JP2018109089A - 酸化セリウム砥粒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本開示は、研磨剤に使用される酸化セリウム砥粒であって、昇温還元法(Temperature-Programmed-Reaction)により測定される300℃以下の水生成量が、酸化セリウム砥粒の単位表面積あたり、8mmol/m2以上である、酸化セリウム砥粒に関する。
【選択図】図1
Description
本開示に係るセリア砥粒は、研磨速度向上の観点から、TPRにより測定される300℃以下の水生成量が、酸化セリウム砥粒の単位表面積あたり、8mmol/m2以上であって、9mmol/m2以上が好ましく、10mmol/m2以上がより好ましく、そして、同様の観点から、200mmol/m2以下が好ましく、100mmol/m2以下がより好ましく、80mmol/m2以下が更に好ましく、65mmol/m2以下が更に好ましい。本開示においてセリア砥粒の水生成量は、実施例に記載の方法により測定できる。
本開示は、本開示に係るセリア砥粒、及び水系媒体を含む、研磨液組成物(以下、「本開示に係る研磨液組成物」ともいう)に関する。
本開示に係る研磨液組成物は、研磨速度向上の観点から、研磨助剤として、アニオン性基を有する化合物(以下、単に「化合物A」ともいう)を含有することが好ましい。
<測定条件>
検出器:ショーデックスRI SE−61示差屈折率検出器
カラム:東ソー株式会社製のG4000PWXLとG2500PWXLを直列につないだものを使用した。
溶離液:0.2Mリン酸緩衝液/アセトニトリル=90/10(容量比)で0.5g/100mLの濃度に調整し、20μLを用いた。
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/min
標準ポリマー:分子量が既知の単分散ポリエチレングリコール
本開示は、研磨液組成物を製造するためのキットであって、本開示に係るセリア砥粒を含有する分散液が容器に収納された容器入り砥粒分散液を含む、研磨液キットに関する。本開示に係る研磨液キットによれば、研磨速度を向上可能な研磨液組成物が得られうる研磨液キットを提供できる。
本開示は、本開示に係る研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程(以下、「本開示に係る研磨液組成物を用いた研磨工程」ともいう)を含む、半導体基板の製造方法(以下、「本開示に係る半導体基板の製造方法」ともいう。)に関する。本開示に係る半導体基板の製造方法によれば、本開示の研磨液組成物を用いることで、研磨工程における研磨速度を向上できるため、半導体基板を効率よく製造できるという効果が奏されうる。
本開示は、本開示に係る研磨液組成物を用いた研磨工程を含む、基板の研磨方法(以下、本開示に係る研磨方法ともいう)に関し、好ましくは半導体基板を製造するための基板の研磨方法に関する。本開示に係る研磨方法を使用することにより、研磨工程における研磨速度を向上できるため、半導体基板を効率よく製造できるという効果が奏されうる。具体的な研磨の方法及び条件は、上述した本開示に係る半導体基板の製造方法と同じようにすることができる。
本開示は、本開示に係る研磨液組成物を用いた研磨工程を含む、半導体装置の製造方法に関する。本開示に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板を効率よく得て、半導体装置の生産性を向上できるという効果が奏されうる。研磨工程の具体的な研磨方法及び条件は、上述した本開示に係る半導体基板の製造方法と同じようにすることができる。
<1> 研磨剤に使用されるセリア砥粒であって、
昇温還元法(Temperature-Programmed-Reaction、TPR)により測定される300℃以下の水生成量が、セリア砥粒の単位表面積あたり、8mmol/m2以上である、セリア砥粒。
<3> TPRにより測定される300℃以下の水生成量が、セリア砥粒の単位表面積あたり200mmol/m2以下が好ましく、100mmol/m2以下がより好ましく、80mmol/m2以下が更に好ましく、65mmol/m2以下が更に好ましい、<1>又は<2>に記載のセリア砥粒。
<4> セリア砥粒は、コロイダルセリアである、<1>から<3>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<5> セリア砥粒のBET比表面積は、9.8m2/g以上が好ましく、9.9m2/g以上がより好ましく、10.0m2/g以上が更に好ましい、<1>から<4>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<6> セリア砥粒のBET比表面積は、150m2/g以下が好ましく、80m2/g以下がより好ましく、30m2/g以下が更に好ましい、<1>から<5>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<7> セリア砥粒の平均一次粒子径は、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、20nm以上が更に好ましい、<1>から<6>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<8> セリア砥粒の平均一次粒子径は、150nm以下が好ましく、130nm以下がより好ましく、100nm以下が更に好ましい、<1>から<7>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<9> セリア砥粒の平均一次粒子径が、5nm以上150nm以下である、<1>から<8>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<10> セリア砥粒の結晶子径は、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、15nm以上が更に好ましい、<1>から<9>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<11> セリア砥粒の結晶子径は、50nm以下が好ましく、45nm以下がより好ましく、40nm以下が更に好ましい、<1>から<10>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<12> セリア砥粒の結晶子径が、5nm以上50nm以下である、<1>から<11>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<13> セリア砥粒は、酸化セリウム砥粒中のセリウム原子(Ce)の一部がジルコニウム原子(Zr)に置換された複合酸化物粒子である、<1>から<12>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<14> セリア砥粒中のZrの含有量(モル%)は、CeとZrの合計量(100モル%)に対して、15モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましい、<13>に記載のセリア砥粒。
<15>セリア砥粒中のZrの含有量(モル%)は、CeとZrの合計量(100モル%)に対して、35モル%以下が好ましく、30モル%以下がより好ましい、<13>又は<14>に記載のセリア砥粒。
<16> セリア砥粒は、ケイ素(Si)を実質的に含まないことが好ましく、セリア砥粒中のSiの含有量は、SiO2換算で、1質量%以下が好ましい、<1>から<15>のいずれかに記載のセリア砥粒。
<17> <1>から<16>のいずれかに記載のセリア砥粒の研磨粒子としての使用。
<18> <1>から<16>のいずれかに記載のセリア砥粒の研磨への使用。
<19> <1>から<16>のいずれかに記載のセリア砥粒、及び水系媒体を含む、研磨液組成物。
<20> 研磨液組成物中のセリア砥粒の含有量は、0.05質量%以上が好ましく、0.10質量%以上がより好ましく、0.20質量%以上が更に好ましい、<19>に記載の研磨液組成物。
<21> 研磨液組成物中のセリア砥粒の含有量は、10.0質量%以下が好ましく、6.0質量%以下がより好ましい、<19>又は<20>に記載の研磨液組成物。
<22> セリア砥粒の含有量が、0.05質量%以上10質量%以下である、<19>から<21>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<23> アニオン性基を有する化合物Aをさらに含有する、<19>から<22>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<24> 化合物Aの重量平均分子量は、1,000以上が好ましく、10,000以上がより好ましく、20,000以上が更に好ましい、<23>に記載の研磨液組成物。
<25> 化合物Aの重量平均分子量は、550万以下が好ましく、100万以下がより好ましく、10万以下が更に好ましい、<23>又は<24>に記載の研磨液組成物。
<26> 研磨液組成物中の化合物Aの含有量は、セリア砥粒100質量部に対して、0.01質量部以上が好ましく、0.05質量部以上がより好ましく、0.1質量部以上が更に好ましい、<23>から<25>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<27> 研磨液組成物中の化合物Aの含有量は、セリア砥粒100質量部に対して、100質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましく、1質量部以下が更に好ましい、<23>から<26>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<28> 研磨液組成物中の化合物Aの含有量は、0.001質量%以上が好ましく、0.0015質量%以上がより好ましく、0.0025質量%以上が更に好ましい、<23>から<27>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<29> 研磨液組成物中の化合物Aの含有量は、1.0質量%以下が好ましく、0.8質量%以下がより好ましく、0.6質量%以下が更に好ましい、<23>から<28>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<30> pH調整剤及び化合物A以外の研磨助剤のその他の任意成分をさらに含有する、<19>から<29>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<31> 研磨液組成物中の前記その他の任意成分の含有量は、0.001質量%以上が好ましく、0.0025質量%以上がより好ましく、0.01質量%以上が更に好ましい、<30>に記載の研磨液組成物。
<32>研磨液組成物中の前記その他の任意成分の含有量は、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以下が更に好ましい、<30>又は<31>に記載の研磨液組成物。
<33> 研磨液組成物のpHは、3.0以上が好ましく、4.0以上がより好ましく、5.0以上が更に好ましい、<19>から<32>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<34> 研磨液組成物のpHは、10.0以下が好ましく、9.0以下がより好ましく、8.0以下が更に好ましい、<19>から<33>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<35> 酸化珪素膜の研磨に用いられる、<19>から<34>のいずれかに記載の研磨液組成物。
<36> 研磨液組成物を製造するためのキットであって、<1>から<16>のいずれかに記載のセリア砥粒を含有する分散液が容器に収納された容器入り砥粒分散液を含む、研磨液キット。
<37> <19>から<34>のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を含む、半導体基板の製造方法。
<38> <19>から<34>のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を含む、基板の研磨方法であって、好ましくは半導体基板を製造するための、基板の研磨方法。
<39> <19>から<34>のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を含む、半導体装置の製造方法。
[研磨液組成物のpH]
研磨液組成物の25℃におけるpH値は、pHメータ(東亜電波工業社製、「HM−30G」)を用いて測定した値であり、pHメータの電極を研磨液組成物へ浸漬して1分後の数値である。
昇温還元法(TPR)により測定される300℃以下のセリア砥粒の水生成量は、以下のようにして算出した。
<測定試料の調製>
セリア砥粒をイオン交換水に分散させたセリア砥粒水分散液を、120℃で3時間熱風乾燥し、必要に応じてメノウ乳鉢で解砕して、粉末状のセリア砥粒試料を得た。得られた試料を80℃で3時間乾燥し、直後に0.1g秤量し、試料管(反応室)に入れた。
次いで、純アルゴンガスを50cc/分の流量で、反応室へ供給した。純アルゴンガスを供給した状態で、反応室に入れた0.1gの試料を一定の昇温速度で25℃から300℃まで50分かけて昇温し、300℃で60分間保ち、100℃まで自然冷却し、そして100℃で10分間保持した。
<昇温還元法(TPR)による水生成量の測定>
次に、昇温還元装置(日本ベル社製「BELCAT−B」)を用いて以下の条件でTPRによる水生成量を測定した。
反応室へ5体積%の水素ガスと95体積%のアルゴンガスとの混合ガスを30cc/分の流量で供給しながら、昇温速度を5℃/分に設定して、試料を100℃から950℃まで昇温した。そして、この昇温の間、ガス分析装置「BELMass」により、300℃までの温度範囲において、4価のセリウムから3価のセリウムの還元に伴い生成する、単位重量あたりの水生成量A(mmol/g)を検出した。ここで、水生成量Aの検出は、測定温度に対する水生成量A(mmol/g)の関係を取った時に、5mmol/g以上の連続した一連のピークを有するものを水生成量(mmol/g)として検出し、ベースラインに由来する水生成量A(mmol/g)は、0mmol/gとして扱うこととした。測定原理上、同一温度において、複数の水生成量A(mmol/g)が観測される場合があり、この場合は、同一温度における複数の水生成量A(mmol/g)の平均値を、測定温度に対する水生成量A(mmol/g)とした。
そして、検出した水生成量A(mmol/g)を、下記BET法により測定されるBET比表面積B(m2/g)で除すことにより、単位表面積あたりの水生成量A/B(mmol/m2)、すなわち、TPRにより測定される300℃以下の水生成量を求めた。
セリア砥粒をイオン交換水に分散させたセリア砥粒分散液を、120℃で3時間熱風乾燥し、必要に応じてメノウ乳鉢で解砕して、粉末状のセリア砥粒試料を得た。得られた試料を、BET比表面積の測定直前に120℃で15分間乾燥し、マイクロメリティック自動比表面積測定装置「フローソーブIII2305」、(島津製作所製)を用いてBET法によりBET比表面積(m2/g)を測定した。
セリア砥粒の平均一次粒径(nm)は、上記BET法によって得られるBET比表面積を用い、セリア粒子の真密度を7.2g/cm3として算出した。
セリア砥粒の粉体を粉末X線回折測定にかけ、29〜30°付近に出現するセリアの(111)面のピークの半値幅、回折角度を用い、シェラー式よりセリア砥粒の結晶子径(nm)を算出した。
シェラー式:結晶子径(Å)=K×λ/(β×cosθ)
K:シェラー定数、λ:X線の波長=1.54056Å、β:半値幅、θ:回折角2θ/θ
(1)実施例1〜5のセリア砥粒の詳細
実施例1〜5のセリア砥粒には、下記の製造方法により製造されたコロイダルセリアを用いた。
セリウム原料として硝酸セリウム(III)6水和物を0.868g(0.002mol)をイオン交換水:5mLに溶解した。次に水酸化ナトリウム0.014g(0.00035mol)をイオン交換水:35mLに溶解した(約0.01mol/L)。この水酸化ナトリウム水溶液中に先の硝酸セリウム水溶液を撹拌しながら添加し、撹拌を30分以上続行して沈殿を生成させた。沈殿を含むスラリーを50mLのテフロン(登録商標)製容器に移し、このテフロン容器をステンレス製反応容器(三愛科学製オートクレーブ)中に入れて密封し、ステンレス容器ごと送風乾燥機に入れて180℃で3時間水熱処理を実施した。水熱処理終了後、室温まで冷却し、沈殿物をイオン交換水にて十分に洗浄したのち100℃の送風乾燥機にて乾燥し、粉体(実施例1のセリア砥粒A1)を得た。
得られた粉体をX線回折した結果、酸化セリウムであることが確認された。
セリウム原料として硝酸セリウム(III)6水和物を0.868g(0.002mol)をイオン交換水:5mLに溶解した。次に水酸化ナトリウム8.5g(0.2125mol)をイオン交換水:35mLに溶解した(約6mol/L)。この水酸化ナトリウム水溶液中に先の硝酸セリウム水溶液を撹拌しながら添加し、撹拌を30分以上続行して沈殿を生成させた。沈殿を含むスラリーを50mLのテフロン製容器に移し、このテフロン容器をステンレス製反応容器(三愛科学製オートクレーブ)中に入れて密封し、ステンレス容器ごと送風乾燥機に入れて180℃で12時間水熱処理を実施した。水熱処理終了後、室温まで冷却し、沈殿物をイオン交換水にて十分に洗浄したのち100℃の送風乾燥機にて乾燥し、粉体(実施例2、5のセリア砥粒A2)を得た。
得られた粉体をX線回折した結果、酸化セリウムであることが確認された。また、少量の粉体をイオン交換水中に分散させ、SEM観察を行った結果、得られた粉体は、図1に示すような四角形に囲まれた六面体形状の酸化セリウムであることが確認された。
水熱処理時間を6時間に変更したこと以外は、実施例2と同様にして、四角形に囲まれた六面体形状の酸化セリウム(実施例3のセリア砥粒A3)を得た。
セリウム原料として、硝酸セリウム(III)6水和物:0.608g(0.0014mol)、オキシ硝酸ジルコニウム2水和物:0.161g(0.0006mol)を用いた以外は、実施例2と同様の操作を実施し、ジルコニウム含有セリア砥粒A4を得た。
得られたジルコニウム含有セリア砥粒A4の乾燥粉体をX線回折により分析した結果、セリア以外の結晶ピークは観察されず、更にセリアの理論ピークよりも高角度側にシフトしたピークが観察された。
比較例1のセリア砥粒には、粉砕セリアB1[昭和電工社製、「GPL−C1010」、平均一次粒子径:67nm、BET比表面積:12.2m2/g]を用いた。
比較例2のセリア砥粒には、コロイダルセリアB2[阿南化成社製、「ZENUS HC−60」、平均一次粒子径:61nm、BET比表面積:13.5m2/g]を用いた。
比較例3のセリア砥粒には、コロイダルセリアB3[阿南化成社製、「ZENUS HC−30」、平均一次粒子径:26nm、BET比表面積:31.8m2/g]を用いた。
実施例1〜5及び比較例1〜3のセリア砥粒と水系媒体(超純水)とを混合し、必要に応じてpH調整剤を添加し、25℃におけるpHが6である実施例1〜4及び比較例1〜3の研磨液組成物を得た。研磨液組成物のpH調整にはアンモニアを用いた。各研磨液組成物中のセリア砥粒の含有量(質量%、有効分)を表1に示した。
[試験片の作成]
シリコンウェーハの片面に、TEOS−プラズマCVD法で厚さ2000nmの酸化珪素膜を形成したものから、40mm×40mmの正方形片を切り出し、酸化珪素膜試験片を得た。
研磨装置として、定盤径380mmのテクノライズ社製「TR15M−TRK1」を用いた。また、研磨パッドとしては、ニッタ・ハース社製の硬質ウレタンパッド「IC−1000/Suba400」を用いた。前記研磨装置の定盤に、前記研磨パッドを貼り付けた。前記試験片をホルダーにセットし、試験片の酸化珪素膜を形成した面が下になるように(酸化珪素膜が研磨パッドに面するように)ホルダーを研磨パッドに載せた。さらに、試験片にかかる荷重が300g重/cm2となるように、錘をホルダーに載せた。研磨パッドを貼り付けた定盤の中心に、研磨液組成物を50mL/分の速度で滴下しながら、定盤を100r/分、ホルダーを同じ回転方向に110r/分で1分間回転させて、酸化珪素膜試験片の研磨を行った。研磨後、超純水を用いて洗浄し、乾燥して、酸化珪素膜試験片を後述の光干渉式膜厚測定装置による測定対象とした。
酸化珪素膜の研磨速度(Å/分)
=[研磨前の酸化珪素膜厚さ(Å)−研磨後の酸化珪素膜厚さ(Å)]/研磨時間(分)
Claims (14)
- 研磨剤に使用される酸化セリウム砥粒であって、
昇温還元法(Temperature-Programmed-Reaction)により測定される300℃以下の水生成量が、酸化セリウム砥粒の単位表面積あたり、8mmol/m2以上である、酸化セリウム砥粒。 - BET比表面積が9.8m2/g以上である、請求項1に記載の酸化セリウム砥粒。
- 酸化セリウム砥粒の平均一次粒子径が、5nm以上150nm以下である、請求項1又は2に記載の酸化セリウム砥粒。
- 酸化セリウム砥粒の結晶子径が、5nm以上50nm以下である、請求項1から3のいずれかに記載の酸化セリウム砥粒。
- 酸化セリウム砥粒は、ケイ素を実質的に含まない、請求項1から4のいずれかに記載の酸化セリウム砥粒。
- 酸化セリウム砥粒は、酸化セリウム砥粒中のセリウム原子の一部がジルコニウム原子に置換された複合酸化物粒子である、請求項1から5のいずれかに記載の酸化セリウム砥粒。
- 請求項1から6のいずれかに記載の酸化セリウム砥粒の研磨粒子としての使用。
- 請求項1から6のいずれかに記載の酸化セリウム砥粒の研磨への使用。
- 請求項1から6のいずれかに記載の酸化セリウム砥粒、及び水系媒体を含む、研磨液組成物。
- 酸化セリウム砥粒の含有量が、0.05質量%以上10質量%以下である、請求項9に記載の研磨液組成物。
- 酸化珪素膜の研磨に用いられる、請求項9又は10に記載の研磨液組成物。
- 請求項9から11のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を含む、半導体基板の製造方法。
- 請求項9から11のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を含む、基板の研磨方法。
- 請求項9から11のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を含む、半導体装置の製造方法。
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