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KR20220043854A - 연마용 조성물 및 그 제조 방법, 연마 방법 그리고 기판의 제조 방법 - Google Patents

연마용 조성물 및 그 제조 방법, 연마 방법 그리고 기판의 제조 방법 Download PDF

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KR20220043854A
KR20220043854A KR1020210108499A KR20210108499A KR20220043854A KR 20220043854 A KR20220043854 A KR 20220043854A KR 1020210108499 A KR1020210108499 A KR 1020210108499A KR 20210108499 A KR20210108499 A KR 20210108499A KR 20220043854 A KR20220043854 A KR 20220043854A
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KR
South Korea
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polishing
molecular weight
polishing composition
silicon
less
Prior art date
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Application number
KR1020210108499A
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English (en)
Inventor
유키노부 요시자키
다카히토 나가노
Original Assignee
가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드
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Publication date
Priority claimed from JP2021118843A external-priority patent/JP2022056348A/ja
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Abstract

본 발명은, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서, 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 수단을 제공한다. 본 발명은, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 폴리알킬렌글리콜을 함유하고, 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 소정의 분자량 범위 내에 2개 이상의 피크를 갖고, 그 중의 적어도 1개는 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이며, pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물에 관한 것이다.

Description

연마용 조성물 및 그 제조 방법, 연마 방법 그리고 기판의 제조 방법{POLISHING COMPOSITION, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, POLISHING METHOD, AND METHOD FOR PRODUCING SUBSTRATE}
본 발명은 연마용 조성물 및 그 제조 방법, 연마 방법 그리고 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에서는, 반도체 디바이스의 성능 향상에 따라서, 배선을 보다 고밀도이면서 또한 고집적으로 제조하는 기술이 필요해지고 있다. 이러한 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서 CMP(Chemical Mechanical Polishing: 화학 기계 연마)는 필수적인 프로세스로 되어 있다. 반도체 회로의 미세화가 진행됨에 따라, 패턴 웨이퍼의 요철에 요구되는 평탄성이 높아져서, CMP에 의해 나노 오더의 높은 평탄성을 실현할 것이 요구되고 있다. CMP에 의해 높은 평활성을 실현하기 위해서는, 패턴 웨이퍼의 볼록부를 높은 연마 속도로 연마하는 한편 오목부는 그다지 연마하지 않는 것이 바람직하다.
반도체 웨이퍼는, 예를 들어 회로를 형성하는 다결정 실리콘, 절연 재료인 산화규소, 트렌치 또는 비아의 일부가 아닌 이산화규소 표면을 에칭 중에 손상으로부터 보호하기 위한 질화규소와 같은 이종 재료로 구성된다. 이 때문에, 연마용 조성물에 의한 각 재료의 연마 속도의 차이에 의해, 어떤 재료가 다른 재료에 비하여 과도하게 깍이는 디싱과 같은 현상 등에 기인하여 단차가 남아버린다는 문제가 있다. 이러한 점에서, 패턴 웨이퍼의 연마 공정에서 단차를 충분히 해소할 것이 요구되고 있다.
이 요구에 부응하기 위한 기술로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2012-040671호 공보에는, 질화규소 등의 화학 반응성이 부족한 연마 대상물을, 다결정 실리콘 등에 비하여 고속으로 연마 가능한 연마용 조성물이 개시되어 있다. 구체적으로는, 이러한 연마용 조성물로서, 유기산을 고정화한 콜로이달 실리카를 함유하고, pH가 6 이하인 연마용 조성물이 개시되어 있다.
또한, 예를 들어 국제 공개 제2016/052281호에는, 질화규소 등의 연마 속도를 유지 또는 향상시키면서, 다결정 실리콘이나 산화규소 등의 연마 속도를 억제해서 디싱 현상을 억제하여, 단차를 저감하는 것이 가능한 연마용 조성물이 개시되어 있다. 구체적으로는, 이러한 연마용 조성물로서, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 폴리옥시알킬렌기 함유 화합물을 함유하고, 폴리옥시알킬렌기 함유 화합물에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 중량 평균 분자량(폴리에틸렌글리콜 환산)의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고, pH가 7 이하인, 연마용 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 근년, 반도체 디바이스 등에 요구되는 성능이 향상되는 가운데, 연마용 조성물에 의한 연마 성능의 더한 층의 향상이 기대되고 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2012-040671호 공보 및 국제 공개 제2016/052281호에 기재된 연마용 조성물보다도, 더욱 높은 이종 재료간의 선택비를 나타내고 또한 이종 재료를 포함하는 연마용 조성물을 연마했을 때, 더욱 높은 단차 저감 효과를 나타내는 연마용 조성물이 기대되고 있다.
그래서 본 발명은, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해 해결될 수 있다:
유기산을 표면에 고정한 실리카와,
폴리알킬렌글리콜
을 함유하고,
상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고,
상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며,
상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며,
상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고,
상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이며,
pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물.
또한, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서도 해결될 수 있다:
유기산을 표면에 고정한 실리카와,
폴리알킬렌글리콜
을 혼합하는 혼합 공정을 갖고,
상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고,
상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며,
상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며,
상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고, 상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크인,
pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물의 제조 방법.
그리고, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서도 해결될 수 있다:
유기산을 표면에 고정한 실리카와,
겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜과,
겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 폴리알킬렌글리콜
을 혼합하는 혼합 공정을 갖는
pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물의 제조 방법.
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에만 한정되지는 않는다. 또한, 본 명세서에서, 범위를 나타내는 「X 내지 Y」는 「X 이상 Y 이하」를 의미한다. 또한, 특별히 기재하지 않는 한, 조작 및 물성 등의 측정은 실온(20℃ 이상 25℃ 이하의 범위)/상대 습도 40%RH 이상 50%RH 이하의 조건에서 실시한다.
<연마용 조성물>
본 발명의 일 양태는, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 폴리알킬렌글리콜을 함유하고, 상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고, 상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이며, pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물에 관한 것이다. 본 양태에 의하면, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 수단이 제공될 수 있다.
이러한 연마용 조성물에 의하면, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 수단이 제공될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 산화규소(SiN) 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료 및 다결정 실리콘(폴리실리콘, Poly-Si) 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 포함하는 연마 대상물에 있어서, 본 발명의 효과는 보다 현저하게 발휘된다. 보다 상세하게는, 규소-질소 결합을 갖는 재료의 연마 속도가 보다 높아진다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 규소-산소 결합을 갖는 재료의 연마 속도에 대한 규소-질소 결합을 갖는 재료의 연마 속도의 비(규소-산소 결합을 갖는 재료에 대한 규소-질소 결합을 갖는 재료의 선택비) 및 규소-규소 결합을 갖는 재료에 대한 규소-질소 결합을 갖는 재료의 연마 속도의 비(규소-규소 결합을 갖는 재료에 대한 규소-질소 결합을 갖는 재료의 선택비)가 보다 높아진다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 산화규소 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과가 보다 높아진다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과가 보다 높아진다.
본 발명이, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 것의 상세한 이유는 불분명하지만, 이하의 메커니즘에 의한다고 추측된다.
유기산을 표면에 고정한 실리카의 제타 전위는 마이너스이며 또한 절댓값도 커진다. 또한, 연마 대상물에 포함되는 재료는, pH6 이하에서, 제타 전위가 플러스로 되는 것이 존재한다. 그 때문에, 연마용 조성물의 pH가 6 이하이면, 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 이 pH 범위에서 제타 전위가 플러스로 되는 재료는, 전기적으로 반발하지 않고 오히려 끌어당기게 된다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카는, 히드록시기 이외의 관능기인, 유기산 유래의 관능기를 갖는다. 이 유기산 유래의 관능기와, 폴리알킬렌글리콜은 상호 작용하지 않아, 실리카가 원래 갖고 있는 친수성이 발휘되기 쉬워진다. 또한, 산성 조건 하에서는, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 제타 전위가 크기 때문에, 유기산을 표면에 고정한 실리카끼리의 전기적 반발이 일어나서, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 분산 안정성이 향상된다. 이러한 점에서, pH가 6 이하인 연마용 조성물에 있어서, 지립으로서 유기산을 표면에 고정한 실리카를 사용함으로써, 이 pH 범위에서 제타 전위가 플러스로 되는 재료에 대한 높은 연마 속도가 얻어지게 된다. 또한, pH가 6 이하의 범위에서 제타 전위가 플러스로 되는 재료로서는, 예를 들어 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료 등을 들 수 있다.
또한, 폴리알킬렌글리콜은, 수소 결합 등의 작용에 의해 연마 대상물의 표면에 흡착된다. 그리고, 폴리알킬렌글리콜은, 지립에 의한 메커니컬 작용으로부터, 연마 대상물의 표면을 보호하도록 작용한다. 여기서, 연마 대상물의 종류에 따라서, 폴리알킬렌글리콜의 흡착 용이성이 변화한다. 이러한 점에서, 연마 대상물의 종류, 연마용 조성물 중의 폴리알킬렌글리콜의 종류, 이들의 조합 등의 선택에 의해, 연마용 조성물에 의한 연마 속도, 및 이종 재료간의 선택비의 제어가 가능하게 된다. 또한, 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 연마용 조성물에 포함시킴으로써, 보다 큰 분자량을 갖는 성분이 흡착된 간극을, 보다 작은 분자량을 갖는 성분이 매립하도록 더 흡착된다. 그 결과, 연마 대상물의 표면에 보다 치밀한 보호막이 형성되게 되어, 단차 저감 효과가 보다 향상된다.
그리고, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 폴리알킬렌글리콜을 함유하는 연마용 조성물의 pH 범위를 3 이상 6 이하로 함으로써, 특정 재료의 조합에 관한 이종 재료간에서의 선택비, 예를 들어 규소-산소 결합을 갖는 재료에 대한 규소-질소 결합을 갖는 재료의 선택비를 현저하게 향상시킬 수 있다.
그러나, 본 발명자들은 검토 중에, 이러한 pH 범위에서는 특정 재료, 예를 들어 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료에 대한 연마 속도의 억제 효과가, 다른 pH 범위보다도 감소하는 경우가 있는 것을 알아내었다. 이것은, 다른 이종 재료간에서의 선택비, 예를 들어 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료에 대한, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료의 선택비의 향상 효과는, 다른 pH 범위보다도 작아지는 경우가 있는 것을 나타내고 있다.
그래서, 본 발명자들은 더욱 검토를 진행시켰다. 그 결과, 특정 성분을 함유하고, 특정 분자량 분포를 갖는 폴리알킬렌글리콜에 의해, 이 pH 범위에서의 특정 재료에 대한 연마 속도의 억제 효과의 감소가 해소되는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명에서는, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 특정 성분을 함유하고 또한 특정 분자량 분포를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 함유하고, pH 범위가 3 이상 6 이하인 연마용 조성물을 사용한다. 이러한 연마용 조성물을 사용함으로써, 폭넓은 조합에 관한 이종 재료간에 있어서, 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과가 얻어지게 된다. 그 이유는, 이 pH 범위에서, 연마 대상물에 포함되는 각 재료, 그리고 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카 및 폴리알킬렌글리콜의 사이에서, 인력, 척력, 흡착, 탈착 등이 최적화되기 때문이라고 생각된다. 그리고, 이러한 상승 효과에 의해, 이종 재료간에서의 선택비 및 단차 저감 효과가 현저하게 향상되기 때문이라고 생각된다.
또한, 상기 메커니즘은 추측에 기초하는 것으로, 그 정오가 본 발명의 기술적 범위에 영향을 미치는 것은 아니다.
이하, 연마용 조성물에 포함될 수 있는 각 성분이나, 연마용 조성물의 제조에 사용되는 각 원료, 연마용 조성물의 물성 및 특징, 그리고 연마 대상물 등에 대해서 설명한다.
(유기산을 표면에 고정한 실리카)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 유기산을 표면에 고정한 실리카를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서, 유기산을 표면에 고정한 실리카를 사용한다. 「유기산을 표면에 고정한 실리카」는, 지립으로서 사용되는, 유기산을 표면에 화학적으로 결합시킨 실리카이다.
유기산을 표면에 고정한 실리카에 있어서, 유기산 고정 전의 실리카로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 콜로이달 실리카가 바람직하다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카에 있어서, 유기산 고정 전의 실리카의 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 고순도로의 제조를 가능하게 하여, 본 발명의 효과를 보다 향상시킨다는 관점에서, 유기산 고정 전의 실리카의 제조 방법은, 규산 소다법 또는 졸겔법(졸-겔법)이 바람직하고, 졸겔법이 보다 바람직하다. 즉, 유기산 고정 전의 실리카로서는, 졸겔법 또는 규산 소다법으로 제조된 콜로이달 실리카(예를 들어, 졸겔법으로 제조된 콜로이달 실리카 및 규산 소다법으로 제조된 콜로이달 실리카 중 적어도 한쪽)인 것이 바람직하고, 졸겔법으로 제조된 콜로이달 실리카인 것이 보다 바람직하다.
유기산을 표면에 고정한 실리카에 있어서, 당해 유기산으로서는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 술폰산, 카르복실산, 인산 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 바람직하게는 술폰산 또는 카르복실산이며, 보다 바람직하게는 술폰산이다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 표면에는, 상기 유기산 유래의 산성기(예를 들어, 술포기, 카르복실기, 인산기 등)가 (경우에 따라서는 링커 구조를 통해서) 공유 결합에 의해 고정되어 있게 된다.
유기산을 표면에 고정한 실리카는 합성품을 사용해도 되고, 시판품을 사용해도 된다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카는, 단독으로도 사용해도 되고 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다.
유기산을 실리카 표면에 도입하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 머캅토기나 알킬기 등의 상태에서 실리카 표면에 도입하고, 그 후, 술폰산이나 카르복실산으로 산화하는 것과 같은 방법을 들 수 있다. 또한, 예를 들어 유기산 유래의 산성기에 보호기가 결합한 상태에서 실리카 표면에 도입하고, 그 후, 보호기를 탈리시키는 것과 같은 방법을 들 수 있다. 또한, 실리카 표면에 유기산을 도입할 때 사용되는 화합물은, 유기산기로 될 수 있는 관능기를 적어도 1개 갖고, 또한 실리카 표면의 히드록실기와의 결합에 사용되는 관능기, 소수성·친수성을 제어하기 위해서 도입하는 관능기, 입체적 부피 커짐을 제어하기 위해서 도입되는 관능기 등을 포함하는 것이 바람직하다.
유기산을 표면에 고정한 실리카의 구체적인 합성 방법으로서, 유기산의 일종인 술폰산을 실리카의 표면에 고정하는 것이라면, 예를 들어 "Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups", Chem. Commun. 246-247(2003)에 기재된 방법으로 행할 수 있다. 구체적으로는, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등의 티올기를 갖는 실란 커플링제를 실리카에 커플링시킨 후에 과산화수소로 티올기를 산화함으로써, 술폰산이 표면에 고정화된 실리카를 얻을 수 있다. 혹은, 카르복실산을 실리카의 표면에 고정하는 것이라면, 예를 들어 "Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel", Chemistry Letters, 3, 228-229(2000)에 기재된 방법으로 행할 수 있다. 구체적으로는, 광반응성 2-니트로벤질에스테르를 포함하는 실란 커플링제를 실리카에 커플링시킨 후에 광 조사함으로써, 카르복실산이 표면에 고정화된 실리카를 얻을 수 있다.
연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 1차 입자경은, 특별히 제한되지 않지만, 5nm 이상인 것이 바람직하고, 7nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 10nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 1차 입자경은, 50nm 이하인 것이 바람직하고, 45nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 40nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 조성물에 의한 특정 재료의 연마 속도가 보다 향상되어, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다. 따라서, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 바람직한 평균 1차 입자경의 일례는, 10nm 이상 50nm 이하이다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 1차 입자경의 값은, 예를 들어 BET법으로 측정되는 유기산을 표면에 고정한 실리카의 비표면적에 기초하여 산출할 수 있다.
연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 2차 입자경은, 특별히 제한되지 않지만, 10nm 이상인 것이 바람직하고, 15nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 20nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 2차 입자경은, 특별히 제한되지 않지만, 150nm 이하인 것이 바람직하고, 100nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 80nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 조성물에 의한 특정 재료의 연마 속도가 보다 향상되어, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다. 따라서, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 바람직한 평균 2차 입자경의 일례는, 20nm 이상 100nm 이하이다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 2차 입자경의 값은, 예를 들어 레이저광을 사용한 광산란법 측정에 기초하여 산출할 수 있다.
연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 회합도는, 특별히 제한되지 않지만, 1 이상인 것이 바람직하고, 2 이상인 것이 보다 바람직하고, 2.5 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 회합도는, 10 이하인 것이 바람직하고, 8 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 조성물에 의한 특정 재료의 연마 속도가 보다 향상되어, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 회합도는, 상기 평균 2차 입자경의 값을 상기 평균 1차 입자경의 값으로 제산함으로써 산출할 수 있다.
연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 제타 전위는, 부(마이너스)의 값인 것이 바람직하고, -5mV 이하인 것이 바람직하고, -10mV 이하인 것이 보다 바람직하고, -15mV 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 실리카의 응집이 보다 생기기 어려워진다. 또한, 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 제타 전위는, -70mV 이상인 것이 바람직하고, -60mV 이상인 것이 보다 바람직하고, -50mV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마 대상물 상에의 지립의 부착이 보다 생기기 어려워진다. 또한, 유기산을 표면에 고정한 실리카의 제타 전위는, 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
유기산을 표면에 고정한 실리카의 1차 입자 및 2차 입자의 형상은, 특별히 제한되지 않고, 각각 구상이어도 되고, 비구상이어도 된다. 이들 중에서도, 2차 입자의 형상은, 누에고치형 또는 누에고치형보다도 더 이형화가 진행된 형상인, 쇄상 혹은 분지상 등인 것이 바람직하고, 누에고치형인 것이 보다 바람직하다.
연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 함유량(첨가량)은 특별히 제한되지 않지만, 0.001질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.1질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 조성물에 의한 연마 대상물의 연마 속도가 보다 향상된다. 또한, 연마용 조성물 중의 유기산을 표면에 고정한 실리카의 함유량은, 10질량% 이하인 것이 바람직하고, 8질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 5질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 조성물에 의한 특정 재료의 연마가 보다 억제되어, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물에서는, 유기산을 표면에 고정한 실리카를 지립으로서 사용하는 것이 필수적이지만, 경우에 따라서는, 유기산을 표면에 고정하지 않은 실리카 등의 다른 지립을 병용해도 된다. 단, 지립 전체에서 차지하는 유기산을 표면에 고정한 실리카의 함유 비율은, 특별히 제한되지 않지만, 질량 기준으로 50질량% 이상인 것이 바람직하고, 80질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 90질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 95질량% 이상인 것이 특히 바람직하고, 100질량%인 것이 가장 바람직하다.
(폴리알킬렌글리콜)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 폴리알킬렌글리콜을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서 폴리알킬렌글리콜을 사용한다.
폴리알킬렌글리콜은, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가, 2개 이상의 피크를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 「2개 이상의 피크를 갖는」이란, 폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 분자량 분포의 차트(미분 분자량 분포 곡선)가 2개 이상의 극댓값을 갖는 것을 의미한다. 전형적으로는, 후술하는 연마용 조성물의 제조 방법란에서 설명한 바와 같이, 예를 들어 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포의 피크 톱 분자량이 다른 2종 이상의 폴리알킬렌글리콜을 사용해서 연마용 조성물을 제조함으로써, 상술한 바와 같은 「2개 이상의 피크를 갖는」의 조건을 충족하는 조성물을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고, 상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크인 것이 바람직하다.
여기서, 폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크인 것이 바람직하다. 또한, 폴리알킬렌글리콜은, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리부틸렌글리콜을 더 포함하고 또한 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리부틸렌글리콜에서 유래되는 피크인 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물에 포함되는 상기 폴리알킬렌글리콜이 폴리에틸렌글리콜만이며, 모든 피크가 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크인 것이 특히 바람직하다.
폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포의 피크 수는, 2 이상이라면 특별히 제한되지 않지만, 2 이상 10 이하인 것이 바람직하고, 2 또는 3인 것이 보다 바람직하고, 3인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에서의, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 수는, 1 이상이라면 특별히 제한되지 않지만, 1 이상 5 이하인 것이 바람직하고, 1 또는 2인 것이 보다 바람직하고, 1인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에서의, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 수는, 1 이상이라면 특별히 제한되지 않지만, 1 이상 5 이하인 것이 바람직하고, 1 또는 2인 것이 보다 바람직하고, 2인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 폴리에틸렌글리콜의 분산 상태가 보다 양호해진다. 또한, 연마 대상물에 대한 보다 균일하고, 보다 치밀한 흡착이 가능하게 되어, 단독 피크로는 이룰 수 없었던 단차 형상의 보다 양호한 제어가 가능하게 된다.
폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에서의, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 특별히 제한되지 않지만, 1,100 이상 5,000 이하의 피크 톱 분자량을 갖는 것이 바람직하고, 1,200 이상 4,000 이하의 피크 톱 분자량을 갖는 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위이면, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다. 그리고, 폴리알킬렌글리콜이, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크를 복수 갖는 경우, 모든 피크가 상기 범위 내의 피크 톱 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 이때, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다.
폴리알킬렌글리콜의 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에서의, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 특별히 제한되지 않지만, 150 이상 700 이하의 피크 톱 분자량을 갖는 것이 보다 바람직하고, 200 이상 600 이하의 피크 톱 분자량을 갖는 것이 더욱 보다 바람직하다. 이 범위이면, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다. 그리고, 폴리알킬렌글리콜이, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크를 복수 갖는 경우, 모든 피크가 상기 범위 내의 피크인 것이 바람직하다. 이때, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다.
또한, 원료로서 2종 이상의 폴리알킬렌글리콜을 사용하는 경우, 원료의 폴리알킬렌글리콜로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 상기 각 피크의 바람직한 범위와 마찬가지의 범위의 피크 톱 분자량을 갖는 폴리알킬렌글리콜 등을 들 수 있다.
또한, 폴리알킬렌글리콜에 관한 GPC에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포나, 피크 톱 분자량은, 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 수 평균 분자량 및 중량 평균 분자량도 또한, 마찬가지의 방법에 의해 측정할 수 있다.
연마용 조성물에 포함되는 폴리알킬렌글리콜은, 시판품으로 구성되어 있어도 되고, 합성품으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 연마용 조성물에 포함되는 폴리알킬렌글리콜은, 단독 종류의 폴리알킬렌글리콜로 구성되어 있어도 되고, 2종 이상의 폴리알킬렌글리콜로 구성되어 있어도 된다. 이들 중에서도, 폴리알킬렌글리콜은, 단독 종류의 폴리알킬렌글리콜로 구성되는 것이 바람직하다.
폴리알킬렌글리콜의 종류로서는, 특별히 제한되지 않지만, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 그리고 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는, 적어도 2종 이상의 코폴리머 등의 폴리알킬렌글리콜 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜이 바람직하고, 폴리에틸렌글리콜이 보다 바람직하다.
또한, 원료로서 2종 이상의 폴리알킬렌글리콜을 사용하는 경우, 원료의 폴리알킬렌글리콜로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜 등을 들 수 있다. 시판품으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜 200, 600, 1,000, 1,540, 2,000, 4,000, 6,000, 8,000, 20,000(이상, 후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조), Polyethylene glycol 10,000(Alfa Aesar 제조), 폴리프로필렌글리콜, 디올형, 400(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조) 등을 들 수 있다. 또한, 프로논(등록 상표) 102, 프로논(등록 상표) 201 등의 프로논(등록 상표) 시리즈로 대표되는 블록 폴리머(이상, 니찌유 가부시끼가이샤 제조) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜이 바람직하고, 폴리에틸렌글리콜이 보다 바람직하다.
연마용 조성물 중의 폴리알킬렌글리콜의 함유량(첨가량)은 특별히 제한되지 않지만, 0.001g/L 이상인 것이 바람직하고, 0.01g/L 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.1g/L 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 연마용 조성물 중의 폴리알킬렌글리콜의 함유량은, 100g/L 이하인 것이 바람직하고, 10g/L 이하인 것이 보다 바람직하고, 5g/L 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위라면, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다. 또한, 단차 저감 효과도 보다 향상된다.
원료로서 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜과, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 폴리알킬렌글리콜을 사용하는 경우, 이들의 첨가량의 총합에 대한, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜의 첨가량의 비율은, 특별히 제한되지 않지만, 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 40질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 70질량% 이상인 것이 보다 더욱 바람직하고, 75질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 이들의 첨가량의 총합에 대한, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜의 첨가량의 비율은, 90질량% 이하인 것이 바람직하고, 85질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 80질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(연마 촉진제)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 연마 촉진제를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서 연마 촉진제를 사용하는 것이 바람직하다. 연마 촉진제는, 연마용 조성물에 의한 특정 재료의 연마 속도를 향상시키도록 작용한다. 그 결과, 이종 재료간에 있어서 선택비가 보다 향상된다.
연마 촉진제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 연마용 조성물이 갖는 pH에 있어서, 제타 전위가 플러스로 되는 재료의 연마 속도를 향상시킬 수 있는 화합물(제타 전위가 플러스로 되는 재료의 연마 촉진제)인 것이 바람직하다. 또한, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료의 연마 속도를 향상시킬 수 있는 화합물(규소-질소 결합을 갖는 재료의 연마 촉진제, 바람직하게는 질화규소의 연마 촉진제)인 것이 보다 바람직하다. 이러한 화합물은, 연마 대상인 재료의 제타 전위의 플러스의 절댓값이 작은 경우에도, 제타 전위가 마이너스인 유기산을 표면에 고정한 실리카를 사용한 경우에, 보다 높은 연마 속도 및 높은 선택비를 실현할 수 있다.
질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료의 연마 촉진제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 N-메틸-D-글루카민, D-글루카민, N-에틸-D-글루카민, N-프로필-D-글루카민, N-옥틸-D-글루카민, N-아세틸-D-글루코사민, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 비스(2-히드록시에틸)아미노트리스(히드록시메틸)메탄, N-(2-아세트아미드)이미노2아세트산, N,N-디(2-히드록시에틸)글리신, N-[트리스(히드록시메틸)메틸]글리신, 히드록시에틸이미노2아세트산, 이미노2아세트산, 히드록시에틸리덴디포스폰산(HEDP), 니트릴로트리스메틸렌포스폰산, 포스포노부탄트리카르복실산 및 이들의 염 등을 들 수 있다. 또한, 알칸올아민류, 아미노산 및 이들의 염 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 N-메틸-D-글루카민이 바람직하다.
연마 촉진제는 합성품을 사용해도 되고, 시판품을 사용해도 된다. 또한, 연마 촉진제는, 단독으로 사용해도, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
연마용 조성물 중의 연마 촉진제의 함유량(첨가량)은 특별히 제한되지 않지만, 0.01g/L 이상인 것이 바람직하고, 0.1g/L 이상인 것이 보다 바람직하고, 1g/L 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 촉진제에 의한 특정 재료의 연마 속도 향상 효과가 보다 높아진다. 또한, 연마용 조성물 중의 연마 촉진제의 함유량은, 100g/L 이하인 것이 바람직하고, 50g/L 이하인 것이 보다 바람직하고, 10g/L 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위라면, 연마 촉진제의 재석출이 생길 가능성을 보다 저감할 수 있다. 또한, 연마 촉진제와 다른 첨가제의 반응에 의해, 연마용 조성물의 변질이 생길 가능성을 보다 저감할 수 있다.
(단차 개량제)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 단차 개량제를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서 단차 개량제를 사용하는 것이 바람직하다. 단차 개량제는, 특정 재료의 조합에 관한 이종 재료간에서 의도하지 않게 발생하는 단차나, 패턴의 조밀 부분의 사이에서 의도하지 않게 발생하는 단차를 저감하도록 작용한다.
단차 개량제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 산화규소 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과를 보다 향상시킬 수 있는 화합물(바람직하게는, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료의 단차 개량제, 보다 바람직하게는, 질화규소와 산화규소의 단차 개량제)인 것이 바람직하다. 또한, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과를 보다 향상시킬 수 있는 화합물(바람직하게는, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-규소 결합을 갖는 재료의 단차 개량제, 보다 바람직하게는, 질화규소와 다결정 실리콘의 단차 개량제)인 것이 바람직하다.
질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 산화규소 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료의 단차 개량제나, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료의 단차 개량제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 방향환과, 당해 방향환과 직접 결합하는 술포기를 갖는 화합물, 및 그의 염 등을 바람직한 예로서 들 수 있다. 방향환으로서는, 방향족 탄화수소환이어도, 방향족 복소환이어도 되고, 단환이어도, 2 이상의 환이 축합해서 이루어지는 환이어도 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 하기 화학식 (1)로 표현되는 화합물 및 그의 염, 하기 화학식 (2)로 표현되는 화합물 및 그의 염, 그리고 하기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 (공)중합체 및 그의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 즉, 하기 화학식 (1)로 표현되는 화합물, 하기 화학식 (2)로 표현되는 화합물, 하기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 (공)중합체 및 이들의 염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 또한, (공)중합체란, 공중합체 및 단독 중합체를 포함하는 총칭을 나타내는 것으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 (1)에서, R1 내지 R6은, 각각 독립적으로 수소 원자, 히드록시기, 술포기, 술포기를 함유하지 않는 음이온성기, 양이온성기, 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기, 또는 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기이며, 이때, R1 내지 R6의 적어도 1개가 술포기이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 (2)에서, R7 내지 R14는, 각각 독립적으로 수소 원자, 히드록시기, 술포기, 술포기를 함유하지 않는 음이온성기, 양이온성기, 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기, 또는 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기이며, 이때, R7 내지 R14의 적어도 1개가 술포기이다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 (3)에서, R15 내지 R19는, 각각 독립적으로 수소 원자, 히드록시기, 술포기, 술포기를 함유하지 않는 음이온성기, 양이온성기, 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기, 또는 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기이며, 이때, R15 내지 R19의 적어도 1개가 술포기이며, R20 내지 R22는, 각각 독립적으로 수소 원자, 히드록시기, 술포기를 함유하지 않는 음이온성기, 양이온성기, 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기, 또는 히드록시기, 술포기를 함유하지 않는 음이온성기, 양이온성기, 혹은 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기로 치환되어 있거나, 혹은 비치환된 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기이다.
또한, 상기 화학식 (1) 내지 상기 화학식 (3)에서, 음이온성기란, 카운터 이온이 해리해서 음이온으로 되는 관능기를 의미한다. 또한, 상기 화학식 (1) 내지 상기 화학식 (3)에서, 양이온성기란, 카운터 이온이 해리하여, 또는 다른 이온성 화합물의 전리에 의해 생긴 양이온종과 결합하여 양이온으로 되는 관능기를 의미한다. 양이온성기로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 아미노기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 (1) 내지 상기 화학식 (3)에서, 아미노기란, -NH2기, -NHR기, -NRR'기(R, R'는 치환기를 나타냄)를 나타낸다. 또한, 상기 화학식 (1) 내지 상기 화학식 (3)에서, 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기로서는, 특별히 제한되지 않지만, 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, n-프로필옥시카르보닐기, 이소프로필옥시카르보닐기, n-부톡시카르보닐기, sec-부톡시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐기 등을 바람직한 예로서 들 수 있다. 그리고, 상기 화학식 (1) 내지 상기 화학식 (3)에서, 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기로서는, 특별히 제한되지 않지만, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 등을 바람직한 예로서 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 공중합체 또는 그의 염은, 다른 단량체 유래의 구조 단위를 더 포함하고 있어도 된다. 상기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 공중합체 또는 그의 염이 갖는 다른 단량체 유래의 구조 단위로서는, 특별히 제한되지 않지만, 에틸렌성 불포화 단량체, 디아민, 또는 디에폭시드에서 유래되는 구성 단위 등을 바람직한 예로서 들 수 있다. 또한, 상기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 염의 중량 평균 분자량은, 특별히 제한되지 않지만, 1,000 이상인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 염의 중량 평균 분자량은, 1,000,000 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 (3)으로 표현되는 구조 단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 염의 중량 평균 분자량은, GPC에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 값으로서 구할 수 있다.
이들 중에서도, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 산화규소 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과, 및 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과의 관점에서, 단차 저감제로서는, 상기 화학식 (1)로 표현되는 화합물 또는 그의 염이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 (1)로 표현되는 화합물 또는 그의 염은, 상기 화학식 (1)에서, R1이 술포기이며, R2 내지 R6은, 각각 독립적으로 수소 원자, 히드록시기, 술포기를 함유하지 않는 음이온성기, 양이온성기, 탄소수 2 내지 6의 알콕시카르보닐기, 혹은 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기인 화합물 또는 그의 염인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 화학식 (1)로 표현되는 화합물 또는 그의 염은, 상기 화학식 (1)에서, R1이 술포기이며, R2 내지 R6은, 각각 독립적으로 수소 원자, -NH2기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, 혹은 tert-부틸기인 화합물 또는 그의 염인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 화학식 (1)로 표현되는 화합물 또는 그의 염은, 상기 화학식 (1)에서, R1이 술포기이며, R2 내지 R6은, 각각 독립적으로 수소 원자, 혹은 메틸기인 화합물, 또는 그의 염인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 산화규소 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과, 및 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 다결정 실리콘 등의 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 단차 저감 효과의 관점에서, 바람직한 단차 저감제의 구체예로서는, 특별히 제한되지 않지만, m-크실렌술폰산 또는 그의 염, p-톨루이딘-2-술폰산 또는 그의 염, 2-나프톨-6-술폰산 또는 그의 염, 1-나프탈렌술폰산 또는 그의 염, 파라스티렌술폰산-스티렌 공중합체 또는 그의 염 등을 들 수 있다. 따라서, 바람직한 단차 저감제의 구체예로서는, 특별히 제한되지 않지만, m-크실렌술폰산, p-톨루이딘-2-술폰산, 2-나프톨-6-술폰산, 1-나프탈렌술폰산, 파라스티렌술폰산-스티렌 공중합체 및 이들의 염 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 상기 화학식 (1)로 표현되는 화합물 또는 그의 염인, m-크실렌술폰산 또는 그의 염, p-톨루이딘-2-술폰산 또는 그의 염이 보다 바람직하고, m-크실렌술폰산 또는 그의 염이 더욱 바람직하고, m-크실렌술폰산이 특히 바람직하다. 따라서, 보다 바람직한 구체예로서는, m-크실렌술폰산, p-톨루이딘-2-술폰산 및 이들의 염을 들 수 있고, 더욱 바람직한 구체예로서는, m-크실렌술폰산 및 그의 염을 들 수 있고, 특히 바람직한 구체예로서는, m-크실렌술폰산을 들 수 있다.
또한, 단차 개량제가 염일 경우, 술포기, 또는 염을 형성할 수 있는 다른 관능기의 일부 또는 전부가 염이어도 된다.
단차 개량제는 합성품을 사용해도 되고, 시판품을 사용해도 된다. 또한, 단차 개량제는, 단독으로 사용해도, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
연마용 조성물 중의 단차 개량제의 함유량(첨가량)은 특별히 제한되지 않지만, 0.01g/L 이상인 것이 바람직하고, 0.1g/L 이상인 것이 보다 바람직하고, 1g/L 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위이면, 특정 재료의 조합에 관한 이종 재료간에서 의도하지 않게 발생하는 단차나, 패턴의 조밀 부분의 사이에서 의도하지 않게 발생하는 단차의 저감 효과가 보다 높아진다. 또한, 연마용 조성물 중의 단차 개량제의 함유량은, 100g/L 이하인 것이 바람직하고, 50g/L 이하인 것이 보다 바람직하고, 10g/L 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위라면, 단차 개량제의 재석출이 생길 가능성을 보다 저감할 수 있다. 또한, 단차 개량제와 다른 첨가제의 반응에 의해, 연마용 조성물의 변질이 생길 가능성을 보다 저감할 수 있다.
단차 개량제는, 연마용 조성물을 제조할 때의 혼합 시에는, 단차 개량제 그 자체의 상태이어도 되고, 그 수화물의 상태이어도 된다. 또한, 단차 개량제를 그 수화물의 상태에서 혼합하는 경우, 연마용 조성물 중의 단차 개량제의 함유량은, 수화수를 제외한 질량으로부터 계산한 함유량을 나타내는 것으로 한다.
(pH 조정제)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, pH 조정제를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서 pH 조정제를 사용하는 것이 바람직하다. pH 조정제는, 연마용 조성물에 적량을 첨가함으로써, 연마용 조성물의 pH를 원하는 값으로 조정하도록 작용한다.
pH 조정제로서는, 특별히 제한되지 않고, 연마용 조성물의 분야에서 사용되는 공지된 pH 조정제를 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 공지된 산, 염기, 이들의 염 등을 사용하는 것이 바람직하다.
pH 조정제로서의 산은, 특별히 제한되지 않으며, 무기산이어도 유기산이어도 된다. 무기산으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 탄산, 염산, 질산, 인산, 차아인산, 아인산, 포스폰산, 황산, 붕산, 불화수소산, 오르토인산, 피로인산, 폴리인산, 메타인산, 헥사메타인산 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 질산인 것이 바람직하다.
유기산으로서는, 카르복실산, 포스폰산기 또는 인산기를 갖는 유기 인계의 산, 술폰산 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 카르복실산인 것이 바람직하다.
또한, 유기산으로서는, 분자 내에 유기산기를 1개만 갖는 유기산이어도, 분자 내에 유기산기를 2 이상 갖는 유기산이어도 된다. 분자 내에 유기산기를 1개만 갖는 유기산으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 카르복시기(카르복실산기), 포스폰산기 또는 인산기 및 술포기(술폰산기)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 유기산기를, 분자 내에 1개만 갖는 유기산인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 2-메틸부티르산, n-헥산산, 3,3-디메틸부티르산, 2-에틸부티르산, 4-메틸펜탄산, n-헵탄산, 2-메틸헥산산, n-옥탄산, 2-에틸헥산산, 벤조산, 글리콜산, 히드록시이소부티르산, 살리실산, 락트산 등의 모노카르복실산이나, 메탄술폰산, 에탄술폰산, 이세티온산 등의 모노 술폰산, 1가의 유기 인계의 산 등을 들 수 있다. 또한, 분자 내에 유기산기를 2 이상 갖는 유기산으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 카르복시기(카르복실산기), 포스폰산기 또는 인산기 및 술포기(술폰산기)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 유기산기를, 분자 내에 2 이상 갖는 유기산인 것이 바람직하다. 구체예로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 숙신산, 아디프산, 글루타르산, 피멜산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 옥살산, 말레산, 푸마르산, 시트라콘산, 메사콘산, 2-펜텐이산, 메틸렌숙신산, 알릴말론산, 이소프로필리덴숙신산, 2,4-헥사디엔산, 아세틸렌디카르복실산, 시트르산, 말산, 타르타르산, 아코니트산, 이타콘산, 멜리트산 등의 다가 카르복실산, 다가 술폰산, 피트산, 히드록시에틸리덴디포스폰산 등의 다가의 유기 인계의 산 등을 들 수 있다.
염기의 구체예로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 수산화칼륨 등의 알칼리 금속의 수산화물, 암모니아, 테트라메틸암모늄 및 테트라에틸암모늄 등의 제4급 암모늄염, 에틸렌디아민 및 피페라진 등의 아민 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 산인 것이 바람직하고, 분자 내에 산성기를 2 이상 갖는 산인 것이 보다 바람직하고, 분자 내에 유기산기를 2 이상 갖는 유기산인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 다가 카르복실산인 것이 보다 더욱 바람직하고, 지방족 다가 카르복실산인 것이 특히 바람직하고, 불포화 지방족 다가 카르복실산인 것이 또한 특히 바람직하다. 그리고, 불포화 지방족 2가 카르복실산인 것이 매우 바람직하고, 말레산인 것이 가장 바람직하다.
연마용 조성물 중의 pH 조정제의 함유량(첨가량)은, 연마용 조성물의 pH가 3 이상 6 이하로 되는 양이라면 특별히 제한되지 않지만, 후술하는 연마용 조성물이 바람직한 pH값으로 되는 양을 첨가하는 것이 바람직하다.
(분산매)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 분산매를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서 분산매를 사용하는 것이 바람직하다. 분산매는, 각 성분을 분산 또는 용해시키도록 작용한다.
분산매는, 특별히 제한되지 않지만, 물 또는 유기 용매 등을 들 수 있다. 유기 용매로서는, 특별히 제한되지 않고 공지된 유기 용매를 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 분산매는, 물을 포함하는 것이 바람직하고, 물만인 것이 보다 바람직하다. 또한, 불순물에 의한 연마용 조성물의 다른 성분에의 영향을 방지하는 관점에서, 가능한 한 고순도의 물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 이온 교환 수지로 불순물 이온을 제거한 후 필터를 통과시켜 이물을 제거한 순수나 초순수, 또는 증류수가 바람직하다. 또한, 분산매로서, 연마용 조성물의 다른 성분의 분산성 등을 제어할 목적으로, 물에 더하여, 물과 혼화하는 유기 용매인 아세톤, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 등을 더 포함해도 된다. 물에 더하여, 물과 혼화하는 유기 용매를 사용하는 경우, 물과 유기 용매를 혼합하여, 얻어진 혼합 용매 중에 각 성분을 첨가해서 분산 또는 용해해도 된다. 또한, 이들 유기 용매를 물과 혼합하지 않고 사용하여, 각 성분을 분산 또는 용해한 후에 물과 혼합해도 된다. 이러한 물과 혼화하는 유기 용매는, 단독으로도 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
(그 밖의 성분)
본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 필요에 따라, 연마용 조성물의 분야에서 사용되는, 공지된 다른 성분을 더 포함하고 있어도 된다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 원료로서, 필요에 따라, 연마용 조성물의 분야에서 사용되는 공지된 다른 성분을 더 사용해도 된다. 다른 성분으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 착화제, 금속 방식제, 방부제, 곰팡이 방지제, 산화제, 환원제, 전기 전도도 조정제, 및 상기 설명한 성분 이외의 수용성 고분자 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 방부제 또는 곰팡이 방지제를 포함하는 것이 바람직하다.
방부제 또는 곰팡이 방지제로서는, 특별히 제한되지 않고, 연마용 조성물의 분야에서 사용되는 공지된 방부제나, 공지된 곰팡이 방지제를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온이나 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 등의 이소티아졸린계 방부제나, 파라옥시벤조산에스테르류, 페녹시에탄올 등을 들 수 있다.
(연마용 조성물의 pH)
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 연마용 조성물의 pH는 3 이상 6 이하이다. pH의 값이 6보다도 크면, 제타 전위가 플러스로 되는 재료의, 제타 전위의 플러스의 절댓값이 작아지기 때문에, 제타 전위가 마이너스인 유기산을 표면에 고정한 실리카를 사용한 경우에, 높은 연마 속도로 연마를 하는 것이 곤란해진다. 또한, 그 결과, 이러한 재료를 포함하는 이종 재료간에 있어서 선택비가 저하된다. 또한, 연마용 조성물의 pH는 5.5 이하인 것이 바람직하고, 5 이하인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위이면, 연마용 조성물에 의해 제타 전위가 플러스로 되는 재료를 충분한 연마 속도로 연마하면서, 이것을 포함하는 폭넓은 조합에 관한 이종 재료간에 있어서, 보다 높은 선택비 및 보다 높은 단차 저감 효과를 얻을 수 있다. 한편, pH의 값이 3 미만인 경우, 이종 재료간에서의 선택비가 저하된다. 예를 들어, 연마 대상물 상에서의, 질화규소 등의 규소-질소 결합을 갖는 재료의 부근 등에 산화규소 등의 규소-산소 결합을 갖는 재료가 존재하는 경우, 규소-산소 결합을 갖는 재료에 대한 규소-질소 결합을 갖는 재료의 선택비를 충분히 확보할 수 없게 된다. 연마용 조성물의 pH는 3.5 이상인 것이 바람직하고, 4.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위이면, 제타 전위가 플러스로 되는 재료를 포함하는 폭넓은 조합에 관한 이종 재료간에 있어서, 보다 높은 선택비 및 보다 높은 단차 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 연마용 조성물의 pH는, 실시예에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 연마용 조성물의 pH는, 예를 들어 pH 조정제 등의 첨가량에 의해 조정할 수 있다.
(연마용 조성물의 타입)
본 발명의 일 실시 형태에서의 연마용 조성물, 또는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법으로 제조되는 연마용 조성물은, 일액형이어도 되고, 2액형을 비롯한 다액형이어도 된다. 다액형일 경우, 본 발명의 일 실시 형태에서의 연마용 조성물, 또는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법으로 제조되는 연마용 조성물은, 그 중 1개의 액이어도, 2 이상의 액이어도, 모든 액이어도 된다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물, 또는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 제조 방법으로 제조되는 연마용 조성물은, 연마용 조성물의 원액을 물 등의 희석액을 사용해서 예를 들어 10배 이상으로 희석함으로써 조정되어도 된다.
(연마 대상물)
본 발명의 일 양태에 관한 연마용 조성물, 후술하는 본 발명의 다른 일 양태에 관한 제조 방법에 의해 제조되는 연마용 조성물, 후술하는 본 발명의 그 밖의 일 양태에 관한 연마 방법, 및 후술하는 본 발명의 또 다른 일 양태에 관한 기판의 제조 방법을 적용하는 연마 대상물은, 특별히 제한되지 않고, CMP 분야에서 사용되는 공지된 연마 대상물에 적용할 수 있다. 연마 대상물로서는, 예를 들어 금속과, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 그 밖의 규소를 포함하는 재료를 포함하는 연마 대상물 등을 들 수 있다.
연마 대상물은, 2종 이상의 재료를 포함하는 연마 대상물인 것이 바람직하고, (a) 규소-질소 결합을 갖는 재료와, (b) 그 밖의 규소를 포함하는 재료를 포함하는 연마 대상물이 보다 바람직하다.
(a) 규소-질소 결합을 갖는 재료
규소-질소 결합을 갖는 재료로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 질화규소(SiN), 탄질화규소(SiCN) 등을 들 수 있다.
(b) 그 밖의 규소를 포함하는 재료
그 밖의 규소를 포함하는 재료로서는, 상기 규소-질소 결합을 갖는 재료 이외의 규소를 포함하는 재료라면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 이하와 같은 것을 들 수 있다.
(b-1) 규소-산소 결합을 갖는 재료
규소-산소 결합을 갖는 재료로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 산화규소, BD(블랙 다이아몬드: SiOCH), FSG(플루오로 실리케이트 글래스), HSQ(수소 실세스퀴옥산), CYCLOTENE, SiLK, MSQ(Methyl silsesquioxane) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 산화규소가 바람직하다. 그리고, 산화규소로서는, 특별히 제한되지 않지만, 오르토규산테트라에틸(TEOS) 유래의 산화규소(본 명세서에서, 단순히 「TEOS-SiO」라고도 칭함)인 것이 특히 바람직하다.
(b-2) 규소-규소 결합을 갖는 재료
규소-규소 결합을 갖는 연마 대상물로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 다결정 실리콘(폴리실리콘, Poly-Si), 아몰퍼스 실리콘, 단결정 실리콘, n형 도프 단결정 실리콘, p형 도프 단결정 실리콘, SiGe 등의 Si계 합금 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 다결정 실리콘인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 관한 연마용 조성물, 후술하는 본 발명의 다른 일 양태에 관한 제조 방법에 의해 제조되는 연마용 조성물, 후술하는 본 발명의 그 밖의 일 양태에 관한 연마 방법, 및 후술하는 본 발명의 또 다른 일 양태에 관한 기판의 제조 방법을 적용하는 연마 대상물은, (a) 규소-질소 결합을 갖는 재료와, (b) 그 밖의 규소를 포함하는 재료를 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 이들 연마용 조성물은, (a) 규소-질소 결합을 갖는 재료와, (b-1) 규소-산소 결합을 갖는 재료, 또는 (b-2) 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것이 보다 바람직하다. 그리고, 이들 연마용 조성물은, 질화규소와, 산화규소(예를 들어, TEOS-SiO 등), 또는 다결정 실리콘을 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 이들 연마용 조성물은, (a) 규소-질소 결합을 갖는 재료와, (b-1) 규소-산소 결합을 갖는 재료, 및 (b-2) 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것이 보다 바람직하다. 그리고, 이들 연마용 조성물은, 질화규소와, 산화규소(예를 들어, TEOS-SiO 등) 및 다결정 실리콘 중 적어도 한쪽을 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 이들 연마용 조성물은, (a) 규소-질소 결합을 갖는 재료와, (b-1) 규소-산소 결합을 갖는 재료와, (b-2) 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것도 보다 바람직하다. 그리고, 이들 연마용 조성물은, 질화규소와, 산화규소(예를 들어, TEOS-SiO 등)와, 다결정 실리콘을 포함하는 연마 대상물의 연마에 사용되는 것도 더욱 바람직하다.
이들 연마용 조성물을 상기와 같은 연마 대상물에 적용함으로써, 특정 재료에 대한 보다 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서 보다 높은 선택비 및 보다 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있다.
또한, (a) 규소-질소 결합을 갖는 재료와, (b) 그 밖의 규소를 포함하는 재료를 포함하는 연마 대상물은, 필요에 따라서 다른 재료를 포함하고 있어도 된다. 다른 재료로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 금속 등을 들 수 있다. 금속으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 구리, 알루미늄, 하프늄, 코발트, 니켈, 티타늄, 텅스텐 등을 들 수 있다.
또한, 연마 대상물은, 제품 형태로서는 기판이 바람직하다.
<연마용 조성물의 제조 방법>
본 발명의 다른 일 양태는, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 혼합 공정을 갖고, 상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고, 상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크인, pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 본 양태에 의하면, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서, 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 수단이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜과, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 혼합 공정을 갖는 pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 당해 양태에 관한 제조 방법은, 상기 양태에 관한 제조 방법의 바람직한 일 실시 형태가 되는 경우도 있을 수 있다. 본 양태에 의하면, 특정 재료에 대한 높은 연마 속도를 실현하면서, 이종 재료간에 있어서, 현저하게 높은 선택비 및 현저하게 높은 단차 저감 효과를 실현할 수 있는 수단이 제공될 수 있다.
이들 양태에 있어서, 제조되는 연마용 조성물의 원료, 물성, 특징이나, 제조되는 연마용 조성물이 적용되는 연마 대상물 등의 상세도 또한, 상기 연마용 조성물의 설명과 마찬가지이다.
또한, 이들 양태에 관한 제조 방법은, 상기 연마용 조성물을 제조하기 위한 제조 방법의 바람직한 일례라고도 할 수 있다. 따라서, 이들 양태에 관한 제조 방법에 의해 제조되는 연마용 조성물은, 바람직하게는 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 폴리알킬렌글리콜을 함유하고, 상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고, 상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이며, pH가 3 이상 6 이하인 연마용 조성물이다. 이 경우, 제조되는 연마용 조성물이나, 이것에 포함되는 각 성분, 및 이것이 적용되는 연마 대상물 등의 상세 등도 또한, 상기 연마용 조성물의 설명과 마찬가지이다.
혼합 공정은, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포의 피크 톱 분자량이 다른 2종 이상의 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 유기산을 표면에 고정한 실리카와, 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며, 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크인, 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 경우, 혼합 공정은, 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크인 폴리알킬렌글리콜과, 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크인 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 혼합 공정은, 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크인 폴리에틸렌글리콜과, 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크인 폴리알킬렌글리콜을 혼합하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
혼합 공정에서는, 필요에 따라, 상기 연마 촉진제, 상기 단차 개량제, 상기 pH 조정제, 상기 분산매, 또는 상기 그 밖의 성분을 더 혼합해도 된다.
각 성분을 혼합할 때의 온도는, 특별히 제한되지 않지만, 10 내지 40℃가 바람직하고, 용해 속도를 높이기 위해서 가열해도 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 상기와 같은 방법에 의해 연마용 조성물의 원액을 조제한 후, 당해 원액을 물 등의 희석액을 사용해서 희석(예를 들어, 10배 이상으로 희석)함으로써 조정되어도 된다.
<연마 방법>
본 발명의 그 밖의 일 양태는, 상기 연마용 조성물을 사용해서, 또는 상기 제조 방법에 의해 연마용 조성물을 제조하고, 당해 연마용 조성물을 사용하여 연마 대상물을 연마하는 연마 방법에 관한 것이다.
당해 양태는, 상기 연마용 조성물이나, 상기 제조 방법에 의해 제조된 연마용 조성물을 사용한 연마 방법의 일례라고도 할 수 있다. 이러한 점에서, 연마용 조성물이나, 이것에 포함되는 각 성분, 및 이것이 적용되는 연마 대상물 등의 상세 등도 또한, 상기 연마용 조성물의 설명과 마찬가지이다. 또한, 제조되는 연마용 조성물의 원료, 물성, 특징이나, 제조되는 연마용 조성물이 적용되는 연마 대상물 등의 상세도 또한, 상기 연마용 조성물이나, 상기 연마용 조성물의 제조 방법의 설명과 마찬가지이다. 따라서, 바람직한 실시 형태의 예로서는, 상술한 바와 같이, 연마 대상물이, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 그 밖의 규소를 포함하는 재료를 포함하는, 연마 방법; 연마 대상물이, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료, 또는 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는, 연마 방법; 연마 대상물이, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료, 및 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 포함하는, 연마 방법; 연마 대상물이, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료와, 규소-규소 결합을 갖는 재료를 포함하는, 연마 방법; 연마 대상물이, 질화규소와, 산화규소(예를 들어, TEOS-SiO 등), 또는 다결정 실리콘을 포함하는, 연마 방법; 연마 대상물이, 질화규소와, 산화규소(예를 들어, TEOS-SiO 등)와, 다결정 실리콘을 포함하는, 연마 방법; 등을 들 수 있다. 이것으로부터, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 방법은, 폴리실리콘 패턴 웨이퍼 등의 패턴 웨이퍼의 연마에 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 연마용 조성물을 사용해서 연마 대상물을 연마할 때는, 통상의 연마에 사용되는 장치나 조건을 사용해서 행할 수 있다. 일반적인 연마 장치로서는, 편면 연마 장치나 양면 연마 장치가 있다. 편면 연마 장치에서는, 캐리어라고 불리는 보유 지지구를 사용해서 기판을 보유 지지하고, 상방으로부터 연마용 조성물을 공급하면서, 기판의 대향면에 연마 패드가 첩부된 정반을 압박해서 정반을 회전시킴으로써 피연마 재료(연마 대상물)의 편면을 연마한다. 이때, 연마 패드 및 연마용 조성물과, 연마 대상물의 마찰에 의한 물리적 작용과, 연마용 조성물이 연마 대상물에 초래하는 화학적 작용에 의해 연마된다. 상기 연마 패드로서는, 부직포, 폴리우레탄, 스웨이드 등의 다공질체를 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 연마 패드에는, 연마액이 고이는 가공이 실시되어 있는 것이 바람직하다.
연마 조건으로서는, 연마 하중, 정반 회전수, 캐리어 회전수, 연마용 조성물의 유량, 연마 시간 등을 들 수 있다. 이러한 연마 조건에 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 연마 하중에 대해서는, 기판의 단위 면적당 0.1psi 이상 10psi 이하(0.7 내지 68.9kPa, 또한 1psi=6894.76Pa임. 이하 마찬가지임)인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5psi 이상 8psi 이하(3.4 내지 55.1kPa)이며, 더욱 바람직하게는 1psi 이상 6psi 이하(6.9 내지 41.4kPa)이다. 일반적으로 하중이 높아지면 질수록 지립에 의한 마찰력이 높아지고, 기계적인 가공력이 향상되기 때문에 연마 속도가 상승한다. 이 범위라면, 보다 높은 연마 속도가 발휘되어, 하중에 의한 기판의 파손이나, 표면에 흠집 등의 결함이 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다. 정반 회전수 및 캐리어 회전수는, 10 내지 500rpm(0.2 내지 8.3s-1, 또한 60rpm=1s-1임. 이하 마찬가지임)인 것이 바람직하다. 연마용 조성물의 공급량은, 연마 대상물 전체가 덮이는 공급량(유량)이면 되며, 연마 대상물의 크기 등의 조건에 따라서 조정하면 된다. 연마 패드에 연마용 조성물을 공급하는 방법도 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 펌프 등으로 연속적으로 공급하는 방법이 채용된다. 또한, 가공 시간은, 원하는 가공 결과가 얻어지는 시간이라면 특별히 제한되지 않지만, 높은 연마 속도에 기인해서 보다 짧은 시간으로 하는 것이 바람직하다.
<기판의 제조 방법>
본 발명의 또 다른 일 양태는, 상기 연마 방법으로 연마 대상물을 연마하는 공정을 포함하는 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
당해 양태는, 상기 연마용 조성물이나, 상기 제조 방법에 의해 제조된 연마용 조성물을 사용한 연마 방법을 포함하는, 기판의 제조 방법의 바람직한 일례라고도 할 수 있다. 이러한 점에서, 연마용 조성물이나, 이것에 포함되는 각 성분, 및 이것이 적용되는 연마 대상물 등의 상세 등도 또한, 상기 연마용 조성물의 설명과 마찬가지이다. 또한, 제조되는 연마용 조성물의 원료, 물성, 특징이나, 제조되는 연마용 조성물이 적용되는 연마 대상물 등의 상세도 또한, 상기 연마용 조성물이나, 상기 연마용 조성물의 제조 방법의 설명과 마찬가지이다. 그리고, 연마 방법의 상세도 또한, 상기 연마 방법의 설명과 마찬가지이다. 따라서, 바람직한 실시 형태의 예로서는, 연마 대상물이, 기판인, 기판(연마완료 기판)의 제조 방법이나, 연마 대상물이, 반도체 기판인, 반도체 기판(연마 완료 반도체 기판)의 제조 방법 등을 들 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판의 제조 방법은, 폴리 실리콘 패턴 웨이퍼 등의 패턴 웨이퍼의 제조에 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명했지만, 이것은 설명적이면서 또한 예시적인 것으로서 한정적이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부의 특허 청구 범위에 의해 해석되어야 함은 명확하다.
본 발명은 하기 양태 및 형태를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다:
1. 유기산을 표면에 고정한 실리카와,
폴리알킬렌글리콜
을 함유하고,
상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고, 상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며,
상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며,
상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고,
상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이며,
pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물;
2. 상기 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이거나,
또는,
상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리부틸렌글리콜을 더 포함하고 또한 상기 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리부틸렌글리콜에서 유래되는 피크인,
상기 1.에 기재된 연마용 조성물.
3. 상기 유기산은, 술폰산 또는 카르복실산인, 상기 1. 또는 상기 2.에 기재된 연마용 조성물.
4. 상기 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 1차 입자경이 10nm 이상 50nm 이하인, 상기 1. 내지 상기 3. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
5. 상기 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 2차 입자경이 20nm 이상 100nm 이하인, 상기 1. 내지 상기 4. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
6. 상기 유기산을 표면에 고정한 실리카에 있어서, 유기산 고정 전의 실리카가, 졸겔법 또는 규산 소다법으로 제조된 콜로이달 실리카인, 상기 1. 내지 상기 5. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
7. 연마 촉진제를 더 함유하는, 상기 1. 내지 상기 6. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
8. 단차 개량제를 더 함유하는, 상기 1. 내지 상기 7. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
9. 산을 더 함유하는, 상기 1. 내지 상기 8. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
10. 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료 및 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 함유하는 연마 대상물의 연마에 사용되는, 상기 1. 내지 상기 9. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물.
11. 유기산을 표면에 고정한 실리카와,
겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜과,
겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 폴리알킬렌글리콜
을 혼합하는 혼합 공정을 갖는,
pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물의 제조 방법.
12. 상기 1. 내지 상기 10. 중 어느 것에 기재된 연마용 조성물을 사용하여,
또는,
상기 11.의 제조 방법에 의해 연마용 조성물을 제조하고, 당해 연마용 조성물을 사용하여, 연마 대상물을 연마하는, 연마 방법.
13. 상기 연마 대상물은, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료 및 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 포함하는, 상기 12.에 기재된 연마 방법.
14. 연마 대상물은 기판이며, 상기 12. 또는 상기 13.에 기재된 연마 방법으로 상기 연마 대상물을 연마하는 공정을 포함하는, 연마 완료 기판의 제조 방법.
[실시예]
본 발명을, 이하의 실시예 및 비교예를 사용해서 더욱 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 기술적 범위가 이하의 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예에서, 특별히 기재하지 않는 한, 조작은 실온(25℃)/상대 습도 40 내지 50%RH의 조건 하에서 행하여졌다.
<연마용 조성물의 조제>
용매로서의 물에, 지립, 폴리알킬렌글리콜 또는 에틸렌글리콜(EG), pH 조정제, 및 필요에 따라 첨가하는 다른 첨가제를 첨가하고, 교반 혼합하여, 각 연마용 조성물을 얻었다(혼합 온도 약 25℃, 혼합 시간: 약 10분). 여기서, 각 연마용 조성물의 조제에 사용한 각 성분의 종류 및 농도(함유량, 첨가량)는, 하기 표 1 및 하기 표 2에 나타내었다. 또한, pH 조정제의 농도(함유량, 첨가량)는, 얻어지는 연마용 조성물이 하기 표 1 및 하기 표 2에 기재된 pH로 되는 양으로 하였다.
또한, 연마용 조성물(액온: 25℃)의 pH는, pH 미터(가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼 제조 형식 번호: LAQUA)에 의해 확인하였다.
또한, 연마용 조성물 중의 지립의 제타 전위[mV]는, 연마용 조성물을 오츠카 덴시 가부시키가이샤 제조 ELS-Z2에 제공하여, 측정 온도 25℃에서 플로우 셀을 사용해서 레이저 도플러법(전기 영동 광산란 측정법)으로 측정하고, 얻어지는 데이터를 Smoluchowski의 식으로 해석함으로써 산출하였다.
각 연마용 조성물의 조제에 사용한 지립 및 폴리알킬렌글리콜의 상세를 이하에 나타내었다.
(지립)
·지립 1: 술폰산을 표면에 고정한 실리카(평균 1차 입자경 14nm, 평균 2차 입자경 34nm, 누에고치형, 미변성(변성 전, 유기산 고정 전) 실리카는 졸-겔법에 의해 제조된 콜로이달 실리카);
·지립 2: 술폰산을 표면에 고정한 실리카(평균 1차 입자경 32nm, 평균 2차 입자경 69nm, 누에고치형, 미변성(변성 전, 유기산 고정 전) 실리카는 졸-겔법에 의해 제조된 콜로이달 실리카);
·지립 3: 술폰산을 표면에 고정한 실리카(평균 1차 입자경 12nm, 평균 2차 입자경 53nm, 누에고치형, 미변성(변성 전, 유기산 고정 전) 실리카는 규산 소다법에 의해 제조된 콜로이달 실리카);
·지립 A: 미변성 실리카(평균 1차 입자경 14nm, 평균 2차 입자경 34nm, 누에고치형, 졸-겔법에 의해 제조된 콜로이달 실리카);
(폴리알킬렌글리콜)
·폴리에틸렌글리콜 200(PEG200)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 200, 피크 톱 분자량 200의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 600(PEG600)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 600, 피크 톱 분자량 600의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 1000(PEG1000)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 1,000, 피크 톱 분자량 1,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 1540(PEG1540)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 1,540, 피크 톱 분자량 1,540의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 2000(PEG2000)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 2,000, 피크 톱 분자량 2,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 4000(PEG4000)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 4,000, 피크 톱 분자량 4,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 6000(PEG6000)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 6,000, 피크 톱 분자량 6,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 8000(PEG8000)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 8,000, 피크 톱 분자량 8,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 10000(PEG10000)(Alfa Aesar 제조, 제품명 Polyethylene glycol 10,000, 피크 톱 분자량 10,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 15000(PEG15000)(피크 톱 분자량 15,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리에틸렌글리콜 20000(PEG20000)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리에틸렌글리콜 20,000, 피크 톱 분자량 20,000의 피크를 갖는 폴리에틸렌글리콜);
·폴리프로필렌글리콜 400(PPG400)(후지필름 와코준야쿠 가부시키가이샤 제조, 제품명 폴리프로필렌글리콜, 디올형, 400, 피크 톱 분자량 400의 피크를 갖는 폴리프로필렌글리콜)
또한, 하기 표 1 및 하기 표 2에서, 예를 들어 연마용 조성물 1의 「피크 톱 분자량 1000 미만 또는 EG」의 종류의 열에서의, 「PEG200/PEG600」이란, PEG200 및 PEG600을 함께 사용한 것을 나타낸다. 또한, 그 농도(g/L)의 열에서의 「0.2/0.4」란, PEG200의 농도가 0.2g/L이며, PEG600의 농도가 0.4g/L인 것을 나타낸다. 또한, 그 밖의 종류의 조합이나, 농도의 조합에 대해서도 마찬가지의 방법으로 표기한다.
<분자량 분포 및 당해 분자량 분포에서의 피크 톱 분자량의 평가>
상기 원료로서 사용한 각각의 폴리알킬렌글리콜의 분자량 분포, 당해 분자량 분포에서의 피크 톱 분자량을 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정하였다.
또한, 연마용 조성물 중에 포함되는 폴리알킬렌글리콜 전체로서의 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포, 및 당해 분자량 분포에서의 피크의 피크 톱 분자량을 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정하였다.
폴리알킬렌글리콜의 분자량 분포, 피크 톱 분자량의 측정 조건은, 하기와 같다. 또한, 표준 물질로서 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다.
GPC 장치: 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼 제조
형식: Prominence+ELSD 검출기(ELSD-LTII)
칼럼: VP-ODS(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼 제조)
이동상 A: MeOH
B: 아세트산 1% 수용액
유량: 1mL/min
검출기: ELSD temp. 40℃, Gain 8, N2GAS 350kPa
오븐 온도: 40℃
주입량: 40μl
본 측정의 결과, 연마용 조성물 중에 포함되는 폴리알킬렌글리콜 전체로서의 분자량 분포에서의 각 피크의 피크 톱 분자량의 값은, 각각 원료의 폴리알킬렌글리콜에 관한, 분자량 분포의 피크의 피크 톱 분자량의 값과 실질적으로 동일하였다.
<연마 방법>
상기에서 조제한 각 연마용 조성물을 사용하여, 각 연마 대상물의 표면을 하기의 장치 및 조건에서 연마하였다. 여기서, 연마 조건 및 연마 대상물은 이하와 같다.
(연마 조건)
연마기: 200mm 웨이퍼용 CMP 편면 연마기
패드: 폴리우레탄제 패드
압력: 3psi(약 20.7kPa)
정반 회전수: 90rpm(1.5s-1)
연마용 조성물의 유량: 130ml/min
연마 시간: 1분간
연마 대상물: 200mm 웨이퍼(Poly-Si, SiN, TEOS-SiO)
다결정 실리콘(Poly-Si): 저압 화학 기상 성장법(LPCVD)으로 제조된 것: 두께 5,000Å
질화규소(SiN): 저압 화학 기상 성장법(LPCVD)으로 제조된 것: 두께 3,500Å
오르토규산테트라에틸(TEOS) 유래의 산화규소(TEOS-SiO): 물리 기상 성장법(PVD)으로 제조된 것: 두께 10,000Å
연마 속도는, 연마 전후의 막 두께를 광 간섭식 막 두께 측정 장치에 의해 구하고, 그 차를 연마 시간으로 제산함으로써 평가하였다.
단차에 대해서는, 하기의 구성을 갖는 8인치 Poly-Si의 패턴 웨이퍼를 연마하고, 라인 앤 스페이스가 0.25㎛/0.25㎛인 부분(이하, 배선부라고도 칭함)에 대해서, 배선부 주위의 부분과의 단차를, AFM(원자간력 현미경)을 사용하여 측정하였다.
≪8인치 Poly-Si 패턴 웨이퍼≫
사양
1층째: P-TEOS-SiO(플라스마 TEOS-SiO) 두께 1,000Å
2층째: Poly-Si 두께 500Å
3층째: 854패턴+에칭
4층째: SiN 두께 1,000Å
여기서, 에로전이란, 배선부의 Poly-Si 부분이, 배선부 주위의 부분에 비해서 오목해지는 현상을 나타낸다. 에로전은, 연마 후의 배선부의 Poly-Si 부분과, 배선부 주위의 단차를 평가하였다.
또한, 디싱이란, 배선부의 SiN 부분이, 배선부 주위의 부분에 비해서 오목해지는 현상을 나타낸다. 디싱은, 연마 후의 배선부의 SiN 부분과, 배선부 주위의 단차를 평가하였다.
또한, 본 평가에서는, SiN의 연마 속도는 높을수록 바람직하다고 판단하였다.
또한, 본 평가에서는, TEOS-SiO의 연마 속도(Å/min)에 대한 SiN의 연마 속도(Å/min)의 비(TEOS-SiO에 대한 SiN의 선택비: SiN/TEOS-SiO), 및 Poly-Si의 연마 속도(Å/min)에 대한 SiN의 연마 속도(Å/min)의 비(Poly-Si에 대한 SiN의 선택비: SiN/Poly-Si)는 각각 높을수록 바람직하며, 모두 25 이상이면 선택비가 우수하다고 판단하였다.
그리고, 본 평가에서는, 에로전 및 디싱은 각각 작을수록 바람직하며, 에로전이 45Å 이하이고 또한 디싱이 25Å 이하이면 단차 저감 효과가 우수하다고 판단하였다.
각 연마용 조성물의 처방 및 물성을 하기 표 1 및 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 각 연마용 조성물의 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 표 1 내지 상기 표 3에 나타내는 바와 같이, 비교예에 관한 연마용 조성물은, 질화규소(SiN)의 연마 속도가 낮은 것, TEOS-SiO에 대한 SiN의 선택비가 낮은 것, Poly-Si에 대한 SiN의 선택비가 낮은 것, 에로전이 큰 것, 및 디싱이 큰 것의 적어도 1개에 해당하고 있으며, 충분한 효과를 얻지 못하는 것으로 확인되었다.
한편, 본 발명에 따른 연마용 조성물은, 질화규소(SiN)의 연마 속도가 높아, TEOS-SiO에 대한 SiN의 선택비 및 Poly-Si에 대한 SiN의 선택비가 현저하게 높고, 에로전 및 디싱이 매우 작아, 단차 저감 효과가 현저하게 우수한 것으로 확인되었다.
본 출원은, 2020년 9월 29일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2020-163619호 및 2021년 7월 19일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2021-118843호에 기초하고 있으며, 이들의 개시 내용은, 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

Claims (14)

  1. 유기산을 표면에 고정한 실리카와,
    폴리알킬렌글리콜
    을 함유하고,
    상기 폴리알킬렌글리콜에 관한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포가 2개 이상의 피크를 갖고,
    상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하의 피크이며,
    상기 분자량 분포의 적어도 1개의 피크는, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하의 피크이며,
    상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리에틸렌글리콜을 함유하고,
    상기 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이며,
    pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리에틸렌글리콜에서 유래되는 피크이거나,
    또는,
    상기 폴리알킬렌글리콜은, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리부틸렌글리콜을 더 포함하고 또한 상기 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 피크의 적어도 1개는, 폴리프로필렌글리콜 또는 폴리부틸렌글리콜에서 유래되는 피크인, 연마용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기산은, 술폰산 또는 카르복실산인, 연마용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 1차 입자경이 10nm 이상 50nm 이하인, 연마용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기산을 표면에 고정한 실리카의 평균 2차 입자경이 20nm 이상 100nm 이하인, 연마용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기산을 표면에 고정한 실리카에 있어서, 유기산 고정 전의 실리카가, 졸겔법 또는 규산 소다법으로 제조된 콜로이달 실리카인, 연마용 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 연마 촉진제를 더 함유하는, 연마용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 단차 개량제를 더 함유하는, 연마용 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 산을 더 함유하는, 연마용 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료 및 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 함유하는 연마 대상물의 연마에 사용되는, 연마용 조성물.
  11. 유기산을 표면에 고정한 실리카와,
    겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 1,000 이상 6,000 이하인 폴리에틸렌글리콜과,
    겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리에틸렌글리콜 환산의 분자량 분포에 있어서, 피크 톱 분자량이 100 이상 800 이하인 폴리알킬렌글리콜
    을 혼합하는 혼합 공정을 갖는,
    pH가 3 이상 6 이하인, 연마용 조성물의 제조 방법.
  12. 제1항에 기재된 연마용 조성물을 사용하여, 연마 대상물을 연마하는, 연마 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 연마 대상물은, 규소-질소 결합을 갖는 재료와, 규소-산소 결합을 갖는 재료 및 규소-규소 결합을 갖는 재료 중 적어도 한쪽을 포함하는, 연마 방법.
  14. 연마 대상물은 기판이며, 제12항에 기재된 연마 방법으로 상기 연마 대상물을 연마하는 공정을 포함하는, 연마 완료 기판의 제조 방법.
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