化せずに層を重ねると、段差が大きくなり、平坦性が極端に悪くなる。また段差が大きくなった場合、フォトリソグラフィにおいて凹部と凸部の両方に焦点を合わせることが困難になり微細化を実現することができなくなる。したがって、積層中の然るべき段階でウエハ表面の凹凸を除去するための平坦化処理を行う必要がある。平坦化処理には、エッチングにより凹凸部を除去するエッチバック法、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより平坦な膜を形成する成膜法、熱処理によって平坦化する流動化法、選択ＣＶＤなどにより凹部の埋め込みを行う選択成長法などがある。
【０００３】
以上の方法は、絶縁膜、金属膜など膜の種類によって適否があることや平坦化できる領域がきわめて狭いという問題がある。このような問題を克服することができる平坦化処理技術としてＣＭＰによる平坦化がある。
【０００４】
ＣＭＰによる平坦化処理では、微細な粒子（砥粒）を懸濁したスラリを研磨パッド表面に供給しながら、圧接した研磨パッドとシリコンウエハとを相対移動させて表面を研磨することにより、広範囲にわたるウエハ表面を高精度に平坦化することができる。
【０００５】
ＣＭＰによる平坦化を行うＣＭＰ装置は、主に回転定盤部、キャリア部、スラリ供給部およびドレッシング部から構成される。回転定盤部は、その上面に粘着テープなどで研磨パッドが貼り付けられ、下面側は、回転駆動機構と、回転軸を介して接続される。キャリア部は、その下面にバッキング材およびリテーナリングによって被研磨物であるシリコンウエハを保持し、シリコンウエハの加工面を研磨パッドに圧接させる。上面側は、回転駆動機構と、回転軸を介して接続される。
【０００６】
スラリ供給部は、シリカ、セリアおよびアルミナなどの粒子を媒体に懸濁させたスラリを研磨パッドの表面に供給する。ドレッシング部は、産業用ダイヤモンド粒子を電着したプレートを備え、研磨屑などが付着した部分を削り取ることで、研磨特性が低下した研磨パッドの表面を再生する。
【０００７】
ＣＭＰ装置は、回転駆動機構によって回転定盤部およびキャリア部を回転させるとともに、研磨パッドの略中央部にスラリを供給し、シリコンウエハと研磨パッドとを相対移動させることでシリコンウエハ加工面の研磨を行う。
【０００８】
近年、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップのデザインルールが微細化するに伴い、スラリに起因してシリコンウエハの被研磨面に生じるマイクロスクラッチが問題となっている。マイクロスクラッチの因子としては、媒体に懸濁させた砥粒の凝集物または分散不良物として存在する粗大粒子が考えられる。
【０００９】
シリカスラリの原料には、ヒュームドシリカまたはコロイダルシリカが用いられる。ヒュームドシリカは、コロイダルシリカに比べて純度が高いため不純物の少ないシリカスラリを生成することができるが、凝集性が高く媒体中への高分散化を実現するのが困難である。
【００１０】
ヒュームドシリカの分散安定性を向上させることを目的とした従来のシリカスラリの製造方法には特許文献１〜３に記載された方法がある。いずれの方法についても、剪断条件およびシリカ濃度などを規定することで、安定した分散性を実現しようとしている。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２９３５１２５号公報
【特許文献２】
特許第２９４９６３３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６７７１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
実際に、上記の特許文献に記載された製造方法でヒュームドシリカを原料とするシリカスラリを作製したところシリカの分散性能は不十分であり、スラリ中に凝集物が多く存在した。
【００１３】
本発明の目的は、分散安定性に優れ、凝集粒子の少ない研磨用組成物の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸性のヒュームドシリカ分散液を調製する第１工程と、
前記ヒュームドシリカ分散液との混合終了後に得られる研磨用組成物が、所定のｐＨおよびシリカ濃度となるように調製した塩基性物質水溶液に対して、前記ヒュームドシリカ分散液を添加して混合する第２工程とを有することを特徴とする研磨用組成物の製造方法である。
【００１５】
また本発明は、前記研磨用組成物のｐＨが８〜１２、シリカ濃度が１０〜３０重量％となるように前記塩基性物質水溶液を調製することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記ヒュームドシリカの比表面積は、５０〜２００ｍ２／ｇであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記塩基性物質水溶液は、少なくとも水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムまたは水酸化マグネシウムのいずれかを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、まず第１工程で、酸性のヒュームドシリカ分散液を調製する。なお、用いるヒュームドシリカの比表面積は、５０〜２００ｍ２／ｇが好ましい。
【００１９】
次に第２工程で、塩基性物質水溶液を調製する。塩基性物質水溶液の濃度および体積は、第１工程で調整されたヒュームドシリカ分散液との混合によって、目的とする研磨用組成物のｐＨが８〜１２、シリカ濃度が１０〜３０重量％となるように調製する。なお、塩基性物質水溶液は、少なくとも水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムまたは水酸化マグネシウムのいずれかを含む。
【００２０】
従来の製造方法では、ヒュームドシリカ分散液に対して塩基性物質水溶液を添加するが、本発明では、調製された塩基性物質水溶液に対して、ヒュームドシリカ分散液を添加する。
【００２１】
ヒュームドシリカ分散液の投入初期は、塩基性物質水溶液が過剰であるため、混合液は強いアルカリ性であり、ｐＨショックが生じる。しかし、シリカ濃度が非常に低いため、凝集の発生は抑制される。投入が進むと、混合液のシリカ濃度は上昇するが、ヒュームドシリカ分散液の投入によって混合液のアルカリ性が弱くなるため、ｐＨショックが弱く、凝集の発生が抑制される。
これにより、分散安定性に優れ、凝集粒子の少ない研磨用組成物が得られる。
【００２２】
また本発明は、前記第１工程は、
ｐＨを１．０〜２．７に調製した水中に、初期シリカ濃度が４６〜５４重量％になるようにヒュームドシリカを投入し、高剪断力を与えてヒュームドシリカ分散液を調製する工程と、
シリカ濃度が４５〜５３重量％になるように、前記ヒュームドシリカ分散液に水を添加する工程と、
シリカ濃度が３３〜４４重量％になるように、前記ヒュームドシリカ分散液にさらに水を添加する工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、まずｐＨを１．０〜２．７に調製した水中に、初期シリカ濃度が４６〜５４重量％になるようにヒュームドシリカを投入し、高剪断力を与えてヒュームドシリカ分散液を調製する。ｐＨを１．０〜２．７に調製することで、高剪断力を効率良く与え、分散性を向上させることができる。
【００２４】
次にシリカ濃度が４５〜５３重量％になるように、ヒュームドシリカ分散液に水を添加する。少量の水を添加することで研磨用組成物の粘度を低下させることができる。
【００２５】
最後にシリカ濃度が３３〜４４重量％になるように、さらに水を添加する。シリカ濃度を３３〜４４重量％とすることで、凝集物の発生を抑制することができる。
【００２６】
また本発明は、前記第２工程は、５時間未満で前記ヒュームドシリカ分散液と前記塩基性物質水溶液との混合を終了させることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、５時間未満で前記ヒュームドシリカ分散液と前記塩基性物質水溶液との混合を終了させる。５時間未満で混合を終了させることで、混合液のｐＨを素早く低下させ、ヒュームドシリカが凝集しやすいｐＨ条件となる時間を短くして凝集の発生を抑制することができる。
【００２８】
また本発明は、前記第２工程で得られた研磨用組成物に対して、濾過精度が１〜４μｍのフィルタを用いて濾過処理を行う第３工程をさらに有することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、第３工程において、第２工程で得られた研磨用組成物に対して、濾過精度が１〜４μｍのフィルタを用いて濾過処理を行う。
【００３０】
上記のように、第２工程で得られた研磨用組成物は凝集物の発生が少ないため、濾過精度が１〜４μｍのフィルタを用いることで、効率良く凝集物を除去することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
シリカスラリの製造方法は、大きく分けて２つの工程を有する。第１の工程は、酸性のシリカ分散液を作製する工程であり、第２の工程は、シリカ分散液と塩基性物質の水溶液とを混合する工程である。
【００３２】
第１の工程では、塩酸などの酸を超純水に添加して酸性、たとえばｐＨ２とし、これに剪断力を与えながらヒュームドシリカを投入して分散液を作製する。
【００３３】
第２の工程では、シリカ分散液を撹拌しながら、水酸化カリウムなどのアルカリ性水溶液を滴下して混合する。
【００３４】
第２の工程では、シリカ分散液のｐＨが酸性からアルカリ性に変化するときのｐＨショックによって、シリカ凝集物が発生する。特に、シリカ分散液の状態ではシリカが高濃度であるため、より凝集が発生しやすくなっている。
【００３５】
本発明では、シリカ分散液の作製条件およびシリカ分散液とアルカリ水溶液との混合条件を改良することで、分散安定性に優れたシリカスラリを製造することができる。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態であるフローチャートである。
まず、第１の工程について詳細に説明する。第１の工程はさらに小さなステップからなる。
【００３７】
ステップ１−１では、超純水のｐＨを１．０〜２．７に調製し、高剪断分散装置で剪断力を与えながら、５０〜２００ｍ^２／ｇの比表面積を有するヒュームドシリカパウダーを、初期シリカ濃度が４６〜５４重量％になるまで投入し、高剪断分散装置で１〜５時間剪断力を与える。
【００３８】
ステップ１−２では、シリカ濃度が４５〜５３重量％になるように、シリカ分散液に少量の超純水を添加し、１０〜４０分間剪断力を与える。
【００３９】
ステップ１−３では、シリカ濃度が３３〜４４重量％になるように、シリカ分散液に超純水を加え、０．５〜４時間剪断力を与える。
【００４０】
以上のように、第１の工程では、高剪断力を与えるとともに、ステップ１−２の超純水添加によって、シリカ分散液の粘度を十分低くすることができる。
【００４１】
次に、第２の工程について説明する。
ステップ２−１では、混合後のｐＨが８〜１２となり、シリカ濃度が１０〜３０重量％となるように調製した塩基性物質水溶液に対して、シリカ分散液を投入する。従来の混合とは異なり、塩基性物質水溶液にシリカ分散液を投入することで混合時の凝集物発生を抑制することができる。これは以下の理由による。
【００４２】
シリカ分散液の投入初期は、塩基性物質水溶液が過剰であるため、混合液のｐＨは１２〜１４と強いアルカリ性であり、ｐＨショックが生じる。しかし、シリカ濃度が非常に低いため、凝集の発生は抑制される。投入が進むと、混合液のシリカ濃度は上昇するが、シリカ分散液の投入によって混合液のｐＨが８〜１２と弱いアルカリ性となるため、ｐＨショックが弱く、凝集の発生が抑制される。
【００４３】
さらに、５時間以内に全てのシリカ分散液を投入することが望ましい。塩基性物質水溶液のｐＨは１２〜１４であり、ヒュームドシリカの表面が溶出するｐＨ領域である。よって、シリカ分散液を素早く投入することで、シリカ粒子の分散安定領域であるｐＨ８〜１２にすばやくシフトできる。
【００４４】
以上のように、第２の工程では、塩基性物質水溶液に、シリカ分散液を投入することで、混合時の凝集物発生を抑制することができる。
【００４５】
第１および第２の工程を経て得られたシリカスラリは、凝集物が少なく、粘度が低いので、フィルタによって効果的に凝集物を除去することができる。
【００４６】
ステップ３−１では、濾過精度が１〜４μｍのフィルタを用いて濾過を行う。これにより、流速２〜１０ｌ／ｍｉｎで処理することが可能で、十分な処理流量を保持しつつ、粗大粒子を除去することができる。
【００４７】
以下では、各ステップの条件についての検討結果について説明する。
（１）シリカ分散液のｐＨについて
ステップ１−１におけるｐＨについて、ｐＨが２，３，７のそれぞれの条件でシリカスラリを作製した。なお、ｐＨ以外の条件は全て同じとした。
【００４８】
図２は、凝集粒子成長率に対するｐＨの影響を示すグラフである。縦軸は凝集粒子の成長率を示し、横軸は振盪時間を示している。
【００４９】
シリカスラリの分散安定性を調べるために振盪実験を行った。振盪実験は、容量５０ｍｌの遠沈管に作製したシリカスラリを２０ｍｌ入れ、縦型振盪機にセットし、振盪速度３１０ｓｐｍ（ｓｔｒｏｋｅｐｅｒｍｉｎｕｔｅｓ）、振盪ストローク４０ｍｍで振盪を行い、所定時間経過後に遠沈管を取り出し、粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ製：ｍｏｄｅｌＬＡ−９１０）を用いてシリカスラリのメジアン粒子径を測定した。凝集粒子の成長率は、（振盪後のメジアン粒子径−振盪前のメジアン粒子径）／振盪前のメジアン粒子径×１００（％）で算出した。
【００５０】
折れ線１１はｐＨ２の場合を示し、折れ線１２はｐＨ３の場合を示し、折れ線１３はｐＨ７の場合を示している。ｐＨ２の場合は、１０日間振盪しても粒子径に変化がなく、高い分散安定性を有していることがわかった。ｐＨ３の場合は、１０日後で成長率約１８％、ｐＨ７の場合は、１０日後で成長率約８８％といずれも凝集が生じていることがわかった。これは、ヒュームドシリカの等電点がｐＨ２付近であるため、ｐＨ２では粒子表面が電気的に中性となり、高剪断力が加わりやすいためと考えられる。
【００５１】
以上より、シリカ分散液のｐＨは１〜２．７とするのが好ましいことがわかった。
【００５２】
（２）シリカ分散液の初期シリカ濃度について
ステップ１−１における初期シリカ濃度について、初期シリカ濃度を４５重量％、５０重量％、５５重量％、６０重量％のそれぞれの条件でシリカスラリを作製した。なお、初期シリカ濃度以外の条件は全て同じとした。
【００５３】
図３は、シリカスラリの粒度分布に対するシリカ分散液の初期シリカ濃度の影響を示すグラフである。縦軸は頻度を示し、横軸は粒子径を示している。曲線１４は、初期シリカ濃度が４５重量％の場合を示し、曲線１５は、初期シリカ濃度が５０重量％の場合を示し、曲線１６は、初期シリカ濃度が５５重量％の場合を示し、曲線１７は、シリカ濃度が６０重量％の場合を示している。
【００５４】
グラフからわかるように、初期シリカ濃度が高くなるほどシリカスラリの粒度分布が左にシフトすることから、分散性は初期シリカ濃度が高いほうが高いことがわかった。初期シリカ濃度が４５重量％と低い場合は、高剪断分散装置の剪断力が十分に伝達しなかったため、分散性が低いと考えられる。また、５５重量％および６０重量％の場合、剪断力が十分に伝達されるので分散性は高いが、シリカ分散液の粘度が上昇し、分散機への負担が大きいため適切ではない。初期シリカ濃度が５０重量％の場合は、分散機への負担も小さく、分散性も高いことがわかった。
【００５５】
以上より、シリカ分散液の初期シリカ濃度は、４６〜５４重量％とするのが好ましいことがわかった。
【００５６】
（３）少量の超純水添加について
ステップ１−２における超純水の添加について、添加する場合と添加しない場合のそれぞれの条件でシリカスラリを作製した。なお、超純水の添加以外の条件は全て同じとした。
【００５７】
少量の超純水を添加しない場合は、シリカスラリのメジアン粒子径が添加した場合より大きくなった。また、剪断力はシリカ濃度が高いほうが伝わりやすいため、添加しない場合の分散性は低下し、シリカスラリの粘度が約４％上昇した。
【００５８】
以上より、シリカ分散液に少量の超純水を添加して、シリカ濃度を４５〜５３重量％とするのが好ましいことがわかった。
【００５９】
（４）シリカ分散液のシリカ濃度について
ステップ１−３におけるシリカ濃度について、シリカ濃度を３２重量％、４０重量％、４５重量％および４９重量％（超純水の添加無し）のそれぞれの条件でシリカスラリを作製した。なお、シリカ濃度以外の条件は全て同じとした。
【００６０】
図４は、シリカスラリ中の粗大粒子数に対するシリカ濃度の影響を示すグラフである。縦軸は粗大粒子数を示し、横軸は粒子径を示している。
【００６１】
曲線１８はシリカ濃度が３２重量％の場合を示し、曲線１９はシリカ濃度が４０重量％の場合を示し、曲線２０はシリカ濃度が４５重量％の場合を示し、曲線２１はシリカ濃度が４９重量％の場合を示している。粒子径が０．５μｍより大きな粒子を粗大粒子とし、各粒子径を有する粒子数をカウントした。
【００６２】
シリカ濃度が３２重量％、４５重量％、４９重量％の場合に比べて、シリカ濃度が４０重量％の場合の粗大粒子数が最も少なかった。これは、４０重量％のときの粘度が、最も効率良く分散機の剪断力が加わるためと考えられる。したがって、シリカ濃度が３２重量％の場合は粘度が低く、４５重量％、４９重量％は粘度が高過ぎると考えられる。
【００６３】
以上より、シリカ分散液のシリカ濃度は、３３〜４４重量％とするのが好ましいことがわかった。
【００６４】
（５）シリカ分散液と塩基性物質水溶液の混合条件について
ステップ２−１におけるシリカ分散液と塩基性物質水溶液の混合について、シリカ分散液に塩基性物質水溶液を投入する場合（第１混合条件）と、塩基性物質水溶液にシリカ分散液を投入する場合（第２混合条件）のそれぞれの条件でシリカスラリを作製した。塩基性物質としては、水酸化カリウムを用いた。なお、混合条件以外の条件は全て同じとした。
【００６５】
図５は、シリカスラリの粒度分布に対する混合条件の影響を示すグラフである。縦軸は頻度を示し、横軸は粒子径を示している。曲線２２ａ，２２ｂは、第１混合条件の場合を示し、曲線２３は、第２混合条件の場合を示している。
【００６６】
前述のように第１混合条件の場合はｐＨショックが大きく、凝集物が発生しやすい。実際に、粒度分布では、１０μｍ付近に凝集物によるピークが見られた。これに対して、第２混合条件では、粒子径が０．１μｍ付近に鋭いピークが見られ、分散性が向上していることがわかった。また、シリカスラリのメジアン粒子径についても測定を行った。混合前のシリカ分散液のメジアン粒子径は１１０ｎｍであった。第１混合条件でシリカ分散液と水酸化カリウム水溶液とを混合したときのシリカスラリのメジアン粒子径は、８０８２ｎｍとなり非常に大きな凝集物が存在した。これに対して、第２混合条件で混合したときのシリカスラリのメジアン粒子径は、１１０ｎｍと変わらずほとんど凝集していないことがわかった。
【００６７】
以上より、シリカ分散液と塩基性物質水溶液とを混合する場合は、塩基性物質水溶液にシリカ分散液を投入するのがよいことがわかった。
【００６８】
（６）シリカ分散液の投入時間について
ステップ２−１における塩基性物質水溶液へのシリカ分散液の投入時間について、全てのシリカ分散液を５時間で投入した場合と、２０分間で投入した場合のそれぞれの条件でシリカスラリを作製した。塩基性物質としては、水酸化カリウムを用いた。なお、投入時間以外の条件は全て同じとした。
【００６９】
図６は、シリカスラリの粒度分布に対するシリカ分散液の投入時間の影響を示すグラフである。縦軸は頻度を示し、横軸は粒子径を示す。曲線２４は投入時間が５時間の場合を示し、曲線２５は投入時間が２０分間の場合を示している。
【００７０】
シリカ分散液を長時間かけて投入すると、水酸化カリウム水溶液が強いアルカリ性であるため、ｐＨショックによって凝集物が発生してしまう。投入時間を短くすることで、混合液のｐＨをシリカの安定領域であるｐＨ１２以下にまで素早く低下させることができるので、凝集物の発生を抑制することができる。
【００７１】
以上より、塩基性物質水溶液へのシリカ分散液の投入は、５時間未満で終了させるのが好ましいことがわかった。
【００７２】
図７は、混合液のｐＨに対するシリカ分散液の投入速度の影響を示すグラフである。縦軸は混合液のｐＨを示し、横軸はシリカ分散液の投入時間を示す。曲線２６は投入速度が２５ｌ／ｍｉｎの場合を示し、曲線２７は投入速度が１２．５ｌ／ｍｉｎの場合を示し、曲線２８は投入速度が５ｌ／ｍｉｎの場合を示している。
【００７３】
このように、投入速度を速くすることで、混合液のｐＨをシリカの安定領域であるｐＨ１２以下にまで素早く低下させることができる。
【００７４】
（７）フィルタの濾過精度および処理流速について
まず、ステップ３−１におけるフィルタの濾過精度について、濾過精度を１μｍ、３μｍ、５μｍ、７μｍおよび１０μｍのそれぞれの条件で濾過を行った。フィルタとしては、圧力損失が小さく大流量が得られるデプス型フィルタを用いた。
【００７５】
図８は、粗大粒子の除去性能に対するフィルタの濾過精度の影響を示す図である。縦軸はシリカスラリ中の粗大粒子数を示しており、図には濾過処理前の粗大粒子数と、濾過処理後の粗大粒子数とを示している。直線２９は濾過精度が１μｍの場合の粒子数変化を示し、直線３０は濾過精度が３μｍの場合の粒子数変化を示し、直線３１は濾過精度が５μｍの場合の粒子数変化を示し、直線３２は濾過精度が７μｍの場合の粒子数変化を示し、直線３３は濾過精度が１０μｍの場合の粒子数変化を示している。
【００７６】
濾過精度が５μｍ、７μｍ、１０μｍの場合、濾過精度が粗大粒子の粒子径より大きいので、濾過処理後の粗大粒子数がほとんど変化せず、十分な濾過性能は得られなかった。これに対して、濾過精度が１μｍ、３μｍの場合は、濾過処理後の粗大粒子数が大幅に減少した。
【００７７】
次に、ステップ３−１におけるフィルタの処理流量について、上記と同様の条件で濾過を行った。
【００７８】
図９は、処理流速に対するフィルタの濾過精度の影響を示す図である。縦軸は濾過処理の処理流速を示しており、図には各濾過精度における処理流速を示している。シンボル７４は濾過精度が１μｍの場合の流速を示し、シンボル７５は濾過精度が３μｍの場合の流速を示し、シンボル７６は濾過精度が５μｍの場合の流速を示し、シンボル７７は濾過精度が７μｍの場合の流速を示し、シンボル７８は濾過精度が１０μｍの場合の流速を示している。
【００７９】
図からわかるように、濾過精度が小さくなるほど、流速も小さくなっている。実際の製造工程を考慮した場合、２ｌ／ｍｉｎ以上の流速があれば実用に耐え得るので、濾過精度が１μｍの場合でも実用可能である。
【００８０】
粗大粒子の除去性能と、処理流速とを考慮すると、濾過精度が１〜４μｍのフィルタを用いればよいことがわかった。このときの処理流速は、２〜１０ｌ／ｍｉｎとなる。
【００８１】
次に、従来技術に基づいて作製した従来のシリカスラリと、本発明に基づいて作製したシリカスラリ（以下では「実施例１」と呼ぶ。）との比較結果について説明する。第１の従来のシリカスラリ（以下では「比較例１」と呼ぶ。）は、特許第２９３５１２５号公報に記載の製造方法に基づいて作製し、第２の従来のシリカスラリ（以下では「比較例２」と呼ぶ。）は、第１の従来のシリカスラリよりシリカ濃度を低くし、本発明に基づいて作製したシリカスラリと同程度の粘度となるように作製した。
【００８２】
実施例１は、以下の手順で作製した。
（ａ）高剪断分散装置に超純水を入れ、塩酸を添加しｐＨを２に調整した。
（ｂ）高剪断力を与えながら、ヒュームドシリカを初期シリカ濃度が５０重量％になるまで投入した。
（ｃ）ヒュームドシリカ投入後、２時間３０分間高剪断力をシリカ分散液に与えた。
（ｄ）シリカ分散液の濃度が、４９重量％になるように少量の超純水を添加し、引き続き高剪断力を３０分間与えた。
（ｅ）シリカ分散液のシリカ濃度が４０重量％になるように、超純水を添加し、１時間高剪断力を与えた。
（ｆ）最終製品であるシリカスラリのｐＨが１１、シリカ濃度が２５重量％になるように水酸化カリウム濃度を調整した水酸化カリウム水溶液に、シリカ分散液を投入した。
（ｇ）さらに、濾過精度３μｍのデプス型フィルタを用いて、粗大粒子を除去した。
【００８３】
図１０は、比較例１および２と、実施例１に含まれる粗大粒子数を示すグラフである。縦軸は粗大粒子数を示し、横軸は粒子径を示す。曲線３９は実施例１を示し、曲線４０は比較例１を示し、曲線４１は比較例２を示している。
【００８４】
実施例１の粗大粒子数は、比較例１および２に比べて大幅に減少していることがわかった。粗大粒子数およびその他の物性値について、３種のシリカスラリの比較結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】

【００８６】
表１に示すように、実施例１は、メジアン粒子径が小さく、シリカ濃度が高いにもかかわらず粘度が低くなっている。
【００８７】
さらに、これらのシリカスラリを用いて実際にシリコンウエハの研磨を行った。
【００８８】
図１１は、ＣＭＰ装置１００の概略を示す外観図である。ＣＭＰ装置１００は、研磨パッド１０１と、回転定盤部１２１、キャリア部１２２、スラリ供給部１２３およびドレッシング部１２４から構成される。研磨パッド１は、ＣＭＰ装置１００のキャリア部１２２に保持されたシリコンウエハと圧接され、シリコンウエハとの相対移動によって、シリコンウエハ表面を研磨する。
【００８９】
回転定盤部１２１は、研磨パッド１０１を上面の略前面にわたって粘着テープなどで貼り付けて支持する定盤１０２と、その定盤１０２の下面側に設けられる回転軸を介して接続される回転駆動機構１０３とからなる支持手段である。回転駆動機構１０３による回転駆動力は回転軸を通じて定盤１０２に伝達され、定盤１０２は研磨パッド１０１とともに所定の回転数で鉛直方向軸線まわりに回転する。回転数は自由に設定することが可能で、研磨の対象となるウエハの種類や膜の種類、研磨パッド１の種類などによって適切な回転数が選択される。
【００９０】
キャリア部１２２は、図１２の断面図に示すとおり、キャリア本体１０４と、バッキング材１０５と、リテーナリング１０６と、回転駆動機構１０７とからなり、被研磨物であるシリコンウエハ１０８を保持し、研磨パッド１０１とシリコンウエハ１０８と圧接させた状態で回転する保持手段である。シリコンウエハ１０８のキャリア本体１０４への固定は、バッキング材１０５を湿潤させ、水の表面張力によって吸着させて行う。さらに研磨処理中にシリコンウエハ１０８が外れないように、リテーナリング１０６によってシリコンウエハ１０８の外周部を保持している。回転駆動機構１０７は、回転軸を介してキャリア本体１０４の上面側に接続される。回転駆動機構１０７による回転駆動力は回転軸を通じてキャリア本体１０４に伝達され、キャリア本体１０４はシリコンウエハ１０８とともに所定の回転数で鉛直方向軸線まわりに回転する。回転数は自由に設定することが可能で、回転定盤部１２１と同様に、研磨の対象となるウエハの種類や膜の種類、研磨パッド１０１の種類などによって適切な回転数が選択される。またキャリア部１２２は、回転定盤部１２１に近接する方向、鉛直下向きに加圧され、研磨パッド１０１とシリコンウエハ１０８とが圧接される。キャリア部１２２の加圧は、回転駆動機構１０７が行ってもよいし、別途加圧機構を用いてもよい。
【００９１】
スラリ供給部１２３は、ノズル１０９、スラリ供給管１１０およびスラリタンク１１１からなる供給手段である。
【００９２】
ポンプなどによりスラリタンク１１１に貯溜されているシリカスラリを、スラリ供給管１１０内に流し、回転定盤部１２１の上部かつ略中央部に設置したノズル１０９から研磨パッド１０１表面に対して所定の流量で供給する。この供給するシリカスラリとして、実施例１および比較例１，２を用いた。
【００９３】
研磨の進行に伴い、研磨パッド１０１の研磨面近傍の微細孔には研磨屑や砥粒などが詰まり、研磨レートなどの研磨特性が低下する。ドレッシング部１２４は、コンディショナである産業用ダイヤモンド粒子を電着したプレート１１２と、回転軸を介してプレート１１２と接続される回転駆動機構１１３とから構成される再生手段である。ドレッシング時には、回転駆動機構１１３によりプレート１１２を回転させ、ダイヤモンド粒子と研磨パッド１０１の研磨面を接触させ、目詰まりした部分を削り取ることで、研磨パッド１０１の研磨特性を再生する。
【００９４】
研磨処理時の各部位の動作については、キャリア部１２２が鉛直下向きに加圧され、研磨パッド１０１とシリコンウエハ１０８とが圧接された状態で、スラリ供給部１２３がシリカスラリを供給する。供給されたシリカスラリが、研磨パッド１０１とシリコンウエハ１０８との間に浸透し、回転定盤部１２１とキャリア部１２２とを回転かつ相対移動させることで、媒体による化学的作用と砥粒による機械的作用によりシリコンウエハ１０８の表面を高精度で研磨する。
【００９５】
回転定盤部１２１とキャリア部１２２との相対移動については以下のような複数のパターンがある。
【００９６】
（１）図に示すように、キャリア部１２２の中心が、回転定盤部１２１の回転中心から半径方向に略１／２の位置となるようにキャリア部１２２を配置し、回転定盤部１２１とキャリア部１２２の自転のみで研磨処理を行う。
【００９７】
（２）研磨パッド１０１の半径とシリコンウエハ１０８の半径との差があまり大きくない場合は（１）でもよいが、研磨パッド１の半径がシリコンウエハ９の粒径より大きい場合は、研磨パッド１０１の表面のうちシリコンウエハ１０８と接触しない部分が存在するので、研磨パッド１１０１の全面を使用できるように、（１）の回転定盤部１２１とキャリア部１２２の自転に加えて、キャリア部１２２を回転定盤部１２１の半径方向に往復移動させる。
【００９８】
（３）（１）の回転定盤部１２１とキャリア部１２２の自転に加えて、キャリア部１２２を、回転定盤部１２１の中心回りに回転移動させる。
【００９９】
（４）（２）と同じく研磨パッド１０１の半径がシリコンウエハ１０８の半径より大きい場合は、半径方向の往復移動と回転定盤部１２１の中心回りの回転移動と組み合わせる。たとえば、キャリア部１２２が回転定盤部１２１の中心回りに螺旋軌道を描くように移動させればよい。
【０１００】
なお、回転定盤部１２１およびキャリア部１２２の自転回転方向は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、回転定盤部１２１およびキャリア部１２２の自転回転速度も同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１０１】
ドレッシング部１２４によるドレッシング時期は、１または複数のシリコンウエハを研磨処理した後に行う場合と、研磨処理中に行う場合とがある。ドレッシング部１２４のダイヤモンドプレート１１２の半径は、研磨パッド１０１の半径よりも小さい場合が多いので、研磨処理後にドレッシングを行う場合は、上記の回転定盤部１２１とキャリア部１２２との相対移動のパターン（２）および（４）とほぼ同様にして行えばよい。研磨処理中に行う場合は、図に示すように、回転定盤部１２１の中心を挟んでキャリア部１２２と反対側に配置し、相対移動のパターン（２）とほぼ同様にして行えばよい。
【０１０２】
以上のようなＣＭＰ装置１００を用いて研磨処理を行った。
被研磨物としてＴＥＯＳウエハを用い、研磨パッド１０１として、ＩＣ１４００Ｋ−Ｇｒｏｏｖｅ（ロデール・ニッタ社製）を用いた。回転定盤部１２１の回転速度は、６０ｒｐｍとし、シリカスラリは１００ｍｌ／ｍｉｎの速度で供給した。１分間研磨処理を行った後、日立電子エンジニアリング社製ウエハ表面検査装置（ＬＳ６６００）を用いてウエハ表面のスクラッチ数（大きさ０．２μｍ以上）をカウントした。
【０１０３】
図１３は、実施例１および比較例１，２を用いた研磨処理結果を示す図である。縦軸は１枚のウエハ当たりのスクラッチ数を示している。実施例１および比較例１，２のそれぞれについて、３回の研磨処理を行った。
【０１０４】
比較例１のスクラッチ数が２６１〜３９９（平均３２２）であり、比較例２のスクラッチ数が１０３〜１５４（平均１２３）であるのに対して、実施例１のスクラッチ数は２８〜６３（平均４０）と大幅に減少した。
【０１０５】
このように、本発明に基づいて作製されたシリカスラリは、高分散性を有し、粗大凝集粒子数が少ないため、研磨処理においてウエハ表面のスクラッチ数を減少させることができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、調製された塩基性物質水溶液に対して、ヒュームドシリカ分散液を添加することで、分散安定性に優れ、凝集粒子の少ない研磨用組成物が得られる。
【０１０７】
また本発明によれば、高剪断力を効率良く与え、分散性を向上させることができる。
【０１０８】
また本発明によれば、少量の水を添加することで研磨用組成物の粘度を低下させることができる。
【０１０９】
また本発明によれば、５時間未満で混合を終了させることで、混合液のｐＨを素早く低下させ、ヒュームドシリカが凝集しやすいｐＨ条件となる時間を短くして凝集の発生を抑制することができる。
【０１１０】
また本発明によれば、第２工程で得られた研磨用組成物は凝集物の発生が少ないため、濾過処理によって効率良く凝集物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の一形態であるフローチャートである。
【図２】凝集粒子成長率に対するｐＨの影響を示すグラフである。
【図３】シリカスラリの粒度分布に対するシリカ分散液の初期シリカ濃度の影響を示すグラフである。
【図４】シリカスラリ中の粗大粒子数に対するシリカ濃度の影響を示すグラフである。
【図５】シリカスラリの粒度分布に対する混合条件の影響を示すグラフである。
【図６】シリカスラリの粒度分布に対するシリカ分散液の投入時間の影響を示すグラフである。
【図７】混合液のｐＨに対するシリカ分散液の投入速度の影響を示すグラフである。
【図８】粗大粒子の除去性能に対するフィルタの濾過精度の影響を示す図である。
【図９】処理流速に対するフィルタの濾過精度の影響を示す図である。
【図１０】比較例１および２と、実施例１に含まれる粗大粒子数を示すグラフである。
【図１１】ＣＭＰ装置１００の概略を示す外観図である。
【図１２】キャリア部１２２の断面図である。
【図１３】実施例１および比較例１，２を用いた研磨処理結果を示す図である。
【符号の説明】
１００ＣＭＰ装置
１０１研磨パッド
１０２定盤
１０３，１０７，１１３回転駆動機構
１０４キャリア本体
１０５バッキング材
１０６リテーナリング
１０８シリコンウエハ
１０９ノズル
１１０スラリ供給管
１１１スラリタンク
１１２プレート
１２１回転定盤部
１２２キャリア部
１２３スラリ供給部
１２４ドレッシング部

Claims

酸性のヒュームドシリカ分散液を調製する第１工程と、
前記ヒュームドシリカ分散液との混合終了後に得られる研磨用組成物が、所定のｐＨおよびシリカ濃度となるように調製した塩基性物質水溶液に対して、前記ヒュームドシリカ分散液を添加して混合する第２工程とを有することを特徴とする研磨用組成物の製造方法。
前記第１工程は、
ｐＨを１．０〜２．７に調製した水中に、初期シリカ濃度が４６〜５４重量％になるようにヒュームドシリカを投入し、高剪断力を与えてヒュームドシリカ分散液を調製する工程と、
シリカ濃度が４５〜５３重量％になるように、前記ヒュームドシリカ分散液に水を添加する工程と、
シリカ濃度が３３〜４４重量％になるように、前記ヒュームドシリカ分散液にさらに水を添加する工程とを有することを特徴とする請求項１記載の研磨用組成物の製造方法。
前記研磨用組成物のｐＨが８〜１２、シリカ濃度が１０〜３０重量％となるように前記塩基性物質水溶液を調製することを特徴とする請求項１または２記載の研磨用組成物の製造方法。
前記第２工程は、５時間未満で前記ヒュームドシリカ分散液と前記塩基性物質水溶液との混合を終了させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の研磨用組成物の製造方法。
前記ヒュームドシリカの比表面積は、５０〜２００ｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の研磨用組成物の製造方法。
前記塩基性物質水溶液は、少なくとも水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムまたは水酸化マグネシウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の研磨用組成物の製造方法。
前記第２工程で得られた研磨用組成物に対して、濾過精度が１〜４μｍのフィルタを用いて濾過処理を行う第３工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の研磨用組成物の製造方法。