KR20220165842A - Cmp용 연마액, cmp용 연마액 세트 및 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태는, 산화세륨 입자 및 물을 함유하는 CMP용 연마액이며, 상기 산화세륨 입자의 분말 X선 회절 차트에 있어서, 2θ=27.000 내지 29.980°의 범위에 나타나는 주 피크의 반값폭이 0.26 내지 0.36°이고, 상기 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 130㎚ 이상 175㎚ 미만이며, 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자의 수가 5,000×103개/mL 이하인 CMP용 연마액에 관한 것이다.

Description

CMP용 연마액, CMP용 연마액 세트 및 연마 방법 {POLISHING LIQUID FOR CMP, POLISHING LIQUID SET FOR CMP, AND POLISHING METHOD}
본 발명의 실시 형태는 CMP용 연마액, CMP용 연마액 세트 및 연마 방법에 관한 것이다.
CMP(화학 기계 연마(케미컬 메카니컬 폴리싱))에 사용하는 CMP용 연마액은 다양한 것이 알려져 있다. CMP용 연마액에 포함되는 지립(연마 입자)에 따라 분류하면, 지립으로서 산화세륨(세리아) 입자를 포함하는 산화세륨 CMP용 연마액, 지립으로서 산화규소(실리카) 입자를 포함하는 산화규소 CMP용 연마액, 지립으로서 산화알루미늄(알루미나) 입자를 포함하는 산화알루미늄 CMP용 연마액, 지립으로서 유기 수지 입자를 포함하는 수지 입자계 CMP용 연마액 등이 알려져 있다.
반도체 소자 제조 공정은 복수의 평탄화 공정을 필요로 하며, 각 공정에 있어서 연마 대상(제거 대상) 물질이 상이하다. 그리고 연마 대상에 따라 상이한 CMP용 연마액이 사용된다. 반도체 소자 제조 공정의 하나로 산화규소 등의 절연 재료를 연마하여 평탄화하는 공정이 있다. STI(쉘로우 트렌치 아이솔레이션) 형성 공정, 층간 절연막 평탄화 공정 등이 그에 해당한다. 절연 재료를 연마하기 위한 CMP용 연마액으로서는 산화규소 CMP용 연마액이 알려져 있지만, 근년 무기 절연 재료에 대한 연마 속도가 보다 빠른 점에서 산화세륨 CMP용 연마액이 주목받고 있다.
특허문헌 1에는, 절연 재료의 연마에 산화세륨 입자를 사용하는 경우, 산화세륨 입자의 결정자경(결정자의 직경)이 크고 또한 결정 변형이 적을수록, 즉, 결정성이 좋을수록 고속 연마가 가능하지만, 한편으로 피연마막에 연마 흠집이 생기기 쉬운 경향이 있는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 산화세륨의 결정성을 적절한 범위로 조정한 산화세륨을 연마재로서 사용함으로써 높은 연마 속도를 유지하면서 연마 흠집을 저감시킬 수 있는 것, 또한 입자 직경 3㎛ 이상의 산화세륨 입자의 함유량을 질량비로 고체 중의 500ppm 이하로 함으로써 연마 흠집을 저감시킬 수 있는 것이 기재되어 있다.
국제 공개 제WO98/14987호 일본 특허 공개 제2008-270341호 공보
반도체 소자의 디자인 룰의 미세화의 진전에 수반하여, 상기와 같은 산화세륨 CMP용 연마액에 대하여 한층 더 연마 흠집의 저감이 요구되고 있다. 예를 들어 STI에 있어서는, 라인 앤드 스페이스가 40㎚ 피치 이하인 부분을 갖는 기판 등이 사용되고 있다. 일반적으로 패턴이 형성된 기판은, 홈이 형성된 트렌치(Trench)부(오목부, 라인부)와, 스토퍼막으로 마스크된 액티브(Active)부(볼록부, 스페이스부)가 교대로 배열된 패턴을 갖고 있다. 예를 들어 「라인 앤드 스페이스가 40㎚ 피치」라는 것은, 라인부와 스페이스부의 폭의 합계가 80㎚인 것을 의미한다. 이러한 보다 미세한 패턴을 형성하는 경우에, 연마 흠집에 대한 요구는 보다 엄중함을 더해 가고 있다.
일반적으로 연마 흠집을 저감시키기 위해서는, CMP용 연마액에 포함되는 지립의 입자 직경을 작게 하는 것이 유효하지만, 동시에 연마 속도가 저하되는 경향이 있다. 또한 단순히 입자 직경을 작게 하는 것만으로는, CMP용 연마액의 보관 중에 지립이 응집하여 큰 입자가 생성되고, 이것이 연마 흠집의 원인이 되는 일이 있다. 반도체 소자 제조 공정의 생산성 향상의 관점에서 연마 속도를 유지하면서 연마 흠집을 저감시킬 것이 요구되고 있지만, 종래의 산화세륨 입자를 사용한 CMP용 연마액은 이 관점에서 반드시 충분했다고는 할 수 없다.
본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 절연 재료에 대한 높은 연마 속도와 적은 연마 흠집의 양립이 가능한 CMP용 연마액, CMP용 연마액 세트 및 기판의 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 형태는, 산화세륨 입자 및 물을 함유하는 CMP용 연마액이며, 상기 산화세륨 입자의 분말 X선 회절 차트에 있어서, 2θ=27.000 내지 29.980°의 범위에 나타나는 주 피크의 반값폭이 0.26 내지 0.36°이고, 상기 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 130㎚ 이상 175㎚ 미만이며, 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자의 수가 5,000×103개/mL 이하인 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한 본 명세서에 있어서, 「L」은 「리터」를 나타낸다.
상기 CMP용 연마액은 수용성 고분자를 더 함유해도 된다.
또한 본 명세서에 있어서 수용성이란, 물 100g에 대하여 25℃에서 0.1g 이상 용해되는 것으로서 정의된다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 상기 CMP용 연마액을 얻기 위한 CMP용 연마액 세트이며, 산화세륨 입자 및 물을 함유하는 제1 액과, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 제2 액을 구비한 CMP용 연마액 세트에 관한 것이다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 절연 재료가 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 상기 CMP용 연마액, 또는 상기 CMP용 연마액 세트에 의하여 얻어진 CMP용 연마액을 사용하여 상기 절연 재료의 불요부를 제거하는 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2014년 5월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-112855호에 기재된 주제와 관련되어 있으며, 그의 개시 내용은 참조에 의하여 여기에 원용된다.
본 발명에 따르면, 절연 재료를 연마하는 CMP 기술에 있어서, 높은 연마 속도와 적은 연마 흠집의 양립이 가능한 CMP용 연마액, CMP용 연마액 세트 및 기판의 연마 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예에서 얻어진 CMP용 연마액에 대하여, 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭과 연마 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서 얻어진 CMP용 연마액에 대하여, 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭과 연마 흠집의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명자들은 결정성의 지표로서, 분말 X선 회절 차트에 있어서 2θ=27.000 내지 29.980°에 관측되는 주 피크의 반값폭(본 명세서에 있어서 「주 피크 반값폭」이라 함)을 이용하여 산화세륨 입자의 결정성을 소정 범위로 하고, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경을 소정 범위로 하며, 또한 소정의 입자 직경 이상의 산화세륨 입자 수를 저감시킴으로써, 절연 재료에 대한 높은 연마 속도와 적은 연마 흠집을 양립 가능한 CMP용 연마액을 제공할 수 있음을 알아내었다.
또한 본 명세서에 있어서 「반값폭」은, 피크의 극대값의 1/2 강도의 2점 간의 간격(소위, 반값폭(FWHM=Full Width at Half Maximum))으로서 정의된다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
(CMP용 연마액)
본 발명의 실시 형태인 CMP용 연마액은 산화세륨 입자와 물을 함유한다. 이하, CMP용 연마액에 포함되는 각 성분에 대하여 상세히 설명한다.
(산화세륨 입자)
산화세륨 입자는, 예를 들어 세륨 화합물을 산화시킴으로써 얻어진다. 세륨 화합물로서는 탄산염, 질산염, 황산염, 옥살산염 등의 세륨염 등을 들 수 있으며, 특히 탄산세륨(세륨의 탄산염)이 바람직하다.
세륨 화합물을 산화시키는 방법으로서는 소성법, 과산화수소 등에 의한 산화법 등을 들 수 있으며, 소성법이 바람직하다.
산화세륨 입자로서는, 산화세륨 입자의 분말 X선 회절 차트에 있어서, 2θ=27.000 내지 29.980°의 범위에 나타나는 주 피크의 반값폭(주 피크 반값폭)이 0.26 내지 0.36°인 것을 이용한다. 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭이 0.36° 이하임으로써 절연 재료에 대한 높은 연마 속도가 얻어진다. 마찬가지의 관점에서 주 피크 반값폭은 0.35° 이하가 바람직하고, 0.34° 이하가 더욱 바람직하다. 또한 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭이 0.26° 이상임으로써 연마 흠집을 저감시킬 수 있다. 마찬가지의 관점에서 주 피크 반값폭은 0.27° 이상이 바람직하고, 0.28° 이상이 더욱 바람직하다.
이들 경향은 절연 재료가 실리콘계 절연 재료인 경우에 현저하다. 또한 절연 재료가 산화규소인 경우에 보다 현저하고, TEOS-CVD법(테트라에톡시실란-화학 기상 성장법) 등으로 형성된 산화규소인 경우에 더욱 현저하다. 또한 상세한 이유는 불분명하지만, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 후술하는 소정 범위에 있는 경우에 보다 현저하다.
여기서, 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭은, X선 회절 장치(예를 들어 가부시키가이샤 리가쿠 제조의 「RINT2100」, 측정 각도: 2θ=27.000 내지 29.980°, 전압: 40㎸, 전류: 20㎃)로 측정했을 때 얻어지는 차트에 있어서의 주 피크의 반값폭의 값을 의미한다. 주 피크란, 2θ=27.000 내지 29.980°의 측정 각도에 있어서의 피크 강도가 가장 큰 피크를 의미한다. 주 피크 반값폭의 측정에는, 건조시킨 산화세륨 입자를 홈을 갖는 유리판에 고정한 샘플을 사용한다. 건조에 의하여 산화세륨 입자가 소결되어 있는 경우에는, 해립한 후에 홈을 갖는 유리판에 고정한다. 해립하는 방법으로서는, 예를 들어 산화세륨 입자의 소결체에 대하여 마노 유발을 사용하여 십수 회전의 마쇄를 행하는 방법이 있다. 또한 측정값에 평활화 및 BG(백그라운드) 제거의 처리를 하여 측정 결과로 한다.
주 피크 반값폭은 산화세륨 입자의 결정성의 지표이다. 반값폭이 크면 결정성이 낮아 1차 입자 직경(결정자 크기)이 작은 경향이 있다. 반대로 반값폭이 작으면 결정성이 높아 1차 입자 직경(결정자 크기)이 큰 경향이 있다.
산화세륨 입자의 주 피크 반값폭을 제어하는 방법으로서는, 예를 들어 소성법에 있어서 온도를 변경하는 방법, 플라즈마를 이용하여 산화세륨을 기화 및 재결정시키는 방법, 분쇄에 의하여 변형을 발생시키는 방법 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 소성법에 있어서 온도를 변경하는 방법의 경우, 온도를 낮춤으로써 주 피크 반값폭은 커지고, 온도를 높임으로써 주 피크 반값폭은 작아진다. 또한 플라즈마를 이용하는 방법의 경우, 냉각 가스를 사용하여 급냉함으로써 주 피크 반값폭은 커지고, 냉각 가스량을 저감시키고 플라즈마 조사 시간을 길게 함으로써 주 피크 반값폭은 작아진다. 또한 분쇄에 의하여 변형을 발생시키는 방법의 경우, 분쇄 압력을 크게 함으로써 주 피크 반값폭은 커지고, 분쇄 압력을 작게 함으로써 주 피크 반값폭은 작아진다. 또한 원심 분리, 침강 분급 등의 공지된 분급 방법에 의해서도 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭을 제어할 수 있다.
산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 130㎚ 이상 175㎚ 미만이다. 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 130㎚ 이상이면 절연 재료에 대한 연마 속도를 높게 할 수 있다. 마찬가지의 관점에서 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 135㎚ 이상이 바람직하고, 140㎚ 이상이 보다 바람직하며, 145㎚ 이상이 더욱 바람직하다. 또한 평균 입자 직경이 175㎚ 미만이면 연마 흠집을 저감시킬 수 있다. 마찬가지의 관점에서 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 170㎚ 미만이 바람직하고, 165㎚ 미만이 보다 바람직하며, 155㎚ 미만이 더욱 바람직하다.
산화세륨 입자의 평균 입자 직경을 조정하는 방법으로서는 분쇄, 분급, 여과 등을 들 수 있다. 이들 방법은 산화세륨 입자에 대하여 행해도 되고, 원료(예를 들어 세륨 화합물)에 대하여 행해도 된다.
여기서, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은, 3가닥의 레이저를 사용한 레이저 회절식 입도 분포계로 측정한 D50의 값(부피 분포의 메디안 직경, 누적 중앙값)을 의미한다. 이러한 입도 분포계로서는, 예를 들어 닛키소 가부시키가이샤 제조의 「마이크로트랙(Microtrac) MT3000Ⅱ」(광원: 반도체 레이저)를 들 수 있으며, 입자 굴절률을 2.20으로 하여 측정할 수 있다.
산화세륨 입자의 입도 분포 및 D50의 값은 계측기에 따라 크게 상이하다. 예를 들어 말번사 제조의 「마스터사이저 마이크로 플러스(MasterSizer Micro Plus)」, 가부시키가이샤 호리바 세이사쿠쇼 제조의 「LA-920」 등이 계측기로서 알려져 있는데, 3가닥의 레이저를 사용한 레이저 회절식 입도 분포계인 상기 「마이크로트랙(Microtrac) MT3000Ⅱ」와는 D50값 및 D99값이 상이한 경우가 있다. 본 발명에서는, 3가닥의 레이저를 사용한 레이저 회절식 입도 분포계를 사용하여 평균 입자 직경을 측정한다.
평균 입자 직경 D50의 측정에는, 적절한 산화세륨 입자 함유량(예를 들어 마이크로트랙(Microtrac)의 경우, DV(Diffraction Volume)값이 0.0010 내지 0.0150이 되는 함유량)이 되기까지 CMP용 연마액을 물로 희석한 샘플을 사용할 수 있다. 또한 CMP용 연마액이, 예를 들어 산화세륨 입자, 첨가제 및 물을 함유하고, 후술하는 바와 같이 산화세륨 입자를 물에 분산시킨 산화세륨 슬러리와, 첨가제를 물에 용해시킨 첨가액으로 나뉘어 보존되어 있는 경우에는, 적절한 산화세륨 입자 함유량이 되기까지 산화세륨 슬러리를 물로 희석하여 측정할 수 있다. DV값은, 검출기에서 수광한 샘플로부터의 산란광 총량을 이용한 농도 지수이며, 샘플 중의 산화세륨 입자 함유량이 높아지면 커진다.
CMP용 연마액은, 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수가 5,000×103개/mL 이하이다. 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수가 5,000×103개/mL 이하이면 연마 흠집을 저감시킬 수 있다. 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수는, 바람직하게는 4,000×103개/mL 이하이고, 보다 바람직하게는 3,500×103개/mL 이하이다. 산화세륨 입자 수는, CMP용 연마액을 필요에 따라 희석 또는 농축함으로써 물 50mL 중의 산화세륨 입자의 함유량이 4㎍으로 조정된 측정용의 샘플을 사용하여 얻어지는 값이다.
여기서, 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수는, 대입자 측정 장치(개수 카운트 방식의 입도 분포계. 예를 들어 파티클 사이징 시스템즈(Particle Sizing Systems)사 제조의 「애큐사이저(AccuSizer) 780 AD」)로 측정한 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자의 개수(개/mL)를 의미한다. 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수의 측정에는, 예를 들어 적절한 산화세륨 입자 함유량(물 50mL 중에 산화세륨 입자가 4㎍이 되는 함유량)이 되기까지 CMP용 연마액을 물로 희석한 샘플을 사용한다. 또한 산화세륨 CMP용 연마액이, 예를 들어 산화세륨 입자, 첨가제 및 물을 함유하고, 후술하는 바와 같이 산화세륨 입자를 물에 분산시킨 산화세륨 슬러리와, 첨가제를 물에 용해시킨 첨가액으로 나뉘어 보존되어 있는 경우에는, 적절한 산화세륨 입자 함유량이 되기까지 산화세륨 슬러리를 물로 희석하여 측정할 수 있다. 대입자 측정 장치는, 레이저 광이 조사된 측정 셀부를 통과하는 입자 개수를 카운트함으로써 측정을 실시한다. 입자의 크기에 따라 산란 강도가 변화되기 때문에, 예를 들어 광 차단 방식과 광 산란 방식의 조합으로 와이드 레인지에서의 대입자 측정을 행할 수 있다.
1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수를 저감시키는 방법으로서는 분쇄하는 방법, 분급하는 방법, 여과하는 방법 등을 들 수 있다. 이들 방법은 산화세륨 입자에 대하여 행해도 되고, 원료(예를 들어 세륨 화합물)에 대하여 행해도 된다.
산화세륨 입자의 함유량은, 양호한 연마 속도가 얻어지는 관점에서 CMP용 연마액 전체 질량 기준으로 0.1질량% 이상이 바람직하고, 0.2질량% 이상이 보다 바람직하며, 0.3질량% 이상이 더욱 바람직하다. 또한 입자의 응집이 억제되어 피연마부에 흠집이 생기기 어려워지는 관점에서 CMP용 연마액 전체 질량 기준으로 20질량% 이하가 바람직하고, 5.0질량% 이하가 보다 바람직하며, 2.0질량% 이하가 더욱 바람직하다.
(물)
물로서는 특별히 제한되지 않지만, 탈이온수, 이온 교환수, 초순수 등이 바람직하다. 물의 함유량은 각 함유 성분의 함유량의 잔량부여도 되며, CMP용 연마액 중에 함유되어 있으면 특별히 한정되지 않는다. 또한 CMP용 연마액은, 필요에 따라 물 이외의 용매를 더 함유해도 된다. 물 이외의 용매로서는, 예를 들어 에탄올, 아세톤 등의 극성 용매 등을 들 수 있다.
(첨가제)
본 발명의 CMP용 연마액은 첨가제를 더 함유해도 된다. 첨가제로서는 수용성 고분자, 유기산 등을 들 수 있다.
<수용성 고분자>
CMP용 연마액에는 수용성 고분자를 사용할 수 있다. 수용성 고분자로서는, 예를 들어 다당류, 비닐계 중합체, 아크릴산계 중합체 등을 들 수 있다. 이것에 의하여, 연마 종료 후의 피연마부(예를 들어 산화규소부)의 평탄성을 향상시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 요철을 갖는 피연마부를 연마했을 경우에 일부가 과잉으로 연마되어 접시와 같이 오목해지는 현상, 소위 디싱이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이 효과는, 수용성 고분자와 산화세륨 입자를 병용함으로써 보다 효율적으로 얻어진다. 수용성 고분자는 1종을 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 수용성 고분자 중에서도 아크릴산계 중합체가 바람직하다.
다당류로서는 알긴산, 펙틴산, 카르복시메틸셀룰로오스, 한천, 커들란, 풀루란 등을 들 수 있다. 비닐계 중합체로서는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크롤레인 등을 들 수 있다.
상기 아크릴산계 중합체는, 중합 성분으로서 C=C-COOH 골격을 포함하는 원료를 중합 또는 공중합시켜 얻어지는 구조를 갖는 중합체로서 정의된다. 상기 아크릴산계 중합체를 얻기 위한 상기 중합 성분으로서는, 구체적으로는, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 비닐아세트산, 티글산, 2-트리플루오로메틸아크릴산, 이타콘산, 푸마르산, 말레산, 시트라콘산, 메사콘산, 글루콘산 등의 카르복실산류; 아크릴산메틸, 아크릴산부틸, 메타크릴산메틸, 메타크릴산부틸 등의 아크릴산에스테르류; 카르복실산류의 염 등을 들 수 있다. 염으로서는 암모늄염, 알칼리 금속염, 알킬아민염 등을 들 수 있으며, 암모늄염이 바람직하다.
수용성 고분자의 중량 평균 분자량은 특별히 제한은 없지만, 평탄성의 향상 효과가 얻어지기 쉽다는 관점에서 1,000 이상이 바람직하고, 2,000 이상이 보다 바람직하며, 3,000 이상이 더욱 바람직하다. 또한 수용성 고분자의 중량 평균 분자량은, 피연마부의 연마 속도가 충분히 얻어지고 또한 산화세륨 입자의 응집이 일어나기 어렵다는 관점에서 100,000 이하가 바람직하고, 50,000 이하가 보다 바람직하며, 20,000 이하가 더욱 바람직하고, 15,000 이하가 특히 바람직하며, 10,000 이하가 극히 바람직하다.
또한 수용성 고분자의 중량 평균 분자량은 겔 침투 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography(GPC))로 측정할 수 있다.
수용성 고분자로서 아크릴산계 중합체를 사용하는 경우, 그의 중량 평균 분자량은 하기 방법에 의하여 측정할 수 있다. 또한 본 명세서에 있어서, 「min」은 「분」을 나타낸다.
사용 기기(검출기): 가부시키가이샤 히타치 세이사쿠쇼 제조, 「L-3300형」 액체 크로마토그래프용 시차 굴절률계
펌프: 가부시키가이샤 히타치 세이사쿠쇼 제조, 액체 크로마토그래프용 「L-7100」
탈가스 장치: 없음
데이터 처리: 가부시키가이샤 히타치 세이사쿠쇼 제조, GPC 인테그레이터 「D-2520」
칼럼: 쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조, 「쇼덱스 아사히팩(Shodex Asahipak) GF-710HQ」, 내경 7.6㎜×300㎜
용리액: 50mM-Na2HPO4 수용액/아세토니트릴=90/10(v/v)
측정 온도: 25℃
유량: 0.6mL/min
측정 시간: 30min
시료: 수지분 농도 2질량%가 되도록 용리액과 동일한 조성의 용액으로 농도를 조정하고, 0.45㎛의 폴리테트라플루오로에틸렌 필터로 여과하여 조제한 시료
주입량: 0.4μL
표준 물질: 폴리머 래보러토리즈(Polymer Laboratories) 제조, 협분자량 폴리아크릴산나트륨
수용성 고분자로서 아크릴산계 중합체 이외의 것을 사용하는 경우, 그의 중량 평균 분자량은 하기 방법에 의하여 측정할 수 있다.
사용 기기(검출기): 가부시키가이샤 히타치 세이사쿠쇼 제조, RI-모니터 「L-3000」
펌프: 가부시키가이샤 히타치 세이사쿠쇼 제조의 「L-6000」
탈가스 장치: 쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조의 「쇼덱스 디가스(Shodex DEGAS)」(「Shodex」는 등록 상표)
데이터 처리: 가부시키가이샤 히타치 세이사쿠쇼 제조, GPC 인테그레이터 「D-2200」
칼럼: 히타치 가세이 가부시키가이샤 제조의 「GL-R440」, 「GL-R430」, 「GL-R420」을 이 순서대로 연결하여 사용
용리액: 테트라히드로푸란(THF)
측정 온도: 23℃
유량: 1.75mL/min
측정 시간: 45min
주입량: 10μL
표준 물질: 도소 가부시키가이샤 제조, 표준 폴리스티렌(분자량: 190000, 17900, 9100, 2980, 578, 474, 370, 266)
수용성 고분자를 함유하는 경우, 그의 함유량은, 연마 종료 후의 피연마부(예를 들어 절연 재료부)의 평탄성을 향상시키는 관점에서 CMP용 연마액 전체 질량 기준으로 0.01질량% 이상이 바람직하고, 0.02질량% 이상이 보다 바람직하며, 0.03질량% 이상이 더욱 바람직하고, 0.04질량% 이상이 특히 바람직하며, 0.05질량% 이상이 극히 바람직하다. 또한 수용성 고분자의 함유량은, 피연마부의 연마 속도를 충분히 향상시키는 관점에서 CMP용 연마액 전체 질량 기준으로 0.5질량% 이하가 바람직하고, 0.3질량% 이하가 보다 바람직하며, 0.2질량% 이하가 더욱 바람직하고, 0.1질량% 이하가 특히 바람직하다. 수용성 고분자의 함유량은, CMP용 연마액 또는 첨가액 중의 상기 수용성 고분자의 함유량을 정량함으로써 측정된다.
<유기산>
CMP용 연마액은 수용성 고분자 이외에 유기산을 함유해도 된다. 유기산은 염이어도 된다. 이하, 본 명세서에 있어서, 유기산 및 유기산의 염을 간단히 「유기산」이라고도 한다. 유기산은 연마 속도를 향상시키고, 또한 연마 종료 후의 피연마부(예를 들어 산화규소부)의 평탄성을 향상시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 요철을 갖는 피연마면을 연마했을 경우에 연마 시간을 단축할 수 있는 것 외에, 일부가 과잉으로 연마되어 접시와 같이 오목해지는 현상, 소위 디싱이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이 효과는, 유기산과 수용성 고분자와 산화세륨 입자를 병용함으로써 보다 효율적으로 얻어진다. 유기산은 1종을 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
유기산으로서는 -COOM기, -Ph-OM기, -SO3M기 및 -PO3M2기(식 중, M은 H+ 또는 양이온이고, Ph는 치환기를 갖고 있어도 되는 페닐기를 나타냄)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개의 기를 갖고 있으며, pKa가 9 미만인 것이 바람직하다. 양이온으로서는 NH4 +, Na+ 및 K+ 등을 들 수 있다. 이러한 유기산으로서는, 국제 공개 제2012/086781호에 유기산 A로서 기재되는 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 유기산의 예시는 여기에 원용된다.
유기산은, CMP용 연마액 중에서 적어도 그의 일부 이상이 유기산 이온이 되어 수소 이온을 방출하여 원하는 영역에 pH를 유지할 수 있다는 관점에서, 실온(25℃)에 있어서의 산 해리 상수 pKa(pKa가 2개 이상 있는 경우에는 가장 낮은 제1 단계의 pKa1)가 9 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 8 미만, 더욱 바람직하게는 7 미만, 특히 바람직하게는 6 미만, 가장 바람직하게는 5 미만이다. 또한 하한은 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 -10 이상이다.
유기산을 함유하는 경우, 그의 함유량은, 연마 종료 후의 피연마부(예를 들어 절연 재료부)의 평탄성을 향상시키는 관점에서 CMP용 연마액 전체 질량 기준으로 0.001질량% 이상이 바람직하고, 0.002질량% 이상이 보다 바람직하며, 0.003질량% 이상이 더욱 바람직하고, 0.004질량% 이상이 특히 바람직하며, 0.005질량% 이상이 극히 바람직하다. 또한 유기산의 함유량은, 피연마부의 연마 속도를 충분히 향상시키는 관점에서 CMP용 연마액 전체 질량 기준으로 1질량% 이하가 바람직하고, 0.1질량% 이하가 보다 바람직하며, 0.05질량% 이하가 더욱 바람직하고, 0.03질량% 이하가 특히 바람직하며, 0.01질량% 이하가 극히 바람직하다. 또한 유기산이 염인 경우, 그의 함유량은, 양이온을 H로 치환했을 경우의 질량으로서 계산된다.
(분산제)
CMP용 연마액에는, 산화세륨 입자를 분산시키기 위한 분산제를 함유시킬 수 있다. 분산제는 산화세륨 입자의 표면에 부착되어 분산능을 발휘한다. 분산제로서는 수용성 음이온성 분산제, 수용성 비이온성 분산제, 수용성 양이온성 분산제, 수용성 양성(兩性) 분산제 등을 들 수 있다. 분산제는 1종을 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 그 중에서도 수용성 음이온성 분산제가 바람직하고, 아크릴산계 중합체가 보다 바람직하다. 아크릴산계 중합체에 대해서는 상기와 마찬가지이다.
분산제를 함유하는 경우, 그의 함유량은, 산화세륨 입자의 분산성을 향상시켜 침강을 억제하여 피연마부의 연마 흠집을 더욱 저감시키는 관점에서, 산화세륨 입자에 대하여 0.2질량% 이상이 바람직하고, 0.4질량% 이상이 보다 바람직하며, 0.8질량% 이상이 더욱 바람직하다. 또한 마찬가지의 관점에서 산화세륨 입자에 대하여 200질량% 이하가 바람직하고, 100질량% 이하가 보다 바람직하며, 60질량% 이하가 더욱 바람직하다.
분산제의 중량 평균 분자량은 특별히 제한은 없지만, 절연 재료를 연마할 때 양호한 연마 속도가 얻어지기 쉽다는 관점에서 100 이상이 바람직하고, 1,000 이상이 보다 바람직하며, 1,500 이상이 더욱 바람직하다. 또한 분산제의 중량 평균 분자량은, CMP용 연마액의 보존 안정성이 저하되기 어렵다는 관점에서 150,000 이하가 바람직하고, 25,000 이하가 보다 바람직하며, 20,000 이하가 더욱 바람직하다. 중량 평균 분자량의 측정 방법은 상기와 마찬가지이다.
(CMP용 연마액의 조제 및 보존 방법)
CMP용 연마액은, 예를 들어 산화세륨 입자와 물을 혼합하여 산화세륨 입자를 분산시키고, 필요에 따라 분쇄, 분급(스크리닝법, 원심 분리법, 침강법 등), 여과 등을 실시하고, 임의 성분인 수용성 고분자, 유기산 등을 더 첨가함으로써 얻어진다. 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭은 분쇄, 분급, 여과 등에 의하여 변화될 수 있지만, 최종적으로 CMP용 연마액에 있어서 0.26 내지 0.36°의 범위에 있으면 된다.
산화세륨 입자를 분산시킬 때, 상기 분산제를 사용해도 된다. CMP용 연마액이 분산제 및 수용성 고분자를 함유하는 경우, 산화세륨 입자, 분산제, 수용성 고분자 및 물을 포함하는 1액식 CMP용 연마액으로 하여 보존해도 된다. 1액식 CMP용 연마액은, 산화세륨 입자와 분산제와 물을 배합하여 산화세륨 입자를 분산시키고, 그 후, 수용성 고분자를 더 첨가함으로써 얻는 것이 바람직하다. 또한 산화세륨 입자, 분산제 및 물을 포함하는 산화세륨 슬러리(제1 액)와, 수용성 고분자 및 물을 포함하는 첨가액(제2 액)으로 구성 성분을 나눈 2액식 CMP용 연마액(CMP용 연마액 세트)으로 하여 보존해도 된다.
1액식 CMP용 연마액에는 수용성 고분자 이외에, 유기산 등의 첨가제가 더 포함되어 있어도 된다. 2액식 CMP용 연마액의 경우에는, 수용성 고분자 이외의 첨가제는 산화세륨 슬러리와 첨가액 중 어느 것에 포함되어도 되지만, 산화세륨 입자의 분산 안정성에 영향이 없는 점에서 첨가액에 포함되는 것이 바람직하다.
산화세륨 슬러리와 첨가액을 나눈 2액식 CMP용 연마액으로 하여 보존하는 경우, 이들 2액의 배합을 임의로 변화시킴으로써 평탄화 특성과 연마 속도의 조정이 가능해진다. 2액식 CMP용 연마액을 사용하여 연마하는 경우, 산화세륨 슬러리 및 첨가액을 각각 별도의 배관으로 송액하고, 이들 배관을 배관 출구의 직전에서 합류시켜 양 액을 혼합하여 연마 정반 상에 공급하는 방법, 연마 직전에 산화세륨 슬러리와 첨가액을 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.
CMP용 연마액은, 필요에 따라 원하는 pH로 조정하여 연마에 사용할 수 있다. pH 조정제로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 질산, 황산, 염산, 인산, 붕산 등의 무기산, 수산화나트륨, 암모니아수, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등의 염기 등을 들 수 있다. CMP용 연마액이 반도체 기판의 연마에 사용되는 경우에는, 암모니아수 또는 산 성분이 적절히 사용된다. pH 조정을 위하여 상기 유기산, 미리 암모니아로 부분적으로 중화된 수용성 고분자의 암모늄염 등을 사용할 수도 있다.
CMP용 연마액의 pH는, CMP용 연마액의 보존 안정성을 향상시키는 관점, 및 피연마부의 흠집의 발생수를 감소시키는 관점에서 3.0 이상이 바람직하고, 3.5 이상이 보다 바람직하며, 4.0 이상이 더욱 바람직하고, 4.5 이상이 특히 바람직하다. 또한 CMP용 연마액의 pH는, 평탄성의 향상 효과를 충분히 발휘시킨다는 관점에서 7.0 이하가 바람직하고, 6.7 이하가 보다 바람직하며, 6.5 이하가 더욱 바람직하다.
CMP용 연마액의 pH는, pH 미터(예를 들어 호리바 세이사쿠쇼 제조의 「모델(Model) F-51」)로 측정할 수 있다. 예를 들어 표준 완충액(프탈산염 pH 완충액 pH: 4.21(25℃), 중성 인산염 pH 완충액 pH: 6.86(25℃))을 사용하여 2점 교정한 후, 전극을 CMP용 연마액에 넣고 25℃에서 2min 이상 경과시켜 안정된 후의 값을 측정한다.
(연마 방법)
본 발명의 실시 형태인 기판의 연마 방법은, 절연 재료가 형성된 기판을 연마하는 방법이며, 상기 CMP용 연마액을 사용하여 절연 재료의 불요부를 제거하는 방법이다. 바람직하게는 연마 대상으로서의 절연 재료가 형성된 기판의 피연마면을 연마 정반의 연마 천에 가압한 상태에서, 기판 상의 피연마면과 연마 천 사이에 상기 CMP용 연마액을 공급하면서 기판과 연마 정반을 상대적으로 움직여 절연 재료를 연마하여, 절연 재료의 불요부를 제거한다.
절연 재료가 형성된 기판으로서는, 반도체 소자 제조에 사용되는 기판, 예를 들어 회로 소자와 배선 패턴이 형성된 단계의 반도체 기판, 회로 소자가 형성된 단계의 반도체 기판 등의 절연 재료가 형성된 반도체 기판을 들 수 있다.
절연 재료로서는, 예를 들어 실리콘계 절연 재료, 유기 절연 재료 등을 들 수 있다. 실리콘계 절연 재료로서는, 산화규소, 플루오로실리케이트 글래스, 오르가노실리케이트 글래스, 실리콘옥시나이트라이드, 수소화 실세스퀴옥산 등의 실리카계 재료, 실리콘카바이드, 실리콘나이트라이드 등을 들 수 있다. 또한 유기 절연 재료로서는 전체 방향족계 저유전율 층간 절연 재료 등을 들 수 있다. 상기 절연 재료는 인, 붕소 등의 원소가 도핑되어 있어도 된다.
이러한 재료를 사용하여 형성된 절연 재료를 상기 CMP용 연마액으로 연마함으로써, 절연 재료 표면의 요철을 해소하여 기판 전체면에 걸쳐 평활한 면으로 할 수 있다. 또한 본 실시 형태의 기판 연마 방법은 STI에도 사용할 수 있다.
반도체 기판에 있어서, 절연 재료는 층간 절연막, BPSG막(보론포스포러스 실리케이트 글래스), STI막 등으로서 기능한다. 절연 재료에는 인, 붕소 등의 원소가 도핑되어 있어도 된다. 절연 재료의 제작 방법으로서는 저압 CVD법, 플라즈마 CVD법 등을 들 수 있다.
이하, 절연 재료가 형성된 반도체 기판의 경우를 예로 들어, 기판의 연마 방법을 더욱 상세히 설명한다.
연마 장치로서는, 절연 재료를 갖는 반도체 기판을 유지하는 홀더와, 회전수를 변경 가능한 모터 등이 설치되어 있고, 연마 천(패드)을 부착 가능한 연마 정반을 갖는 일반적인 연마 장치를 사용할 수 있다. 연마 장치로서는, 예를 들어 어플라이드 머티리얼즈사 제조의 연마 장치 「리플렉션(Reflexion) LK」 등을 사용할 수 있다.
연마 천으로서는 일반적인 부직포, 다공질 우레탄 수지, 다공질 불소 수지 등을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 또한 연마 천에는, CMP용 연마액이 고이는 홈 가공이 실시되어 있는 것이 바람직하다.
연마 조건에 제한은 없지만, 정반의 회전 속도는, 반도체 기판이 튀어 나가지 않도록 회전수 200min-1 이하가 바람직하다. 반도체 기판에 가하는 압력(가공 하중)은 연마 후에 흠집이 발생하지 않도록 100㎪ 이하가 바람직하다. 연마하고 있는 동안에는 연마 천에 CMP용 연마액을 펌프 등으로 연속적으로 공급한다. 이 공급량에 제한은 없지만, 연마 천의 표면이 항시 CMP용 연마액으로 덮여 있는 것이 바람직하다.
연마 종료 후의 반도체 기판은, 흐르는 물 중에서 잘 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 사용하여 반도체 기판 상에 부착한 물방울을 털어내고 건조시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 연마 대상인 절연 재료를 CMP용 연마액으로 연마함으로써, 요철이 있는 절연 재료의 볼록부가 오목부와 비교하여 우선적으로 제거된다. 이것에 의하여, 표면의 요철이 해소되어 반도체 기판 전체면에 걸쳐 평활한 면이 얻어진다. 예를 들어 평탄화된 쉘로우 트렌치를 형성한 후에는 절연 재료 상에 알루미늄, 구리 등을 포함하는 배선을 형성하고, 그 배선 간 및 배선 상에 다시 절연 재료를 형성한 후, CMP용 연마액을 사용하여 당해 절연 재료를 연마하여 평활한 면을 얻는다. 이 공정을 소정 수 반복함으로써, 원하는 층수를 갖는 반도체 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 본 실시 형태인 CMP용 연마액은, 반도체 기판에 형성된 절연 재료뿐만 아니라 각종 반도체 장치의 제조 프로세스 등에도 적용할 수 있다. 또한 CMP용 연마액은, 예를 들어 소정의 배선을 갖는 배선판에 형성된 산화규소막, 유리, 질화규소 등의 절연 재료; 폴리실리콘, Al, Cu, Ti, TiN, W, Ta, TaN 등을 주로 함유하는 막; 포토마스크, 렌즈, 프리즘 등의 광학 유리; ITO 등의 무기 도전막; 유리 및 결정질 재료로 구성되는 광 집적 회로, 광 스위칭 소자, 광 도파로 등; 광 파이버의 단부면; 신틸레이터 등의 광학용 단결정; 고체 레이저 단결정; 청색 레이저 LED용 사파이어 기판; SiC, GaP, GaAs 등의 반도체 단결정; 자기 디스크용 유리 기판; 자기 헤드 등의 연마에도 적용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1)
(산화세륨의 제작)
시판 중인 탄산세륨 수화물 40㎏을 알루미나제 용기에 넣고, 800℃에서 공기 중에서 2시간 소성함으로써 황백색의 분말을 20㎏ 얻었다. 이 분말의 상동정을 X선 회절법으로 행한 바, 산화세륨인 것을 확인하였다. 산화세륨의 주 피크 반값폭을 측정한 바, 0.27°였다.
(산화세륨 분말의 제작)
상기에서 제작한 산화세륨 20㎏을 제트 밀을 사용하여 건식 분쇄(분쇄 1)하여 산화세륨 분말을 얻었다. 산화세륨 분말의 주 피크 반값폭을 측정한 바, 0.30°였다. 건식 분쇄 조건은 처리 횟수 2pass, 압력 0.6㎫로 하였다.
(산화세륨 분쇄액의 제작)
상기에서 제작한 산화세륨 분말 100.0g과 탈이온수 897.5g을 혼합하고, 분산제로서 폴리아크릴산암모늄 수용액(중량 평균 분자량: 8,000, 40질량%) 2.5g을 첨가하고 교반하면서 습식 분쇄(분쇄 2)를 행하여, 산화세륨 분쇄액을 얻었다. 산화세륨 분쇄액에 포함되는 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭을 측정한 바, 0.36°였다. 습식 분쇄 조건은 처리 횟수 25pass, 압력 200㎫로 하였다. 또한 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭의 측정용의 샘플은, 얻어진 산화세륨 분쇄액 10g을 150℃, 1시간으로 건조한 건조 분말을 사용하였다.
(산화세륨 슬러리의 제작)
상기에서 제작한 산화세륨 분쇄액을 원심 분리하여, 평균 입자 직경(D50)이 150㎚가 되도록 상청액을 취출하였다. 원심 분리기 「하이맥(himac) CF12RX, T3S51」(히타치 고키 가부시키가이샤 제조)을 사용하여, 조건을 회전수 2500min-1, 시간 5min, 온도 25℃로 하였다. 얻어진 상청액을, 산화세륨 입자의 농도가 4.0질량%가 되도록 탈이온수로 희석하여, 산화세륨 슬러리를 얻었다. 산화세륨 슬러리에 포함되는 산화세륨 입자의 주 피크 반값폭을 측정한 바, 0.33°였다. 측정용의 샘플의 조제는 산화세륨 분쇄액의 경우와 마찬가지로 행하였다.
레이저 회절식 입도 분포계 「마이크로트랙(Microtrac) MT3000Ⅱ」(닛키소 가부시키가이샤 제조)을 사용하여, 산화세륨 슬러리 중에 있어서의 산화세륨 입자의 평균 입자 직경(D50)을 측정하였다. 측정을 위하여, DV값이 0.0010 내지 0.0013이 되도록 상기 슬러리를 희석하여 측정 샘플로 하였다. 측정에 있어서는, 입자 굴절률: 2.20, 분산매 굴절률: 1.333으로 하였다. D50의 값은 150㎚이고, D99의 값은 330㎚였다.
1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수는 대입자 측정 장치 「애큐사이저(AccuSizer) 780 AD」(파티클 사이징 시스템즈(Particle Sizing Systems)사 제조)로 측정하였다. 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수의 측정에는, 이온 교환수 50mL 중에 포함되는 산화세륨 입자가 4㎍이 되는 농도로 상기 슬러리를 희석한 측정 샘플을 사용하였다. 측정 조건은 측정 개시 농도를 9,000개/mL 이하로 하고, 측정 시간 90sec, 측정 유량 60mL/min으로 하였다. 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수는 1,800×103개/mL였다.
(첨가액의 제작)
유기산으로서 p-톨루엔술폰산 1수화물 0.084g과 탈이온수 700g을 혼합하고, 수용성 고분자로서 폴리아크릴산 수용액(중량 평균 분자량 4,000, 40질량%) 1.75g을 추가하고, 암모니아수(25질량%)를 더 첨가하여 pH 4.5로 조정하였다. 그 후, 탈이온수를 첨가하여 전체량을 740.0g로 하여 첨가액으로 하였다.
(산화세륨 CMP용 연마액의 제작)
얻어진 첨가액에 산화세륨 슬러리 250.0g을 첨가하고, 암모니아수(25질량%)를 더 첨가하여 pH 6.0으로 조정하였다. 그 후, 탈이온수를 첨가하여 전체량을 1,000g으로 하여, 산화세륨 CMP용 연마액을 제작하였다. 산화세륨 CMP용 연마액은 산화세륨 입자를 1.0질량%, 및 첨가제로서 폴리아크릴산(수용성 고분자)을 0.07질량%와 p-톨루엔술폰산(유기산)을 0.0076질량% 포함한다.
산화세륨 CMP용 연마액 중의 산화세륨 입자의 평균 입자 직경을, 상기와 마찬가지로 측정 샘플을 조제하여 레이저 회절식 입도 분포계로 측정하였다. D50의 값은 150㎚이고, D99의 값은 330㎚였다. 마찬가지로, 산화세륨 CMP용 연마액 중의 1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자 수를, 상기와 마찬가지로 측정 샘플을 조제하여 대입자 측정 장치로 측정하였다. 산화세륨 입자 수는 1,800×103개/mL였다. 산화세륨 CMP용 연마액의 pH는 6.0이었다.
(실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 12)
분쇄 1, 분쇄 2 및 원심 분리의 각 조건을 표 1 및 2에 나타내는 조건에 따라 변경하고, 유기산의 첨가량을 표 3에 나타내는 양으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 표 3에 나타내는 산화세륨 CMP용 연마액을 제작하였다. 원심 분리 후에 얻어진 상청액의 탈이온수에 의한 희석은, 산화세륨 입자의 농도를 4.0질량%로 하기 위하여 필요한 경우에 행하였다. 산화세륨 CMP용 연마액은 산화세륨 입자를 1.0질량%, 및 첨가제로서 폴리아크릴산(수용성 고분자)을 0.07질량%와 p-톨루엔술폰산(유기산)을, 표 3에 나타내는 양(0 또는 0.0076질량%) 포함한다. 산화세륨 CMP용 연마액의 pH는 6.0이었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
(절연막의 연마)
연마 시험용의 웨이퍼로서 어드밴텍사 제조의 블랭킷 웨이퍼 「P-TEOS 1.0㎛」(TEOS-CVD법에 의하여 산화규소막이 형성된 웨이퍼, 직경 300㎜)를 사용하였다.
연마 시험용의 웨이퍼 연마에는 연마 장치(어플라이드 머티리얼즈사 제조의 「리플렉션(Reflexion) LK」)를 사용하였다. 기판 설치용의 흡착 패드를 부착한 홀더에 웨이퍼를 세팅하였다. 연마 장치의 직경 600㎜의 연마 정반에 다공질 우레탄 수지제의 연마 천(홈 형상: 동심원 타입, 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)사 제조의 「IC1010」)을 부착하였다. 또한 피연마막인 절연막(산화규소막)면을 아래로 하여 상기 홀더를 연마 정반 상에 싣고, 가공 하중을 21.0㎪로 설정하였다.
상기 연마 정반 상에 상기 산화세륨 CMP용 연마액을 250mL/min의 속도로 적하하면서 연마 정반과 연마 시험용의 웨이퍼를 각각 회전수 90min-1으로 작동시켜, 웨이퍼를 1min 연마하였다. 연마 후의 웨이퍼는 순수로 잘 세정한 후, 건조시켰다.
(연마 속도의 측정)
연마 전의 절연막의 막 두께와 연마 후의 절연막의 막 두께를 측정하여, 연마 전후의 막 두께 차 및 연마 시간으로부터 연마 속도의 산출을 행하였다. 막 두께의 측정에는 필메트릭스사 제조의 막 두께 측정기 「F-80」을 사용하였다.
(연마 흠집 수의 측정)
연마 종료 후의 연마 시험용의 웨이퍼에 대하여 어플라이드 머티리얼즈사 제조의 검사 장치 「컴플러스(Complus)」를 사용하여, 검출 이물 크기를 0.2㎛ 이상으로 설정하여 이물(오목부 및 부착물)을 검출하였다. 검출된 이물에는 흠집 이외의 부착물이 포함되기 때문에, 어플라이드 머티리얼즈사 제조의 주사형 전자 현미경(SEM) 「비전(Vision) G3」으로 각 이물을 관찰하여 오목부를 연마 흠집으로 판단하여, 연마 흠집 수를 카운트하였다.
결과를 표 3에 나타낸다. 표 3으로부터 얻어지는 산화세륨의 주 피크의 반값폭 및 입자 직경과 연마 속도 또는 연마 흠집과의 관계를 도 1 및 2(실시예 1 내지 4, 그리고 비교예 1 내지 8 및 10)에 나타낸다. 표 3 및 도 1 및 2로부터, 본 발명의 실시 형태인 CMP용 연마액에 의하여 절연 재료의 연마 속도를 향상시키고, 또한 연마 흠집의 저감이 달성되는 것이 명백하다.
Figure pat00003

Claims (4)

  1. 산화세륨 입자 및 물을 함유하는 CMP용 연마액이며,
    상기 산화세륨 입자의 분말 X선 회절 차트에 있어서, 2θ=27.000 내지 29.980°의 범위에 나타나는 주 피크의 반값폭이 0.26 내지 0.36°이고,
    상기 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 130㎚ 이상 175㎚ 미만이며,
    1.15㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 산화세륨 입자의 수가 5,000×103개/mL 이하인 CMP용 연마액.
  2. 제1항에 있어서, 수용성 고분자를 더 함유하는 CMP용 연마액.
  3. 제2항에 기재된 CMP용 연마액을 얻기 위한 CMP용 연마액 세트이며,
    산화세륨 입자 및 물을 함유하는 제1 액과, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 제2 액을 구비한 CMP용 연마액 세트.
  4. 절연 재료가 형성된 기판을 연마하는 방법이며,
    제1항 또는 제2항에 기재된 CMP용 연마액, 또는 제3항에 기재된 CMP용 연마액 세트에 의하여 얻어진 CMP용 연마액을 사용하여 상기 절연 재료의 불요부를 제거하는, 기판의 연마 방법.
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