JPH026586A - ウェハーのファイン研磨用組成物 - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、電気集積回路の支持結晶として広範囲に使用
されているウェハーの表面のＩｏｎμより大きな凹凸を
平滑にするための研磨、つまりファイン研磨に好適な研
磨用組成物に関する。

［従来の技術〕 電気集積回路の支持結晶として広範囲に使用されている
ウェハーは、通常、ケイ素またはゲルマニウム結晶のイ
ンコツトからスライスし、これらの表面を研磨して、で
きる限り凹凸のない平面を形成させた後に、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
、表面に凹凸があると、精密且つ精緻に線描することが
困難になるとともに、ウェハーの電気特性の不均一化を
招く原因となるからである。

このようなウェ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３，３２８，１４１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１
０．５〜１２．５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
剤で研磨したウェハー表面を、微分干渉顕微鏡などで観
察すると、５〜５００ｍμの凹凸があり、充分満足でき
るものではない。

また、特公昭５３−９９１０号公報には石英、ケイ酸塩
、ヘキサフルオロ珪酸塩を含有し、更に、炭素原子を３
〜５個有する１価アルコール、及びポリビニルアルコー
ルを含有する研磨剤が開示されているが、このような研
磨剤を用いても、まだ充分満足できる研磨面は得られて
いない上に、これらアルコールを含有する研磨剤は、長
期間安定貯蔵することが困難であるという欠点があった
。

更に、特公昭６１−１４６５５号公報には、水に可溶性
のカルボキシメチレンゴム、またはキサンタンガムを含
有する研磨剤が開示されているが、平滑研磨面を形成す
るに要する研磨時間、及び研磨後、洗浄のための水を流
しながらのいわゆる空研層を、長時間行なわなくてはな
らないという欠点があった。また、研磨剤中にキサンタ
ンガムを栄養源とする微生物が発生し、長期間安定は蔵
することが困難であるという欠点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、ウェハーを研磨した時に、微分干渉型顕微鏡
でＩ１１察しても凹凸のみえない研磨面を与える研磨剤
、すなわちウェハーの表面をファイン研磨するのに好適
で、且つ長期安定貯蔵性に優れたファイン研磨用組成物
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、及びアクリル酸、メタアクリル酸及びスチレンス
ルフォン酸から選ばれた１種以上のビニルモノマーとア
クリルアミドとをグラフト重合させた多糖類高分子化合
物を含有し、且つ、アルカリ性物質によってｐＨ８〜１
２に調整されてなることを特徴とするウェハーのファイ
ン研磨用組成物に存する。

すなわち、本発明に係る研磨用組成物は、該組成物中に
配合される多糖類高分子化合物が、上記のビニルモノマ
ー及びアクリルアミドによってグラフト化されているた
め、グラフト化されていない多糖類高分子化合物を配合
した研磨用組成物に較べて、長期安定貯蔵性を有し、か
つ加圧状態での研磨に際しても、研磨布とウェハーの間
で層流を呈し、ファイン研磨しやすい機能を有する。

以下、本発明の詳細な説明する。

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、コロイダルシリカゾル カパウダーなどがあるが、コロイダルシリカゾルの形や
、シリカパウダーを水に懸濁させた水性スラリーの形で
使用するか、または、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。

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、１０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、粒子中に含まれる珪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、
１０ミクロン以上では、ウェハー表面に引っ掻き傷が生
じやすくなるので好ましくない。

なお、本発明で平均粒径とは，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。

また、本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物中
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％以上の割合とされる。

本発明において、多糖類高分子化合物としては、例えば
グアガムまたはキサンタンガムなどがある。

グアガムとは、マメ科の植物グアの種子の胚乳部分に含
有されている粘液質のガラクトマンナンを意味し、キサ
ンタンガムとは、キサントモナスカンスペストリスの純
粋な培養発酵によって得られる高分子多糖類を意味する
。

本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物において
は、上記多糖類高分子化合物にアクリル酸、メタアクリ
ル酸、スチレンスルフォン酸から選ばれた１種以上のビ
ニルモノマーとアクリルアミドとをグラフト重合させた
ものが含有される。

しかして、これらのビニルモノマーとアクリルアミドと
をグラフト重合させた多糖類高分子化合物は、これらの
ビニルモノマーをグラフト重合させていない多糖類高分
子化合物に比べると、その水溶性のドラッグリダクショ
ン効果が高められると共に、微生物による生化学的分解
に対して高い耐性を有する。

ドラッグリダクション効果とは、流体のレイノルズ数が
高い条件においても混流が生じ廻くする効果のことをい
う。本発明に係る研磨用組成物のドラッグリダクション
効果が高いという意味は、加圧状態での研磨でも研磨用
組成物は層流を維持し、乱流になり難いことを意味する
。

多糖類高分子化合物に上記のビニルモノマーとアクリル
アミドとをグラフト重合させるには、次のようにすれば
よい。

例えば、グアガム又はキサンタンガムに上記ビニルモノ
マーとアクリルアミドとをグラフト重合させる場合、グ
アガム又はキサンタンガムを０．０１〜２．０重量％含
む水溶液に、グアガム又はキサンタンガム１ｇ当り、上
記ビニルモノマ−１ミリモル〜１モル、アクリルアミド
１ミリモル〜１モル、及び重合開始剤１マイクロモル〜
ｌＯミリモルの割合で加え、温度Ｏ〜１００℃の条件下
、空気中もしくは不活性ガスの存在下で反応させればよ
い。重合開始剤としでは、セリウム系のラジカルを用い
るのが好ましい。また、グアガム又はキサンタンガムは
、できるだけ純度の高いものが好ましい。

本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物中の、上
記ビニルモノマー及びアクリルアミドをグラフト重合さ
せた多糖類高分子化合物の含有量は、通常１ｐρ諭以上
で適用され、特に１０ｐｐｍ〜１１０００ｐｐが好まし
い。含有量がこれらの範囲内にある研磨用組成物を用い
てウェハーを研磨するときには、研磨布とウェハー表面
との間で滑り方向に層流が形成され、ウェハー表面を一
層平滑にすることができるが、含有量が１ｐｐｍ未満の
ものを使用するときには、上記の層流が形成されにくく
、また、１１０００ｐｐを越えると、かえって乱流が形
成される恐れがあるので、好ましくない。

本発明に係るウェハーのファイン研磨用組成物は、アル
カリ性化合物によってｐＨ８〜１２、好ましくは、ρ１
！９〜１０に調整して、シリカゾルを安定に保つことが
必要である。

アルカリ性化合物としては、アルカリ金属、アミン類又
はアンモニアを使用することができる。

［発明の効果］ 本発明は５次のように特別に顕著な効果を奏するので、
その産業上の利用価値は極めて大である。

（１）本発明に係るファイン研磨用組成物を用いてウェ
ハーを研磨するときには、スラリー状の組成物中の先に
述べたグラフト重合させた多糖類高分子化合物がドラッ
グリダクション効果を高め、研磨布とウェハーの間で層
流を形成させ、乱流の発生を抑制する。従って、研磨さ
れたウェハーの表面は、微分干渉型顕微鏡で観察しても
凹凸が認められない平滑な研磨面が得られる。

（２）本発明に係るファイン研磨用組成物は、その中に
含有されるアクリル酸、メタアクリル酸及びスチレンス
ルフォン酸から選ばれた１種以上のビニルモノマーと、
アクリルアミドとをグラフト重合させた多糖類高分子化
合物が、微生物による生化学的分解に対して高い耐性を
有するので、長期間にわたって安定貯蔵が可能である。

［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 （１）アクリル酸及びアクリルアミドをグラフト重合さ
せたグアガムの製造 高分子量グアガム（三品（株）社製、商品名メイブロガ
ット１２０）を水に溶解させて０．５％水溶液とした。

これを濾過法及びアルコール溶出法によって精製した。

この精製法は次の手順通りとした。

まず、ポアサイズ１〜ｌＯミクロンのメツシュフィルタ
ーを用い、濾過法によってグアガム水溶液中の粗大不純
物を除去した。グアガムはアルコールに溶けないので、
グアガム水溶液をアルコールに注ぎ、アルコール溶出物
を溶出させ、沈澱物を回収した。この沈澱物を乾燥させ
た後、再び水に溶解させて所定濃度、本例においては、
１重量でのグアガム水溶液を得た。

得られた１重量２水溶液ＩＱにアクリルアミド０．５モ
ル及びアクリル酸０．０５モルを加え、窒素を泡出させ
ながら、攪拌し、これに重合開始剤として硝酸セリウム
アンモニウムを０．３ミリモル加え、更に攪拌しながら
、室温で２４時間反応させ、アクリルアミドとアクリル
酸とをグラフト化させたグアガムを得た。

（２）研磨用組成物の調整 上記（１）に記載の方法で得られたアクリルアミドとア
クリル酸とをグラフト化させたグアガムの１％水溶液を
グアガム換算で７５ｐｐｍ、平均粒径が７０ミリミクロ
ン、シリカを０．７重量ご含有するコロイダルシリカの
水溶液に添加した。得られた水溶液にアンモニアを０．
０６重量％添加してＰＨを９〜ＩＯの間に調整し、ウェ
ハーのファイン研磨用組成物を得た。

（３）研磨用組成物の長期貯蔵試験 上記（２）で得られた研磨用組成物を室温で保存し、定
期的にこの組成物を穴の直径０．５ｍｍ、長さ５０ｃｍ
の棒状キャピラリーの入口と出口で圧力を測定し、圧力
損が水に比べて４割以上になる時期を観察した。結果を
第１表に示す。

（４）ウェハーのファイン研磨試験 スピードファム製研磨機ＳＰＡｗ３６を使用し、柔かめ
のスウェドタイプの研磨布を用いて、上記研磨用組成物
を１分間当りＩＱの割合で供給しながら。

シリコーンウェハーを研磨した。この際の研磨圧力は１
００ｇ／ａｄ、ウェハーと研磨布の相対速度を１．４ｍ
／ｓｅｅとし、研磨中の温度は４０℃とした。

研磨機による研磨でウェハー表面が平滑になるまで（平
滑になったかどうかは、研磨途中に微分干渉顕微鏡で観
察）の時間を測定した。その結果を、第１表に示す。

実施例２ （１）メタアクリル酸及びアクリルアミドをグラフト重
合させたグアガムの製造 高分子量グアガム（三品（株）社製、商品名メイプロガ
ット１２０）を水に溶解させて０．５％水溶液とした。

これを実施例１（１）に記載したと同様の手順で精製し
、水に溶解させ１重量でのグアガム水溶液を得た。得ら
れた１重量％水溶液１Ωにアクリルアミド０．５モル及
びメタアクリル酸０．０５モル加え、窒素を泡出させな
がら、攪拌し、これに重合開始剤として硝酸セリウムア
ンモニウムを０．３ミリモル加え、さらに攪拌しながら
、室温で２４時間反応させ、アクリルアミドとメタアク
リル酸とをグラフト化させたグアガムを得た。

（２）研磨用組成物の調整 上記（１）に記載の方法でえられたアクリルアミドとメ
タアクリル酸とをグラフトさせたグアガムの１％水溶液
をグアガム換算で７５ｐｐｍ、平均粒径が７０ミリミク
ロン、シリカを０．７重量で含有するコロイダルシリカ
の水溶液に添加した。得られた水溶液にアンモニアを０
．０６重量％添加してＰＨを９〜ｌＯの間に調整し、ウ
ェハーのファイン研磨用組成物を得た。

（３）研磨用組成物の長期貯蔵試験 上記（２）で得られた研磨用組成物を室温で保存し、定
期的にこの組成物を穴の直径０．５ｍｍ、長さ５０ｃｍ
の棒状キャピラリーの入口と出口で圧力を測定し、圧力
損が水に比べて４割以上になる時期をＩｌ！察した。結
果を第１表に示す。

（４）ウェハーのファイン研磨試験 スピードファーム製研磨機５ＰＡ１１３６を使用し、柔
かめのスウェドタイプの研磨布を用いて、上記研磨用組
成物を１分間当りＩＱの割合で供給しながら、シリコー
ンウェハーを研磨した。この際の研磨圧力は１００ｇ／
ａＪ、ウェハーと研磨布の相対速度を１．４ｍ／ｓｅｃ
とし、研磨中の温度は４０℃とした。研磨機による研磨
でウェハー表面が平滑になるまで（平滑になったかどう
かは、研磨途中に微分干渉顕微鏡で観察）の時間を測定
した。その結果を、第１表に示す。

比較例１ （１）研磨用組成物の調整 実施例１（２）に記載した例において、アクリルアミド
とアクリル酸とをグラフト化させたグアガムに代えて、
グラフト化していないグアガムであるが、同側（１）に
記載の方法で精製したグアガムを使用した。グアガムの
添加量を２００ｐｐｍ、シリカ含量を２重量％とじたほ
かは、実施例１（２）におけるのと同様の手順で研磨用
組成物を調整した。

（２）研磨用組成物の長期貯蔵試験 実施例１（３）におけるのと同様の手順で評価した。

結果を第１表に示す。

（３）ウェハーのファイン研磨試験 実施例１（４）におけるのと同様の手順で評価した。

結果を第１表に示す。

比較例２ （１）研磨用組成物の調整 実施例１（２）に記載した例において、アクリルアミド
とアクリル酸とをグラフト化させたグアガムに代えて、
グラフト化していないグアガムであるが、同側（１）に
記載の方法で精製したグアガムを使用した。グアガムの
添加量を７５ＰＰｍ、シリカ含量を２重量％としたほか
は、実施例１（２）におけるのと同様の手順で研磨用組
成物を調整した。

（２）研磨用組成物の長期貯蔵試験 実施例１（３）におけるのと同様の手順で評価した。

結果を第１表に示す。

（３）ウェハーのファイン研磨試験 実施例１（４）におけるのと同様の手順で評価した。

結果を第１表に示す。

比較例３ （１）研磨用組成物の調整 実施例１（２）に記載した例において、アクリルアミド
とアクリル酸とをグラフト化させたグアガムに代えて、
グラフト化していないグアガムであるが、同側（１）に
記載の方法で精製したグアガムを使用した。グアガムの
添加量を２００ｐｐｍ、シリカ含量を０．７重量％とし
たほかは、実施例１（２）におけるのと同様の手順で研
磨用組成物を調整した。

（２）研磨用組成物の長期貯蔵試験 実施例１（３）におけるのと同様の手順で評価した。

結果を第１表に示す。

（３）ウェハーのファイン研磨試験 実施例１（４）におけるのと同様の手順で評価した。

結果を第１表に示す。

以下余白 第　　１　　表 第１表より、次のことが明らかとなる。

１、本発明に係る研磨用組成物は、長期間貯蔵してもド
ラッグリダクション効果を失わず、貯蔵安定性に優れて
いる。

２、本発明に係る研磨用組成物によって研磨するときに
は、ファイン研磨時間が短く、研磨剤として好適である
。

３、また、ファイン研磨を達成するのに必要なスラリー
中のシリカ含量、高分子含量も少なくて良いので経済的
である。

４、これに対して、比較例の研磨用組成物は、短期間の
貯蔵でドラッグリダクション効果を失い、貯蔵安定性に
劣る。

５．また、比較例の研磨用組成物によって研磨するとき
には、ファイン研磨を達成するのに必要なスラリー中の
シリカ含量、高分子含量も実施例のものに比べて多くな
くてはならず、経済性において劣る。

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、及びアクリル酸、メタ
   アクリル酸及びスチレンスルフォン酸から選ばれた１種
   以上のビニルモノマーとアクリルアミドとをグラフト重
   合させた多糖類高分子化合物を含有し、且つ、アルカリ
   性物質によってｐＨ８〜１２に調整されてなることを特
   徴とするウェハーのファイン研磨用組成物。 ２粒状アモルファスシリカの平均粒径が、５ミリミクロ
   ンないし１０ミクロンのものであることを特徴とする、
   請求項第１項に記載のウェハーのファイン研磨用組成物
   。 ３粒状アモルファスシリカの含有率が、０．１重量％以
   上であり、また、前記ビニルモノマーとアクリルアミド
   とをグラフト重合させた多糖類高分子化合物の含有量が
   、１ｐｐｍ以上であることを特徴とする、請求項第１項
   に記載のウェハーのファイン研磨用組成物。 ４多糖類高分子化合物が水に可溶性のグアガム、キサン
   タンガムから選ばれた１種類以上であることを特徴とす
   る、請求項第１項に記載のウェハーのファイン研磨用組
   成物。 ５アルカリ性化合物がアルカリ金属、アミン類又はアン
   モニアであることを特徴とする、請求項第１項に記載の
   ウェハーのファイン研磨用組成物。