CMP用 スラ リーにおける高分子分散剤 の加工特性 に及ぼす挙動
InfluenceofDispersantsonPolishingPerform ancesofCMP Slurry
浜元 伸二 1*､中田 秀人1､土肥 俊郎2､横山 健三 l
shinjiHam am otol,HidetoNakadal, ToshirohDoy2,KenzoYokoyam al
lユシロ化学工業株式会社 YushiroChemicalIndustryCo.,Ltd.
2埼玉大学 教育学部 機械技術研究室
MechanicalEngineeringLab.,FacultyofEducation,SaitamaUniversity
1.緒言
超LSIデバイスの高速化 ･高集積化が進む中で､
配線の多層化が重要 となっている｡この多層配線 を実現す るためのキーテクノロジー と して平坦 化O'1anariZation)加工技術 があ り､ 中で もCMP (ChemicalMechanical Polishing)技術が数多 く導入
されている1)0
CMP加工用 スラ リーは微粒子砥粒 を水 に分散 させたものであるが､水中における微粒子は凝集 しようとする傾向があ り､これが研磨面でのキズ やスクラッチ発生の原因の一つ となっている｡ し たがって､この凝集 を防止するために､分散剤の 添加や分散方法 の工夫 な どが多 く検討 されてい るoただ し､分散剤の中にはスラ リーの研磨特性 を著 しく阻害す るものもあ り､その選定には十分 に注意す る必要がある｡
本研究では､ タイプの異なる高分子系の分散剤 に着 目し､ これをセ リア分散スラリーに添加 した 場合の基本的な加工特性について検討を行 った｡
2.とり上げた高分子分散剤ならびに実験方法 (1)検討に用いた高分子分散剤
高分子分散剤 としては､分子量の異なるポ リア クリル酸ナ トリウム､ポ リビニル ピロ リドンおよ び ヒ ドロキシエチルセルロースを選定 した｡ ヒ ド ロキシエチルセルロ‑スに関 しては､分子量が不
*〒253‑0193神奈川県高座郡寒川町 田端 1580 電話 :0467‑75‑0175 EAX:0467‑75‑0157 EIMail:S‑ham am oto@yushiro.co.jp
明であるため､分子量 と比例関係 にある水溶液時 の粘度の高低でその影響を検討す ることとした｡
(2)実験方法
表 1に加工条件を示す｡ スラリーは､高分子分散 剤 と純水および高純度酸化セ リウムを混合す ること により､所定の砥粒濃度(ceo23wt%)と高分子分散剤 濃度 になるよう調製 した｡
加工 レー トは､加工前後の酸化膜の厚 さを干渉式 膜厚計(sENTECH社製FTP500)を用いて測定 し､膜 厚の変化 を加工時間で割 ることで算出 した｡
表1加工条件
被研磨材料 酸化膜 (p‑TEOS膜) パ ッ ド IC1000/SUBA400
スラリー セ リア分散 スラ リー (CeO23W【%) 加工装置 小型 リング式研磨装置
(ラップマスターLM15) 加工圧力 500g/cm2
定盤回転数 30rpm
3.実験結果 と考察
(1) ポ リアクリル酸 ナ トリウムの影響
図1に､ポ リアクリル酸 ナ トリウムの添加量 を変 えたスラリーによる酸化膜の加工 レ‑ トを示す. ス ラ リーに分子量の異なるポ リアク リル酸 ナ トリウム を添加 した場合､低分子量のアク リル酸 ナ トリウム では加工 レー トの大 きな変化は認め られない0‑万､
高分子量のアク リル酸ナ トリウムは添加量が多 くな
るに伴い､加工 レー トが低下する傾向にある｡ これ は分子量が大きくなるにつれて､砥粒および被研磨 材への吸着面積が増え､ これにより研磨 を阻害 した
ものと考えられ る｡
320500
･芸2(カ
＼≡⊂
=ユHI 115000
局 5000
. ー ̲ ̲ ‑ 也
‑
+Mw1,200 + Mw2.500 + Mw4,000
+ bM .000 ‑{ト Mw15,00)+Mw70.000
図1加工 レー トに及ぼすポ リアクリル酸ナ トリウムの影響
(2)ポ リビニルピロリドンの影響
図2に､スラリー中に添加 したポ リビニルピロリ ドンの添加量を変えたときの酸化膜の加工 レー トを 示す｡低分子量のポ リビニルピロリドンを添加する と､添加量の増加に伴い加工 レー トは低下す る｡一 方､高分子量のポ リビニルピロリドンを添加すると､
0.1%添加 しただけで加工 レー トは著 しく低下 し､
0.5%以上では著 しい低下を示す｡ これはポ リビニル ピロリドンが窒素基を有 しているため､砥粒及び被 研磨材表面 と強い吸着力で結合 し､スラリーの化学 的作用や機械的作用が妨害 され るため と考えられる｡
300
250
⊂
●∈200
＼E⊂
=1̲Hユl15000
局500 ･O Mw9,000 + Mw40.000 2 + Mw70.000 + Mw500,000 + Mw1,000,000
■‑
ik
＼
図2加工 レー トに及ぼすポ リビニル ピロリドンの影響
(3)ヒドロキシエチルセルロースの影響
図3に､ ヒドロキシエチルセルロースの添加量を 変えたときの酸化膜の加工 レー トを示す｡加工 レー トは粘度の増加､つまり分子量の増加に伴い低下す るが､0.1%以上添加量が増えてもそれ以上の加工 レ ー トの低下は認め られない｡ この理由としては､分 子内に多 くの水酸基を有するヒドロキシエチルセル
2
ロースが砥粒および被研磨材に吸着 し､保護膜のよ うな作用を したためと考えている｡
300 250
･… 200
＼∈⊂=
=.Hlユ11500D 2
‑くトー.低粘度 + 中粘度
→ ｢‑高粘度 一一暮.‑.超高粘度
臥 I‑ ̲
I/ ▲
長 500 Lr ■‑
図3加工 レー トに及ぼす ヒドロキシエチルセルロースの影響 以上の実験結果より､今回とり上げた各種高分子 分散剤は､いずれ も分子量の増加に伴い加工 レー ト が低下す ることが確認 された｡また､水中で解離 し アニオン性を示すポ リアクリル酸ナ トリウムは加工 特性への影響は少ないが､分子内に窒素基を含有 し 液中でカチオン性を示す可能性のあるポ リビニルピ ロリドンおよびノニオン性のヒドロキシエチルセル ロースの影響は大きいことが明らかとなった｡ これ らの傾向はイオン性の異なる界面活性剤を添加 した 場合と全 く同様であった 2)｡
4.結言
分散安定性に優れたスラリーの開発を目標 として､
各種高分子分散剤をセ リア分散スラリーに添加 した 場合の加工特性について検討 した｡その結果､加工 レー トは高分子分散剤のイオン性や分子量､添加量 に大きく依存することが判明 した｡今後は高分子分 散剤を添加 したスラリーの液性状や砥粒への吸着挙 動 と加工性能 との関係を明確にしてい く｡
【謝辞】
本研究を遂行するにあた り､ご協力戴 きま した植 木 由佳子氏をは じめ とす る埼玉大学土肥研究室の 方 々､ならびにユシロ化学工業㈱の武藤俊美氏はじ め関係者の方 々に深 く感謝いた します｡
<参考文献>
1)土肥俊郎 :半導体cMP技術,2001,工業調査会 2)浜元,土肥 ら :2001年精密工学会東北支部学術講
演会講演論文集､p39(2001)
3)植木,浜元,土肥 ら:2002年精密工学会東北支部学 術講演会講演論文集､p89(2002)
以上
