JPH11140429A - ケミカルメカニカル研磨用研磨材および研磨方法 - Google Patents

ケミカルメカニカル研磨用研磨材および研磨方法

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JPH11140429A
JPH11140429A JP30856497A JP30856497A JPH11140429A JP H11140429 A JPH11140429 A JP H11140429A JP 30856497 A JP30856497 A JP 30856497A JP 30856497 A JP30856497 A JP 30856497A JP H11140429 A JPH11140429 A JP H11140429A
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JP
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polishing
abrasive
fluoride
abrasive grains
workpiece
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Application number
JP30856497A
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English (en)
Inventor
Noboru Kinoshita
暢 木下
Yoshitaka Yamamoto
良貴 山本
Shinichi Tanaka
伸一 田中
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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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】 高度に研磨された表面を必要とするセラミ
ック、ガラス、結晶物質、アモルファス物質、金属等の
硬質の被研磨加工物の研磨加工に使用するケミカルメカ
ニカル研磨用研磨材および研磨方法に関し、被加工物の
ケミカルメカニカル研磨加工性に優れ、しかもスクラッ
チ傷の発生、パーティクル残留等の加工ダメージを与え
ることがないようにすることを課題とする。 【解決手段】 フッ化物砥粒あるいはフッ化物水和物
砥粒を1種以上含有させたケミカルメカニカル研磨用研
磨材、およびこの研磨材を使用してSi,Al,W,C
u等の元素を1種以上含有する被研磨加工物をケミカル
メカニカル研磨する研磨方法を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高度に研磨された
表面を必要とするセラミック、ガラス、結晶物質、アモ
ルファス物質、金属等の硬質の被研磨加工物の研磨加工
に使用するケミカルメカニカル研磨用研磨材および研磨
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のSi元素を含有する被研磨加工物
表面のケミカルメカニカル研磨に用いられる研磨材とし
ては、例えばシリコンウエハやシリコンウエハ上に形成
されたSiO2 膜等の研磨加工では、コロイダルシリカ
やヒュームドシリカ等のシリカ系砥粒をアルカリ性溶液
に懸濁させた水性スラリ研磨材が用いられており、ま
た、光学ガラスや表示素子等に用いられるガラス等の研
磨加工では、酸化セリウム砥粒を含有する研磨材が用い
られている。
【0003】〔問題点〕これらシリカ系や酸化セリウム
系の砥粒を含有する研磨材は、被研磨加工物の加工速度
等の研磨性は優れているものの、砥粒の硬度はモース硬
度で6〜7程度と、被研磨加工物の硬度と同等レベル以
上と硬質であり、研磨時にケミカルメカニカル研磨作用
に必要な量以上の砥粒が被研磨加工物の表面に存在する
場合には、被研磨加工物の表面や内部にまでスクラッチ
傷や加工歪等の加工ダメージを与えてしまい、その結
果、歩留りを低下させる大きな原因となっていた。
【0004】シリカ系の砥粒を含有する研磨材では、研
磨後の被研磨加工物表面への砥粒付着が起こりやすく、
研磨後の被研磨加工物表面の洗浄に手間がかかったり、
パーティクルとなって研磨後の被研磨加工物表面に残留
してしまい、不良の原因となっており、また、酸化セリ
ウム砥粒を含有する研磨材でも、酸化セリウムが酸に極
めて溶解しにくいために、同様に研磨後の被研磨加工物
表面に付着した砥粒の除去に手間がかかったり、表面に
段差のあるような被研磨加工物では、研磨が均一に行わ
れにくかった。
【0005】このように、シリコンウエハや半導体ウエ
ハ等、それらのウエハ上に形成された絶縁膜、または石
英、ガラス板等の鏡面仕上げ研磨では、シリカ系研磨材
にアルカリ金属成分を添加してケミカルメカニカル研磨
を行っていたが、スクラッチ傷の発生、パーティクル残
留等により歩留りを低下させる問題点があった。このた
めシリカ系研磨材、酸化セリウム系研磨材に変わる新規
な研磨材料が求められており、また、金属系被研磨加工
物においても新規な研磨材料が求められていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における問題点に鑑みて成されたものであり、この問題
点を解消するため具体的に設定された課題は、被研磨加
工物に対するケミカルメカニカル研磨加工性に優れ、し
かもスクラッチ傷の発生、パーティクル残留等の加工ダ
メージを与えることのないケミカルメカニカル研磨用研
磨材および研磨方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明における請求項1
に係るケミカルメカニカル研磨用研磨材は、フッ化物砥
粒あるいはフッ化物水和物砥粒を1種以上含有させたこ
とを特徴とするものである。
【0008】また、請求項2に係るケミカルメカニカル
研磨用研磨材は、前記フッ化物砥粒あるいはフッ化物水
和物砥粒が、Ca,Mg,Ba,Sr,Al,Zr,F
e,Cr,Bi,In,Y,Ga,Sm,Pr,La,
Ce,V,Mn,Moの元素を1種以上含むことを特徴
とする。
【0009】また、請求項3に係る研磨方法は、請求項
1または2記載のケミカルメカニカル研磨材を用いてS
i,Al,W,Cuの元素を1種以上含有する被研磨加
工物をケミカルメカニカル研磨することを特徴とするも
のである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。ただし、この実施の形態は、発明の趣旨
をより良く理解させるため具体的に説明するものであ
り、特に指定のない限り、発明内容を限定するものでは
ない。
【0011】この実施の形態で用いるケミカルメカニカ
ル研磨用研磨材は、ケミカルメカニカル研磨が、通常、
空気中で行われたり、あるいは砥粒が分散・懸濁した水
性スラリ状で用いられることが多いため、水に対する溶
解性が小さく、しかも空気中で安定なフッ化物あるいは
フッ化物水和物の砥粒を用いることが好ましい。フッ化
物材料は、一般的にモース硬度で2〜4程度であり、軟
質材料であるから、加工ダメージを被研磨加工物に与え
ず済む。
【0012】フッ化物あるいはフッ化物水和物の砥粒
は、Ca,Mg,Ba,Sr,Al,Zr,Fe,C
r,Bi,In,Y,Ga,Sm,Pr,La,Ce,
V,Mn,Mo等の元素を1種以上含む材料から選択す
ることが好ましい。例えば、Mを上記元素1種以上と
し、x,y,nは任意数として、一般式 (1),(2) で表
される材料が挙げられる。 Mx Fy … (1) Mx Fy ・nH2 O … (2)
【0013】これらを単独で、もしくはこれらの混合物
を使用することにしても良い。さらに、従来から一般的
に使用されていたシリカ系あるいは酸化セリウム系等の
砥粒と併用しても良い。フッ化物あるいはフッ化物水和
物の砥粒の粒径は、特に制限はないが、通常は10 μm
より小さい砥粒が研磨後表面の表面粗さが良好になるの
で好ましい。
【0014】フッ化物あるいはフッ化物水和物の砥粒を
含有する研磨材で研磨される被研磨加工物は、被研磨加
工物を構成する元素として、Si,Al,W,Cu等を
1種以上含む材料が好適である。また、GaAs,In
P,GaAsP,CaInSe2 ,CdTe等の化合物
半導体材料、LiNbO3 ,LiTaO3 等の光学結晶
材料、Ni−P等の磁性材料等も研磨可能である。
【0015】Si,Al,W,Cu等を1種以上含む材
料としては、例えば、シリコンウエハ、シリコンウエハ
上のシリカ膜や有機シリカ膜、水晶、石英、珪酸ガラ
ス、硼酸ガラス、サファイア、あるいはアルミニウム、
タングステン、銅等の金属材料で形成された配線や板等
に適用できる。
【0016】このフッ化物あるいはフッ化物水和物の砥
粒を含有する研磨材による前記被研磨加工物の研磨メカ
ニズムは、以下に示すケミカルメカニカル研磨(以下、
CMPと略す)が生じているものと考えられる。
【0017】例えば被研磨加工物がシリカ系材料では、
フッ化物砥粒としてフッ化マグネシウム、アルカリ成分
として水酸化カリウムを用いてCMPを行うと、 MgF2 +SiO2 +KOH → 〔K+ +Si
F6 2- 〕+Mg(OH)2 の反応によりフルオロ珪酸を生成し、CMPが進行する
ものと考えられる。
【0018】また、アルミナ系材料では、同様に、フル
オロアルミン酸(AlF6 3- )の生成によりCMPが進
行するものと考えられる。この他、アルカリ成分を被研
磨加工物中に含有する珪酸塩ガラスや硼酸塩ガラスでも
同様のCMPメカニズムと考えており、したがって、前
記ガラスではアルカリ成分を添加しなくてもCMPが進
行し、前記フッ化物あるいはフッ化物水和物の砥粒を含
有する研磨材を用いることにより乾式ケミカルメカニカ
ル研磨が可能である。
【0019】一方、被研磨加工物がAl,W,Cu等を
含む材料では、金属成分を溶解させないレベルの酸性成
分が共存する場合、 MgF2 + Cu → CuF2 (水中へ溶解)
+ Mg2+ のようなCMPが進行しているものと考えられる。
【0020】この実施の形態におけるCMPでは、特に
制限を設けるものではなく、ケミカルメカニカル研磨材
料中に他の研磨材を併用しても良く、また、添加剤を加
えても良い。さらにまた、従来の研磨方法や研磨装置を
使用して行うことも可能である。
【0021】代表的な研磨方法を例示すると、研磨砥粒
を研磨クロスと被加工物との間に供給しつつ回転させて
乾式CMPを行う方法、研磨砥粒を加えて分散させたス
ラリを、研磨クロスと被加工物との間に供給しつつ回転
させて湿式CMPを行う方法、あるいは、前記研磨砥粒
をテープ状、砥石状に成形し、または発泡体中に固定さ
せたCMP用研磨体を被加工物に接触させてCMPを行
う方法等がある。
【0022】前記砥石状に成形するには、前記研磨砥粒
により砥石全体を成形する場合や砥石の被研磨加工物と
の接触部を部分的に形成させる場合とがあり、また、砥
石にも砥粒を結合剤なしで固化させるものと、レジノイ
ドボンド等の結合剤を使用して固化し形成させるものと
があり得る。
【0023】このような例示した研磨方法の場合、乾式
または湿式のどちらにも適用可能であるが、被研磨加工
物の種類に応じて、適切に酸やアルカリ成分を含有させ
た溶液を、前記研磨体と被加工物との間に滴下して研磨
すると効果的である。
【0024】このような実施の形態によれば、フッ化物
またはフッ化物水和物の軟質な砥粒をCMP用研磨材と
して用いるため、CMP中に被研磨加工物表面に加工ダ
メージを与えることなくCMPが可能となる。
【0025】しかも、このCMPによる研磨方法では、
CMP後、純水洗浄や硝酸水溶液等の無毒性で取扱いの
容易な酸水溶液洗浄で、従来の研磨方法に比較して、被
加工物表面に付着した砥粒を容易に取り除くことがで
き、洗浄工程が従来の研磨方法になく簡単になり、パー
ティクルによる歩留り低下を引き起こすことがない優れ
た研磨方法が実現できる。
【0026】このため、これらの研磨方法を実施するこ
とにより、スクラッチ傷の発生、パーティクル残留等の
問題がなく、優れた研磨性能を有し、シリコンウエハや
半導体ウエハ、それらのウエハ上に形成された絶縁膜、
または石英やガラス板等の硬質材料、もしくは銅やアル
ミニウム等の軟質金属等の被研磨加工物に対する鏡面研
磨が効果的に達成できる。
【0027】
【実施例】〔実施例1〕CaF2 (関東化学(株)製、
試薬)をエタノール中で湿式粉砕後、乾燥し、平均粒径
が 1.5μmとしたCaF2 砥粒を調整し、次に、この砥
粒をPH 10 のKOH水溶液に、砥粒濃度が4wt%と
なるように配合し分散させて、CaF2砥粒含有ケミカ
ルメカニカル研磨用研磨材を作製した。このような研磨
材を使用して表1に示した研磨条件でSiO2 膜のCM
Pを実施した。CMP後は、被加工物を表2に示す洗浄
条件で洗浄し、研磨結果とあわせて表3に洗浄結果を示
した。表3に示したように、良好なケミカルメカニカル
研磨が確認できた。
【0028】〔実施例2〕MgF2 (関東化学(株)
製、試薬)をエタノール中で湿式粉砕後、乾燥し、平均
粒径が 1.3μmとしたMgF2 砥粒を調整し、次に、こ
の砥粒をPH 10 のKOH水溶液に、砥粒濃度が4wt
%となるように配合し分散させて、MgF2砥粒含有ケ
ミカルメカニカル研磨用研磨材を作製した。このような
研磨材を使用して表1に示した研磨条件でSiO2 膜の
CMPを実施した。CMP後は、被加工物を表2に示す
洗浄条件で洗浄し、研磨結果とあわせて表3に洗浄結果
を示した。表3に示したように、良好なケミカルメカニ
カル研磨が確認できた。
【0029】〔実施例3〕CeF3 (関東化学(株)
製、試薬)をエタノール中で湿式粉砕後、乾燥し、平均
粒径が 1.3μmとしたCeF3 砥粒を調整し、次に、こ
の砥粒をPH 10 のKOH水溶液に、砥粒濃度が4wt
%となるように配合し分散させて、CeF3砥粒含有ケ
ミカルメカニカル研磨用研磨材を作製した。このような
研磨材を使用して表1に示した研磨条件でSiO2 膜の
CMPを実施した。CMP後は、被加工物を表2に示す
洗浄条件で洗浄し、研磨結果とあわせて表3に洗浄結果
を示した。表3に示したように、良好なケミカルメカニ
カル研磨が確認できた。
【0030】〔実施例4〕フッ化アンモニウム 660gを
溶解させた溶液 3200 gを硝酸マグネシウム2000gを溶
解させた溶液 8000 gに混合し、フッ化マグネシウム水
和物を得て、それを水洗いしたのち、砥粒固形分が4w
t%となるようにKOH水溶液を加えてPH 10 に調整
したケミカルメカニカル研磨用研磨材を作製した。この
ような研磨材を使用して表1に示した研磨条件でSiO
2 膜のCMPを実施した。CMP後は、被加工物を表2
に示す洗浄条件で洗浄し、研磨結果とあわせて表3に洗
浄結果を示した。表3に示したように、良好なケミカル
メカニカル研磨が確認できた。
【0031】〔実施例5〕実施例4のフッ化マグネシウ
ム水和物を水洗いしたのち、蓚酸が1wt%含まれ、砥
粒濃度4wt%となるように、蓚酸と純水とを加えて、
攪拌混合し、ケミカルメカニカル研磨用研磨材を作製し
た。被研磨加工物としてCu板を用い、実施例4と同様
の研磨条件で、CMPを実施した。CMP後は、被加工
物を表2に示す洗浄条件で洗浄し、研磨結果とあわせて
表3に洗浄結果を示した。表3に示したように、良好な
ケミカルメカニカル研磨が確認できた。
【0032】〔比較例1〕シリカ微粉末(粒径 0.09 μ
m)を砥粒濃度が4wt%となるようにPH 10のKO
H溶液に加えて混合分散させ、ケミカルメカニカル研磨
用研磨材を作製した。この研磨材を使用して、表1に示
した研磨条件でSiO2 膜のCMPを実施した。CMP
後は、被加工物を表2に示す洗浄条件で洗浄し、研磨結
果とあわせて表3に洗浄結果を示した。
【0033】〔比較例2〕セリア微粉末(粒径 1.5μ
m)をPH 10 のKOH溶液に砥粒濃度が4wt%とな
るように加えて混合分散させ、ケミカルメカニカル研磨
用研磨材を作製した。この研磨材を使用して、表1に示
した研磨条件でSiO2 膜のCMPを実施した。CMP
後は、被加工物を表2に示す洗浄条件で洗浄し、研磨結
果とあわせて表3に洗浄結果を示した。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】 注) 傷* :スクラッチ傷 パーティクル* :パーティクル除去率およびその他
【0037】
【発明の効果】以上のように本発明では、請求項1に係
るケミカルメカニカル研磨用研磨材では、フッ化物砥粒
あるいはフッ化物水和物砥粒を1種以上含有させたこと
によって、シリコンウエハや半導体ウエハ、それらのウ
エハ上に形成された絶縁膜、または石英やガラス板等の
硬質材料、もしくは銅やアルミニウム等の軟質金属等の
被研磨加工物に対する優れた研磨性能を有し、鏡面仕上
げ研磨が効果的に達成できて、研磨加工に係るスクラッ
チ傷の発生、パーティクル残留等の問題点が解消され、
歩留りを向上させることができる。
【0038】また、請求項2に係るケミカルメカニカル
研磨用研磨材では、前記フッ化物砥粒あるいはフッ化物
水和物砥粒が、Ca,Mg,Ba,Sr,Al,Zr,
Fe,Cr,Bi,In,Y,Ga,Sm,Pr,L
a,Ce,V,Mn,Moの元素を1種以上含むことに
よって、軟質な研磨材料を形成することができ、効果的
にケミカルメカニカル研磨ができて、被研磨加工物に対
するスクラッチ傷の発生等の加工ダメージを効果的に抑
制でき、また、被研磨加工物の表面から付着した砥粒を
容易に除去できて洗浄性能が向上し、製品歩留りの向上
に大きく寄与することができる。
【0039】また、請求項3に係る研磨方法では、請求
項1または2記載のケミカルメカニカル研磨用研磨材を
用いてSi,Al,W,Cuの元素を1種以上含有する
被研磨加工物をケミカルメカニカル研磨することによっ
て、シリコンウエハや半導体ウエハ、それらのウエハ上
に形成された絶縁膜、または有機シリカ膜、水晶、石
英、珪酸ガラス、硼酸ガラス、サファイア等の硬質材
料、もしくは銅、アルミニウム、タングステン等の金属
等で形成された配線や板材等を効果的に鏡面仕上げ研磨
でき、研磨品質を向上させることができるとともにコス
トダウンに寄与することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ化物砥粒あるいはフッ化物水和物砥粒
    を1種以上含有させたことを特徴とするケミカルメカニ
    カル研磨用研磨材。
  2. 【請求項2】前記フッ化物砥粒あるいはフッ化物水和物
    砥粒が、Ca,Mg,Ba,Sr,Al,Zr,Fe,
    Cr,Bi,In,Y,Ga,Sm,Pr,La,C
    e,V,Mn,Moの元素を1種以上含むことを特徴と
    する請求項1記載のケミカルメカニカル研磨用研磨材。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載のケミカルメカニカ
    ル研磨材を用いてSi,Al,W,Cuの元素を1種以
    上含有する被研磨加工物をケミカルメカニカル研磨する
    ことを特徴とする研磨方法。
JP30856497A 1997-11-11 1997-11-11 ケミカルメカニカル研磨用研磨材および研磨方法 Pending JPH11140429A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111363479A (zh) * 2020-04-21 2020-07-03 山东麦丰新材料科技股份有限公司 一种镧铈改性氧化镁复合抛光粉的制备方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111363479A (zh) * 2020-04-21 2020-07-03 山东麦丰新材料科技股份有限公司 一种镧铈改性氧化镁复合抛光粉的制备方法

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