JP2013243208A - 研磨用組成物並びにそれを用いた研磨方法及び基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の研磨用組成物は、水溶性重合体と砥粒とを含有する。水溶性重合体は、3以下の酸解離定数pKaを有するアニオン性の化合物である。そのような化合物の具体例としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸が挙げられる。砥粒は、pH3.5以下において負のゼータ電位を示す。そのような砥粒の具体例としては、コロイダルシリカが挙げられる。
【選択図】なし
Description
水溶性重合体は、例えばスルホ基を有する。
砥粒は、例えば、有機酸を固定化したコロイダルシリカである。
本実施形態の研磨用組成物は、水溶性重合体及び砥粒を水に混合することにより調製される。従って、研磨用組成物は水溶性重合体及び砥粒を含有する。
研磨用組成物中に含まれる水溶性重合体は、3以下の酸解離定数pKaを有するアニオン性の化合物であって、スルホ基やホスホン基などのアニオン基を有している。このような化合物の具体例としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸、及びこれらの酸の塩が挙げられる。
研磨用組成物中に含まれる砥粒は、pH3.5以下において負のゼータ電位を示す。pH3.5以下において負のゼータ電位を示す限り、使用する砥粒の種類は特に限定されないが、例えば、表面修飾したコロイダルシリカの使用が可能である。コロイダルシリカの表面修飾は、例えば、アルミニウム、チタン又はジルコニウムなどの金属あるいはそれらの酸化物をコロイダルシリカと混合してシリカ粒子の表面にドープさせることにより行うことができる。あるいは、シリカ粒子の表面に有機酸の官能基を化学的に結合させること、すなわち有機酸の固定化により行うこともできる。コロイダルシリカと有機酸を単に共存させただけではコロイダルシリカへの有機酸の固定化は果たされない。有機酸の一種であるスルホン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Sulfonicacid-functionalized silica through of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)に記載の方法で行うことができる。具体的には、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのチオール基を有するシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に過酸化水素でチオール基を酸化することにより、スルホン酸が表面に固定化されたコロイダルシリカを得ることができる。あるいは、カルボン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a CarboxyGroup on the Surface of Silica Gel”, Chemistry Letters, 3, 228-229 (2000)に記載の方法で行うことができる。具体的には、光反応性2−ニトロベンジルエステルを含むシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に光照射することにより、カルボン酸が表面に固定化されたコロイダルシリカを得ることができる。
研磨用組成物のpHは6.0以下であることが好ましく、より好ましくは4.0以下、さらに好ましくは3.5以下である。研磨用組成物のpHが小さくなるにつれて、研磨用組成物による酸化ケイ素の層の研磨速度が向上する有利な効果がある。
・ 本実施形態の研磨用組成物は、3以下の酸解離定数pKaを有するアニオン性の水溶性重合体を含有している。そのため、窒化ケイ素の層と、その窒化ケイ素の層の上に設けられた酸化ケイ素の層とを有する研磨対象物を研磨する用途で研磨用組成物を使用したときには、酸化ケイ素の層の研磨除去後に生じる窒化ケイ素の層の表面に水溶性重合体が吸着する。この吸着により、窒化ケイ素の層の表面に砥粒が近づくのを妨げる立体障害が窒化ケイ素の層の表面に生じ、その結果、研磨用組成物による窒化ケイ素の層の研磨が妨げられることになる。また、水溶性重合体の吸着により窒化ケイ素の層の表面のゼータ電位が正から負に変わることにより、窒化ケイ素の層に対する砥粒の静電的な反発が生じることも、研磨用組成物による窒化ケイ素の層の研磨が妨げられる原因になる。かくして、研磨用組成物による窒化ケイ素の研磨速度は低下する。その一方で、酸化ケイ素の層の表面に水溶性重合体が吸着することはなく、そのため、研磨用組成物による酸化ケイ素の研磨速度は低下しない。その結果、窒化ケイ素と比較して選択的に酸化ケイ素を研磨除去すること、より具体的には、酸化ケイ素の研磨速度を窒化ケイ素の研磨速度で除した値を例えば5以上、さらに言えば10以上又は20以上に調整することが可能となる。従って、窒化ケイ素の層をストッパーとして使用して酸化ケイ素の層を研磨除去することが可能であり、本実施形態の研磨用組成物は、そのような工程を有するSTIなどのCMP用途で好適に使用することができる。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、水溶性重合体を二種類以上含有してもよい。この場合、一部の水溶性重合体については3以下の酸解離定数pKaを有するアニオン性の化合物でなくてもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸などの有機酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩を含有してもよい。あるいは、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸などの無機酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩を含有してもよい。これらのアンモニウム塩又はアルカリ金属塩は、研磨用組成物による酸化ケイ素の層の研磨速度を向上させる研磨促進剤としての機能を果たす。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型を始めとする多液型であってもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、窒化ケイ素の層と、その窒化ケイ素の層の上に設けられた酸化ケイ素の層とを有する研磨対象物を研磨する以外の用途で使用されてもよい。例えば、酸化ケイ素以外の層が窒化ケイ素の層の上に設けられた研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよい。あるいは、pH3.5以下において正のゼータ電位を示す窒化ケイ素以外の層の上に酸化ケイ素が設けられた研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよい。
コロイダルシリカゾルを水で希釈し、pH調整剤として有機酸を添加してpHの値を3.0に調整することにより比較例1の研磨用組成物を調製した。コロイダルシリカゾルを水で希釈し、そこに1000質量ppmの水溶性重合体を加えた後、有機酸を添加してpHの値を3.0に調整することにより実施例1,2及び比較例2〜4の研磨用組成物を調製した。各研磨用組成物中の水溶性重合体の詳細は表1に示すとおりである。
Claims (7)
- 第1の層及び第2の層を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、
前記第1の層の上に前記第2の層は設けられており、
前記第1の層は、pH3.5以下において正のゼータ電位を示し、
前記第2の層は、前記第1の層とは別の材料から形成されており、
研磨用組成物は、アニオン性の水溶性重合体と、砥粒とを含有し、
前記水溶性重合体は、3以下の酸解離定数pKaを有し、
前記砥粒は、pH3.5以下において負のゼータ電位を示す
ことを特徴とする研磨用組成物。 - 3.5以下のpHを有する、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記水溶性重合体はスルホ基を有する、請求項1又は2に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒は有機酸を固定化したコロイダルシリカである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
- 前記第1の層が窒化ケイ素の層である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
- 第1の層及び第2の層を有する研磨対象物を研磨する方法であって、
前記第1の層の上に前記第2の層は設けられており、
前記第1の層は、pH3.5以下において正のゼータ電位を示し、
前記第2の層は、前記第1の層とは別の材料から形成されており、
前記研磨対象物の研磨は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて行われる
ことを特徴とする方法。 - 第1の層及び第2の層を有する研磨対象物を研磨する工程を有する基板の製造方法であって、
前記第1の層の上に前記第2の層は設けられており、
前記第1の層は、pH3.5以下において正のゼータ電位を示し、
前記第2の層は、前記第1の層とは別の材料から形成されており、
前記研磨対象物の研磨は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて行われる
ことを特徴とする方法。
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