JPH11100569A - 化学機械研磨用スラリー - Google Patents
化学機械研磨用スラリーInfo
- Publication number
- JPH11100569A JPH11100569A JP26222897A JP26222897A JPH11100569A JP H11100569 A JPH11100569 A JP H11100569A JP 26222897 A JP26222897 A JP 26222897A JP 26222897 A JP26222897 A JP 26222897A JP H11100569 A JPH11100569 A JP H11100569A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- slurry
- cloth
- speed
- sodium carbonate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨進行に伴うクロスの目詰まりの進行を抑
制する研磨スラリーを提供すること。 【解決手段】 研磨原液を炭酸ナトリウムで所定のｐＨ
に調整したスラリーに、ＯＨ基を有する１価の低級アル
コールを添加する。
制する研磨スラリーを提供すること。 【解決手段】 研磨原液を炭酸ナトリウムで所定のｐＨ
に調整したスラリーに、ＯＨ基を有する１価の低級アル
コールを添加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体シリコンウ
エハ製造における化学機械研磨（ＣＭＰ）工程で用いら
れる化学機械研磨用スラリーの調整方法に関する。
エハ製造における化学機械研磨（ＣＭＰ）工程で用いら
れる化学機械研磨用スラリーの調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＩＣ、ダイオード、トランジスタ
等の半導体デバイスの原料であるシリコンウエハ等の半
導体基板（以下、ウエハという）は最終的には片面又は
両面を平坦で歪みのない鏡面に仕上げられ、その目的に
供される。この鏡面に加工されるプロセスが化学機械研
磨工程であり、該工程ではターンテーブルに貼り付けら
れた発泡ウレタン系クロスにウエハの研磨面を押圧し、
クロスとウエハ間に相対速度を与えながらスラリーを供
給して研磨を行うものである。この研磨に使用するスラ
リーは、通常、純水中にコロイダルシリカを主体にアミ
ンなどの有機系化合物を添加剤として加え、ｐＨ１０〜
１１のアルカリ状態に保たれ、温度、流量、濃度などを
制御、管理のもと連続循環使用される。
等の半導体デバイスの原料であるシリコンウエハ等の半
導体基板（以下、ウエハという）は最終的には片面又は
両面を平坦で歪みのない鏡面に仕上げられ、その目的に
供される。この鏡面に加工されるプロセスが化学機械研
磨工程であり、該工程ではターンテーブルに貼り付けら
れた発泡ウレタン系クロスにウエハの研磨面を押圧し、
クロスとウエハ間に相対速度を与えながらスラリーを供
給して研磨を行うものである。この研磨に使用するスラ
リーは、通常、純水中にコロイダルシリカを主体にアミ
ンなどの有機系化合物を添加剤として加え、ｐＨ１０〜
１１のアルカリ状態に保たれ、温度、流量、濃度などを
制御、管理のもと連続循環使用される。
【０００３】一方、研磨され溶け出したシリコン：Ｓｉ
は純水：Ｈ2 Ｏと反応し珪酸モノマー（単量体）：Ｓｉ
（ＯＨ）4 が生成される。そして研磨が進行するにつれ
珪酸モノマーの濃度は高くなり、スラリー中の濃度が１
００p.p.m.を越える辺りから２個１組の珪酸分子に脱水
反応が起こり珪酸ダイマー（２量体）が形成される。更
に反応が進んで珪酸ポリマー（多量体）を形作って行
き、これがクロスの目に固く固着し目詰まりとなる（図
１参照）。この目詰まり（外観上、クロス面が茶色に変
色し一目で状態の変化が分かる）によってクロスはスラ
リーを保持できなくなり、研磨スピードは極端に下が
り、機械能力の低下に繋がっていた。
は純水：Ｈ2 Ｏと反応し珪酸モノマー（単量体）：Ｓｉ
（ＯＨ）4 が生成される。そして研磨が進行するにつれ
珪酸モノマーの濃度は高くなり、スラリー中の濃度が１
００p.p.m.を越える辺りから２個１組の珪酸分子に脱水
反応が起こり珪酸ダイマー（２量体）が形成される。更
に反応が進んで珪酸ポリマー（多量体）を形作って行
き、これがクロスの目に固く固着し目詰まりとなる（図
１参照）。この目詰まり（外観上、クロス面が茶色に変
色し一目で状態の変化が分かる）によってクロスはスラ
リーを保持できなくなり、研磨スピードは極端に下が
り、機械能力の低下に繋がっていた。
【０００４】又、目詰まりはクロス全面で一様ではな
く、ターンテーブルの中心側では外周側に比して周速度
が遅い為研磨で生じた珪酸が排出されにくく、より目詰
まりが進行しやすいという傾向がある。この為、クロス
内外周で研磨スピードに差が生じウエハの仕上がり厚さ
の一様性にも影響を与えるという品質上の問題をも招い
ていた。このため従来の対応としてはクロスブラッシン
グと称し一定時間ごとに研磨作業を中断し、クロス上に
純水を流しながら硬めのナイロン刷毛でクロスを擦り、
目詰まりの原因となっている珪酸を除去する手段を講じ
ていた。つまり、目詰まりによる研磨スピードの低下の
上、更にこのような作業中断で稼働率も下がり工程全体
での生産性の低下は免れなかった。
く、ターンテーブルの中心側では外周側に比して周速度
が遅い為研磨で生じた珪酸が排出されにくく、より目詰
まりが進行しやすいという傾向がある。この為、クロス
内外周で研磨スピードに差が生じウエハの仕上がり厚さ
の一様性にも影響を与えるという品質上の問題をも招い
ていた。このため従来の対応としてはクロスブラッシン
グと称し一定時間ごとに研磨作業を中断し、クロス上に
純水を流しながら硬めのナイロン刷毛でクロスを擦り、
目詰まりの原因となっている珪酸を除去する手段を講じ
ていた。つまり、目詰まりによる研磨スピードの低下の
上、更にこのような作業中断で稼働率も下がり工程全体
での生産性の低下は免れなかった。
【０００５】しかも、この作業は作業者が人力で、且つ
ターンテーブルとトップリング（シリコンウエハが貼り
付けられたガラスプレートを保持する自転自在な重量リ
ング）の間に半身を入れて行うなどの関係上、非常な危
険を伴う重労働であった。更に、ライフが進むと上記目
詰まりはクロスブラッシングでは回復不能となりクロス
の交換を余儀なくされ、度重なるクロス交換によって研
磨コストも上昇する一方であった。
ターンテーブルとトップリング（シリコンウエハが貼り
付けられたガラスプレートを保持する自転自在な重量リ
ング）の間に半身を入れて行うなどの関係上、非常な危
険を伴う重労働であった。更に、ライフが進むと上記目
詰まりはクロスブラッシングでは回復不能となりクロス
の交換を余儀なくされ、度重なるクロス交換によって研
磨コストも上昇する一方であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来技術では避けることのできなかった研磨進行に伴うク
ロスの目詰まりという問題を解消することによって、研
磨スピードの低下を防止することのみでなく、それまで
の目詰まりにより余儀なくされていたクロスブラッシン
グ作業をやめ作業者を危険な重労働から開放し、また更
にクロス交換頻度を極力少なくすることによりクロスに
かかる経費を削減し、総合的な研磨コストの低減を図る
ことを解決すべき課題とする。
来技術では避けることのできなかった研磨進行に伴うク
ロスの目詰まりという問題を解消することによって、研
磨スピードの低下を防止することのみでなく、それまで
の目詰まりにより余儀なくされていたクロスブラッシン
グ作業をやめ作業者を危険な重労働から開放し、また更
にクロス交換頻度を極力少なくすることによりクロスに
かかる経費を削減し、総合的な研磨コストの低減を図る
ことを解決すべき課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、研磨原液を炭酸ナトリウ
ムで所定のｐＨに調整したスラリーに、ＯＨ基を有する
１価の低級アルコール、例えばイソプロピルアルコール
を一定量添加、調整した研磨用スラリーを特徴とする。
決するためになされたもので、研磨原液を炭酸ナトリウ
ムで所定のｐＨに調整したスラリーに、ＯＨ基を有する
１価の低級アルコール、例えばイソプロピルアルコール
を一定量添加、調整した研磨用スラリーを特徴とする。
【０００８】上記した研磨用スラリーにより次の作用が
考えられる。前述したように、研磨されたスラリー中に
溶け出したシリコン：Ｓｉは純水：Ｈ2 Ｏと反応し珪酸
モノマー（単量体）：Ｓｉ（ＯＨ）4 が生成される（図
１）。そして、研磨が進行するにつれ珪酸モノマーの濃
度は高くなり、スラリー中の濃度が１００p.p.m.を越え
る辺りから２個の珪酸分子間で脱水反応が起こり珪酸ダ
イマー（２量体）が形成される。更に反応が進んで珪酸
ポリマー（多量体）を形作って行きこれがクロスの目に
固く固着し目詰まりとなる。しかしこの時スラリー中
に、疑似的に脱水反応が起こっているように水素結合を
作る物質、つまりＯＨ基を有する１価の低級アルコール
などを添加すると重合を抑制できるようになる。これ
は、添加されたアルコールのＯＨ基と珪酸モノマーのＯ
Ｈ基が水素結合し珪酸ダイマーの形成を防止し、ひいて
は珪酸ポリマーの生成を抑制していると考えられる。
考えられる。前述したように、研磨されたスラリー中に
溶け出したシリコン：Ｓｉは純水：Ｈ2 Ｏと反応し珪酸
モノマー（単量体）：Ｓｉ（ＯＨ）4 が生成される（図
１）。そして、研磨が進行するにつれ珪酸モノマーの濃
度は高くなり、スラリー中の濃度が１００p.p.m.を越え
る辺りから２個の珪酸分子間で脱水反応が起こり珪酸ダ
イマー（２量体）が形成される。更に反応が進んで珪酸
ポリマー（多量体）を形作って行きこれがクロスの目に
固く固着し目詰まりとなる。しかしこの時スラリー中
に、疑似的に脱水反応が起こっているように水素結合を
作る物質、つまりＯＨ基を有する１価の低級アルコール
などを添加すると重合を抑制できるようになる。これ
は、添加されたアルコールのＯＨ基と珪酸モノマーのＯ
Ｈ基が水素結合し珪酸ダイマーの形成を防止し、ひいて
は珪酸ポリマーの生成を抑制していると考えられる。
【０００９】一般的に高純度でＯＨ基を有する化合物
は、ＮＨ4 ＯＨとアルコール（ＲＯＨ）である。但し、
前者は添加量が多いと強アルカリ性となり、また臭いが
あり人体への許容量が２５p.p.m.（１８mg／ｍ3 ）で使
いにくい。後者は種々化合物があるが、溶液は全て中性
で、蒸気圧が低く、反応性が適当なものを選択できる。
本発明では後述するように１価低級アルコールで良い反
応性が見られた。又、珪酸ポリマーの生成を抑制する効
果的なＯＨ基濃度は種々実験から、０．４ mol／Ｌ以上
と判明しているが、３ mol／Ｌを越える辺りから重合抑
制の効果が見られなくなる上に２ mol／Ｌを越えるとス
ラリー中のコロイダルシリカ濃度が相対的に下がり研磨
スピードの低下が顕著になってくる。０．４〜２ mol／
ＬのＯＨ基濃度が有効な範囲である。
は、ＮＨ4 ＯＨとアルコール（ＲＯＨ）である。但し、
前者は添加量が多いと強アルカリ性となり、また臭いが
あり人体への許容量が２５p.p.m.（１８mg／ｍ3 ）で使
いにくい。後者は種々化合物があるが、溶液は全て中性
で、蒸気圧が低く、反応性が適当なものを選択できる。
本発明では後述するように１価低級アルコールで良い反
応性が見られた。又、珪酸ポリマーの生成を抑制する効
果的なＯＨ基濃度は種々実験から、０．４ mol／Ｌ以上
と判明しているが、３ mol／Ｌを越える辺りから重合抑
制の効果が見られなくなる上に２ mol／Ｌを越えるとス
ラリー中のコロイダルシリカ濃度が相対的に下がり研磨
スピードの低下が顕著になってくる。０．４〜２ mol／
ＬのＯＨ基濃度が有効な範囲である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる研磨用スラ
リーの実施例について説明する。日産化学株式会社製の
コロイダルシリカ含有研磨原液（商品名：ＡＪ−１３２
５）を主体の、炭酸ナトリウム：Ｎａ2 ＣＯ3 でｐＨ１
０〜１１に調整したスラリー（研磨液濃度：１２％前
後）７０リットルにイソプロピルアルコール（株式会社
徳山ソーダ製：高純度半導体用）を３リットル添加して
研磨用スラリーを形成する。そして、この研磨用スラリ
ーを用いて通常の操業条件でシリコンウエハを研磨加工
したところ、イソプロピルアルコールを全く添加しない
スラリーに比べクロスは外観上全く目詰まりせず、従来
のクロスライフ（クロス寿命）に達しても何の変化も見
られなかった。
リーの実施例について説明する。日産化学株式会社製の
コロイダルシリカ含有研磨原液（商品名：ＡＪ−１３２
５）を主体の、炭酸ナトリウム：Ｎａ2 ＣＯ3 でｐＨ１
０〜１１に調整したスラリー（研磨液濃度：１２％前
後）７０リットルにイソプロピルアルコール（株式会社
徳山ソーダ製：高純度半導体用）を３リットル添加して
研磨用スラリーを形成する。そして、この研磨用スラリ
ーを用いて通常の操業条件でシリコンウエハを研磨加工
したところ、イソプロピルアルコールを全く添加しない
スラリーに比べクロスは外観上全く目詰まりせず、従来
のクロスライフ（クロス寿命）に達しても何の変化も見
られなかった。
【００１１】図２及び図３にイソプロピルアルコールを
添加しない従来のスラリーと上記した本発明の実施例の
スラリーについて、ウエハ研磨スピードの経時変化、及
び目詰まりによるクロスライフの実験比較を示す。
添加しない従来のスラリーと上記した本発明の実施例の
スラリーについて、ウエハ研磨スピードの経時変化、及
び目詰まりによるクロスライフの実験比較を示す。
【００１２】図２は従来のスラリーと本発明に係る実施
例のスラリーで研磨加工を行った場合の、研磨時間の経
過に伴う研磨スピードの変化（低下）を示す比較図で、
従来のスラリーの場合は研磨開始から時間の経過と共に
急激に減少する傾向にあるが、本発明のスラリーは研磨
スピードの低下が非常に小さく、倍の時間（３００時
間）研磨しても研磨スピードの低下は従来スラリーで約
２５時間研磨した場合の研磨スピードの低下と略同じで
ある。図３は、従来のスラリートと本発明に係る実施例
のスラリーを用いて夫々１０個の試験クロスのクロスラ
イフ（クロス寿命）を測定し、その最大（Ｍａｘ）、最
小（Ｍｉｎ）及び平均値（Ａｖｅ）を示した比較図で、
本発明に係るスラリーを用いて研磨した場合のクロスラ
イフが従来のスラリーによるクロスライフに比較して略
倍近く長いことが分かる。
例のスラリーで研磨加工を行った場合の、研磨時間の経
過に伴う研磨スピードの変化（低下）を示す比較図で、
従来のスラリーの場合は研磨開始から時間の経過と共に
急激に減少する傾向にあるが、本発明のスラリーは研磨
スピードの低下が非常に小さく、倍の時間（３００時
間）研磨しても研磨スピードの低下は従来スラリーで約
２５時間研磨した場合の研磨スピードの低下と略同じで
ある。図３は、従来のスラリートと本発明に係る実施例
のスラリーを用いて夫々１０個の試験クロスのクロスラ
イフ（クロス寿命）を測定し、その最大（Ｍａｘ）、最
小（Ｍｉｎ）及び平均値（Ａｖｅ）を示した比較図で、
本発明に係るスラリーを用いて研磨した場合のクロスラ
イフが従来のスラリーによるクロスライフに比較して略
倍近く長いことが分かる。
【００１３】
【発明の効果】本発明に係る研磨用スラリーは請求項１
に記載するように、ＯＨ基を有する１価の低級アルコー
ルを添加したことによって、従来からの課題であった研
磨クロスの目詰まりを解消でき、、この結果経時的なシ
リコンウエハの研磨スピード低下の防止ばかりでなく、
一定時間ごとに研磨機を停止して行っていたクロスブラ
ッシング作業がなくなり、作業者を危険な重労働から開
放することができる。更にまた、度重なるブラッシング
により再生のきかなくなったクロスの交換頻度も極端に
少なくなって総合的な研磨コスト低減に大きく貢献する
ことができる。このように本発明はウエハ研磨工程全体
の生産性向上に多大なる効果をもたらすことができる。
に記載するように、ＯＨ基を有する１価の低級アルコー
ルを添加したことによって、従来からの課題であった研
磨クロスの目詰まりを解消でき、、この結果経時的なシ
リコンウエハの研磨スピード低下の防止ばかりでなく、
一定時間ごとに研磨機を停止して行っていたクロスブラ
ッシング作業がなくなり、作業者を危険な重労働から開
放することができる。更にまた、度重なるブラッシング
により再生のきかなくなったクロスの交換頻度も極端に
少なくなって総合的な研磨コスト低減に大きく貢献する
ことができる。このように本発明はウエハ研磨工程全体
の生産性向上に多大なる効果をもたらすことができる。
【図１】アモルファスシリカの重合のメカニズムを示す
説明図である。
説明図である。
【図２】従来のスラリーと本発明に係る実施例のスラリ
ーによるクロスライフ（研磨時間）に伴う研磨スピード
の変化を示す比較図である。
ーによるクロスライフ（研磨時間）に伴う研磨スピード
の変化を示す比較図である。
【図３】従来のスラリーと本発明に係る実施例のスラリ
ーによるクロスライフ（研磨時間）の最大、最小及び平
均値を示す比較図である。
ーによるクロスライフ（研磨時間）の最大、最小及び平
均値を示す比較図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 研磨用スラリーを供給しながら半導体シ
リコンウエハを研磨クロスに押圧させて研磨を行う化学
機械研磨方法において、研磨原液を炭酸ナトリウムで所
定のｐＨに調整したスラリーに、ＯＨ基を有する１価の
低級アルコールを添加したことを特徴とする研磨用スラ
リー。 - 【請求項２】 スラリー全体に対する低級アルコールの
ＯＨ基の濃度を０．４〜２ mol／Ｌとしたことを特徴と
する請求項１記載の化学機械研磨用スラリー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26222897A JPH11100569A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 化学機械研磨用スラリー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26222897A JPH11100569A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 化学機械研磨用スラリー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11100569A true JPH11100569A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17372866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26222897A Pending JPH11100569A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 化学機械研磨用スラリー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11100569A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000340530A (ja) * | 1999-05-27 | 2000-12-08 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP26222897A patent/JPH11100569A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000340530A (ja) * | 1999-05-27 | 2000-12-08 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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