JPH0563516B2

JPH0563516B2 -

Info

Publication number: JPH0563516B2
Application number: JP63127035A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sasaki
Original assignee: Monsanto Japan Ltd
Current assignee: Monsanto Japan Ltd
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1993-09-10
Also published as: JPH01297487A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）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
ス及び石英のウエ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エハーは、表面を研磨し
てできる限り平坦にした後、回路形成に供されて
いる。何故なら、ウエハー表面上に回路パターン
を線描する時、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イー工程において
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、
リソグラフイ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エハーの表
面を位置させることができるかによつて決まるの
である。つまり、ウエハーの平坦度が高いとそれ
だけ、より細密なパターンが線描可能となるわけ
である。ウエ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、そのウエハーの利用価値は大いに高まる。

ウエ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3170273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3328141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
たウエ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
物によつて平坦度のより高い研磨面を形成せしめ
るためには、個性の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
なつているわけである。

（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つて
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、ほとん
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つたのが、
これまでの研磨の在り方であつた。

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
フアスシリカ、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エハー研磨用組成物
に存する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に係る研磨用組成物は水、粒状アモルフ
アスシリカを含んでいる。本発明において使用さ
れる粒状アモルフアスシリカとしては、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
懸濁させた水性スラリーの形で使用するか、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、上記の粒状アロムフアスシリカは通
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、ウエハー表面にシリカ
となつて付着するので好ましくなく、１ミクロン
以上では、ウエハー表面に引つ掻き傷が生じやす
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
フア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、粒状アモルフア
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
よつて生じる研磨中の研磨スラリーが、ウエハー
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つているアク
リル酸0.1〜50ｇ、アクリルアミド0.1〜50ｇを１
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0.001〜2.0ｇをその
水溶液に加えて撹拌しながら、室温にて１〜24時
間反応させることによつて得られる。

アクリル酸とアクリルアミドの仕込み量が、水
１に対して50ｇ以上だとバルグゲルができ好ま
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、この反応によつ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ツクス
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、本発明で云うところのマイクロゲル
とは、高分子が３次元的に架橋けされて水溶媒中
でミクロンサイズ以下の広がりをもつて浮遊して
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
上の広がりをもつ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。

本発明に係るウエハー研磨用組成物中の高分子
マイクロゲルの含有量は、1ppm以上、10〜
1000ppm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
によつて生じる研磨中に研磨スラリーがウエハー
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つて緩和されるので、研磨
布のマクロな凹凸による研磨むらが緩和され、ウ
エハーは平坦化される。しかし、その量は1ppm
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、
1000ppm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。PHが12より高いと研磨面荒れを引
き起こしやすく、PH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つ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つ
て、例えば電気集積回路の支持基盤として利用さ
れるシリコンウエハー、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エハーを
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つ
て生じるウエ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つて、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１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
過硫酸アンモニウム0.05ｇを加え、撹拌しなが
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ミリミクロンであつた。

(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％になるように
調整し、又、エチレンデイアミンを0.15重量％
となるように添加した。

(3) 研磨試験この研磨スラリーを、1.5／分の流量で流
しながら、研磨圧350ｇ／cm²にし、研磨布とウ
エハーの相対速度１ｍ／秒にして、スラリー温
度を40度にしながら、２分間５インチサイズの
シリコンウエハーの研磨を行つた。研磨機とし
ては、スピードフアム製SPAW36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、1.5／分の流量で流
しながら、研磨圧350ｇ／cm²にし、研磨布とウ
エハーの相対速度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
シリコンウエハーの研磨を行つた。研磨機とし
ては、スピードフアム製SPAW36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
の研磨前後のウエハーの厚みは第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
続してウエハーを張り付け板に張り付けた状態
で、各研磨後にウエハーを張り付け板からはずす
ことなく行つた。研磨ウエハーの厚み測定は、三
点ゲージを用いてウエハー張り付けブロツクに張
り付けた状態で行つた。精度は１ミクロンであつ
た。

第１図において実線は実施例、点線は比較例
の、図の下部に示されているウエハーの一点鎖線
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、１は１回研磨後、２は２回研磨後の
ウエ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）ウエハー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（100）のウエハー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
研磨前後のウエハーの厚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、１は１回研磨後、
２は２回研磨後のウエハーの厚み曲線であること
を意味する。

Claims

【特許請求の範囲】１水、粒状アモルフアスシリカ、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粒状アモルフア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アスシリカの含有率
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
はアンモニアによつて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。