JP2010087457A - Cmp abrasive powder and polishing method using the same - Google Patents

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陽介 星
Munehiro Ota
宗宏 太田
Hidekazu Sato
英一 佐藤
Daisuke Ryuzaki
大介 龍崎
Masato Fukazawa
正人 深沢
Shigeru Nobe
茂 野部
Kazuhiro Enomoto
和宏 榎本
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    • C09K3/1463Aqueous liquid suspensions

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide CMP abrasive powder wherein a polishing speed and flatness of a polished film after polishing can be made sufficiently excellent with respect to CMP technique, and a polishing method in which the polished film is polished at a sufficiently excellent polishing speed using such CMP abrasive powder to make the flatness of the polished film after the polishing sufficiently excellent. <P>SOLUTION: Disclosed is the CMP abrasive powder containing cerium oxide grains, an additive, and water, wherein the zeta potential of the cerium oxide grains in the CMP abrasive powder is ≥+10 mV, and the additive contains a copolymer of vinylpyridine and an anionic monomer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、CMP研磨剤及びこれを用いた研磨方法に関する。   The present invention relates to a CMP abrasive and a polishing method using the same.

CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)技術は、半導体素子の製造工程において、シャロートレンチ分離の形成、プリメタル絶縁膜や層間絶縁膜の平坦化、プラグ及び埋め込み金属配線の形成などに必須の技術となっている。   The CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique is a technique essential for forming shallow trench isolation, planarizing a premetal insulating film or an interlayer insulating film, forming a plug and a buried metal wiring, etc. in a semiconductor device manufacturing process. It has become.

このようなCMP技術に用いられるCMP研磨剤としては、フュームドシリカ系のCMP研磨剤が知られている。また、研磨速度が改善されたCMP研磨剤として、酸化セリウムを用いたCMP研磨剤が開示されている(特許文献1参照)。さらに、研磨速度を制御し、研磨後の被研磨膜の平坦性を向上させるために、上記酸化セリウムを用いた研磨剤に添加剤を加える技術が開示されている(特許文献2参照)。
特開平10−106994号公報 特開平08−22970号公報
As a CMP abrasive used in such a CMP technique, a fumed silica-based CMP abrasive is known. Further, a CMP abrasive using cerium oxide is disclosed as a CMP abrasive having improved polishing rate (see Patent Document 1). Furthermore, in order to control the polishing rate and improve the flatness of the polished film after polishing, a technique of adding an additive to the polishing agent using cerium oxide has been disclosed (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-106994 Japanese Patent Laid-Open No. 08-22970

しかしながら、従来の酸化セリウムを用いたCMP研磨剤によっては、研磨時に研磨傷が発生することにより、研磨後の被研磨膜の平坦性が十分に得られない場合があった。これに対し、酸化セリウム粒子の平均粒径を小さくすることにより上記平坦性を向上させる試みもなされているが、その場合、平坦性は向上するものの研磨速度が低下するという問題があった。   However, depending on the conventional CMP abrasive using cerium oxide, polishing scratches may occur during polishing, and the flatness of the film to be polished after polishing may not be sufficiently obtained. On the other hand, attempts have been made to improve the flatness by reducing the average particle diameter of the cerium oxide particles. However, in this case, although the flatness is improved, there is a problem that the polishing rate is lowered.

そこで、本発明は、CMP技術において、研磨速度及び研磨後の被研磨膜の平坦性のいずれをも十分に良好とすることが可能なCMP研磨剤を提供することを目的とする。また、そのようなCMP研磨剤を用いて、十分に良好な研磨速度で被研磨膜を研磨し、研磨後の被研磨膜の平坦性を十分に良好なものとすることが可能なCMP研磨方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a CMP polishing agent capable of sufficiently improving both the polishing rate and the flatness of a polished film after polishing in the CMP technique. Further, a CMP polishing method capable of polishing a film to be polished at a sufficiently good polishing rate using such a CMP polishing agent, and making the flatness of the film to be polished after polishing sufficiently good The purpose is to provide.

本発明は、酸化セリウム粒子、添加剤及び水を含有するCMP研磨剤であって、酸化セリウム粒子のCMP研磨剤中でのゼータ電位が+10mV以上であり、添加剤が、ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体を含む、CMP研磨剤である。本発明のCMP研磨剤は、このような構成を備えることにより、CMP技術において、研磨速度及び研磨後の被研磨膜の平坦性のいずれをも十分に良好とすることができる。   The present invention is a CMP abrasive containing cerium oxide particles, an additive and water, wherein the zeta potential of the cerium oxide particles in the CMP abrasive is +10 mV or more, and the additive is vinyl pyridine and an anionic monolith. It is a CMP abrasive | polishing agent containing the copolymer with a monomer. By providing such a configuration, the CMP polishing slurry of the present invention can sufficiently improve both the polishing rate and the flatness of the film to be polished after polishing in the CMP technique.

酸化セリウム粒子の平均粒径は1nm以上400nm以下であることが好ましい。上記平均粒径が1nm以上であると、研磨速度が向上する傾向があり、400nm以下であると、研磨時に研磨傷が発生しにくくなり、研磨後の被研磨膜の良好な平坦性が得られやすくなる傾向がある。   The average particle diameter of the cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 400 nm or less. When the average particle size is 1 nm or more, the polishing rate tends to be improved. When the average particle size is 400 nm or less, polishing scratches are less likely to occur during polishing, and good flatness of the film to be polished after polishing is obtained. It tends to be easier.

CMP研磨剤のpHは、CMP研磨剤の保存安定性及び研磨速度の観点から、3.0以上7.0以下であることが好ましい。   The pH of the CMP abrasive is preferably 3.0 or more and 7.0 or less from the viewpoint of storage stability and polishing rate of the CMP abrasive.

酸化セリウム粒子の含有量は、CMP研磨剤100質量部に対して、0.05質量部以上5質量部以下であることが好ましい。上記含有量が0.05質量部以上であると、研磨速度が向上する傾向があり、5質量部以下であると、砥粒が凝集しにくくなる傾向がある。   The content of the cerium oxide particles is preferably 0.05 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the CMP abrasive. When the content is 0.05 parts by mass or more, the polishing rate tends to be improved, and when the content is 5 parts by mass or less, the abrasive grains tend to hardly aggregate.

アニオン性単量体は、研磨速度が良好となることから、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸及びイタコン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   The anionic monomer is preferably at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and itaconic acid because the polishing rate is good.

上記共重合体の含有量は、研磨速度が良好となることから、CMP研磨剤100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましい。   The content of the copolymer is preferably 0.001 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the CMP abrasive because the polishing rate becomes good.

また、本発明は、研磨布と基板上に形成された被研磨膜との間に上記CMP研磨剤を供給しながら被研磨膜を研磨する、CMP研磨方法である。本発明の方法によれば、十分に良好な研磨速度で被研磨膜を研磨し、研磨後の被研磨膜の平坦性を十分に良好なものとすることができる。   Further, the present invention is a CMP polishing method for polishing a film to be polished while supplying the CMP abrasive between the polishing cloth and the film to be polished formed on the substrate. According to the method of the present invention, the film to be polished can be polished at a sufficiently good polishing rate, and the flatness of the film to be polished after polishing can be made sufficiently good.

本発明によれば、CMP技術において、研磨速度及び研磨後の被研磨膜の平坦性のいずれをも十分に良好とすることが可能なCMP研磨剤を提供することができる。また、そのようなCMP研磨剤を用いて、十分に良好な研磨速度で被研磨膜を研磨し、研磨後の被研磨膜の平坦性を十分に良好なものとすることが可能なCMP研磨方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a CMP polishing agent capable of sufficiently improving both the polishing rate and the flatness of a polished film after polishing in the CMP technique. Further, a CMP polishing method capable of polishing a film to be polished at a sufficiently good polishing rate using such a CMP polishing agent, and making the flatness of the film to be polished after polishing sufficiently good Can be provided.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

本実施形態に係るCMP研磨剤は、酸化セリウム粒子、添加剤及び水を含有する。   The CMP abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment contains a cerium oxide particle, an additive, and water.

(酸化セリウム粒子)
本実施形態に係るCMP研磨剤は、研磨粒子(砥粒)として、酸化セリウムの粒子を用いる。酸化セリウムとしては、特に制限はなく、一般に市場において入手可能なものを使用することができる。例えば、「NanoTek」(Nanophase Technologies社製、商品名)、「NanoPOP」(日立マクセル株式会社製、商品名)、Ferro Corporationより販売されているもの、Advanced Nano Products社より販売されているもの、Rhodia社より販売されているものを挙げることができる。
(Cerium oxide particles)
The CMP abrasive according to this embodiment uses cerium oxide particles as abrasive particles (abrasive grains). There is no restriction | limiting in particular as cerium oxide, Generally what can be obtained in a market can be used. For example, “NanoTek” (trade name, manufactured by Nanophase Technologies), “NanoPOP” (trade name, manufactured by Hitachi Maxell, Inc.), those sold by Ferro Corporation, those sold by Advanced Nano Products, Rhodia The ones sold by the company can be mentioned.

酸化セリウム粒子のCMP研磨剤中でのゼータ電位は、+10mV以上である。このゼータ電位が+10mV以上の正の電荷に帯電していることにより、CMP研磨剤の分散性及び研磨速度が良好となる。これらの特性をより向上させるためには、酸化セリウム粒子のCMP研磨剤中におけるゼータ電位は、+10〜+70mVの範囲内であることが好ましい。   The zeta potential of the cerium oxide particles in the CMP abrasive is +10 mV or more. When the zeta potential is charged to a positive charge of +10 mV or higher, the dispersibility and the polishing rate of the CMP abrasive are improved. In order to further improve these properties, the zeta potential of the cerium oxide particles in the CMP abrasive is preferably in the range of +10 to +70 mV.

ゼータ電位の測定は、例えば、「ゼータサイザー3000HS」(スペクトリス株式会社製、商品名)を用いて行うことができる。その場合、CMP研磨剤を水で希釈することにより、「ゼータサイザー3000HS」において推奨される散乱光量となるようにして、測定する。   The zeta potential can be measured using, for example, “Zeta Sizer 3000HS” (trade name, manufactured by Spectris Co., Ltd.). In this case, the CMP abrasive is diluted with water to measure the amount of scattered light recommended in “Zeta Sizer 3000HS”.

酸化セリウム粒子を、CMP研磨剤中において正の電荷に帯電させるための方法としては、例えば、CMP研磨剤のpHを8以下にする方法が挙げられる。さらに、CMP研磨剤中における酸化セリウム粒子のゼータ電位を上昇させる方法としては、研磨剤のpHを7以下にする方法や、両性界面活性剤又はカチオン性界面活性剤を添加する方法が挙げられる。   Examples of a method for charging the cerium oxide particles to a positive charge in the CMP abrasive include a method in which the pH of the CMP abrasive is 8 or less. Furthermore, examples of a method for increasing the zeta potential of cerium oxide particles in the CMP abrasive include a method of reducing the pH of the abrasive to 7 or less, and a method of adding an amphoteric surfactant or a cationic surfactant.

酸化セリウム粒子の平均粒径は、研磨速度及び研磨傷発生抑制の観点から、1nm以上400nm以下であることが好ましい。より良好な研磨速度が得られやすくなることから、上記平均粒径は2nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましい。一方、研磨傷の発生を抑制しやすくなる点で、上記平均粒径は300nm以下であることが好ましく、250nm以下であることがより好ましい。また、後述するように、CMP研磨剤が、砥粒を含むスラリーと添加液との2液以上に分けて保存・供給される場合には、砥粒を含むスラリーの状態で、上記の平均粒径を有していることが好ましい。   The average particle size of the cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 400 nm or less from the viewpoint of polishing rate and suppression of generation of polishing flaws. The average particle size is preferably 2 nm or more and more preferably 10 nm or more because a better polishing rate can be easily obtained. On the other hand, the average particle diameter is preferably 300 nm or less, and more preferably 250 nm or less, from the viewpoint of easily suppressing the occurrence of polishing flaws. In addition, as will be described later, when the CMP abrasive is stored and supplied in two or more liquids of a slurry containing abrasive grains and an additive liquid, the average grain size is in the state of slurry containing abrasive grains. It preferably has a diameter.

なお、本実施形態において、「酸化セリウム粒子の平均粒径」(以下「スラリー粒径」ともいう。)とは、レーザ回折式粒度分布計で測定したD50の値(体積分布のメジアン径、累積中央値)を意味する。具体的には、CMP研磨剤を100μL程度量り取り、砥粒濃度が0.005質量%前後(株式会社堀場製作所製レーザ回折式粒度分布計「LA−920」での測定時に透過率(H)が60〜70%になる濃度)となるように、イオン交換水で希釈し、得られた希釈液を「LA−920」の試料槽に投入して、D50として表示される値を読み取ることにより、スラリー粒径を測定することができる。   In this embodiment, the “average particle diameter of cerium oxide particles” (hereinafter also referred to as “slurry particle diameter”) is a value of D50 measured by a laser diffraction particle size distribution meter (median diameter of volume distribution, cumulative). Median). Specifically, about 100 μL of CMP abrasive is weighed and the abrasive concentration is about 0.005% by mass (transmittance (H) when measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.) By diluting with ion-exchanged water so that the concentration becomes 60-70%), and the obtained diluted solution is put into the sample tank of “LA-920” and the value displayed as D50 is read. The slurry particle size can be measured.

酸化セリウム粒子の含有量(濃度)は、研磨速度の低下及び砥粒の凝集を抑制できる点で、CMP研磨剤100質量部に対して、0.05質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.1質量部以上2質量部以下であることがより好ましい。酸化セリウム粒子の含有量が0.05質量部未満であると、十分に良好な研磨速度が得られにくくなる傾向があり、5質量部より大きいと、砥粒が凝集しやすくなる傾向がある。   The content (concentration) of the cerium oxide particles is 0.05 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the CMP abrasive in terms of suppressing a decrease in polishing rate and aggregation of abrasive grains. Preferably, it is 0.1 to 2 parts by mass. When the content of the cerium oxide particles is less than 0.05 parts by mass, a sufficiently good polishing rate tends to be difficult to obtain. When the content is more than 5 parts by mass, the abrasive grains tend to aggregate.

酸化セリウム粒子は、粒界に囲まれた2個以上の結晶子から構成され、結晶粒界を有する酸化セリウム粒子であることが好ましい。このような酸化セリウム粒子を用いることにより、研磨時の応力により上記結晶粒界が破壊され、新生面を生成しながら研磨されるので、高速の研磨が可能になる(再公表特許99/31195号パンフレット等参照)。また、後述するビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体は、このような結晶粒界を有する酸化セリウム粒子と併用することにより、特に優れた効果を奏する。   The cerium oxide particles are preferably composed of two or more crystallites surrounded by grain boundaries, and are preferably cerium oxide particles having crystal grain boundaries. By using such cerium oxide particles, the crystal grain boundaries are destroyed by the stress during polishing, and polishing is performed while generating a new surface, so that high-speed polishing is possible (Republished Patent No. 99/31195 pamphlet). Etc.). Further, the copolymer of vinyl pyridine and anionic monomer, which will be described later, exhibits particularly excellent effects when used in combination with cerium oxide particles having such crystal grain boundaries.

酸化セリウム粒子の結晶子径は、1nm以上300nm以下であることが好ましい。上記結晶子径が1nm未満であると、結晶ひずみが大きくなり、十分に良好な研磨速度が得られにくくなる傾向があり、300nmより大きいと、研磨時に研磨傷が発生しやすくなり、研磨後の被研磨膜の平坦性が得られにくくなる傾向がある。ここで、「酸化セリウム粒子の結晶子径」とは、酸化セリウム粒子が、粒界に囲まれた2個以上の結晶子から構成される場合には、その結晶子の径を意味し、そうでない場合には、酸化セリウム粒子の最小径(一次粒径)を意味する。   The crystallite diameter of the cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 300 nm or less. When the crystallite diameter is less than 1 nm, crystal strain increases, and it is difficult to obtain a sufficiently good polishing rate. When the crystallite diameter is more than 300 nm, polishing flaws are likely to occur during polishing. There is a tendency that the flatness of the film to be polished is difficult to obtain. Here, the “crystallite diameter of cerium oxide particles” means the diameter of the crystallite when the cerium oxide particles are composed of two or more crystallites surrounded by a grain boundary. If not, it means the minimum diameter (primary particle diameter) of the cerium oxide particles.

炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩等のセリウム化合物を、焼成又は過酸化水素等を用いる方法により酸化することによって、酸化セリウム粒子の粉末(酸化セリウム粒子粉末)が得られる。焼成により酸化する場合、焼成温度は350℃以上900℃以下が好ましい。   A cerium oxide powder (cerium oxide particle powder) is obtained by oxidizing a cerium compound such as carbonate, nitrate, sulfate, or oxalate by firing or a method using hydrogen peroxide or the like. When oxidizing by firing, the firing temperature is preferably 350 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

上記の方法により製造された酸化セリウム粒子粉末は、酸化セリウム粒子が凝集している状態であるため、機械的に粉砕することが好ましい。粉砕方法としては、ジェットミル(化学工業論文集、第6巻第5号(1980)第527〜532頁参照)等による乾式粉砕や、遊星ビーズミル等による湿式粉砕が好ましい。   Since the cerium oxide particle powder produced by the above method is in a state where the cerium oxide particles are aggregated, it is preferably mechanically pulverized. As the pulverization method, dry pulverization using a jet mill (see Chemical Industry Journal, Vol. 6 No. 5 (1980) pp. 527 to 532) or wet pulverization using a planetary bead mill is preferable.

また、酸化セリウム粒子粉末を作製する方法として、水熱合成法を用いることもできる。水熱合成法としては、例えば、水酸化セリウムなどの前駆体を、水中で100℃以上に加熱する方法が挙げられる。   Moreover, a hydrothermal synthesis method can also be used as a method for producing the cerium oxide particle powder. Examples of the hydrothermal synthesis method include a method of heating a precursor such as cerium hydroxide to 100 ° C. or higher in water.

酸化セリウム粒子粉末中のアルカリ金属及びハロゲン類の含有率は、半導体素子の製造に係る研磨に使用する観点から、10ppm以下に抑えることが好ましい。   The content of alkali metal and halogens in the cerium oxide particle powder is preferably suppressed to 10 ppm or less from the viewpoint of use in polishing for manufacturing a semiconductor element.

このような酸化セリウム粒子粉末を、主な分散媒である水中に分散させる方法としては、通常の撹拌機による分散処理を行う方法の他に、ホモジナイザ、超音波分散機、湿式ボールミル等を用いる方法もある。分散方法や粒径制御方法については、例えば、分散技術大全集(情報機構、2005年7月)に記述されている方法を用いることができる。   As a method of dispersing such cerium oxide particle powder in water as a main dispersion medium, a method using a homogenizer, an ultrasonic disperser, a wet ball mill or the like in addition to a method of performing a dispersion treatment with a normal stirrer There is also. As the dispersion method and the particle size control method, for example, the method described in the complete collection of dispersion technologies (Information Organization, July 2005) can be used.

(添加剤:ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体)
本実施形態におけるCMP研磨剤は、添加剤として、ビニルピリジンとアニオン性単量体成分との共重合体(コポリマ)を含有する。ここで、「アニオン性単量体」とは、水中において、特にpHが1〜7の水中において、負電荷となりうる原子を有する単量体を意味する。
(Additive: Copolymer of vinyl pyridine and anionic monomer)
The CMP abrasive | polishing agent in this embodiment contains the copolymer (copolymer) of vinylpyridine and an anionic monomer component as an additive. Here, the “anionic monomer” means a monomer having an atom that can be negatively charged in water, particularly in water having a pH of 1 to 7.

このようなアニオン性単量体としては、研磨速度の観点から、スルホン酸基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等を含む単量体が好ましく、なかでも、カルボキシル基を含む単量体が特に好ましい。カルボキシル基を含むアニオン性単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等が好ましく、なかでも、アクリル酸が最も好ましい。   As such an anionic monomer, a monomer containing a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a carboxyl group or the like is preferable from the viewpoint of polishing rate, and a monomer containing a carboxyl group is particularly preferable. As the anionic monomer containing a carboxyl group, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, itaconic acid, and the like are preferable, and acrylic acid is most preferable.

ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体は、種々の当業者公知の合成法により製造できる。例えば、ビニルピリジンとアニオン性単量体の炭素−炭素2重結合部分をラジカル重合させる方法により製造される。   Copolymers of vinylpyridine and anionic monomers can be produced by various synthetic methods known to those skilled in the art. For example, it is produced by a method in which vinylpyridine and a carbon-carbon double bond portion of an anionic monomer are radically polymerized.

ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体の重合体比としては、研磨速度を向上させる観点から、ビニルピリジンとアニオン性単量体の比(ビニルピリジン:アニオン性単量体)が、モノマーのモル比で、99:1〜1:99であることが好ましく、99:1〜30:70であることがより好ましく、80:20〜40:60であることがさらに好ましく、60:40〜40:60であることが最も好ましい。   As the polymer ratio of the copolymer of vinylpyridine and anionic monomer, from the viewpoint of improving the polishing rate, the ratio of vinylpyridine to anionic monomer (vinylpyridine: anionic monomer) is: The molar ratio of the monomers is preferably 99: 1 to 1:99, more preferably 99: 1 to 30:70, still more preferably 80:20 to 40:60, and 60:40 Most preferably, it is ˜40: 60.

ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体の使用量(含有量)としては、研磨速度の向上効果が得られやすい点で、CMP研磨剤100質量部に対して、0.001質量部以上が好ましく、0.001質量部以上0.1質量部以下がより好ましく、0.01質量部以上0.05質量部以下が最も好ましい。   The used amount (content) of the copolymer of vinylpyridine and anionic monomer is 0.001 part by mass with respect to 100 parts by mass of the CMP abrasive in that an effect of improving the polishing rate is easily obtained. The above is preferable, 0.001 to 0.1 parts by mass is more preferable, and 0.01 to 0.05 parts by mass is most preferable.

ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体の重量平均分子量としては、水に溶解可能であれば特に制限はないが、100以上が好ましく、300以上100万未満がより好ましく、1000以上10万未満が最も好ましい。上記分子量が100以上であると、研磨速度が均一になる傾向があり、100万未満であると、粘度が上昇しすぎることなく取り扱いやすくなる傾向がある。   The weight average molecular weight of the copolymer of vinylpyridine and anionic monomer is not particularly limited as long as it can be dissolved in water, but is preferably 100 or more, more preferably 300 or more and less than 1 million, and 1000 or more and 10 Most preferred is less than 10,000. When the molecular weight is 100 or more, the polishing rate tends to be uniform, and when it is less than 1 million, the viscosity tends to be easy to handle without excessively increasing.

上記共重合体の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。具体的には、例えば、示差屈折計(株式会社日立製作所製、商品名「L−3300」)を備えたHPLCポンプ(株式会社日立製作所製、商品名「L−7100」)にGPCカラム(昭和電工株式会社製、商品名「Shodex Asahipak GF−710HQ」)を接続し、「50mM NaHPO水溶液+アセトニトリル」(体積比90:10)を移動相として用い、ポリエチレングリコール換算値で求めることができる。 The weight average molecular weight of the copolymer can be measured using gel permeation chromatography (GPC). Specifically, for example, an HPLC pump (manufactured by Hitachi, Ltd., trade name “L-7100”) equipped with a differential refractometer (manufactured by Hitachi, Ltd., trade name “L-7100”) and a GPC column (Showa) It can be obtained as a polyethylene glycol equivalent value by connecting a product name “Shodex Asahipak GF-710HQ” manufactured by Denko Co., Ltd. and using “50 mM Na 2 HPO 4 aqueous solution + acetonitrile” (volume ratio 90:10) as a mobile phase. it can.

また、本実施形態において用いる添加剤は、ビニルピリジンとアニオン性単量体の他に、別の種類の単量体をも含む共重合体であっても良い。その場合、別の種類の単量体としては、水溶性のものであれば特に制限はないが、カチオン性単量体やノニオン性単量体を用いることができる。   Further, the additive used in the present embodiment may be a copolymer containing another kind of monomer in addition to vinylpyridine and an anionic monomer. In this case, the other type of monomer is not particularly limited as long as it is water-soluble, but a cationic monomer or a nonionic monomer can be used.

共重合体に含まれるカチオン性単量体としては、例えば、ビニルアミン、アリルアミンや、下記一般式(1)〜(4)で表される単量体が挙げられる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。   Examples of the cationic monomer contained in the copolymer include vinylamine, allylamine, and monomers represented by the following general formulas (1) to (4). These can be used alone or in combination of two or more.

Figure 2010087457
Figure 2010087457

上記一般式(1)〜(4)において、R〜Rは、それぞれ独立に、水素又は一価の有機基を表し、Xは、二価の有機基を表す。上記一価の有機基としては、特に制限はないが、例えば、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、クロル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、シアノ基を挙げることができ、これらの有機基は、置換基を有していてもよい。中でも、入手性や水への溶解性の観点から、R〜Rは、水素又は炭素数1〜6のアルキル基であることが好ましく、水素又はメチル基であることがより好ましい。 In the general formulas (1) to (4), R 1 to R 5 each independently represent hydrogen or a monovalent organic group, and X represents a divalent organic group. The monovalent organic group is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, a benzyl group, a chloro group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, and a cyano group. These organic groups may have a substituent. Among these, from the viewpoints of availability and solubility in water, R 1 to R 5 are preferably hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably hydrogen or a methyl group.

上記一般式(1)〜(4)において、Xで表される二価の有機基としては、特に制限はないが、例えば、炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基を挙げることができ、これらの有機基は、置換基を有していてもよい。中でも、入手性や水への溶解性の観点から、Xは炭素数1〜3のアルキレン基であることが好ましい。   In the general formulas (1) to (4), the divalent organic group represented by X is not particularly limited, and examples thereof include an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms and a phenylene group. These organic groups may have a substituent. Among these, from the viewpoint of availability and solubility in water, X is preferably an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms.

共重合体に含まれるノニオン性単量体としては、例えば、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタム、ビニルメチルエーテル、ビニルメチルオキサゾリジノン、ビニルホルマール、ビニルアセタール、ビニルイソブチルエーテル、アクリルアミド、メタアクリルアミドや、下記一般式(5)〜(9)で表される単量体を挙げることができる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。   Examples of the nonionic monomer contained in the copolymer include vinyl alcohol, vinyl acetate, acrylic ester, methacrylic ester, acrylonitrile, vinyl pyrrolidone, vinyl caprolactam, vinyl methyl ether, vinyl methyl oxazolidinone, vinyl formal, vinyl Examples include acetal, vinyl isobutyl ether, acrylamide, methacrylamide, and monomers represented by the following general formulas (5) to (9). These can be used alone or in combination of two or more.

Figure 2010087457
Figure 2010087457

上記一般式(5)〜(9)において、R〜Rは、それぞれ独立に、水素又は一価の有機基をあらわし、xは0以上の整数を表す。上記一価の有機基としては、特に制限はないが、例えば、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、クロル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、シアノ基を挙げることができ、これらの有機基は置換基を有していてもよい。中でも、入手性や水への溶解性の観点から、R〜Rは水素又は炭素数1〜6のアルキル基であることが好ましく、水素又はメチル基であることがより好ましい。 In the general formulas (5) to (9), R 1 to R 3 each independently represent hydrogen or a monovalent organic group, and x represents an integer of 0 or more. The monovalent organic group is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, a benzyl group, a chloro group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, and a cyano group. These organic groups may have a substituent. Among these, from the viewpoint of availability and solubility in water, R 1 to R 3 are preferably hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably hydrogen or a methyl group.

上記一般式(5)〜(9)において、xは0以上の整数であり特に制限はないが、研磨速度の観点から、0〜100であることが好ましく、0〜10がより好ましく、1が最も好ましい。   In the general formulas (5) to (9), x is an integer of 0 or more and is not particularly limited, but is preferably 0 to 100, more preferably 0 to 10, more preferably 1 from the viewpoint of polishing rate. Most preferred.

(ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体と併用する添加剤)
本実施形態に係るCMP研磨剤は、酸化セリウム粒子の分散性、研磨特性、保存安定性等を調整する目的で、上記ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体の他に、さらに別の添加剤を含んでいてもよい。このような添加剤としては、従来公知のものを、上記アニオン性単量体を含む共重合体の効果を損なわない範囲で含むことができる。例えば、このような添加剤として、pHを安定化させる効果を得るためのカルボン酸類やアミノ酸類、研磨特性調整の効果を得るための界面活性剤等を挙げることができる。
(Additive used in combination with a copolymer of vinylpyridine and anionic monomer)
The CMP abrasive according to the present embodiment is further separated in addition to the copolymer of vinyl pyridine and anionic monomer for the purpose of adjusting the dispersibility, polishing characteristics, storage stability, etc. of the cerium oxide particles. The additive may be included. As such an additive, a conventionally well-known thing can be included in the range which does not impair the effect of the copolymer containing the said anionic monomer. Examples of such additives include carboxylic acids and amino acids for obtaining the effect of stabilizing the pH, and surfactants for obtaining the effect of adjusting the polishing characteristics.

上記カルボン酸類としては、水への溶解性を有していれば特に制限はないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、乳酸等が挙げられる。   The carboxylic acids are not particularly limited as long as they have solubility in water, and examples thereof include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, and lactic acid.

上記アミノ酸類としては、水への溶解性を有していれば特に制限はないが、例えば、アルギニン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、ヒスチジン、プロリン、チロシン、トリプトファン、セリン、トレオニン、グリシン、アラニン、β−アラニン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、イソロイシンが挙げられ、中でもアラニン、β−アラニン、トリプトファン等が研磨速度の点で好ましい。   The amino acids are not particularly limited as long as they have solubility in water.For example, arginine, lysine, aspartic acid, glutamic acid, asparagine, glutamine, histidine, proline, tyrosine, tryptophan, serine, threonine, Examples include glycine, alanine, β-alanine, methionine, cysteine, phenylalanine, leucine, valine, and isoleucine. Among them, alanine, β-alanine, tryptophan, and the like are preferable in terms of polishing rate.

上記界面活性剤としては、水への溶解性を有していれば特に制限はないが、例えば、両性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤等が挙げられ、分散性、研磨速度の観点から両性界面活性剤が特に好ましい。   The surfactant is not particularly limited as long as it has solubility in water. For example, amphoteric surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants An amphoteric surfactant is particularly preferable from the viewpoints of dispersibility and polishing rate.

両性界面活性剤としては、例えば、ベタイン、β−アラニンベタイン、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられ、中でもベタイン、β−アラニンベタイン等が分散性の点で好ましい。   Examples of amphoteric surfactants include betaine, β-alanine betaine, lauryl betaine, stearyl betaine, lauryl dimethylamine oxide, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, among others. Betaine, β-alanine betaine, and the like are preferable from the viewpoint of dispersibility.

陰イオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、特殊ポリカルボン酸型高分子分散剤等が挙げられる。   Examples of the anionic surfactant include lauryl sulfate triethanolamine, ammonium lauryl sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, and a special polycarboxylic acid type polymer dispersant.

非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。   Nonionic surfactants include, for example, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene higher alcohol ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene Oxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, polyoxyethylene derivatives, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, poly Oxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, tetraoleic acid polio Siethylene sorbit, polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, 2-hydroxyethyl methacrylate, alkylalkanolamide Etc.

陽イオン性界面活性剤としては、例えば、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられる。   Examples of the cationic surfactant include coconut amine acetate and stearylamine acetate.

これらの添加剤の添加量は、CMP研磨剤100質量部に対して、添加剤の総量が0.01質量部以上10質量部以下となる量とすることが好ましい。添加剤の添加量を10質量部以下とすると、砥粒が沈降しにくくなる傾向がある。   The amount of these additives is preferably such that the total amount of additives is 0.01 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the CMP abrasive. When the additive amount is 10 parts by mass or less, the abrasive grains tend not to settle.

また、本実施形態に係るCMP研磨剤は、研磨特性調整の目的で、水溶性高分子を含んでいてもよい。水溶性高分子としては、水への溶解性を有していれば特に制限はなく、例えば、アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン、プルラン等の多糖類;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩、ポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクロレイン等のビニル系ポリマ;ポリエチレングリコール等が挙げられ、中でもポリエチレングリコールが、研磨特性の点で好ましい。   Further, the CMP abrasive according to this embodiment may contain a water-soluble polymer for the purpose of adjusting polishing characteristics. The water-soluble polymer is not particularly limited as long as it has solubility in water. For example, polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan, and pullulan; polyaspartic acid, polyglutamic acid , Polylysine, polymalic acid, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt, polyglyoxylic acid and other polycarboxylic acids and salts thereof; polyvinyl Examples include vinyl polymers such as alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and polyacrolein; polyethylene glycol and the like. Among these, polyethylene glycol is preferable in terms of polishing characteristics.

これら水溶性高分子の重量平均分子量としては、研磨特性の調整を行う点で、500以上500万未満が好ましく、1000以上20万未満がより好ましい。分子量が500以上であると、研磨特性調整効果が大きくなる傾向があり、500万未満であると、取扱いやすくなる傾向がある。   The weight average molecular weight of these water-soluble polymers is preferably 500 or more and less than 5 million, and more preferably 1000 or more and less than 200,000 in terms of adjusting polishing characteristics. When the molecular weight is 500 or more, the polishing property adjusting effect tends to increase, and when it is less than 5 million, it tends to be easy to handle.

上記水溶性高分子の配合量は、CMP研磨剤100質量部に対して、0.01質量部以上5質量部以下とすることが好ましい。上記配合量を5質量部以下とすると、砥粒が沈降しにくくなる傾向がある。   The blending amount of the water-soluble polymer is preferably 0.01 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the CMP abrasive. If the blending amount is 5 parts by mass or less, the abrasive tends to be difficult to settle.

(pH)
本実施形態に係るCMP研磨剤のpHとしては、特に制限はないが、研磨剤の保存安定性を維持し、良好な研磨速度を得るために、3.0以上7.0以下とすることが好ましい。
(PH)
Although there is no restriction | limiting in particular as pH of CMP abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment, In order to maintain the storage stability of abrasive | polishing agent and to obtain a favorable grinding | polishing rate, it may be 3.0 or more and 7.0 or less. preferable.

pHの調整は、酸成分又はアンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ成分の添加によって調整可能である。また、pHを安定化させるために、緩衝液を添加してもよい。このような緩衝液としては、例えば、酢酸塩緩衝液、フタル酸塩緩衝液等が挙げられる。   The pH can be adjusted by adding an acid component or an alkali component such as ammonia, sodium hydroxide, or tetramethylammonium hydroxide (TMAH). A buffer solution may be added to stabilize the pH. Examples of such a buffer include acetate buffer and phthalate buffer.

上記pHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製「Model pH81」)で測定することができる。具体的には、フタル酸塩pH緩衝液(pH4.01)と中性りん酸塩pH緩衝液(pH6.86)を標準緩衝液として用いてpHメータを2点校正した後、pHメータの電極をCMP研磨剤に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定する。このとき、標準緩衝液とCMP研磨剤の液温は共に25℃として測定する。   The pH can be measured with a pH meter (for example, “Model pH81” manufactured by Yokogawa Electric Corporation). Specifically, after calibrating the pH meter at two points using a phthalate pH buffer solution (pH 4.01) and a neutral phosphate pH buffer solution (pH 6.86) as a standard buffer solution, the pH meter electrode Is measured in a CMP abrasive and the value after 2 minutes has passed and stabilized. At this time, both the standard buffer solution and the CMP abrasive solution are measured at 25 ° C.

(研磨剤の保存方法)
本実施形態に係るCMP研磨剤は、酸化セリウム粒子及び水を含む酸化セリウムスラリと、添加剤及び水を含む添加液とを分けた、二液式のCMP研磨剤として保存しても、酸化セリウム粒子、添加剤及び水を含む一液式CMP研磨剤として保存してもよい。
(Abrasive storage method)
The CMP abrasive according to this embodiment may be stored as a two-component CMP abrasive in which a cerium oxide slurry containing cerium oxide particles and water and an additive containing water and an additive are separated. You may preserve | save as a one-component CMP abrasive | polishing agent containing particle | grains, an additive, and water.

いずれの場合においても、水の含有量を減じた濃縮酸化セリウムスラリ、濃縮添加液又は濃縮研磨剤として保存し、研磨時に水で希釈して用いてもよい。酸化セリウムスラリと添加液とを分けた二液式研磨剤として保存する場合、これら二液の配合を任意に変えることにより研磨速度の調整が可能となる。   In either case, it may be stored as a concentrated cerium oxide slurry with a reduced water content, a concentrated additive solution or a concentrated abrasive and diluted with water during polishing. When the cerium oxide slurry and the additive solution are stored as separate two-component abrasives, the polishing rate can be adjusted by arbitrarily changing the combination of these two components.

二液式研磨剤で研磨する場合、研磨定盤上への研磨剤の供給方法としては、例えば、酸化セリウムスラリと添加液とを別々の配管で送液し、これらの配管を合流、混合させて供給する方法がある。その他、濃縮酸化セリウムスラリ、濃縮添加液及び水を別々の配管で送液し、これらを合流、混合させて供給する方法や、予め酸化セリウムスラリ及び添加液を混合しておき供給する方法や、予め濃縮酸化セリウムスラリ、濃縮添加液及び水を混合しておき供給する方法などを用いることができる。   When polishing with a two-pack type abrasive, the method of supplying the abrasive onto the polishing surface plate is, for example, by feeding the cerium oxide slurry and the additive liquid through separate pipes, and joining and mixing these pipes. There is a way to supply. In addition, concentrated cerium oxide slurry, concentrated additive solution and water are sent through separate pipes, and these are joined, mixed and supplied, or pre-mixed and supplied with cerium oxide slurry and additive solution, A method of mixing and supplying a concentrated cerium oxide slurry, a concentrated additive solution and water in advance can be used.

酸化セリウム粒子、添加剤及び水を含む一液式CMP研磨剤を用いる場合、研磨定盤上への研磨剤の供給方法としては、研磨剤を直接送液して供給する方法や、濃縮研磨剤と水を別々の配管で送液し、これらを合流、混合させて供給する方法や、予め濃縮研磨剤及び水を混合しておき供給する方法などを用いることができる。   When using a one-component CMP abrasive containing cerium oxide particles, additives, and water, as a method of supplying the abrasive onto the polishing surface plate, a method of supplying the abrasive directly by feeding, or a concentrated abrasive And a method of feeding them through separate pipes, and combining and mixing them, or a method of mixing and supplying a concentrated abrasive and water in advance, and the like.

(研磨方法)
本実施形態に係るCMP研磨剤を用いて被研磨膜を研磨するCMP研磨方法としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、被研磨膜を有する基板を、研磨布が貼り付けられた研磨定盤に対して、被研磨膜と研磨布とが接するように押し付け、被研磨膜と研磨布との間に本実施形態に係るCMP研磨剤を供給しながら、基板及び/又は研磨定盤を動かすことにより被研磨膜を研磨する方法などがある。
(Polishing method)
As a CMP polishing method for polishing a film to be polished using the CMP abrasive according to this embodiment, a conventionally known method can be used. For example, the substrate having a film to be polished is pressed against a polishing surface plate to which a polishing cloth is attached so that the film to be polished and the polishing cloth are in contact with each other, and this embodiment is interposed between the film to be polished and the polishing cloth. There is a method of polishing a film to be polished by moving a substrate and / or a polishing surface plate while supplying the CMP abrasive according to the above.

被研磨膜を有する基板としては、半導体素子製造に係る基板、例えば、シャロートレンチ分離パターン、ゲートパターン、配線パターン等が形成された半導体基板上に被研磨膜が形成された基板が挙げられる。これらのパターンの上に形成された被研磨膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜等の絶縁膜が挙げられる。   Examples of the substrate having a film to be polished include a substrate for manufacturing a semiconductor element, for example, a substrate having a film to be polished formed on a semiconductor substrate on which a shallow trench isolation pattern, a gate pattern, a wiring pattern, and the like are formed. Examples of the film to be polished formed on these patterns include insulating films such as a silicon oxide film and a silicon nitride film.

このような半導体基板上に形成された酸化珪素膜や窒化珪素膜を、上記CMP研磨剤で研磨することによって、酸化珪素膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができる。   By polishing the silicon oxide film or silicon nitride film formed on such a semiconductor substrate with the above-described CMP abrasive, the unevenness on the surface of the silicon oxide film layer is eliminated and the entire surface of the semiconductor substrate is made smooth. Can do.

以下、絶縁膜が形成された半導体基板の場合を例に挙げて研磨方法を説明する。本実施形態のCMP研磨剤を使用する研磨方法において、研磨装置としては、半導体基板等の被研磨膜を有する基板を保持可能な基板ホルダーと、研磨布(研磨パッド)を貼り付け可能な研磨定盤とを備えた一般的な研磨装置を用いることができる。基板ホルダーと研磨定盤とには、それぞれに回転数が変更可能なモータ等が取り付けてある。例えば、株式会社荏原製作所製研磨装置:型番「EPO−111」が使用できる。   Hereinafter, the polishing method will be described by taking the case of a semiconductor substrate on which an insulating film is formed as an example. In the polishing method using the CMP abrasive of this embodiment, the polishing apparatus includes a substrate holder capable of holding a substrate having a film to be polished such as a semiconductor substrate, and a polishing constant capable of attaching a polishing cloth (polishing pad). A general polishing apparatus provided with a board can be used. The substrate holder and the polishing surface plate are each attached with a motor or the like whose rotational speed can be changed. For example, polishing apparatus manufactured by Ebara Corporation: model number “EPO-111” can be used.

研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等が使用でき、特に制限がない。また、研磨布には、研磨時にCMP研磨剤がたまるような溝加工を施すことが、本実施形態に係るCMP研磨剤の特性を活かす点で好ましい。   As an abrasive cloth, a general nonwoven fabric, a polyurethane foam, a porous fluororesin, etc. can be used, and there is no restriction | limiting in particular. In addition, it is preferable that the polishing cloth is subjected to groove processing so that the CMP abrasive is accumulated at the time of polishing in view of the characteristics of the CMP abrasive according to the present embodiment.

研磨条件に制限はないが、研磨定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さないように、200回転/分以下とすることが好ましく、半導体基板にかける圧力(加工荷重)は、研磨傷が発生しないように100kPa以下とすることが好ましい。研磨している間、研磨布にはCMP研磨剤をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常にCMP研磨剤で覆われていることが好ましい。   There is no limitation on the polishing conditions, but the rotation speed of the polishing surface plate is preferably 200 rotations / minute or less so that the semiconductor substrate does not pop out, and the pressure applied to the semiconductor substrate (processing load) It is preferable to set it as 100 kPa or less so that it may not occur. During polishing, a CMP abrasive is continuously supplied to the polishing cloth with a pump or the like. The supply amount is not limited, but it is preferable that the surface of the polishing pad is always covered with a CMP abrasive.

研磨終了後は、半導体基板を流水中で良く洗浄して、基板に付着した粒子を除去することが好ましい。洗浄には、純水以外に、希フッ酸やアンモニア水を併用してもよく、洗浄効率を高めるためにブラシを併用してもよい。また、洗浄後は、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。   After polishing, it is preferable to clean the semiconductor substrate thoroughly under running water to remove particles adhering to the substrate. For cleaning, dilute hydrofluoric acid or ammonia water may be used in combination with pure water, and a brush may be used in combination to increase cleaning efficiency. Moreover, after washing, it is preferable to dry after removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like.

被研磨膜(絶縁膜)の作製方法としては、低圧CVD法、準常圧CVD法、プラズマCVD法等に代表されるCVD法や、回転する基板に液体原料を塗布する回転塗布法等が挙げられる。   Examples of a method for manufacturing a film to be polished (insulating film) include a CVD method typified by a low pressure CVD method, a quasi-atmospheric pressure CVD method, a plasma CVD method, and a spin coating method in which a liquid material is applied to a rotating substrate. It is done.

低圧CVD法により酸化珪素膜を作製する場合、例えば、モノシラン(SiH)と酸素(O)を熱反応させることにより酸化珪素膜が得られる。低圧CVD法により窒化珪素膜を作成する場合、例えば、ジクロルシラン(SiHCl)とアンモニア(NH)を熱反応させることにより窒化珪素膜が得られる。 When a silicon oxide film is formed by a low pressure CVD method, for example, a silicon oxide film can be obtained by thermally reacting monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ). When a silicon nitride film is formed by a low pressure CVD method, for example, a silicon nitride film can be obtained by thermally reacting dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ).

準常圧CVD法による酸化珪素膜を作製する場合、例えば、テトラエトキシシラン(Si(OC)とオゾン(O)とを熱反応させることにより酸化珪素膜が得られる。プラズマCVD法により酸化珪素膜を作製する場合、例えば、モノシランと二酸化窒素(NO)をプラズマ反応させることにより酸化珪素膜が得られる。その他、テトラエトキシシランと酸素とをプラズマ反応させても、同様に酸化珪素膜が得られる。 In the case of producing a silicon oxide film by the quasi-atmospheric pressure CVD method, for example, a silicon oxide film can be obtained by thermally reacting tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and ozone (O 3 ). When a silicon oxide film is formed by a plasma CVD method, for example, a silicon oxide film can be obtained by causing a plasma reaction between monosilane and nitrogen dioxide (N 2 O). In addition, a silicon oxide film can be obtained in the same manner by causing a plasma reaction between tetraethoxysilane and oxygen.

プラズマCVD法により窒化珪素膜を作製する場合、例えばモノシラン、アンモニア及び窒素(N)をプラズマ反応させることにより窒化珪素膜が得られる。回転塗布法によりを作製する場合、例えば無機ポリシラザンや無機シロキサン等を含む液体原料を基板上に塗布し、炉体等で熱硬化反応させることにより、酸化珪素膜が得られる。 In the case of forming a silicon nitride film by a plasma CVD method, for example, a silicon nitride film can be obtained by causing a plasma reaction of monosilane, ammonia, and nitrogen (N 2 ). In the case of producing by a spin coating method, for example, a liquid raw material containing inorganic polysilazane, inorganic siloxane, or the like is applied onto a substrate and subjected to a thermosetting reaction in a furnace body or the like to obtain a silicon oxide film.

以上のような方法で得られた酸化珪素膜や窒素珪素膜等の絶縁膜の膜質を安定化させるために、必要に応じて200〜1000℃の温度で熱処理を施してもよい。また、以上のような方法で得られた酸化珪素膜には、埋込み性を高めるために微量のホウ素(B)、リン(P)、炭素(C)等が含まれていてもよい。   In order to stabilize the film quality of an insulating film such as a silicon oxide film or a nitrogen silicon film obtained by the above method, heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 1000 ° C. as necessary. In addition, the silicon oxide film obtained by the above method may contain a small amount of boron (B), phosphorus (P), carbon (C), or the like in order to improve the embedding property.

本実施形態に係るCMP研磨剤及び研磨方法は、酸化珪素膜や窒素珪素膜のような絶縁膜以外の膜にも適用できる。例えば、Hf系、Ti系、Ta系酸化物等の高誘電率膜;シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、有機半導体等の半導体膜;GeSbTeなどの相変化膜;ITOなどの無機導電膜;ポリイミド系、ポリベンゾオキサゾール系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のポリマ樹脂膜等にも、上記研磨剤及び研磨方法を適用することができる。   The CMP abrasive | polishing agent and polishing method which concern on this embodiment are applicable also to films other than insulating films, such as a silicon oxide film and a nitrogen silicon film. For example, high dielectric constant films such as Hf, Ti, and Ta oxides; semiconductor films such as silicon, amorphous silicon, polysilicon, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, and organic semiconductors; phases such as GeSbTe The above polishing agent and polishing method can be applied to a change film; an inorganic conductive film such as ITO; a polymer resin film such as polyimide, polybenzoxazole, acrylic, epoxy, and phenol.

また、上記CMP研磨剤及び研磨方法は、膜状の材料だけでなく、ガラス、シリコン、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、サファイヤ、プラスチック等の各種基板材料にも適用できる。   The CMP abrasive and the polishing method can be applied not only to film-like materials but also to various substrate materials such as glass, silicon, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, sapphire, and plastic.

さらに、上記CMP研磨剤及び研磨方法は、半導体素子の製造だけでなく、TFT、有機EL等の画像表示装置;フォトマスク、レンズ、プリズム、光ファイバー、単結晶シンチレータ等の光学部品;光スイッチング素子、光導波路等の光学素子;固体レーザ、青色レーザLED等の発光素子;磁気ディスク、磁気ヘッド等の磁気記憶装置の製造においても用いることができる。   Further, the CMP polishing agent and polishing method are not limited to the manufacture of semiconductor elements, but include image display devices such as TFTs and organic ELs; optical parts such as photomasks, lenses, prisms, optical fibers, and single crystal scintillators; optical switching elements, It can also be used in the production of optical elements such as optical waveguides; light emitting elements such as solid lasers and blue laser LEDs; and magnetic storage devices such as magnetic disks and magnetic heads.

以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(添加剤A)
丸底フラスコに、2−ビニルピリジン5.26g(50mmol)及びメタノール20mLを入れ、窒素ガスを導入した。次いで、丸底フラスコを70℃の水浴中に入れ、フラスコ内の溶液を加温及び撹拌しながら、アゾビスイソブチロニトリル328mg及びメタノール20mLの混合物と、アクリル酸3.62g(50mmol)及びメタノール20mLの混合物とを加え、反応溶液を調製した。得られた反応溶液を、3.5時間加温及び撹拌した後、室温(25℃)まで冷却し、ジエチルエーテル300mLに加えて、2−ビニルピリジンとアクリル酸との共重合体を析出させた。この共重合体を再沈殿により更に精製し、淡黄色粉末1.5gを得た。得られた淡黄色粉末は、2−ビニルピリジンとアクリル酸とのモル比(以下、「2−ビニルピリジン:アクリル酸」と記す。)が50:50である共重合体(以下、「添加剤A」という。)である。得られた添加剤Aの重量平均分子量をGPCで測定したところ、1400であった。
(Additive A)
In a round bottom flask, 5.26 g (50 mmol) of 2-vinylpyridine and 20 mL of methanol were placed, and nitrogen gas was introduced. Next, the round bottom flask was placed in a 70 ° C. water bath, and while the solution in the flask was heated and stirred, a mixture of 328 mg of azobisisobutyronitrile and 20 mL of methanol, 3.62 g (50 mmol) of acrylic acid and methanol were mixed. 20 mL of the mixture was added to prepare a reaction solution. The obtained reaction solution was heated and stirred for 3.5 hours, then cooled to room temperature (25 ° C.), and added to 300 mL of diethyl ether to precipitate a copolymer of 2-vinylpyridine and acrylic acid. . This copolymer was further purified by reprecipitation to obtain 1.5 g of a pale yellow powder. The obtained pale yellow powder was a copolymer (hereinafter referred to as “additive”) having a molar ratio of 2-vinylpyridine to acrylic acid (hereinafter referred to as “2-vinylpyridine: acrylic acid”) of 50:50. A ”)). It was 1400 when the weight average molecular weight of the obtained additive A was measured by GPC.

(添加剤B)
2−ビニルピリジンとアクリル酸とのモル比を変更(2−ビニルピリジン:アクリル酸=80:20)した以外は、添加剤Aと同様にして、添加剤Bを得た。
(Additive B)
Additive B was obtained in the same manner as Additive A, except that the molar ratio of 2-vinylpyridine to acrylic acid was changed (2-vinylpyridine: acrylic acid = 80: 20).

(酸化セリウム粒子粉末)
炭酸セリウム水和物40kgを、アルミナ製容器に入れ、空気中で830℃にて2時間焼成して、黄白色の焼成粉末20kgを得た。この焼成粉末は、X線回折法で相同定を行ったところ、酸化セリウム粒子からなる粉末(以下、「酸化セリウム粒子粉末」という。)であることが確認された。酸化セリウム粒子粉末中の酸化セリウム粒子の粒子径は、30〜100μmであった。
(Cerium oxide particle powder)
40 kg of cerium carbonate hydrate was put in an alumina container and calcined in air at 830 ° C. for 2 hours to obtain 20 kg of a yellowish white calcined powder. As a result of phase identification by an X-ray diffraction method, this fired powder was confirmed to be a powder composed of cerium oxide particles (hereinafter referred to as “cerium oxide particle powder”). The particle diameter of the cerium oxide particles in the cerium oxide particle powder was 30 to 100 μm.

得られた酸化セリウム粒子粉末15kgを、ジェットミルを用いて乾式粉砕した。乾式粉砕後の上記粉末の比表面積をBET法により測定した結果、9m/gであった。また、酸化セリウム粒子粉末をSEMで観察したところ、それは粒界に囲まれた複数の結晶子の集合体であり、ランダムに選択した20個の結晶子のサイズは、50〜100nmの範囲にあった。 15 kg of the obtained cerium oxide particle powder was dry-ground using a jet mill. It was 9 m < 2 > / g as a result of measuring the specific surface area of the said powder after dry-grinding by BET method. Further, when the cerium oxide particle powder was observed by SEM, it was an aggregate of a plurality of crystallites surrounded by grain boundaries, and the size of 20 randomly selected crystallites was in the range of 50 to 100 nm. It was.

(濃縮酸化セリウムスラリ)
容器内に、上記酸化セリウム粒子粉末15kg、脱イオン水84.98kg及び酢酸20gを入れ、10分間撹拌し、酸化セリウム混合液を得た。得られた酸化セリウム混合液を、別の容器に30分かけて送液した。その間、送液する配管内で、酸化セリウム混合液に対し、超音波周波数400kHzにて超音波照射を行った。超音波照射を経て送液された酸化セリウム混合液を、500mLビーカー4個に各500g±20gずつ入れた。各ビーカー内の酸化セリウム混合液に対し、外周にかかる遠心力が500Gとなるような条件で、2分間遠心分離を行った。遠心分離後、ビーカーの底に沈降した画分を採取し、濃縮酸化セリウムスラリとした。得られた濃縮酸化セリウムスラリの固形分濃度を測定したところ、7.0質量%であった。また、レーザ回折式粒度分布計(株式会社堀場製作所社製、商品名「LA−920」)を用い、屈折率1.93、透過度68%として測定したところ、濃縮酸化セリウムスラリの平均粒径の値は、113nmであった。
(Concentrated cerium oxide slurry)
In the container, 15 kg of the cerium oxide particle powder, 84.98 kg of deionized water and 20 g of acetic acid were added and stirred for 10 minutes to obtain a cerium oxide mixed solution. The obtained cerium oxide mixed solution was fed to another container over 30 minutes. Meanwhile, ultrasonic irradiation was performed on the cerium oxide mixed solution at an ultrasonic frequency of 400 kHz in the pipe for feeding the liquid. 500 g ± 20 g of each cerium oxide mixed solution fed via ultrasonic irradiation was put into four 500 mL beakers. The cerium oxide mixed solution in each beaker was centrifuged for 2 minutes under the condition that the centrifugal force applied to the outer periphery was 500G. After centrifugation, the fraction that settled at the bottom of the beaker was collected and used as a concentrated cerium oxide slurry. The solid content concentration of the obtained concentrated cerium oxide slurry was measured and found to be 7.0% by mass. The average particle size of the concentrated cerium oxide slurry was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (trade name “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.) with a refractive index of 1.93 and a transmittance of 68%. The value of was 113 nm.

(実施例1)
上記添加剤A100mg、酢酸水溶液(1質量%)100mg及び水464gを混合して、混合溶液を調製した。この混合溶液に、上記濃縮酸化セリウムスラリ35.7g(固形分濃度7.0質量%)を加え、2.5質量%アンモニア水をpHが5.11になるまで加え、混合して、酸化セリウム濃度が0.5質量%、添加剤A濃度が0.02質量%であるCMP研磨剤を得た。
Example 1
100 mg of the additive A, 100 mg of an acetic acid aqueous solution (1% by mass) and 464 g of water were mixed to prepare a mixed solution. To this mixed solution, 35.7 g of the above concentrated cerium oxide slurry (solid content concentration 7.0 mass%) is added, and 2.5 mass% aqueous ammonia is added until the pH becomes 5.11, mixed, and cerium oxide is mixed. A CMP abrasive having a concentration of 0.5% by mass and an additive A concentration of 0.02% by mass was obtained.

得られた研磨剤を0.005質量%程度の濃度に希釈し、レーザー回折式粒度分布計(株式会社堀場製作所社製、商品名「LA−920」)を用いて、屈折率1.93、透過度68%として、研磨剤中の酸化セリウム粒子の平均粒径(D50)を測定したところ、D50の値は118nmであった。   The obtained abrasive was diluted to a concentration of about 0.005% by mass, and using a laser diffraction particle size distribution meter (manufactured by Horiba, Ltd., trade name “LA-920”), a refractive index of 1.93, When the average particle diameter (D50) of the cerium oxide particles in the abrasive was measured with a transmittance of 68%, the value of D50 was 118 nm.

上記研磨剤を水で適当な濃度に希釈した後、ゼータ電位測定装置(スペクトリス株式会社製、商品名「ゼータサイザー3000HS」)を用いて、研磨剤中の酸化セリウム粒子のゼータ電位を測定したところ、+29mVであった。   After diluting the abrasive to an appropriate concentration with water, the zeta potential of the cerium oxide particles in the abrasive was measured using a zeta potential measuring device (trade name “Zeta Sizer 3000HS” manufactured by Spectris Co., Ltd.). +29 mV.

(実施例2〜6)
表1に示すように、添加剤の種類、添加剤の濃度又は研磨剤のpHを変化させた以外は実施例1と同様にして、CMP研磨剤を調製した。
(Examples 2 to 6)
As shown in Table 1, a CMP abrasive was prepared in the same manner as in Example 1 except that the type of additive, the concentration of the additive, or the pH of the abrasive was changed.

(比較例1)
添加剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして、CMP研磨剤を調製した。
(Comparative Example 1)
A CMP abrasive was prepared in the same manner as in Example 1 except that no additive was used.

(比較例2)
酸化セリウム粒子1kgと、市販のポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40質量%)23gと、脱イオン水8977gとを混合し、混合溶液を得た。この混合溶液を撹拌しながら超音波分散を行った後、1ミクロンフィルターでろ過し、脱イオン水を加えて、酸化セリウム5質量%の濃縮酸化セリウムスラリを得た。得られた濃縮酸化セリウムスラリ100gと、ポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40質量%)5gと、水900gとを混合し、pHが5になるまで1N硝酸を加え、CMP研磨剤(酸化セリウム:0.5質量%、ポリアクリル酸アンモニウム塩:0.2質量%)を調製した。
(Comparative Example 2)
1 kg of cerium oxide particles, 23 g of a commercially available aqueous solution of ammonium polyacrylate (40% by mass) and 8977 g of deionized water were mixed to obtain a mixed solution. The mixed solution was subjected to ultrasonic dispersion while stirring, then filtered through a 1 micron filter, and deionized water was added to obtain a concentrated cerium oxide slurry having 5% by mass of cerium oxide. 100 g of the obtained concentrated cerium oxide slurry, 5 g of an aqueous polyacrylic acid ammonium salt solution (40% by mass), and 900 g of water were mixed, 1N nitric acid was added until the pH reached 5, and a CMP abrasive (cerium oxide: 0 0.5 mass%, polyacrylic acid ammonium salt: 0.2 mass%).

(評価用ウエハ)
研磨特性の評価には、市販のCMP特性評価用ウエハ(「SEMATECH 864」、直径200mm)を用いた。図1は、評価用ウエハの部分拡大端面図であり、図2は、評価用ウエハの上面図であり、図3は、図2の部分拡大図である。この評価用ウエハは、シリコン基板3上にCVD法により厚み150nmの窒化珪素(SiN)膜2を成膜した後、深さ470nm(150nm+320nm)の溝を形成し、次いでHDP−CVD(高密度プラズマ化学気相成長法)により厚み610nmの酸化珪素(SiO)膜1を形成することにより作製される。
(Evaluation wafer)
For evaluation of polishing characteristics, a commercially available wafer for CMP characteristics evaluation (“SEMATECH 864”, diameter 200 mm) was used. 1 is a partially enlarged end view of the evaluation wafer, FIG. 2 is a top view of the evaluation wafer, and FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. In this evaluation wafer, a silicon nitride (SiN) film 2 having a thickness of 150 nm is formed on a silicon substrate 3 by a CVD method, a groove having a depth of 470 nm (150 nm + 320 nm) is formed, and then HDP-CVD (high density plasma) is formed. The silicon oxide (SiO 2 ) film 1 having a thickness of 610 nm is formed by chemical vapor deposition.

図2に示すように、ウエハ面は61個の領域(20mm×20mm)に分割されており、各領域は、さらに25個の小領域(4mm×4mm)に分割されている(図3)。そのうち、2つの小領域を除いて、各小領域には、線状の凹凸パターンが形成されている。図3における0〜100%の数値は、それぞれ、小領域を平面視したときに見える凸部の総面積が、小領域中に占める割合(凸部面密度)を示している。0%は全てが凹部、100%は全てが凸部からなり、いずれも線状パターンが形成されていないことを意味する。また、図1及び図3において、「L」は凸部の線幅(μm)、「S」は凹部の線幅(μm)をそれぞれ示す。図2において、「C」(Center)、「M」(Middle)及び「E」(Edge)は、膜厚の測定を行った領域を示す。   As shown in FIG. 2, the wafer surface is divided into 61 areas (20 mm × 20 mm), and each area is further divided into 25 small areas (4 mm × 4 mm) (FIG. 3). Among these, except for two small areas, a linear uneven pattern is formed in each small area. The numerical values of 0 to 100% in FIG. 3 indicate the ratio (convex surface density) that the total area of the convex portions visible when the small regions are viewed in plan view in the small regions. 0% means that all are concave portions, and 100% is that all are convex portions, which means that no linear pattern is formed. 1 and 3, “L” indicates the line width (μm) of the convex portion, and “S” indicates the line width (μm) of the concave portion. In FIG. 2, “C” (Center), “M” (Middle), and “E” (Edge) indicate regions where the film thickness was measured.

(研磨実験)
研磨実験は、基板ホルダーと、直径600mmの研磨定盤とを備える研磨装置(株式会社荏原製作所製、型番「EPO−111」)を用いて行った。まず、基板ホルダーに上記評価用ウエハを固定し、研磨定盤に多孔質ウレタン樹脂製の研磨布(研磨パッド)「IC−1000」(ロデール社製型番、溝形状:パーフォレート)を貼り付けた。次いで、評価用ウエハの酸化珪素膜1(絶縁膜又は被研磨膜)が研磨布に接するように、評価用ウエハを研磨布及び研磨定盤に対し、加工荷重30kPaにて押し付けた。そして、研磨布上に、上記実施例及び比較例で調製したCMP研磨剤を200mL/分の速度で滴下しながら、研磨定盤と基板ホルダーとをそれぞれ50回転/分で作動させることにより、評価用ウエハを40秒間研磨した。研磨後の評価用ウエハを、純水で十分に洗浄後、乾燥させた。
(Polishing experiment)
The polishing experiment was performed using a polishing apparatus (model number “EPO-111” manufactured by Ebara Corporation) having a substrate holder and a polishing platen having a diameter of 600 mm. First, the evaluation wafer was fixed to a substrate holder, and a polishing cloth (polishing pad) “IC-1000” (Rodel model number, groove shape: perforate) made of porous urethane resin was attached to a polishing surface plate. Next, the evaluation wafer was pressed against the polishing cloth and the polishing surface plate with a processing load of 30 kPa so that the silicon oxide film 1 (insulating film or film to be polished) of the evaluation wafer was in contact with the polishing cloth. Then, the polishing surface plate and the substrate holder were each operated at 50 revolutions / minute while dropping the CMP abrasives prepared in the above Examples and Comparative Examples on the polishing cloth at a rate of 200 mL / minute. The wafer was polished for 40 seconds. The polished evaluation wafer was sufficiently washed with pure water and then dried.

研磨後、洗浄、乾燥させた評価用ウエハの、C(Center)、M(Middle)、E(Edge)で表される領域それぞれについて、SiO残膜厚を測定した。特に、各領域内の、L=500μm、S=500μmパターン(以下、「500/500」という。)、L=100μm、S=100μmパターン(以下、「100/100」という。)、L=25μm、S=25μmパターン(以下、「25/25」という。)それぞれの凸部と凹部のSiO残膜厚を測定した。測定には、光干渉式膜厚装置(ナノメトリクス・ジャパン株式会社製、商品名「Nanospec AFT−5100」)を用いた。 After polishing, the SiO 2 residual film thickness was measured for each region represented by C (Center), M (Middle), and E (Edge) of the evaluation wafer that had been cleaned and dried. In particular, in each region, L = 500 μm, S = 500 μm pattern (hereinafter referred to as “500/500”), L = 100 μm, S = 100 μm pattern (hereinafter referred to as “100/100”), L = 25 μm. , S = 25 μm pattern (hereinafter referred to as “25/25”) The residual SiO 2 film thickness of each convex portion and concave portion was measured. For the measurement, an optical interference film thickness apparatus (manufactured by Nanometrics Japan Co., Ltd., trade name “Nanospec AFT-5100”) was used.

上記各領域における上記各パターンについて、下記式により凸部研磨速度を求めた。
(式)
凸部研磨速度(nm/min)=(凸部のSiO膜の減少量)(nm)/(研磨時間)(min)
次いで、500/500、100/100、25/25のそれぞれについて、C、M、Eにおける平均凸部研磨速度を求めた。
About each said pattern in each said area | region, the convex part grinding | polishing speed | rate was calculated | required by the following formula.
(formula)
Convex part polishing rate (nm / min) = (Reduction amount of convex part SiO 2 film) (nm) / (Polishing time) (min)
Subsequently, the average convex part grinding | polishing rate in C, M, and E was calculated | required about 500/500, 100/100, and 25/25, respectively.

さらに、下記式により、平均凸部研磨速度ばらつきを求めた。
(式)
平均凸部研磨速度ばらつき(%)=(500/500、100/100、25/25の平均凸部研磨速度の標準偏差)/(500/500、100/100、25/25の平均凸部研磨速度の平均値)
Furthermore, the average convex part grinding | polishing rate dispersion | variation was calculated | required by the following formula.
(formula)
Average convex polishing rate variation (%) = (standard deviation of average convex polishing rate of 500/500, 100/100, 25/25) / (average convex polishing of 500/500, 100/100, 25/25) Average speed)

表1に、実施例1〜6並びに比較例1及び2で調製した研磨剤を用いた場合の、平均凸部研磨速度及びそのばらつきを示す。表1において、添加剤Aは、2−ビニルピリジンとアクリル酸とのモル比が50:50である共重合体であり、添加剤Bは、上記モル比が80:20である共重合体である。また、添加剤の量は、研磨剤全体に対する添加剤の含有割合(質量%)を示すものであり、pHは研磨剤全体のpHを示すものである。   Table 1 shows the average convex portion polishing rate and its variation when the abrasives prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were used. In Table 1, additive A is a copolymer having a molar ratio of 2-vinylpyridine and acrylic acid of 50:50, and additive B is a copolymer having the molar ratio of 80:20. is there. Moreover, the quantity of an additive shows the content rate (mass%) of the additive with respect to the whole abrasive | polishing agent, and pH shows the pH of the whole abrasive | polishing agent.

Figure 2010087457
Figure 2010087457

表1に示されるように、実施例1〜6の研磨剤を用いた場合は、比較例1及び2の研磨剤を用いた場合よりも、被研磨膜が高速で均一に研磨されることが明らかとなった。すなわち、本発明の研磨剤によれば、CMP技術において、研磨速度及び研磨後の被研磨膜の平坦性のいずれもが十分に良好となることが明らかとなった。   As shown in Table 1, when the abrasives of Examples 1 to 6 are used, the film to be polished can be uniformly polished at a higher speed than when the abrasives of Comparative Examples 1 and 2 are used. It became clear. That is, according to the polishing agent of the present invention, it has been clarified that both the polishing rate and the flatness of the polished film after polishing are sufficiently good in the CMP technique.

本発明の実施例におけるCMP特性評価用ウエハの部分拡大端面図である。It is the elements on larger scale of the wafer for CMP characteristic evaluation in the example of the present invention. 本発明の実施例におけるCMP特性評価用ウエハの上面図である。It is a top view of the wafer for CMP characteristic evaluation in the Example of this invention. 図2の部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2.

1…酸化珪素膜(SiO)、2…窒化珪素(SiN)膜、3…シリコン基板 1 ... silicon oxide film (SiO 2), 2 ... silicon nitride (SiN) film, 3 ... silicon substrate

Claims (7)

酸化セリウム粒子、添加剤及び水を含有するCMP研磨剤であって、
前記酸化セリウム粒子の当該CMP研磨剤中でのゼータ電位が+10mV以上であり、
前記添加剤が、ビニルピリジンとアニオン性単量体との共重合体を含む、CMP研磨剤。
A CMP abrasive containing cerium oxide particles, additives and water,
The zeta potential of the cerium oxide particles in the CMP abrasive is +10 mV or more,
A CMP abrasive, wherein the additive comprises a copolymer of vinyl pyridine and an anionic monomer.
前記酸化セリウム粒子の平均粒径が1nm以上400nm以下である、請求項1記載のCMP研磨剤。   The CMP abrasive | polishing agent of Claim 1 whose average particle diameters of the said cerium oxide particle are 1 nm or more and 400 nm or less. pHが3.0以上7.0以下である、請求項1又は2記載のCMP研磨剤。   The CMP abrasive | polishing agent of Claim 1 or 2 whose pH is 3.0 or more and 7.0 or less. 前記酸化セリウム粒子の含有量が、当該CMP研磨剤100質量部に対して、0.05質量部以上5質量部以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のCMP研磨剤。   The CMP abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-3 whose content of the said cerium oxide particle is 0.05 to 5 mass parts with respect to 100 mass parts of the said CMP abrasive | polishing agents. 前記アニオン性単量体が、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸及びイタコン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のCMP研磨剤。   The CMP abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-4 whose said anionic monomer is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and itaconic acid. 前記共重合体の含有量が、当該CMP研磨剤100質量部に対して、0.001質量部以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のCMP研磨剤。   The CMP abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-5 whose content of the said copolymer is 0.001 mass part or more with respect to 100 mass parts of said CMP abrasive | polishing agents. 研磨布と基板上に形成された被研磨膜との間に請求項1〜6のいずれか一項に記載のCMP研磨剤を供給しながら、前記被研磨膜を研磨する、CMP研磨方法。   A CMP polishing method for polishing the film to be polished while supplying the CMP abrasive according to any one of claims 1 to 6 between a polishing cloth and a film to be polished formed on a substrate.
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