JP6174625B2 - 研磨方法及び組成調整剤 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の態様に係る組成調整剤は、上記一態様に係る研磨方法において使用される組成調整剤であって、水溶性高分子を含有することを要旨とする。
組成調整工程は、研磨工程で研磨対象物に供給される研磨用組成物中の水溶性高分子の濃度が、予め設定された範囲内の数値となるように、研磨工程で研磨対象物に供給される研磨用組成物に、水溶性高分子を含有する組成調整剤を添加する工程であってもよい。
研磨工程において研磨される研磨対象物の種類は特に限定されるものではないが、単体シリコン、シリコン化合物、金属等があげられる。単体シリコン及びシリコン化合物は、シリコン含有材料を含む層を有する研磨対象物である。
単体シリコンとしては、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン(ポリシリコン)、アモルファスシリコン等があげられる。また、シリコン化合物としては、例えば窒化ケイ素、二酸化ケイ素(例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)を用いて形成される二酸化ケイ素層間絶縁膜)、炭化ケイ素等があげられる。
これらの中でも、単結晶又は多結晶のシリコンからなる表面を備えた研磨対象物の研磨に本実施形態の研磨方法は有効であり、単結晶のシリコンを研磨対象物とした研磨に最も有効である。
研磨用組成物の組成(成分及び濃度)は特に限定されるものではなく、砥粒、水溶性高分子、及び液状媒体を含有するスラリーとすることができる。
砥粒の種類は特に限定されるものではなく、無機粒子、有機粒子、有機無機複合粒子のいずれも使用可能である。無機粒子の具体例としては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、酸化クロム等の金属酸化物からなる粒子や、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックからなる粒子があげられる。また、有機粒子の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子があげられる。これらの砥粒は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。また、これら砥粒の中では、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、ゾルゲル法シリカ等のシリカが好ましく、コロイダルシリカがより好ましい。
研磨用組成物中の水溶性高分子が研磨対象物の表面に疎水吸着することにより、段差解消性が向上するため、研磨後の研磨対象物の平坦性が向上する。
水溶性高分子としては、セルロース誘導体、デンプン誘導体、オキシアルキレン単位を含有するポリマー、窒素原子を含有するポリマー、及びビニルアルコール系ポリマーがあげられる。
また、デンプン誘導体の具体例としては、プルラン、ヒドロキシプロピルデンプン等があげられる。
さらに、窒素原子を含有するポリマーの具体例としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドンポリアクリル酸共重合体、ポリビニルピロリドン酢酸ビニル共重合体等のピロリドン系ポリマーや、ポリアクリロイルモルホリン、ポリアクリルアミド等があげられる。これらの中では、ポリビニルピロリドンが好ましい。
これら以外の水溶性高分子の例としては、ポリイソプレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリイソアミレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリ酢酸ビニル等があげられる。
また、水溶性高分子は、単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。共重合体は、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体等のいずれのタイプの共重合体でも差し支えない。
研磨用組成物には、その研磨性能を向上させるために、必要に応じて、水溶性高分子以外の各種添加剤を添加してもよい。添加剤としては、塩基性化合物、キレート剤、界面活性剤、防カビ剤、防腐剤等があげられる。ただし、酸化剤は実質的に含有しないことが好ましい。
研磨用組成物は塩基性化合物を含有してもよい。塩基性化合物がシリコンウェーハ等の研磨対象物の表面に化学的な作用を与えて、化学的に研磨する(ケミカルエッチング)ので、研磨対象物を研磨する際の研磨速度を向上させることが容易となる。
塩基性化合物としては、有機塩基性化合物であってもよく、またアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属炭酸塩、アンモニア等の無機塩基性化合物であってもよい。これらの塩基性化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態の研磨用組成物には、キレート剤を添加してもよい。キレート剤は、研磨系中の金属不純物成分を捕捉して錯体を形成することによってシリコン基板の金属汚染を抑制する。キレート剤の具体例としては、グルコン酸等のカルボン酸系キレート剤、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリメチルテトラアミン等のアミン系キレート剤、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸等のポリアミノポリカルボン酸系キレート剤、2−アミノエチルホスホン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、エタン−1,1−ジホスホン酸、エタン−1,1,2−トリホスホン酸、エタン−1−ヒドロキシ−1,1−ジホスホン酸、エタン−1−ヒドロキシ−1,1,2−トリホスホン酸、エタン−1,2−ジカルボキシ−1,2−ジホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、2−ホスホノブタン−1,2−ジカルボン酸、1−ホスホノブタン−2,3,4−トリカルボン酸等の有機ホスホン酸系キレート剤、フェノール誘導体、1,3−ジケトン等があげられる。これらキレート剤の中でも、有機ホスホン酸系キレート剤、特にエチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)を用いることが好ましい。これらのキレート剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
研磨用組成物には界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤は、研磨後の研磨対象物の研磨表面に親水性を付与する作用を有しているので、研磨後の研磨対象物の洗浄効率を良好にし、汚れの付着等を抑制することができる。界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及び非イオン性界面活性剤のいずれも使用することができる。
さらに、両性界面活性剤の具体例としては、アルキルベタイン、アルキルアミンオキシドがあげられる。
これらの界面活性剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
研磨用組成物には防カビ剤、防腐剤を添加してもよい。防カビ剤、防腐剤の具体例としては、イソチアゾリン系防腐剤(例えば2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン、5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン)、オキサゾリン系防腐剤(例えばオキサゾリジン−2,5−ジオン)、パラオキシ安息香酸エステル類、フェノキシエタノールがあげられる。これらの防カビ剤、防腐剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ここに開示される研磨用組成物は、酸化剤を実質的に含まないことが好ましい。研磨用組成物中に酸化剤が含まれていると、当該研磨用組成物が研磨対象物(例えばシリコンウェーハ)に供給されることで該研磨対象物の表面が酸化されて酸化膜が生じ、これにより所要研磨時間が長くなってしまうためである。ここでいう酸化剤の具体例としては、過酸化水素(H2O2)、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過マンガン酸カリウム、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等があげられる。
液状媒体は、研磨用組成物の各成分(砥粒、水溶性高分子、その他の添加剤等)を分散又は溶解するための分散媒又は溶媒として機能する。液状媒体としては水、有機溶剤があげられ、1種を単独で用いることができるし、2種以上を混合して用いることができるが、水を含有することが好ましい。ただし、各成分の作用を阻害することを防止するという観点から、不純物をできる限り含有しない水を用いることが好ましい。具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後にフィルタを通して異物を除去した純水や超純水、あるいは蒸留水が好ましい。
研磨用組成物の製造方法は特に限定されるものではなく、砥粒と、水溶性高分子と、所望により各種添加剤とを、水等の液状媒体中で攪拌、混合することによって製造することができる。例えば、砥粒と、水溶性高分子と、界面活性剤等の添加剤とを、水中で攪拌、混合することによって製造することができる。混合時の温度は特に限定されるものではないが、10℃以上40℃以下が好ましく、溶解速度を向上させるために加熱してもよい。また、混合時間も特に限定されない。
本実施形態の組成調整剤は水溶性高分子を含有しているが、水溶性高分子のみで構成されていてもよいし、水等の液状媒体と水溶性高分子とで構成されていてもよいし、水等の液状媒体と水溶性高分子とその他の成分(例えば砥粒、添加剤)とで構成されていてもよい。組成調整剤中の水溶性高分子の濃度は特に限定されるものではなく、研磨用組成物の組成、研磨用組成物中の水溶性高分子の濃度(前述の予め設定された濃度)、研磨対象物の種類、研磨条件等に応じて、適宜設定すればよい。
研磨対象物の研磨には、研磨パッドを用いてもよい。研磨パッドの材質は特に限定されるものではなく、一般的な不織布、スウェード、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体、多孔質フッ素樹脂等を特に制限なく使用することができる。また、材質の違いの他、硬度や厚さ等の物性が種々異なるものを用いることができる。さらに、砥粒を含むもの、砥粒を含まないもののいずれも用いることができる。さらに、研磨パッドの研磨面には、液状の研磨用組成物が溜まるような溝が設けられていてもよい。
本実施形態の研磨方法による研磨対象物の研磨の条件は特に限定されるものではなく、一般的な条件で研磨することが可能であり、研磨対象物の研磨に好適な条件を適宜選択すればよい。また、研磨に使用する研磨装置も特に限定されるものではなく、一般的な研磨装置を使用することが可能であり、例えば片面研磨装置や両面研磨装置を使用することができる。
また、両面研磨装置を用いてシリコンウェーハを研磨する場合には、キャリアと呼ばれる保持具を用いてシリコンウェーハを保持し、研磨パッドが貼付された定盤をシリコンウェーハの両側からシリコンウェーハの両面にそれぞれ押しつけて、研磨用組成物を供給しながら両側の定盤を回転させることにより、シリコンウェーハの両面を研磨する。
以下に、本実施形態の研磨方法の一例を、図1を参照しながら説明する。まず、本実施形態の研磨方法においてシリコンウェーハの研磨に使用される片面研磨装置の構成について説明する。
また、研磨装置11は、定盤12の上方に、水溶性高分子を含有する研磨用組成物を収容するタンク21をさらに備えている。タンク21には、研磨用組成物を研磨パッド14上に供給する研磨用組成物供給管22が連結されており、研磨用組成物が研磨用組成物供給管22の先端のノズルから研磨パッド14上に吐出されるようになっている。
研磨工程で研磨に使用された研磨用組成物は、水溶性高分子が消費又は損失されているため、水溶性高分子の濃度が初期(未使用時)よりも低くなっている(研磨用組成物の組成が変化する)。そのような研磨用組成物がタンク21に戻され、タンク21内の研磨用組成物に混合されると、研磨用組成物を循環させるにつれて、タンク21内の研磨用組成物の水溶性高分子の濃度が徐々に低下していくこととなる。すると、研磨パッド14上に供給される研磨用組成物の研磨性能が低下し、シリコンウェーハの研磨結果、例えば研磨速度や被研磨面の研磨品質が不十分となるおそれがある。
よって、研磨用組成物中の水溶性高分子の濃度を予め設定された範囲内の数値に常に維持しつつシリコンウェーハの研磨が行われるので、研磨に使用された研磨用組成物を回収し循環使用しているのにもかかわらず、シリコンウェーハの表面品質、研磨速度等の研磨結果が優れている。
研磨対象物の表面に加工ダメージや輸送時に付いた傷等がある場合は、それらの傷を一つの研磨工程で鏡面化するには多くの時間を要するため不経済である上、研磨対象物の表面の平坦性、平滑性が損なわれるおそれがある。そこで、予備研磨工程により研磨対象物の表面の傷を除去しておくことにより、最終研磨工程で要する研磨時間を短縮することができ、優れた鏡面を効率的に得ることができる。
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。研磨用組成物を用いてシリコンウェーハの研磨を行って、シリコンウェーハの表面品質、研磨速度等の研磨結果を評価した。
砥粒、水溶性高分子、塩基性化合物、及び超純水を混合して、研磨用組成物を製造した。
砥粒は平均一次粒子径52nmのコロイダルシリカであり、研磨用組成物中の砥粒の濃度は0.6質量%である。
また、塩基性化合物は炭酸カリウム及び水酸化テトラメチルアンモニウムである。研磨用組成物中の炭酸カリウムの濃度は0.05質量%であり、研磨用組成物中の水酸化テトラメチルアンモニウムの濃度は0.08質量%である。
すなわち、水溶性高分子の種類が異なる3種の研磨用組成物と、水溶性高分子を含有しない1種の研磨用組成物との合計4種の研磨用組成物を製造した。
研磨対象物であるシリコンウェーハの直径は300mm、厚さは795μm、結晶方位は<100>である。
研磨に用いた研磨パッドは、ニッタ・ハース株式会社製のMH−S15Aであり、その厚さは0.8mmである。なお、研磨パッドの表面(研磨面)に、液状の研磨用組成物が溜まるような溝は設けられていない。
キャリアに5枚のシリコンウェーハを保持させ、上記の研磨用組成物、研磨パッド、及び研磨機を用いて、下記のような研磨条件で研磨を行った。このようなシリコンウェーハ5枚を一度に研磨する工程を1バッチとし、1バッチの研磨が終了したら5枚のシリコンウェーハを未研磨品に交換して同様に研磨を行い、これを10バッチ連続で行った。また、10バッチ連続研磨中は研磨用組成物に水酸化カリウムを追加添加し、pHを10.8以上11.0以下に維持した。
研磨荷重:20kPa
上下の定盤の相対回転速度:30rpm
キャリアの自転速度:10rpm
研磨時間:研磨取り代が20μmとなるまでの時間
研磨用組成物(スラリー)の温度:20℃
研磨用組成物の供給速度:4.5L/分(循環使用)
研磨用組成物を循環使用するに際しては、実施例1〜7の研磨例については、定盤に供給される研磨用組成物に組成調整剤を適宜添加し、比較例1〜3の研磨例については、組成調整剤の添加は全く行わなかった。
なお、各バッチの研磨終了後に超純水でリンスをする。リンスに使用した超純水は、配管を切り替え回収せず廃棄する。そのため、この際に一部の研磨用組成物も回収されずに廃棄されるので、廃棄した分の研磨用組成物を補充すべく、未使用の研磨用組成物をタンクに追加する。廃棄した研磨用組成物の量及び追加する研磨用組成物の量は、循環使用されている研磨用組成物全体の5体積%である。
実施例1〜7及び比較例1〜3の研磨例について、研磨速度、シリコンウェーハの表面の平坦度、欠陥数、表面粗さを測定した。これらの測定は、10バッチのシリコンウェーハ全てについて行った。測定結果を表2に示す。いずれの測定項目についても、10バッチ全体における最大値と最小値を示してある。なお、各測定項目の数値は、比較例3の最小値を100とした場合の相対値で示してある。
平坦度は、GBIR(Global Backside Ideal Range)とロールオフについて測定した。GBIRは、研磨後のシリコンウェーハについて、黒田精工株式会社製の表面形状測定装置ナノメトロ300TTを用いて測定した。また、ロールオフは、黒田精工株式会社製の表面形状測定装置ナノメトロ300TTを用いて、研磨後のシリコンウェーハの複数のサイトについてSFQR(Site Front Least Squares Range)を測定し、全サイトのうちシリコンウェーハの上下左右の端部8サイトのSFQRの平均値を算出した。なお、サイトの寸法は、一辺25mmの正方形である。
また、表2に示した測定結果について、下記の基準に基づいて評価した結果を表3に示す。すなわち、10バッチ全体における最大値と最小値との差が5%未満である場合は「A」、5%以上10%未満である場合は「B」、10%以上15%未満である場合は「C」、15%以上20%未満である場合は「D」、20%以上である場合は「E」と評価した。
14 研磨パッド
19 ウェーハ保持プレート
21 タンク
22 研磨用組成物供給管
31 研磨用組成物受け皿
41 組成調整剤供給管
Claims (4)
- 仕上げ研磨を行う最終研磨工程の前に予備的な研磨を行う予備研磨工程において使用される研磨方法であり、水溶性高分子を含有する研磨用組成物を使用して研磨対象物を研磨する研磨方法であって、
タンク内の前記研磨用組成物を前記研磨対象物に供給しながら前記研磨対象物を研磨する研磨工程と、
前記研磨対象物の研磨に使用された前記研磨用組成物を回収して前記タンクに戻し循環させる回収工程と、
前記研磨対象物に供給される前記研磨用組成物中の前記水溶性高分子の濃度を、予め設定された範囲内の数値となるように調整する組成調整工程と、
を備え、
前記組成調整工程は、前記研磨用組成物の供給によって前記研磨対象物に供給される前記水溶性高分子の量が、前記研磨対象物の表面1mm 2 当たり0.0004mg/min以上0.0030mg/min以下となるように、前記研磨対象物に供給される前記研磨用組成物に、水溶性高分子を含有する組成調整剤を添加する工程である研磨方法。 - 前記研磨対象物がシリコンウェーハである請求項1に記載の研磨方法。
- 請求項1又は請求項2に記載の研磨方法において使用される組成調整剤であって、水溶性高分子を含有する組成調整剤。
- 前記水溶性高分子が、セルロース誘導体、デンプン誘導体、オキシアルキレン単位を含有するポリマー、窒素原子を含有するポリマー、及びビニルアルコール系ポリマーのうちの少なくとも1種である請求項3に記載の組成調整剤。
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