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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-189828(P2015-189828A)
(43)【公開日】2015年11月2日
(54)【発明の名称】研磨用組成物
(51)【国際特許分類】
   C09K 3/14 20060101AFI20151006BHJP
   H01L 21/304 20060101ALI20151006BHJP
   B24B 37/00 20120101ALI20151006BHJP
【FI】
   C09K3/14 550Z
   H01L21/304 622D
   B24B37/00 H
   C09K3/14 550D
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2014-66899(P2014-66899)
(22)【出願日】2014年3月27日
(71)【出願人】
【識別番号】000236702
【氏名又は名称】株式会社フジミインコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100117606
【弁理士】
【氏名又は名称】安部 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100136423
【弁理士】
【氏名又は名称】大井 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100154449
【弁理士】
【氏名又は名称】谷 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100142239
【弁理士】
【氏名又は名称】福富 俊輔
(72)【発明者】
【氏名】今尾 智宏
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 修平
(72)【発明者】
【氏名】森 嘉男
【テーマコード(参考)】
3C158
5F057
【Fターム(参考)】
3C158AA07
3C158CA04
3C158CB03
3C158DA02
3C158DA12
3C158DA17
3C158EA01
3C158EA11
3C158EB01
3C158ED01
3C158ED04
3C158ED05
3C158ED10
3C158ED16
3C158ED24
3C158ED26
5F057AA14
5F057AA28
5F057AA47
5F057BA12
5F057BB03
5F057CA11
5F057CA19
5F057CA21
5F057DA03
5F057EA01
5F057EA07
5F057EA16
5F057EA17
5F057EA21
5F057EA23
5F057EA33
(57)【要約】
【課題】研磨レートを向上させることのできる研磨用組成物を提供すること。
【解決手段】砥粒と、水と、下記一般式(A)で表される化合物とを含み、pHが8〜12である研磨用組成物が提供される。
【化1】

(式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子もしくは炭素原子数4以下のアルキル基である。l、mおよびnは1〜4の整数である。)
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
砥粒と、水と、下記一般式(A):
【化1】
(式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子もしくは炭素原子数4以下のアルキル基である。l、mおよびnは1〜4の整数である。);
で表される化合物と、を含み、
pHが8〜12である、研磨用組成物。
【請求項2】
前記一般式(A)で表される化合物として、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを含む、請求項1に記載の研磨用組成物。
【請求項3】
さらにキレート剤を含む、請求項1または2に記載の研磨用組成物。
【請求項4】
酸化剤を実質的に含まない、請求項1から3のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
【請求項5】
前記砥粒はシリカ粒子である、請求項1から4のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
【請求項6】
シリコンの研磨に用いられる、請求項1から5のいずれか一項に記載の研磨用組成物。



【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨用組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製品の構成要素等として用いられるシリコンウェーハの表面は、一般に、ラッピング工程(粗研磨工程)とポリシング工程(精密研磨工程)とを経て高品位の鏡面に仕上げられる。上記ポリシング工程は、典型的には、予備ポリシング工程(予備研磨工程)とファイナルポリシング工程(最終研磨工程)とを含む。シリコンウェーハ等の半導体基板を研磨する用途で主に使用される研磨組成物に関する技術文献として特許文献1、2が挙げられる。特許文献3は、配線材料としての銅合金の金属膜等を研磨する用途で使用される研磨用組成物に関する技術文献である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−053298号公報
【特許文献2】特開平05−154760号公報
【特許文献3】特開2004−031442号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1には、シリコンウェーハの研磨に使用される研磨用組成物にピペラジンを含有させることが提案されている。同文献には、かかる構成によって、予備ポリシング工程(一次研磨)におけるシリコンウェーハの研磨速度が高まることが記載されている。しかし、近年、環境負荷軽減等の観点からピペラジンの使用を控えたいという要請がある。そのため、ピペラジンに代わる新規な研磨促進剤が望まれている。
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ピペラジンの代替として研磨レートを向上させ得る化合物を含む研磨用組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、研磨用組成物に含有させることで研磨レートを向上させ得る成分を探索した。その結果、特定の化合物を研磨用組成物に含有させることにより、研磨レートを大きく向上させ得ることを見出し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、この明細書によると、砥粒と、水と、下記一般式(A)で表される化合物とを含み、pHが8〜12である研磨用組成物が提供される。
【0008】
一般式(A):
【化1】
ここで、式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子もしくは炭素原子数4以下のアルキル基である。またl,mおよびnは1〜4の整数である。
【0009】
このように環状ジアミンの窒素原子間を架橋する炭素原子鎖を有する化合物を含ませることにより、研磨用組成物の研磨レートを大きく向上させ得る。この研磨用組成物は、典型的にはアルカリ性であり、pHが8〜12である。このことによって、研磨レート向上効果がよりよく発揮される。
【0010】
上記一般式(A)で表される化合物(以下「化合物(A)」と表記することがある。)の好適例として、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが挙げられる。このような構造の化合物(A)によると、研磨レートを向上させる効果が発揮されやすい。
【0011】
ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、前記研磨用組成物は、さらにキレート剤を含む。研磨用組成物にキレート剤を含有させることにより、研磨対象物の金属汚染を抑制することができる。
【0012】
ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、上記研磨用組成物は、酸化剤を実質的に含まない。研磨用組成物中に酸化剤が含まれていると、該組成物が研磨対象物に供給されることで該研磨対象物の表面が酸化されて酸化膜が生じ、これにより研磨レートが低下傾向になり得る。これに対し、上記構成によれば、研磨用組成物が酸化剤を実質的に含まないので、そのような不都合を回避し得る。
【0013】
ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、上記砥粒はシリカ粒子である。砥粒としてシリカ粒子を用いる研磨において、上記化合物(A)による研磨レート向上効果がより好適に発揮され得る。
【0014】
ここに開示される研磨用組成物は、シリコンの研磨、例えばラッピングを経たシリコンのポリシングに好ましく適用することができる。特に好ましい適用対象として、シリコンの予備ポリシングが例示される。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【0016】
<砥粒>
ここに開示される技術において、砥粒の材質や性状は特に制限されず、研磨用組成物の使用目的や使用態様等に応じて適宜選択することができる。砥粒の例としては、無機粒子、有機粒子、および有機無機複合粒子が挙げられる。無機粒子の具体例としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、酸化クロム粒子、二酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化マグネシウム粒子、二酸化マンガン粒子、酸化亜鉛粒子、ベンガラ粒子等の酸化物粒子;窒化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子等の窒化物粒子;炭化ケイ素粒子、炭化ホウ素粒子等の炭化物粒子;ダイヤモンド粒子;炭酸カルシウムや炭酸バリウム等の炭酸塩等が挙げられる。有機粒子の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子やポリ(メタ)アクリル酸粒子(ここで(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸およびメタクリル酸を包括的に指す意味である。)、ポリアクリロニトリル粒子等が挙げられる。このような砥粒は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0017】
上記砥粒としては、無機粒子が好ましく、なかでも金属または半金属の酸化物からなる粒子が好ましい。ここに開示される技術において使用し得る砥粒の好適例としてシリカ粒子が挙げられる。例えば、ここに開示される技術をシリコンウェーハの研磨に使用され得る研磨用組成物に適用する場合、砥粒としてシリカ粒子を用いることが特に好ましい。その理由は、研磨対象物がシリコンウェーハである場合、研磨対象物と同じ元素と酸素原子とからなるシリカ粒子を砥粒として使用すれば研磨後にシリコンとは異なる金属または半金属の残留物が発生せず、シリコンウェーハ表面の汚染や研磨対象物内部にシリコンとは異なる金属または半金属が拡散することによるシリコンウェーハとしての電気特性の劣化などの虞がなくなるからである。さらに、シリコンとシリカの硬度が近いため、シリコンウェーハ表面に過度なダメージを与えることなく研磨加工を行うことができる。かかる観点から好ましい研磨用組成物の一形態として、砥粒としてシリカ粒子のみを含有する研磨用組成物が例示される。また、シリカは高純度のものが得られやすいという性質を有する。このことも砥粒としてシリカ粒子が好ましい理由として挙げられる。シリカ粒子の具体例としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、沈降シリカ等が挙げられる。研磨対象物表面にスクラッチを生じにくく、よりヘイズの低い表面を実現し得るという観点から、好ましいシリカ粒子としてコロイダルシリカおよびフュームドシリカが挙げられる。なかでもコロイダルシリカが好ましい。例えば、シリコンウェーハのポリシング(予備ポリシングおよびファイナルポリシングの少なくとも一方、好ましくは予備ポリシング)に用いられる研磨用組成物の砥粒として、コロイダルシリカを好ましく採用し得る。
【0018】
シリカ粒子を構成するシリカの真比重は、1.5以上であることが好ましく、より好ましくは1.6以上、さらに好ましくは1.7以上である。シリカの真比重の増大によって、シリコンウェーハを研磨する際に、研磨レート(単位時間当たりに研磨対象物の表面を除去する量)が向上し得る。研磨対象物の表面(研磨対象面)に生じるスクラッチを低減する観点からは、真比重が2.2以下のシリカ粒子が好ましい。シリカの真比重としては、置換液としてエタノールを用いた液体置換法による測定値を採用し得る。
【0019】
ここに開示される技術において、研磨用組成物中に含まれる砥粒は、一次粒子の形態であってもよく、複数の一次粒子が会合した二次粒子の形態であってもよい。また、一次粒子の形態の砥粒と二次粒子の形態の砥粒とが混在していてもよい。好ましい一態様では、少なくとも一部の砥粒が二次粒子の形態で研磨用組成物中に含まれている。
【0020】
砥粒の平均一次粒子径は特に制限されないが、研磨速度等の観点から、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上、特に好ましくは20nm以上である。より高い研磨効果を得る観点から、平均一次粒子径は、25nm以上が好ましく、30nm以上がさらに好ましい。平均一次粒子径が40nm以上の砥粒を用いてもよい。また、保存安定性(例えば分散安定性)の観点から、砥粒の平均一次粒子径は、好ましくは100nm以下、より好ましくは80nm以下、さらに好ましくは70nm以下、例えば60nm以下である。
なお、ここに開示される技術において、砥粒の平均一次粒子径は、例えば、BET法により測定される比表面積(m/g)から、D=2727/S(nm)の式により算出することができる。比表面積の測定は、例えば、マイクロメリテックス社製の表面積測定装置、商品名「Flow Sorb II 2300」を用いて行うことができる。
【0021】
砥粒の平均二次粒子径は特に限定されないが、研磨速度等の観点から、好ましくは15nm以上、より好ましくは25nm以上である。より高い研磨効果を得る観点から、平均二次粒子径は、40nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましい。また、保存安定性(例えば分散安定性)の観点から、砥粒の平均二次粒子径は、200nm以下が適当であり、好ましくは150nm以下、より好ましくは100nm以下である。砥粒の平均二次粒子径は、例えば、日機装株式会社製の型式「UPA−UT151」を用いた動的光散乱法により測定することができる。
【0022】
砥粒の平均二次粒子径DP2は、一般に砥粒の平均一次粒子径DP1と同等以上(DP2/DP1≧1)であり、典型的にはDP1よりも大きい(DP2/DP1>1)。特に限定するものではないが、研磨効果および研磨後の表面平滑性の観点から、砥粒のDP2/DP1は、通常は1.05〜3の範囲にあることが適当であり、1.1〜2.5の範囲が好ましく、1.2〜2.3(例えば1.3を超えて2.2以下)の範囲がより好ましい。
【0023】
砥粒の形状(外形)は、球形であってもよく、非球形であってもよい。非球形をなす砥粒の具体例としては、ピーナッツ形状(すなわち、落花生の殻の形状)、繭型形状、金平糖形状、ラグビーボール形状等が挙げられる。
【0024】
特に限定するものではないが、砥粒の一次粒子の長径/短径比の平均値(平均アスペクト比)は、好ましくは1.05以上、さらに好ましくは1.1以上である。砥粒の平均アスペクト比の増大によって、より高い研磨レートが実現され得る。また、砥粒の平均アスペクト比は、スクラッチ低減等の観点から、好ましくは3.0以下であり、より好ましくは2.0以下、さらに好ましくは1.5以下である。
【0025】
上記砥粒の形状(外形)や平均アスペクト比は、例えば、電子顕微鏡観察により把握することができる。平均アスペクト比を把握する具体的な手順としては、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、独立した粒子の形状を認識できる所定個数(例えば200個)の砥粒粒子について、各々の粒子画像に外接する最小の長方形を描く。そして、各粒子画像に対して描かれた長方形について、その長辺の長さ(長径の値)を短辺の長さ(短径の値)で除した値を長径/短径比(アスペクト比)として算出する。上記所定個数の粒子のアスペクト比を算術平均することにより、平均アスペクト比を求めることができる。
【0026】
<化合物(A)>
ここに開示される研磨用組成物は、環状ジアミンの窒素原子間を架橋する炭素原子鎖を有する化合物(典型的には、下記一般式(A)により表される化合物)を含有する。
【0027】
一般式(A):
【化2】
ここで式中のR〜Rは、それぞれ独立に、水素原子もしくは炭素原子数4以下のアルキル基である。またl、mおよびnは1〜4の整数である。
【0028】
化合物(A)において、炭素原子鎖上の置換基R,R,R,R,R,Rは、水素原子もしくは炭素原子数1〜4(好ましくは1〜3、典型的には1または2)のアルキル基であり得る。アルキル基は直鎖状でもよく分岐状でもよい。また、R,R,R,R,R,Rは同じであってもよく異なっていてもよい。炭素原子数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。なお、ここでいうプロピル基とは、n−プロピル基およびイソプロピル基を包含する概念である。またブチル基とは、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基およびtert−ブチル基を包含する概念である。
【0029】
上記一般式中の「l」は、化合物(A)において炭素原子鎖(CR)の繰り返し単位を示す値であり、このlの取り得る範囲は1〜4の範囲内であればいずれの整数をとってもよいが、好ましくは2〜4であり、より好ましくは2または3である。また、一般式中の「m」は、炭素原子鎖(CR)の繰り返し単位を示す値であり、このmの取り得る範囲は1〜4の範囲内であればいずれの整数をとってもよいが、好ましくは2〜4であり、より好ましくは2または3である。また、一般式中の「n」は、炭素原子鎖(CR)の繰り返し単位を示す値であり、このnの取り得る範囲は1〜4の範囲内であればいずれの整数をとってもよいが、好ましくは2〜4であり、より好ましくは2または3である。例えば、l,mおよびnが何れも2〜4(例えば2または3)であることが好ましい。なお、ここでいう「それぞれ独立に」とは、R〜Rの何れもが独立であることのみならず、各繰り返し単位においても独立であることを意味する。したがって、例えば化合物(A)がm個の(CR)をもつ場合、任意のRはm個の(CR)において全てが同じであってもよく、全てが異なっていてもよいことを示している。
【0030】
このような化合物(A)の1種を単独で含んでいてもよく、2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。研磨用組成物に上記化合物(A)を含有させることによって、研磨レートを効果的に向上させることができる。本発明の範囲を限定するものではないが、このような効果が得られる理由として、上記環状ジアミンの分子構造の寄与によって研磨対象物の結合が切れやすくなることが考えられる。すなわち、上記環状ジアミンは、2つの窒素原子の全ての結合がお互いに繋がっているため動きが制限されることで、窒素上の非共有電子対が立体的に局在化しやすく、求核攻撃性が向上することで研磨レートの向上に寄与するものと推測される。
【0031】
化合物(A)の一好適例として、R〜Rが何れも水素原子であるものが挙げられる。そのような化合物(A)の具体例として、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,5−ジアザビシクロ[3.2.1]オクタン、1,5−ジアザビシクロ[3.2.2]ノナン、1,6−ジアザビシクロ[4.2.1]ノナン、1,5−ジアザビシクロ[3.3.2]デカン、1,6−ジアザビシクロ[4.2.2]デカン、1,6−ジアザビシクロ[4.3.1]デカン、1,5−ジアザビシクロ[3.3.3]ウンデカン、1,6−ジアザビシクロ[4.3.2]ウンデカン、1,6−ジアザビシクロ[4.4.1]ウンデカン、1,6−ジアザビシクロ[4.3.3]ドデカン、1,6−ジアザビシクロ[4.4.2]ドデカン、1,6−ジアザビシクロ[4.4.3]トリデカンおよび1,6−ジアザビシクロ[4.4.4]テトラデカン;等が挙げられる。なかでも、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが好ましい。
【0032】
化合物(A)の他の好適例として、R〜Rのうち1つが炭素原子数4以下(好ましくは1〜3、典型的には1または2)のアルキル基であり、他の5つが水素原子である構造;R〜Rのうち2つが炭素原子数4以下のアルキル基であり、他の4つが水素原子である構造;R〜Rのうち3つが炭素原子数4以下のアルキル基であり、他の3つが水素原子である構造;R〜Rのうち4つが炭素原子数4以下のアルキル基であり、他の2つが水素原子である構造;R〜Rのうち5つが炭素原子数4以下のアルキル基であり、他の1つが水素原子である構造;R〜Rが何れも炭素原子数4以下のアルキル基である構造;等が挙げられる。そのような化合物(A)の具体例として、2−メチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2−エチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2−プロピル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2−ブチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2,5−ジメチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2,5−ジエチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2,5−ジプロピル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2,5−ジブチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2−メチル−5−エチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン;等が例示される。
【0033】
〜Rの合計炭素原子数は、通常は24以下(0〜24、1〜22)であり、好ましくは18以下(0〜18、0〜16)であり、より好ましくは12以下(0〜12、1〜10)であり、さらに好ましくは6以下(0〜6、0〜4)である。ここで開示される好適な一態様において、R〜Rの合計炭素原子数は2以下(0〜2)であり得る。
【0034】
特に限定するものではないが、化合物(A)の含有量は、研磨用組成物1リットル(L)当たり0.0001モル以上とすることができる。研磨レート向上の観点から、化合物(A)の含有量を0.0003モル/L以上とすることが好ましく、0.0005モル/L以上とすることがより好ましく、0.0008モル/L以上とすることがさらに好ましい。研磨組成物の安定性の観点からは、通常は、研磨用組成物1L当たりの化合物(A)の含有量を0.2モル/L以下とすることが適当であり、0.1モル/L以下とすることが好ましく、0.05モル/L以下とすることがより好ましい。好ましい一態様において、研磨用組成物1L当たりの化合物(A)の含有量を0.0003〜0.1モル/Lとすることができ、例えば0.0005〜0.05モル/Lとすることができる。
また、化合物(A)の含有量は、砥粒100重量部に対して、例えば0.5重量部以上とすることができる。研磨レート向上の観点から、砥粒100重量部に対する化合物(A)の含有量を5重量部以上とすることが好ましく、10重量部以上とすることがより好ましく、20重量部以上とすることがさらに好ましい。また、砥粒100重量部に対する化合物(A)の含有量を50重量部以下とすることが適当であり、45重量部以下とすることが好ましく、40重量部以下とすることがより好ましい。
【0035】
<水>
ここに開示される研磨用組成物を構成する水としては、イオン交換水(脱イオン水)、純水、超純水、蒸留水等を好ましく用いることができる。使用する水は、研磨用組成物に含有される他の成分の働きが阻害されることを極力回避するため、例えば遷移金属イオンの合計含有量が100ppb以下であることが好ましい。例えば、イオン交換樹脂による不純物イオンの除去、フィルタによる異物の除去、蒸留等の操作によって水の純度を高めることができる。
ここに開示される研磨用組成物は、必要に応じて、水と均一に混合し得る有機溶剤(低級アルコール、低級ケトン等)をさらに含有してもよい。通常は、研磨用組成物に含まれる溶媒の90体積%以上が水であることが好ましく、95体積%以上(典型的には99〜100体積%)が水であることがより好ましい。
【0036】
ここに開示される研磨用組成物は、本発明の効果を大きく損なわない範囲で、前記化合物(A)以外の塩基性化合物を、意図的あるいは非意図的に含有し得る。このような任意成分としての塩基性化合物は、有機塩基性化合物であってもよく、無機塩基性化合物であってもよい。塩基性化合物は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0037】
有機塩基性化合物の例としては、テトラアルキルアンモニウム塩等の第四級アンモニウム塩が挙げられる。上記アンモニウム塩におけるアニオンは、例えば、OH、F、Cl、Br、I、ClO、BH等であり得る。例えば、コリン、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等の第四級アンモニウム塩を好ましく使用し得る。なかでもテトラメチルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。
有機塩基性化合物の他の例としては、テトラアルキルホスホニウム塩等の第四級ホスホニウム塩が挙げられる。上記ホスホニウム塩におけるアニオンは、例えば、OH、F、Cl、Br、I、ClO、BH等であり得る。例えば、テトラメチルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラプロピルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム等のハロゲン化物、水酸化物を好ましく使用し得る。
有機塩基性化合物の他の例としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノールアミン、N−(β−アミノエチル)エタノールアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等のアミン類;無水ピペラジン、ピペラジン六水和物、1−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−メチルピペラジン等のピペラジン類;2−(メチルアミノ)ピリジン、3−(メチルアミノ)ピリジン、4−(メチルアミノ)ピリジン、2−(ジメチルアミノ)ピリジン、3−(ジメチルアミノ)ピリジン、4−(ジメチルアミノ)ピリジン等のアミノピリジン類;イミダゾールやトリアゾール等のアゾール類;グアニジン;等が挙げられる。
【0038】
無機塩基性化合物の例としては、アンモニア;アンモニア、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等;等が挙げられる。上記水酸化物の具体例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。上記炭酸塩または炭酸水素塩の具体例としては、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。
【0039】
前記化合物(A)以外の有機塩基性化合物を使用する場合、その使用量は、通常、砥粒1kg当たり4モル未満とすることが適当であり、表面品質等の観点から3モル未満とすることが好ましく、2モル未満とすることがより好ましい。ここに開示される研磨用組成物は、前記化合物(A)以外の有機塩基性化合物を実質的に含有しない組成であってもよい。ここで、研磨用組成物が有機塩基性化合物を実質的に含有しないとは、少なくとも意図的には有機塩基性化合物を含有させないことをいう。したがって、原料や製法に由来して微量(例えば、砥粒1kg当たり0.01モル以下、好ましくは0.005モル以下)の有機塩基性化合物が不可避的に含まれている研磨用組成物は、ここでいう有機塩基性化合物を実質的に含有しない研磨用組成物の概念に包含され得る。
【0040】
無機塩基性化合物を使用する場合、その使用量は、通常、砥粒1kg当たり1モル未満とすることが適当であり、表面品質等の観点から0.5モル未満とすることが好ましく、0.2モル未満とすることがより好ましい。あるいは、ここに開示される研磨用組成物は、無機塩基性化合物を実質的に含有しない組成であってもよい。
【0041】
<キレート剤>
ここに開示される研磨用組成物には、任意成分として、キレート剤を含有させることができる。キレート剤は、研磨用組成物中に含まれ得る金属不純物と錯イオンを形成してこれを捕捉することにより、金属不純物による研磨対象物の汚染を抑制する働きをする。キレート剤は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
キレート剤の例としては、アミノカルボン酸系キレート剤および有機ホスホン酸系キレート剤が挙げられる。アミノカルボン酸系キレート剤の例には、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸アンモニウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、トリエチレンテトラミン六酢酸およびトリエチレンテトラミン六酢酸ナトリウムが含まれる。有機ホスホン酸系キレート剤の例には、2−アミノエチルホスホン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、エタン−1,1−ジホスホン酸、エタン−1,1,2−トリホスホン酸、エタン−1−ヒドロキシ−1,1−ジホスホン酸、エタン−1−ヒドロキシ−1,1,2−トリホスホン酸、エタン−1,2−ジカルボキシ−1,2−ジホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、2−ホスホノブタン−1,2−ジカルボン酸、1−ホスホノブタン−2,3,4−トリカルボン酸およびα−メチルホスホノコハク酸が含まれる。これらのうち有機ホスホン酸系キレート剤がより好ましく、なかでも好ましいものとしてアミノトリ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)およびジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)が挙げられる。
【0042】
特に限定するものではないが、キレート剤の含有量は、研磨用組成物1リットル(L)当たり0.000005モル以上とすることができる。金属不純物による汚染抑制の観点から、化合物(A)の含有量を0.00001モル/L以上とすることが好ましく、0.00003モル/L以上とすることがより好ましく、0.00005モル/L以上とすることがさらに好ましい。研磨組成物の安定性の観点からは、通常は、研磨用組成物1L当たりのキレート剤の含有量を0.005モル/L以下とすることが適当であり、0.002モル/L以下とすることが好ましく、0.001モル/L以下とすることがより好ましい。
また、キレート剤の含有量は、砥粒100重量部に対して、例えば0.01重量部以上とすることができ、0.05重量部以上とすることが好ましく、0.1重量部以上とすることがより好ましく、0.2重量部以上とすることがさらに好ましい。また、砥粒100重量部に対するキレート剤の含有量の含有量を5重量部以下とすることが適当であり、3重量部以下とすることが好ましく、1重量部以下とすることがより好ましい。
【0043】
<その他の成分>
ここに開示される研磨用組成物は、本発明の効果が著しく妨げられない範囲で、水溶性高分子、有機酸、有機酸塩、無機酸、無機酸塩、防腐剤、防カビ剤等の、研磨用組成物(典型的には、シリコンウェーハのポリシング工程に用いられる研磨用組成物)に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。
【0044】
水溶性高分子の例としては、セルロース誘導体、デンプン誘導体、オキシアルキレン単位を含むポリマー、窒素原子を含有するポリマー、ビニルアルコール系ポリマー等が挙げられる。具体例としては、ヒドロキシエチルセルロース、プルラン、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合体やブロック共重合体、ポリビニルアルコール、ポリイソプレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリイソアミレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロイルモルホリン、ポリアクリルアミド等が挙げられる。水溶性高分子は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0045】
有機酸の例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の脂肪酸、安息香酸、フタル酸等の芳香族カルボン酸、クエン酸、シュウ酸、酒石酸、リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、有機スルホン酸、有機ホスホン酸等が挙げられる。有機酸塩の例としては、有機酸のアルカリ金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)やアンモニウム塩等が挙げられる。無機酸の例としては、硫酸、硝酸、塩酸、炭酸等が挙げられる。無機酸塩の例としては、無機酸のアルカリ金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)やアンモニウム塩が挙げられる。有機酸およびその塩、ならびに無機酸およびその塩は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
防腐剤および防カビ剤の例としては、イソチアゾリン系化合物、パラオキシ安息香酸エステル類、フェノキシエタノール等が挙げられる。
【0046】
ここに開示される研磨用組成物は、酸化剤を実質的に含まないことが好ましい。研磨用組成物中に酸化剤が含まれていると、当該組成物が研磨対象物(例えばシリコンウェーハ)に供給されることで該研磨対象物の表面が酸化されて酸化膜が生じ、これにより所要研磨時間が長くなってしまうことがあり得るためである。ここでいう酸化剤の具体例としては、過酸化水素(H)、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等が挙げられる。なお、研磨用組成物が酸化剤を実質的に含まないとは、少なくとも意図的には酸化剤を含有させないことをいう。したがって、原料や製法等に由来して微量(例えば、研磨用組成物中における酸化剤のモル濃度が0.0005モル/L以下、好ましくは0.0001モル以下、より好ましくは0.00001モル/L以下、特に好ましくは0.000001モル/L以下)の酸化剤が不可避的に含まれている研磨用組成物は、ここでいう酸化剤を実質的に含有しない研磨用組成物の概念に包含され得る。
【0047】
<研磨液>
ここに開示される研磨用組成物は、典型的には該研磨用組成物を含む研磨液の形態で研磨対象物に供給されて、その研磨対象物の研磨に用いられる。上記研磨液は、例えば、ここに開示されるいずれかの研磨用組成物を希釈(典型的には、水により希釈)して調製されたものであり得る。あるいは、該研磨用組成物をそのまま研磨液として使用してもよい。すなわち、ここに開示される技術における研磨用組成物の概念には、研磨対象物に供給されて該研磨対象物の研磨に用いられる研磨液(ワーキングスラリー)と、希釈して研磨液として用いられる濃縮液(研磨液の原液)との双方が包含される。ここに開示される研磨用組成物を含む研磨液の他の例として、該組成物のpHを調整してなる研磨液が挙げられる。
【0048】
ここに開示される研磨液における砥粒の含有量は特に制限されないが、典型的には0.05重量%以上であり、0.1重量%以上であることが好ましく、0.3重量%以上であることがより好ましく、0.5重量%以上であることがさらに好ましい。砥粒の含有量の増大によって、より高い研磨レートが実現され得る。また、研磨用組成物の分散安定性等の観点から、通常は、上記含有量は、10重量%以下が適当であり、好ましくは7重量%以下、より好ましくは5重量%以下、さらに好ましくは3重量%以下である。
【0049】
研磨液のpHは、8.0以上(例えば8.5以上)であることが好ましく、より好ましくは9.0以上、さらに好ましくは9.5以上である。研磨液のpHが高くなると、研磨レートが向上する傾向にある。研磨液のpHの上限値は特に制限されないが、12.0以下(例えば11.5以下)であることが好ましく、11.0以下であることがより好ましい。このことによって、研磨対象物をより良く研磨することができる。上記pHは、シリコンウェーハの研磨に用いられる研磨液に好ましく適用され得る。研磨液のpHは、pHメータ(例えば、堀場製作所製のガラス電極式水素イオン濃度指示計(型番F−23))を使用し、標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液 pH:4.01(25℃)、中性リン酸塩pH緩衝液 pH:6.86(25℃)、炭酸塩pH緩衝液 pH:10.01(25℃))を用いて3点校正した後で、ガラス電極を研磨液に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定することにより把握することができる。
【0050】
<濃縮液>
ここに開示される研磨用組成物は、研磨対象物に供給される前には濃縮された形態(すなわち、研磨液の濃縮液の形態)であってもよい。このように濃縮された形態の研磨用組成物は、製造、流通、保存等の際における利便性やコスト低減等の観点から有利である。濃縮倍率は、例えば、体積換算で2倍〜100倍程度とすることができ、通常は5倍〜50倍程度が適当である。好ましい一態様に係る研磨用組成物の濃縮倍率は10倍〜40倍である。
【0051】
このように濃縮液の形態にある研磨用組成物は、所望のタイミングで希釈して研磨液を調製し、その研磨液を研磨対象物に供給する態様で使用することができる。上記希釈は、典型的には、上記濃縮液に前述の水系溶媒を加えて混合することにより行うことができる。また、上記水系溶媒が混合溶媒である場合、該水系溶媒の構成成分のうち一部の成分のみを加えて希釈してもよく、それらの構成成分を上記水系溶媒とは異なる量比で含む混合溶媒を加えて希釈してもよい。また、後述するように多剤型の研磨用組成物においては、それらのうち一部の剤を希釈した後に他の剤と混合して研磨液を調製してもよく、複数の剤を混合した後にその混合物を希釈して研磨液を調製してもよい。
【0052】
上記濃縮液における砥粒の含有量は、例えば50重量%以下とすることができる。研磨用組成物の安定性(例えば、砥粒の分散安定性)や濾過性等の観点から、通常、上記含有量は、好ましくは45重量%以下であり、より好ましくは40重量%以下である。好ましい一態様において、砥粒の含有量を30重量%以下としてもよく、20重量%以下(例えば15重量%以下)としてもよい。また、製造、流通、保存等の際における利便性やコスト低減等の観点から、砥粒の含有量は、例えば0.5重量%以上とすることができ、好ましくは1重量%以上、より好ましくは3重量%以上(例えば4重量%以上)である。
【0053】
ここに開示される研磨用組成物は、一剤型であってもよいし、二剤型を始めとする多剤型であってもよい。例えば、該研磨用組成物の構成成分(典型的には、水系溶媒以外の成分)のうち一部の成分を含むA液と、残りの成分を含むB液とが混合されて研磨対象物の研磨に用いられるように構成されていてもよい。
【0054】
<研磨用組成物の調製>
ここに開示される研磨用組成物の製造方法は特に限定されない。例えば、翼式攪拌機、超音波分散機、ホモミキサー等の周知の混合装置を用いて、研磨用組成物に含まれる各成分を混合するとよい。これらの成分を混合する態様は特に限定されず、例えば全成分を一度に混合してもよく、適宜設定した順序で混合してもよい。
【0055】
<用途>
ここに開示される研磨用組成物は、種々の材質および形状を有する研磨対象物の研磨に適用され得る。研磨対象物の材質は、例えば、シリコン、アルミニウム、ニッケル、タングステン、銅、タンタル、チタン、ステンレス鋼、ゲルマニウム等の金属もしくは半金属、またはこれらの合金;石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ガラス状カーボン等のガラス状物質;アルミナ、シリカ、サファイア、窒化ケイ素、窒化タンタル、炭化チタン等のセラミック材料;炭化ケイ素、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム等の化合物半導体基板材料;ポリイミド樹脂等の樹脂材料;等であり得る。これらのうち複数の材質により構成された研磨対象物であってもよい。なかでも、シリコンからなる表面を備えた研磨対象物の研磨に好適である。ここに開示される技術は、例えば、砥粒としてシリカ粒子を含む研磨用組成物(典型的には、砥粒としてシリカ粒子のみを含む研磨用組成物)であって、研磨対象物がシリコンである研磨用組成物に対して特に好ましく適用され得る。
研磨対象物の形状は特に制限されない。ここに開示される研磨用組成物は、例えば、板状や多面体状等の、平面を有する研磨対象物、もしくは研磨対象物の端部の研磨(例えばウェーハエッジの研磨)に好ましく適用され得る。
【0056】
<研磨>
ここに開示される研磨用組成物は、シリコン基板(例えば、単結晶または多結晶のシリコンウェーハ)を研磨するための研磨用組成物として好ましく使用され得る。以下、ここに開示される研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する方法の好適な一態様につき説明する。
すなわち、ここに開示されるいずれかの研磨用組成物を含む研磨液を用意する。上記研磨液を用意することには、研磨用組成物に、濃度調整(例えば希釈)、pH調整等の操作を加えて研磨液を調製することが含まれ得る。あるいは、上記研磨用組成物をそのまま研磨液として使用してもよい。また、多剤型の研磨用組成物の場合、上記研磨液を用意することには、それらの剤を混合すること、該混合の前に1または複数の剤を希釈すること、該混合の後にその混合物を希釈すること、等が含まれ得る。
【0057】
次いで、その研磨液を研磨対象物に供給し、常法により研磨する。例えば、シリコン基板の1次研磨工程(典型的には両面研磨工程)を行う場合には、ラッピング工程を経たシリコン基板を一般的な研磨装置にセットし、該研磨装置の研磨パッドを通じて上記シリコン基板の研磨対象面に研磨液を供給する。典型的には、上記研磨液を連続的に供給しつつ、シリコン基板の研磨対象面に研磨パッドを押しつけて両者を相対的に移動(例えば回転移動)させる。その後、必要に応じてさらなる2次研磨工程(典型的には片面研磨工程)を経て、最終的にファイナルポリシングを行って研磨対象物の研磨が完了する。
なお、ここに開示される研磨用組成物を用いる研磨工程において使用される研磨パッドは特に限定されない。例えば、不織布タイプ、スウェードタイプ、ポリウレタンタイプ、砥粒を含むもの、砥粒を含まないもの等のいずれを用いてもよい。
【0058】
この明細書によると、ここに開示される研磨用組成物を用いて基板を研磨する工程を含む基板製造方法が提供される。ここに開示される基板製造方法は、上記研磨用組成物を用いる研磨工程を経た基板にファイナルポリシングを施す工程をさらに含んでもよい。ここでファイナルポリシングとは、目的物の製造プロセスにおける最後のポリシング工程(すなわち、その工程の後にはさらなるポリシングを行わない工程)を指す。上記ファイナルポリシング工程は、ここに開示される研磨用組成物を用いて行ってもよく、他の研磨用組成物を用いて行ってもよい。
好ましい一態様において、上記研磨用組成物を用いる基板研磨工程は、ファイナルポリシングよりも上流のポリシング工程である。なかでも、ラッピング工程を終えた基板の予備ポリシングに好ましく適用することができる。例えば、ラッピング工程を経た両面研磨工程(典型的には1次研磨工程)や、該両面研磨工程を経た基板に対して行われる最初の片面研磨工程(典型的には最初の2次研磨工程)において好ましく使用され得る。上記両面研磨工程および最初の片面研磨工程では、ファイナルポリシングに比べて要求される研磨レートが大きい。そのため、ここに開示される研磨用組成物は、両面研磨工程および最初の片面研磨工程の少なくとも一方(好ましくは両方)において基板の研磨に用いられる研磨用組成物として好適である。
【0059】
なお、上記研磨用組成物は、いったん研磨に使用したら使い捨てにする態様(いわゆる「掛け流し」)で使用されてもよいし、循環して繰り返し使用されてもよい。研磨用組成物を循環使用する方法の一例として、研磨装置から排出される使用済みの研磨用組成物をタンク内に回収し、回収した研磨用組成物を再度研磨装置に供給する方法が挙げられる。研磨用組成物を循環使用する場合には、掛け流しで使用する場合に比べて、廃液として処理される使用済みの研磨用組成物の量が減ることにより環境負荷を低減できる。また、研磨用組成物の使用量が減ることによりコストを抑えることができる。ここに開示される研磨用組成物を循環使用する場合、その使用中の研磨用組成物に、任意のタイミングで新たな成分、使用により減少した成分または増加させることが望ましい成分を添加してもよい。
【0060】
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【0061】
<研磨組成物の調製>
(実施例1)
砥粒としてのコロイダルシリカ(平均一次粒子径:44nm)と化合物(A)とキレート剤と純水とを混合して、本例に係る研磨用組成物を調製した。化合物(A)としては、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を使用した。キレート剤としては、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)(DTPP)を使用した。砥粒、DABCOおよびDTPPの使用量は、研磨用組成物中における砥粒の含有量が0.7重量%、DABCOのモル濃度が0.0008モル/L、DTPPのモル濃度が0.00005モル/Lとなる量とした。得られた研磨用組成物のpHは9.8であった。
【0062】
(実施例2)
キレート剤(DTPP)を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして、実施例2に係る研磨用組成物を調製した。この研磨用組成物のpHは9.8であった。
【0063】
(比較例1)
実施例1におけるDABCOに代えて、ピペラジン(PIZ)を使用した。ピペラジンの使用量は、研磨用組成物中におけるピペラジンのモル濃度が0.0008モル/Lとなる量とした。その他の点は実施例1と同様にして、比較例1に係る研磨用組成物を調製した。この研磨用組成物のpHは10.0であった。
【0064】
<シリコンの研磨レートの評価>
各例に係る研磨用組成物をそのまま研磨液として使用して、シリコンウェーハに対して研磨試験を行い、シリコンの研磨レートを評価した。試験片としては、6cm×6cmのシリコンウェーハ(伝導型:P型、結晶方位:<100>)を使用した。この試験片を以下の条件で研磨した。そして、以下の計算式(1)、(2)に従って研磨レートを算出した。結果を表1の該当欄に示す。
(1)研磨取り代[cm]=研磨前後のシリコンウェーハの重量の差[g]/シリコンの密度[g/cm](=2.33g/cm)/研磨対象面積[cm](=36cm
(2)研磨レート[nm/分]=研磨取り代[cm]×10/研磨時間(=10分)
[研磨条件]
研磨装置:日本エンギス社製卓上研磨機、型式「EJ−380IN」
研磨パッド :ニッタハース社製、商品名「MH S−15A」
研磨圧力:27.1kPa
定盤回転数:50回転/分
ワーク回転数:50回転/分
研磨時間:10分
研磨液の供給レート:100mL/分(掛け流し使用)
研磨液の温度:25℃
【0065】
<金属不純物含有量の評価>
上記研磨後のシリコンウェーハを純水にてスクラブ洗浄した。続いて、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜をフッ酸蒸気により気相分解してこれをフッ酸と過酸化水素水とを含有する液滴で回収し、回収液中の金属不純物を誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)によって定量分析した。この金属不純物は、原料や製法等に由来して研磨組成物に含まれていたCu等の金属、もしくは研磨装置、研磨パッドなどから研磨中に混入したCu等の金属が研磨後のシリコンウェーハに残留したものである。ここではCu不純物の量が3×10atoms/cm未満のものを「◎」、3×10atoms/cm以上1×1010atoms/cm未満のものを「○」と評価した。結果を表1に示す。
【0066】
【表1】
【0067】
表1に示されるように、DABCOを含む研磨用組成物を用いた実施例1、2によると、PIZを含む研磨用組成物を用いた比較例1に比べて、シリコンの研磨レートを向上させることができた。この結果から、PIZの代替としてDABCOを用いることにより、研磨レートを格段に向上させ得ることが確認できた。なお、キレート剤を含む研磨用組成物を用いた実施例1は、キレート剤を含まない研磨用組成物を用いた実施例2よりも研磨後におけるシリコンの金属不純物の濃度が低かった。このことから、研磨用組成物にキレート剤を含有させることにより、金属不純物によるシリコンの汚染を抑制し得ることが確認できた。
【0068】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。