InfluenceofSurfactantsonPolishingPerformancesofCu MPSlurry cu cMP 用スラリーにおける界面活性剤の効果

cu ‑ cMP 用スラリーにおける界面活性剤の効果

I n f lu e n c eo fS u r f a c t a n t so nPo l i s h i n gPe r f o r ma n c e so fCu t MPS l u r r y

浜元 伸二 l *､上田 真司 1 ､横 山 健三 1 ､土肥 俊郎 2

shi n j iHamamot ol , shi n j iUedal , KenzoYokoyamal,Tos hi r ohDoi2 1 ユ シ ロ化学工業株式会社

Yu s h i r oCh e mi c a ll n d us t r yCo. , Lt d.

2

埼玉大学 教育学部 機械技術研究室

Mec l l ani c alEngi neer i ngLab. ,Fac ul t yo fEduc at i on,Sai t amaUni ver s i t y

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 CMP( Che mi c a lMe c ha ni c alPo l i s I 血 g ) 技術が プロ セスに数多 く導入 されている

｡今後､超 LSI デバ イスの高速化 ･高集積化が計画 されて いる中で､平 坦化 CMP 加工にお ける加工 レー トや表面粗 さに対 す る要求 もます ます厳 しいものにな ってきている｡

一般的に CMP 用スラリーに界面活性剤 を添加す る と､加工特性が大き く変化す る ことが知 られてい る｡ このよ うな変化 を引き起 こす要 因としては､界 面活性剤 の添加 によ りスラリーの湿潤性 ･ 浸透性 ･ 分 散性 ･ 加 工粉排 出性 な どの変化お よび加 工材料や砥 粒への吸着が考え られる｡

本研究では､界面活性剤 として分類 したアニオ ン 系､カチオ ン系､ ノニオン系に着 目して ､Cu･ CMP 用アル ミナス ラリーにそれぞれ添加 した場合の加=

特性 を把握 し､加工特性 をコン トロール し得 る新 し い Cu‑ CMP 用ス ラリーの開発 を目指す｡

2. 検 討 に用 いた界面活性剤 と実験方 法 ( 1 )検討 に用いた界面活性剤

界面活性剤 としては､表 1 に示す様 に､( ヨアニオ ン界面活性剤 としてアルキル鎖長の異なる 3 種類の 脂肪酸せ っけんを､② カチオン界面活性剤 として第 四級 ア ンモニウム塩 の 4 種類 を､③ ノニオ ン界面活 性剤 としてポ リオキシエチ レンアルキルエーテル を それぞれ選定 した｡

* 〒2 5 3 ‑ 01 9 3 神奈川県 高座郡寒川町 E E l 端 1 5 8 0 電話 : 0 4 6 7 1 7 5 ‑ 01 7 5 F AX:0 4 6 7 ‑ 7 5 ‑ 01 5 7 E ‑ Ma i l: S aa ma mo t o@y us h i r o. C OJ P

表 1 検討に用いた界面括僅剤

分類 化合物

アニオ ン ･カプ リル酸ナ トリウム 界面活性剤 ･ラウ リン酸ナ トリウム

･オ レイ ン酸ナ トリウム

カチオ ン ･ドデ シル トリメチル ア ンモニウムクロ 界面活性剤 ライ ド( カチオ ンA)

･ヘキサデシル トリメチルア ンモニウム ク ロライ ド( カチオ ン B)

･オクタデ シル トリメチルアンモニウム クロライ ド( カチオ ン C)

･ドコセニル トリメチル アンモニウムク ロライ ド( カチオ ン D)

ノニオン ･ポ リオキシエチ レンアルキルエーテル 界面活性剤 ( エチ レンオキサイ ド付加モル数

( 2) 実験方法

表 2 に加=条件 を示す.ス ラリーには ､Cu 用のア ル ミナス ラリー を基準 とし､表 1 に示 した界面活性 剤 と､過酸化水素水および純水 を混合 し､砥粒濃度 1 2. 5 wt % ､過酸化水素水 2. 5% となるよ うに調製 した｡

表 2 加工条件

項 目 条件

加工材料 Cu 膜付き基板 ( ロ1 5 mm) パ ッ ド Ⅰ C1 000/SUBA400( ￠300mm) ス ラリー Cu 用アル ミナス ラリー ( pH8. 0 ) 加工装置 小型修正 リング式加工装置

( ラップマスター LM15) 加工圧 力 300g/c m

加工 レー トは､加工前後の Cu 膜 の厚 さを抵抗率 測定装置( 三菱化学社製 Lo r es t a‑ GP) で測定 ･ 算 出し た｡加工面の表面粗 さは､非接触干渉式表面粗 さ測 定機( w Yx o 社製 TOPO‑ 2 D) を用 いて測定 を行 った｡

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3. 実験結果 な らび に考察

図 1 に､アニオ ン界面活性剤の添加量 を変えて調 製 したス ラリーの加工 レー トを示す｡ス ラリーにア ルキル鎖長の異なる脂肪酸せ っけんを添加すると､

アルキル鎖長の短 いカプ リル酸ナ トリウムでは加工 レー トはほとんど変化 しないが､アルキル鎖長が長 いラウ リン酸ナ トリウム とオ レイ ン酸ナ トリウムで は ､0. 05% までは低下 を示 し ､0. 05% 以上ではほぼ横 ばい傾向であることがわかる｡ これは界面活性剤の 添加量が増えるに伴 い､砥粒 または加工材料に吸着 する界面活性剤が増加 し ､0. 05% 付近で飽和 に達 し た ところで､スラリーの化学的作用や機械的作用が 妨害 されたため と考える｡

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図 1 アニオン界面活性剤の影響

図 2 に､カチオ ン界面活性剤の添加量 を変えて調 製 したスラリーの加工 レー トを示す｡カチオン界面 活性剤の添加量の増加 に伴い,加工 レー トが向上す る傾向が認め られた｡ これはカチオン活性剤が加工 材料表面に吸着する ことな く､砥粒の分散性や切 り 屑の排出性 を促進 させたため と考える｡アルキル基 の鎖長による違 いは認め られなかった｡

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図 2 カチオン界面活性剤の影響 ( カチオン A , B , C, D は表 1 参照) 図 3 に､ノニオ ン界面活性剤の添加量 を変えて調

製 したス ラリーの加工 レー トを示す｡

加工 レー トはノニオン界面活性剤の添加量の増加 に伴 い徐々に向上する傾向が認め られた｡ これはカ チオン活性剤 と同様 にノニオ ン界面活性剤が砥粒の 分散性や切 り屑の排出性 を促進 させたためと考える｡

なお,エチ レンオキサイ ド付加モル数 による違 いは 認め られなかった｡

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図 3 ノニオン界面活性剤の影響 ( EO の後 ろ の数字はエチ レンオキサイ ド付加モル数) 以上の結果よ り､アニオン活性剤は添加量の増加 に伴い加工 レー トが低下 し､表面粗 さも若干粗 くな るが､カチオン活性剤 とノニオン活性剤は加工 レー トが向上 し､表面粗 さも良好 となることがわかった｡

従 って ､Cu･ CMP においてはカチオンおよびノニ オン界面活性剤を使用することで加工特性 を向上さ せることができる可能性が認め られた｡

4. 結言

加工 レー トや表面粗 さを調整可能なスラリーの開 発 を目的 として ､Cu 用アルミナスラリーに各種界面 活性剤 を添加 した場合の基本的加工特性 を把握 した｡

その結果､加工 レー トは界面活性剤の種類や添加量 に大きく依存することが判明 した｡

今後は､界面活性剤 を添加 した場合のスラリー液 性状の変化や砥粒 ･加工材料への吸着挙動 と加工性 能 との関係を明確 にする方向で､検討 を行っていく｡

【 謝辞】

本研究 を遂行するにあた り､ ご協力戴きました金 沢有祐氏 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 :詳説半導体 CMP 技術 , 2001 , 工業調査会 2 ) 浜元, 土肥他 : 2001 年精密工学会東北支部講演会 3 ) 浮穴, 浜元, 土肥他 : 2001 年精密工学会東北支部 講演会

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