JP2008515764A - Cmpスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法及びこれを用いたcmp用スラリー組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
セリウム前駆体を製造する段階、前記製造したセリウム前駆体を分解する段階、及び前記分解されたセリウム前駆体を焼成する段階とを含むことを特徴とするCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法を提供する。
Description
a)セリウム前駆体を製造する段階;
b)前記製造したセリウム前駆体を分解する段階;及び
c)前記分解されたセリウム前駆体を焼成する段階;とを含むことを特徴とするCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法を提供する。
a)前記製造した酸化セリウム粉末;
b)分散剤;及び
c)水;とを含むことを特徴とするCMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物を提供する。
a)前記CMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物をpH滴定する段階;及び
b)前記pH滴定された酸化セリウム分散液組成物を分散安定化させる段階;とを含むことを特徴とするCMPスラリーの製造方法を提供する。
本段階はセリウム前駆体を製造する段階である。
本段階は前記のように製造されたセリウム前駆体を分解する段階である。前記「セリウム前駆体の分解」というのは、製造されたセリウム前駆体内に気孔形成のために含有されている気孔形成物質を除去することを意味し、これを通じて粒子の比表面積、気孔分布、及び強度などを制御する。
本発明はセリウム前駆体の分散粉砕段階を選択的に経させて、それによって酸化セリウムの強度を低下させて高い気孔分率を有させる。
本段階は上記のように熱処理または過酸化水素処理によって気孔形成物質が除去されたセリウム前駆体を焼成する段階である。
[実施例1]
(酸化セリウム粉末の製造)
原料物質の硝酸セリウム0.5molを蒸留水100mLに溶解し、気孔形成物質としてイタコン酸を硝酸セリウムの重量に対して0.3重量%で添加して完全に溶解されるように撹拌した。その後、蒸留水100mLに沈殿剤として尿素1.5molを溶解させた後、500mLの沈殿反応器に前記用意した2つの溶液を混合し、撹拌機を用いて200rpmの速度で掻き混ぜながら96℃で20時間沈殿反応させた。得られた粉末を遠心分離し、洗浄した後、乾燥オーブンにて100℃で24時間乾燥させた後、XRDで分析した結果、斜方晶系の炭酸セリウムであることを確認した。
上記で製造した酸化セリウム粉末1kg、超純水9kg、及び分散剤としてポリアクリル酸(Aldrich, Mw 4,000)を酸化セリウム粉末の重量に対して2重量%で混合して酸化セリウム粒子を2重量%で含有する酸化セリウム分散液を製造した。
上記製造された酸化セリウム分散液を、アンモニア水を用いてpH7に滴定した後、AFEX millを用いて分散安定性向上及び粒度工程を実施した。この際、AFEX millの条件は、0.1mmの大きさのジルコニアビーズを使用し、移送速度は400mL/minであり、3,750rpmの速度で3passさせる条件とし、平均粒度を136nmに合わせた。
(酸化セリウム粉末の製造)
気孔形成物質として硫酸塩イオン化合物の硫酸アンモニウム((NH4)2SO4)を硝酸セリウムの重量に対して0.3重量%加えて使用したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で、26nmの結晶性を有し、比表面積が23m2/gであり、3乃至10nmの気孔分布が全体気孔の42%の割合で分布し、平均粒径が65乃至473nmである酸化セリウム粉末を得た。
前記実施例1と同様の方法で、酸化セリウム粉末分散液を得た。
平均粒度を152nmに合わせたことを除いては、前記実施例1と同様の方法でCMPスラリーを製造した。
(酸化セリウム粉末の製造)
前記実施例1から、水90mL及びエタノール10mLが混合された溶液に硝酸セリウム0.5molを溶解した後、水90mL及びエタノール10mLが混合された溶液に尿素1.5molを溶解した溶液を混合して使用したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で、炭酸セリウム粉末を得て、得た炭酸セリウム粉末1.5kgをアルミナ坩堝に入れ、酸素雰囲気下において300℃で24時間の熱処理で分解物質を除去して1.2kgの酸化物を得て、これを酸素雰囲気下において700℃で1時間焼成したことを除いては、上記実施例1と同様の方法で24nmの結晶性を有し、比表面積が44m2/gであり、3nmの前と後の気孔分布が33:67であり、平均粒径が68乃至510nmの酸化セリウム粉末を得た。
前記実施例1と同様の方法で酸化セリウム分散液を得た。
8passさせる条件とし、粒度を143nmに合わせたことを除いては、前記実施例1と同様の方法でCMPスラリーを製造した。
(酸化セリウム粉末の製造)
気孔形成物質を使用しないことを除いては上記実施例2と同様の方法で、26nmの結晶性を有し、比表面積が30m2/gであり、3nmの前と後の気孔分布が59:31であり、平均粒径が121乃至730nmである酸化セリウム粉末を得た。
前記実施例2と同様の方法で酸化セリウム分散液を得た。
5passさせる条件とし、粒度を148nmに合わせたことを除いては、前記実施例2と同様の方法でCMPスラリーを製造した。
(酸化セリウム粉末の製造)
炭酸セリウム粉末1.5kgをアルミナ坩堝に入れ、酸素雰囲気下において350℃で24時間熱処理して分解物質を除去する段階を行わないで直接焼成する段階を行ったことを除いては、上記実施例4と同様の方法で、39nmの結晶性を有し、比表面積が12m2/gであり、3nmの前と後の気孔分布が84:16の割合であり、平均粒径が177乃至853nmの酸化セリウム粉末を得た。
上記実施例4と同様の方法で酸化セリウム分散液を得た。
5passさせる条件とし、 粒度を138nmに合わせたことを除いては、上記実施例4と同様の方法でCMPスラリーを製造した。
本発明によると、粉末の比表面積を増加させ、気孔分布を調節して被研磨膜と研磨材との間の化学的接触面積を増加させて研磨時間を短縮することができると共に、粉末の物理的強度を低下させて被研磨膜のスクラッチを著しく減らすことができる効果がある。
Claims (22)
- CMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法において、
a)セリウム前駆体を製造する段階;
b)前記製造したセリウム前駆体を分解する段階;及び
c)前記分解されたセリウム前駆体を焼成する段階;とを含むことを特徴とするCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。 - 前記a)段階のセリウム前駆体が、炭酸塩、水酸化物、塩化物、シュウ酸塩、または硫酸塩であることを特徴とする請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記a)段階のセリウム前駆体が、硝酸セリウム、酢酸セリウム、塩化セリウム、及びスルホン酸セリウムからなる群から選ばれる1種以上の原料物質を使用して製造されることを特徴とする、請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記a)段階のセリウム前駆体の製造時、尿素または炭酸アンモニウムの添加剤をさらに使用することを特徴とする請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記c)段階より前に、前記分解されたセリウム前駆体を分散粉砕する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記分散粉砕が乾式粉砕分散方法であることを特徴とする、請求項5に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記a)段階のセリウム前駆体の製造時、有機分子、有機高分子、及び有機溶媒からなる群から選ばれる1種以上の気孔形成物質をさらに使用することを特徴とする、請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記有機分子または有機高分子が、150乃至450℃の温度において熱分解が可能である脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル系化合物、無水物系化合物、炭酸塩系化合物、アクリル系化合物、チオエーテル系化合物、イソシアン酸塩系化合物、スルホン系化合物、硫酸塩イオン化合物、スルホキシド系化合物、アルキレンオキサイド重合体、及びアクリレート重合体からなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項7に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記有機分子又は有機高分子の重量平均分子量は10乃至100,000であることを特徴とする請求項7に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記有機溶媒は、誘電常数が10乃至80であるメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、アセトン、グリセリン、ギ酸、及びエチルアセテートからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記有機溶媒が水と0.01:3乃至1:0.01の重量比で混合して使用されることを特徴とするCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記b)段階の分解が熱処理によって行われることを特徴とする、請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記熱処理が、酸素雰囲気において200乃至450℃で1乃至100時間行われることを特徴とする、請求項12に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記c)の焼成が500乃至1000℃で10分乃至6時間行われることを特徴とする、請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 前記酸化セリウム粉末の結晶サイズが10乃至60nmであり、比表面積が5乃至55m2/gであり、3nm前と後の気孔分布割合が8:2乃至2:8であることを特徴とする、請求項1に記載のCMPスラリー用酸化セリウム粉末の製造方法。
- 結晶サイズが10乃至60nmであり、比表面積が5乃至55m2/gであり、3nm前と後の気孔分布割合が8:2乃至2:8であることを特徴とするCMPスラリー用酸化セリウム粉末。
- CMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物において、
a)請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法で製造した酸化セリウム粉末;
b)分散剤;及び
c)水;とを含むことを特徴とする、CMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物。 - a)前記酸化セリウム粉末100重量部;
b)前記分散剤0.0001乃至10.0重量部;及び
c)前記水90乃至99重量部;とを含むことを特徴とする、請求項17に記載のCMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物。 - 前記分散剤が、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレングリコール(EG)、グリセリン、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、及びポリアクリル酸マレイン酸、非イオン性分散剤、及びアニオン性分散剤からなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする、請求項17に記載のCMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物。
- CMP用スラリーの製造方法において、
a)請求項17に記載のCMPスラリー用酸化セリウム分散液組成物をpH滴定する段階;及び
b)前記pH滴定された酸化セリウム分散液組成物を分散安定化させる段階;とを含むことを特徴とするCMPスラリーの製造方法。 - 前記a)段階のpH滴定において、1N KOHまたは1N HNO3を加えてpH6乃至8にpHを調節することを特徴とする、請求項20に記載のCMPスラリーの製造方法。
- 請求項20に記載のCMP用スラリーが半導体素子に適用されることを特徴とする半導体素子の平坦化方法。
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