JP2023072896A - Additive for chemical mechanical polishing and method for producing the same, and polishing liquid composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学機械研磨用の添加剤及びその製造方法、並びに、研磨液組成物に関し、詳しくは、半導体デバイス等の製造工程で重要な化学機械研磨(CMP)用の添加剤及びその製造方法、並びに、研磨液組成物に関するものである。 The present invention relates to an additive for chemical mechanical polishing, a method for producing the same, and a polishing composition. More specifically, the present invention relates to an additive for chemical mechanical polishing (CMP), which is important in the manufacturing process of semiconductor devices and the like, and a method for producing the same. and a polishing composition.
半導体デバイスは情報通信機器や家電製品等、身近にある電子機器の殆ど全てに用いられており、現代の生活に必要不可欠なものとなっている。近年、IoTの普及やクラウドの活用等によって半導体デバイスが担う役割は更に大きくなっている。これまでに半導体チップの高集積化、大容量化は著しい速度で達成されてきたが、高性能化への要求は留まることなく、微細加工技術の重要性はますます高まっている。特に化学機械研磨(CMP)技術は、高精度の多層配線形成を実現する上で極めて重要であり、絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成等、半導体デバイスの製造工程の各段階で頻繁に利用されている。
CMPでは、研磨速度と加工精度の向上のため研磨液が用いられる。研磨液には一般に砥粒、研磨促進剤、水溶性重合体、界面活性剤等が含まれる。これらの内、水溶性重合体や界面活性剤等は、研磨対象の平坦性の向上や表面欠陥の抑制を目的として研磨液に添加され、研磨膜の表面に吸着することで表面を保護し、過剰な研磨作用の抑制にも寄与する効果を持つ。しかし、研磨膜に対する吸着性が強すぎると、十分な研磨速度が得られないという課題がある。
Semiconductor devices are used in almost all electronic devices around us, such as information communication devices and home electric appliances, and have become indispensable to modern life. In recent years, the role played by semiconductor devices has become even greater due to the spread of IoT, utilization of cloud computing, and the like. Although high integration and large capacity of semiconductor chips have been achieved at a remarkable speed so far, the demand for high performance continues, and the importance of microfabrication technology is increasing more and more. In particular, chemical mechanical polishing (CMP) technology is extremely important in realizing high-precision multilayer wiring formation. Used frequently.
In CMP, a polishing liquid is used to improve the polishing speed and processing accuracy. The polishing liquid generally contains abrasive grains, a polishing accelerator, a water-soluble polymer, a surfactant, and the like. Among these, water-soluble polymers, surfactants, and the like are added to the polishing liquid for the purpose of improving the flatness of the object to be polished and suppressing surface defects. It also has an effect of contributing to suppression of excessive polishing action. However, if the adsorption to the polishing film is too strong, there is a problem that a sufficient polishing rate cannot be obtained.
特許文献1では、アクリル酸アンモニウム塩とアクリル酸メチルとの共重合体及び酸化セリウム粒子を含む研磨液組成物が開示されている。この研磨液組成物を用いると、アクリル系共重合体を含まない研磨液を用いる場合よりも、研磨表面の平坦性が向上するとされている。しかし、その平坦性については十分ではない。例えば、上記の研磨液組成物を凹凸面がある研磨膜の研磨に用いた場合、凸部に加えて凹部も同時に研磨されるため、研磨表面の中の特に凹部に対応する箇所が皿状にたわむ現象が発生する。この現象をディッシングといい、凹凸面を平面視した時に見える凹部の総面積の割合が大きい場合に発生しやすいという課題がある。
上記のようなディッシングを抑えて平坦性の高い研磨表面を得るために、特許文献2では、セリア粒子を含む研磨液組成物としてジヒドロキシエチルグリシン、および、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルを添加剤として含む研磨液組成物が提案されている。二つの化合物がそれぞれ砥粒と研磨膜へ吸着し、研磨膜の凹部を保護することにより過剰な研磨を防ぎ、平坦な表面を得られるとの提案であるが、界面活性剤は分子量が小さいため研磨膜への吸着が弱く、保護効果は十分ではない。
特許文献3では、銅のディッシング低減剤として幹ポリマーにアニオン性官能基、枝にポリアルキレングリコールを含むグラフトポリマーが提案されている。幹のアニオン性官能基が銅表面に吸着し、研磨速度が調整される結果、平滑な表面が得られるという提案であるが、研磨速度を低下させるため生産性が落ちてしまうという課題がある。
Patent Document 1 discloses a polishing composition containing a copolymer of an ammonium acrylate salt and methyl acrylate and cerium oxide particles. It is said that the use of this polishing liquid composition improves the flatness of the polished surface as compared with the case of using a polishing liquid that does not contain an acrylic copolymer. However, its flatness is not sufficient. For example, when the above-mentioned polishing liquid composition is used for polishing a polishing film having an uneven surface, not only the convex portions but also the concave portions are polished at the same time. A bending phenomenon occurs. This phenomenon is called dishing, and there is a problem that it tends to occur when the ratio of the total area of the concave portions that can be seen when the concave-convex surface is viewed from above is large.
In order to suppress dishing as described above and obtain a highly flat polished surface, Patent Document 2 discloses a polishing liquid composition containing dihydroxyethylglycine and polyoxyalkylene alkyl ether as additives as a polishing liquid composition containing ceria particles. Liquid compositions have been proposed. It is proposed that the two compounds adsorb to the abrasive grains and the polishing film respectively, protect the concave portions of the polishing film, prevent excessive polishing, and obtain a flat surface. Adsorption to the polishing film is weak, and the protective effect is not sufficient.
Patent Document 3 proposes a graft polymer containing an anionic functional group in the trunk polymer and polyalkylene glycol in the branches as a copper dishing reducing agent. It is proposed that the anionic functional group of the stem adsorbs to the copper surface and adjusts the polishing speed, resulting in a smooth surface.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨対象の凹凸表面において、凸部(酸化膜)の研磨速度が十分に早く、かつディッシングを大幅に低減可能な化学機械研磨用の添加剤及びその製造方法、並びに、研磨液組成物を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing method capable of polishing convex portions (oxide films) at a sufficiently high rate and significantly reducing dishing on an uneven surface to be polished. The object of the present invention is to provide an additive for polishing, a method for producing the same, and a polishing composition.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の構造単位を有する重合体を含む添加剤を用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。本発明は、当該知見に基づいて完成したものである。本明細書によれば以下の手段を提供する。 As a result of intensive studies aimed at solving the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by using an additive containing a polymer having a specific structural unit. The present invention has been completed based on this finding. According to this specification, the following means are provided.
〔1〕共重合体(P)を含む化学機械研磨用の添加剤であって、
前記共重合体(P)は、下記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体P全体の50~99質量%であり、
CH2=CR1-C(=O)O-(LO)n-R2 …(1)
(ただし、式(1)中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は水素原子又は炭素数1~4の1価の炭化水素基であり、Lは炭素数4以下のアルキレン基であり、nは3~150の整数である。)
かつ、下記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%であることを特徴とする、添加剤。
CH2=CR1-C(=O)NR3R4 …(2)
(ただし、式(2)中、R1は水素原子又はメチル基である。R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子又は1価の炭化水素基であるか、又はR3とR4とが互いに結合してR3及びR4が結合する窒素原子とともに環を形成する基であり、R3の炭素数とR4の炭素数の合計は1~12である。)
〔2〕前記重合体(P)の数平均分子量(Mn)が1,000~100,000である、前記〔1〕に記載の添加剤。
〔3〕前記共重合体(P)に含まれる構造単位の内、官能基としてカルボン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、硫酸基、スルホン酸基、及び/又は、これらの塩を含む単量体に由来する構造単位の含有量が合計で、前記共重合体(P)全体の0~0.6質量%である、〔1〕~〔3〕のいずれか一つに記載の添加剤。
〔4〕前記式(2)で表されるビニル単量体が、Fedorsの推定法で算出したSP値が17~25(J/cm3)0.5の単量体である、〔1〕~〔3〕のいずれか一つに記載の添加剤。
〔5〕前記共重合体(P)の数平均分子量Mnと重量平均分子量Mwとの比で表される分子量分散度(Mw/Mn)が2.0以下である、〔1〕~〔4〕のいずれか一つに記載の添加剤。
〔6〕前記重合体(P)がブロック重合体である、〔1〕~〔5〕のいずれか一項に記載の添加剤。
〔7〕前記共重合体(P)は、重合体ブロックAと重合体ブロックBとを含有し、
前記重合体ブロックAは、前記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位を有し、
前記重合体ブロックBは、前記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位UBを有する、〔1〕~〔6〕のいずれか一項に記載の添加剤。
〔8〕前記重合体(P)の前記重合体ブロックAと前記重合体ブロックBとの比率(A/B)が、質量比で50/50~99.9/0.1である、〔7〕に記載の添加剤。
〔9〕絶縁層及び配線層のうち少なくともいずれかの表面平坦化に用いられる化学機械研磨用の研磨液組成物であって、〔1〕~〔8〕のいずれか一つに記載の添加剤と、酸化セリウム及び/又はシリカとを含有する、研磨液組成物。
〔10〕共重合体を含む化学機械研磨液用添加剤の製造方法であって、
前記共重合体は、下記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が共重合体全体の50~99質量%であり、
CH2=CR1-C(=O)O-(LO)n-R2 …(1)
(ただし、式(1)中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は水素原子又は炭素数1~4の1価の炭化水素基であり、Lは炭素数4以下のアルキレン基であり、nは3~150の整数である。)
かつ、下記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%である、共重合体を、リビングラジカル重合法により製造する工程を経ることを特徴とする製造方法。
CH2=CR1-C(=O)NR3R4 …(2)
(ただし、式(2)中、R1は水素原子又はメチル基である。R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子又は1価の炭化水素基であるか、又はR3とR4とが互いに結合してR3及びR4が結合する窒素原子とともに環を形成する基であり、R3の炭素数とR4の炭素数の合計は1~12である。)
[1] A chemical mechanical polishing additive containing a copolymer (P),
In the copolymer (P), the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (1) is 50 to 99% by mass of the entire copolymer P,
CH2=CR 1 -C(=O)O-(LO)n-R 2 (1)
(In formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and L is an alkylene group having 4 or less carbon atoms. and n is an integer from 3 to 150.)
An additive characterized in that the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (2) is 1 to 50% by mass of the entire copolymer (P).
CH2=CR 1 -C(=O)NR 3 R 4 (2)
(In formula (2), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group, or R 3 and R 4 is a group that bonds with each other to form a ring together with the nitrogen atom to which R 3 and R 4 bond, and the total number of carbon atoms of R 3 and R 4 is 1 to 12.)
[2] The additive according to [1] above, wherein the polymer (P) has a number average molecular weight (Mn) of 1,000 to 100,000.
[3] Among the structural units contained in the copolymer (P), a unit containing a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, a sulfuric acid group, a sulfonic acid group, and/or a salt thereof as a functional group The additive according to any one of [1] to [3], wherein the total content of structural units derived from the polymer is 0 to 0.6% by mass based on the total copolymer (P). .
[4] The vinyl monomer represented by the above formula (2) is a monomer having an SP value of 17 to 25 (J/cm 3 ) 0.5 calculated by the Fedors estimation method [1] to [ 3] The additive according to any one of the above items.
[5] The copolymer (P) has a molecular weight dispersity (Mw/Mn) represented by the ratio of the number average molecular weight Mn to the weight average molecular weight Mw of 2.0 or less [1] to [4] The additive according to any one of.
[6] The additive according to any one of [1] to [5], wherein the polymer (P) is a block polymer.
[7] The copolymer (P) contains a polymer block A and a polymer block B,
The polymer block A has a structural unit derived from the vinyl monomer represented by the formula (1),
The additive according to any one of [1] to [6], wherein the polymer block B has a structural unit UB derived from the vinyl monomer represented by the formula (2).
[8] The ratio (A/B) between the polymer block A and the polymer block B in the polymer (P) is 50/50 to 99.9/0.1 in mass ratio, [7 ] The additive as described in .
[9] A polishing liquid composition for chemical mechanical polishing used for planarizing the surface of at least one of an insulating layer and a wiring layer, the additive according to any one of [1] to [8] and cerium oxide and/or silica.
[10] A method for producing an additive for a chemical mechanical polishing liquid containing a copolymer, comprising:
In the copolymer, the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (1) is 50 to 99% by mass of the entire copolymer,
CH2=CR 1 -C(=O)O-(LO)n-R 2 (1)
(In formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and L is an alkylene group having 4 or less carbon atoms. and n is an integer from 3 to 150.)
And the content of the structural unit derived from the vinyl monomer represented by the following formula (2) is 1 to 50% by mass of the entire copolymer (P), the copolymer is prepared by a living radical polymerization method. A manufacturing method characterized by passing through a process of manufacturing by.
CH2=CR 1 -C(=O)NR 3 R 4 (2)
(In Formula (2), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group, or R 3 and R 4 is a group that bonds with each other to form a ring together with the nitrogen atom to which R 3 and R 4 bond, and the total number of carbon atoms of R 3 and R 4 is 1 to 12.)
本発明によれば、研磨対象の凹凸表面において、凸部(酸化膜)の研磨速度が十分に早く、かつ、ディッシングを大幅に低減可能な化学機械研磨用の添加剤を提供することができる。また、前記添加剤と酸化セリウム及び/又はシリカとを含有する研磨液組成物を提供することができる。さらに、共重合体を含む化学機械研磨液用添加剤の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide an additive for chemical mechanical polishing capable of polishing a convex portion (oxide film) at a sufficiently high rate and significantly reducing dishing on an uneven surface to be polished. Further, it is possible to provide a polishing composition containing the additive and cerium oxide and/or silica. Furthermore, it is possible to provide a method for producing a chemical mechanical polishing liquid additive containing a copolymer.
以下、本発明を詳しく説明する。尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。また、「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を意味する。 The present invention will be described in detail below. In this specification, "(meth)acryl" means acryl and/or methacryl, and "(meth)acrylate" means acrylate and/or methacrylate. A "(meth)acryloyl group" means an acryloyl group and/or a methacryloyl group.
本発明によれば、研磨対象の凹凸表面において、凸部(酸化膜)の研磨速度が十分に早く、かつディッシングを大幅に低減可能な化学機械研磨用の添加剤、および、前記添加剤と酸化セリウム及び/又はシリカとを含有する研磨液組成物が提供される。さらに、共重合体を含む化学機械研磨液用添加剤の製造方法が提供される。
以下に、本発明で提供される化学機械研磨用の添加剤、研磨液添加剤用水溶性重合体の製造方法、並びに、共重合体を含む化学機械研磨液用添加剤の製造方法について詳細に説明する。
According to the present invention, an additive for chemical mechanical polishing capable of sufficiently increasing the polishing rate of convex portions (oxide film) on an uneven surface to be polished and significantly reducing dishing, and the additive and oxidation A polishing composition containing cerium and/or silica is provided. Furthermore, a method for producing a chemical mechanical polishing liquid additive containing a copolymer is provided.
The additive for chemical mechanical polishing provided by the present invention, the method for producing the water-soluble polymer for polishing liquid additive, and the method for producing the additive for chemical mechanical polishing liquid containing the copolymer are described in detail below. do.
≪化学機械研磨用の添加剤≫
本発明で提供される化学機械研磨用の添加剤は、共重合体(P)を含む化学機械研磨用の添加剤であって、
前記共重合体(P)は、下記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体P全体の50~99質量%であり、
CH2=CR1-C(=O)O-(LO)n-R2 …(1)
(ただし、式(1)中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は水素原子又は炭素数1~4の1価の炭化水素基であり、Lは炭素数4以下のアルキレン基であり、nは3~150の整数である。)
かつ、下記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%であることを特徴とする、添加剤である。
CH2=CR1-C(=O)NR3R4 …(2)
(ただし、式(2)中、R1は水素原子又はメチル基である。R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子又は1価の炭化水素基であるか、又はR3とR4とが互いに結合してR3及びR4が結合する窒素原子とともに環を形成する基であり、R3の炭素数とR4の炭素数の合計は1~12である。)
≪Additives for chemical mechanical polishing≫
The chemical mechanical polishing additive provided by the present invention is a chemical mechanical polishing additive containing a copolymer (P),
In the copolymer (P), the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (1) is 50 to 99% by mass of the entire copolymer P,
CH2=CR 1 -C(=O)O-(LO)n-R 2 (1)
(In formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and L is an alkylene group having 4 or less carbon atoms. and n is an integer from 3 to 150.)
Further, the content of the structural unit derived from the vinyl monomer represented by the following formula (2) is 1 to 50% by mass of the entire copolymer (P). .
CH2=CR 1 -C(=O)NR 3 R 4 (2)
(In formula (2), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group, or R 3 and R 4 is a group that bonds with each other to form a ring together with the nitrogen atom to which R 3 and R 4 bond, and the total number of carbon atoms of R 3 and R 4 is 1 to 12.)
<共重合体(P)>
本発明で使用される共重合体(P)は、前記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の50~99質量%であり、かつ、前記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%であることを特徴とする、重合体である。
前記式(1)におけるLとしては、メチレン基、エチレン基、-CHMe-基、n-プロピレン基、-CHEt-基、-CHMeCH2-基、-CH2CHMe-基、n-ブチレン基、-CH(n-Pr)-基、-CH(i-Pr)-基、-CHEtCH2-基、-CH2CHEt-基、-CHMeCH2CH2-基、-CH2CHMeCH2-基、-CH2CH2CHMe-基等が例示され、これらの内の2種以上の基が混合されたものであっても良い。工業的な原料入手の容易性、および、前記共重合体(P)の水への溶解性を考慮すると、エチレン基、-CHMeCH2-基、又は、-CH2CHMe-基が好ましく、エチレン基がより好適である。
<Copolymer (P)>
In the copolymer (P) used in the present invention, the content of structural units derived from the vinyl monomer represented by the formula (1) is 50 to 99% by mass of the total copolymer (P). and the content of the structural unit derived from the vinyl monomer represented by the formula (2) is 1 to 50% by mass of the entire copolymer (P), It is a coalescence.
L in the formula (1) includes a methylene group, an ethylene group, a -CHMe- group, an n-propylene group, a -CHEt- group, a -CHMeCH2- group, a -CH2CHMe- group, an n-butylene group, -CH(n -Pr)- group, -CH(i-Pr)- group, -CHEtCH2- group, -CH2CHEt- group, -CHMeCH2CH2- group, -CH2CHMeCH2- group, -CH2CH2CHMe- group, etc., and 2 of these A mixture of more than one species may also be used. Ethylene group, -CHMeCH2- group, or -CH2CHMe- group is preferable, and ethylene group is more preferable, considering the ease of industrial raw material availability and the solubility in water of the copolymer (P). is.
前記式(1)におけるnは、3~150の任意の整数である。前記共重合体(P)が含有する-(LO)n-R基が、酸化膜への吸着と酸化膜の保護や研磨圧変化への高い応答性によりディッシングの低減に関与する点を考慮すると、nの上限は、好ましくは100以下、より好ましくは50以下、一層好ましくは30以下、より一層好ましくは15以下である。nの下限は、好ましくは4以上、より好ましくは5以上、一層好ましくは6以上、より一層好ましくは7以上である。nの好ましい範囲は、上記の上限と下限で例示した数値を任意に組み合わせて示すことができる。
なお、前記Lが1種の基のみで構成される場合、nは上記範囲に含まれるの任意の整数である。一方、前記Lが2種の基で構成される場合、-(LO)n-R基は、-(L1O)n1-(L2O)n2-R基と表すことができる。この場合、n1とn2との合計値が上記範囲に含まれる任意の整数となる。前記Lが3種以上の基で構成される場合も同様に考えることができる。
n in the formula (1) is an arbitrary integer from 3 to 150. Considering that the -(LO)nR group contained in the copolymer (P) participates in the reduction of dishing by adsorption to the oxide film, protection of the oxide film, and high responsiveness to changes in the polishing pressure. , n is preferably 100 or less, more preferably 50 or less, still more preferably 30 or less, and even more preferably 15 or less. The lower limit of n is preferably 4 or more, more preferably 5 or more, even more preferably 6 or more, and even more preferably 7 or more. A preferred range of n can be indicated by arbitrarily combining the numerical values exemplified for the upper and lower limits above.
When L is composed of only one type of group, n is any integer within the above range. On the other hand, when L is composed of two groups, the -(LO)n-R group can be represented as -(L 1 O)n 1 -(L 2 O)n 2 -R group. In this case, the sum of n1 and n2 is an arbitrary integer within the above range. A similar consideration can be given to the case where the L is composed of three or more groups.
前記式(1)におけるR2は、水素原子又は炭素数1~4の1価の炭化水素基である。炭素数1~4の1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等が例示される。工業原料の入手容易性及び前記共重合体(P)の水への溶解性を考慮すると、前記前記式(1)におけるR2としては、水素原子又はメチル基が好ましく、メチル基がより好適である。 R2 in the formula (1) is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. Examples of monovalent hydrocarbon groups having 1 to 4 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group and tert-butyl group. etc. are exemplified. Considering the availability of industrial raw materials and the solubility of the copolymer (P) in water, R2 in the formula (1) is preferably a hydrogen atom or a methyl group, more preferably a methyl group. .
前記共重合体(P)の製造方法の詳細は後述するが、例えば前記式(1)で表される単量体と前記式(2)で表される単量体を重合することにより、前記共重合体(P)を製造することができる。 Although the details of the method for producing the copolymer (P) will be described later, for example, by polymerizing the monomer represented by the above formula (1) and the monomer represented by the above formula (2), the above A copolymer (P) can be produced.
本発明で使用することができる前記式(1)で表される単量体の具体例としては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリテトラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、モノエトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノn-プロポキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノi-プロポキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノn-ブトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノt-ブトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等を例示することができる。これらの中でも、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノメトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートが好ましく、ポリエチレングリコールモノアクリレート、モノメトキシポリエチレングリコールモノアクリレートがより好ましく、モノメトキシポリエチレングリコールモノアクリレートがさらに好適である。
これらの単量体は一種類を用いても良く、複数種類を併用しても良い。
なお、市販品としては、日油株式会社製のブレンマーAEシリーズ、AMEシリーズ、APシリーズ、PEシリーズ、PMEシリーズ、PPシリーズ、50PEPシリーズ、新中村化学工業株式会社製のAMシリーズ、並びに、共栄社化学株式会社のライトアクリレートMTG-A、ライトアクリレート130A等を例示することができる。
Specific examples of the monomer represented by the formula (1) that can be used in the present invention include polyethylene glycol mono(meth)acrylate, polypropylene glycol mono(meth)acrylate, polytetramethylene glycol mono(meth) Acrylates, poly(ethylene glycol-propylene glycol) mono(meth)acrylate, poly(ethylene glycol-tetramethylene glycol) mono(meth)acrylate, poly(ethylene glycol-propylene glycol-tetramethylene glycol) mono(meth)acrylate, mono Methoxypolyethylene glycol mono(meth)acrylate, monomethoxypolypropylene glycol mono(meth)acrylate, monomethoxypolytetramethylene glycol mono(meth)acrylate, monomethoxypoly(ethylene glycol-propylene glycol) mono(meth)acrylate, monomethoxypoly (Ethylene glycol-tetramethylene glycol) mono (meth) acrylate, monomethoxypoly (ethylene glycol-propylene glycol-tetramethylene glycol) mono (meth) acrylate, mono ethoxy polyethylene glycol mono (meth) acrylate, mono n-propoxy polyethylene glycol Mono (meth)acrylate, mono i-propoxy polyethylene glycol mono (meth) acrylate, mono n-butoxy polyethylene glycol mono (meth) acrylate, mono t-butoxy polyethylene glycol mono (meth) acrylate and the like can be exemplified. Among these, polyethylene glycol mono(meth)acrylate and monomethoxypolyethylene glycol mono(meth)acrylate are preferable, polyethylene glycol monoacrylate and monomethoxypolyethylene glycol monoacrylate are more preferable, and monomethoxypolyethylene glycol monoacrylate is more preferable. .
One type of these monomers may be used, or a plurality of types may be used in combination.
In addition, as commercial products, NOF Corporation Blenmer AE series, AME series, AP series, PE series, PME series, PP series, 50PEP series, Shin-Nakamura Chemical Industry Co., Ltd. AM series, and Kyoeisha Chemical Examples include Light Acrylate MTG-A and Light Acrylate 130A manufactured by Co., Ltd.
前記式(2)で表される単量体としては、例えば、tert-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン等の(メタ)アクリルアミド誘導体、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルイソブチルアミド等のN-ビニルアミド系単量体などが挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中では、tert-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン等の(メタ)アクリルアミド誘導体が好ましい。さらに、Fedorsの推定法(1974年発行のポリマーエンジニアリング&サイエンス誌、第14巻、第2号の147-154ページ等を参照)で算出したSP値が17~25(J/cm3)0.5の単量体がより好ましく、18~21.8(J/cm3)0.5の単量体がより一層好ましい。具体的には、tert-ブチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミドが特に好適である。 Examples of the monomer represented by formula (2) include tert-butyl (meth)acrylamide, N,N-dimethyl (meth)acrylamide, N,N-diethyl (meth)acrylamide, N-isopropyl (meth)acrylamide, ) Acrylamide, N,N-dimethylaminopropyl (meth)acrylamide, (meth)acrylamide derivatives such as (meth)acryloylmorpholine, N-vinylamide units such as N-vinylacetamide, N-vinylformamide, N-vinylisobutyramide mers, etc., and one or more of these can be used. Among these are tert-butyl (meth)acrylamide, N,N-dimethyl (meth)acrylamide, N,N-diethyl (meth)acrylamide, N-isopropyl (meth)acrylamide, N,N-dimethylaminopropyl (meth)acrylamide ) acrylamide and (meth)acrylamide derivatives such as (meth)acryloylmorpholine are preferred. Furthermore, the SP value calculated by the Fedors estimation method (see pages 147-154 of Polymer Engineering & Science, Vol. 14, No. 2, published in 1974) is 17 to 25 (J/cm 3 ) A monomer is more preferred, and a monomer of 18 to 21.8 (J/cm 3 ) 0.5 is even more preferred. Specifically, tert-butylacrylamide and N-isopropylacrylamide are particularly preferred.
前記共重合体(P)の重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)で表される分散度(PDI)は、2.0以下である。砥粒の分散機能を有する重合体においては、分子量の大小は研磨対象への吸脱着速度に影響を与えると考えられ、一般に重合体の分子量が小さいほど、研磨対象への吸脱着速度が高いと考えられる。また、分子量の大きい重合体は、せん断力による砥粒の凝集構造を形成しやすいと考えられる。そのため、砥粒の分散機能を有する重合体は、分子量分布が狭い方が好ましい。こうした観点から、前記共重合体(P)のPDIは、好ましくは1.8以下であり、より好ましくは1.5以下であり、一層好ましくは1.3以下であり、より一層好ましくは1.2以下である。PDIの下限値は、通常1.0である。なお、本明細書において、重合体の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の値である。分子量測定の詳細は、実施例の項で説明する。 The polydispersity index (PDI) represented by weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) of the copolymer (P) is 2.0 or less. It is believed that the size of the molecular weight of a polymer that has a dispersing function for abrasive grains affects the rate of adsorption and desorption to and from the object to be polished. Conceivable. Further, it is considered that a polymer having a large molecular weight tends to form an aggregated structure of abrasive grains due to shearing force. Therefore, it is preferable that the polymer having the function of dispersing abrasive grains has a narrow molecular weight distribution. From this point of view, the PDI of the copolymer (P) is preferably 1.8 or less, more preferably 1.5 or less, even more preferably 1.3 or less, and still more preferably 1.3. 2 or less. The lower limit of PDI is typically 1.0. In addition, in this specification, the number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) of a polymer are values measured by gel permeation chromatography (GPC) in terms of polystyrene. Details of the molecular weight measurement are described in the Examples section.
前記共重合体(P)の数平均分子量(Mn)は、1,000~100,000であることが好ましい。Mnが1,000以上であると、研磨対象物の表面の濡れ性を十分に確保しつつ、研磨速度の低下を抑制することができる点で好ましい。また、Mnが100,000以下であると、せん断力による砥粒の凝集を十分に抑制でき、研磨時にスクラッチ等の欠陥が発生することを十分に抑制できる点で好ましい。こうした観点から、前記共重合体(P)のMnは、1,500以上がより好ましく、2,000以上がさらに好ましく、2,500以上が一層好ましい。前記共重合体(P)のMnの上限については、60,000以下がより好ましく、30,000以下がさらに好ましく、10,000以下が一層好ましく、6,000以下がより一層好ましい。数平均分子量の好ましい範囲は、上記の上限と下限で例示した数値を任意に組み合わせて示すことができる。 The copolymer (P) preferably has a number average molecular weight (Mn) of 1,000 to 100,000. An Mn of 1,000 or more is preferable because it is possible to suppress a decrease in the polishing rate while sufficiently ensuring the wettability of the surface of the object to be polished. Further, when Mn is 100,000 or less, aggregation of abrasive grains due to shear force can be sufficiently suppressed, and the occurrence of defects such as scratches during polishing can be sufficiently suppressed, which is preferable. From such a viewpoint, Mn of the copolymer (P) is more preferably 1,500 or more, still more preferably 2,000 or more, and still more preferably 2,500 or more. The upper limit of Mn of the copolymer (P) is more preferably 60,000 or less, still more preferably 30,000 or less, still more preferably 10,000 or less, and even more preferably 6,000 or less. A preferred range of the number average molecular weight can be shown by arbitrarily combining the numerical values exemplified for the above upper and lower limits.
前記共重合体(P)全体に対する、前記式(1)で表される単量体に由来する構造単位の含有量は、50質量%以上である。好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは85質量%以上、一層好ましくは90質量%以上、より一層好ましくは93質量%以上である。また、上限は、100質量%であり、好ましくは99質量%以下、さらに好ましくは98質量%以下、一層好ましくは97質量%以下、より一層好ましくは96質量%以下である。好ましい範囲は、上記の上限と下限で例示した数値を任意に組み合わせて示すことができる。
前記式(1)で表される単量体に由来する構造単位の含有量が上記範囲であると、研磨圧変化への応答性が高く、酸化膜が凸部である場合(研磨圧が高い状態)には吸着せず研磨速度を低下しないが、研磨が進み窒化膜が露出し研磨対象が凹部となった場合(研磨圧が低い状態)には酸化膜界面に吸着し、過剰研磨を抑制する傾向がある。これらの効果により、研磨速度を低下させず、ディッシングを低減した良好な研磨面が得られやすくなる。
The content of structural units derived from the monomer represented by formula (1) is 50% by mass or more relative to the entire copolymer (P). It is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 85% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 93% by mass or more. The upper limit is 100% by mass, preferably 99% by mass or less, more preferably 98% by mass or less, even more preferably 97% by mass or less, and even more preferably 96% by mass or less. A preferred range can be indicated by arbitrarily combining the numerical values exemplified for the above upper and lower limits.
When the content of the structural unit derived from the monomer represented by the formula (1) is within the above range, the responsiveness to changes in the polishing pressure is high, and when the oxide film is a convex portion (high polishing pressure However, when polishing progresses and the nitride film is exposed and the object to be polished becomes a concave portion (polishing pressure is low), it adheres to the interface of the oxide film and suppresses excessive polishing. tend to These effects make it easier to obtain a good polished surface with reduced dishing without lowering the polishing rate.
前記共重合体(P)全体に対する、前記式(2)で表される単量体に由来する構造単位の含有量は1質量%以上である。好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上、一層好ましくは4質量%以上、より一層好ましくは5質量%以上である。また、上限は50質量%以下であることが好ましい。より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下、一層好ましくは10質量%以下、より一層好ましくは7質量%以下である。好ましい範囲は、上記の下限と上限を任意に組み合わせて表すことができる。
前記共重合体(P)全体に対する、前記式(2)で表される単量体に由来する構成単位の含有量が上記範囲に含まれる場合、ディッシングを低減した良好な研磨面が得られやすくなる。
The content of structural units derived from the monomer represented by formula (2) is 1% by mass or more relative to the entire copolymer (P). It is preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, still more preferably 4% by mass or more, and even more preferably 5% by mass or more. Also, the upper limit is preferably 50% by mass or less. More preferably 20% by mass or less, still more preferably 15% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 7% by mass or less. A preferred range can be expressed by any combination of the above lower and upper limits.
When the content of the structural unit derived from the monomer represented by the formula (2) with respect to the entire copolymer (P) is within the above range, it is easy to obtain a good polished surface with reduced dishing. Become.
アニオン性の(共)重合体は、通常正電荷を帯びている窒化膜表面に吸着し、凸部の酸化膜との研磨選択性が高まり平坦な表面が得られる。しかし、窒化膜が露出し、研磨終了に近づいた際には酸化膜の研磨速度が大きくなり、ディッシングが生じる原因となってしまう場合がある。また、アニオン性添加剤ではpH変化により研磨液組成物の安定性が変化し、砥粒の粗大化により研磨傷が生じる原因となってしまう場合がある。これらの点を考慮すると、前記共重合体(P)全体に対する、官能基としてカルボン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、硫酸基、スルホン酸基、及び/又は、これらの塩を含む単量体に由来する構造単位の含有量が合計で0~0.6質量%であることが好ましい。より好ましくは0~0.5質量%、さらに好ましくは0~0.4質量%、一層好ましくは0~0.3質量%、より一層好ましくは0~0.2質量%である。 The anionic (co)polymer is adsorbed on the surface of the nitride film, which is usually positively charged, so that the selectivity of polishing the oxide film on the protrusions is increased, resulting in a flat surface. However, when the nitride film is exposed and nearing the end of polishing, the polishing rate of the oxide film increases, which may cause dishing. In addition, an anionic additive may change the stability of the polishing liquid composition due to a change in pH, and may cause polishing scratches due to coarsening of abrasive grains. In consideration of these points, monomers containing carboxylic acid groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups, sulfuric acid groups, sulfonic acid groups, and / or salts thereof as functional groups for the entire copolymer (P) The total content of structural units derived from the body is preferably 0 to 0.6% by mass. More preferably 0 to 0.5% by mass, still more preferably 0 to 0.4% by mass, still more preferably 0 to 0.3% by mass, still more preferably 0 to 0.2% by mass.
前記共重合体(P)は、前記式(1)又は前記式(2)で表される単量体以外に、その他の共重合可能な単量体を構造単位として含んでも良い。
これらの具体例としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類:(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸n-ペンチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸n-ヘキシル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸エチルヘキシル、及び(メタ)アクリル酸n-デシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸tert-ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロドデシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル及び(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル等の(メタ)アクリル酸の脂肪族環式エステル類;メタクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェノキシメチル、(メタ)アクリル酸2-フェノキシエチル及び(メタ)アクリル酸3-フェノキシプロピル等の(メタ)アクリル酸の芳香族エステル類;(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル及び(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル類;N-[2-(メチルアミノ)エチル](メタ)アクリレート、N-[2-(ジメチルアミノ)エチル](メタ)アクリレート、N-[2-(エチルアミノ)エチル](メタ)アクリレート及びN-[2-(ジエチルアミノ)エチル](メタ)アクリレート等の(ジ)アルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリル酸グリシジル、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル及び3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル類;2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2‐(2-メトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル(メタ)アクリレート類;等
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、nヘキシルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-オクチルビニルエーテル、n-ノニルビニルエーテル、及びn-デシルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル類;ビニルアルコール、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルアルコール類;スチレン、ビニルトルエン、及びビニルキシレン等の芳香族ビニル化合物;エチレン、プロピレン、ブチレン等のα-オレフィン類、N-[2-[2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ]エチル](メタ)アクリルアミド、1-[(メタ)アクリロイルアミノ]-3,6,9,12,15,18,21-ヘプタオキサドコサン、(メタ)アクリルアミド等をそれぞれ挙げることができる。その他の共重合可能な単量体としては、これらの内の1種又は2種以上を組み合わせて使用できる。
前記共重合体(P)全体に対する、前記その他の共重合可能な単量体に由来する構造単位の含有量は、10質量%以下であることが好ましい。8質量%以下であってもよく、5質量%以下であってもよく、3質量%以下であってもよく、1質量%以下であっても良い。
The copolymer (P) may contain other copolymerizable monomers as structural units in addition to the monomer represented by the formula (1) or the formula (2).
Specific examples thereof include vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate: methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, and isopropyl (meth)acrylate. , n-butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, tert-butyl (meth)acrylate, n-pentyl (meth)acrylate, amyl (meth)acrylate, n-hexyl (meth)acrylate , n-octyl (meth)acrylate, ethylhexyl (meth)acrylate, and n-decyl (meth)acrylate (meth)acrylic acid alkyl esters; cyclohexyl (meth)acrylate, methyl (meth)acrylate Cyclohexyl, tert-butylcyclohexyl (meth)acrylate, cyclododecyl (meth)acrylate, isobornyl (meth)acrylate, adamantyl (meth)acrylate, dicyclopentenyl (meth)acrylate and dicyclo(meth)acrylate Aliphatic cyclic esters of (meth)acrylic acid such as pentanyl; phenyl methacrylate, benzyl (meth)acrylate, phenoxymethyl (meth)acrylate, 2-phenoxyethyl (meth)acrylate and (meth)acryl Aromatic esters of (meth)acrylic acid such as 3-phenoxypropyl acid; 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 3-hydroxypropyl (meth)acrylate and 4-hydroxybutyl (meth)acrylate ( Hydroxyalkyl meth)acrylates; N-[2-(methylamino)ethyl](meth)acrylate, N-[2-(dimethylamino)ethyl](meth)acrylate, N-[2-(ethylamino)ethyl ] (meth)acrylate and (di)alkylaminoalkyl (meth)acrylates such as N-[2-(diethylamino)ethyl](meth)acrylate; glycidyl (meth)acrylate, glycidyl 4-hydroxybutyl (meth)acrylate Ether and epoxy group-containing (meth)acrylic acid esters such as 3,4-epoxycyclohexylmethyl (meth)acrylate; 2-methoxyethyl (meth)acrylate, 2-(2-methoxyethoxy)ethyl (meth)acrylate, methoxy Alkoxyalkyl (meth)acrylates such as dipropylene glycol (meth)acrylate; etc. Methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, n-hexyl vinyl ether, 2 - alkyl vinyl ethers such as ethylhexyl vinyl ether, n-octyl vinyl ether, n-nonyl vinyl ether, and n-decyl vinyl ether; vinyl alcohols such as vinyl alcohol, 2-hydroxyethyl vinyl ether, diethylene glycol monovinyl ether, 4-hydroxybutyl vinyl ether; styrene , vinyltoluene, and vinylxylene; α-olefins such as ethylene, propylene, butylene, N-[2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]ethyl](meth)acrylamide, 1 -[(meth)acryloylamino]-3,6,9,12,15,18,21-heptaoxadocosane, (meth)acrylamide and the like can be mentioned, respectively. As other copolymerizable monomers, one or more of these may be used in combination.
The content of the structural unit derived from the other copolymerizable monomer is preferably 10% by mass or less with respect to the entire copolymer (P). It may be 8% by mass or less, 5% by mass or less, 3% by mass or less, or 1% by mass or less.
前記共重合体(P)の分子構造はブロック共重合体であることが好ましい。 The molecular structure of the copolymer (P) is preferably a block copolymer.
ブロック共重合体の中でも、前記共重合体(P)は、前記式(1)で表される単量体に由来する構造単位UAを有する重合体ブロックAと、前記式(2)で表される単量体に由来する構造単位UBを有する重合体ブロックBを含む、ブロック共重合体であることが好ましい。
従来、化学機械研磨(CMP)用添加剤に用いられる水溶性重合体としては、単独重合体又はランダム型の共重合体が使用されてきた。しかし、基板表面に吸着する官能基が重合体構造全体に配置された構造の重合体は、吸着部位がまとまって配置されていないため研磨対象の表面の保護性が弱く、研磨圧が高い状態では過剰研磨が起きてしまう場合がある。一方、ブロック共重合体の場合は、基板表面に吸着する官能基がまとまった構造のため十分な吸着性を発揮し、研磨対象の過剰研磨を防ぐことができると考えられる。
Among the block copolymers, the copolymer (P) is a polymer block A having a structural unit UA derived from the monomer represented by the formula (1), and the polymer block A represented by the formula (2). It is preferably a block copolymer containing a polymer block B having a structural unit UB derived from a monomer.
Conventionally, homopolymers or random copolymers have been used as water-soluble polymers used in chemical mechanical polishing (CMP) additives. However, a polymer with a structure in which the functional groups that adsorb to the substrate surface are arranged throughout the polymer structure does not have the ability to protect the surface of the object to be polished because the adsorption sites are not arranged collectively. Overpolishing may occur. On the other hand, in the case of a block copolymer, it is considered that the functional groups that adsorb to the substrate surface are grouped together, so that the block copolymer exerts sufficient adsorption properties and can prevent excessive polishing of the object to be polished.
<ブロック共重合体>
本発明で好適に使用することができるブロック共重合体は、重合体ブロックAおよび重合体ブロックBを含むブロック共重合体である。
・重合体ブロックA
重合体ブロックAは、前記式(1)で表される単量体に由来する構造単位UAを有する。前記重合体ブロックAは、前記式(1)で表される単量体の単独重合体であっても良く、前記式(1)で表される単量体を複数種類用いた重合体であっても良い。また、本発明の効果を損なわない限り、前記重合体ブロックAが、前記式(1)で表される単量体と、前記式(2)で表される単量体よりなる群から選択される少なくとも1種の単量体、及び/又は、前記その他の共重合可能な単量体との共重合体であっても良い。
<Block copolymer>
A block copolymer that can be preferably used in the present invention is a block copolymer containing polymer block A and polymer block B.
・Polymer block A
Polymer block A has a structural unit UA derived from the monomer represented by formula (1). The polymer block A may be a homopolymer of the monomer represented by the formula (1), or a polymer using a plurality of types of the monomer represented by the formula (1). can be In addition, the polymer block A is selected from the group consisting of the monomer represented by the formula (1) and the monomer represented by the formula (2) as long as the effect of the present invention is not impaired. and/or a copolymer with the other copolymerizable monomer.
前記重合体ブロックA全体に対する、前記式(1)で表される単量体に由来する構造単位UAの含有量は、80質量%以上であることが好ましい。より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、一層好ましくは97質量%以上、より一層好ましくは99質量%以上である。上限は100質量%である。
前記式(1)で表される単量体に由来する構成単位の含有量が上記範囲であると、研磨圧変化への応答性が高く、酸化膜が凸部である場合(研磨圧が高い状態)には吸着せず研磨速度を低下しないが、研磨が進み窒化膜が露出し研磨対象が凹部となった場合(研磨圧が低い状態)には酸化膜界面に吸着し、過剰研磨を抑制する傾向がある。これらの効果により、研磨速度を低下させず、ディッシングを低減した良好な研磨面が得られやすくなる。
The content of the structural unit UA derived from the monomer represented by the formula (1) is preferably 80% by mass or more with respect to the entire polymer block A. More preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more, still more preferably 97% by mass or more, and still more preferably 99% by mass or more. The upper limit is 100% by mass.
When the content of the structural unit derived from the monomer represented by the formula (1) is within the above range, the responsiveness to changes in the polishing pressure is high, and when the oxide film is a convex portion (high polishing pressure However, when polishing progresses and the nitride film is exposed and the object to be polished becomes a recess (polishing pressure is low), it adheres to the interface of the oxide film and suppresses excessive polishing. tend to These effects make it easier to obtain a good polished surface with reduced dishing without lowering the polishing rate.
前記重合体ブロックAの重量平均分子量は500以上であることが好ましく、より好ましくは900以上であり、さらに好ましくは1,500以上であり、一層好ましくは2,100以上であり、より一層好ましくは2,700以上である。重量平均分子量の上限は、好ましくは100,000以下であり、より好ましくは60,000以下であり、さらに好ましくは30,000以下であり、一層好ましくは10,000以下であり、より一層好ましくは6,000以下である。好ましい範囲は、これらの下限と上限を任意に組み合わせて表すことができる。
前記重合体ブロックAの重量平均分子量が上記範囲であると、研磨対象物の表面の濡れ性を十分に確保しつつ、研磨速度の低下を抑制することができる点で好ましい。また、せん断力による砥粒の凝集を十分に抑制でき、研磨時にスクラッチ等の欠陥が発生することを十分に抑制できる点で好ましい。
The weight average molecular weight of the polymer block A is preferably 500 or more, more preferably 900 or more, still more preferably 1,500 or more, still more preferably 2,100 or more, and still more preferably 2,700 or more. The upper limit of the weight average molecular weight is preferably 100,000 or less, more preferably 60,000 or less, still more preferably 30,000 or less, still more preferably 10,000 or less, and still more preferably 6,000 or less. A preferred range can be represented by any combination of these lower and upper limits.
When the weight average molecular weight of the polymer block A is within the above range, it is possible to sufficiently ensure the wettability of the surface of the object to be polished while suppressing a decrease in the polishing rate. In addition, it is preferable in that it can sufficiently suppress aggregation of abrasive grains due to shearing force, and sufficiently suppress the occurrence of defects such as scratches during polishing.
・重合体ブロックB
重合体ブロックBは、前記式(2)で表される単量体に由来する構造単位UBを有する。前記重合体ブロックBは、前記式(2)で表される単量体の単独重合体であっても良く、前記式(2)で表される単量体よりなる群から選択される少なくとも1種の単量体を複数種類用いた重合体であっても良い。また、本発明の効果を損なわない限り、前記重合体ブロックBが、前記式(2)で表される単量体よりなる群から選択される少なくとも1種の単量体と、前記式(1)で表される単量体、及び/又は、前記その他の共重合可能な単量体との共重合体であっても良い。
・Polymer block B
Polymer block B has a structural unit UB derived from the monomer represented by the formula (2). The polymer block B may be a homopolymer of the monomer represented by the formula (2), and at least one selected from the group consisting of the monomers represented by the formula (2). A polymer using a plurality of types of seed monomers may also be used. Further, as long as the effects of the present invention are not impaired, the polymer block B comprises at least one monomer selected from the group consisting of the monomers represented by the formula (2) and the ) and/or a copolymer with the other copolymerizable monomer.
前記重合体ブロックB全体に対する、前記式(2)で表される単量体に由来する構造単位UBの含有量は、35質量%以上であることが好ましい。40質量%以上であってもよく、45質量%以上であってもよく、50質量%以上であってもよく、55質量%以上であってもよく、60質量%以上であってもよく、70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であっても良い。上限は100質量%以下である。 The content of the structural unit UB derived from the monomer represented by the formula (2) is preferably 35% by mass or more with respect to the entire polymer block B. may be 40% by mass or more, may be 45% by mass or more, may be 50% by mass or more, may be 55% by mass or more, may be 60% by mass or more, It may be 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more. An upper limit is 100 mass % or less.
前記重合体ブロックBの重量平均分子量は、100以上が好ましく、より好ましくは120以上であり、さらに好ましくは130以上であり、一層好ましくは140以上であり、より一層好ましくは150以上である。重量平均分子量の上限は、50,000以下が好ましく、より好ましくは10,000以下であり、さらに好ましくは5,000以下であり、一層好ましくは1,000以下であり、より一層好ましくは500以下である。好ましい範囲は、上記の下限と上限を任意に組み合わせて表すことができる。 The weight average molecular weight of the polymer block B is preferably 100 or more, more preferably 120 or more, even more preferably 130 or more, even more preferably 140 or more, and even more preferably 150 or more. The upper limit of the weight average molecular weight is preferably 50,000 or less, more preferably 10,000 or less, still more preferably 5,000 or less, still more preferably 1,000 or less, and even more preferably 500 or less. is. A preferred range can be expressed by any combination of the above lower and upper limits.
本発明で好適に使用することができるブロック共重合体は、前記重合体ブロックA及び前記重合体ブロックBを各々1つ以上有していれば良く、例えば前記重合体ブロックA及び前記重合体ブロックBからなるABジブロック共重合体、前記重合体ブロックA/前記重合体ブロックB/前記重合体ブロックAからなるABAトリブロック共重合体又はBABトリブロック共重合体等が挙げられる。また、前記ブロック共重合体は、重合体ブロックを4個以上有するマルチブロック共重合体であってもよく、前記重合体ブロックA及び前記重合体ブロックB以外の重合体ブロックCを含む、ABC又はABCA等の構造を有するブロック共重合体であっても良い。中でも、前記ブロック共重合体は、ABC構造等に比べ製造工程が少ないことから各種不純物の混入の可能性が小さくなり、高純度な製品が製造できる観点から、AB構造を有することが好ましい。 The block copolymer that can be preferably used in the present invention may have one or more of each of the polymer block A and the polymer block B. For example, the polymer block A and the polymer block AB diblock copolymer consisting of B, ABA triblock copolymer or BAB triblock copolymer consisting of polymer block A/polymer block B/polymer block A, and the like. Further, the block copolymer may be a multi-block copolymer having 4 or more polymer blocks, including a polymer block C other than the polymer block A and the polymer block B, ABC or It may be a block copolymer having a structure such as ABCA. Above all, the block copolymer preferably has an AB structure from the viewpoint of reducing the possibility of contamination with various impurities because of fewer production steps compared to the ABC structure and the like, and from the viewpoint of being able to produce high-purity products.
前記ブロック共重合体における前記重合体ブロックAと前記重合体ブロックBとの質量比は、50/50~99.9/0.1であることが好ましく、より好ましくは、80/20~99/1であり、さらに好ましくは、90/10~98/2であり、一層好ましくは、93/7~97/3である。質量比がこの範囲内であれば、酸化膜に吸着し、保護作用を示す傾向がある。また、研磨圧変化への応答性が高く、酸化膜が凸部である場合(研磨圧が高い状態)には吸着せず研磨速度を低下しないが、研磨が進み窒化膜が露出し研磨対象が凹部となった場合(研磨圧が低い状態)には酸化膜界面に吸着し、過剰研磨を抑制する傾向がある。これらの効果により、研磨速度を低下させず、ディッシングを低減した良好な研磨面が得られやすくなると考えられる。 The mass ratio of the polymer block A and the polymer block B in the block copolymer is preferably 50/50 to 99.9/0.1, more preferably 80/20 to 99/ 1, more preferably 90/10 to 98/2, even more preferably 93/7 to 97/3. If the mass ratio is within this range, it tends to adsorb to the oxide film and exhibit a protective effect. In addition, it has high responsiveness to changes in polishing pressure, and when the oxide film is a convex portion (state of high polishing pressure), it does not adhere and the polishing rate does not decrease, but as the polishing progresses, the nitride film is exposed and the object to be polished is damaged. When it becomes a concave portion (when the polishing pressure is low), it tends to adhere to the oxide film interface and suppress excessive polishing. It is believed that these effects make it easier to obtain a good polished surface with reduced dishing without lowering the polishing rate.
また、前記ブロック共重合体が、前記重合体ブロックA及び前記重合体ブロックB以外の重合体ブロックCを含む場合、前記ブロック共重合体全体に対する、前記重合体ブロックA及び前記重合体ブロックBの合計質量比は、好ましくは90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上であり、一層好ましくは98質量%以上であり、より一層好ましくは99質量%以上である。 Further, when the block copolymer contains a polymer block C other than the polymer block A and the polymer block B, the ratio of the polymer block A and the polymer block B to the entire block copolymer The total mass ratio is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, still more preferably 98% by mass or more, and still more preferably 99% by mass or more.
本発明で提供される化学機械研磨用の添加剤は、共重合体(P)を含む化学機械研磨用の添加剤であって、前記共重合体(P)は、前記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体P全体の50~99質量%であり、かつ、前記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%であることを特徴とする、添加剤であれば良い。したがって、本発明で提供される化学機械研磨用の添加剤は、前記共重合体(P)のみを含有する単一成分からなる形態であっても良いし、前記共重合体(P)と共に、前記共重合体(P)とは異なる成分(以下「その他の成分」ともいう)を含む形態であっても良い。 The chemical mechanical polishing additive provided by the present invention is a chemical mechanical polishing additive containing a copolymer (P), wherein the copolymer (P) is represented by the formula (1). The content of the structural unit derived from the vinyl monomer is 50 to 99% by mass of the entire copolymer P, and the structural unit derived from the vinyl monomer represented by the formula (2) is 1 to 50% by mass of the total copolymer (P). Therefore, the chemical mechanical polishing additive provided by the present invention may be in the form of a single component containing only the copolymer (P), or may be in the form of a single component containing the copolymer (P), A form containing a component different from the copolymer (P) (hereinafter also referred to as “other component”) may be used.
本発明で提供される化学機械研磨用の添加剤は、その他の成分として溶媒を含むものとすることができる。溶媒としては、例えば水、有機溶媒、及び水と有機溶媒との混合溶媒等が挙げられる。これらの内、前記共重合体(P)を溶解可能な溶媒が好ましく、水、又は、水と水に溶解可能な有機溶媒との混合溶媒がより好ましく、水であることが特に好ましい。水と共に使用される有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール及びブタノール等のアルコール類;アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルキレングリコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸エチル等のエステル類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;アセトニトリル等のニトリル系溶媒等が挙げられる。有機溶媒としては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The additive for chemical mechanical polishing provided by the present invention may contain a solvent as another component. Examples of the solvent include water, organic solvents, mixed solvents of water and organic solvents, and the like. Among these, a solvent capable of dissolving the copolymer (P) is preferred, water or a mixed solvent of water and an organic solvent soluble in water is more preferred, and water is particularly preferred. Examples of organic solvents used with water include alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; alkylene glycols such as ethylene glycol and propylene glycol; ethylene glycol monomethyl ether and propylene glycol. Ethers such as monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, and tetrahydrofuran; Esters such as ethylene glycol monomethyl ether acetate and ethyl acetate; Amide solvents such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; Nitrile solvents such as acetonitrile A solvent etc. are mentioned. As the organic solvent, one type can be used alone or two or more types can be used in combination.
本発明で提供される化学機械研磨用の添加剤が前記共重合体(P)と溶媒とを含有する場合、研磨対象物及び研磨パッドの表面と前記共重合体(P)との接触を十分に行わせる観点から、前記共重合体(P)と溶媒との合計質量に対し、前記共重合体(P)の含有量が、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは5質量%以上であり、さらに好ましくは10質量%以上である。また、前記共重合体(P)の含有量の上限については、粘度が高くなりすぎることにより取扱い性が低下することを抑制する観点から、前記共重合体(P)と溶媒との合計質量に対して、好ましくは70質量%以下であり、より好ましくは60質量%以下であり、さらに好ましくは50質量%以下である。好ましい範囲は、これらの下限と上限を任意に組み合わせて表すことができる。 When the additive for chemical mechanical polishing provided by the present invention contains the copolymer (P) and a solvent, the copolymer (P) is sufficiently brought into contact with the surface of the object to be polished and the polishing pad. From the viewpoint of performing the reaction, the content of the copolymer (P) is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, relative to the total mass of the copolymer (P) and the solvent. and more preferably 10% by mass or more. Further, regarding the upper limit of the content of the copolymer (P), from the viewpoint of suppressing the deterioration of handleability due to excessive viscosity increase, the total mass of the copolymer (P) and the solvent On the other hand, it is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less. A preferred range can be represented by any combination of these lower and upper limits.
≪研磨液添加剤用重合体の製造方法≫
研磨液添加剤用重合体、すなわち、本発明で好適に使用することができる前記共重合体(P)の製造方法は、本発明の効果を損なわない限り、特に限定されるものではない。例えば、溶液重合法、塊状重合等の公知のラジカル重合方法を採用して、前述した単量体を重合することにより製造することができる。溶液重合法による場合、例えば、溶剤及び単量体を反応器に仕込み、重合開始剤を添加して、加熱重合することにより目的とする重合体を得ることができる。
<<Method for producing polymer for polishing liquid additive>>
The method for producing the polymer for polishing liquid additives, that is, the copolymer (P) that can be preferably used in the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, it can be produced by adopting a known radical polymerization method such as a solution polymerization method or bulk polymerization to polymerize the above-described monomers. In the solution polymerization method, for example, a solvent and monomers are charged into a reactor, a polymerization initiator is added, and the desired polymer can be obtained by heating and polymerizing.
上記のように製造した前記共重合体(P)を再沈殿法や多孔質材料を用いる方法などの公知の重合体精製法に供することで、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)で表される分散度(PDI)が2.0以下となるように精製しても良い。 By subjecting the copolymer (P) produced as described above to a known polymer purification method such as a reprecipitation method or a method using a porous material, the weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) You may refine|purify so that a dispersion index (PDI) represented by may be set to 2.0 or less.
前記共重合体(P)の好適な製造方法としては、リビングラジカル重合やリビングアニオン重合等の各種制御重合法を挙げることができる。これらの中でも、分子量分散度(PDI)の制御性が高く、砥粒の分散安定性に優れた重合体を製造できる点、及び操作が簡便であってかつ広い範囲の単量体に対して適用可能な点で、リビングラジカル重合法が好ましい。リビングラジカル重合法を採用する場合、重合形式は特に限定されず、バルク重合、溶液重合、乳化重合、ミニエマルジョン重合、懸濁重合等の各種態様により行うことができる。 Suitable methods for producing the copolymer (P) include various controlled polymerization methods such as living radical polymerization and living anion polymerization. Among these, the controllability of the molecular weight dispersity (PDI) is high, it is possible to produce a polymer with excellent dispersion stability of abrasive grains, and the operation is simple and applicable to a wide range of monomers. A living radical polymerization method is preferred in that it is possible. When adopting the living radical polymerization method, the polymerization form is not particularly limited, and various modes such as bulk polymerization, solution polymerization, emulsion polymerization, miniemulsion polymerization, and suspension polymerization can be used.
例えば、リビングラジカル重合法を採用して、溶液重合により前記共重合体(P)を製造する場合、溶媒及び単量体を反応器に仕込み、ラジカル重合開始剤を添加し、好ましくは加熱して重合を行うことにより、目的とする共重合体(P)を得ることができる。重合は、バッチプロセス、セミバッチプロセス、乾式連続重合プロセス、連続攪拌槽型プロセス(CSTR)等のいずれのプロセスを採用しても良い。 For example, when a living radical polymerization method is employed to produce the copolymer (P) by solution polymerization, a solvent and monomers are charged into a reactor, a radical polymerization initiator is added, and preferably heated. The desired copolymer (P) can be obtained by polymerization. Polymerization may employ any process such as a batch process, a semi-batch process, a dry continuous polymerization process, a continuous stirred tank process (CSTR), or the like.
前記共重合体(P)の製造に際し、リビングラジカル重合法としては、公知の重合法を採用することができる。用いるリビングラジカル重合法の具体例としては、交換連鎖機構のリビングラジカル重合法、結合-解離機構のリビングラジカル重合法、原子移動機構のリビングラジカル重合法等が挙げられる。これらの具体例としては、交換連鎖機構のリビングラジカル重合として、可逆的付加-開裂連鎖移動重合法(RAFT法)、ヨウ素移動重合法、有機テルル化合物を用いる重合法(TERP法)、有機アンチモン化合物を用いる重合法(SBRP法)、有機ビスマス化合物を用いる重合法(BIRP法)等を;結合-解離機構のリビングラジカル重合として、ニトロキシラジカル法(NMP法)等を;原子移動機構として、原子移動ラジカル重合法(ATRP法)等を、それぞれ挙げることができる。これらの中でも、最も広範囲なビニル単量体に適用でき、かつ重合の制御性に優れている点で、交換連鎖機構のリビングラジカル重合法が好ましく、金属又は半金属化合物の混入による研磨対象物の汚染を避けることができる点で、RAFT法又はNMP法が好ましく、高温を必要としない水系での合成が容易である観点から、RAFT法が特に好ましい。 In the production of the copolymer (P), a known polymerization method can be employed as the living radical polymerization method. Specific examples of the living radical polymerization method to be used include a living radical polymerization method using an exchange chain mechanism, a living radical polymerization method using a bond-dissociation mechanism, and a living radical polymerization method using an atom transfer mechanism. Specific examples thereof include reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization method (RAFT method), iodine transfer polymerization method, polymerization method using organic tellurium compound (TERP method), and organic antimony compound as living radical polymerization of exchange chain mechanism. (SBRP method), a polymerization method using an organic bismuth compound (BIRP method), etc.; A transfer radical polymerization method (ATRP method) and the like can be mentioned, respectively. Among these, the living radical polymerization method of the exchange chain mechanism is preferable because it can be applied to the widest range of vinyl monomers and has excellent controllability of polymerization. The RAFT method or the NMP method is preferred from the viewpoint of avoiding contamination, and the RAFT method is particularly preferred from the viewpoint of facilitating synthesis in an aqueous system that does not require high temperatures.
RAFT法では、重合制御剤(RAFT剤)及びラジカル重合開始剤の存在下、可逆的な連鎖移動反応を介して重合が進行する。RAFT剤としては、ジチオエステル化合物、ザンテート化合物、トリチオカーボネート化合物及びジチオカーバメート化合物等、公知の各種RAFT剤を使用することができる。これらのうち、分子量分散度がより小さい重合体を得ることができる点で、トリチオカーボネート化合物及びジチオカーバメート化合物が好ましい。また、RAFT剤は、活性点を1箇所のみ有する単官能型の化合物を用いてもよいし、活性点を2箇所以上有する多官能型の化合物を用いてもよい。RAFT剤の使用量は、用いる単量体及びRAFT剤の種類等により適宜調整される。 In the RAFT method, polymerization proceeds via a reversible chain transfer reaction in the presence of a polymerization controller (RAFT agent) and a radical polymerization initiator. As the RAFT agent, various known RAFT agents such as dithioester compounds, xanthate compounds, trithiocarbonate compounds and dithiocarbamate compounds can be used. Among these, trithiocarbonate compounds and dithiocarbamate compounds are preferable in that a polymer having a smaller molecular weight dispersity can be obtained. The RAFT agent may be a monofunctional compound having only one active site, or a polyfunctional compound having two or more active sites. The amount of the RAFT agent used is appropriately adjusted depending on the type of monomer and RAFT agent used.
RAFT法による重合の際に用いる重合開始剤としては、アゾ化合物、有機過酸化物及び過硫酸塩等の公知のラジカル重合開始剤を使用することができる。これらの中でも、安全上取り扱いやすく、ラジカル重合時の副反応が起こりにくい点で、アゾ化合物が好ましい。アゾ化合物の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル-2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス[N-(2-プロペニル)-2-メチルプロピオンアミド]、2,2’-アゾビス(N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド)等が挙げられる。ラジカル重合開始剤としては、1種類のみ使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the polymerization initiator used for polymerization by the RAFT method, known radical polymerization initiators such as azo compounds, organic peroxides and persulfates can be used. Among these, an azo compound is preferable because it is easy to handle safely and hardly causes a side reaction during radical polymerization. Specific examples of azo compounds include 2,2′-azobis(isobutyronitrile), 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 4,4′-azobis(4-cyanovaleric acid) , 2,2′-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2′-azobis(2-methylpropionate), 2,2′-azobis(2-methylbutyro nitrile), 1,1′-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2′-azobis[N-(2-propenyl)-2-methylpropionamide], 2,2′-azobis(N-butyl -2-methylpropionamide) and the like. As the radical polymerization initiator, only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
ラジカル重合開始剤の使用量は、特に制限されないが、分子量分散度がより小さい重合体を得る点から、RAFT剤1モルに対して、0.5モル以下とすることが好ましく、0.2モル以下とすることがより好ましい。また、重合反応を安定的に行う観点から、ラジカル重合開始剤の使用量の下限については、RAFT剤1モルに対して、0.01モル以上とすることが好ましく、0.05モル以上とすることがより好ましい。RAFT剤1モルに対するラジカル重合開始剤の使用量は、0.01~0.5モルが好ましく、0.05~0.2モルがより好ましい。 The amount of the radical polymerization initiator to be used is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a polymer with a smaller molecular weight dispersity, it is preferably 0.5 mol or less, such as 0.2 mol, per 1 mol of the RAFT agent. More preferably: From the viewpoint of stably conducting the polymerization reaction, the lower limit of the amount of the radical polymerization initiator to be used is preferably 0.01 mol or more, preferably 0.05 mol or more, with respect to 1 mol of the RAFT agent. is more preferable. The amount of the radical polymerization initiator to be used is preferably 0.01 to 0.5 mol, more preferably 0.05 to 0.2 mol, per 1 mol of the RAFT agent.
リビングラジカル重合において溶媒を用いる場合、重合溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン及びアニソール等の芳香族化合物;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及び酢酸ブチル等のエステル化合物;アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン化合物;ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、アルコール、水等が挙げられる。重合溶媒としては、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When a solvent is used in the living radical polymerization, the polymerization solvent includes aromatic compounds such as benzene, toluene, xylene and anisole; ester compounds such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate; ketone compounds such as acetone and methyl ethyl ketone. ; dimethylformamide, acetonitrile, dimethylsulfoxide, alcohol, water and the like. As the polymerization solvent, one of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
RAFT法による重合反応において、反応温度は、好ましくは40℃以上100℃以下であり、より好ましくは45℃以上90℃以下であり、更に好ましくは50℃以上80以下である。反応温度が40℃以上であると、重合反応を円滑に進めることができる点で好ましく、反応温度が100℃以下であると、副反応を抑制できるとともに、使用できる開始剤や溶剤に関する制限が緩和される点で好ましい。また、反応時間は、使用する単量体等に応じて適宜設定され得るが、1時間以上48時間以下であることが好ましく、3時間以上24以下であることがより好ましい。重合は必要に応じて、連鎖移動剤(例えば、炭素数2~20のアルキルチオール化合物等)の存在下で実施してもよい。製造工程において、特に酸性基を有するモノマーを使用する状況で、反応器の腐食等に起因して金属が混入することが懸念される場合、表面がフッ素系樹脂等でコーティングされた設備を用いて製造することが好ましい。またこの場合、製品等の保管容器について、耐腐食性を有する樹脂製の容器等とすることが好ましい。樹脂製の容器を使用する場合、該容器は、フィラー等の溶解による金属混入が抑制された材質とすることが好ましい。 In the polymerization reaction by the RAFT method, the reaction temperature is preferably 40° C. or higher and 100° C. or lower, more preferably 45° C. or higher and 90° C. or lower, and still more preferably 50° C. or higher and 80° C. or lower. A reaction temperature of 40° C. or higher is preferable in that the polymerization reaction can proceed smoothly. It is preferable that In addition, the reaction time can be appropriately set according to the monomers to be used and the like, but is preferably 1 hour or more and 48 hours or less, more preferably 3 hours or more and 24 hours or less. Polymerization may be carried out in the presence of a chain transfer agent (eg, an alkylthiol compound having 2 to 20 carbon atoms, etc.), if necessary. In the manufacturing process, especially in situations where monomers with acidic groups are used, if there is concern about metal contamination due to corrosion of the reactor, etc., use equipment whose surface is coated with fluorine resin, etc. Manufacturing is preferred. Further, in this case, it is preferable that the container for storing the product or the like is made of a corrosion-resistant resin container or the like. When a container made of resin is used, it is preferable that the container be made of a material that suppresses contamination with metal due to dissolution of filler or the like.
≪研磨液組成物≫
本発明で提供される研磨液組成物は、少なくとも、前記共重合体(P)および砥粒を含有する。砥粒としては、公知の無機粒子、有機粒子、および、有機無機複合粒子からなる群より選択される少なくとも一種以上の粒子を用いることができる。
<<Polish composition>>
The polishing composition provided by the present invention contains at least the copolymer (P) and abrasive grains. At least one kind of particles selected from the group consisting of known inorganic particles, organic particles, and organic-inorganic composite particles can be used as the abrasive grains.
無機粒子の具体例としては、酸化セリウム(セリア)、ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、ヒュームドチタニア、コロイダルシリカ等が例示され、有機粒子の具体例としては、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル系共重合体、ポリスチレン及びポリスチレン系共重合体、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン及びポリオレフィン系共重合体、フェノキシ樹脂等が例示される。有機無機複合粒子としては、有機成分の官能基と無機成分の官能基が化学的に結合したもの等、研磨液組成物として使用される条件下で分解しない程度に結合又は複合化したものであれば良い。
これらの中でも、アルミナ等に比べて硬度が低く、研磨表面の欠陥発生を抑制できるという利点があるため、酸化セリウムおよび/又はシリカが好ましい。特に、酸化セリウムは、シリカやアルミナ等に比べて高い研磨速度で研磨表面を研磨することができるためより好適である。
Specific examples of inorganic particles include cerium oxide (ceria), fumed silica, fumed alumina, fumed titania, and colloidal silica. Specific examples of organic particles include (meth)acrylic particles such as polymethyl methacrylate. polystyrene and polystyrene copolymers, polyacetals, polyamides, polycarbonates, polyolefins and polyolefin copolymers, phenoxy resins and the like. The organic-inorganic composite particles may be those in which the functional group of the organic component and the functional group of the inorganic component are chemically bonded, or the like, which are bonded or combined to such an extent that they do not decompose under the conditions used as the polishing composition. Good luck.
Among these, cerium oxide and/or silica are preferred because they have lower hardness than alumina and the like and have the advantage of being able to suppress the occurrence of defects on the polished surface. In particular, cerium oxide is more suitable because it can polish the polishing surface at a higher polishing rate than silica, alumina, or the like.
前記砥粒の平均粒子径は特に限定されないが、一般に1nm~500nmである。該平均粒子径は、高い研磨速度を確保する観点から、好ましくは2nm以上であり、より好ましくは3nm以上である。平均粒子径の上限については、研磨対象物の表面におけるスクラッチの発生を抑制する観点から、好ましくは300nm以下であり、より好ましくは100nm以下である。なお、本明細書において、砥粒の平均粒子径は、BET(窒素吸着)法によって算出される比表面積(m2/g)を用いて算出された一次粒子径である。 Although the average particle size of the abrasive grains is not particularly limited, it is generally 1 nm to 500 nm. From the viewpoint of ensuring a high polishing rate, the average particle size is preferably 2 nm or more, more preferably 3 nm or more. The upper limit of the average particle size is preferably 300 nm or less, more preferably 100 nm or less, from the viewpoint of suppressing the occurrence of scratches on the surface of the object to be polished. In this specification, the average particle size of abrasive grains is the primary particle size calculated using the specific surface area (m 2 /g) calculated by the BET (nitrogen adsorption) method.
前記研磨液組成物における前記砥粒の含有量は、高い研磨速度を実現する観点から、1質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上がさらに好ましい。前記砥粒の含有量の上限については、研磨対象物の平滑性を良好にする観点から、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下がさらに好ましい。好ましい範囲は、これらの下限と上限を任意に組み合わせて表すことができる。 From the viewpoint of realizing a high polishing rate, the content of the abrasive grains in the polishing composition is preferably 1% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more. The upper limit of the abrasive grain content is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and even more preferably 40% by mass or less, from the viewpoint of improving the smoothness of the object to be polished. A preferred range can be represented by any combination of these lower and upper limits.
前記研磨液組成物は、溶剤を含んでいても良い。溶剤は、水系溶剤であることが好ましく、水、又は水とその他の溶剤との混合溶剤等が挙げられる。前記その他の溶剤としては、水と相溶する溶剤が好ましく、例えばエタノール等のアルコールが挙げられる。また、前記研磨液組成物はさらに、本発明の効果を損なわない範囲において、例えば研磨促進剤、pH調整剤、界面活性剤、キレート剤、防食剤等の公知の添加剤を含有していてもよい。 The polishing composition may contain a solvent. The solvent is preferably a water-based solvent, and includes water, a mixed solvent of water and other solvents, and the like. As the other solvent, a solvent compatible with water is preferable, and examples thereof include alcohols such as ethanol. Further, the polishing liquid composition may further contain known additives such as polishing accelerators, pH adjusters, surfactants, chelating agents, anticorrosive agents, etc., within a range that does not impair the effects of the present invention. good.
前記共重合体(P)の含有量は、前記共重合体(P)の固形分濃度が、研磨液組成物の全量に対して0.001質量%以上となる量とすることが好ましく、1質量%以上となる量とすることがより好ましい。前記共重合体(P)の含有量の上限については、前記共重合体(P)の固形分濃度が、研磨液組成物の全量に対して10質量%以下となる量とすることが好ましく、5質量%以下となる量とすることがより好ましい。好ましい範囲は、これらの下限と上限を任意に組み合わせて表すことができる。 The content of the copolymer (P) is preferably an amount such that the solid content concentration of the copolymer (P) is 0.001% by mass or more relative to the total amount of the polishing composition. It is more preferable to set the amount to be mass % or more. Regarding the upper limit of the content of the copolymer (P), it is preferable to set the solid content concentration of the copolymer (P) to 10% by mass or less with respect to the total amount of the polishing composition. It is more preferable to set the amount to 5% by mass or less. A preferred range can be represented by any combination of these lower and upper limits.
前記研磨液組成物は、各成分を公知の方法で混合することにより、通常、スラリー状の混合物として調製される。前記研磨液組成物の25℃における粘度は、研磨対象物や研磨時のせん断速度等に応じて適宜選択することができるが、0.1~10mPa・sの範囲であることが好ましく、0.5~5mPa・sの範囲であることがより好ましい。 The polishing liquid composition is usually prepared as a slurry-like mixture by mixing each component by a known method. The viscosity of the polishing liquid composition at 25° C. can be appropriately selected according to the object to be polished, the shear rate during polishing, etc., but it is preferably in the range of 0.1 to 10 mPa·s. More preferably, it is in the range of 5 to 5 mPa·s.
前記研磨液組成物は、添加剤として前記共重合体(P)を含有するため、研磨対象の凹凸表面において、凸部(酸化膜)の研磨速度が十分に早く、かつ、ディッシングを大幅に低減することが可能である。
したがって、本発明で提供される研磨液組成物は、半導体素子の製造工程において絶縁膜及び金属配線の少なくともいずれかの表面を平坦化する用途、具体的には、例えばシャロートレンチ分離(STI)作成時の酸化膜(シリコン酸化膜等)の平坦化、銅や銅合金、アルミニウム合金等からなる金属配線の表面の平坦化、層間絶縁膜(酸化膜)の表面の平坦化等の際の研磨液として用いることにより、欠陥の発生が低減され、表面平滑性に優れた絶縁膜及び金属配線を得ることができる点で好適である。
Since the polishing liquid composition contains the copolymer (P) as an additive, the polishing rate of convex portions (oxide films) on the uneven surface to be polished is sufficiently high, and dishing is greatly reduced. It is possible to
Therefore, the polishing composition provided by the present invention can be used to planarize the surface of at least one of an insulating film and metal wiring in the manufacturing process of semiconductor devices, specifically, for example, shallow trench isolation (STI). Polishing liquid for flattening oxide films (silicon oxide films, etc.), flattening the surface of metal wiring made of copper, copper alloys, aluminum alloys, etc., flattening the surface of interlayer insulating films (oxide films), etc. is preferable in that the occurrence of defects can be reduced and an insulating film and metal wiring having excellent surface smoothness can be obtained.
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。尚、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。尚、以下において「部」及び「%」は、特に断らない限り質量部及び質量%を意味する。
実施例及び比較例で使用した重合体の分析方法および製造方法について以下に記載する。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. It should be noted that the present invention is not limited by these examples. In the following, "parts" and "%" mean parts by weight and % by weight unless otherwise specified.
The analysis methods and production methods of the polymers used in Examples and Comparative Examples are described below.
<重合体の質量組成比>
得られた重合体の質量組成比は1H-NMR測定またはガスクロマトグラフィー(GC)より算出したモノマーの反応率をもとに算出した。
1H-NMR測定装置にはBRUKER社製AscendTM400核磁気共鳴測定装置を用い、25℃で、テトラメチルシランを標準物質、重クロロホルムを溶媒として測定を行った。
また、GCには装置としてAgilent 7820A(Agilent Technologies社製)、カラムにVARIAN CP-SIL 5CB(30m×0.32mm、d.f.=3.0μm)、キャリアガスに窒素、検出にFIDを用いて測定を行った。
<Mass Composition Ratio of Polymer>
The mass composition ratio of the obtained polymer was calculated based on the reaction rate of the monomer calculated by 1H-NMR measurement or gas chromatography (GC).
Ascend TM400 nuclear magnetic resonance spectrometer manufactured by BRUKER was used as a 1H-NMR spectrometer, and measurements were performed at 25° C. using tetramethylsilane as a standard substance and deuterated chloroform as a solvent.
In addition, for GC, Agilent 7820A (manufactured by Agilent Technologies) was used as an apparatus, VARIAN CP-SIL 5CB (30 m × 0.32 mm, df = 3.0 µm) as a column, nitrogen as a carrier gas, and FID for detection. measurements were taken.
<分子量測定>
ゲル浸透クロマトグラフ装置(型式名「HLC-8220」、東ソー社製)を用いて、下記の条件よりポリスチレン換算による数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を得た。また、得られた値から分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
○測定条件
カラム:東ソー社製TSKgel SuperMultiporeHxL-M×4本
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン
検出器:RI
流速:0.6mL/min
<Molecular weight measurement>
Using a gel permeation chromatograph (model name “HLC-8220”, manufactured by Tosoh Corporation), the number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene were obtained under the following conditions. Also, the molecular weight distribution (Mw/Mn) was calculated from the obtained values.
○ Measurement conditions Column: TSKgel Super Multipore HxL-M × 4 columns manufactured by Tosoh Corporation Column temperature: 40 ° C.
Eluent: Tetrahydrofuran Detector: RI
Flow rate: 0.6mL/min
1. 重合体の合成
<合成例1>
攪拌機、温度計、窒素導入管を備えた1Lの4つ口ナス型フラスコに、純水150g、メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート(日油製、以下、「AME-400」ともいう)300g、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)(富士フイルム和光純薬工業製、以下、「V-501」ともいう)0.48g、RAFT剤として3-((((1-カルボキシエチル)チオ)カルボノチオイル)チオ)プロパン酸(BORON MOLECULAR社製、以下、「BM1429」ともいう)26.8gを仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。3時間後、水冷し重合を停止した。AME-400の重合率を1H-NMR測定から決定したところ、95%であった。続いて、N-イソプロピルアクリルアミド(以下、「NIPAM」ともいう)15.6gを加え、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。3時間後、水冷し重合を停止した。NIPAMの重合率をGC測定から決定したところ、90%であった。得られた水溶性ブロック共重合体(これを「重合体A」とする)の分子量は、GPC測定により、Mn3,120、Mw3,430であり、PDIは1.1であった。
1. Polymer Synthesis <Synthesis Example 1>
150 g of pure water, 300 g of methoxypolyethylene glycol monoacrylate (manufactured by NOF, hereinafter also referred to as "AME-400"), 4,4 '-azobis (4-cyanovaleric acid) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, hereinafter also referred to as "V-501") 0.48 g, 3-((((1-carboxyethyl)thio)carbohydrate as a RAFT agent 26.8 g of nothioyl)thio)propanoic acid (manufactured by BORON MOLECULAR, hereinafter also referred to as "BM1429") was charged, degassed sufficiently by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a constant temperature bath at 70°C. After 3 hours, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. The polymerization rate of AME-400 was determined by 1H-NMR measurement to be 95%. Subsequently, 15.6 g of N-isopropylacrylamide (hereinafter also referred to as "NIPAM") was added, the mixture was sufficiently degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a constant temperature bath at 70°C. After 3 hours, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. The polymerization rate of NIPAM was determined by GC measurement to be 90%. The resulting water-soluble block copolymer (referred to as "polymer A") had a molecular weight of Mn 3,120, Mw 3,430 and a PDI of 1.1 as measured by GPC.
<合成例2~10,12~16、比較合成例1~2>
仕込み原料を表1~2に示すとおりに変更した以外は合成例1と同様の操作を行い、水溶性ブロック共重合体(重合体B~J、L~P、S~T)をそれぞれ得た。重合体B~J、L~P、S~Tの分子量をGPC測定より求めた結果を表1~2に示す。
<Synthesis Examples 2-10, 12-16, Comparative Synthesis Examples 1-2>
Water-soluble block copolymers (Polymers B to J, L to P, S to T) were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the starting materials were changed as shown in Tables 1 and 2. . Tables 1 and 2 show the molecular weights of polymers B to J, L to P, and S to T determined by GPC measurement.
<合成例11>
攪拌機、温度計、窒素導入管を備えた1Lの4つ口ナス型フラスコに、純水150g、AME-400を285g、NIPAMを15g、V-501を0.48g、BM1429を25.4g仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。5時間後、水冷し重合を停止した。AME-400の重合率を1H-NMR測定から、NIPAMの重合率をGCから決定したところ、95%、90%であった。得られた水溶性重合体(これを「重合体K」とする)の分子量は、GPC測定により、Mn3,090、Mw3,400であり、PDIは1.1であった。
<Synthesis Example 11>
150 g of pure water, 285 g of AME-400, 15 g of NIPAM, 0.48 g of V-501, and 25.4 g of BM1429 were charged into a 1 L four-necked eggplant-shaped flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen inlet tube, After sufficient degassing by nitrogen bubbling, polymerization was initiated in a constant temperature bath at 70°C. After 5 hours, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. The polymerization rate of AME-400 was determined by 1H-NMR measurement, and the polymerization rate of NIPAM was determined by GC to be 95% and 90%, respectively. The resulting water-soluble polymer (referred to as "polymer K") had a molecular weight of Mn 3,090, Mw 3,400 and a PDI of 1.1 as measured by GPC.
<合成例17>
攪拌機、温度計、窒素導入管を備えた1Lの4つ口ナス型フラスコに、純水150g、AME-400を300g、V-501を0.48g、BM1429を26.8g仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。3時間後、水冷し重合を停止した。AME-400の重合率をNMR測定したところ、95%であった。続いて、NIPAM7.8gを加え、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。3時間後、水冷し重合を停止した。NIPAMの反応率をGCで測定したところ90%であった。続いて、N-tert-ブチルアクリルアミド(以下、「TBAM」ともいう)を7.8g加え、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。3時間後、水冷し重合を停止した。、TBAMの重合率をGC測定から決定したところ、90%であった。得られた水溶性ブロック共重合体(これを「重合体Q」とする)の分子量は、GPC測定により、Mn3,100、Mw3,410であり、PDIは1.1であった。
<Synthesis Example 17>
150 g of pure water, 300 g of AME-400, 0.48 g of V-501, and 26.8 g of BM1429 are charged in a 1 L four-necked eggplant-shaped flask equipped with a stirrer, thermometer, and nitrogen inlet tube, and nitrogen bubbling is sufficient. After degassing, polymerization was initiated in a constant temperature bath at 70°C. After 3 hours, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. When the polymerization rate of AME-400 was measured by NMR, it was 95%. Subsequently, 7.8 g of NIPAM was added, the mixture was sufficiently degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a constant temperature bath at 70°C. After 3 hours, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. When the reaction rate of NIPAM was measured by GC, it was 90%. Subsequently, 7.8 g of N-tert-butylacrylamide (hereinafter also referred to as "TBAM") was added, the mixture was sufficiently degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a constant temperature bath at 70°C. After 3 hours, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. , the polymerization rate of TBAM was determined from GC measurement to be 90%. The resulting water-soluble block copolymer (referred to as "Polymer Q") had a molecular weight of Mn 3,100, Mw 3,410 and a PDI of 1.1 as measured by GPC.
<合成例18>
攪拌機、温度計、窒素導入管を備えた1Lの4つ口ナス型フラスコにアセトニトリル100gを加え、75℃に保ち撹拌した。そこにアセトニトリル7.2gに2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(富士フイルム和光純薬工業製、以下、「V-65」ともいう)0.10gを溶解させた開始剤溶液を加えた。AME-400 410gとNIPAM22gのモノマー混合液と、3-メルカプトプロピオン酸3-メトキシブチル(以下、「MPMB」とも言う)50gをアセトニトリル64gに溶解してなる連鎖移動剤溶液を、それぞれフラスコへ3時間かけて供給した。モノマー混合液、連鎖移動剤溶液と同時に、V-65 0.40gをアセトニトリル40gに溶解してなる開始剤溶液をフラスコへ5時間かけて供給した。開始剤溶液の供給終了後、さらに1.5時間加熱撹拌した。その後水冷し重合を停止した。その後、エバポレーターで脱溶剤した。AME-400、NIPAMの重合率を1H-NMR測定から決定したところ、それぞれ99%、95%であった。得られた水溶性重合体(これを「重合体R」とする)の分子量は、GPC測定により、Mn2,670、Mw5,870であり、PDIは2.2であった。
<Synthesis Example 18>
100 g of acetonitrile was added to a 1 L four-neck eggplant-shaped flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen inlet tube, and the mixture was kept at 75° C. and stirred. Initiator obtained by dissolving 0.10 g of 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, hereinafter also referred to as “V-65”) in 7.2 g of acetonitrile. solution was added. A monomer mixture of 410 g of AME-400 and 22 g of NIPAM, and a chain transfer agent solution obtained by dissolving 50 g of 3-methoxybutyl 3-mercaptopropionate (hereinafter also referred to as “MPMB”) in 64 g of acetonitrile were added to flasks for 3 hours. supplied over time. Simultaneously with the monomer mixed solution and the chain transfer agent solution, an initiator solution prepared by dissolving 0.40 g of V-65 in 40 g of acetonitrile was supplied to the flask over 5 hours. After the completion of the supply of the initiator solution, the mixture was further heated and stirred for 1.5 hours. After that, the mixture was cooled with water to terminate the polymerization. After that, the solvent was removed by an evaporator. The polymerization rates of AME-400 and NIPAM were determined by 1H-NMR measurement to be 99% and 95%, respectively. The resulting water-soluble polymer (referred to as "polymer R") had a molecular weight of Mn 2,670, Mw 5,870 and a PDI of 2.2 as measured by GPC.
表1~4の詳細は以下のとおりである。
AME-400:メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート(n=9)(日油製、商品名:ブレンマーAME-400)
PME-400:メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(n=9)(日油製、商品名:ブレンマーPME-400)
MTG-A:メトキシトリエチレングリコールアクリレート(共栄社化学製、商品名:ライトアクリレートMTG-A)
AM-230G:メトキシポリエチレングリコールアクリレート(n=23)(新中村化学工業製、商品名:NKエステルAM-230G)
AE-400:ポリアルキレングリコールモノアクリレート(n=10)(日油製、商品名:ブレンマーAE-400)
NIPAM:N-イソプロピルアクリルアミド
ACMO:N-アクリロイルモルホリン
AA:アクリル酸
V-501:4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)(富士フイルム和光純薬工業製)
V-65:2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(富士フイルム和光純薬工業製)
BM1429:3-((((1-カルボキシエチル)チオ)カルボノチオイル)チオ)プロパン酸(BORON MOLECULAR製)
MPMB:3-メルカプトプロピオン酸3-メトキシブチル
TBAM:N-tert-ブチルアクリルアミド
DMAA:N,N-ジメチルアクリルアミド
DEAA:N,N-ジエチルアクリルアミド
HEAA:N-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミド
XL-80:ポリオキシアルキレン分岐デシルエーテル(第一工業製薬製、商品名:ノイゲンXL-80)
The details of Tables 1-4 are as follows.
AME-400: methoxy polyethylene glycol monoacrylate (n = 9) (manufactured by NOF, trade name: Blemmer AME-400)
PME-400: Methoxy polyethylene glycol monomethacrylate (n = 9) (manufactured by NOF, trade name: Blenmer PME-400)
MTG-A: Methoxytriethylene glycol acrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical, trade name: Light acrylate MTG-A)
AM-230G: Methoxy polyethylene glycol acrylate (n = 23) (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Industry, trade name: NK Ester AM-230G)
AE-400: Polyalkylene glycol monoacrylate (n = 10) (manufactured by NOF, trade name: Blemmer AE-400)
NIPAM: N-isopropylacrylamide ACMO: N-acryloylmorpholine AA: Acrylic acid V-501: 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries)
V-65: 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries)
BM1429: 3-((((1-carboxyethyl)thio)carbonothioyl)thio)propanoic acid (manufactured by BORON MOLECULAR)
MPMB: 3-methoxybutyl 3-mercaptopropionate TBAM: N-tert-butylacrylamide DMAA: N,N-dimethylacrylamide DEAA: N,N-diethylacrylamide HEAA: N-(2-hydroxyethyl)acrylamide XL-80: Polyoxyalkylene branched decyl ether (Daiichi Kogyo Seiyaku, trade name: Neugen XL-80)
2.測定及び評価
<実施例1>
重合体Aを固形分濃度0.5質量%で含む重合体水溶液500部を調製した。つぎに、コロイダルセリアの水分散液(NYACOL製、商品名: NYACOL80/10、 粒子濃度10%、平均粒子径80nm)500部を撹拌しながら、先に調製した重合体水溶液を加え、研磨液組成物を得た。
2. Measurement and evaluation <Example 1>
500 parts of an aqueous polymer solution containing polymer A at a solid concentration of 0.5% by mass was prepared. Next, while stirring 500 parts of an aqueous dispersion of colloidal ceria (manufactured by NYACOL, trade name: NYACOL80/10, particle concentration: 10%, average particle diameter: 80 nm), the previously prepared polymer aqueous solution was added to obtain a polishing composition. got stuff
<実施例2~18、比較例3~5>
重合体Aを表3~4に示した重合体に変更した以外は実施例1と同様の操作を行い、研磨液組成物を得た。
<Examples 2 to 18, Comparative Examples 3 to 5>
A polishing liquid composition was obtained in the same manner as in Example 1, except that polymer A was changed to a polymer shown in Tables 3 and 4.
<実施例19>
重合体Aを固形分濃度0.5質量%で含む重合体水溶液500部を調製した。つぎに、コロイダルシリカの水分散液(扶桑化学工業製、商品名:クォートロンPL-7、 粒子濃度23%、平均粒子径75nm)500部を撹拌しながら、先に調製した重合体水溶液加えた後、28%アンモニア水でpH9に調整し研磨液組成物を得た。
<Example 19>
500 parts of an aqueous polymer solution containing polymer A at a solid concentration of 0.5% by mass was prepared. Next, while stirring 500 parts of an aqueous dispersion of colloidal silica (manufactured by Fuso Chemical Industries, trade name: Quartron PL-7, particle concentration: 23%, average particle diameter: 75 nm), the previously prepared polymer aqueous solution is added. and 28% aqueous ammonia to adjust the pH to 9 to obtain a polishing composition.
<比較例1>
コロイダルセリアの水分散液(NYACOL製、商品名: NYACOL80/10、 粒子濃度10%、平均粒子径80nm)500部を撹拌しながら、純水500部を加え、研磨液組成物を得た。
<Comparative Example 1>
500 parts of pure water was added to 500 parts of colloidal ceria aqueous dispersion (manufactured by NYACOL, trade name: NYACOL80/10, particle concentration: 10%, average particle diameter: 80 nm) while stirring to obtain a polishing composition.
<比較例2>
コロイダルシリカの水分散液(扶桑化学工業製、商品名:クォートロンPL-7、 粒子濃度23%、平均粒子径75nm)500部を撹拌しながら、純水500部を加えた後、28%アンモニア水でpH9に調整し研磨液組成物を得た。
<Comparative Example 2>
While stirring 500 parts of an aqueous dispersion of colloidal silica (manufactured by Fuso Chemical Industry, trade name: Quartron PL-7, particle concentration 23%, average particle diameter 75 nm), 500 parts of pure water was added, followed by 28% ammonia water. to obtain a polishing liquid composition.
上記の方法で調製した各研磨液組成物を用い、以下の条件で研磨試験を実施した。
<研磨条件>
研磨試験機:ケメットジャパン製、商品名:MAT-ARW-CMS
研磨パッド:ロデール・ニッタ製、商品名:IC-1000/Sub400
プラテン回転数:60rpm キ ャリア回転数:61rpm
研磨液供給量:150(g/min)
研磨圧:1、3、5 (psi)
Using each polishing composition prepared by the above method, a polishing test was conducted under the following conditions.
<Polishing conditions>
Polishing tester: Kemet Japan, product name: MAT-ARW-CMS
Polishing pad: manufactured by Rodel Nitta, trade name: IC-1000/Sub400
Platen rotation speed: 60 rpm Carrier rotation speed: 61 rpm
Amount of polishing liquid supplied: 150 (g/min)
Polishing pressure: 1, 3, 5 (psi)
ブランケットウエハ被研磨材として4インチシリコン基板上に1.4μmの酸化ケイ素をCVD成膜したもの(ブランケットウエハ)を用いて、上記研磨条件で1分間研磨し、研磨前後の残存膜厚差から研磨速度(RR)(nm/min)を求めた。なお残存膜厚の測定は光干渉式膜厚計を用いた。
各研磨液組成物のRRについて、実施例1~18及び比較例3~5の研磨液組成物のRRは比較例1の研磨液組成物のRRとの比、実施例19の研磨液組成物のRRは比較例2の研磨液組成物のRRとの比(それぞれ3psiのとき)で評価した。RRの評価基準は以下の通りとした。(比較例1~2のRRをRRa、実施例1~19及び比較例3~5の研磨液組成物のRRをRRbとし、RRb/RRaの計算値を表3~4に示した。)なお、比較例1~2の研磨液組成物はRRb/RRa=1.00とした。続いて、ディッシング低減性能について、1psiのRR(RR1)と3psiのRR(RR3)、RR1と5psiのRR(RR5)の比(RR3/RR1、RR5/RR1)を以下の基準により評価した。RR、ディッシング低減性能の両基準△以上を満たした場合、合格とした。
<RRの評価基準>
◎:RRb/RRa≧0.85
○:0.85>RRb/RRa≧0.70
△:0.70>RRb/RRa≧0.50
×:RRb/RRa<0.50
<ディッシング低減性能の評価基準>
◎:RR3/RR1≧4.0、かつRR5/RR1≧7.0
○:4.0>RR3/RR1>3.5、又は7.0>RR5/RR1>6.5
△:3.5≧RR3/RR1>2.8、又は6.5≧RR5/RR1>5.0
×:RR3/RR1≦2.8、かつRR5/RR1≦5.0
Blanket wafer A 4-inch silicon substrate on which a silicon oxide film of 1.4 μm was deposited by CVD (blanket wafer) was used as the material to be polished, and was polished for 1 minute under the above polishing conditions. A rate (RR) (nm/min) was determined. The remaining film thickness was measured using an optical interference film thickness meter.
Regarding the RR of each polishing composition, the RR of the polishing compositions of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 3 to 5 is the ratio of the RR of the polishing composition of Comparative Example 1 to the RR of the polishing composition of Example 19. RR was evaluated by the ratio to the RR of the polishing composition of Comparative Example 2 (at 3 psi for each). The evaluation criteria for RR were as follows. (The RR of Comparative Examples 1 and 2 is RRa, the RR of the polishing compositions of Examples 1 to 19 and Comparative Examples 3 and 5 is RRb, and the calculated values of RRb/RRa are shown in Tables 3 and 4.) , and the polishing liquid compositions of Comparative Examples 1 and 2 were set to RRb/RRa=1.00. Subsequently, dishing reduction performance was evaluated according to the following criteria for RR (RR1) at 1 psi and RR (RR3) at 3 psi, and the ratio of RR1 and RR (RR5) at 5 psi (RR3/RR1, RR5/RR1). When both criteria of RR and dishing reduction performance were satisfied, they were regarded as acceptable.
<RR Evaluation Criteria>
◎: RRb/RRa≧0.85
○: 0.85>RRb/RRa≧0.70
△: 0.70>RRb/RRa≧0.50
×: RRb/RRa<0.50
<Evaluation criteria for dishing reduction performance>
◎: RR3/RR1≧4.0 and RR5/RR1≧7.0
○: 4.0>RR3/RR1>3.5 or 7.0>RR5/RR1>6.5
△: 3.5≧RR3/RR1>2.8, or 6.5≧RR5/RR1>5.0
×: RR3/RR1 ≤ 2.8 and RR5/RR1 ≤ 5.0
<評価結果>
各実施例の研磨液組成物を用いて行ったブランケットウエハの研磨において、各研磨圧でのRR(RR1,RR3,RR5)、RRの評価指標であるRRb/RRa値、ディッシング低減性能の評価指標であるRR3/RR1、RR5/RR1の値を表3~4に示す。
低研磨圧時はRRが抑制され、高研磨圧時は高いRRを示す性質のある研磨液組成物は、RRを低下させずパターンウエハのディッシングを低減した良好な研磨面を得ることができる。
実施例の各研磨液組成は、ともに、低研磨圧時のRRは抑制され、高研磨圧時には高いRRを示しており、RR3/RR1、RR5/RR1は大きくなった。また、RR3の低下が小さいためRRb/RRaも大きくなった。これに対し、比較例1、2の添加剤を加えない場合は、研磨圧にほぼ比例したRRとなった。比較例3では高研磨圧時に高いRRを示したものの、低研磨圧時のRRの抑制が小さいためディッシング低減性能としては不十分であった。比較例4、5では全研磨圧でRRが大きく抑制され、RR・ディッシング低減性能ともに合格基準を満たさなかった。
<Evaluation results>
In the blanket wafer polishing performed using the polishing composition of each example, RR (RR1, RR3, RR5) at each polishing pressure, RRb/RRa value as an evaluation index of RR, evaluation index of dishing reduction performance Tables 3 and 4 show the values of RR3/RR1 and RR5/RR1.
A polishing liquid composition that has the property of suppressing RR at low polishing pressure and exhibiting high RR at high polishing pressure can provide a good polished surface with reduced dishing of patterned wafers without lowering RR.
Each of the polishing liquid compositions of the examples exhibited a suppressed RR at low polishing pressures, a high RR at high polishing pressures, and increased RR3/RR1 and RR5/RR1. Also, since the decrease in RR3 was small, RRb/RRa also increased. On the other hand, when the additives of Comparative Examples 1 and 2 were not added, the RR was almost proportional to the polishing pressure. In Comparative Example 3, although a high RR was exhibited at high polishing pressure, the suppression of RR at low polishing pressure was small, so the dishing reduction performance was insufficient. In Comparative Examples 4 and 5, the RR was greatly suppressed at all polishing pressures, and neither the RR nor the dishing reduction performance satisfied the acceptance criteria.
Claims (10)
前記共重合体(P)は、下記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体P全体の50~99質量%であり、
CH2=CR1-C(=O)O-(LO)n-R2 …(1)
(ただし、式(1)中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は水素原子又は炭素数1~4の1価の炭化水素基であり、Lは炭素数4以下のアルキレン基であり、nは3~150の整数である。)
かつ、下記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%であることを特徴とする、添加剤。
CH2=CR1-C(=O)NR3R4 …(2)
(ただし、式(2)中、R1は水素原子又はメチル基である。R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子又は1価の炭化水素基であるか、又はR3とR4とが互いに結合してR3及びR4が結合する窒素原子とともに環を形成する基であり、R3の炭素数とR4の炭素数の合計は1~12である。) A chemical mechanical polishing additive comprising a copolymer (P),
In the copolymer (P), the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (1) is 50 to 99% by mass of the entire copolymer P,
CH2=CR 1 -C(=O)O-(LO)n-R 2 (1)
(In formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and L is an alkylene group having 4 or less carbon atoms. and n is an integer from 3 to 150.)
An additive characterized in that the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (2) is 1 to 50% by mass of the entire copolymer (P).
CH2=CR 1 -C(=O)NR 3 R 4 (2)
(In formula (2), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group, or R 3 and R 4 is a group that bonds with each other to form a ring together with the nitrogen atom to which R 3 and R 4 bond, and the total number of carbon atoms of R 3 and R 4 is 1 to 12.)
前記重合体ブロックAは、前記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位を有し、
前記重合体ブロックBは、前記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位UBを有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の添加剤。 The copolymer (P) contains a polymer block A and a polymer block B,
The polymer block A has a structural unit derived from the vinyl monomer represented by the formula (1),
The additive according to any one of claims 1 to 6, wherein the polymer block B has a structural unit UB derived from the vinyl monomer represented by the formula (2).
前記共重合体は、下記式(1)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が共重合体全体の50~99質量%であり、
CH2=CR1-C(=O)O-(LO)n-R2 …(1)
(ただし、式(1)中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は水素原子又は炭素数1~4の1価の炭化水素基であり、Lは炭素数4以下のアルキレン基であり、nは3~150の整数である。)
かつ、下記式(2)で表されるビニル単量体に由来する構造単位の含有量が前記共重合体(P)全体の1~50質量%である、共重合体を、リビングラジカル重合法により製造する工程を経ることを特徴とする製造方法。
CH2=CR1-C(=O)NR3R4 …(2)
(ただし、式(2)中、R1は水素原子又はメチル基である。R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子又は1価の炭化水素基であるか、又はR3とR4とが互いに結合してR3及びR4が結合する窒素原子とともに環を形成する基であり、R3の炭素数とR4の炭素数の合計は1~12である。) A method for producing a chemical mechanical polishing liquid additive containing a copolymer, comprising:
In the copolymer, the content of structural units derived from a vinyl monomer represented by the following formula (1) is 50 to 99% by mass of the entire copolymer,
CH2=CR 1 -C(=O)O-(LO)n-R 2 (1)
(In formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and L is an alkylene group having 4 or less carbon atoms. and n is an integer from 3 to 150.)
And the content of the structural unit derived from the vinyl monomer represented by the following formula (2) is 1 to 50 mass% of the total copolymer (P), the copolymer (P) is prepared by living radical polymerization. A manufacturing method characterized by passing through a process of manufacturing by.
CH2=CR 1 -C(=O)NR 3 R 4 (2)
(In formula (2), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group, or R 3 and R 4 is a group that bonds with each other to form a ring together with the nitrogen atom to which R 3 and R 4 bond, and the total number of carbon atoms of R 3 and R 4 is 1 to 12.)
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