JP2006093655A - Polishing solution and polishing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は，研磨液，及び研磨装置に関し，さらに詳細には，研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒研磨パッドを使用して，半導体ウェハ表面を研磨する際に使用される研磨液，及び当該研磨液を使用する研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing liquid and a polishing apparatus, and more specifically, a polishing liquid used when polishing a semiconductor wafer surface using a fixed abrasive polishing pad containing abrasive grains in a polishing pad, And a polishing apparatus using the polishing liquid.
近年におけるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）高集積化技術の一つとして多層配線化技術が挙げられる。かかる多層配線化技術は，半導体回路をシリコンウェハ上に立体的に形成する配線化技術であり，単位面積当たりの回路規模の増大することが可能な技術として急速に普及している。このような多層配線をシリコンウェハ上に形成するためには，ウェハ工程において新たな配線を積層する前にベースとなる下層の表面を浅い焦点深度でも余裕を持った露光が行えるように，ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨法）装置を使用して半導体ウェハの平坦化プロセスを行うことが必要となる。 One of the recent high integration technologies of LSI (Large Scale Integrated circuit) is a multilayer wiring technology. Such a multilayer wiring technique is a wiring technique in which semiconductor circuits are three-dimensionally formed on a silicon wafer, and is rapidly spreading as a technique capable of increasing the circuit scale per unit area. In order to form such a multi-layer wiring on a silicon wafer, before the new wiring is laminated in the wafer process, the surface of the lower layer serving as a base can be exposed with a margin even at a shallow depth of focus. It is necessary to perform a planarization process of a semiconductor wafer by using a chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing) apparatus.
また，上記ＣＭＰ装置は，ＬＳＩの高速動作を実現する銅配線技術に必要なダマシンプロセスを行うためにも必須の装置である。ダマシンプロセスとは，配線材料の埋め込み技術であって，絶縁膜に形成された溝内に配線材料を埋め込むように薄膜を形成し，ＣＭＰにより溝外部に形成された余分な薄膜を除去するプロセスである。 The CMP apparatus is also an essential apparatus for performing a damascene process necessary for copper wiring technology that realizes high-speed operation of LSI. The damascene process is a technique for embedding wiring material, in which a thin film is formed so as to embed a wiring material in a groove formed in an insulating film, and an extra thin film formed outside the groove is removed by CMP. is there.
さらに，近年における半導体デバイスの小型化や薄型化の潮流により，半導体ウェハの薄型化が要求されている。かかる半導体ウェハを薄型化するために，半導体ウェハの裏面を砥石などで機械的に研削した後，研削面に残存するストレスを除去するために，あるいは抗折強度を高めるために，ＣＭＰ装置により半導体ウェハの裏面（研削面）を研磨することも行われている。 Furthermore, due to the recent trend of miniaturization and thinning of semiconductor devices, there is a demand for thinning of semiconductor wafers. In order to reduce the thickness of such a semiconductor wafer, the back surface of the semiconductor wafer is mechanically ground with a grindstone or the like, and then the semiconductor is removed by a CMP apparatus to remove stress remaining on the ground surface or to increase the bending strength. Polishing the back surface (grinding surface) of the wafer is also performed.
このようにＣＭＰは，半導体製造分野における様々な工程で必要とされる技術となっている。かかるＣＭＰは，通常，不織布の研磨パッドと遊離砥粒を含む研磨液とを使用して，半導体ウェハの表面を研磨している。しかしながら，不織布の研磨パッドを使用するＣＭＰでは，遊離砥粒を含む研磨液を使用しているので，大部分の遊離砥粒（例えば，シリカなど）が廃液中に残存するため廃液を簡易に処理することが困難である。また，研磨の際における砥粒の消費量は，通常，砥粒全体の３〜４％程度であることから，大部分の砥粒が研磨に寄与することなく無駄に消費されている。 As described above, CMP is a technique required in various processes in the semiconductor manufacturing field. In such CMP, the surface of a semiconductor wafer is usually polished using a non-woven polishing pad and a polishing liquid containing loose abrasive grains. However, in CMP using a non-woven polishing pad, a polishing liquid containing free abrasive grains is used, so that most of the free abrasive grains (for example, silica, etc.) remain in the waste liquid so that the waste liquid can be treated easily. Difficult to do. Further, since the amount of abrasive grains consumed during polishing is usually about 3 to 4% of the whole abrasive grains, most of the abrasive grains are wasted without contributing to polishing.
このような背景から，遊離砥粒を含む研磨液を使用せずに，研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒研磨パッドを使用したＣＭＰが検討されている。このような固定粒研磨パッドを使用したＣＭＰでは，遊離砥粒を含有しない研磨液（例えば，アルカリ溶液）を使用することができるので，大部分の砥粒（例えばシリカなど）が研磨に寄与して消費される。したがって，廃液中には殆ど砥粒が残存しないので，廃液を濾過して効率的に再利用することが期待できる。また，遊離砥粒を使用したＣＭＰと比較すると，砥粒が無駄に消費されることがないので，研磨工程のランニングコストを大幅に低減することもできる。 From such a background, CMP using a fixed abrasive polishing pad in which abrasive grains are contained in a polishing pad without using a polishing liquid containing loose abrasive grains has been studied. In CMP using such a fixed-grain polishing pad, a polishing liquid that does not contain free abrasive grains (for example, an alkaline solution) can be used, so that most of the abrasive grains (for example, silica) contribute to polishing. Is consumed. Accordingly, since almost no abrasive grains remain in the waste liquid, it can be expected that the waste liquid is filtered and reused efficiently. In addition, compared with CMP using loose abrasive grains, the abrasive grains are not wasted, so the running cost of the polishing process can be significantly reduced.
上記固定砥粒研磨パッドを使用したＣＭＰにおいて，特許文献１には，半導体ウェハ（例えば，シリコンウェハ）を研磨する際には，遊離砥粒を含有しない研磨液として，例えば，純水と，アミンと，キレート剤と，アルカリ剤とからなる研磨液を使用することが記載されている（特許文献１を参照）。上記特許文献１では，研磨液として単に純水を使用すると半導体ウェハの研磨効率が良好でないことから，上記のような研磨液を使用することにより半導体ウェハの研磨効率を向上させることができる。さらに，上記研磨液は，金属元素と錯体を形成するので，半導体ウェハ表面の金属元素による汚染を防止することができる。
In CMP using the above-mentioned fixed abrasive polishing pad,
また，他の例として，特許文献２には，純水と無機アルカリ剤とからなる研磨液を使用することにより，半導体ウェハの研磨効率の向上を図ることができる旨が開示されている（特許文献２を参照）。 As another example, Patent Document 2 discloses that the polishing efficiency of a semiconductor wafer can be improved by using a polishing liquid composed of pure water and an inorganic alkaline agent (patent). Reference 2).
しかしながら，本件発明者らが実験した結果，上記各研磨液を使用すれば，純水を研磨液として使用した場合と比較して半導体ウェハの研磨効率が向上するものの，その研磨効率が不安定であり一定の高い研磨効率を維持できない，という問題があることが認識された。かかる研磨効率を一定に維持できない原因は，研磨液のｐＨ値が長時間安定せずに経時的に変動してしまうことが原因である，と推測された。 However, as a result of experiments conducted by the present inventors, if each of the above polishing liquids is used, the polishing efficiency of the semiconductor wafer is improved as compared with the case where pure water is used as the polishing liquid, but the polishing efficiency is unstable. It was recognized that there was a problem that a certain high polishing efficiency could not be maintained. The reason why the polishing efficiency cannot be kept constant is presumed to be that the pH value of the polishing liquid does not stabilize for a long time and fluctuates with time.
さらに，上記研磨液のｐＨ値の経時変化に起因して，個々の半導体ウェハの研磨精度にバラツキが発生するばかりでなく，廃液をリサイクルして再利用することが困難である，という問題も認識された。 Furthermore, due to the change over time in the pH value of the above polishing liquid, not only does the accuracy of polishing of individual semiconductor wafers vary, but it is also difficult to recycle and reuse the waste liquid. It was done.
したがって，本発明の目的は，研磨液のｐＨ値を長時間一定に維持して，高い研磨効率を安定して得ることができ，さらに，その廃液を効率的に再利用することが可能な新規かつ改良された研磨液及び研磨装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to maintain a constant pH value of the polishing liquid for a long time, to stably obtain a high polishing efficiency, and to be able to reuse the waste liquid efficiently. Another object of the present invention is to provide an improved polishing liquid and polishing apparatus.
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点においては，研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒研磨パッドを使用して，半導体ウェハ表面を研磨する際に使用される研磨液であって，前記研磨液は，少なくとも，無機アルカリ，塩，及び有機アルカリを混合することにより製造されたものである，ことを特徴とする研磨液が提供される。 In order to solve the above problems, in a first aspect of the present invention, a polishing liquid used for polishing a semiconductor wafer surface by using a fixed abrasive polishing pad containing abrasive grains in a polishing pad is used. The polishing liquid is produced by mixing at least an inorganic alkali, a salt, and an organic alkali.
上記記載の発明では，無機アルカリと有機アルカリを含有させた研磨液は，そのｐＨ値が上昇しており半導体ウェハと研磨液との化学的反応が促進されるので，半導体ウェハの研磨効率を向上させることができる。さらに，研磨液を製造する際には，塩が加えられるので，研磨液のｐＨ値を長時間一定に保つことができる。この結果，半導体ウェハを均一な研磨精度に研磨することができると共に，研磨液のｐＨ値の経時変化が小さいので，その廃液をリサイクルして再利用することが可能となる。 In the above-described invention, the polishing liquid containing inorganic alkali and organic alkali has an increased pH value, and the chemical reaction between the semiconductor wafer and the polishing liquid is promoted, thereby improving the polishing efficiency of the semiconductor wafer. Can be made. Further, since salt is added when producing the polishing liquid, the pH value of the polishing liquid can be kept constant for a long time. As a result, the semiconductor wafer can be polished with uniform polishing accuracy, and the change over time of the pH value of the polishing liquid is small, so that the waste liquid can be recycled and reused.
また，前記塩は，弱酸と強アルカリとを混合して製造されたものである，如く構成すれば，研磨液中に混合される塩は，強アルカリと弱酸とを混合して製造されたものであるので，塩として機能させることができると共に，研磨液の成分比も容易に制御することができる。 Further, the salt is produced by mixing a weak acid and a strong alkali. If configured as such, the salt mixed in the polishing liquid is produced by mixing a strong alkali and a weak acid. Therefore, it can function as a salt, and the component ratio of the polishing liquid can be easily controlled.
また，前記強アルカリは，アルカリ金属化合物の水酸化物，アルカリ土類化合物の水酸化物，アンモニア，または有機アルカリの群から選択されるいずれか１つ，あるいは複数を混合して製造されたものである，如く構成することができる。 The strong alkali is produced by mixing one or more selected from the group consisting of hydroxides of alkali metal compounds, hydroxides of alkaline earth compounds, ammonia, and organic alkalis. It can be configured as follows.
また，前記研磨液は，ｐＨ値が１０〜１３の範囲に調整されている，如く構成すれば，高い研磨効率及び高い研磨精度を維持することができる。即ち，研磨液のｐＨ値が１０未満では研磨効率が低くなり，ｐＨ値が１３を超えると化学的反応が大きくなり過ぎて半導体ウェハを平坦に研磨できなくなるからである。 Further, if the polishing liquid is configured to have a pH value adjusted to a range of 10 to 13, high polishing efficiency and high polishing accuracy can be maintained. That is, when the pH value of the polishing liquid is less than 10, the polishing efficiency is low, and when the pH value exceeds 13, the chemical reaction becomes too large to polish the semiconductor wafer flatly.
また，前記無機アルカリは，アルカリ金属化合物の水酸化物，あるいはアルカリ土類化合物の水酸化物のうちいずれか一方，あるいは双方を混合して製造されたものである，如く構成することができる。 In addition, the inorganic alkali can be configured to be produced by mixing one or both of a hydroxide of an alkali metal compound and a hydroxide of an alkaline earth compound.
また，前記有機アルカリは，アンモニアまたはアミンのうちいずれか一方，あるいは双方を混合して製造されたものである，如く構成することができる。 In addition, the organic alkali can be configured to be produced by mixing either one or both of ammonia and amine.
また，前記固定砥粒研磨パッドは，少なくともハードセグメントとソフトセグメントとからなるポリウレタン結合材と，水酸基を有する砥粒，あるいは水酸基を付与した砥粒とから構成されると共に，前記ハードセグメントの分子量が分子量比で全体の２０％以上６０％以下に調整されている，如く構成すれば，研磨液との化学的反応が促進されるので，固定砥粒研磨パッドの研磨効率が向上される。 The fixed abrasive polishing pad is composed of a polyurethane binder composed of at least a hard segment and a soft segment, an abrasive having a hydroxyl group, or an abrasive having a hydroxyl group, and the molecular weight of the hard segment is If the molecular weight ratio is adjusted to 20% or more and 60% or less of the whole, the chemical reaction with the polishing liquid is promoted, so that the polishing efficiency of the fixed abrasive polishing pad is improved.
上記課題を解決するため，本発明の第２の観点においては，研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒研磨パッドを使用して，ウェハとの間に研磨液を供給しながら前記ウェハとの相対運動によってウェハ表面を研磨する研磨装置であって，前記研磨液として，前記請求項１〜７に記載の研磨液が使用される，ことを特徴とする研磨装置が提供される。
In order to solve the above-mentioned problem, in a second aspect of the present invention, a fixed abrasive polishing pad containing abrasive grains in a polishing pad is used, while supplying a polishing liquid between the wafer and the wafer. There is provided a polishing apparatus for polishing a wafer surface by relative movement, wherein the polishing liquid according to any one of
上記記載の発明では，半導体ウェハを高い研磨効率を維持しながら均一な研磨精度で研磨することが可能な研磨装置を提供することができる。 The invention described above can provide a polishing apparatus capable of polishing a semiconductor wafer with uniform polishing accuracy while maintaining high polishing efficiency.
本発明においては，無機アルカリと有機アルカリを含有させた研磨液は，そのｐＨ値が上昇しており半導体ウェハと研磨液との化学的反応が促進されるので，半導体ウェハの研磨効率を向上させることができる。さらに，研磨液を製造する際に，塩が加えられるので，研磨液のｐＨ値を長時間一定に保つことができる。この結果，半導体ウェハを均一な研磨精度に研磨することができると共に，研磨液のｐＨ値の経時変化が小さいので，その廃液をリサイクルして再利用することが可能となる。 In the present invention, the polishing liquid containing inorganic alkali and organic alkali has an increased pH value, and the chemical reaction between the semiconductor wafer and the polishing liquid is promoted, so that the polishing efficiency of the semiconductor wafer is improved. be able to. Furthermore, since salt is added when manufacturing the polishing liquid, the pH value of the polishing liquid can be kept constant for a long time. As a result, the semiconductor wafer can be polished with uniform polishing accuracy, and the change over time of the pH value of the polishing liquid is small, so that the waste liquid can be recycled and reused.
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
（第１の実施の形態）
まず，図１に基づいて，第１の実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドが使用される研磨装置の構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドが使用される研磨装置の構成を示す斜視図である。
(First embodiment)
First, based on FIG. 1, the structure of the polishing apparatus in which the fixed abrasive polishing pad according to the first embodiment is used will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a polishing apparatus in which the fixed abrasive polishing pad according to the present embodiment is used.
本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドが使用される研磨装置１０は，図１に示すように，モータ１２により回転可能な研磨テーブル１４と，研磨テーブル１４上に設けられた固定砥粒研磨パッド１６と，保持した半導体ウェハ３０の研磨面を固定砥粒研磨パッド１６に押しつける基板保持部２０と，基板保持部２０を回転，加圧駆動させる基板保持部駆動手段１８と，研磨テーブル１４上に研磨液２５を供給する研磨液供給口２４などから構成されている。
As shown in FIG. 1, a
研磨テーブル１４は，例えば，ステンレス鋼，セラミックスなどで形成された略円盤状のテーブルであり，上面に例えば平滑な水平面を有する。この研磨テーブル１４は，例えばその下方の装置内に設けられたモータ１２の駆動力がスピンドル２６，変速機（図示せず）等を介して伝達されることにより，図１の太矢印の方向に所定速度（例えば４０ｒｐｍ）で回転する。
The polishing table 14 is a substantially disk-shaped table formed of, for example, stainless steel or ceramics, and has a smooth horizontal surface on the upper surface, for example. The polishing table 14 is transmitted in the direction of the thick arrow in FIG. 1 by transmitting the driving force of the
なお，固定砥粒研磨パッド１６は，研磨テーブル１４上に極力平坦になるように貼り付けられ，研磨テーブル１４の回転に伴って半導体ウェハ３０に対して回転運動し，研磨液供給口２４から供給された研磨液２５を介して，半導体ウェハ３０の研磨面が研磨される。
The fixed
基板保持部駆動手段１８は，ロッド２８を介して基板保持部２０を加圧しながら回転させる機構であり，例えばモータおよびシリンダ（図示せず）等からなる。即ち，例えば，加圧機構であるシリンダにより，半導体ウェハ３０を保持した基板保持部２０を固定砥粒研磨パッド１６に対し例えば垂直方向に押しつけるとともに，回転機構であるモータにより基板保持部２０を図１の細矢印の方向に回転させることができる。また，基板保持部２０を任意の略水平方向に揺動させることが可能なように基板保持部駆動手段１８を構成してもよい。
The substrate holding unit driving means 18 is a mechanism that rotates the
また，基板保持部（研磨ヘッド，キャリアとも呼ばれる）２０は，全体が略円柱形状を有し，研磨テーブル１４の上方に回転可能に設置される。かかる基板保持部２０は，保持部駆動手段１８とロッド２８を介して連結されており，下面には半導体ウェハ３０の横ずれを防止するためのリング（リテーナリング）を備えている。
The substrate holding unit (also called a polishing head or a carrier) 20 has a substantially cylindrical shape as a whole, and is rotatably installed above the polishing table 14. The
通常の研磨時においては，基板保持部２０は，半導体ウェハ３０を保持した状態で回転しながら，半導体ウェハ３０の研磨面を固定砥粒研磨パッド１６に押圧する。このように固定砥粒研磨パッド１６に押しつけられた半導体ウェハ３０は，反対方向に回転する固定砥粒研磨パッド１６と双方向で擦り合わせられて，研磨面全体が均等に研磨される。
During normal polishing, the
研磨液供給ノズル２４は，半導体ウェハ３０の研磨時に，回転する固定砥粒研磨パッド１６上に研磨液２５を供給する。研磨液２５は，化学反応性物質を含む溶液であり，研磨中に半導体ウェハ３０と固定砥粒研磨パッド１６の間に入り込んで半導体ウェハ３０の研磨面と化学的に反応しながら高精度に平滑化する。
The polishing
本実施形態にかかる研磨液２５は，詳細は後述するが，少なくとも，無機アルカリ，塩，及び有機アルカリを混合することにより製造された研磨液が使用される。無機アルカリと有機アルカリを含有した研磨液は，そのｐＨ値が上昇しているので，半導体ウェハと研磨液との化学的反応を促進して半導体ウェハの研磨効率を向上させることができる。さらに，研磨液を製造する際に，塩が加えられるので，研磨液のｐＨ値を長時間一定に保つことができる。この結果，半導体ウェハを均一な研磨精度に研磨することができると共に，研磨液のｐＨ値の経時変化が小さいため，リサイクルして使用することが可能となる。
As will be described in detail later, the polishing
なお，本実施形態にかかる研磨装置には，基板保持部（研磨ヘッド）２０，研磨テーブル１４，研磨液供給ノズル２４には，各々，温調装置（図示せず）が設けられており，上記箇所の温度を適宜好適に設定することにより，より好適な研磨を実行することができる。
In the polishing apparatus according to this embodiment, the substrate holding unit (polishing head) 20, the polishing table 14, and the polishing
また，図２に示すように，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６の表面には，溝加工１６ａ，１６ｂが施されている。かかる溝加工は，研磨液を，固定砥粒研磨パッドの全体（特に中心付近）に効率的に均一に行き渡らせるためである。このことにより，半導体ウェハ面内の平坦化，研磨レートの向上，局部的な昇温による熱膨張の防止などを図ることができる。例えば，図２（ａ）に示すような放射状の溝加工や，図２（ｂ）に示すような格子状の溝加工を施すことができる。
Further, as shown in FIG. 2,
また，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６は，少なくとも多官能イソシアネートと，多官能ポリオールと，水またはカルボン酸からなる発泡剤とからなるポリウレタン結合材に，水酸基を持つ砥粒，あるいは水酸基を付与した砥粒を含有させた構成である。即ち，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドは，例えば砥粒（シリカ）の水酸基（−ＯＨ）が，結合材（ウレタン）のイソシアネート化合物（−Ｎ＝Ｃ＝０を有する化合物）との共有結合により反応して化学的に結合されている。
In addition, the fixed
また，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６は，ポリウレタンのハードセグメントの分子量が分子量比で全体の２０％〜６０％となるように調整されているのが好ましい。このように，ポリウレタンのハードセグメントの分子量を，分子量比で全体の２０％以上６０％以下に制御することにより，シリコンウェハ，及び水酸基を持つ砥粒（あるいは水酸基を付与した砥粒）に対して水素結合を促進させることができる。かかる水素結合によって，結合材がシリコンウェハに対して化学研磨機能を発揮してＣＭＰ研磨効率が向上すると共に，固定砥粒研磨パッド１６中の砥粒の離脱も防止される。
Moreover, it is preferable that the fixed
即ち，砥粒自身は水酸基を有しており（あるいは砥粒表面には水酸基が付着されており），結合材はウレタン結合の［Ｏ−］部分を有している。かかる水酸基と，ウレタン結合の［Ｏ−］部分とが水素結合することにより，結合材から砥粒が脱離することが防止される。さらに，シリコンウェハのＣＭＰ効率が向上するのに起因して砥粒への負担が軽減されることにより，砥粒の脱離が防止される。 That is, the abrasive grains themselves have a hydroxyl group (or a hydroxyl group is attached to the surface of the abrasive grains), and the binder has an [O-] portion of a urethane bond. The hydroxyl group and the [O-] portion of the urethane bond are hydrogen bonded to prevent the abrasive grains from being detached from the binder. Furthermore, since the burden on the abrasive grains is reduced due to the improved CMP efficiency of the silicon wafer, the detachment of the abrasive grains is prevented.
また，ウレタン結合量はハードセグメントの分子量比に比例するので，分子量比が２０％以下の場合であってもウレタン結合がされて多少は水素結合を促進させる状態となる。しかしながら，分子量比が２０％以下ではウレタン結合量が少な過ぎるため，研磨性能（研磨レート）の向上に寄与することができないものとなる。一方，分子量比が６０％以上である場合には，ハードセグメントが多すぎるため研磨パッドの硬度が高すぎる状態となってしまい，半導体ウェハにスクラッチが発生してしまう，という問題が発生する。 Moreover, since the urethane bond amount is proportional to the molecular weight ratio of the hard segment, even if the molecular weight ratio is 20% or less, the urethane bond is formed and the hydrogen bond is somewhat promoted. However, when the molecular weight ratio is 20% or less, the amount of urethane bonds is too small, so that it cannot contribute to the improvement of the polishing performance (polishing rate). On the other hand, when the molecular weight ratio is 60% or more, there is a problem that the hardness of the polishing pad is too high because there are too many hard segments, and scratches occur on the semiconductor wafer.
以上の理由により，ポリウレタン結合材のハードセグメントの分子量を分子量比で全体の２０％以上６０％以下とすれば，上記水素結合を促進できるものと考えられる。 For the above reasons, it is considered that the hydrogen bond can be promoted by setting the molecular weight of the hard segment of the polyurethane binder to 20% or more and 60% or less of the entire molecular weight ratio.
本実施形態にかかる研磨液２５として，無機アルカリと，塩と，有機アルカリとを混合させて製造した研磨液が使用される。本実施形態にかかる研磨液においては，無機アルカリと有機アルカリとの異なる２種類のアルカリが使用されるので，各々単独で使用した場合と比較して半導体ウェハと研磨液との化学的反応を促進することができる。なお，上記化学的反応とは，研磨液から水酸基（ＯＨ−）が半導体ウェハ表面に付与されて化学的に結合することにより，固定砥粒研磨パッド１６のハードセグメントを構成する極性基あるいは固定砥粒研磨パッド１６に含まれる砥粒の水酸基と水素結合を生成あるいは水酸基同士の脱水反応によって半導体ウェハ表面を研磨することを意味する。
As the polishing
また，異なる２種類のアルカリを使用することにより，化学的反応が促進されることの原理の詳細は不明であるが，以下の理由が考えられる。即ち，例えば，無機アルカリである水酸化カリウム（ＫＯＨ）は，研磨液中でＫ＋とＯＨ−とに分かれて存在するが，有機アルカリであるアンモニア（ＮＨ３）は，研磨液中の水と反応して，ＮＨ４ ＋とＯＨ−とに分かれて存在する。かかる水酸基（ＯＨ−）が形成される状態が異なることを理由として，化学反応の相乗効果が発揮されるからであると推察される。 Further, although the details of the principle that the chemical reaction is promoted by using two different types of alkalis are unclear, the following reasons are conceivable. That is, for example, potassium hydroxide (KOH), which is an inorganic alkali, exists in the polishing liquid separately in K + and OH − , but organic alkali, ammonia (NH 3 ), is water and water in the polishing liquid. It reacts to exist as NH 4 + and OH − . It is presumed that the synergistic effect of the chemical reaction is exhibited because the state in which such hydroxyl groups (OH − ) are formed is different.
上記のように，研磨液に無機アルカリと有機アルカリを含有させることによって，研磨液のｐＨ値が上昇して化学的反応を促進するので，半導体ウェハの研磨効率を向上させることができる。しかしながら，研磨液のｐＨ値を長時間維持することができずに，時間が経過するにつれて研磨液のｐＨ値が著しく低下してしまっていた。このため，研磨液の品質（ｐＨ値）を一定に保つためには，研磨液を頻繁に交換するしかなかった。このため，生産コストが上昇するだけでなく，固定砥粒研磨パッド１６による研磨方法の特徴である研磨液を容易に再利用できるという長所が失われてしまう，という問題があつた。
As described above, by adding an inorganic alkali and an organic alkali to the polishing liquid, the pH value of the polishing liquid is increased and the chemical reaction is promoted, so that the polishing efficiency of the semiconductor wafer can be improved. However, the pH value of the polishing liquid could not be maintained for a long time, and the pH value of the polishing liquid was significantly lowered as time passed. For this reason, in order to keep the quality (pH value) of the polishing liquid constant, the polishing liquid must be replaced frequently. For this reason, there is a problem that not only the production cost increases, but also the advantage that the polishing liquid, which is a feature of the polishing method using the fixed
かかる問題を回避して研磨液のｐＨ値を長時間維持させるため，本実施形態においては，無機アルカリと，有機アルカリとを混合する際に，塩を加えて混合する構成を採用することとしている。このように，無機アルカリと，塩と，有機アルカリとを混合して研磨液を製造することによって，研磨液の高いｐＨ値を長時間維持することが可能となった。 In order to avoid such a problem and maintain the pH value of the polishing liquid for a long time, in this embodiment, when mixing the inorganic alkali and the organic alkali, a configuration in which a salt is added and mixed is adopted. . As described above, it is possible to maintain a high pH value of the polishing liquid for a long time by mixing the inorganic alkali, the salt, and the organic alkali to produce the polishing liquid.
このとき，研磨液のｐＨ値は１０〜１３の範囲であるのが好ましい。即ち，研磨液のｐＨ値が１０未満では研磨効率が低くなり，ｐＨ値が１３を超えると化学的反応が大きくなり過ぎるため，半導体ウェハを平坦に研磨できなくなるからである。 At this time, the pH value of the polishing liquid is preferably in the range of 10-13. That is, if the pH value of the polishing liquid is less than 10, the polishing efficiency is low, and if the pH value exceeds 13, the chemical reaction becomes too large, and the semiconductor wafer cannot be polished flatly.
本実施形態にかかる研磨液は，無機アルカリ，塩及び有機アルカリと混合して製造される。以下にその詳細を説明する。 The polishing liquid according to this embodiment is produced by mixing with an inorganic alkali, a salt and an organic alkali. Details will be described below.
本実施形態にかかる無機アルカリとしては，アルカリ金属化合物の水酸化物，アルカリ土類化合物の水酸化物のいずれか一方，あるいは双方を混合して製造される。アルカリ金属化合物の水酸化物としては，例えば水酸化リチウム，水酸化ナトリウム，水酸化カリウムなどが挙げられる。アルカリ土類化合物の水酸化物としては，例えば，水酸化カルシウム，水酸化ストロンチウム，水酸化バリウムからなる群から選択することができる。 The inorganic alkali according to the present embodiment is manufactured by mixing one or both of a hydroxide of an alkali metal compound and a hydroxide of an alkaline earth compound. Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. The hydroxide of the alkaline earth compound can be selected from the group consisting of calcium hydroxide, strontium hydroxide, and barium hydroxide, for example.
また，本実施形態にかかる有機アルカリとしては，アンモニアまたはアミンのうちいずれか一方，あるいは双方を混合して製造される。アミンは，水溶性の有するアミンであれば，特に限定されない。例えば，水溶性を有するアミンとしては，アニリン，モノエタノールアミン，ジエタノールアミン，トリエタノールアミン，ピペラジン，１，６−ヘキサンジアミンヒドラジン，エチルアミン，ジエチルアミン，トリエチルアミン，メチルアミン，ジメチルアミン，トリメチルアミン，イソプロパノールアミン，アミノエチルエタノールアミン，アミノエチルピペラジン，エチレンジアミン，ジエチレントリアミン，テトラエチレンペンタミン，トリエチレンテトラミン，ヘキサメチレンテトラミン，ペンタエチレンヘキサミンなどが含まれる。 In addition, the organic alkali according to the present embodiment is manufactured by mixing one or both of ammonia and amine. The amine is not particularly limited as long as it is a water-soluble amine. For example, water-soluble amines include aniline, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, piperazine, 1,6-hexanediamine hydrazine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, isopropanolamine, amino Examples include ethylethanolamine, aminoethylpiperazine, ethylenediamine, diethylenetriamine, tetraethylenepentamine, triethylenetetramine, hexamethylenetetramine, pentaethylenehexamine and the like.
また，本実施形態にかかる塩は，強アルカリと弱酸とを混合して製造される。強アルカリとしては，アルカリ金属化合物の水酸化物，あるいはアルカリ土類化合物の水酸化物を使用し，各々，弱酸と混合される。例えば，塩は，炭酸アンモニウム，炭酸水素アンモニウム，カルバミン酸アンモニウム，炭酸リチウム，炭酸ナトリウム，炭酸水素ナトリウム，炭酸カリウム，炭酸水素カリウム，炭酸カルシウム，炭酸ストロンチウム，炭酸バリウムからなる群から選択することができる。 The salt according to the present embodiment is produced by mixing a strong alkali and a weak acid. As the strong alkali, a hydroxide of an alkali metal compound or a hydroxide of an alkaline earth compound is used, and each is mixed with a weak acid. For example, the salt can be selected from the group consisting of ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium carbamate, lithium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, calcium carbonate, strontium carbonate, barium carbonate. .
また，本実施形態においては，必要に応じて，汚染物を除去するためにキレート剤を加えることもできる。キレート剤としては，エチレンジアミン四酢酸，エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム，ジエチレントリアミン五酢酸，プロピレンジアミン四酢酸，ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸，グリコールエーテルジアミン四酢酸，ニトリロ三酢酸，ヒドロキシエチルイミノ二酢酸，ジヒドロキシエチルグリシン，およびトリエチレンテトラアミン六酢酸，シュウ酸，アセチルアセトン，２，２’−ビピリジンおよびその他が挙げられる。これらの中で，エチレンジアミン四酢酸，エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム，ジエチレントリアミン五酢酸，プロピレンジアミン四酢酸，ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸，グリコールエーテルジアミン四酢酸，ニトリロ三酢酸，ヒドロキシエチルイミノ二酢酸，ジヒドロキシエチルグリシン，およびトリエチレンテトラアミン六酢酸などが含まれる。 Moreover, in this embodiment, a chelating agent can also be added in order to remove a contaminant as needed. Chelating agents include ethylenediaminetetraacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid disodium, diethylenetriaminepentaacetic acid, propylenediaminetetraacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, dihydroxyethylglycine, And triethylenetetraamine hexaacetic acid, oxalic acid, acetylacetone, 2,2'-bipyridine and others. Among these, ethylenediaminetetraacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid disodium, diethylenetriaminepentaacetic acid, propylenediaminetetraacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, dihydroxyethylglycine, And triethylenetetraamine hexaacetic acid.
なお，塩で使用される強アルカリと，有機アルカリあるいは無機アルカリの成分とが重なる場合もあるが，強アルカリと弱酸とを混合して製造された塩の状態であるため，強アルカリは，有機アルカリ，あるいは無機アルカリとは同じ働きはしない。また，塩は，強アルカリと弱酸とを混合して一度塩として製造しないと塩として機能しないばかりでなく，成分比も制御することができない。 In addition, strong alkali used in salt may overlap with organic alkali or inorganic alkali components. However, strong alkali is organic because it is in the state of salt produced by mixing strong alkali and weak acid. It does not work the same as alkali or inorganic alkali. In addition, if a salt is not prepared as a salt by mixing a strong alkali and a weak acid, it does not function as a salt, and the component ratio cannot be controlled.
本実施形態においては，無機アルカリと有機アルカリを含有させた研磨液は，そのｐＨ値が上昇しており半導体ウェハと研磨液との化学的反応が促進されるので，半導体ウェハの研磨効率を向上させることができる。さらに，研磨液を製造する際に，塩が加えられるので，研磨液のｐＨ値を長時間一定に保つことができる。この結果，半導体ウェハを均一な研磨精度に研磨することができると共に，研磨液のｐＨ値の経時変化が小さいので，その廃液をリサイクルして再利用することができる。 In this embodiment, the polishing liquid containing inorganic alkali and organic alkali has an increased pH value, and the chemical reaction between the semiconductor wafer and the polishing liquid is promoted, so that the polishing efficiency of the semiconductor wafer is improved. Can be made. Furthermore, since salt is added when manufacturing the polishing liquid, the pH value of the polishing liquid can be kept constant for a long time. As a result, the semiconductor wafer can be polished with uniform polishing accuracy, and the change over time of the pH value of the polishing liquid is small, so that the waste liquid can be recycled and reused.
次に，上記実施形態に基づいて，固定砥粒研磨パッド１６を作製し，各種研磨液を使用して，被研磨物の研磨効率などを調査したので，以下に具体的に説明する。
Next, the fixed
なお，本実施例では，同一の固定砥粒研磨パッド１６に対して，８種類の研磨液を使用した（実施例１〜８）。また，上記固定砥粒研磨パッド１６の比較例として，従来より市販されている遊離砥粒方式の研磨パッドを使用した。
In this example, eight kinds of polishing liquids were used for the same fixed abrasive polishing pad 16 (Examples 1 to 8). As a comparative example of the fixed
実施例１は，無機アルカリのみの研磨液を使用した。実施例２は，強アルカリと弱酸からなる塩のみの研磨液を使用した。実施例３は，弱アルカリと弱酸からなる塩のみ研磨液を使用した。実施例４は，弱アルカリと強酸からなる塩のみの研磨液を使用した。実施例５は，強アルカリと強酸からなる塩のみの研磨液を使用した。実施例６は，有機アルカリのみの研磨液を使用した。実施例７は，無機アルカリと有機アルカリとを混合した研磨液を使用した。実施例８は，無機アルカリと有機アルカリと塩とを混合した研磨液を使用した。 In Example 1, a polishing liquid containing only inorganic alkali was used. In Example 2, a polishing liquid containing only a salt composed of a strong alkali and a weak acid was used. In Example 3, the polishing liquid was used only for a salt composed of a weak alkali and a weak acid. In Example 4, a polishing liquid containing only a salt composed of a weak alkali and a strong acid was used. In Example 5, a polishing liquid containing only a salt composed of a strong alkali and a strong acid was used. In Example 6, a polishing liquid containing only organic alkali was used. In Example 7, a polishing liquid in which an inorganic alkali and an organic alkali were mixed was used. In Example 8, a polishing liquid in which an inorganic alkali, an organic alkali, and a salt were mixed was used.
また，比較例としては，遊離砥粒方式で市販の研磨パッド（ロデール・ニッタ社製ＳＵＢＡ４００）と研磨液（フジミインコーポレーテッド社製，コンポール８０）を使用した。シリコンウェハを研磨加工した例を示した。 Further, as a comparative example, a commercially available polishing pad (SUBA400 manufactured by Rodel Nitta Co.) and a polishing liquid (Fujimi Incorporated Co., Ltd., Compol 80) were used in a free abrasive method. An example in which a silicon wafer was polished was shown.
固定砥粒研磨パッド１６は，分子量２５０〜４０００官能基数２〜５のポリエーテルポリオール（三洋化成社製，商品名：サンニックス），ポリエステルポリオール（旭電化工業社製，商品名：アデカ ニューエース 住友バイエルウレタン製，商品名：デスモフェン，バイコール），イソシアネートＮＣＯ基含有量３１％のイソシアネート（ダウ・ポリウレタン社製，商品名ＰＡＰＩ １３５），水，アミン系触媒（東ソー社製，商品名ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ），シリコーン整泡剤（日本ユニカー社製，商品名：Ｌ−５３０９）と研磨砥粒（コロイダルシリカ：扶桑化学工業社製，ヒュームドシリカ：信越石英社製，各々砥粒径２〜８μｍ）を割合（重量部）で配合して，液状混合物を調整した。この液状混合物を金型に注入して，２０〜３０℃の室温で２４時間放置し，発泡硬化させて作製した。
The fixed
この固定砥粒研磨パッド１６を研磨機の定盤に粘着テープで貼り付け，ダイアモンドを電着した，修正リングで，固定砥粒研磨パッド１６の表面を修正し，発泡構造が表面に露出した厚さ９ｍｍの固定砥粒研磨パッド１６を得た。固定砥粒研磨パッド１６に被研磨物を押圧し，固定砥粒研磨パッド１６と被研磨物との間に研磨液を供給しながら，固定砥粒研磨パッド１６と被研磨物との相対運動によって，被研磨物を研磨加工した。
The fixed
なお，無機アルカリとしては，水酸化ナトリウムを使用した。また，強アルカリと弱酸からなる塩としては炭酸ナトリウムを使用した。また，弱アルカリと弱酸からなる塩としては，酢酸アンモニウムを使用した。また，弱アルカリと強酸からなる塩としては，塩化アンモニウムを使用した。また，強アルカリと強酸からなる塩としては，塩化ナトリウムを使用した。また，有機アルカリとしては，エチレンジアミンを使用した。 In addition, sodium hydroxide was used as the inorganic alkali. In addition, sodium carbonate was used as a salt composed of a strong alkali and a weak acid. In addition, ammonium acetate was used as a salt composed of a weak alkali and a weak acid. In addition, ammonium chloride was used as a salt composed of a weak alkali and a strong acid. Moreover, sodium chloride was used as a salt consisting of a strong alkali and a strong acid. In addition, ethylenediamine was used as the organic alkali.
［研磨条件］
研磨圧力：２００ｇ重／ｃｍ２
定盤（φ６５０）の回転数：８０ｒｐｍ
[Polishing conditions]
Polishing pressure: 200 g weight / cm 2
Speed of platen (φ650): 80 rpm
［実験結果］
（実施例）
（１）研磨状態
上記表１に示すように，実施例１，実施例２，実施例６〜８では，初期の段階において，研磨することができた。実施例３〜５は，初期の段階においてｐＨ値が下がり過ぎてしまい研磨することが出来なかった。
(Example)
(1) Polishing State As shown in Table 1 above, in Example 1, Example 2 and Examples 6 to 8, polishing was possible in the initial stage. In Examples 3 to 5, the pH value was too low in the initial stage, and polishing could not be performed.
（２）研磨レート
上記表１に示すように，研磨レートは，初期の段階では，実施例１，実施例２，実施例６では，０．５μｍ/ｍｉｎ前後であり，ほぼ一定であった。これに対し，実施例７および８では，初期の段階では，実施例１，実施例２，実施例６よりも大きい値の研磨レートが得られた。また，研磨液を５０℃で２４時間保持した場合には，実施例２および実施例８では，研磨レートは殆ど低下しなかった。
(2) Polishing rate As shown in Table 1 above, the polishing rate was about 0.5 μm / min in Examples 1, 2, and 6 at the initial stage and was almost constant. On the other hand, in Examples 7 and 8, a polishing rate having a larger value than that in Examples 1, 2 and 6 was obtained in the initial stage. In addition, when the polishing liquid was held at 50 ° C. for 24 hours, in Example 2 and Example 8, the polishing rate hardly decreased.
（比較例）
また，比較例では，固定砥粒研磨パッドの場合と比較して，研磨レートが低下していた。この理由としては，研磨液が有機アルカリだけで調整されているので，ｐＨ値の経時変化が大きいことが原因と推察される。また，研磨液を５０℃で２４時間保持した場合には，遊離砥粒が凝固してしまい研磨レートが低下するという現象も知見された。
(Comparative example)
In the comparative example, the polishing rate was lower than that of the fixed abrasive polishing pad. This is presumed to be because the change in pH value with time is large because the polishing liquid is adjusted only with organic alkali. It was also found that when the polishing liquid was held at 50 ° C. for 24 hours, the free abrasive grains solidified and the polishing rate decreased.
かかる実験結果により，上記実施例８の無機アルカリと有機アルカリと塩とを混合した研磨液を使用することにより，半導体ウェハの研磨状態及び研磨レート共に良好な結果が得られた。このことから，実施例８の無機アルカリと有機アルカリと塩とを混合した研磨液を使用することが，最も好適であると考えられる。 From these experimental results, good results were obtained for both the polishing state and polishing rate of the semiconductor wafer by using the polishing liquid obtained by mixing the inorganic alkali, organic alkali and salt of Example 8 above. For this reason, it is considered most suitable to use the polishing liquid obtained by mixing the inorganic alkali, organic alkali and salt of Example 8.
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are of course within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は，研磨液，及び研磨装置に適用可能であり，さらに詳細には，研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒研磨パッドを使用して，半導体ウェハ表面を研磨する際に使用される研磨液，及び当該研磨液を使用する研磨装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a polishing liquid and a polishing apparatus, and more specifically, is used when polishing a semiconductor wafer surface by using a fixed abrasive polishing pad in which abrasive grains are contained in the polishing pad. And a polishing apparatus using the polishing liquid.
１０ 研磨装置
１４ 研磨テーブル
１６ 固定砥粒研磨パッド
２０ 基板保持部
２２ リング
２５ 研磨液
３０ 半導体ウェハ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記研磨液は，少なくとも，無機アルカリ，塩及び有機アルカリを混合することにより製造されたものである，ことを特徴とする研磨液。 A polishing liquid used for polishing a wafer surface using a fixed abrasive polishing pad containing abrasive grains in a polishing pad,
The polishing liquid, which is produced by mixing at least an inorganic alkali, a salt and an organic alkali.
前記研磨液として，前記請求項１〜請求項７に記載の研磨液が使用される，ことを特徴とする研磨装置。
A polishing apparatus that uses a fixed abrasive polishing pad containing abrasive grains in a polishing pad and polishes the wafer surface by relative movement with the wafer while supplying a polishing liquid to the wafer,
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the polishing liquid according to claim 1 is used as the polishing liquid.
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