BasicStudyOfOxideFilmPlanarization-CMPWithCeriaSlurry セリアスラリーによる酸化膜の平坦化 cMP に関する基礎的検討

セ リアスラリーによる酸化膜の平坦化 cMP に関する基礎的検討 Ba s i cS t u d yOfOx i d eFi l mPl a n a r i z a t i o n‑ CMPWi t hCe r i aS l u r r y

ベ ル ナ ー ル ･パ コ ､ 土 肥 俊 郎 ､ 植 木 由佳 子 ､ エ マ ニ エ ル ･ロ ア ー ト

,

ローディア エ レク トロニクス カタリシス l

埼玉大学 教育学部

FacultyofEducation,SaitamaUniversity

[ 要 旨]

hthisstudy,ceriaslumies(CeO2)foroxidefilmsareappliedforplanarizationCMP forhigh perform anceand high瑠radepolishing･TheinvestigationonceriaslurryfocusedoncalCinationtemperaturewascarriedout･ Polishing characteristicsofoxidefilmstodisperseceriaparticles,whichisnecessarytomakeceriaslurryworkefficiently,were found.TheresultsindicatethatthedispersibilityandtheremovalrateofceriaslurryareaffectedbypHandtheadditive rate,andinparticular,theremovalrateisonthedecreaseespeciallybyaddingtheadditives.

Keywords :CMP,ceriaslurry,removalrate,isoelectricpoint,zetapotentia

l

1.緒言

VLSI

デバイスは､高性能 ･高速化が要求 され､配 線の多層化は重要な課題である｡ この多層配線 を実 現するために､各種構成材料の超精密平坦化 ･平滑 化が必要不可欠なものとなった現在､ この超精密平 坦化 ･平滑化を行 うためのキーテクノロジー として

技術が定着 して きた｡今後

P加工における平坦化 ･平滑化をは じめ加工能率の改善がます ます要求されていくもの と考え られる｡中でも酸化膜の

では高い加工 能率が期待できるセ リア系ス ラリーが

プロセ スの中で注 目されている｡ しか し､セ リア粒子 は元 来粒径が大きく不純物が多 いため､さらなる高品位

〒

徳 島県 阿南市大潟町

0番 51号 阿南化成株式会社

電話

E‑mail bernard.pacaud@ap･rhodia.com

Ll

加工に供することが難 しかった｡本研究では､セ リ ア粒子の生成プロセス と焼成温度 に着 目して

種の スラリーを試作 し､高品位 ･高能率化 を実現できる ス ラリーの作成条件 と加工条件の最適化を目指す｡

一般的に､微粒のセ リア粒子は凝集 を起 こしやす いので粒子が

に有効 に作用するためには､砥 粒の分散が必要不可欠である｡凝集は加工面へのス クラッチや傷を生成することや､スラリーの安定性 や分散性 を損ねるため､本研究では粒子の凝集防止 の対策 を念頭に､スラリーの

時 と添加剤 を加えた時のスラリーの性状を観察 し､

これ らの加工特性 について検討する｡

‑ 14 ‑

2.実験方法 と加工条件

実験 に用いた試料 と加工条件をTab.1に示す｡ま た､実験 に使用 した加工装置 (LM‑15)をFig.1に 示す｡加工対象 とした試料には 15□mmの酸化膜を 用いた｡実験に供 したセ リア粒子は､それぞれ異な る温度で焼成 された高純度セ リア粒子(以降 これ ら のセ リア粒子 を

A,B,C

k

市販セ リアスラリーを用いた｡添加剤は､予備実験 での結果 を基 に､酸化膜の CMP加工において もっ とも加工への影響が少ないと考え られた､アニオン 性界面活性剤(Rhodia日華)を用いた｡

Tab.1 Experimentalconditions Workpiece siO2fi1m(15□mm)

Apparatus

forpolishing LM‑15(Ringtype)

Slu汀y Slurry A,B,C (Different calcination temperature) Commercialslu汀y

AdditiVeagent Surfactant(Rhodia日華) Pad IC1000(◎340汀皿) Rotationspeed 30rpm

Polishingpressure 300g/cm2

Measurement ESA9800

ofzetapotential (MatecAppliedSciences)

Measurement

ofparticlesize LB‑500(Horiba)

Measurement

ofroughness Interferometer(WYKO)

Fig.1 加工装置LM‑15 (Ringtype)

3.実験結果 とその考察

3.1 加工 レー トに及ぼすpHの影響

それぞれpH3.5､7.6､10に調整 した3種のスラリ ーを用いて加工 した ときの加= レー トを Fig.2に示 す｡

a

3.5 7.6 10 pH

Fig.2.TheinfluenceofpHonremovalrate

pH7.6の時に､焼成温度 を変化 させて処理 したスラ リーA､B､Cとも､最 も高い加工 レー トが得 られて いる｡ とくに焼成温度が中程度のスラリーが最 も高 い加工 レー トになっている｡ これは､ もともとのセ リア粒子の等電点がpH7付近である ことに起因して いると考え られる｡等電点 とはその物質特有の性質 が安定す る点で ある｡セ リア粒子 の等電点である pH7の時最 も高い加工 レー トが得 られるという報

‑15‑

告

がある事か らも､調合 したスラリーの

ともとのセ リア粒子の等電点であるpH7 に近づ くほ ど､ 加工 レー トに良好な結果 を与えることがわかる｡

3.2

ゼータ電位 と粒径分布の相関

次に､それぞれの試作スラリーを用い､ゼータ電 位 と粒径分布の面か ら各

での電位差 と粒子の状 態について考察する｡Fi

はそれぞれスラリ ー

におけるゼータ電位 と粒径分布 を示す｡

+ Zetapotent'Ial

000

0

e

(Lu

Z !S a P

3 2

0

00000000000065432112345一一l一l(>uu)JE2!1u

a

∈ ) 一

Iu al

E2t a

l ◆ Particlesize

ー ◆

4?

0

2 名

∽

3･5 5 pH 7･6 10 1nfluenceofpHonzetapotentialSlurryA

(Lu

Z !S a lU

3 2

0

3･5 5 pH7･6 10

Fig･4 InfluenceofpHonzetapotentl'alslurryB

良

3･5 5pH7･6 10

Fig Inf)uenceofpHonzetapotentialSlurryC

Fig

. 3のよ うに､スラリーBでは

において凝 集が起 こり粒径が大きくな っている､ス ラリーA､

な らびに

付近において粒径が 大きくなる傾向にあった｡その時のゼータ電位 はい ずれ も

付近であ り､ ゼータ電位が

か ら遠ざか ると粒径の大きさも小さくなる傾向が見 られる｡例 外 として､スラリーB においてもっともゼータ電位 が 0に近づ くpm O付近の粒子が

以下の微 粒子であると確認できるが､ これ については

以上の大変大きな粒子が存在 し､急激 に沈殿 を起 こ すために測定が出来ず､微粒子のみが測定 された こ とが 目視よ り確認できている｡ これ らのことか ら､

粒子間の電位差 と凝集 に関係があること､スラリー の

と粒径に相関があること､な どが明 らか とな った｡ しか し､セ リア系スラリーにおいて､凝集が 解消されると加工 レー トがさらに向上するはずであ る｡そ こで､ この間題に対 して次の検証実験 を行 っ た｡

3

.

界面活性剤の影響

粒子の凝集を防ぎ､分散性 を改善する方法の一つ に添加剤 を加える方法がある｡本実験では添加剤 と してアニオン系界面活性剤(

を用いた｡

通説ではセ リアスラリーは界面活性剤を添加すると 凝集が改善されて一つ一つのセ リア粒子が有効 に作 用する りと言われている｡また､使用 したアニオン

‑Hj‑

性界面活性剤 は､加工 に影響 を及 ぼ しに くい ことが 明 らか とな って いる｡

ス ラ リー は､界面活性剤 を

後 に

を

に調整 し超音波処理 を

分間施 した｡

Fig.6

に界面活性剤 の添加量 による加工 レー トと表 面粗 さへ の影響 を示す｡

(= tu JiU u)J I JI

0 01 r:3 ･::35 1 '七71D亜 ･;〜..ふ)

界面議電柳 頚加激が静尊敦妾こ及ぼす影野

･･L･),):,̲f芯lj｢(rJ1..J

ここで用 いた試作 ス ラリー にお いては､添加量 の増 加 に伴 い加工 レー トの低下 と､ さ らに表面粗 さが悪 化す る傾向を示 した｡一般 的 に､界面活性剤 は加工 時 に粒子 の分散 と粒子周辺へ の保護膜 形成 な どの役 割 を果たす と考 え られて いる｡ しか し､今 回用 いた 界面活性剤 は高分子 である ことか ら､添加す る こと によ り界面活性剤 の粒子 と被加工面へ の吸着面積が 著 しく増えた｡ よって､界面活性剤が ス ラ リー本来 の性状 を損なわせ､加工 を著 しく阻害 した もの と考 え られ る｡ これ らの ことか ら､界面活性剤 の添加で 凝集 は改善 され るが､必ず しも加工 レー トや表面粗 さへ の影響 を軽減で きな い といえる｡

4.

結言

本研究では､セ リア粒子 生成時の焼成温度 に着 目 して試作 したス ラリーの適切な条件 を検 討 し､よ り 高性能なス ラ リーの実現 を 目指 した｡本研究か ら､

試作 したス ラ リー にお いて

と加工 レー トには関 連 が見 られ､セ リア粒子 の等電点で もある

付近

で もっ とも高い加工 レー トを得 る ことがで きた｡ ま た､セ リア粒子 の凝集 を防ぎ､よ り高加工 レー トを 得 る ことを 目的 としアニオ ン性 の界面活性剤 を添加 したが､必ず しも高分子界面活性剤 を用 いた凝集 の 改善が加工 レー トに有効 に作用す る とは限 らな い こ とを確認 した｡今後 は､粒子 の状態 をいか に調整す るか､他 の界面活性剤 にお いて も検 討 して い く｡

≪参考文献≫

1 ) 土肥 ら

｢ 詳説 半導体

技術 ｣ 工業 調査会

2)LeeM.COOK "CliEMICALP

RO

‑

3)

笹川 ､土肥 ら

^｢ プ ラナ リゼ‑ シ ョン

リー に関す る基礎的検討｣2002 年精密工学会東北支 部講演会

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