JP2625002B2

JP2625002B2 - ウェハーのファイン研磨用組成物

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Publication number: JP2625002B2
Application number: JP63156691A
Authority: JP
Inventors: 茂男佐々木
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH026586A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電気集積回路の支持結晶として広範囲に使
用されているウェハーの表面の10mμより大きな凹凸を
平滑にするための研磨、つまりファイン研磨に好適な研
磨用組成物に関する。

［従来の技術］電気集積回路の支持結晶として広範囲に使用されてい
るウェハーは、通常、ケイ素またはゲルマニウム結晶の
インコットからスライスし、これらの表面を研磨して、
できる限り凹凸のない平面を形成させた後に、回路形成
に供されている。

何故なら、ウェハー表面上に回路パターンを線描する
時、表面に凹凸があると、精密且つ精緻に線描すること
が困難になるととともに、ウェハーの電気特性の不均一
化を招く原因となるからである。このようなウェハーの
表面を研磨するために、従来から種々の研磨剤が提案さ
れている。

例えば、米国特許第3,170,273号明細書には、シリカ
濃度２〜50重量％を有するシリカゾル、及びシリカ濃度
２〜100％のシリカゲルが研磨剤として開示され、ま
た、米国特許第3,328,141号明細書には、これら研磨剤
にアルカリ性化合物を加えてpH10.5〜12.5に調整し、こ
れを用いると研磨速度が増大することが開示されてい
る。しかし、これらの研磨剤で研磨したウェハー表面
を、微分干渉顕微鏡などで観察すると、５〜500mμの凹
凸があり、充分満足できるものではない。

また、特公昭53−9910号公報には、石英、ケイ酸塩、
ヘキサフルオロ珪酸塩を含有し、更に、炭素原子を３〜
５個有する１価アルコール、及びポリビニルアルコール
を含有する研磨剤が開示されているが、このような研磨
剤を用いても、まだ充分満足できる研磨剤は得られてい
ない上に、これらアルコールを含有する研磨剤は、長期
間安定貯蔵することが困難であるという欠点があった。

更に、特公昭61−14655号公報には、水に可溶性のカ
ルボキシメチレンゴム、またはキサンタンガムを含有す
る研磨剤が開示されているが、平滑研磨面を形成するに
要する研磨時間、及び研磨後、洗浄のための水を流しな
がらのいわゆる空研磨を、長時間行なわなくてはならな
いという欠点があった。また、研磨剤中にキサンタンガ
ムを栄養源とする微生物が発生し、長期間安定貯蔵する
ことが困難であるという欠点があった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、ウェハーを研磨した時に、微分干渉型顕微
鏡で観察しても凹凸のみえない研磨剤を与える研磨剤、
すなわちウェハーの表面をファイン研磨するのに好適
で、且つ長期間安定貯蔵性に優れたファイン研磨用組成
物を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明の要旨とするところは、水、粒状アモルファス
シリカ、及びアクリル酸、メタアクリル酸及びスチレン
スルフォン酸から選ばれた１種以上のビニルモノマーと
アクリルアミドとをグラフト重合させた多糖類高分子化
合物を含有し、且つ、アルカリ性物質によってpH8〜12
に調整されてなることを特徴とするウェハーのファイン
研磨用組成物に存する。

すなわち、本発明に係る研磨用組成物は、該組成物中
に配合される多糖類高分子化合物が、上記のビニルモノ
マー及びアクリルアミドによってグラフト化されている
ため、グラフト化されていない多糖類高分子化合物を配
合した研磨用組成物に較べて、長期安定貯蔵性を有し、
かつ加圧状態での研磨に際しても、研磨布とウエハーの
間で層流を呈し、ファイン研磨しやすい機能を有する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において使用される粒状アモルファスシリカと
しては、コロイダルシリカゾルまたはシリカパウダーな
どがあるが、コロイダルシリカゾルの形や、シリカパウ
ダーを水に懸濁させた水性スラリーの形で使用するか、
または、水中に加えた時スラリーとすることができるよ
うな形で使用される。

しかして、上記の粒状アモルファスシリカは通常平均
粒径が５ミリミクロンより大きく、10ミクロンより小さ
いものが使用される。平均粒径が５ミリミクロン以下で
は、粒子中に含まれる珪酸のモノマーやオリゴマーの割
合が多くなり、これら多く含むもので研磨すると、ウェ
ハー表面にシリカとなって付着するので好ましくなく、
10ミクロン以上では、ウェハー表面に引っ掻き傷が生じ
やすくなるので好ましくない。

なお、本発明で平均粒径とは、粒子が凝集せずに単離
した状態で存在する場合には、その状態にある粒子の平
均粒径を意味し、粒子が凝集した状態で存在する場合に
は、その状態にある凝集した粒子の平均粒径を意味す
る。

また、本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物
中の粒状アモルファスシリカの含有量は、あまり少ない
とその効果が充分でないので、通常、0.1重量％以上の
割合とされる。

本発明において、多糖類高分子化合物としては、例え
ばグアガムまたはキサンタンガムなどがある。グアガム
とは、マメ科の植物グアの種子の胚乳部分に含有されて
いる粘液質のガラクトマンナンを意味し、キサンタンガ
ムとは、キサントモナスカンスペストリスの純粋な培養
発酵によって得られる高分子多糖類を意味する。

本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物におい
ては、上記多糖類高分子化合物にアクリル酸、メタクリ
ル酸、スチレンスルフォン酸から選ばれた１種以上のビ
ニルモノマーとアクリルアミドとをグラフト重合させた
ものが含有される。しかして、これらのビニルモノマー
とアクリルアミドとをグラフト重合させた多糖類高分子
化合物は、これらのビニルモノマーをグラフト重合させ
ていない多糖類高分子化合物に比べると、その水溶性の
ドラッグリダクション効果が高められると共に、微生物
による生化学的分解に対して高い耐性を有する。

ドラッグリダクション効果とは、流体のレイノズル数
が高い条件においても乱流が生じ難くする効果のことを
いう。本発明に係る研磨用組成物のドラッグリダクショ
ン効果が高いという意味は、加圧状態での研磨でも研磨
用組成物は層流を維持し、乱流になり難いことを意味す
る。

多糖類高分子化合物の上記のビニルモノマーとアクリ
ルアミドとをグラフト重合させるには、次のようにすれ
ばよい。

例えば、グアガム又はキサンタンガムに上記ビニルモ
ノマーとアクリルアミドとをグラフト重合させる場合、
グアガム又はキサンタンガムを0.01〜2.0重量％含む水
溶液に、グアガム又はキサンタンガム1g当り、上記ビニ
ルモノマー 1ミリモル１モル、アクリルアミド 1ミリモ
ル〜１モル、及び重合開始剤 1マイクロモル〜10ミリモ
ルの割合で加え、温度０〜100℃の条件下、空気中もし
くは不活性ガスの存在下で反応させればよい。重合開始
剤としては、セリウム系のラジカルを用いるのが好まし
い。また、グアガム又はキサンタンガムは、できるだけ
純度の高いものが好ましい。

本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物中の、
上記ビニルモノマー及びアクリルアミドをグラフト重合
させた多糖類高分子化合物の含有量は、通常1ppm以上で
適用され、特に10ppm〜1000ppmが好ましい。含有量がこ
れらの範囲内にある研磨用組成物を用いてウェハーを研
磨するときには、研磨布とウェハー表面との間で滑り方
向に層流が形成され、ウェハー表面を一層平滑にするこ
とができるが、含有量が1ppm未満のものを使用するとき
には、上記の層流が形成されにくく、また、1000ppmを
越えると、かえって乱流が形成される恐れがあるので、
好ましくない。

本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物は、ア
ルカリ性化合物によってpH8〜12、好ましくは、pH9〜10
に調整して、シリカゾルを安定に保つことが必要であ
る。

アルカリ性化合物としては、アルカリ金属、アミン類
又はアンモニアを使用することができる。

［発明の効果］本発明は、次のように特別に顕著な効果を奏するの
で、その産業上の利用価値は極めて大である。

（１）本発明に係るファイン研磨用組成物を用いてウェ
ハーを研磨するときには、スラリー状の組成物中の先に
述べたグラフト重合させた多糖類高分子化合物がドラッ
グリダクション効果を高め、研磨布とウェハーの間で層
流を形成させ、乱流の発生を抑制する。従って、研磨さ
れたウェハーの表面は、微分干渉型顕微鏡で観察しても
凹凸が認められない平滑な研磨剤が得られる。

（２）本発明に係るファイン研磨用組成物は、その中に
含有されるアクリル酸、メタアクリル酸及びスチレンス
ルフォン酸から選ばれた１種以上のビニルモノマーと、
アクリルアミドとをグラフト重合させた多糖類高分子化
合物が、微生物による生化学的分解に対して高い耐性を
有するので、長期間にわたって安定貯蔵が可能である。

［実施例］次に、本発明を実施例及び比較例によって、更に具体
的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以
下の例に制約されるものではない。

実施例１（１）アクリル酸及びアクリルアミドをグラフト重合さ
せたグアガムの製造高分子量グアガム（三晶（株）社製、商品名メイブロ
ガット120）を水に溶解させて0.5％水溶液とした。これ
を濾過法及びアルコール溶出法によって精製した。この
精製法は次の手順通りとした。

まず、ポアサイズ１〜10ミクロンのメッシュフィルタ
ーを用い、濾過法によってグアガム水溶液中の粗大不純
物を除去した。グアガムはアルコールに溶けないので、
グアガム水溶液をアルコールに注ぎ、アルコール溶出物
を溶出させ、沈澱物を回収した。この沈澱物を乾燥させ
た後、再び水に溶解させて所定濃度、本例においては、
１重量％のグアガム水溶液を得た。

得られた１重量％水溶液１にアクリルアミド0.5モ
ル及びアクリル酸0.05モルを加え、窒素を泡出させなが
ら、撹拌し、これに重合開始剤として硝酸セリウムアン
モニウムを0.3ミリモル加え、更に撹拌しながら、室温
で24時間反応させ、アクリルアミドとアクリル酸とをグ
ラフト化させたグアガムを得た。

（２）研磨用組成物の調整上記（１）に記載の方法で得られたアクリルアミドと
アクリル酸とをグラフト化させたグアガムの１％水溶液
をグアガム換算で75ppm、平均粒径が70ミリミクロン、
シリカを0.7重量％含有するコロイダルシリカの水溶液
に添加した。得られた水溶液にアンモニアを0.06重量％
添加してpHを９〜10の間に調整し、ウェハーのファイン
研磨用組成物を得た。

（３）研磨用組成物の長期貯蔵試験上記（２）で得られた研磨用組成物を室温で保存し、
定期的にこの組成物を穴の直径0.5mm、長さ50cmの棒状
キャピラリーの入口と出口とで圧力を測定し、圧力損が
水に比べて４割以上になる時期を観察した。結果を第１
表に示す。

（４）ウェハーのファイン研磨試験スピードファム製研磨機SPAW36を使用し、柔かめのス
ウェドタイプの研磨布を用いて、上記研磨用組成物を１
分間当り１の割合で供給しながら、シリコーンウェハ
ーを研磨した。この際の研磨圧力は100g/cm²、ウェハー
と研磨布の相対速度を1.4m/secとし、研磨中の温度は40
℃とした。

研磨機による研磨でウェハー表面が平滑になるまで
（平滑になったかどうかは、研磨途中に微分干渉顕微鏡
で観察）の時間を測定した。その結果を、第１表に示
す。

実施例２（１）メタアクリル酸及びアクリルアミドをグラフト重
合させたグアガムの製造高分子量グアガム（三晶（株）社製、商品名メイプロ
ガット120）を水に溶解させて0.5％水溶液とした。これ
を実施例１（１）に記載したと同様の手順で精製し、水
に溶解させ１重量％のグアガム水溶液を得た。得られた
１重量％水溶液１にアクリルアミド0.5モル及びメタ
アクリル酸0.05モル加え、窒素を泡出させながら、撹拌
し、これに重合開始剤として硝酸セリウムアンモニウム
を0.3ミリモル加え、さらに撹拌しながら、室温で24時
間反応させ、アクリルアミドとメタアクリル酸とをグラ
フト化させたグアガムを得た。

（２）研磨用組成物の調整上記（１）に記載の方法で得られたアクリルアミドと
メタアクリル酸とをグラフト化させたグアガムの１％水
溶液をグアガム換算で75ppm、平均粒径が70ミリミクロ
ン、シリカを0.7重量％含有するコロイダルシリカの水
溶液に添加した。得られた水溶液にアンモニアを0.06重
量％添加してpHを９〜10の間に調整し、ウェハーのファ
イン研磨用組成物を得た。

（４）ウェハーのファイン研磨試験スピードファーム製研磨機SPAW36を使用し、柔かめの
スウェドタイプの研磨布を用いて、上記研磨用組成物を
１分間当り１の割合で供給しながら、シリコーンウェ
ハーを研磨した。この際の研磨圧力は100g/cm²、ウェハ
ーと研磨布の相対速度を1.4m/secとし、研磨中の温度は
40℃とした。研磨機による研磨でウェハー表面が平滑に
なるまで（平滑になったかどうかは、研磨途中に微分干
渉顕微鏡で観察）の時間を測定した。その結果を、第１
表に示す。

比較例１（１）研磨用組成物の調整実施例１（２）に記載した例において、アクリルアミ
ドとアクリル酸とをグラフト化させたグアガムに代え
て、グラフト化していないグアガムであるが、同例
（１）に記載の方法で精製したグアガムを使用した。グ
アガムの添加量を200ppm、シリカ含量を２重量％とした
ほかは、実施例１（２）におけるのと同様の手順で研磨
用組成物を調整した。

（２）研磨用組成物の長期貯蔵試験実施例１（３）におけるのと同様の手順で評価した。
結果を第１表に示す。

（３）ウェハーのファイン研磨試験実施例１（４）におけるのと同様の手順で評価した。
結果を第１表に示す。

比較例２（１）研磨用組成物の調整実施例１（２）に記載した例において、アクリルアミ
ドとアクリル酸とをグラフト化させたグアガムに代え
て、グラフト化していないグアガムであるが、同例
（１）に記載の方法で精製したグアガムを使用した。グ
アガムの添加量を75ppm、シリカ含量を２重量％とした
ほかは、実施例１（２）におけるのと同様の手順で研磨
用組成物を調整した。

比較例３（１）研磨用組成物の調整実施例１（２）に記載した例において、アクリルアミ
ドとアクリル酸とをグラフト化させたグアガムに代え
て、グラフト化していないグアガムであるが、同例
（１）に記載の方法で精製したグアガムを使用した。グ
アガムの添加量を200ppm、シリカ含量を0.7重量％とし
たほかは、実施例１（２）におけるのと同様の手順で研
磨用組成物を調整した。

第１表より、次のことが明らかとなる。

1.本発明に係る研磨用組成物は、長期間貯蔵してもドラ
ッグリダクション効果を失わず、貯蔵安定性に優れてい
る。

2.本発明に係る研磨用組成物によって研磨するときに
は、ファイン研磨時間が短く、研磨剤として好適であ
る。

3.また、ファイン研磨を達成するのに必要なスラリー中
のシリカ含量、高分子含量も少なくて良いので経済的で
ある。

4.これに対して、比較例の研磨用組成物は、短期間の貯
蔵でドラッグリダクション効果を失い、貯蔵安定性に劣
る。

5.また、比較例の研磨用組成物によって研磨するときに
は、ファイン研磨の達成するのに必要なスラリー中のシ
リカ含量、高分子含量も実施例のものに比べて多くなく
てはならず、経済性において劣る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水、粒状アモルファスシリカ、及びアクリ
ル酸、メタアクリル酸及びスチレンスルフォン酸から選
ばれた１種以上のビニルモノマーとアクリルアミドとを
グラフト重合させた多糖類高分子化合物を含有し、且
つ、アルカリ性物質によってpH8〜12に調整されてなる
ことを特徴とするウェハーのファイン研磨用組成物。
【請求項２】粒状アモルファスシリカの平均粒径が、５
ミリミクロンないし10ミクロンのものであることを特徴
とする、請求項第１項に記載のウェハーのファイン研磨
用組成物。
【請求項３】粒状アモルファスシリカの含有率が、0.1
重量％以上であり、また、前記ビニルモノマーとアクリ
ルアミドとをグラフト重合させた多糖類高分子化合物の
含有量が、1ppm以上であることを特徴とする、請求項第
１項に記載のウェハーのファイン研磨用組成物。
【請求項４】多糖類高分子化合物が水に可溶性のグアガ
ム、キサンタンガムから選ばれた１種類以上であること
を特徴とする、請求項第１項に記載のウェハーのファイ
ン研磨用組成物。
【請求項５】アルカリ性化合物がアルカリ金属、アミン
類又はアンモニアであることを特徴とする、請求項第１
項に記載のウェハーのファイン研磨用組成物。