JP6251271B2 - ポリピロリドン研磨組成物および研磨方法 - Google Patents

Description

電気集積回路で使用されるウェーハの研磨方法は、一般に、第一の一次研磨の工程および第二の仕上げ研磨の工程の２工程プロセスを含む。一次研磨は、例えばシリコン基板表面への金属溶着の結果としての表面欠陥を除去するための研磨工程である。一次研磨工程は、一般に化学機械研磨（ＣＭＰ）法での研磨組成物の使用を伴う。研磨組成物は基板またはウェーハの膜表面を酸化し、その得られた酸化物層を固体砥粒の助けを借りて除去する。

しかしながら一次研磨溶液中の研削材および／または酸化剤の使用は、基板表面に引っかき傷を生じさせる、研削材が研磨後に基板表面に付着したまま残る、基板の過研磨などの様々な不利点を伴う。一般にウェーハは、一次研磨後に約１０〜５０μｍの表面欠陥を有し、これは満足できる性能にとって大き過ぎる。したがって第二の仕上げ研磨が必要である。

仕上げ研磨は、表面粗さを減らすことによって基板の表面の仕上げをする。しかしながら仕上げ研磨工程は、一般に一次研磨工程と異なる研磨組成物を使用する。さらに仕上げ研磨組成物は、その仕上げ研磨組成物が一般に一次研磨組成物よりも穏やかに作用するために、一般には基板上での材料の高い除去速度が得られない。その結果、仕上げ研磨組成物は一般に長い研磨時間および長い水洗時間を必要とする。

研磨を受ける基板の低い表面欠陥をもたらし、かつ高い除去速度を達成する研磨組成物の必要性が存在する。

本発明は、（ａ）０．０１重量％〜０．１重量％のピロリドンポリマー、（ｂ）０．０５重量％〜２重量％のアミノホスホン酸、（ｃ）０．０１重量％〜５重量％のテトラアルキルアンモニウム塩、および（ｄ）水を含み、７〜１１．７のｐＨを有する研磨組成物を提供する。

本発明は、本質的に、（ａ）０．０１重量％〜０．１重量％のピロリドンポリマー、（ｂ）０．０５重量％〜２重量％のアミノホスホン酸、（ｃ）０．０１重量％〜５重量％のテトラアルキルアンモニウム塩、（ｄ）所望により０．０５重量％〜２重量％の速度促進剤、（ｅ）所望によりｐＨ調整剤、（ｆ）所望により重炭酸塩、および（ｇ）水からなり、７〜１１．７のｐＨを有する研磨組成物を提供する。

本発明は、基板の研磨方法を提供する。この方法は、（ｉ）基板を、研磨パッドおよび本発明の研磨組成物と接触させる工程、（ｉｉ）研磨組成物が基板と研磨パッドの間に存在する状態で、研磨パッドを基板に対して動かす工程、および（ｉｉｉ）基板を研磨するために基板の少なくとも一部分を研削する工程を含む。

本発明は、（ａ）０．０１重量％〜０．１重量％のピロリドンポリマー、（ｂ）０．０５重量％〜２重量％のアミノホスホン酸、（ｃ）０．０１重量％〜５重量％のテトラアルキルアンモニウム塩、および（ｄ）水を含み、または本質的にこれらからなり、またこれらからなり、７〜１１．７のｐＨを有する研磨組成物を提供する。

本発明の研磨組成物は、ピロリドンポリマー、すなわちピロリドンモノマーからなる任意のポリマーを含む。ピロリドンモノマーは、任意の適切なピロリドンモノマーまたはそれらピロリドンモノマーの組合せであることができる。特に有用なピロリドンポリマーは、ポリビニルピロリドンおよびポリ（１−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−ジメチルアミノ−エチルメタクリラート）である。このピロリドンポリマーの重量平均分子量は、１，０００以上、１０，０００以上、５０，０００以上、１００，０００以上、５００，０００以上、または１，０００，０００以上である。あるいは、またはこれに加えてピロリドンポリマーの重量平均分子量は、５，０００，０００以下、３，０００，０００以下、または２，０００，０００以下である。したがってピロリドンポリマーの重量平均分子量は、上記端点のいずれか２つによって制約することができる。例えばピロリドンポリマーは、１，０００〜５，０００，０００、５０，０００〜５，０００，０００、５００，０００〜３，０００，０００、または１，０００，０００〜２，０００，０００の重量平均分子量を有することができる。

研磨組成物は、このピロリドンポリマーの任意の適切な量を含むことができる。研磨組成物は、このピロリドンポリマーを０．００１重量％以上、０．００５重量％以上、または０．０１重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、このピロリドンポリマーを５重量％以下、１重量％以下、０．５重量％以下、または０．１重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、上記端点のいずれか２つによって制約される量でピロリドンポリマーの量を含むことができる。例えばピロリドンポリマーは、研磨組成物中に０．００１重量％〜５重量％、０．００５重量％〜１重量％、または０．０１重量％〜０．１重量％の量で存在することができる。

本発明の研磨組成物は、アミノホスホン酸を含む。そのアミノホスホン酸は、任意の適切なアミノホスホン酸またはそれらアミノホスホン酸の組合せであることができる。好ましくはアミノホスホン酸は、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、アミノトリ（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）、これらの塩、およびこれらの組合せからなる群から選択される。より好ましくはアミノホスホン酸は、アミノトリ（メチレンホスホン酸）である。

研磨組成物は、任意の適切な量のアミノホスホン酸を含有することができる。研磨組成物は、アミノホスホン酸を０．００１重量％以上、０．０５重量％以上、０．１重量％以上、０．２重量％以上、または０．５重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、アミノホスホン酸を２重量％以下、１．５重量％以下、１重量％以下、または３重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、アミノホスホン酸について列挙した上記端点のいずれか２つによって制約される量でアミノホスホン酸を含むことができる。例えばアミノホスホン酸は、研磨組成物中に０．２重量％〜３重量％、０．５重量％〜１重量％、または０．１重量％〜１．５重量％の量で存在することができる。

この研磨組成物は、テトラアルキルアンモニウム塩を含む。テトラアルキルアンモニウム塩は、任意の適切なテトラアルキルアンモニウム塩またはそれらテトラアルキルアンモニウム塩の組合せであることができる。テトラアルキルアンモニウム塩は、好ましくは、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、およびテトラブチルアンモニウムからなる群から選択される陽イオンを含む。テトラアルキルアンモニウム塩は、これらに限定されないが水酸化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、硫酸イオン、または硫酸水素イオンを含めた任意の適切な陰イオンを有することができる。テトラアルキルアンモニウム塩は、水酸化テトラアルキルアンモニウム（例えば水酸化テトラメチルアンモニウム）であることができる。

研磨組成物は、このテトラアルキルアンモニウム塩の任意の適切な量を含むことができる。研磨組成物は、テトラアルキルアンモニウム塩を０．０１重量％以上、０．１重量％以上、０．２重量％以上、または０．５重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、テトラアルキルアンモニウム塩を５重量％以下、４重量％以下、３重量％以下、または２重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、テトラアルキルアンモニウム塩について列挙した上記端点のいずれか２つによって制約される量でテトラアルキルアンモニウム塩を含むことができる。例えばテトラアルキルアンモニウム塩は、研磨組成物中に０．２重量％〜３重量％、０．５重量％〜２重量％、または０．１重量％〜５重量％の量で存在することができる。

本発明の研磨組成物は、速度促進剤をさらに含むことができる。速度促進剤は、任意の適切な速度促進剤またはそれら速度促進剤の組合せであることができる。例えば速度促進剤は、ヒドロキサム酸（例えばアセトヒドロキサム酸）または適切な窒素含有ヘテロ環式化合物であることができる。

本明細書中で使用される窒素含有ヘテロ環式化合物という用語は、１個または複数個の窒素原子が環系の一部として含まれた５−、６−、または７−員環化合物を指す。窒素含有ヘテロ環式化合物はトリアゾールであることができる。窒素含有ヘテロ環式化合物は、アミノトリアゾールであることができる。好適なアミノトリアゾールの非限定的な例には、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−カルボン酸、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、および４−アミノ−５−ヒドラジノ−１，２，４−トリアゾール−３−チオールが挙げられる。窒素含有ヘテロ環式化合物は、チアゾールであることができる。好適なチアゾールの非限定的な例には、２−アミノ−５−メチルチアゾールおよび２−アミノ−４−チアゾール酢酸が挙げられる。窒素含有ヘテロ環式化合物は、ヘテロ環式Ｎ−オキシドであることができる。好適なヘテロ環式Ｎ−オキシドの非限定的な例には、２−ヒドロキシピリジン−Ｎ−オキシド、４−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド、およびピコリン酸Ｎ−オキシドが挙げられる。

研磨組成物は、任意の適切な量の速度促進剤を含むことができる。研磨組成物は、速度促進剤を０．０２重量％以上、０．０５重量％以上、０．１重量％以上、または０．３重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、速度促進剤を５重量％以下、４重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、または１重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、上記端点のいずれか２つによって制約される量の速度促進剤の量を含むことができる。例えば速度促進剤は、研磨組成物中に０．０２重量％〜５重量％、０．０５重量％〜３重量％、または０．１重量％〜２重量％の量で存在することができる。

研磨組成物は、１種類または複数種類の重炭酸塩をさらに含むことができる。重炭酸塩は、任意の適切な重炭酸塩であることができ、例えば重炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、またはこれらの組合せであることができる。

研磨組成物は、重炭酸塩を０．０５重量％以上、０．１重量％以上、０．５重量％以上、または１重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、重炭酸塩を５重量％以下、４重量％以下、３重量％以下、または２重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、重炭酸塩について列挙した上記端点のいずれか２つによって制約される量で重炭酸塩を含むことができる。例えば重炭酸塩は、研磨組成物中に０．０５重量％〜３重量％、０．１重量％〜４重量％、または０．１重量％〜２重量％の量で存在することができる。

研磨組成物は、酸化剤を含むことができる。酸化剤は、基板の金属および／または二酸化ケイ素から作られた層を酸化する物質である。この酸化剤は、任意の適切な酸化剤またはそれら酸化剤の組合せであることができる。好ましくは酸化剤は、水酸化カリウム、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、ヒドロキシルアミン、およびヨウ素酸アンモニアのうちの少なくとも１種類である。

研磨組成物は、任意の適切な量の酸化剤を含有することができる。研磨組成物は、酸化剤を０．０５重量％以上、０．１重量％以上、または０．２５重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、酸化剤を２重量％以下、１．５重量％以下、１重量％以下、０．８重量％以下、または０．６重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、酸化剤について列挙した上記端点のいずれか２つによって制約される量で酸化剤を含むことができる。例えば酸化剤は、研磨組成物中に０．０５重量％〜２重量％、０．１重量％〜１．５重量％、または０．２５重量％〜１重量％の量で存在することができる。

別法では研磨組成物は酸化剤をなくすこともできる。すなわち本発明は、酸化剤を含有しない研磨組成物を提供する。

研磨組成物は研削材を含むことができる。研削材は、限定するものではないが、金属粒子および固体元素粒子と、ポリマー粒子と、アルミニウム、シリカ、ジルコニウム、チタンの酸化物、フッ化物、炭酸塩、ホウ化物、窒化物、および水酸化物と、これらの混合物などの、任意の適切な研削材またはそれら研削材の組合せであることができる。

研削材は、シリカ粒子を含むことができる。シリカは、ウェットプロセス型シリカ、燻蒸シリカ、またはこれらの組合せなどの任意の適切な形態のシリカであることができる。例えばシリカは、ウェットプロセス型シリカ粒子（例えば縮合重合または沈降シリカ粒子）を含むことができる。縮合重合シリカ粒子は、一般にはＳｉ（ＯＨ）₄を縮合してコロイド粒子（コロイド粒子は１ｎｍから１０００ｎｍの間の平均粒度を有するものと定義される）を形成させることによって調製される。このような研削材粒子は、米国特許第５，２３０，８３３号明細書に従って調製することもでき、またＡｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ Ｂｉｎｄｚｉｌ ５０／８０製品、Ｎａｌｃｏ ＤＶＳＴ００６製品、およびＦｕｓｏ ＰＬ−２製品などの様々な市販の製品、ならびにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、およびＣｌａｒｉａｎｔから入手できる他の類似の製品のいずれかとして得ることもできる。

そのシリカは、任意の適切な平均粒度（すなわち平均粒径）を有することができる。シリカは、４ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、または２５ｎｍ以上の平均粒度を有することができる。あるいは、またはこれに加えてシリカは、１８０ｎｍ以下、１６０ｎｍ以下、１２０ｎｍ以下、１１０ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、８０ｎｍ以下、７０ｎｍ以下、６０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、または４０ｎｍ以下の平均粒度を有することができる。したがってシリカは、上記端点のいずれか２つによって制約される平均粒度を有することができる。例えばシリカは、１０〜１００ｎｍ、２０〜１６０ｎｍ、２０〜８０ｎｍ、２０〜６０ｎｍ、または２０〜４０ｎｍの平均粒度を有することができる。非球形粒子の場合、その粒子のサイズは、粒子を取り囲む最小の球の直径である。

研削材粒子は、好ましくはコロイド的に安定である。コロイドという用語は、液体キャリヤー中の研削材粒子の懸濁液を指す。コロイド安定性とは、時系列でみた場合にその懸濁が維持されることを指す。本発明の脈絡では研削材は、その研削材を１００ｍＬメスシリンダーに入れ、２時間のあいだ撹拌せずに放置したとき、メスシリンダーの底部５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬで表した［Ｂ］）とメスシリンダーの上部５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬで表した［Ｔ］）の差を研削組成物中の粒子の初期濃度［Ｃ］で割った値が、０．５以下（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）である場合にコロイド的に安定であるとみなされる。より好ましくは［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は０．３以下であり、最も好ましくは０．１以下である。

研磨組成物は、任意の適切な量の研削材を含有することができる。研磨組成物は、研削材を０．５重量％以上、１重量％以上、２重量％以上、または５重量％以上含有することができる。あるいは、またはこれに加えて研磨組成物は、研削材を２０重量％以下、１５重量％以下、１０重量％以下、８重量％以下、または６重量％以下含有することができる。したがって研磨組成物は、研削材について列挙した上記端点のいずれか２つによって制約される量で研削材を含むことができる。例えば研磨組成物は、研削材を０．５〜６重量％、１〜２０重量％、２〜１０重量％、または５〜２０重量％含むことができる。

別法では研磨組成物は研削材をなくすこともできる。すなわち本発明は、研削材を含有しない研磨組成物を提供する。

研磨組成物は水を含む。水は、研磨される基板上への研磨組成物の適用を容易にするために使用される。好ましくはこの水は、脱イオン水である。本明細書中に列挙される成分の量（重量％）のすべては、別段の指定がない限り研磨組成物の総量、すなわち研磨組成物の水と他のすべての成分を基準とする。

研磨組成物は、１種類または複数種類の他の添加剤を含むことができる。そのような添加剤には分散剤が挙げられる。分散剤は、例えば１種類または複数種類のアクリルモノマーを含むホモポリマー、あるいはランダム、ブロック、またはグラジエントアクリラートコポリマー（例えば、ポリアクリラート、ポリメタクリラート、ビニルアクリラート、およびスチレンアクリラート）、これらの組合せ、およびこれらの塩などの任意の適切な分散剤またはそれら分散剤の組合せであることができる。他の好適な添加剤には生物致死剤が挙げられる。生物致死剤は、任意の適切な生物致死剤またはそれら生物致死剤の組合せ、例えばイソチアゾリノン生物致死剤であることができる。

本発明の研磨組成物は、任意の適切な手法によって調製することができ、その多くが当業者に知られている。研磨組成物は、バッチまたは連続プロセスで調製することができる。一般に研磨組成物は、その成分を任意の順序で混ぜ合わせることによって調製することができる。本明細書中で使用される用語「成分」は、個々の成分（例えば、ピロリドンポリマー、速度促進剤、テトラアルキルアンモニウム塩など）、およびそれら成分の任意の組合せを含む。

研磨組成物は、１１．７以下（例えば１０以下）のｐＨを有する。好ましくは研磨組成物は、７以上（例えば８以上）のｐＨを有する。さらに一層好ましくは研磨組成物は、７〜１１．７（例えば８〜１０）のｐＨを有する。

研磨組成物は、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、またはこれらの組合せを含むことができる。ｐＨ調整剤は、任意の適切なｐＨ調整化合物またはそれらｐＨ調整化合物の組合せであることができる。例えばｐＨ調整剤は、所望の最終ｐＨを生み出すのに足るほどの強い任意の適切な酸または塩基であることができる。好適な酸の例には、硝酸、酢酸、リン酸などが挙げられる。好適な塩基の例には、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、および水酸化テトラアルキルアンモニウムが挙げられる。ｐＨ緩衝剤は、任意の適切なｐＨ緩衝剤またはそれらｐＨ緩衝剤の組合せ、例えばリン酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などであることができる。多くのそのようなｐＨ緩衝系が、当業界でよく知られている。好適なｐＨ緩衝剤の例は、重炭酸−炭酸塩緩衝系、アミノアルキルスルホン酸などである。研磨組成物は、任意の適切な量のｐＨ調整剤および／またはｐＨ緩衝剤、望ましくは研磨組成物の適切な範囲のｐＨを達成し、かつ／または維持する量を含むことができる。

研磨組成物はまた、使用の前に適切な量の水で希釈することを意図した濃縮液として提供することもできる。そのような実施形態では研磨組成物濃縮液は、例えばピロリドンポリマー、速度促進剤、アミノホスホン酸、テトラアルキルアンモニウム塩、および水を、その濃縮液を適切な量の水および場合によっては酸化剤で希釈したときに各成分について上記で列挙した適切な範囲内の量で研磨組成物の各成分が研磨組成物中に存在することになるような量で含むことができる。さらに、通常の当業者ならば理解するはずであるが、他の成分の１種類または複数種類が濃縮液中に少なくとも部分的にまたは完全に溶解することを確実にするために、この濃縮液は最終研磨組成物中に存在する水のうちの適切な割合の水を含有することもできる。

研磨組成物は、水性媒体中にピロリドンポリマー、速度促進剤、アミノホスホン酸、およびテトラアルキルアンモニウム塩を含むワンパッケージシステムとして供給することができる。あるいは酸化剤を含む研磨組成物の場合、そのピロリドンポリマー、速度促進剤、アミノホスホン酸、およびテトラアルキルアンモニウム塩を第一の容器に入れて供給し、酸化剤は単独で、または水に溶かした溶液として第二の容器に入れて供給することができる。例えば水酸化カリウムは、望ましくは研磨組成物のその他の成分から分離して供給され、例えば最終使用者によって使用の少し前（例えば、使用前１週間以内、使用の１日前、使用の１時間前、使用の１０分前、または使用の１分前）に、または直接に実際に使用する場所で研磨組成物のその他の成分と混ぜ合わされる。他の２個の容器システムまたは３個以上の容器システムは、通常の当業者の知識の範囲内である。

貯蔵装置に収容された成分を混合して実際に使用する場所で、またはその近くで研磨組成物を生成させるために、それら貯蔵装置は、一般に各貯蔵装置から研磨組成物の実際に使用される場所（例えば、プラテン、研磨パッド、または基板表面）に通じる１本または複数本のフローラインを備える。本明細書中で使用される用語「実際に使用する場所」とは、研磨組成物が基板表面に適用される場所（例えば、研磨パッドまたは基板表面自体）を指す。研磨組成物が、実際に使用する場所での混合を使用して生成されることになる場合、その研磨組成物の成分は、必要に応じて２個以上の貯蔵装置に別々に貯蔵される。用語「フローライン」とは、個々の貯蔵容器から、その中に貯蔵された成分の実際に使用される場所までの流路を意味する。１本または複数本のフローラインは、実際に使用する場所にそれぞれ直接に通じることもでき、また２本以上のラインが使用される状況では、それらフローラインの２本または複数本を任意の場所で結合させて、実際に使用する場所に通じる単一のフローラインにすることもできる。さらに、１本または複数本のフローラインのいずれか（例えば、個々のフローラインまたは結合フローライン）を、その成分の実際に使用される場所に到達する前に、まず１個または複数個のその他の装置（例えば、ポンプ装置、測定装置、混合装置など）に導くこともできる。

研磨組成物の成分は、独立してその実際に使用される場所に送達する（例えば、成分を基板表面に送達し、そこで成分を研磨プロセスの間に混合する）こともでき、また成分のうちの１種類または複数種類を、例えば実際に使用される場所に送達する前、例えば実際に使用される場所に送達する少し前または直前に混ぜ合わせることもできる。成分は、それらが実際に使用される場所に、例えば基板の研磨に使用される研磨パッドまたはプラテン上に混合された形態で加えられる前５分以内、例えば成分を実際に使用される場所に送達する前４分以内、３分以内、２分以内、１分以内、４５秒以内、３０秒以内、１０秒以内、またさらには同時に（例えば、成分を計量分配装置で混ぜ合わせる）混ぜ合わされるならば、「実際に使用する場所に送達する直前」に混ぜ合わされている。成分はまた、それらが実際に使用する場所の５ｍ以内、例えば実際に使用する場所の１ｍ以内、またさらには実際に使用する場所の１０ｃｍ以内（例えば、実際に使用する場所の１ｃｍ以内）で混ぜ合わされるならば、「実際に使用する場所に送達する直前」に混ぜ合わされている。

研磨組成物の成分のうちの２種類以上を実際に使用する場所に到達する前に混ぜ合わせる場合、それら成分をフローライン中で混ぜ合わせ、混合装置を使用せずに実際に使用する場所に送達させることができる。別法では、フローラインの１本または複数本を混合装置中に導いて２種類以上の成分の混合を容易にすることもできる。任意の適切な混合装置を使用することができる。例えば混合装置は、２種類以上の成分が貫流ノズルまたはジェット（例えば高圧ノズルまたはジェット）であることができる。別法では混合装置は、研磨スラリーの２種類以上の成分をミキサーに導入する１つまたは複数の入口と、混合された成分がミキサーを出て、直接にまたは装置の他の構成要素を経由して（例えば１本または複数本のフローラインを経由して）実際に使用する場所に送達する少なくとも１つの出口とを備えた容器型混合装置であることもできる。さらに、混合装置は２個以上のチャンバーを備えることもできる。各チャンバーは少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口を有し、各チャンバー中で２種類以上の成分が混ぜ合わされる。容器型混合装置を使用する場合、その混合装置は、好ましくはそれら成分の混合をさらに手助けするための混合機構を備える。これら混合機構は、当業界において一般に知られており、スターラー、ブレンダー、アジテータ、櫂形バッフル、ガス噴霧システム、バイブレータなどが挙げられる。

本発明は、基板の研磨方法を提供する。その方法は、（ｉ）基板を、研磨パッドおよび本発明の研磨組成物と接触させる工程、（ｉｉ）研磨組成物が基板と研磨パッドの間に存在する状態で、研磨パッドを基板に対して動かす工程、および（ｉｉｉ）基板を研磨するために基板の少なくとも一部分を研削する工程を含む。

本発明の研磨組成物は任意の基板の研磨に使用することができるが、この研磨組成物は、ケイ素を含む基板、例えば電子産業で使用されるシリコンウェーハの研磨に特に有用である。一般に半導体産業のウェーハは、例えば金属、金属酸化物、金属窒化物、金属複合材、合金、低誘電率材料、またはこれらの組合せを含むか、またはそれで構成される。本発明の研磨組成物およびその使用方法は、ダイヤモンド鋸引きおよび粗研磨によってケイ素の単結晶から生成されるシリコンウェーハのプレポリッシングまたは仕上げ研磨に、またシリコンウェーハのエッジ研磨、および研磨によるシリコンウェーハの再生に使用するのに適している。

本発明の研磨組成物および使用方法は、任意の適切な前駆体から誘導することができる二酸化ケイ素系誘電体層を備えたシリコンウェーハの研磨に特に適している。好ましくは二酸化ケイ素系誘電体層は、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）などのシラン前駆体から、より好ましくは酸化シラン前駆体から誘導される。二酸化ケイ素系誘電体層としては、限定するものではないが、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、ＰＥＴＥＯＳ、熱ガラス、アンドープケイ酸塩ガラス、およびＨＤＰ酸化物を挙げることができる。

本発明の研磨組成物および使用方法は、化学機械研磨装置と一緒に使用するのに特に適している。一般にこの装置は、使用中は動いており、かつ軌道運動、直線運動、または円運動に由来する速度を有するプラテンと、そのプラテンと接しており、かつ動く場合にプラテンと共に動く研磨パッドと、基板に接し、研磨パッドの表面に対して基板を動かすことによって基板を研磨される状態に保つキャリヤーとを備える。基板の研磨は、基板が研磨パッドおよび本発明の研磨組成物と接した状態に置かれ、次いで基板の少なくとも一部分を研削して基板を研磨するように研磨パッドが基板に対して動くことによって行われる。具体的には、基板を研磨する過程で基板の表面の材料、例えば前述の材料の１種類または複数種類を研削、すなわち基板の表面から除去して基板を研磨し、より滑らかでより平らな基板表面を提供する。

基板は、任意の適切な研磨パッド（例えば研磨表面）を使用してこの研磨組成物で研磨することができる。好適な研磨パッドには、例えば織布および不織布の研磨パッドが挙げられる。さらに、好適な研磨パッドは、様々な密度、硬さ、厚さ、圧縮率、圧縮時の反発能力、および圧縮弾性率の任意の適切なポリマーを含むことができる。好適なポリマーとしては、例えばポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボナート、ポリエステル、ポリアクリラート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、これらのコフォーム生成物、およびこれらの混合物が挙げられる。軟質ポリウレタン研磨パッドは、本発明の研磨方法との関連で特に有用である。典型的な研磨パッドとしては、限定するものではないが、ＳＵＲＦＩＮ（商標）０００（商標）、ＳＵＲＦＩＮ（商標）ＳＳＷ１、ＳＰＭ３１００（Ｅｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されている）、ＰＯＬＩＴＥＸ（商標）、およびＦｕｊｉｂｏ ＰＯＬＹＰＡＳ（商標）２７研磨パッドが挙げられる。特に好ましい研磨パッドは、Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから市販されているＥＰＩＣ（商標）Ｄ１００研磨パッドである。

望ましくは化学機械研磨装置は、さらにｉｎ ｓｉｔｕ研磨終点検知システムを備える。研磨される基板の表面から反射される光または他の放射線を分析することによって研磨工程を検査し、監視する手法が当業界で知られている。そのような方法は、例えば米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、および米国特許第５，９６４，６４３号明細書に記載されている。研磨される基板に対する研磨工程の進行の検査および監視は、その研磨の終点の決定、すなわち特定の基板に対する研磨工程の終了のタイミングの決定を可能にするので望ましい。

本発明の研磨組成物および使用方法は、ある種の基板、特にシリコンウェーハの研磨に使用した場合、改良された除去速度（すなわち基板表面からの材料の研削）を与えるので有利である。さらに本発明の研磨組成物および使用方法は、ある種の基板、特にシリコンウェーハの研磨に使用した場合、改良された表面粗さ（すなわち、より滑らかまたは平らな基板表面）を与えるので有利である。

実施例において使用されるポリビニルピロリドンは、ＢＡＳＦから入手できるＰＶＰＫ９０である。これは気相クロマトグラフィによって決定される１，２００〜２，０００ｋＤの分子量を有する。使用されたアミノトリ（メチレン）ホスホン酸（ＡＴＭＰ）は、Ｄｅｑｕｅｓｔから入手できるＤｅｑｕｅｓｔ ２０００ＥＧであった。研磨は、Ｓｕｂａ ５００研磨パッドを使用してシリコン表面を備えた基板上で行った。基板の表面粗さは、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）によって決定した。

実施例１
研磨組成物１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、表１に示す量のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、アミノトリ（メチレン）ホスホン酸（ＡＴＭＰ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、１，２，４−トリアゾール、乳酸、炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）、および５５ｎｍの平均粒度を有する縮合重合シリカを、残余の水と共に使用して調製され、ｐＨは１０．５〜１１であった。研磨組成物１Ａおよび１Ｂが本発明に従って調製されたのに対し、研磨組成物１Ｃはピロリドンポリマーを欠き、したがって本発明の研磨組成物ではなくて、むしろ比較用研磨組成物であった。次いでこれらの研磨組成物を使用して、シリコン基板を似た研磨条件下で研磨した。各研磨組成物についての除去速度（ＲＲ）と、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）によって表される表面粗さとを求め、それらを表１に示す。

表１に示したデータから明らかなように、研磨組成物１Ａは、ＰＶＰを含有しない研磨組成物１Ｃと比べて１５％超高い除去速度を示した。研磨組成物１Ａはまた、研磨組成物１Ｃと比べて基板の表面粗さを１７％低減させた。研削材を含有しない研磨組成物１Ｂは、１０重量％の研削材を含有する研磨組成物１Ｃと比べてわずか６％低い除去速度を示すに過ぎなかった。それにもかかわらず研磨組成物１Ｃと比べて表面粗さを１２％近く低減させた。

実施例２
研磨組成物２Ａ〜２Ｆは、アミノトリ（メチレン）ホスホン酸（ＡＴＭＰ）を０．３９重量％、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を２．６３重量％、ＫＯＨを０．７９重量％、Ｋ₂ＣＯ₃を１．３１重量％、５５ｎｍの平均粒度を有する縮合重合シリカを１３．１２５重量％使用して調製された。研磨組成物２Ａ〜２Ｆはさらに、表２に示すようにポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）またはポリ（１−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−ジメチルアミノ−エチルメタクリラート）（ＰＶＰ−２）のいずれかを０．０４重量％と、１，２，４−トリアゾール、ヒドロキシルアミン、アセトヒドロキサム酸、トランス−１，２−シクロヘキサンジオール、または２−アミノ−４−チアゾール酢酸のいずれかを０．４４重量％とを、残余の水と共に使用して調製され、ｐＨは１０．５〜１１であった。研磨組成物２Ａ〜２Ｆは、本発明に従って調製された。研磨組成物２Ｇは、ピロリドンポリマーおよび速度促進剤を欠き、したがって本発明の研磨組成物ではなくて、むしろ比較用研磨組成物であった。次いでこれらの研磨組成物を使用して、シリコン基板を似た研磨条件下で研磨した。各研磨組成物について除去速度（ＲＲ）を求め、それらを表２に示す。

表２に示したデータから明らかなように、ピロリドンポリマーおよび速度促進剤の種類は、除去速度に影響を与える。研磨組成物２Ｃ（ＰＶＰを速度促進剤としての１，２，４−トリアゾールと組み合わせた）および２Ｄ（ＰＶＰ−２を速度促進剤としての１，２，４−トリアゾールと組み合わせた）において最も高い除去速度が達成された。

Claims (16)

1. （ａ）０．０１重量％〜０．１重量％のピロリドンポリマー、
   （ｂ）０．０５重量％〜２重量％のアミノホスホン酸、
   （ｃ）０．０１重量％〜５重量％のテトラアルキルアンモニウム塩、および
   （ｄ）水
   を含み、７〜１１．７のｐＨを有する、研磨組成物。
2. ０．０５重量％〜２重量％の速度促進剤をさらに含む、請求項１に記載の研磨組成物。
3. ０．０１重量％〜４０重量％のシリカ粒子をさらに含む、請求項１に記載の研磨組成物。
4. 前記組成物が研削材を含有しない、請求項１に記載の研磨組成物。
5. 前記組成物がケイ素の酸化剤を含有しない、請求項１に記載の研磨組成物。
6. （ａ）０．０１重量％〜０．１重量％のピロリドンポリマー、
   （ｂ）０．０５重量％〜２重量％のアミノホスホン酸、
   （ｃ）０．０１重量％〜５重量％のテトラアルキルアンモニウム塩、
   （ｄ）０．０５重量％〜２重量％の速度促進剤、
   （ｅ）ｐＨ調整剤、
   （ｆ）重炭酸塩、および
   （ｇ）水
   を含む研磨組成物であって、７〜１１．７のｐＨを有する、研磨組成物。
7. 前記速度促進剤がヒドロキサム酸を含む、請求項６に記載の研磨組成物。
8. 前記速度促進剤がアセトヒドロキサム酸を含む、請求項７に記載の研磨組成物。
9. 前記速度促進剤が、窒素含有ヘテロ環式化合物を含む、請求項６に記載の研磨組成物。
10. 前記窒素含有ヘテロ環式化合物がトリアゾールを含む、請求項９に記載の研磨組成物。
11. 前記ピロリドンポリマーが、ポリビニルピロリドンを含む、請求項６に記載の研磨組成物。
12. 前記ピロリドンポリマーが、ポリ（１−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−ジメチルアミノ−エチルメタクリラート）を含む、請求項６に記載の研磨組成物。
13. 前記アミノホスホン酸が、アミノトリメチレンホスホン酸を含む、請求項６に記載の研磨組成物。
14. 前記テトラアルキルアンモニウム塩が、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む、請求項６に記載の研磨組成物。
15. 基板の研磨方法であって、
    （ｉ）基板を、研磨パッドおよび請求項６に記載の研磨組成物と接触させる工程、
    （ｉｉ）前記基板に対して前記研磨パッドを、それらの間に前記研磨組成物が存在する状態で動かす工程、および
    （ｉｉｉ）前記基板を研磨するために前記基板の少なくとも一部分を研削する工程
    を含む、方法。
16. 前記基板がシリコンウェーハである、請求項１５に記載の方法。