JPH01297487A - 研磨用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （８２業上の利用分野） 本発明は研磨用組成物に関し、特に電気集積回路の支持
基盤に供されているシリコン結晶、ガラス及び石英のウ
ェハーの表面を平坦にする研磨、平坦化研磨に好適な研
磨用組成物に関する。

（従来の技術） 電気集積回路の支持基盤として、利用されているシリコ
ン結晶などのウェハーは、表面を研磨してできる限り平
坦にした後１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１表面が平坦で
ないと、より精密且つ精緻なパターンを線描することが
不可能となるからである。より細密化されたパターンを
基盤上に線描するためのリソグラフィー工程においては
、用いられる光の波長は短くなり、光学系の焦点深度は
浅くなり、その焦点距離の範囲は短くなる。

基盤に線描できるパターンの細密さの程度は、リソグラ
フィーに用いられる光学系の対物レンズの中心からどの
程度狭い距離範囲にウェハーの表面を位置させることが
できるかによって決まるのである。つまり、ウェハーの
平坦度が高いとそれだけ、よりｍ密なパターンが線描可
能となるわけである。ウェハーの平坦性が高ければ高い
ほど。

その上に形成することのできる回路の集積度は高まり、
そのウェハーの利用価値は大いに高まる。

ウェハーの表面を研磨するために、従来がら種々の研磨
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３，３２
８．］、４４１号明細には、これら研磨剤にアルカリ性
化合物を加えてｐＨを１０．５〜１２．５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、研磨組成物で研磨したウェハ
ー表面の平坦度は、研磨機の機械精度に大きく依存して
おり、安定して平坦な研磨面を得るという点において充
分でない。これら研磨組成物によって平坦度のより高い
研磨面を形成せしめるためには１個性めある研磨機の性
癖によく習熟し、経験豊かな熟練工のより高度な技術が
必要になっている力けである。

（発明が解決しようとする課題） これまで研磨面をより平坦にする方法としては、研磨機
の機械精度を上げることのみに頼っていた。

研磨機の機械精度を、研磨布の消耗状態の経時変化も考
慮しながら保持することは、はとんど不可能ですらある
。平坦度をより高めるためには、研磨機の個別の性癖に
よく習熟し、経験豊かな熟練工の高度な技術に頼るしか
なかったのが、これまでの研磨の在り方であった。

本発明は、研磨布を含む研磨機の機械精度の程度による
研磨面の平坦度への影響がより少なく、且つ、より平坦
な研磨面を形成するのに好適な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、及びアクリルアミドとアクリル酸とを架橋重合し
て作られた高分子マイクロゲルを含有することを特徴と
するウェハー研磨用組成物に存する。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に係る研磨用組成物は水５８粒粒状上ルファスシ
リカを含んでいる０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、コロイダルシリカ又はシリカ
パウダーなどがある。これらはコロイダルシリカゾルの
形やシリカパウダーをＳ濁させた水性スラリーの形で使
用するが、又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。水性スラリーにした時のス
ラリー中のシリカ濃度は通常１〜５重量％が好ましい。

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、１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
、粒子中に含まれるケイ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、
１ミクロン以上では、ウェハー表面に引っ掻き傷が生じ
ゃすくなるので好ましくない。

なお、ここで云う平均粒径とは、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
。

又、本発明に係る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％以上の割合で使用される。

本発明に係る研磨用組成物は、粒状アモルファスシリカ
のほかに、アクリルアミドとアクリル酸からなる高分子
マイクロゲルを含んでいる。この高分子マイクロゲルは
、研磨布のマクロな凹凸によって生じる研磨中の研磨ス
ラリーが、ウェハーに作用する圧力のばらつき、揺らぎ
を緩和する機能を果たす。

本発明において使用される高分子マイクロゲルは、対イ
オンをプロトン、或はアルカリ金属、或はアンモニア、
或はアミンとして持っているアクリル酸０．１〜５０ｇ
、アクリルアミド０．１〜ｓｏｇをＩＱの水に解かし、
架橋剤であるＮ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０
．０１〜０．３ｇと、重合開始剤として過硫酸アンモニ
ウムｏ、ｏｏｉ〜２．Ｏｇをその水溶液に加えて攪拌し
ながら、室温にて１〜２４時間反応させることによって
得られる。

アクリル酸とアクリルアミドの仕込み量が、水ＩＱに対
して５０ｇ以上だとバルクゲルができ好ましくなく、０
．１ｇ以下だと重合反応が充分進まないので好ましくな
い。

この反応において、アクリル酸、及びアクリルアミド分
子の添加全モル数に対して、架橋剤であるＮ　、　Ｎ　
’−メチレンビスアクリルアミドの添加モル数は１００
分の１以下でなければならない、さもないと、この反応
によってマイクロゲルではなく、アクリル酸、アクリル
アミドのマトリックス構造をしたバルクゲルができてし
まう。

架橋剤としては前記Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルア
ミドの他、トリメチロールプロパントリアクリレート、
ポリエチレングリコールアクリレート、ネオペンチルグ
リコールデイアクリレート、又はテトラメチロールメタ
ンテトラアクリレートを用いることもできる。いずれの
架橋剤を用いても、その添加量は上記の通り０．０１〜
０．３ｇの範囲である。

ところで１本発明で云うところのマイクロゲルとは、高
分子が３次元的に橋架けされて水溶媒中でミクロンサイ
ズ以下の広がりをもって浮遊しているものを指し、バル
クゲルとは、高分子鎖の三次元網の目構造がマクロにミ
リメートルサイズ以上の広がりをもって形成されている
ものを指す。

マイクロゲルの広がりの大きさを制御する因子は、架橋
剤とアクリル酸、アクリルアミドの濃度比及び反応温度
であり、厳密に制御することは困難であるが、上記反応
条件では、常にサブミクロンサイズのマイクロゲルが形
成される。

本発明に係るウェハー研磨用組成物中の高分子マイクロ
ゲルの含有量は、ｌｐｐｍ以上、１０〜１１０００ｐｐ
が好ましい。高分子マイクロゲルの含有量が上記範囲内
であると、研磨布のマクロな凹凸によって生じる研磨中
に研磨スラリーがウェハーに作用する圧力のばらつき、
或は、揺らぎが、高分子マイクロゲルによって緩和され
るので、研磨布のマクロな凹凸による研磨むらが緩和さ
れ、ウェハーは平坦化される。しかし、その量はＩＰＰ
ＩＩ未満だと高分子マイクロゲルによる圧力ばらつき緩
和効果は。

充分でなく好ましくない。また、１１０００ｐｐ以上だ
と研磨速度の低下をもたらし好ましくない。

研磨用組成物スラリーのｐＨを調整するのにアルカリメ
タル、アンモニウム、又は塩基性アミンを用いることが
できる。ｐＨは、８〜１２に調整するのが好ましいが、
通常１０〜１１に調整したものが研磨に用いられる。ｐ
Ｈが１２より高いと研磨面荒れを引き起こしやす＜、ｐ
Ｈが８より低いと研磨能率が低下するので好ましくない
。研磨速度を上げるためにはエチレンデイアミンを用い
ることができる。

本発明の研磨材によって研磨される材料としては、平坦
度の高い研磨面を要求されるものであって１例えば電気
集積回路の支持基盤として利用されるシリコンウェハー
、ガラス基盤或は石英基盤などがある。

（発明の効果） 本発明に係る研磨用組成物を用いてウェハーを研磨する
ときには、スラリー状の上記組成物中のアクリル酸とア
クリルアミドで構成される高分子マイクロゲルが、研磨
布上のマクロな凹凸によって生じるウェハーに作用する
圧力のばらつきを緩和して平坦な研磨面を形成するのを
大いに助けるという特別に顕著な効果を発揮するのでそ
の産業上の利用価値は極めて大である。

（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）高分子マイクロゲルの製造 アクリルアミド５０ｇとアンモニアを対イオンにしたア
クリル酸２５ｇを水ＩＱに溶解させた。この水溶液に、
Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０．０５ｇを加
え、更に重合開始剤として過硫酸アンモニラム０．０５
ｇを加え、攪拌しながら２４時間反応させた。上記反応
で得られたマイクロゲルの広がりの大きさは、光散乱法
を用いた測定では、平均で１００ミリミクロンであった
。

（２）研磨用組成物の調整 こうしてできた水溶液の０．２５容積％を研磨スラリー
に加えた。研磨スラリーには、コロイダルシリカをシリ
カ濃度２．５重量２になるように調整し、又、エチレン
デイアミンを０．１５重量〆となるよう添加した。

（３）研磨試験 この研磨スラリーを、１．５　Ｑ　／分の流量で流しな
がら、研磨圧３５０ｇ／ａＪにし、研磨布とウェハーの
相対速度１ｍ／秒にして、スラリー温度を４０度にしな
がら、２０分間５インチサイズのシリコンウェハーの研
磨を行った。研磨機としては、スピードファム製　５Ｐ
ＡＷ３６を用い、研磨布としては１２０時間以上使用し
た不織布をそのまま用いた。

比較例 （１）研磨用組成物の調整 シリカ含量が２．５重量％で、エチレンデイアミン含量
が０．１５重量％に調整した研磨スラリーを調整した。

この比較例は、実施例の研磨スラリー中から高分子マイ
クロゲルを除いたものに相当する。

（２）研磨試験 この研磨スラリーを、１．ＳＬ’分の流量で流しながら
、研磨圧３５０ｇ／ｃｄにし、研磨布とウェハーの相対
速度１ｍ／秒にして、スラリー温度を４０℃にしながら
２０分間、５インチサイズのシリコンウェハーの研磨を
行った。研磨機としては、スピードファム製５ＰＡＷ３
６を用い、研磨布としては１２０時間以上使用した不織
布を用いた。

次にこの実験の結果を、第１図に示す。

実施例、比較例の研磨スラリーで研磨したときの研磨前
後のウェハーの厚みは第１図に示した通りである。研磨
は、同じスラリーを用いて２回連続してウェハーを張り
付は板に張り付けた状態で、各研磨後にウェハーを張り
付は板からはずすことなく行った。研磨ウェハーの厚み
測定は、三点ゲージを用いてウェハー張り付はブロック
に張り付けた状態で行った。精度は１ミクロンであった
。

第１図において実線は実施例１点線は比較例の、図の下
部に示されているウェハーの一点鎖線上での研磨前後の
厚みを示している。また、厚み曲線の左右に記載されて
いる０、１．２は、各々０は研磨前、■は１回研磨後、
２は２回研磨後のウェハーの厚み曲線であることを示し
ている。この図において、厚みの単位を示すスケールの
左側のものは、結晶方位（１１１）ウェハー４枚につい
ての測定結果、スケールの右側のものは、結晶方位（ｉ
ｏｏ）のウェハー４枚についての測定結果を示している
。

この実験結果は、本発明に係る高分子マイクロゲルを含
有する研磨用組成物を、研磨スラリーに添加すると、研
磨面の平行度が大幅に改良されることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例及び比較例における研磨前後
のウェハーのＨみ状態を示す説明図である。 実線は実施例の場合、点線は比較例の場合を示し、厚み
曲線の左右に記載されている数字は研磨回数を表わし、
０は研磨前、■は１回研磨後、２は２回研磨後のウェハ
ーの厚み曲線であることを意味する。 出願人　三菱モンサンド化成株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　水、粒状アモルファスシリカ、及びアクリルアミド
   とアクリル酸とを架橋重合して作られた高分子マイクロ
   ゲルを含有することを特徴とする研磨用組成物。 ２　粒状アモルファスシリカの平均粒径が、５ミリミク
   ロンから１ミクロンの範囲のものであることを特徴とす
   る請求項第１項に記載の研磨用組成物。 ３　組成物中の粒状アモルファスシリカの含有率が０．
   １重量％以上であることを特徴とする請求項第１項に記
   載の研磨用組成物。 ４　アクリルアミド及びアクリル酸を架橋重合して作ら
   れた高分子マイクロゲルの含有量が、１ｐｐｍ以上であ
   ることを特徴とする請求項第１項に記載の研磨用組成物
   。 ５　研磨用組成物のｐＨがアルカリ金属、アミン又はア
   ンモニアによって８〜１２に調整されていることを特徴
   とする請求項第１項に記載の研磨用組成物。