JP2020021810A - 研磨用組成物、その製造方法および研磨用組成物を用いた研磨方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、本発明は、前記研磨用組成物を用いて、ハードレーザーマークの付されたシリコンウェーハを研磨する方法を提供することを目的とする。
本発明の研磨用組成物は、砥粒を含む。研磨用組成物中に含まれる砥粒は、シリコンウェーハを機械的に研磨する作用を有する。
ここに開示される研磨用組成物は、界面活性剤を含む。ここでいう界面活性剤とは、1分子中に少なくとも一つ以上の親水部位(典型的には親水基)と一つ以上の疎水部位(典型的には疎水基)とを有する化合物をいう。ここに開示される研磨用組成物は、界面活性剤として、ベンゼン環の構造単位を含む。本発明に使用できる界面活性剤は、ベンゼン環の構造単位を含むため、シリコンウェーハ表面に好適に作用すると考えられる。これにより、シリコンウェーハの研磨レートを低下させ、ハードレーザーマーク周縁の変質部分との研磨レートの差を減少し隆起を解消できると考えられる。
ここに開示される研磨用組成物は、塩基性化合物を含む。ここで塩基性化合物とは、研磨用組成物に添加されることによって該組成物のpHを上昇させる機能を有する化合物を指す。塩基性化合物は、研磨対象となる面を化学的に研磨する働きをし、研磨レートの向上に寄与し得る。また、塩基性化合物は、研磨用組成物の分散安定性の向上に役立ち得る。
ここに開示される研磨用組成物には、必要に応じて弱酸塩を含有させることができる。弱酸塩としては、塩基性化合物との組合せで、緩衝作用を発揮し得るものが好ましい。このような緩衝作用が発揮されるように構成された研磨用組成物は、研磨中における研磨用組成物のpH変動が少なく、研磨能率の維持性に優れたものとなり得るため、隆起解消性の向上と研磨レートの維持とをより好適に両立することができる。
ここに開示される研磨用組成物は、各成分を分散または溶解するために分散媒として水を含む。水は、洗浄対象物の汚染や他の成分の作用を阻害するという観点から、不純物をできる限り含有しないことが好ましい。このような水としては、例えば、遷移金属イオンの合計含有量が100ppb以下である水が好ましい。ここで、水の純度は、例えば、イオン交換樹脂を用いる不純物イオンの除去、フィルタによる異物の除去、蒸留等の操作によって高めることができる。具体的には、水としては、例えば、脱イオン水(イオン交換水)、純水、超純水、蒸留水などを用いることが好ましい。
ここに開示される研磨用組成物は、本発明の効果が著しく妨げられない範囲で、キレート剤、水溶性高分子、酸、防腐剤、防カビ剤等の、研磨用組成物(典型的には、シリコンウェーハのポリシング工程に用いられる研磨用組成物)に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。
ここに開示される研磨用組成物は、典型的には該研磨用組成物を含む研磨液の形態でシリコンウェーハに供給されて、そのシリコンウェーハの研磨に用いられる。ここに開示される研磨用組成物は、例えば、希釈(典型的には、水により希釈)して研磨液として使用されるものであってもよく、そのまま研磨液として使用されるものであってもよい。すなわち、ここに開示される技術における研磨用組成物の概念には、シリコンウェーハに供給されて該シリコンウェーハの研磨に用いられる研磨用組成物(ワーキングスラリー)と、希釈して研磨に用いられる濃縮液(ワーキングスラリーの原液)との双方が包含される。上記濃縮液の濃縮倍率は、例えば、体積基準で2倍〜100倍程度とすることができ、通常は5倍〜50倍程度が適当である。
本発明において、さらに、前記研磨用組成物を製造する、製造方法を提供する。ここに開示される研磨用組成物の製造方法は特に限定されない。例えば、砥粒、界面活性剤、塩基性化合物および必要に応じて他の添加剤を、水中で攪拌混合することにより得ることができる。すなわち、ここに開示される研磨用組成物の一製造方法は、砥粒と、界面活性剤と、塩基性化合物とを、水中で攪拌混合する工程を含み、前記界面活性剤は、ベンゼン環の構造単位を含む、研磨用組成物の製造方法である。混合する際の温度は特に制限されないが、10〜40℃が好ましく、溶解速度を上げるために加熱してもよい。また、混合時間も、均一混合できれば特に制限されない。撹拌装置としては、例えば、翼式攪拌機、超音波分散機、ホモミキサー等の周知の混合装置が用いられる。これらの成分を混合する態様は特に限定されず、例えば全成分を一度に混合してもよく、適宜設定した順序で混合してもよい。
ここに開示される研磨用組成物は、例えば以下の操作を含む態様で、シリコンウェーハの研磨に使用することができる。
ここに開示される研磨用組成物は、ハードレーザーマーク周縁の隆起を解消する性能(隆起解消性)に優れる。かかる特長を活かして、上記研磨用組成物は、ハードレーザーマークの付されたシリコンウェーハの研磨に好ましく適用することができる。すなわち、本発明の一実施形態においては、ここに開示される研磨用組成物を使用してハードレーザーマークの付されたシリコンウェーハを研磨する方法が提供される。また、シリコンウェーハとしては、シリコン単結晶基板であることが好ましい。すなわち、ここに開示される研磨用組成物は、ハードレーザーマークの付されたシリコンウェーハを研磨する研磨用組成物として好適である。ハードレーザーマーク周縁の隆起は、ポリシング工程の初期に解消しておくことが望ましい。このため、ここに開示される研磨用組成物は、ハードレーザーマーク付与後の予備研磨工程、すなわちポリシング工程における最初の研磨工程(一次研磨工程)あるいはその次の中間研磨工程(二次研磨工程)において特に好ましく使用され得る。上記最初のポリシング工程は、典型的には、シリコンウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程として実施される。ここに開示される研磨用組成物は、このような両面研磨工程において好ましく使用され得る。
(界面活性剤1〜4)
以下の実施例および比較例において用いた界面活性剤は、以下の通りである:
界面活性剤1:直鎖状アルキル(炭素原子数12)ベンゼンスルホン酸
界面活性剤2:分岐状アルキル(炭素原子数7〜17)ベンゼンスルホン酸
界面活性剤3:ステアリルジメチルヒドロキシエチルアンモニウムパラトルエンスルホネート
界面活性剤4:ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン誘導体
(実施例1)
コロイダルシリカの含有量が1.4質量%、炭酸カリウム(K2CO3)の含有量が0.04質量%、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)の含有量が0.07質量%、界面活性剤1の含有量が0.001質量%になるように、上記各成分およびイオン交換水を、室温25℃程度で約30分間攪拌混合することにより、実施例1に係る研磨用組成物を調製した。上記コロイダルシリカは、平均一次粒子径が55nmであり、SEM観察による平均円換算径が93nmであり、円換算径の標準偏差が38.5であり、平均アスペクト比が1.3であり、アスペクト比の標準偏差が0.320であり、円換算径50nm以上かつアスペクト比1.2以上の粒子の体積割合が77%であり、円換算径が1〜300nmである粒子の体積含有率が100%であった。また、実施例1に係る研磨用組成物のpHは10.4であった。
界面活性剤の種類または含有量を表1に記載のように変えたこと以外は、実施例1に係る研磨用組成物と同様な方法で、実施例2、および比較例1〜2を調製した。
界面活性剤を用いなかったこと以外は、実施例1に係る研磨用組成物と同様な方法で、比較例3に係る研磨用組成物を調製した。
コロイダルシリカの含有量が0.8質量%、炭酸カリウム(K2CO3)の含有量が0.03質量%、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)の含有量が0.04質量%、界面活性剤1の含有量が0.001質量%になるように、上記各成分およびイオン交換水を、室温25℃程度で約30分間攪拌混合することにより、実施例3に係る研磨用組成物を調製した。上記コロイダルシリカは、平均一次粒子径が55nmであり、SEM観察による平均円換算径が93nmであり、円換算径の標準偏差が38.5であり、平均アスペクト比が1.3であり、アスペクト比の標準偏差が0.320であり、円換算径50nm以上かつアスペクト比1.2以上の粒子の体積割合が77%であり、円換算径が1〜300nmである粒子の体積含有率が100%であった。また、実施例1に係る研磨用組成物のpHは10.4であった。
界面活性剤を用いなかったこと以外は、実施例3に係る研磨用組成物と同様な方法で、比較例4に係る研磨用組成物を調製した。
各例に係る研磨用組成物を研磨液(ワーキングスラリー)として使用して、シリコンウェーハ(試験片)の表面を下記の条件で研磨した。試験片としては、ラッピングおよびエッチングを終えた直径100mmの市販シリコン単結晶ウェーハ(伝導型:P型、結晶方位:<100>、厚み:525μm、抵抗率:0.1Ω・cm以上100Ω・cm未満)を使用した。本ウェーハには、SEMI M1(T7)規格に基づくハードレーザーマークが研磨面に刻印されている。
研磨装置:日本エンギス社製 片面研磨装置、型式「EJ−380IN」
研磨圧力:12kPa
研磨液供給レート:100ml/min(かけ流し使用)
定盤回転数:50rpm
ヘッド回転数:40rpm
研磨取り代:4μm
研磨パッド:ニッタハース社製、商品名「SUBA800」
研磨環境の温度:25℃
研磨時間:20分
<隆起解消性評価>
研磨後のシリコンウェーハについて、触針式表面粗さ形状測定機(SURFCOM 1500DX、株式会社東京精密製)を用いて隆起解消性を評価した。具体的には、シリコンウェーハのハードレーザーマークを含むサイトの表面形状を測定し、ハードレーザーマーク周辺の基準面から隆起の最高点までの高さを計測した。隆起高さが大きいほど、隆起解消性が悪いとの評価結果になる。以上の測定により得られた結果を表1に示した。隆起高さが1.00μm未満の場合を合格とし、1.00μm以上の場合を不合格とした。
研磨後のシリコンウェーハについて、非接触表面形状測定機(NewView 5032、Zygo社製)を用いて表面粗さRa(算術平均表面粗さ)を計測した。得られた結果を、表1の「表面粗さRa」の欄に示す。Raが0.60nm未満の場合を合格とし、0.60nm以上の場合を不合格とした。
Claims (10)
- 砥粒と、界面活性剤と、塩基性化合物と、水と、を含み、前記界面活性剤は、ベンゼン環の構造単位を含む、シリコンウェーハ研磨用組成物。
- 前記界面活性剤は、炭素原子数7〜17の直鎖状または分枝状のアルキル基を含む、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記界面活性剤の含有量は、前記砥粒100重量部に対して、0.0035重量部以上3.5重量部以下である、請求項1または2に記載の研磨用組成物。
- 前記界面活性剤は、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記塩基性化合物として、水酸化第四級アンモニウムまたはその塩を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒はシリカ粒子である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- さらに弱酸塩を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
- 前記弱酸塩は炭酸カリウムである、請求項7に記載の研磨用組成物。
- 砥粒と、界面活性剤と、塩基性化合物とを、水中で攪拌混合する工程を含み、前記界面活性剤は、ベンゼン環の構造単位を含む、研磨用組成物の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の研磨用組成物を用いて、ハードレーザーマークの付されたシリコンウェーハを研磨する方法。
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