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Patent Searching and Data


Title:
ADDITIVE FOR ABRASIVE COMPOSITION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/093450
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an additive for an abrasive composition, which can ensure stable abrasion properties. The additive comprises at least one amine compound and an alcohol. The amine compound includes a quaternary ammonium salt. When the amine compound is contained in a high concentration, the occurrence of precipitation of the amine compound can be prevented by adding the alcohol.

Inventors:
TERAMOTO MASASHI (JP)
YAMADA RYOKO (JP)
MAKINO HIROSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/068673
Publication Date:
August 07, 2008
Filing Date:
September 26, 2007
Export Citation:
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Assignee:
NITTA HAAS INC (JP)
TERAMOTO MASASHI (JP)
YAMADA RYOKO (JP)
MAKINO HIROSHI (JP)
International Classes:
H01L21/304; B24B37/00; C09K3/14
Foreign References:
JP2004335722A2004-11-25
JP2002075929A2002-03-15
JPH07100738A1995-04-18
JPH02257627A1990-10-18
Attorney, Agent or Firm:
SAIKYO, Keiichiro et al. (2-6 Bingomachi 3-chome, Chuo-ku, Osaka-sh, Osaka 51, JP)
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Claims:
 少なくとも1度使用された研磨組成物に添加される研磨組成物用添加剤において、
 1種または2種以上のアミン化合物と、アルコールとを含むことを特徴とする研磨組成物用添加剤。
 2種以上のアミン化合物を含み、前記アミン化合物は、第4級アンモニウム塩と、水溶性および水分散性を有する第1級アミン化合物、第2級アミン化合物、第3級アミン化合物、およびアミノ基を主鎖または側鎖に有する高分子化合物から選ばれる1種または2種以上のアミン化合物とを含むことを特徴とする請求項1記載の研磨組成物用添加剤。
 2種以上のアミン化合物を含み、前記アミン化合物は、第4級アンモニウム塩と、前記研磨組成物に含まれるアミン化合物と同じアミン化合物とを含むことを特徴とする請求項1または2記載の研磨組成物用添加剤。
 第4級アンモニウム塩は、水酸化テトラメチルアンモニウムであることを特徴とする請求項2または3記載の研磨組成物用添加剤。
 前記アルコールは、脂肪族飽和アルコールから選ばれる1種または2種以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の研磨組成物用添加剤。
Description:
研磨組成物用添加剤

 本発明は、少なくとも1度使用された研磨 組成物に添加される研磨組成物用添加剤に関 する。

 CMPによるシリコンウエーハ研磨は、3段階ま たは4段階の多段研磨を行うことで高精度の 坦化を実現している。第1段階および第2段階 に行う1次研磨および2次研磨は、表面平滑化 主な目的とし、高い研磨レートが求められ 。
 1次研磨および一部の2次研磨においては、 般的に研磨組成物であるスラリーを循環さ 、繰り返し使用している。ただし、繰り返 使用するとスラリーのpHが低下し、研磨特性 の低下が生じる。特に研磨レートの低下が顕 著である。ある程度まで特性が低下したスラ リーは、新しいスラリーに交換する必要があ るが、交換作業を行うために工程を中断させ たり、コストが増加するなどの問題が生じる 。
 交換作業を行わずに、研磨レートなど研磨 性が低下することを抑えるためには、循環 のスラリーに対して、水酸化カリウムや水 化ナトリウムなどの無機アルカリ溶液を随 添加、もしくは新しいスラリー自体を添加 ることが有効である。
 また、特開2002-252189号公報記載の半導体ウ ーハ用研磨液は、砥粒が固定された研磨工 を用いて研磨を行う際に用いられ、水酸化 トリウムまたは水酸化カリウムに、炭酸ナ リウムまたは炭酸カリウムを混合したもの 用いられている。
 水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどの 機アルカリ溶液または新しいスラリー自体 随時添加した場合、複数回研磨を行ったと の平均的な研磨レートの低下は抑えること できるが、添加した前後の研磨レートの変 など研磨レートのばらつきが大きいという 題がある。

 本発明の目的は、安定した研磨特性を実現 ることができる研磨組成物用添加剤を提供 ることである。
 本発明は、少なくとも1度使用された研磨組 成物に添加される研磨組成物用添加剤におい て、
 1種または2種以上のアミン化合物と、アル ールとを含む、研磨組成物用添加剤である
 また本発明において、2種以上のアミン化合 物を含み、前記アミン化合物は、第4級アン ニウム塩と、水溶性および水分散性を有す 第1級アミン化合物、第2級アミン化合物、第 3級アミン化合物、およびアミノ基を主鎖ま は側鎖に有する高分子化合物から選ばれる1 または2種以上のアミン化合物とを含むこと が好ましい。
 また本発明において、2種以上のアミン化合 物を含み、前記アミン化合物は、第4級アン ニウム塩と、前記研磨組成物に含まれるア ン化合物と同じアミン化合物とを含むこと 好ましい。
 また本発明において、第4級アンモニウム塩 は、水酸化テトラメチルアンモニウムである ことが好ましい。
 また本発明において、前記アルコールは、 肪族飽和アルコールから選ばれる1種または 2種以上であることが好ましい。

 本発明の目的、特色、および利点は、下記 詳細な説明と図面とからより明確になるで ろう。
 図1は、循環使用の場合の添加タイミングを 示す図である。
 図2は、多段使用の場合の添加タイミングを 示す図である。
 図3は、研磨レートの経時変化を示すグラフ である。
 図4Aおよび図4Bは、液温5℃における析出試 結果を示す図である。

 以下図面を参考にして本発明の好適な実施 態を詳細に説明する。
 本発明は、少なくとも1度使用された研磨組 成物(スラリー)に添加される研磨組成物用添 剤である。本発明の研磨組成物用添加剤は 1種または2種以上のアミン化合物と、アル ールとを含むことを特徴とし、このアミン 合物には、第4級アンモニウム塩を含むこと 好ましい。
 たとえば、1度使用されたスラリーを回収し 、再度同じ条件や同じ研磨装置などで使用す ることを繰り返すような循環使用する場合、 1度使用されたスラリーを回収し、別の条件 別の研磨装置などで複数回使用するような 段使用の場合に、本発明の研磨組成物用添 剤を添加することで、研磨特性の低下を防 、ばらつきを抑えることが可能である。
 アミン化合物としては、1種または2種以上 含み、1種のみを含む場合は、たとえば、水 化テトラメチルアンモニウムの(TMAH)ような アルカリ性の第4級アンモニウム塩が好まし い。
 アミン化合物を2種以上含む場合は、第4級 ンモニウム塩と、第4級アンモニウム塩以外 、水溶性または水分散性の第1級アミン化合 物、第2級アミン化合物、第3級アミン化合物 およびアミノ基を主鎖または側鎖に有する リアルキレンイミンなどの高分子化合物か 選ばれる1種または2種以上の化合物とを用 ることが好ましい。具体的には、アンモニ 、コリン、モノエタノールアミン、アミノ チルエタノールアミン、アミノエチルピペ ジン、ピペラジン、ポリエチレンイミンな が挙げられ、特にピペラジンが好ましい。
 さらに、研磨組成物にアミン化合物が予め まれている場合は、研磨組成物に含まれて るアミン化合物と同じアミン化合物を含む とが好ましい。
 したがって、研磨組成物に予めアミン化合 が含まれている場合、研磨組成物用添加剤 しては、アミン化合物として第4級アンモニ ウム塩のみを含むか、第4級アンモニウム塩 、研磨組成物に含まれているアミン化合物 同じアミン化合物とを含むことが特に好ま い。
 研磨組成物用添加剤は、研磨組成物に対し 添加して使用するので、研磨組成物が希釈 れ、砥粒濃度の低下などを引き起こすこと なる。このような添加による希釈の影響を さくするためには、添加量を少なくする必 がある。したがって、アミン化合物をなる く高濃度で含むような研磨組成物用添加剤 好ましい。一方で高濃度のアミン化合物溶 を研磨組成物に添加した際、砥粒であるコ イダルシリカが直ちに凝集または溶解する うな高濃度は適切ではない。
 たとえば、第4級アンモニウム化合物の中で TMAHの場合、好ましい濃度は、研磨組成物用 加剤全量に対して、1~20重量%である。また、 常温で固体であるアミン化合物を含む場合、 たとえばピペラジンにおいては、1~10重量%の 度範囲が好ましい。
 希釈の防止を考慮してアミン化合物を高濃 に含む場合、常温および低温下でアミン化 物が析出するおそれがあり、当然アミン化 物の析出は避けるべきである。
 アミン化合物の場合、常温では溶解可能な 度であっても、冬季で使用中の装置そのも が低温となったり、輸送、保管時に低温に った場合に析出し、温度が上昇したとして 再溶解することが難しいので、一旦析出し しまうと装置を停止し、研磨組成物を除去 て交換するなど時間、労力、コストに多大 影響を与えることになる。
 そこで、本発明の研磨組成物用添加剤には アルコールを含むことを大きな特徴として る。
 アルコールを含むことで、アミン化合物が 記のように高濃度で含まれていても、析出 防止することができる。さらに、液温が低 することで析出してしまった場合であって 温度が上昇すれば速やかに再溶解する。
 本発明の研磨組成物用添加剤に含まれるア コールとしては、脂肪族飽和アルコールか 選ばれる1種または2種以上を用いることが き、メタノール、エタノール、プロパノー 、ブタノールが好ましく、特にメタノール よびエタノールが好ましい。
 研磨組成物用添加剤中のアルコール濃度は 0.5~10.0重量%である。アルコール濃度が0.5重 %より低い場合は、高濃度のアミン化合物の 析出を抑えることが困難であり、10.0重量%よ 高い場合は、アルコール過多により研磨レ トの低下といった影響が生じる。またアル -ル濃度にて火気安全性や、においが原因で 、作業環境に支障をきたす。
 また、研磨組成物用添加剤に、有機酸(キレ ート剤)を加えることで研磨ウエーハの金属 染を防止することも可能である。この有機 は、研磨剤中および研磨装置・環境から生 る金属イオンと、溶液中で錯体を形成し、 エーハ表面および内部への金属汚染を妨げ 効果がある。加える有機酸は、炭素数2~6の ノカルボン酸、炭素数2~6のジカルボン酸、 素数3~6のトリカルボン酸およびアスコルビ 酸から選ばれ、また一般にキレート剤と呼 れるものとして、エチレンジアミン4酢酸、 ドロキシエチルエチレンジアミン3酢酸、ジ エチレントリアミン5酢酸、ニトリロ3酢酸、 リエチレンテトラミン6酢酸、ヒドロキシエ チルイミノ2酢酸、ジヒドロキシエチルグリ ン、エチレングリコール-ビス(β-アミノエチ ルエーテル)-N,N’-4酢酸および1,2-ジアミノシ ロヘキサン-N,N,N’,N’-4酢酸から選ばれる1 または2種以上を添加することができる。有 酸の濃度は、研磨剤、研磨装置・環境およ 必要とされるウエーハ純度に依存するが、1 ppm以上1000ppm未満が好ましい。
 研磨組成物を循環使用、多段使用していく ちに、特に長期使用すると研磨バッチ毎に ずかな砥粒が損失される。これは研磨バッ 毎のウエーハ交換の際に、装置内に残る研 組成物が一旦洗浄純水と共に廃棄されるた であり、長期使用においては砥粒または研 組成物自体の継ぎ足しが必要な場合がある このような継ぎ足しを行わないようにする めには、研磨組成物に含まれる砥粒と同じ 類の砥粒を、本発明の研磨組成物用添加剤 微小濃度添加して、砥粒の損失を補うこと 可能である。
 以上のように、研磨組成物用添加剤は、1種 または2種以上のアミン化合物と、アルコー とを含むので、複数回繰り返して使用する ど1度使用した研磨組成物に添加することで 研磨特性の低下を防ぎばらつきを抑えるこ ができる。さらに、高濃度のアミン化合物 含む場合であっても、その析出を防止し、 出したとしても速やかに再溶解させること できる。
 研磨組成物用添加剤を研磨組成物に添加す タイミングについて説明する。図1は、循環 使用の場合の添加タイミングを示す図であり 、図2は、多段(3段)使用の場合の添加タイミ グを示す図である。研磨組成物への添加の イミングとしては、(1)研磨組成物を研磨機 供給する前、(2)研磨組成物がスラリータン に貯溜している間、(3)研磨組成物を回収後 ラリータンクに戻す前、(4)研磨終了直後(研 機から回収タンクまでの間)などが好ましく 、直接研磨組成物に添加することが可能で撹 拌によって混合しやすいことから(2)研磨組成 物がスラリータンクに貯溜している間に添加 するタイミングが特に好ましい。
 研磨組成物用添加剤の添加量などは、研磨 成物のpHや組成または研磨レートをモニタ ングしておき、変動が小さくなるように適 調整することが望ましい。

 以下では、本発明の実施例および比較例に いて説明する。
 まず、研磨に使用し、研磨組成物用添加剤 添加される研磨用組成物に付いて説明する なお、研磨用組成物は、研磨使用時に希釈 て用いた。以下に示す組成は、希釈済みの 成で、残部は水である。
 (研磨用組成物)
 砥粒      :70nmコロイダルシリカ粒子     0.30重量%
 研磨促進剤   :ピペラジン              0.25重量%
 実施例および比較例の研磨組成物用添加剤 ついて示す。
 (比較例1)
 研磨組成物用添加剤なし
 (比較例2)
 無機アルカリ  :水酸化カリウム              5.0重量%
 (実施例1) 
 アミン化合物    :ピペラジン              4.0重量%
 アミン化合物    :水酸化テトラメチルア モニウム  15.0重量%
 アルコール類    :メタノール              1.0重量%
 (参考例1)
 アミン化合物    :ピペラジン              4.0重量%
 アミン化合物    :水酸化テトラメチルア モニウム  15.0重量%
 比較例1は、添加剤を用いず、比較例2は、 ミン化合物ではなく無機アルカリとして水 化カリウム水溶液を用いてpH10.6を保持した
 実施例1は、アミン化合物として、第4級ア モニウム塩である水酸化テトラメチルアン ニウムと、研磨用組成物に含まれるアミン 合物と同じアミン化合物であるピペラジン を用い、アルコールとしてメタノールを用 た。
 なお、析出試験用の参考例として、実施例1 のメタノールを含まない組成のものを用意し た。
 (研磨特性評価)
 研磨特性の評価は、ダミー研磨を60分間行 た後に、各30分間の研磨を12バッチ実施した 12バッチの研磨中には、pHを一定に維持する ため、比較例2および実施例1の添加剤をスラ ーに随時添加してpH10.6を保った。比較例1は 、研磨組成物用添加剤なしであるので、pHは1 0.6に保持されず変動した。
 スラリーは20倍希釈後のものを20リットル循 環使用し、タンク貯溜時に研磨組成物用添加 剤を添加した。
 [研磨レート]
 研磨レートは、単位時間当たりに研磨によ て除去されたウエーハの厚み(μm/min)で表さ る。研磨によって除去されたウエーハの厚 は、ウエーハ重量の減少量を測定し、ウエ ハの研磨面の面積で割ることで算出した。
 [研磨条件]
 研磨パッド:MH-S15A(ニッタ・ハース株式会社 )
 研磨装置:Strasbaugh20薄∠t式
 定盤回転速度:115rpm
 加圧ヘッド回転速度:100rpm
 スラリー流量:300ml/min
 荷重面圧:30kPa(300gf/cm 2 )
 研磨時間:30min
 リンス時間:15sec
 シリコンウエーハ:6inch
 スラリー:NP6220(ニッタ・ハース株式会社製)
 スラリーpH:10.6(比較例1は除く)
 図3は、研磨レートの経時変化を示すグラフ である。縦軸は、研磨レート(μm/min)を示し、 横軸はバッチ数を示す。折れ線1は実施例1を し、折れ線2は比較例1を示し、折れ線3は比 例2を示す。
 比較例1,2は、バッチ数が増えるにつれて研 レートが低下し、比較例2に比べて比較例1 ほうが低下の度合が顕著であった。
 実施例1は、研磨レートが低下することなく 安定した研磨状態を保持できることがわかっ た。またアルコールを含むことによる研磨レ ートの低下など、アルコールによる研磨阻害 は見られなかった。実施例1において研磨レ トがやや増加しているが、測定誤差の範囲 での変動である。
 (研磨組成物用添加剤の添加量)
 上記の12バッチ研磨中にpH調整(pH10.6を保持) ために添加した研磨組成物用添加剤の量に いて調べた。結果を表1に示す。
 実施例1は比較例2に比べて、1バッチごとの 加量が少なく、12バッチの合計量では、比 例2が330mlであったのに対し、実施例1は155ml 比較例2の半分以下であった。
 実施例1は、アミン化合物を高濃度で含有し ているため、pHの調整に必要な添加量を少な することができ、スラリーの希釈による影 を小さくすることができることがわかった
 (アミン化合物析出試験)
 メタノール存在下(実施例1)とメタノール非 在下(参考例1)で、アミン化合物であるピペ ジンの析出試験を行った。
 実施例1および参考例1の研磨組成物用添加 をビーカーに入れて、液温を25℃、10℃、5℃ に保持して7日間静置した。析出の確認は、 ず目視で行い、塩酸による中和滴定でも確 した。中和滴定による確認は、以下のよう して行った。
 まず研磨組成物用添加剤を5.0g分取し、純水 で希釈し、約100gの溶液とした。ピペラジン 析出が確認されたサンプルはその析出した 殿物を避けて上澄み溶液を分取し、同様に 釈した。上記溶液につき、電位差自動滴定 置(装置名:AT-510 京都電子工業株式会社製)を 用いて、濃度1mol/Lの塩酸溶液(関東化学株式 社製)を滴下することにより、滴定曲線を求 た。得られた滴定曲線の中和点に至るまで 消費された塩酸量から、試料中に溶存して るアルカリ成分の濃度を求めた。
 ここで、TMAHおよびアルコールは上記温度(10 ℃および5℃)では析出しないことから、各温 での7日間静置前後の当該アルカリ成分量が 変化した場合は、当該変化量はピペラジンの 析出によるものである。
 試験結果を表2,3に示す。表2の○は、ピペラ ジンが析出しなかったことを示し、ラは析出 したことを示す。表3には、室温におけるア カリ成分量をブランク値とし、当該ブラン 値に対する上記7日間静置後の当該アルカリ 分量の相対値を示す。表3においては、資料 採取誤差を考慮して、当該アルカリ成分量の 相対値が98%以上である場合にはピペラジンの 析出が無いと判断した。
 実施例1は、アルコールを含むことで、低温 条件下でもピペラジンの析出は見られなかっ たが、参考例1はアルコールを含まないため 液温10℃、5℃で析出した。
 図4Aおよび図4Bは、液温5℃における析出試 結果を示す図である。図4Aは、実施例1の液 5℃での状態を示し、図4Bは、比較例1の液温5 ℃での状態を示している。実施例1では、ピ ラジンの析出は見られず、比較例1では、ビ カーの底に析出したピペラジンが沈殿して ることがわかる。
 なお、上記と同様の析出試験を、メタノー 以外に、エタノール、プロパノール、ブタ ールについても行ったが、実施例1のメタノ ールと同様にいずれの液温においても析出は 見られなかった。
 本発明は、その精神または主要な特徴から 脱することなく、他のいろいろな形態で実 できる。したがって、前述の実施形態はあ ゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範 は特許請求の範囲に示すものであって、明 書本文には何ら拘束されない。さらに、特 請求の範囲に属する変形や変更は全て本発 の範囲内のものである。

 本発明によれば、少なくとも1度使用された 研磨組成物に添加される研磨組成物用添加剤 であり、1種または2種以上のアミン化合物と アルコールとを含む。
 これにより、循環使用、多段使用であって 研磨特性の低下を防ぎばらつきを抑えるこ ができる。さらに、高濃度のアミン化合物 含む場合であっても、その析出を防止し、 出したとしても速やかに再溶解させること できる。
 本発明によれば、2種以上のアミン化合物を 含む場合は、前記アミン化合物が、第4級ア モニウム塩と、水溶性および水分散性を有 る第1級アミン化合物、第2級アミン化合物、 第3級アミン化合物、およびアミノ基を主鎖 たは側鎖に有する高分子化合物から選ばれ 1種または2種以上のアミン化合物とを含むこ とが好ましい。
 本発明によれば、2種以上のアミン化合物を 含む場合は、前記アミン化合物が、第4級ア モニウム塩と、前記研磨組成物に含まれる ミン化合物と同じアミン化合物とを含むこ が好ましい。
 本発明によれば、第4級アンモニウム塩とし て、水酸化テトラメチルアンモニウムを用い ることが特に好ましい。
 本発明によれば、前記アルコールとして、 肪族飽和アルコールから選ばれる1種または 2種以上を用いることが好ましい。