JP7362662B2 - 洗浄剤用キットおよび洗浄剤の調製方法 - Google Patents

洗浄剤用キットおよび洗浄剤の調製方法 Download PDF

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Description

本発明は、化学機械研磨処理が施された半導体基板の洗浄に使用される洗浄剤を調製するための洗浄剤用キット、および洗浄剤を調製する方法に関する。
半導体素子は、高性能化および小型化等の市場ニーズに応じて、微細化および高集積化が進んでいる。半導体素子を構成する配線の微細化に伴い、半導体素子の製造工程の1つである化学機械研磨(CMP:chemical mechanical polishing)後の洗浄において、半導体基板表面の不純物の除去性能が重要視されている。
CMP処理された半導体基板の洗浄に使用される洗浄剤として、特許文献1には、(A)有機酸、(B)ジアミン類、アミジン類、アゾ-ル類およびピラジン類またはピリミジン類から選ばれるアミン、(C)ヒドロキシルアミン誘導体、並びに(D)脱酸素剤を含有し、pHが10以上の水溶液である洗浄剤が記載されている。
国際公開第2015/068823号明細書
本発明者らは、特許文献1を参考にして、CMP処理された半導体基板用の洗浄剤について更に検討した結果、洗浄剤を長期間保存した場合、半導体基板の表面からの異物除去性能が低減することがあり、洗浄剤の経時安定性について更なる改良が必要であることを知見した。
そこで、本発明は、長期保管後であっても、CMP処理が施された半導体基板の表面における不純物の除去性能が維持される洗浄剤を調製するためのキットを提供することを課題とする。
また、本発明は、上記洗浄剤を調製する方法を提供することも課題とする。
本発明者らは、以下の構成により上記課題を解決できることを見出した。
〔1〕
化学機械研磨処理が施された半導体基板の洗浄に使用され、pHが8~14を示す洗浄剤を調製するためのキットであって、
後述する式(1)で表される化合物を含み、酸性を示す第1液と、
塩基性化合物を含み、アルカリ性を示す第2液とを備え、
酸性化合物が、第1液および第2液の少なくとも一方に含まれる、キット。
〔2〕
式(1)で表される化合物が、ピロガロール、ピロカテコール、ヒドロキノン、ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、および没食子酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔1〕に記載のキット。
〔3〕
式(1)で表される化合物が、ピロガロールを含む、〔1〕または〔2〕に記載のキット。
〔4〕
酸性化合物が、カルボン酸を含む、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のキット。
〔5〕
カルボン酸が、2つ以上のカルボキシル基を有する、〔4〕に記載のキット。
〔6〕
カルボン酸が、少なくとも1つのヒドロキシル基を更に有する、〔4〕または〔5〕に記載のキット。
〔7〕
塩基性化合物が、ジアミン化合物、アミジン化合物、アゾール化合物、ピラジン化合物、ピリミジン化合物、ヒドロキシルアミン化合物、および第4級アンモニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載のキット。
〔8〕
塩基性化合物が、ジアミン化合物、ヒドロキシルアミン化合物、および第4級アンモニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載のキット。
〔9〕
ジアミン化合物が、後述する式(2)で表される化合物である、〔7〕または〔8〕に記載のキット。
〔10〕
ヒドロキシルアミン化合物が、後述する式(6)で表される化合物またはその塩である、〔7〕~〔9〕のいずれかに記載のキット。
〔11〕
第4級アンモニウム化合物が、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、2-ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、および、ビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択される少なくとも1種である、〔7〕~〔10〕のいずれかに記載のキット。
〔12〕
酸性化合物が、少なくとも第1液に含まれる、〔1〕~〔11〕のいずれかに記載のキット。
〔13〕
半導体基板が、銅配線膜または銅合金配線膜と、コバルト含有膜とを有する、〔1〕~〔12〕のいずれかに記載のキット。
〔14〕
コバルト含有膜が、銅配線膜または銅合金配線膜のバリアメタルである、〔13〕に記載のキット。
〔15〕
化学機械研磨処理が施された半導体基板の洗浄に使用され、pHが8~14を示す洗浄剤を調製する方法であって、
〔1〕~〔14〕のいずれかに記載のキットが備える第1液と第2液を混合する工程を少なくとも含む、方法。
〔16〕
第1液、第2液、および第1液と第2液との混合液からなる群より選択される少なくとも1種と、水を含む第3液を混合する工程を更に含む、〔15〕に記載の方法。
本発明によれば、長期保管後であっても、CMP処理が施された半導体基板の表面における不純物の除去性能が維持される洗浄剤を提供できる。
また、本発明によれば、洗浄剤の調製方法を提供できる。
以下に、本発明を実施するための形態の一例を説明する。
本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「酸性を示す」とは、pHが7.0未満であることを意味し、「アルカリ性を示す」とは、pHが7.0超であることを意味する。
本明細書において、ある成分が2種以上存在する場合、その成分の「含有量」は、それら2種以上の成分の合計含有量を意味する。
本明細書に記載の化合物において、特に制限されていない場合は、異性体(原子数が同じであるが構造が異なる化合物)、光学異性体、および同位体が含まれていてもよい。また、異性体および同位体は、1種のみが含まれていてもよいし、複数種含まれていてもよい。
[キット]
本発明の洗浄剤用キット(以下、単に「キット」とも記載する。)は、化学機械研磨(CMP)処理が施された半導体基板の洗浄に使用される洗浄剤(以下、単に「洗浄剤」とも記載する。)を調製するためのキットであり、酸性を示す第1液と、アルカリ性を示す第2液とを、少なくとも備える。
〔成分〕
以下、キットが備えるいずれかの液に含まれ、キットを用いて調製される洗浄剤に含まれることになる各成分について、説明する。
<式(1)で表される化合物(成分A)>
キットが備える第1液は、下記式(1)で表される化合物(以下「成分A」とも記載する。)を含む。成分Aは、洗浄剤中の溶存酸素を除去する作用を有する。
式中、R~Rは、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基またはアルコキシカルボニル基を表し、R~Rの少なくとも2つはヒドロキシル基を表す。ただし、RおよびRがいずれもヒドロキシル基を表す組合せ、RおよびRがいずれもヒドロキシル基を表す組合せ、並びに、RおよびRがいずれもヒドロキシル基を表す組合せを除く。
~Rで表されるアルコキシカルボニル基が有するアルキル基は、直鎖状、分枝状および環状のいずれであってもよく、例えば、直鎖状、分枝状または環状である炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、2-メチルブチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基、2-メチルペンチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、およびシクロヘキシル基が挙げられる。
~Rで表されるアルコキシカルボニル基としては、炭素数1~4のアルコキシカルボニル基が好ましく、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、またはn-プロポキシカルボニル基がより好ましい。
成分Aが有するヒドロキシル基の個数は、2~4が好ましく、2または3がより好ましい。
また、成分Aがカルボキシル基またはアルコキシカルボニル基を有する場合、カルボキシル基およびアルコキシカルボニル基の個数の合計は、1または2が好ましく、1がより好ましい。
~Rの組合せとしては、R~Rの2つまたは3つがヒドロキシル基を表し、且つ、残りの2つまたは3つが水素原子を表す組合せ、またはR~Rの1つがカルボキシル基もしくはアルコキシカルボニル基を表し、R~Rの2つがヒドロキシル基を表し、残りの2つが水素原子を表す組合せが好ましく、R~Rの2つまたは3つがヒドロキシル基を表し、且つ、残りの2つまたは3つが水素原子を表す組合せがより好ましい。
また、成分Aとしては、下記式(1-1)で表される化合物が好ましい。
式(1-1)中のR、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基またはアルコキシカルボニル基を表し、式(1)のR、RおよびRとそれぞれ同義であり、R、RおよびRの少なくとも1つはヒドロキシル基を表す。
式(1-1)におけるヒドロキシル基の個数は、2または3が好ましい。また、式(1-1)におけるカルボキシル基およびアルコキシカルボニル基の個数の合計は、0または1が好ましい。
成分Aの具体例としては、ピロガロール、ピロカテコール、ヒドロキノン、ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、および没食子酸エステルが挙げられる。
ジヒドロキシ安息香酸としては、2,3-ジヒドロキシ安息香酸、2,5-ジヒドロキシ安息香酸、および3,4-ジヒドロキシ安息香酸が挙げられる。
没食子酸エステルとしては、例えば、没食子酸と炭素数1~4のアルコールとのエステルが挙げられ、没食子酸メチル、没食子酸エチル、または没食子酸プロピルが好ましく、没食子酸プロピルがより好ましい。
成分Aとしては、入手が容易であること、また、半導体基板の表面において銅配線膜または銅合金配線膜(以下「銅含有配線膜」とも記載する)とコバルト含有膜とが接触している場合に起こりうる、酸化銅(I)と酸化コバルト(II)との間のガルバニック腐食をより抑制できる点で、ピロガロール、ピロカテコール、ヒドロキノン、没食子酸、または没食子酸エステルが好ましく、ピロガロールがより好ましい。
成分A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。成分Aは、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって合成したものを用いてもよい。
<塩基性化合物>
キットが備える第2液は、塩基性化合物を含む。塩基性化合物は、洗浄剤のpHをアルカリ性に調整および維持するために使用される。
塩基性化合物としては、塩基性有機化合物および塩基性無機化合物が挙げられ、金属イオンを含まず、半導体デバイスの電気特性に悪影響を及ぼしにくい点で、塩基性有機化合物が好ましい。
塩基性有機化合物としては、例えば、有機アミン、ヒドロキシルアミン化合物、および第4級アンモニウム化合物が挙げられる。
なお、有機アミンとは、アンモニアの水素原子を有機基で置換した化合物であって、後述するヒドロキシルアミン化合物(ヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミン誘導体、およびそれらの塩)を除く化合物を意味する。
有機基は、少なくとも1個の炭素原子を含む基であればよく、例えば、直鎖状または分枝状の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族基、およびそれらの組合せが挙げられる。
塩基性有機化合物の炭素数は、2~30が好ましく、水への溶解度が高く、また半導体基板表面への残留の懸念が少ない点で、2~16がより好ましい。
(有機アミン)
第2液は、塩基性化合物として有機アミンを含んでいてもよい。
有機アミンとしては、例えば、分子内に1個のアミノ基を有するモノアミン化合物、分子内に2個のアミノ基を有するジアミン化合物、および分子内に3個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物が挙げられる。
有機アミンとしては、後述するジアミン化合物、アミジン化合物、アゾール化合物、ピラジン化合物、またはピリミジン化合物が好ましい。
-ジアミン化合物-
ジアミン化合物とは、2つのアミノ基が直鎖状または分枝状の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族基、およびそれらの組合せからなる群より選択される少なくとも1種の有機基によって結合されてなるジアミン構造を有する化合物を意味する。
ジアミン化合物としては、上記のジアミン構造を有する化合物であれば特に制限されず、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、イソプロピルジアミン、およびブチルジアミン等の脂肪族ジアミン、並びに、ジアミノベンゼン、およびジアミノナフタレン等の芳香族ジアミンが挙げられる。
ジアミン化合物としては、式(2)で表される化合物が好ましい。
式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~10のアリール基を表す。
は、水素原子、ヒドロキシル基、またはヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。
およびR10は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素数1~4のアルキル基を表す。
また、RとR、RとR10、およびRとR10は、それぞれ独立して、互いに結合して炭素数1~3のアルキレン基を形成していてもよい。
mは、0または1を表す。
nは、0~2の整数を表す。
式(2)におけるR~R10で表される炭素数1~4のアルキル基は、直鎖状、分枝状および環状のいずれであってもよい。R~R10で表される炭素数1~4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、およびシクロブチル基が挙げられ、メチル基が好ましい。
およびRで表される炭素数6~10のアリール基は、単環式および縮合多環式のいずれであってもよく、例えば、フェニル基、およびナフチル基が挙げられる。RおよびRで表される炭素数6~10のアリール基としては、フェニル基が好ましい。
で表されるヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基は、直鎖状、分枝状および環状のいずれであってもよく、また、ヒドロキシル基を1つまたは複数有していてもよい。
で表されるヒドロキシル基を有してもよい炭素数1~4のアルキル基の具体例としては、上記のR~R10で表される炭素数1~4のアルキル基の具体例として挙げた基、並びに、ヒドロキシメチル基、1-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシエチル基、1,2-ジヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシ-n-プロピル基、2-ヒドロキシ-n-プロピル基、3-ヒドロキシ-n-プロピル基、1,2-ジヒドロキシ-n-プロピル基、1,3-ジヒドロキシ-n-プロピル基、2,3-ジヒドロキシ-n-プロピル基、1,2,3-トリヒドロキシ-n-プロピル基、1-ヒドロキシイソプロピル基、2-ヒドロキシイソプロピル基、1-ヒドロキシメチル-1-ヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシメチル-2-ヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシメチル-1,2-ジヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシ-n-ブチル基、2-ヒドロキシ-n-ブチル基、3-ヒドロキシ-n-ブチル基、および4-ヒドロキシ-n-ブチル基が挙げられる。
とR、RとR10、およびRとR10が、互いに結合して炭素数1~3のアルキレン基を形成している場合における炭素数1~3のアルキレン基は、直鎖状および分枝状のいずれであってもよい。炭素数1~3のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基(ジメチレン基)、トリメチレン基(プロパン-1,3-ジイル基)、およびプロピレン基(プロパン-1,2-ジイル基)が挙げられ、エチレン基が好ましい。
mとしては、1が好ましい。
nとしては、0または1が好ましく、0がより好ましい。
およびRとしては、水素原子もしくは炭素数1~4のアルキル基を表すか、またはRとRが炭素数1~3のアルキレン基を形成していることが好ましく、水素原子を表すか、またはRとRが炭素数1~3のアルキレン基を形成していることがより好ましく、水素原子が更に好ましい。
~R10としては、水素原子が好ましい。
式(2)で表されるジアミン化合物としては、例えば、ピペラジン、1-メチルピペラジン、1-エチルピペラジン、1-プロピルピペラジン、1-ブチルピペラジン、2-メチルピペラジン、1,4-ジメチルピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、2,6-ジメチルピペラジン、1-フェニルピペラジン、2-ヒドロキシピペラジン、2-ヒドロキシメチルピペラジン、ヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、1-メチルヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、2-メチルヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、6-メチルヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、オクタヒドロ-2-メチル-1,4-ジアゾシン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2,7-ジアザビシクロ[3.2.1]オクタン、および1,3-ジアザビシクロ[3.2.2]ノナンが挙げられる。
式(2)で表されるジアミン化合物としては、下記式(2-1)で表されるジアミン化合物が好ましい。
式中、R6’およびR7’はそれぞれ独立して、水素原子、または炭素数1~4のアルキル基を表す。
8’は、水素原子、ヒドロキシル基、またはヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。
10’は、水素原子、または炭素数1~4のアルキル基を表す。
また、R6’とR7’は、互いに結合して、炭素数1~3のアルキレン基を形成していてもよい。
およびnは、式(2)におけるRおよびnと、その好ましい態様も含めて、同じである。
式(2-1)におけるR6’、R7’およびR10’で表される炭素数1~4のアルキル基の具体例としては、式(2)におけるR~R10で表される炭素数1~4のアルキル基の具体例として挙げた基が挙げられ、好ましい態様もまた同じである。
式(2-1)におけるR8’で表されるヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基の具体例としては、式(2)におけるRで表されるヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基の具体例として挙げた基が挙げられる。
6’とR7’が、互いに結合して炭素数1~3のアルキレン基を形成している場合における炭素数1~3のアルキレン基の具体例としては、式(2)における炭素数1~3のアルキレン基の具体例として挙げた基が挙げられ、好ましい態様もまた同様である。
式(2-1)におけるR8’およびR10’としては、水素原子が好ましい。
式(2-1)で表されるジアミン化合物の具体例としては、例えば、ピペラジン、1-メチルピペラジン、1-エチルピペラジン、1-プロピルピペラジン、1-ブチルピペラジン、2-メチルピペラジン、1,4-ジメチルピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、2,6-ジメチルピペラジン、2-ヒドロキシピペラジン、2-ヒドロキシメチルピペラジン、ヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、1-メチルヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、2-メチルヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、6-メチルヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、オクタヒドロ-2-メチル-1,4-ジアゾシン、および1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが挙げられる。
式(2)で表されるジアミン化合物および式(2-1)で表されるジアミン化合物としては、入手が容易であり、また、銅含有配線膜の表面に形成されたベンゾトリアゾール等の防食剤を含む被膜(以下「保護膜」とも記載する)の除去性能がより高い点で、ピペラジン、ヘキサヒドロ-1H-1,4-ジアゼピン、または1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが好ましい。
-アミジン化合物-
アミジン化合物とは、R?C(=NR)?NR(Rは水素原子または有機基を表し、2つのRが互いに結合して2価の有機基を形成してもよい)で表されるアミジン構造を有する化合物を意味する。有機基としては、少なくとも1個の炭素原子を含む基であればよく、例えば、直鎖状または分枝状の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族基、およびそれらの組合せが挙げられる。
アミジン化合物としては、上記のアミジン構造を有する化合物であれば特に制限されず、例えば、式(3)で表される化合物が挙げられる。
式中、R11は、炭素数1~4のアルキル基を表す。
12は、アミノ基を表す。
11とR12は、互いに結合して炭素数3~6のアルキレン基を形成していてもよい。
13は、水素原子または炭素数1~4のアルキル基を表す。
は、-CH-基または-C(=O)-基を表す。
pは、0または1を表す。
式(3)におけるR11およびR13で表される炭素数1~4のアルキル基は、その具体例および好ましい態様も含めて、式(2)におけるR~R10で表される炭素数1~4のアルキル基と同じである。
11とR12が、互いに結合して、炭素数3~6のアルキレン基を形成している場合における炭素数3~6のアルキレン基は、直鎖状および分枝状のいずれであってもよい。
炭素数3~6のアルキレン基としては、例えば、トリメチレン基(プロパン-1,3-ジイル基)、プロピレン基(プロパン-1,2-ジイル基)、テトラメチレン基(ブタン-1,4-ジイル基)、1-メチルトリメチレン基(1-メチルプロパン-1,3-ジイル基)、2-メチルトリメチレン基(2-メチルプロパン-1,3-ジイル基)、1,2-ジメチルエチレン基(1,2-ジメチルジメチレン基)、ペンタメチレン基(ペンタン-1,5-ジイル基)、2,2-ジメチルトリメチレン基(2,2-ジメチルプロパン-1,3-ジイル基)、およびヘキサメチレン基(ヘキサン-1,6-ジイル基)が挙げられる。
なかでも、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、またはヘキサメチレン基が好ましく、トリメチレン基、テトラメチレン基、またはペンタメチレン基がより好ましい。
13としては、水素原子、またはメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
としては、-CH-基が好ましい。
pとしては、1が好ましい。
式(3)で表されるアミジン化合物としては、例えば、ジアザビシクロウンデセン(1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン:DBU)、ジアザビシクロノネン(1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン:DBN)、3,4,6,7,8,9,10,11-オクタヒドロ-2H-ピリミド[1.2-a]アゾシン、3,4,6,7,8,9-ヘキサヒドロ-2H-ピリド[1.2-a]ピリミジン、2,5,6,7-テトラヒドロ-3H-ピロロ[1.2-a]イミダゾール、3-エチル-2,3,4,6,7,8,9,10-オクタヒドロピリミド[1.2-a]アゼピン、およびクレアチニンが挙げられる。
式(3)で表されるアミジン化合物としては、下記式(3-1)で表される化合物、または下記式(3-2)で表される化合物が好ましい。
式中、qは、0~3の整数を表す。
pは、式(3)におけるpと、その好ましい態様も含めて、同じである。
式(3-1)におけるqとしては、0~2の整数が好ましい。
式(3-1)で表される化合物の具体例としては、DBU、DBN、3,4,6,7,8,9,10,11-オクタヒドロ-2H-ピリミド[1.2-a]アゾシン、3,4,6,7,8,9-ヘキサヒドロ-2H-ピリド[1.2-a]ピリミジン、2,5,6,7-テトラヒドロ-3H-ピロロ[1.2-a]イミダゾール、および3-エチル-2,3,4,6,7,8,9,10-オクタヒドロピリミド[1.2-a]アゼピンが挙げられる。
式(3)で表されるアミジン化合物としては、入手が容易であり、また、銅含有配線膜の表面に形成された保護膜の除去性能がより高い点で、DBU、DBN、またはクレアチニンが好ましい。
-アゾール化合物-
アゾール化合物とは、窒素を1つ以上含み、芳香族性を有する複素5員環を有する化合物を意味する。
アゾール化合物としては、上記の複素5員環を有する化合物であれば特に制限されず、例えば、式(4)で表される化合物が挙げられる。
式中、R14は、水素原子、または炭素数1~4のアルキル基を表す。
15は、水素原子、メルカプト基、アミノ基、炭素数1~4のアルキル基、または2-イミダゾリル基を表す。
は、窒素原子、または-C(-R16)=基を表す。
16は、水素原子、または炭素数1~4のアルキル基を表す。
は、窒素原子、または=C(-R17)-基を表す。
17は、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基または、アミノ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。
は、窒素原子、または-CH=基を表す。
ただし、TおよびTの少なくとも1つは窒素原子を表す。
14~R17で表される炭素数1~4のアルキル基は、その具体例および好ましい態様も含めて、式(2)におけるR~R10で表される炭素数1~4のアルキル基と同じである。
17で表されるアミノ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基は、アミノ基を1つまたは複数有していてもよい。式(4)におけるアミノ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基としては、例えば、式(2)におけるR~R10で表される炭素数1~4のアルキル基の具体例として挙げた基、並びに、アミノメチル基、1-アミノエチル基、2-アミノエチル基、1,2-ジアミノエチル基、1-アミノ-n-プロピル基、2-アミノ-n-プロピル基、3-アミノ-n-プロピル基、1,2-ジアミノ-n-プロピル基、1,3-ジアミノ-n-プロピル基、2,3-ジアミノ-n-プロピル基、1,2,3-トリアミノ-n-プロピル基、1-アミノイソプロピル基、2-アミノイソプロピル基、1-アミノメチル-1-アミノエチル基、1-アミノメチル-2-アミノエチル基、1-アミノメチル-1,2-ジアミノエチル基、1-アミノ-n-ブチル基、2-アミノ-n-ブチル基、3-アミノ-n-ブチル基、および4-アミノ-n-ブチル基が挙げられる。
17で表されるアミノ基を有する炭素数1~4のアルキル基としては、アミノメチル基、1-アミノエチル基、2-アミノエチル基、1-アミノ-n-プロピル基、2-アミノ-n-プロピル基、3-アミノ-n-プロピル基、1-アミノ-n-ブチル基、2-アミノ-n-ブチル基、3-アミノ-n-ブチル基、または4-アミノ-n-ブチル基が好ましい。
式(4)中、T、TおよびTのうち、1つ、2つまたは3つが窒素原子を表すことが好ましく、1つまたは2つが窒素原子を表すことがより好ましい。
14としては、水素原子が好ましい。
15としては、水素原子、メルカプト基、アミノ基、または2-イミダゾリル基が好ましい。
16としては、水素原子が好ましい。
17としては、水素原子、カルボキシル基または、アミノ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基が好ましく、水素原子、カルボキシル基、メチル基、エチル基、1-アミノエチル基、または2-アミノエチル基がより好ましい。
式(4)で表されるアゾール化合物としては、下記式(4-1)で表されるイミダゾール化合物、下記式(4-2)で表されるピラゾール化合物、下記式(4-3)で表される1,2,4-トリアゾ-ル化合物、下記式(4-4)で表される1,2,3-トリアゾ-ル化合物、または下記式(4-5)で表されるテトラゾール化合物が好ましい。
式(4-1)~(4-5)におけるR14~R17はいずれも、その具体例および好ましい態様も含めて、式(4)におけるR14~R17と同じである。
式(4-1)で表されるイミダゾール化合物としては、例えば、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、5-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-メルカプトイミダゾール、4,5-ジメチル-2-メルカプトイミダゾール、4-ヒドロキシイミダゾール、2,2’-ビイミダゾール、4-イミダゾールカルボン酸、およびヒスタミンが挙げられる。
式(4-2)で表されるピラゾール化合物としては、例えば、ピラゾール、4-ピラゾールカルボン酸、1-メチルピラゾール、および3-メチルピラゾールが挙げられる。
式(4-3)で表される1,2,4-トリアゾ-ル化合物としては、例えば、1,2,4-トリアゾ-ル、3-メチル-1,2,4-トリアゾ-ル、および3-アミノ-1,2,4-トリアゾールが挙げられる。
式(4-4)で表される1,2,3-トリアゾ-ル化合物としては、例えば、1,2,3-トリアゾ-ル、および5-メチル-1,2,3-トリアゾ-ルが挙げられる。
式(4-5)で表される1,2,3,4-テトラゾ-ル化合物としては、例えば、1,2,3,4-テトラゾ-ル、および5-メチル-1,2,3,4-テトラゾ-ルが挙げられる。
式(4)で表されるアゾール化合物としては、入手が容易であり、また、銅含有配線膜の表面に形成された保護膜の除去性能がより高い点で、イミダゾール、2-メルカプトイミダゾール、2,2’-ビイミダゾール、ヒスタミン、ピラゾール、1,2,4-トリアゾ-ル、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、または1,2,3-トリアゾ-ルが好ましく、1,2,4-トリアゾ-ルがより好ましい。
-ピラジン化合物またはピリミジン化合物-
ピラジン化合物とは、ピラジン環構造を有する化合物を意味し、ピリミジン化合物とは、ピリミジン環構造を有する化合物を意味する。
ピラジン化合物またはピリミジン化合物としては、ピラジン環構造またはピリミジン環構造を有する化合物であれば特に制限されず、例えば、式(5)で表される化合物が挙げられる。
式中、R18~R20は、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基、または、ヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。
は、窒素原子、または=C(-R21)-基を表す。
21は、水素原子、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基、または、ヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。
は、窒素原子、または-C(-R22)=基を表す。
22は、水素原子、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基、または、ヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。
18~R22で表されるヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基は、直鎖状、分枝状および環状のいずれであってもよく、また、ヒドロキシル基を1つまたは複数有していてもよい。
式(5)におけるR18~R22で表されるヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基の具体例としては、式(2)におけるRで表されるヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基の具体例として挙げた基が挙げられる。
なかでも、ヒドロキシル基を有さない炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、またはシクロブチル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。
18~R22としては、水素原子、または、ヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基が好ましく、水素原子、またはメチル基がより好ましく、水素原子が更に好ましい。
およびTの組合せとしては、TおよびTの少なくとも一方が窒素原子である組合せが好ましく、TおよびTのいずれか一方のみが窒素原子である組合せがより好ましい。
式(5)で表される化合物としては、式(5-1)で表されるピラジン化合物、または、式(5-2)で表されるピリミジン化合物が好ましい。
式(5-1)および(5-2)におけるR18~R22はいずれも、その具体例および好ましい態様も含めて、式(5)におけるR18~R22と同じである。
式(5-1)で表されるピラジン化合物としては、例えば、ピラジン、2-メチルピラジン、2,5-ジメチルピラジン、2,3,5,6-テトラメチルピラジン、2-エチル-3-メチルピラジン、および2-アミノ-5-メチルピラジンが挙げられる。
式(5-2)で表されるピリミジン化合物としては、例えば、ピリミジン、2-メチルピリミジン、および4,6-ジメチルピリミジンが挙げられる。
式(5)で表される化合物としては、入手が容易であり、また、銅含有配線膜の表面に形成された保護膜の除去性能がより高い点で、ピラジンが好ましい。
-他の有機アミン-
第2液は、上記のジアミン化合物、アミジン化合物、アゾール化合物、ピラジン化合物、およびピリミジン化合物以外の他の有機アミンを含んでいてもよい。他の有機アミンとしては、例えば、モノアミン化合物、およびポリアミン化合物が挙げられる。
モノアミン化合物としては、分子内に少なくとも1つのヒドロキシルアルキル基を有するアルカノールアミン、および分子内に少なくとも1つのアルキル基を有し、ヒドロキシルアルキル基を有さないモノアミン化合物が挙げられる。
アルカノールアミンとしては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレングリコールアミン、およびN-ヒドロキシエチルピペラジンが挙げられる。
アルカノールアミン以外のモノアミン化合物としては、例えば、エチルアミン、ベンジルアミン、ジエチルアミン、n-ブチルアミン、3-メトキシプロピルアミン、tert-ブチルアミン、n-ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n-オクチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、およびピリジンが挙げられる。
また、モノアミン化合物としては、国際公開第2013/162020号明細書の段落[0034]~[0056]に記載の化合物が援用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
分子内に3個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物は、3つのアミノ基が直鎖状または分枝状の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族基、およびそれらの組合せからなる群より選択される少なくとも1種の有機基によって結合されてなるポリアミン構造を有する化合物であって、上記のジアミン化合物、アミジン化合物、アゾール化合物、ピラジン化合物、およびピリミジン化合物を除く化合物を意味する。
分子内に3個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物としては、例えば、カルボヒドラジドが挙げられる。
有機アミンとしては、特表2017-524249号公報の段落[0037]~[0040]、および特開2018-107353号公報の段落[0023]~[0029]に記載の化合物が援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
有機アミンは、1種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。
第2液に含まれる有機アミンとしては、ジアミン化合物、アミジン化合物、アゾール化合物、ピラジン化合物、またはピリミジン化合物が好ましく、上記式(2)で表されるジアミン化合物、上記式(3)で表されるアミジン化合物、上記式(4)で表されるアゾール化合物、または上記式(5)で表される化合物がより好ましく、上記式(2)で表されるジアミン化合物が更に好ましい。
(ヒドロキシルアミン化合物)
第2液は、塩基性化合物としてヒドロキシルアミン化合物を含んでいてもよい。
本明細書において、ヒドロキシルアミン化合物とは、ヒドロキシルアミン(NHOH)、ヒドロキシルアミン誘導体、およびそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。
また、ヒドロキシルアミン誘導体とは、ヒドロキシルアミン(NHOH)に少なくとも1つの有機基が置換されてなる化合物を意味する。
有機基としては、少なくとも1個の炭素原子を含む基であればよく、例えば、直鎖状または分枝状の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族基、およびそれらの組合せが挙げられる。
ヒドロキシルアミンまたはヒドロキシルアミン誘導体の塩は、ヒドロキシルアミンまたはヒドロキシルアミン誘導体の無機酸塩または有機酸塩であってもよい。ヒドロキシルアミンまたはヒドロキシルアミン誘導体の塩としては、Cl、S、NおよびPからなる群より選択される少なくとも1種の非金属が水素と結合してなる無機酸との塩が好ましく、塩酸塩、硫酸塩、または硝酸塩がより好ましい。
ヒドロキシルアミン化合物としては、例えば、式(6)で表される化合物が挙げられる。
式中、R23は、水素原子、または炭素数1~6のアルキル基を表す。
24は、水素原子、または炭素数1~6のアルキル基を表す。
23およびR24で表される炭素数1~6のアルキル基は、直鎖状、分枝状および環状のいずれであってもよい。R23およびR24で表される炭素数1~6のアルキル基の具体例としては、式(1)におけるR~Rで表されるアルコキシカルボニル基が有する炭素数1~6のアルキル基の具体例として挙げた基が挙げられる。
23およびR24で表される炭素数1~6のアルキル基としては、エチル基、またはn-プロピル基が好ましく、エチル基がより好ましい。
24としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、エチル基またはn-プロピル基がより好ましく、エチル基がより更に好ましい。
式(6)で表される化合物としては、例えば、ヒドロキシルアミン、N-メチルヒドロキシルアミン、N,N-ジメチルヒドロキシルアミン、N-エチルヒドロキシルアミン、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン(DEHA)、N-n-プロピルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-n-プロピルヒドロキシルアミン、N-イソプロピルヒドロキシルアミン、N,N-ジイソプロピルヒドロキシルアミン、N-n-ブチルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-n-ブチルヒドロキシルアミン、N-イソブチルヒドロキシルアミン、N,N-ジイソブチルヒドロキシルアミン、N-sec-ブチルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-sec-ブチルヒドロキシルアミン、N-tert-ブチルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-tert-ブチルヒドロキシルアミン、N-シクロブチルヒドロキシルアミン、N,N-ジシクロブチルヒドロキシルアミン、N-n-ペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-n-ペンチルヒドロキシルアミン、N-イソペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ジイソペンチルヒドロキシルアミン、N-sec-ペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-sec-ペンチルヒドロキシルアミン、N-tert-ペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-tert-ペンチルヒドロキシルアミン、N-ネオペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ジネオペンチルヒドロキシルアミン、N-2-メチルブチルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(2-メチルブチル)ヒドロキシルアミン、N-1,2-ジメチルプロピルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(1,2-ジメチルプロピル)ヒドロキシルアミン、N-1-エチルプロピルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(1-エチルプロピル)ヒドロキシルアミン、N-シクロペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ジシクロペンチルヒドロキシルアミン、N-n-ヘキシルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-n-ヘキシルヒドロキシルアミン、N-イソヘキシルヒドロキシルアミン、N,N-ジイソヘキシルヒドロキシルアミン、N-sec-ヘキシルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-sec-ヘキシルヒドロキシルアミン、N-tert-ヘキシルヒドロキシルアミン、N,N-ジ-tert-ヘキシルヒドロキシルアミン、N-ネオヘキシルヒドロキシルアミン、N,N-ジネオヘキシルヒドロキシルアミン、N-2-メチルペンチルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(2-メチルペンチル)ヒドロキシルアミン、N-1,2-ジメチルブチルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(1,2-ジメチルブチル)ヒドロキシルアミン、N-2,3-ジメチルブチルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(2,3-ジメチルブチル)ヒドロキシルアミン、N-1-エチルブチルヒドロキシルアミン、N,N-ビス(1-エチルブチル)ヒドロキシルアミン、N-シクロヘキシルヒドロキシルアミン、およびN,N-ジシクロヘキシルヒドロキシルアミンが挙げられる。
なかでも、N-エチルヒドロキシルアミン、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン、またはN-n-プロピルヒドロキシルアミンが好ましく、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン、またはN-n-プロピルヒドロキシルアミンがより好ましく、N,N-ジエチルヒドロキシルアミンが更に好ましい。これらの化合物は、入手が容易であり、また、酸化銅(II)および水酸化銅(II)等の2価の銅酸化物を酸化銅(I)に還元して、銅含有配線膜の表面を酸化銅(I)からなる金属酸化物で保護して、銅含有配線膜の腐食を抑制し、半導体基板における銅含有配線膜の経時安定性を向上できるためである。
ヒドロキシルアミン化合物は、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。また、ヒドロキシルアミン化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって合成したものを用いてもよい。
(第4級アンモニウム化合物)
第2液は、塩基性化合物として第4級アンモニウム化合物を含んでいてもよい。
第4級アンモニウム化合物は、窒素原子に4つの炭化水素基(好ましくはアルキル基)が置換してなる第4級アンモニウムカチオンを有する化合物であれば、特に制限されない。第4級アンモニウム化合物としては、例えば、第4級アンモニウム水酸化物、第4級アンモニウムフッ化物、第4級アンモニウム臭化物、第4級アンモニウムヨウ化物、第4級アンモニウムの酢酸塩、および第4級アンモニウムの炭酸塩が挙げられ、第4級アンモニウム水酸化物が好ましい。
第4級アンモニウム化合物としては、下記式(7)で表される化合物が挙げられる。
(R25OH (7)
式中、R25は、置換基としてヒドロキシル基またはフェニル基を有していてもよいアルキル基を表す。4つのR25は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
25で表されるアルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基、またはエチル基がより好ましい。
25で表されるヒドロキシル基またはフェニル基を有していてもよいアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、2-ヒドロキシエチル基、またはベンジル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、または2-ヒドロキシエチル基がより好ましく、メチル基、エチル基、または2-ヒドロキシエチル基が更に好ましい。
式(7)で表される化合物としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、2-ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(コリン)、ビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムヒドロキシド、トリ(2-ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(BTMAH)、およびセチルトリメチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられる。
上記の具体例以外の第4級アンモニウム化合物としては、例えば、特開2018-107353号公報の段落[0021]に記載の化合物が援用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
なかでも、TMAH、TEAH、TPAH、TBAH、コリン、またはビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムヒドロキシドが好ましく、コリンがより好ましい。
(塩基性無機化合物)
第2液は、塩基性の無機化合物を含んでいてもよい。塩基性の無機化合物としては、例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、およびアンモニアが挙げられる。
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化セシウムが挙げられる。アルカリ土類金属水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、および水酸化バリウムが挙げられる。
第2液は、塩基性化合物として、上記の化合物以外に、ニトロ、ニトロソ、オキシム、ケトオキシム、アルドオキシム、ニトロソ、ニトロン、ラクタム、イソシアニド化合物、および尿素からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
第2液に含まれる塩基性化合物は、1種単独であってもよいし、2種以上の組み合わせであってもよい。
塩基性化合物としては、上記の有機アミン、ヒドロキシルアミン化合物、および、第4級アンモニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましく、少なくとも2種を組み合わせて用いることがより好ましく、3種全てを組み合わせて用いることが更に好ましい。
なお、これらの塩基性化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって合成したものを用いてもよい。
<酸性化合物>
第1液および第2液の少なくとも一方には、酸性化合物が含まれる。
調製された洗浄剤をCMP処理が施された半導体基板の表面に適用したときの不純物の除去性能がより優れる点で、酸性化合物が少なくとも第1液に含まれることが好ましい。
酸性化合物は、有機酸または無機酸であってよく、半導体基板の表面における金属不純物の除去性能、および金属腐食の防止性能がより優れる点で、有機酸が好ましい。
(有機酸)
有機酸は、酸性の官能基を有し、水溶液中で酸性(pHが7.0未満)を示す有機化合物である。酸性の官能基としては、例えば、カルボキシル基、ホスホン酸基、スルホ基、フェノール性ヒドロキシル基、およびメルカプト基が挙げられる。
有機酸が有する官能基の数は特に制限されないが、1~4個が好ましく、1~3個がより好ましい。
有機酸としては、特に制限されないが、分子内にカルボキシル基を有するカルボン酸(有機カルボン酸)、分子内にホスホン酸基を有するホスホン酸(有機ホスホン酸)、および分子内にスルホ基を有するスルホン酸(有機スルホン酸)が挙げられ、銅およびその合金に対してキレート効果を有し不純物の除去性能がより優れる点で、カルボン酸が好ましい。
-カルボン酸-
カルボン酸は、カルボキシル基を1個有するモノカルボン酸であってもよく、カルボキシル基を2個以上有するポリカルボン酸であってもよい。半導体基板の表面の不純物の除去性能がより優れる点で、カルボキシル基を2個以上(より好ましくは2~4個、更に好ましくは2または3個)有するポリカルボン酸が好ましい。
カルボン酸の具体例としては、乳酸、クエン酸、蟻酸、シュウ酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、グリコール酸、サリチル酸、酒石酸、リンゴ酸、バレリアン酸、イソバレリアン酸、1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、グルコン酸、ジグリコール酸、アセトヒドロキサム酸、ベンゾヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、フタルヒドロキサム酸、安息香酸、およびジヒドロキシ安息香酸が挙げられる。
また、上記具体例以外のカルボン酸として、例えば、ソルビン酸等の不飽和カルボン酸が挙げられる。
カルボン酸として、アミノ酸を使用してもよい。アミノ酸としては、例えば、アラニン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、アスパラギン、グルタミン酸、アルギニン、ヒスチジン、およびリシンが挙げられる。
アミノ酸としては、特開2016-086094号公報の段落[0021]に記載の化合物が援用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
また、カルボン酸としては、国際公開WO2013/162020の段落[0059]、特許3219020号公報の段落[0014]~[0040]に記載されたものも援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
カルボン酸としては、乳酸、クエン酸、蟻酸、シュウ酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、グリコール酸、サリチル酸、酒石酸、またはリンゴ酸が好ましい。
また、カルボン酸としては、半導体基板の表面の不純物の除去性能が高く、金属腐食の防止性能がより優れる点で、ヒドロキシル基を1個以上有するヒドロキシカルボン酸が好ましく、下記式(8)で表されるヒドロキシカルボン酸がより好ましい。
式中、R26は、カルボキシル基、1,2,3-トリヒドロキシプロピル基、または3-オキソ-1,2-ジヒドロキシプロピル基を表す。
26としては、カルボキシル基が好ましい。
式(8)で表されるヒドロキシカルボン酸の具体例としては、酒石酸(例えば、D-酒石酸、L-酒石酸、およびメソ酒石酸等)、2,3,4,5,6-ペンタヒドロキシヘキサン酸(例えば、グルコン酸等)、および6-オキソ-2,3,4,5-テトラヒドロキシヘキサン酸(例えば、ガラクツロン酸等)が挙げられ、入手が容易であり、また、研磨微粒子、金属不純物および保護膜の除去性能がより優れる点で、酒石酸が好ましい。
-ホスホン酸-
ホスホン酸は、ホスホン酸基を1個有するモノホスホン酸であってもよく、ホスホン酸基を2個以上有するポリホスホン酸であってもよい。半導体基板の表面の不純物の除去性能がより優れる点で、ホスホン酸基を2個以上(より好ましくは2~4個、更に好ましくは2または3個)有するポリホスホン酸が好ましい。
ホスホン酸としては、国際公開第2013/162020号明細書の段落[0013]~[0031]に記載されたホスホン酸が援用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
ホスホン酸としては、1-ヒドロキシエチリデン-1,1’-ジホスホン酸〔HEDPO〕が好ましい。
なお、ホスホン酸のうち、後述するキレート剤としての機能を有する化合物は、有機酸とキレート剤の両方に属するものとする。
-スルホン酸-
スルホン酸は、スルホン酸基を1個有するモノホスホン酸であってもよく、スルホン酸基を2個以上有するポリスルホン酸であってもよい。
スルホン酸の具体例としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、およびブタンスルホン酸が挙げられる。
有機酸は、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。
(無機酸)
酸性化合物として、無機酸を使用してもよい。無機酸としては、例えば、リン酸、ホウ酸、および六フッ化リン酸が挙げられる。また、無機酸の塩を使用してもよく、例えば、無機酸のアンモニウム塩が挙げられ、より具体的には、リン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、および六フッ化リン酸アンモニウムが挙げられる。
無機酸としては、リン酸、またはリン酸塩が好ましく、リン酸がより好ましい。
酸性化合物としては、水溶液中で酸または酸イオン(アニオン)となるものであれば、酸性化合物の塩およびエステル等の誘導体を用いてもよい。また、酸性化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって合成したものを用いてもよい。
酸性化合物は、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。
<水>
洗浄剤は、溶媒として水を含むことが好ましく、各成分が水に溶解されている水溶液であることがより好ましい。洗浄剤の調製に使用される第1液および第2液もまた、溶媒として水を含むことが好ましく、各成分が水に溶解されている水溶液であることがより好ましい。
洗浄剤、第1液および第2液に使用される水の種類は、半導体基板への影響が少ないものであれば特に制限されない。水としては、蒸留水、脱イオン水、および超純水が挙げられ、不純物をほとんど含まず、半導体基板の製造工程における半導体基板への影響がより少ない点で、超純水が好ましい。
<添加剤>
洗浄剤は、必要に応じて、上記成分以外の添加剤を含んでいてもよい。そのような添加剤としては、界面活性剤、キレート剤、水溶性重合体、安定剤、および緩衝剤が挙げられる。
(界面活性剤)
洗浄剤は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を用いることにより、研磨微粒子の除去性および金属腐食の防止性能を向上できる。
界面活性剤としては、例えば、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、および両性界面活性剤が挙げられる。
アニオン性界面活性剤としては、例えば、分子内にカルボキシル基を有するアニオン性界面活性剤、分子内にスルホン酸基を有するアニオン性界面活性剤、分子内に硫酸エステル基を有するアニオン性界面活性剤、および分子内にホスホン酸基を有するアニオン性界面活性剤が挙げられる。
分子内にカルボキシル基を有するアニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルカルボン酸ナトリウム塩、アルキルカルボン酸カリウム塩、アルキルカルボン酸アンモニウム塩、アルキルベンゼンカルボン酸ナトリウム塩、アルキルベンゼンカルボン酸カリウム塩、アルキルベンゼンカルボン酸アンモニウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸ナトリウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸カリウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸アンモニウム塩、N-アシルサルコシン酸ナトリウム塩、N-アシルサルコシン酸カリウム塩、N-アシルサルコシン酸アンモニウム塩、N-アシルグルタミン酸ナトリウム塩、N-アシルグルタミン酸カリウム塩、およびN-アシルグルタミン酸アンモニウム塩が挙げられる。
分子内にスルホン酸基を有するアニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルスルホン酸ナトリウム塩、アルキルスルホン酸カリウム塩、アルキルスルホン酸アンモニウム塩、アルキルベンゼンスルホン酸(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸等)、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等)、アルキルベンゼンスルホン酸カリウム塩(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム等)、アルキルベンゼンスルホン酸アンモニウム塩(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム等)、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩、アルキルナフタレンスルホン酸カリウム塩、アルキルナフタレンスルホン酸アンモニウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸ナトリウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸カリウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸アンモニウム塩、N-メチル-N-アシルタウリンナトリウム塩、N-メチル-N-アシルタウリンカリウム塩、N-メチル-N-アシルタウリンアンモニウム塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム塩(例えば、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等)、ジアルキルスルホコハク酸カリウム塩(例えば、ジオクチルスルホコハク酸カリウム等)、およびジアルキルスルホコハク酸アンモニウム塩(例えば、ジオクチルスルホコハク酸アンモニウム等)が挙げられる。
分子内に硫酸エステル基を有するアニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸ナトリウム塩(例えば、ラウリル硫酸ナトリウム等)、アルキル硫酸カリウム塩(例えば、ラウリル硫酸カリウム等)、およびアルキル硫酸アンモニウム塩(例えば、ラウリル硫酸アンモニウム等)が挙げられる。
分子内にホスホン酸基を有するアニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルホスホン酸ナトリウム塩、アルキルホスホン酸カリウム塩、アルキルホスホン酸アンモニウム塩、アルキルベンゼンホスホン酸ナトリウム塩、アルキルベンゼンホスホン酸カリウム塩、アルキルベンゼンホスホン酸アンモニウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルホスホン酸ナトリウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルホスホン酸カリウム塩、およびポリオキシアルキレンアルキルエーテルホスホン酸アンモニウム塩が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(例えば、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等)、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル(例えば、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等)、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(例えば、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等)、ポリオキシアルキレングリコール(例えば、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレングリコール等)、ポリオキシアルキレンモノアルキレート(例えば、ポリオキシエチレンモノステアレート等)、ビスポリオキシアルキレンアルキルアミド(例えば、ビスポリオキシエチレンステアリルアミド等)、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマー、アセチレングリコール系界面活性剤、アセチレン系ポリオキシエチレンオキシド
また、ノニオン系界面活性剤の具体例としては、特開2015-158662号公報の段落0095に記載の化合物も挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
両性界面活性剤としては、例えば、カルボキシベタイン(例えば、アルキル-N,N-ジメチルアミノ酢酸ベタインおよびアルキル-N,N-ジヒドロキシエチルアミノ酢酸ベタイン等)、スルホベタイン(例えば、アルキル-N,N-ジメチルスルホエチレンアンモニウムベタイン等)、イミダゾリニウムベタイン(例えば、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダソリニウムベタイン等)、並びにアルキルアミンオキシド(例えば、N,N-ジメチルアルキルアミンオキシド等)が挙げられる。
界面活性剤としては、国際公開第2013/162020号明細書の段落[0061]、特開2015-158662号公報の段落[0092]~[0096]、特開2012-151273号公報の段落[0045]~[0046]、特開2009-147389号公報の段落[0014]~[0020]に記載の化合物も援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
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。なお、これらの界面活性剤は、市販のものを用いればよい。
(キレート剤)
洗浄剤は、キレート剤を含んでもよい。キレート剤としては、例えば、グリセロール、エチレンジアミン四酢酸〔EDTA〕、およびトランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸〔CyDTA〕等のアミノポリカルボン酸化合物、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)〔EDTPO〕、エチレンジアミンジ(メチレンホスホン酸)〔EDDPO〕、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)〔NTPO〕、および1-ヒドロキシエチリデン-1,1’-ジホスホン酸〔HEDPO〕等のホスホン酸化合物、トリポリリン酸、およびヘキサメタリン酸等の縮合リン酸化合物、アセチルアセトン、およびヘキサフルオロアセチルアセトン等のジケトン化合物、並びに、ハロゲン化物イオン(F、Cl、Br、I-)、シアン化物イオン、チオシアン酸イオン、チオ硫酸イオン、およびアンモニウムイオン等の無機イオンが挙げられる。キレート剤としては、ホスホン酸化合物が好ましい。
キレート剤は、単独で使用してもよく、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
キレート剤としては、国際公開WO2013/162020の段落[0031]~[0032]、および特開2013-119579号公報の段落[0030]~[0031]に記載のホスホン酸系キレート剤、並びに、国際公開第2004/042811号明細書に記載の化合物が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
(水溶性重合体)
洗浄剤は、水溶性重合体を含んでもよい。水溶性重合体としては特開2016-171294号公報の段落[0043]~[0047]に記載の化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
(安定化剤)
洗浄剤は、アミン化合物等の添加成分に対する安定化剤を含んでいてもよい。
(緩衝剤)
洗浄剤は、緩衝剤を含んでいてもよい。このような緩衝剤としては、例えば、ホウ酸、炭酸グアニジン、および生化学用緩衝剤して知られているグッドバッファーが挙げられる。グッドバッファーとしては、例えば、N、N-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン(Bicine)、N-シクロヘキシル-3-アミノプロパンスルホン酸(CAPS)、N-シクロヘキシル-2-ヒドロキシ-3-アミノプロパンスルホン酸(CAPSO)、またはN-シクロヘキシル-2-アミノエタンスルホン酸(CHES)が好ましく、N-シクロヘキシル-3-アミノプロパンスルホン酸(CAPS)、またはN-シクロヘキシル-2-アミノエタンスルホン酸(CHES)がより好ましい。
緩衝剤としては、特開2007-19506号公報の段落[0034]、および特開2005-101479号公報の段落[0027]記載の化合物も挙げられ、これらは本明細書に援用される。
キレート剤、水溶性重合体、安定剤、および緩衝剤は、第1液または第2液のいずれに含まれていてもよい。また、キレート剤、水溶性重合体、安定剤、および緩衝剤の使用量も特に制限されず、本発明の効果を妨げない範囲で設定すればよい。
〔キットの構成〕
本発明のキットは、成分Aを含み、酸性を示す第1液と、塩基性化合物を含み、アルカリ性を示す第2液とを少なくとも備える、多液系の洗浄剤調製用キットである。
本発明のキットは、上記成分Aを、酸性を示す溶液中で保持し、洗浄剤の使用前に塩基性化合物を含む第2液と混合して洗浄剤を調製することにより、従来の1液系の洗浄剤とは異なり、長期保管後であっても、CMP処理が施された半導体基板の表面における不純物の除去性能が維持され、優れた保存安定性を有する洗浄剤を得ることができる。
CMP処理が施された半導体基板としては、精密工学会誌 Vol.84、No.3、2018に記載のCMP処理が施された基板が挙げられるが、これに制限されるものではない。
<第1液>
第1液は、成分Aを含む。第1液は、成分Aと水とを少なくとも含むことが好ましい。
第1液における成分Aの含有量は特に制限されないが、第1液の総質量に対して、0.01~50質量%が好ましく、半導体基板表面における不純物の除去性能がより優れる点で、0.1~30質量%がより好ましく、0.2~20質量%が更に好ましい。
第1液における水の含有量は、成分A、並びに任意に含まれる酸性化合物および界面活性剤の残部であればよく、特に制限されない。
第1液は、CMP処理が施された半導体基板の表面における不純物の除去性能の維持性がより優れる点で、酸性化合物を含むことが好ましい。
第1液が酸性化合物を含む場合、酸性化合物の含有量は、特に制限されないが、第1液の総質量に対して、0.1~50質量%が好ましく、1~40質量%がより好ましく、2~30質量%が更に好ましい。
また、第1液は、界面活性剤を含んでいてもよい。第1液が界面活性剤を含む場合、研磨微粒子の除去性および金属腐食の防止性能がより優れる点で、好ましい。
第1液が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、特に制限されないが、第1液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.05~5質量%が更に好ましい。
第1液のpHは、7.0未満であって、少なくとも第1液と第2液を混合して得られる洗浄剤のpHが7.5~13.0となるようなpHであれば特に制限されないが、CMP処理が施された半導体基板の表面における不純物の除去性能の維持性(洗浄剤の安定性)がより優れる点で、5.0以下が好ましく、4.0以下がより好ましく、3.0以下が更に好ましい。第1液のpHの下限は特に制限されないが、液の取扱いの容易さから、0.5以上が好ましい。
第1液のpHの調整方法は、特に制限されず、例えば、酸性化合物を第1液に添加することにより調整してもよいし、他の酸を第1液に添加することにより調整してもよい。
<第2液>
第2液は、塩基性化合物を含む。第2液は、塩基性化合物と水とを少なくとも含むことが好ましい。
第2液における塩基性化合物の含有量は、第2液が塩基性を示す範囲であれば特に制限されないが、第2液の総質量に対して、0.111~60質量%が好ましく、1.005~35質量%がより好ましく、1.505~20質量%が更に好ましい。
第2液における水の含有量は、塩基性化合物、並びに任意に含まれる酸性化合物および界面活性剤の残部であればよく、特に制限されない。
第2液が有機アミンを含む場合、有機アミンの含有量は、第2液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましく、0.005~10質量%がより好ましく、0.005~5質量%が更に好ましい。
第2液がヒドロキシルアミン化合物を含む場合、ヒドロキシルアミン化合物の含有量は、第2液の総質量に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましく、0.5~5質量%が更に好ましい。
第2液が第4級アンモニウム化合物を含む場合、第4級アンモニウム化合物の含有量は、第2液の総質量に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~15質量%がより好ましく、1~10質量%が更に好ましい。
第2液は、酸性化合物を含んでいてもよい。第2液が酸性化合物を含む場合、所望のpHの調整が容易になる点で、好ましい。
第2液が酸性化合物を含む場合、酸性化合物の含有量は、第2液が塩基性を示す範囲であれば特に制限されないが、第2液の総質量に対して、0.001~5質量%が好ましく、0.01~1質量%がより好ましい。
第2液は、界面活性剤を含んでいてもよい。第2液が界面活性剤を含む場合、研磨微粒子の除去性および金属腐食の防止性能がより優れる点で、好ましい。
第2液が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、第2液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.05~5質量%が更に好ましい。
第2液のpHは、7.0超であって、少なくとも第1液と第2液を混合して得られる洗浄剤のpHが7.5~13.0となるようなpHであれば特に制限されないが、7.5以上が好ましく、8.0以上がより好ましい。第2液のpHの上限は特に制限されないが、14.0以下が好ましい。
第2液のpHの調整方法は、特に制限されず、例えば、第2液に含まれる塩基性化合物(特に第4級アンモニウム化合物)の含有量により調整すればよい。
<第3液>
キットは、上記の第1液および第2液以外に、少なくとも水を含む第3液を更に備えていてもよい。
第3液は、水のみを含んでいてもよく、酸性化合物および界面活性剤からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
第3液が酸性化合物を含む場合、酸性化合物の含有量は、第3液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましい。
第3液が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、第3液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましい。
キットは、第1液、第2液および第3液に加えて、少なくとも第4液を更に備える4液系以上のキットであってもよい。
洗浄剤の製造工程がより簡便となる点で、第1液および第2液を備える2液系キット、または、第1液、第2液および第3液を備える3液系キットが好ましい。
<メタル濃度>
キットが備える各液においては、液中に不純物として含まれるメタル(Co、K、Cu、Mg、Mn、Li、Al、Ni、およびZnの金属元素)のイオン濃度(以下、単に「メタル濃度」とも記載する。)がいずれも5質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であることがより好ましい。最先端の半導体素子の製造においては、更に高純度の洗浄剤が求められることが想定されることから、そのメタル濃度が1質量ppmよりも低い値、すなわち、質量ppbオーダー以下であることが更に好ましく、質量pptオーダーであることが特に好ましい。キットが備える各液が、メタル成分を実質的に含まないことが最も好ましい。
メタル濃度の低減方法としては、例えば、上記の各液を調製する際に使用する原材料の段階、および、上記の各液を調製した後の段階の少なくとも一方の段階における、蒸留、および、イオン交換樹脂またはフィルタを用いたろ過等の精製処理が挙げられる。
メタル濃度の低減方法のその他の方法としては、キットの作製に使用する原材料を収容する容器として、後述する不純物の溶出が少ない容器を用いることが挙げられる。また、キットの作製時の配管からメタル成分が溶出しないように、配管内壁にフッ素系樹脂のライニングを施す等の方法も挙げられる。
〔キットの作製〕
キットの作製方法は、特に制限されず、例えば、上記の第1液および第2液、並びに必要に応じて第3液を調製した後、それぞれを異なる容器に収容することにより、洗浄剤調製用キットを作製すればよい。
第1液の調製方法は、特に制限されず、例えば、溶存酸素を除去した超純水に、成分A、並びに、任意成分である酸性化合物および界面活性剤を添加した後、撹拌を行い、均一な水溶液として第1液を調製する方法が挙げられる。
第2液および第3液の調製方法も、特に制限されず、第1液の調製方法に準じて行えばよい。
第1液~第3液の調製において使用する攪拌装置および攪拌方法は、特に制限されず、攪拌機または分散機として公知の装置を使用すればよい。攪拌機としては、例えば、工業用ミキサー、可搬型攪拌器、メカニカルスターラー、およびマグネチックスターラーが挙げられる。分散機としては、例えば、工業用分散器、ホモジナイザー、超音波分散器、およびビーズミルが挙げられる。
キットの作製において、キットが備える各液を調製するための原料のいずれか1種以上に対して、事前に精製処理を行うことが好ましい。精製処理としては、特に制限されず、蒸留、イオン交換、およびろ過等の公知の方法が挙げられる。
精製の程度としては、特に制限されないが、原料の純度が99質量%以上となるまで精製することが好ましく、純度が99.9質量%以上となるまで精製することがより好ましい。
精製処理の具体的な方法としては、例えば、原料をイオン交換樹脂またはRO膜(Reverse Osmosis Membrane)に通す方法、原料の蒸留、および後述するフィルタリングが挙げられる。
精製処理として、上述した精製方法を複数組み合わせて実施してもよい。例えば、原料に対して、RO膜に通液する1次精製を行った後、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、または、混床型イオン交換樹脂からなる精製装置に通液する2次精製を実施してもよい。 また、精製処理は、複数回実施してもよい。
(フィルタリング)
フィルタリングに用いるフィルタとしては、従来からろ過用途に用いられているものであれば特に制限されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、およびテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等のフッ素樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、並びに、ポリエチレンおよびポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度または超高分子量を含む)からなるフィルタが挙げられる。これらの材料の中でもポリエチレン、ポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)、フッ素樹脂(PTFEおよびPFAを含む)、並びに、ポリアミド系樹脂(ナイロンを含む)からなる群より選択される材料により形成されるフィルタが好ましく、フッ素樹脂により形成されるフィルタがより好ましい。これらの材料により形成されたフィルタを使用して原料のろ過を行うことで、キットが備える第1液~第3液から、欠陥の原因となり易い極性の高い異物を効果的に除去できる。
フィルタの臨界表面張力としては、70~95mN/mが好ましく、75~85mN/mがより好ましい。なお、フィルタの臨界表面張力の値は、製造メーカーの公称値である。臨界表面張力が上記範囲のフィルタを使用することで、欠陥の原因となり易い極性の高い異物を効果的に除去できる。
フィルタの孔径は、2~20nmが好ましく、2~15nmがより好ましい。この範囲とすることにより、ろ過詰まりを抑えつつ、原料中に含まれる不純物および凝集物等の微細な異物を確実に除去することが可能となる。
異なるフィルタを組み合わせてフィルタリングを行ってもよい。その際、第1のフィルタでのフィルタリングは、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。異なるフィルタを組み合わせて2回以上フィルタリングを行う場合は1回目のフィルタリングの孔径より2回目以降の孔径が同じであるか、または、小さいことが好ましい。また、上述した範囲内で異なる孔径の第1のフィルタを組み合わせてもよい。フィルタの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照できる。
市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)または株式会社キッツマイクロフィルタが提供する各種フィルタの中から選択できる。また、ポリアミド製の「P-ナイロンフィルター(孔径0.02μm、臨界表面張力77mN/m)」(日本ポール株式会社製)、高密度ポリエチレン製の「PE・クリーンフィルタ(孔径0.02μm)」(日本ポール株式会社製)、および高密度ポリエチレン製の「PE・クリーンフィルタ(孔径0.01μm)」(日本ポール株式会社製)も使用できる。
第2のフィルタは、上述した第1のフィルタと同様の材料で形成されたフィルタを使用できる。第2のフィルタの孔径は、1~10nmが好ましい。
また、フィルタリングは室温(25℃)以下で行うことが好ましく、23℃以下がより好ましく、20℃以下が更に好ましい。また、0℃以上が好ましく、5℃以上がより好ましく、10℃以上が更に好ましい。上記の温度範囲でフィルタリングを行うことにより、原料中に溶解する粒子性の異物および不純物の量を低減し、異物および不純物を効率的に除去できる。
<容器(収容容器)>
キットが備える各液は、腐食性等の問題が生じない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、および使用できる。
容器としては、半導体用途向けに、容器内のクリーン度が高く、容器の収容部の内壁から各液への不純物の溶出が抑制された容器が好ましい。そのような容器としては、半導体洗浄剤用容器として市販されている各種容器が挙げられ、例えば、アイセロ化学(株)製の「クリーンボトル」シリーズ、および、コダマ樹脂工業製の「ピュアボトル」が挙げられるが、これらに制限されない。
また、キットが備える各液を収容する容器としては、その収容部の内壁等の各液との接液部が、フッ素系樹脂(パーフルオロ樹脂)、または、防錆および金属溶出防止処理が施された金属で形成された容器が好ましい。
容器の内壁は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、および、ポリエチレン-ポリプロピレン樹脂からなる群より選択される1種以上の樹脂、もしくは、これとは異なる樹脂、または、ステンレス、ハステロイ、インコネル、およびモネル等の、防錆および金属溶出防止処理が施された金属から形成されることが好ましい。
上記の異なる樹脂としては、フッ素系樹脂(パーフルオロ樹脂)が好ましい。このように、内壁がフッ素系樹脂である容器を用いることで、内壁が、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、または、ポリエチレン-ポリプロピレン樹脂である容器と比べて、エチレンまたはプロピレンのオリゴマーの溶出という不具合の発生を抑制できる。
このような内壁がフッ素系樹脂である容器の具体例としては、例えば、Entegris社製 FluoroPurePFA複合ドラムが挙げられる。また、特表平3-502677号公報の第4頁、国際公開第2004/016526号明細書の第3頁、並びに、国際公開第99/46309号明細書の第9頁および16頁に記載の容器も使用できる。
また、容器の内壁には、上述したフッ素系樹脂の他に、石英および電解研磨された金属材料(すなわち、電解研磨済みの金属材料)も好ましく用いられる。
上記電解研磨された金属材料の製造に用いられる金属材料としては、クロムおよびニッケルからなる群から選択される少なくとも1種を含有し、クロムおよびニッケルの含有量の合計が金属材料全質量に対して25質量%超である金属材料が好ましい。そのような金属材料としては、例えばステンレス鋼、およびニッケル-クロム合金が挙げられる。
金属材料におけるクロムおよびニッケルの含有量の合計は、金属材料全質量に対して30質量%以上がより好ましい。
なお、金属材料におけるクロムおよびニッケルの含有量の合計の上限値としては特に制限されないが、90質量%以下が好ましい。
ステンレス鋼としては、特に制限されず、公知のステンレス鋼を用いることができる。なかでも、ニッケルを8質量%以上含有する合金が好ましく、ニッケルを8質量%以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼がより好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えばSUS(Steel Use Stainless)304(Ni含有量8質量%、Cr含有量18質量%)、SUS304L(Ni含有量9質量%、Cr含有量18質量%)、SUS316(Ni含有量10質量%、Cr含有量16質量%)、およびSUS316L(Ni含有量12質量%、Cr含有量16質量%)が挙げられる。
ニッケル-クロム合金としては、特に制限されず、公知のニッケル-クロム合金を用いることができる。なかでも、ニッケル含有量が40~75質量%であり、クロム含有量が1~30質量%であるニッケル-クロム合金が好ましい。
ニッケル-クロム合金としては、例えば、ハステロイ(商品名、以下同じ)、モネル(商品名、以下同じ)、および、インコネル(商品名、以下同じ)が挙げられる。より具体的には、ハステロイC-276(Ni含有量63質量%、Cr含有量16質量%)、ハステロイ-C(Ni含有量60質量%、Cr含有量17質量%)、および、ハステロイC-22(Ni含有量61質量%、Cr含有量22質量%)が挙げられる。
また、ニッケル-クロム合金は、必要に応じて、上記した合金の他に、更に、ホウ素、ケイ素、タングステン、モリブデン、銅、およびコバルトからなる群より選択される金属を含有していてもよい。
金属材料を電解研磨する方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、特開2015-227501号公報の段落[0011]-[0014]、および特開2008-264929号公報の段落[0036]-[0042]に記載された方法を使用できる。
金属材料は、電解研磨されることにより表面の不動態層におけるクロムの含有量が、母相のクロムの含有量よりも多くなっているものと推測される。そのため、電解研磨された金属材料で被覆された内壁からは、キットが備える各液中に金属元素が流出しにくいため、金属不純物量が低減された各液および洗浄剤を得ることができるものと推測される。
なお、金属材料はバフ研磨されていることが好ましい。バフ研磨の方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。バフ研磨の仕上げに用いられる研磨砥粒のサイズは特に制限されないが、金属材料の表面の凹凸がより小さくなり易い点で、#400以下が好ましい。
なお、バフ研磨は、電解研磨の前に行われることが好ましい。
また、金属材料は、研磨砥粒のサイズ等の番手を変えて行われる複数段階のバフ研磨、酸洗浄、および磁性流体研磨から選択される1種を単独で、または2種以上を組み合わせて処理されたものであってもよい。
これらの容器は、各液を充填する前にその内部が洗浄されることが好ましい。洗浄に使用される液体は、その液中における金属不純物量が低減されていることが好ましい。キットが備える各液は、製造後にガロン瓶またはコート瓶等の容器にボトリングし、輸送、保管されてもよい。
保管における各液中の成分の変化を防ぐ目的で、容器内を純度99.99995体積%以上の不活性ガス(例えば、窒素、およびアルゴン等)で置換しておいてもよい。特に、含水率が少ないガスが好ましい。また、輸送、および保管に際しては、常温で行ってもよいが、各液中の成分の変質を防ぐため、各液の温度を-20℃から20℃の範囲に制御してもよい。
(クリーンルーム)
キットの製造、キットが備える各液を収容する容器の開封および洗浄、各液の充填を含む取り扱い、処理分析、並びに測定は、全てクリーンルームで行うことが好ましい。クリーンルームは、14644-1クリーンルーム基準を満たすことが好ましい。ISO(国際標準化機構)クラス1、ISOクラス2、ISOクラス3、ISOクラス4のいずれかを満たすことが好ましく、ISOクラス1またはISOクラス2を満たすことがより好ましく、ISOクラス1を満たすことが更に好ましい。
[洗浄剤]
キットを用いることにより、CMP処理が施された半導体基板の洗浄に使用される洗浄剤が調製される。洗浄剤は、キットが備える第1液および第2液を少なくとも含む。
〔pH〕
キットを用いて調製される洗浄剤のpHは、洗浄時の薬液として25℃において7.5~13.0である。
半導体基板の表面にコバルト含有膜が存在する場合、そのコバルト含有膜の腐食をより抑制できる点で、洗浄剤のpHは、25℃において、8.0以上が好ましく、8.5以上がより好ましい。洗浄剤のpHの上限は、半導体基板の表面において銅含有配線膜とコバルト含有膜とが接触している場合に起こりうる、酸化銅(I)と酸化コバルト(II)との間のガルバニック腐食をより抑制できる点で、25℃において、13.0以下が好ましく、12.0以下がより好ましく、11.0以下が更に好ましい。
なお、洗浄剤のpHは、第2液に含まれる塩基性化合物(特に第4級アンモニウム化合物)の含有量、および酸性化合物の含有量により、調整すればよい。
〔各成分の含有量〕
洗浄剤は、成分A、塩基性化合物、酸性化合物、および水を少なくとも含み、必要に応じて界面活性剤、およびその他の添加剤を含む。
洗浄剤における成分Aの含有量は、洗浄剤の総質量に対して、0.00005質量%以上が好ましく、0.0005質量%以上がより好ましく、0.001質量%以上が更に好ましい。成分Aの含有量が上記の範囲にあることにより、半導体基板表面における不純物の除去性能が維持される。上限は特に制限されないが、錯体の形成により半導体基板表面に残存する金属量がより低減される点で、洗浄剤の総質量に対して、2.5質量%以下が好ましく、1.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以下が更に好ましい。
洗浄剤における塩基性化合物の含有量は、半導体基板の表面において銅含有配線膜とコバルト含有膜とが接触している場合に起こりうる、酸化銅(I)と酸化コバルト(II)との間のガルバニック腐食をより抑制できる点で、洗浄剤の総質量に対して、0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.05質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、洗浄剤の総質量に対して、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましい。
洗浄剤が有機アミンを含む場合、有機アミンの含有量は、研磨微粒子、金属不純物、および保護膜の除去性能がより優れる点で、洗浄剤の総質量に対して、0.000005質量%以上が好ましく、0.000025質量%以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、銅含有配線膜に由来する銅と錯体を形成することにより半導体基板表面に残存する銅の量がより低減される点で、洗浄剤の総質量に対して、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.25質量%以下が更に好ましい。
洗浄剤がヒドロキシルアミン化合物を含む場合、ヒドロキシルアミン化合物の含有量は、銅含有配線膜の表面を酸化銅(I)からなる金属酸化物で保護する効果がより高く、また、水溶液中の溶存酸素による銅含有配線膜およびコバルト含有膜に対する腐食をより抑制できる点で、洗浄剤の総質量に対して、0.0005質量%以上が好ましく、0.0025質量%以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、水溶液における溶解性がより優れる点で、洗浄剤の総質量に対して、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.25質量%以下が更に好ましい。
洗浄剤が第4級アンモニウム化合物を含む場合、第4級アンモニウム化合物の含有量は、洗浄剤の総質量に対して、0.0005~1質量%が好ましく、0.0025~0.75質量%がより好ましく、0.005~0.5質量%が更に好ましい。
洗浄剤における酸性化合物の含有量は、研磨微粒子、金属不純物、および保護膜の除去性能がより優れる点で、洗浄剤の総質量に対して、0.0005質量%以上が好ましく、0.005質量%以上がより好ましく、0.01質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、銅含有配線膜の表面における酸化銅(I)の溶解をより抑制できる点で、洗浄剤の総質量に対して、2.5質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましく、1.5質量%以下が更に好ましい。
洗浄剤が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、半導体基板の表面に残存する不純物の量が低減され、半導体基板の汚染をより抑制できる点で、洗浄剤の総質量に対して、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.25質量%以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、0.000005質量%以上が好ましく、0.00005質量%以上がより好ましく、0.00025質量%以上が更に好ましい。
洗浄剤は、半導体基板の各層を形成する金属への影響をより抑制できる点で、上記の成分A、塩基性化合物、酸性化合物、および界面活性剤、並びに水以外の他の成分を含まないことが好ましい。なお「他の成分を含まない」とは、他の成分が検出限界以下であるか、或いは、他の成分が含まれる場合であっても、その含有量が、洗浄対象である半導体基板に悪影響を及ぼさない程度の微量であることを意味する。
<メタル濃度>
洗浄剤は、液中に不純物として含まれるメタル(Co、K、Cu、Mg、Mn、Li、Al、Ni、および、Znの金属元素)のイオン濃度がいずれも5質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であることがより好ましい。最先端の半導体素子の製造においては、更に高純度の洗浄剤が求められると想定されることから、そのメタルイオン濃度が1質量ppmよりも低い値、すなわち、質量ppbオーダー以下であることが更に好ましく、質量pptオーダーであることが特に好ましい。洗浄剤がメタル成分を実質的に含まないことが最も好ましい。
洗浄剤のメタル濃度の低減方法としては、上述のキットが備える各液のメタル濃度の低減方法に準じて行えばよい。
〔濃縮液〕
また、キットが備える第1液および第2液をそのままの形態で混合してなる混合液(以下「濃縮液」とも記載する)を調製してもよい。
濃縮液を、例えば後述する希釈工程により希釈することにより、洗浄剤が調製される。その場合の希釈率は、特に制限されないが、希釈液(例えば水)の使用量が、濃縮液の総質量に対して30~200質量倍であることが好ましい。
濃縮液のpHは、例えば、25℃において8.0~14.0であり、9.0~12.0が好ましく、9.0~11.5がより好ましい。
濃縮液における成分Aの含有量は、濃縮液の総質量に対して、0.01~50質量%が好ましく、0.1~30質量%がより好ましく、0.2~20質量%が更に好ましい。
濃縮液における酸性化合物の含有量は、濃縮液の総質量に対して、0.1~50質量%が好ましく、1~40質量%がより好ましく、2~30質量%が更に好ましい。
濃縮液における塩基性化合物の含有量は、濃縮液の総質量に対して、
0.2~60質量%が好ましく、1~35質量%がより好ましく、1.5~20質量%が更に好ましい。
濃縮液における有機アミンの含有量は、濃縮液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましく、0.005~10質量%がより好ましく、0.005~5質量%が更に好ましい。
濃縮液におけるヒドロキシルアミン化合物の含有量は、濃縮液の総質量に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましく、0.5~5質量%が更に好ましい。
濃縮液における第4級アンモニウム化合物の含有量は、濃縮液の総質量に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~15質量%がより好ましく、1~10質量%が更に好ましい。
濃縮液における界面活性剤の含有量は、濃縮液の総質量に対して、0.001~20質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.05~5質量%が更に好ましい。
〔洗浄剤の調製〕
洗浄剤の調製方法としては、キットが備える第1液および第2液を混合する工程(以下「2液混合工程」とも記載する)を含むものであれば、特に制限されない。
なお、「2液混合工程」とは、キットが備える第1液および第2液をそのままの形態で混合する態様のみを意味するのではなく、第1液に含まれていた成分と第2液に含まれていた成分とを混合して水溶液を調製するあらゆる態様を含むことを意味する。例えば、第1液および第2液の一方または両者を、水で希釈した後、または、第3液と混合した後、両者を混合する態様も、2液混合工程に含まれるものとする。
洗浄剤の調製方法において、キットが備える各液および水を混合する手順は特に制限されず、各液または水を容器に添加して、撹拌混合することにより洗浄剤を調製する方法が挙げられる。なお、各液または水を容器に添加する場合、一括して添加してもよいし、複数回に渡って分割して添加してもよい。
洗浄剤を調製する際の、第1液および第2液の使用量の比率は、第1液および第2液に含まれる各成分の含有量、並びに目的とする洗浄剤の組成に応じて調整すればよいが、例えば、第1液の総質量に対する第2液の総質量の割合が、1~9900質量%が好ましく、5~1900質量%がより好ましい。
洗浄剤の調製において、キットが備える第1液および第2液を、水により更に希釈する工程(以下「希釈工程」とも記載する)を行ってもよい。
希釈工程において水を添加する対象は特に制限されず、第1液、第2液、および第1液と第2液との混合液のいずれであってもよい。
洗浄剤が希釈工程を経て調製される場合の希釈率は、第1液および第2液に含まれる各成分の含有量、並びに目的とする洗浄剤の組成に応じて調整すればよいが、例えば、洗浄剤の調製に用いる第1液の総質量および第2液の総質量の合計に対して、質量比で10~500倍であればよく、30~200倍が好ましい。
キットが第3液を備える場合、希釈工程に用いる水は、第3液であってもよい。この場合、洗浄剤の調製方法は、第3液を、第1液、第2液、および第1液と第2液との混合液からなる群より選択される少なくとも1種と混合する工程(第3液混合工程)を更に含む。
洗浄剤を調製する際の第3液の使用量は、第1液、第2液および第3液に含まれる各成分の含有量、並びに目的とする洗浄剤の組成に応じて調整すればよいが、例えば、第1液の総質量と第2液の総質量との合計に対する第3液の総質量の割合が、1~50質量%が好ましく、5~30質量%がより好ましい。
また、希釈工程においては、キットとは別に調達した水を使用してもよい。例えば、洗浄剤を調製する際、別途希釈用の純水を精製し、得られた純水を、キットが備える第1液および第2液、並びに任意で含む第3液に対して添加してもよい。洗浄剤の殆どは水で構成されているため、キットとは別に水を調達して希釈工程に使用することは、キットの作製、運搬、および保管における利便性およびコストの点で好ましい場合がある。
上記の各混合工程および希釈工程における混合および希釈の具体的な方法は、特に制限されず、上記のキットの作製における第1液の調製方法に準じて行えばよい。
各混合工程および希釈工程において使用する攪拌装置および攪拌方法もまた、特に制限されず、上記の第1液の調製方法において挙げた公知の攪拌装置を使用して行えばよい。
洗浄剤の調製に使用する第1液~第3液、および希釈工程で用いる水に対しては、事前に精製処理を行うことが好ましい。また、第1液~第3液、および水から選択される2種を混合した後、得られた混合液に対して、精製処理を行うことが好ましい。
精製処理としては、特に制限されず、上述したキットが備える各液に対する精製処理として記載した、イオン交換樹脂またはRO膜を用いたイオン成分低減処理、およびフィルタリングを用いた異物除去が挙げられ、これらのうち少なくとも一方の処理を行うことが好ましい。
上述した第1液~第3液、水、および混合液に対する精製処理は、複数を組み合わせて実施してもよく、また、複数回実施してもよい。
<容器>
洗浄剤は、(濃縮液または希釈液に関わらず)腐食性等の問題が生じない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、および使用できる。容器としては、上記のキットが備える各液を収容する容器が挙げられ、好適な態様についても同じである。
(クリーンルーム)
洗浄剤の製造、収容容器の開封および/または洗浄、並びに、洗浄剤の充填を含めた取り扱い、処理分析、並びに、測定は、全てクリーンルームで行うことが好ましい。クリーンルームは、14644-1クリーンルーム基準を満たすことが好ましい。ISO(国際標準化機構)クラス1、ISOクラス2、ISOクラス3、ISOクラス4のいずれかを満たすことが好ましく、ISOクラス1またはISOクラス2を満たすことがより好ましく、ISOクラス1を満たすことが更に好ましい。
〔用途〕
洗浄剤は、半導体基板の製造プロセスのいずれの工程にも使用できるが、化学機械研磨(CMP)処理が施された半導体基板の洗浄に使用されることが好ましい。
<半導体基板>
洗浄剤の洗浄対象である半導体基板は、CMP処理が適用され得るものであれば特に制限されず、例えば、半導体基板を構成するウエハの表面に、金属配線膜、バリアメタル、および絶縁膜を有する基板が挙げられる。
半導体基板を構成するウエハの具体例としては、シリコン(Si)ウエハ、シリコンカーバイド(SiC)ウエハ、シリコンを含む樹脂系ウエハ(ガラスエポキシウエハ)等のシリコン系材料からなるウエハ、ガリウムリン(GaP)ウエハ、ガリウムヒ素(GaAs)ウエハ、およびインジウムリン(InP)ウエハが挙げられる。
シリコンウエハとしては、シリコンウエハに5価の原子(例えば、リン(P)、ヒ素(As)、およびアンチモン(Sb)等)をドープしたn型シリコンウエハ、並びに、シリコンウエハに3価の原子(例えば、ホウ素(B)、およびガリウム(Ga)等)をドープしたp型シリコンウエハであってもよい。シリコンウエハのシリコンとしては、例えばアモルファスシリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコン、およびポリシリコンのいずれであってもよい。
なかでも、洗浄剤は、シリコンウエハ、シリコンカーバイドウエハ、およびシリコンを含む樹脂系ウエハ(ガラスエポキシウエハ)等のシリコン系材料からなるウエハに有用である。
半導体基板は、上記したウエハに絶縁膜を有していてもよい。
絶縁膜の具体例としては、シリコン酸化膜(例えば、二酸化ケイ素(SiO)膜、およびオルトケイ酸テトラエチル(Si(OC)膜(TEOS膜)等)、シリコン窒化膜(例えば、窒化シリコン(Si)、および窒化炭化シリコン(SiNC)等)、並びに、低誘電率(Low-k)膜(例えば、炭素ドープ酸化ケイ素(SiOC)膜、およびシリコンカーバイド(SiC)膜等)が挙げられる。
半導体基板がウエハ表面に有する金属配線膜としては、銅を主成分とする配線膜(銅含有配線膜)が挙げられる。銅を主成分とする配線膜としては、例えば、金属銅のみからなる配線膜(銅配線膜)、および金属銅と他の金属とからなる合金製の配線膜(銅合金配線膜)が挙げられる。
銅合金配線膜の具体例としては、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、タンタル(Ta)、およびタングステン(W)からなる群より選択される1種以上の金属と銅とからなる合金製の配線膜が挙げられる。より具体的には、銅-アルミニウム合金配線膜(CuAl合金配線膜)、銅-チタン合金配線膜(CuTi合金配線膜)、銅-クロム合金配線膜(CuCr合金配線膜)、銅-マンガン合金配線膜(CuMn合金配線膜)、銅-タンタル合金配線膜(CuTa合金配線膜)、および銅-タングステン合金配線膜(CuW合金配線膜)が挙げられる。
半導体基板は、コバルト含有膜を有してもよい。コバルト含有膜とは、コバルトを主成分とする金属膜を意味し、例えば、金属コバルトのみからなる金属膜(コバルト金属膜)、および、金属コバルトと他の金属とからなる合金製の金属膜(コバルト合金金属膜)が挙げられる。
コバルト合金金属膜の具体例としては、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、およびタングステン(W)からなる群より選択される1種以上の金属とコバルトとからなる合金製の金属膜が挙げられる。より具体的には、コバルト-チタン合金金属膜(CoTi合金金属膜)、コバルト-クロム合金金属膜(CoCr合金金属膜)、コバルト-鉄合金金属膜(CoFe合金金属膜)、コバルト-ニッケル合金金属膜(CoNi合金金属膜)、コバルト-モリブデン合金金属膜(CoMo合金金属膜)、コバルト-パラジウム合金金属膜(CoPd合金金属膜)、コバルト-タンタル合金金属膜(CoTa合金金属膜)、およびコバルト-タングステン合金金属膜(CoW合金金属膜)が挙げられる。
なかでも、洗浄剤は、コバルト金属膜を有する基板に有用である。また、コバルト含有膜(コバルトを主成分とする金属膜)は、例えば、バリアメタルとして使用される。
なかでも、洗浄剤を、半導体基板を構成するウエハの上部に、少なくとも銅含有配線膜と、金属コバルトのみから構成され、銅含有配線膜のバリアメタルである金属膜(コバルトバリアメタル)とを有し、銅含有配線膜とコバルトバリアメタルとが基板表面において接触している基板の洗浄に使用することが好ましい。
半導体基板を構成するウエハ上に、上記の絶縁膜、銅含有配線膜、およびコバルト含有膜(例えばコバルトバリアメタル)を形成する方法としては、通常この分野で行われる方法であれば特に制限されない。
絶縁膜の形成方法としては、例えば、半導体基板を構成するウエハに対して、酸素ガス存在下で熱処理を行うことによりシリコン酸化膜を形成し、次いで、シランおよびアンモニアのガスを流入して、化学気相蒸着(CVD:chemical vapor deposition)法によりシリコン窒化膜を形成する方法が挙げられる。
銅含有配線膜、およびコバルト含有膜の形成方法としては、例えば、上記の絶縁膜を有するウエハ上に、レジスト等の公知の方法で回路を形成し、次いで、鍍金およびCVD法等の方法により、銅含有配線膜、およびコバルト含有膜を形成する方法が挙げられる。
<CMP処理>
CMP処理は、例えば、金属配線膜、バリアメタル、および絶縁膜を有する基板の表面を、研磨微粒子(砥粒)を含む研磨スラリーを用いる化学作用と機械的研磨の複合作用で、平坦化する処理である。CMP処理が施された半導体基板の表面には、CMP処理で使用した砥粒(例えば、シリカおよびアルミナ等)、研磨された金属配線膜、並びにバリアメタルに由来する金属不純物(金属残渣)等の不純物が残存することがある。
これらの不純物は、例えば、配線間を短絡させ、半導体基板の電気的特性を劣化させるおそれがあるため、CMP処理が施された半導体基板は、これらの不純物を表面から除去するための洗浄処理に供される。
<半導体基板の洗浄方法>
半導体基板の洗浄方法は、CMP処理された半導体基板の表面を、洗浄剤と接触させる方法であれば、特に制限されない。
半導体基板の洗浄方法としては、例えば、キットを用いて調製された洗浄剤に半導体基板を浸漬することによって、半導体基板を洗浄する方法が挙げられる。このとき、半導体基板の表面に残存する不純物をより低減できる点で、半導体基板が浸漬している洗浄剤に対して超音波処理を施すことが好ましい。
洗浄の様式は浸漬式に特に制限されず、半導体基板を回転させながら洗浄剤を滴下するスピン(滴下)式、および洗浄剤を噴霧する噴霧(スプレー)式等の通常この分野で行われる様式を採用してもよい。
半導体基板の洗浄方法としては、枚葉方式、およびバッチ方式のいずれを採用してもよい。枚葉方式とは、半導体基板を1枚ずつ処理する方式であり、バッチ方式とは、複数枚の半導体基板を同時に処理する方式である。
半導体基板の洗浄における処理温度は、通常この分野で行われる処理温度であれば特に制限されない。処理温度の具体例としては、通常10~40℃が好ましく、15~30℃がより好ましい。
半導体基板の洗浄における洗浄時間は、洗浄剤に含まれる成分の種類および含有量に依存するため一概に言えるものではないが、実用的には、通常10秒間~2分間が好ましく、20秒間~1分30秒間がより好ましく、30秒間~1分間が更に好ましい。
以下に、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、および割合は、本発明の趣旨を逸脱しない限り変更できる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されない。
以下の実施例において、第1液、第2液および洗浄剤のpHは、pHメーター(株式会社堀場製作所製、型式「F-74」)を用いて、JIS Z8802-1984に準拠して測定した。
[評価試験液の調製]
(実施例1)
成分Aとしてピロガロールを、酸性化合物として酒石酸を使用した。ピロガロールおよび酒石酸を水と混合して、表1に示す組成を有する第1液を調製した。第1液のpHは1.2であった。
また、塩基性化合物として、ピペラジン(有機アミン)、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン(DEHA、ヒドロキシルアミン誘導体)、およびコリン(第4級アンモニウム化合物)を使用した。ピペラジン、DEHAおよびコリンを水と混合して、表1に示す組成を有する第2液を調製した。第2液のpHは13.3であった。
(実施例2)
実施例1と同様にして、表1に示す組成を有する第1液および第2液をそれぞれ調製した。第1液のpHは1.1であり、第2液のpHは13.3であった。
(比較例1)
ピロガロール、酒石酸、ピペラジン、DEHAおよびコリンを水と混合して、表1に示す組成を有する1液系の洗浄剤を調製した。比較例1の洗浄剤のpHは11.8であった。
[保存安定性の評価]
(1)保管試験
各実施例で得られた第1液、および、比較例1で得られた1液系の洗浄剤を、試験液として用いて、各試験液の保存安定性を評価した。
100mLのポリ容器に100mLの各試験液を充填して、空間を窒素ガスで置換し、密閉した。試験液を充填したポリ容器を、0℃、10℃、25℃、40℃、および50℃の各温度で、3ヶ月または6ヶ月保管し、保管試験による経時変化を観測した。
(2)試験液の経時変化の測定
上記保管試験後の各試験液1gを分取し、水により質量比で4000倍に希釈して測定サンプルを得た。高速液体クロマトグラフィー(展開溶媒;アセトニトリル:水=1:19-リン酸0.1%添加、flow speed;1.2mL/min、UV detect;200nm、保持時間6.9min)により、測定サンプルに含まれる成分Aの含有量を定量した。定量結果に基づき、各試験液の成分Aの理論含有量に対する、調製直後および保管試験後に測定された各試験液の成分Aの含有量の相対比率(単位:質量%)を、それぞれ算出した。それらの結果を表2に示す。
なお、成分A、酸性化合物および塩基性化合物が同一溶液中に存在している比較例1の試験液では、「調製直後」の成分Aの含有量が理論含有量に対して76質量%と、理論含有量に対して低下した。これは、各成分を混合して試験液を調製した直後から成分Aの分解が生じたためと考えられる。
[洗浄剤の不純物除去性能の維持性の評価]
CMP処理を施した半導体基板に対する不純物除去性能の維持性を、以下の試験方法により評価した。
(1)維持性評価用洗浄剤の調製
各実施例で得られた第1液および第2液を、質量比1:9で混合した。得られた混合液を、超純水により質量比で50倍に希釈して、評価用洗浄剤を調製した。なお、評価用洗浄剤としては、上記の[評価試験液の調製]に記載の方法により調製した直後の第1液および第2液を用いて調製された洗浄剤と、それらを上記の保管試験の方法に従って25℃で7ヶ月保管して得られた第1液および第2液を用いて調製された洗浄剤とを使用した。
また、上記の[評価試験液の調製]に記載の方法により調製された比較例1の洗浄剤、および、それを上記の保管試験の方法に従って25℃で7ヶ月保管して得られた洗浄剤のそれぞれを、超純水により質量比で50倍に希釈して、比較用洗浄剤を調製した。
(2)ウエハのCMP処理
コバルト単層膜を有するウエハ(フィルテック製、シリコン基板にコバルト金属を400nmで蒸着したもの)を縦2cm×横2cmの切片に切断し、0.1N塩酸水溶液に1分間浸漬した。得られたウエハ切片を、超純水で洗浄し、窒素ガスで乾燥した。
特開2011-3665号公報の実施例S1に準じて作製した溶液に、過酸化水素に換算して1.1質量%に相当する量の35質量%過酸化水素水を加えて、模擬スラリーを作製した。なお、作製した模擬スラリーは、体積平均粒径が40nmである研磨微粒子(以下「砥粒」とも記載する)を5質量%含む水系分散体であった。
研磨パッド(ニッタ・ハース社製、品番「IC-1400」)を装着したCMP実験装置(MAT社製、型式「ARW-461M」)を用いて、模擬スラリーを供給しながら、上記の前処理を施したウエハ切片に対して、CMP処理を行った。CMP処理は、下記の研磨条件にて行った。
・ヘッド回転速度:103rpm
・プラテン回転速度:91rpm
・研磨圧力:5kPa
・研磨時間:30秒
・スラリー流量:50mL/分
(3)洗浄剤によるウエハ表面の洗浄
上記(1)で調製された評価用洗浄剤または比較用洗浄剤(100mL)をポリカップに入れ、次いで、上記のCMP処理を施したウエハ切片を各洗浄剤に浸漬させた。各洗浄剤に浸漬した状態のウエハ切片に対して、超音波装置(アイワ社製、型式「FU-80C」)を用いて15秒間の超音波洗浄を施した。その後、ウエハ切片を取り出し、超純水でリンスし、窒素ガスで乾燥した。
(4)砥粒残存数の計測
超高分解能走査電子顕微鏡(SEM、日立ハイテクノロジー社製、型式「S-4800」)を用いて評価基板の表面を観察し、表面に残存する砥粒の数を計測した。SEMの観察条件は、倍率=20000倍、加速電圧=10000Vとした。
上記の計測では、同一の評価基板の表面に対して、13ヵ所の異なる位置で観察を実施し、視野範囲に存在する砥粒(SEM画像において直径50nm程度(30~60nm)の球状物として観察される)の数を計測した。得られた13点の計測結果の合計を、砥粒の残存数とした。
(5)保管試験前後の砥粒増加率の算出
調製直後の各試験液を用いた場合の洗浄後の評価基板表面における砥粒残存数(Ci)と、25℃で7ヶ月間保管した各試験液を用いた場合の洗浄後の評価基板表面における砥粒残存数(Ca)とから、保管試験前後における砥粒残存数の変化率(砥粒増加率)を、下記数式〈1〉を用いて算出した。
数式〈1〉 砥粒増加率(%)=(Ca-Ci)/Ci×100
ウエハ表面における砥粒残存数の増加は、洗浄性能の観点から好ましくなく、その後のウエハ製膜工程の歩留まり低下が懸念される。故に、砥粒増加率が+20%以内であった場合には、洗浄剤の不純物の除去性能(洗浄剤の洗浄性能)の維持性を「良好」と評価し、砥粒増加率が+20%を越えた場合には、洗浄剤の不純物の除去性能(洗浄剤の洗浄性能)の維持性を「不良」と評価した。
なお、表3の「希釈前pH」欄は、実施例1および2であれば、第1液および第2液の混合により得られた希釈前の混合液のpHを示し、比較例1であれば、調製後かつ希釈前の洗浄剤のpHを示す。
表1および表3に示すように、式(1)で表される成分Aを含み、酸性を示す第1液と、塩基性化合物を含み、アルカリ性を示す第2液とを備える本発明のキットは、従来の1液系の洗浄剤と比較して、長期保管後であっても、CMP処理が施された半導体基板の表面における不純物の除去性能が維持される洗浄剤を調製できることが確認された。

Claims (15)

  1. 化学機械研磨処理が施された半導体基板の洗浄に使用され、pHが7.5~13.0を示す洗浄剤を調製するためのキットであって、
    式(1)で表される化合物を含み、酸性を示す第1液と、
    塩基性化合物を含み、アルカリ性を示す第2液とを備え、
    前記塩基性化合物がヒドロキシルアミン化合物を含み、
    前記塩基性化合物が、ジアミン化合物、アミジン化合物、アゾール化合物、ピラジン化合物、ピリミジン化合物、および第4級アンモニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種をさらに含み、
    酸性化合物が、前記第1液および前記第2液の少なくとも一方に含まれ、
    前記第1液が水を含み、
    前記第2液が前記式(1)で表される化合物を含まない、キット。

    式中、R~Rは、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基またはアルコキシカルボニル基を表し、R~Rの少なくとも2つはヒドロキシル基を表す。ただし、RおよびRがいずれもヒドロキシル基を表す組合せ、RおよびRがいずれもヒドロキシル基を表す組合せ、並びに、RおよびRがいずれもヒドロキシル基を表す組合せを除く。
  2. 前記式(1)で表される化合物が、ピロガロール、ピロカテコール、ヒドロキノン、ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、および没食子酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1に記載のキット。
  3. 前記式(1)で表される化合物が、ピロガロールを含む、請求項1または2に記載のキット。
  4. 前記酸性化合物が、カルボン酸を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のキット。
  5. 前記カルボン酸が、2つ以上のカルボキシル基を有する、請求項4に記載のキット。
  6. 前記カルボン酸が、少なくとも1つのヒドロキシル基を更に有する、請求項4または5に記載のキット。
  7. 前記塩基性化合物が、ジアミン化合物、および第4級アンモニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1~のいずれか1項に記載のキット。
  8. 前記ジアミン化合物が、式(2)で表される化合物である、請求項1~7のいずれか1項に記載のキット。

    (式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~10のアリール基を表す。Rは、水素原子、ヒドロキシル基、または、ヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を表す。RおよびR10は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素数1~4のアルキル基を表す。RとR、RとR10、またはRとR10は、互いに結合して、炭素数1~3のアルキレン基を形成していてもよい。mは、0または1を表す。nは、0~2の整数を表す。)
  9. 前記ヒドロキシルアミン化合物が、式(6)で表される化合物またはその塩である、請求項1~のいずれか1項に記載のキット。

    (式中、R23は、炭素数1~6のアルキル基を表す。R24は、水素原子、または炭素数1~6のアルキル基を表す。)
  10. 前記第4級アンモニウム化合物が、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、2-ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、および、ビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムヒドロキシドからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項~9のいずれか1項に記載のキット。
  11. 前記酸性化合物が、少なくとも前記第1液に含まれる、請求項1~10のいずれか1項に記載のキット。
  12. 前記半導体基板が、銅配線膜または銅合金配線膜と、コバルト含有膜とを有する、請求項1~11のいずれか1項に記載のキット。
  13. 前記コバルト含有膜が、前記銅配線膜または前記銅合金配線膜のバリアメタルである、請求項12に記載のキット。
  14. 化学機械研磨処理が施された半導体基板の洗浄に使用され、pHが7.5~13.0を示す洗浄剤を調製する方法であって、
    請求項1~13のいずれか1項に記載のキットが備える前記第1液と前記第2液を混合する工程を少なくとも含む、方法。
  15. 前記第1液、前記第2液、および前記第1液と前記第2液との混合液からなる群より選択される少なくとも1種と、水を含む第3液を混合する工程を更に含む、請求項14に記載の方法。
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