研磨用组合物及研磨物制造方法

申请号 CN201480009943.9 申请日 2014-02-14 公开(公告)号 CN105073941A 公开(公告)日 2015-11-18
申请人 福吉米株式会社; 发明人 土屋公亮; 丹所久典;
摘要 提供一种包含磨粒、 水 溶性 聚合物 和水的 研磨 用组合物。上述 水溶性 聚合物包含:根据规定的 吸附 比测定得到的吸附比小于5%的聚合物A、和该吸附比为5%以上且小于95%的聚合物B。此处,上述聚合物B选自羟乙基 纤维 素以外的聚合物。
权利要求

1.一种研磨用组合物,其包含磨粒、溶性聚合物和水,
作为所述水溶性聚合物,包含:根据以下的吸附比测定得到的吸附比小于5%的聚合物A、和根据所述吸附比测定得到的吸附比为5%以上且小于95%的聚合物B,此处,所述聚合物B选自羟乙基纤维素以外的聚合物,
所述吸附比测定为:
(1)准备试验液L0,其包含0.018质量%测定对象聚合物及0.01质量%,且剩余部分由水构成;
(2)准备试验液L1,其包含0.18质量%浓度的所述磨粒、0.018质量%浓度的所述测定对象聚合物及0.01质量%浓度的氨,且剩余部分由水构成;
(3)对所述试验液L1进行离心分离处理,使所述磨粒沉淀;
(4)由所述试验液L0中包含的所述测定对象聚合物的质量W0和所述试验液L1的所述离心分离处理后的上清液中包含的所述测定对象聚合物的质量W1,通过下式算出所述测定对象聚合物的吸附比:
吸附比(%)=[(W0-W1)/W0]×100。
2.根据权利要求1所述的研磨用组合物,其中,所述聚合物B的重均分子量(Mw)相对于数均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)为5.0以下。
3.根据权利要求1或2所述的研磨用组合物,其中,所述聚合物B的重均分子量(Mw)
4 4
为1×10以上且小于25×10 。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的研磨用组合物,其中,所述聚合物B为非离子性的聚合物。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的研磨用组合物,其中,所述聚合物B包含具有酰胺键的侧基。
6.根据权利要求1~5中的任一项所述的研磨用组合物,其中,所述聚合物A为聚乙烯醇。
7.根据权利要求1~6中的任一项所述的研磨用组合物,其还包含性化合物。
8.根据权利要求1~7中的任一项所述的研磨用组合物,其用于晶圆的研磨。
9.一种研磨物制造方法,其包括:
准备包含权利要求1~8中的任一项所述的研磨用组合物的研磨液;
向研磨对象物供给所述研磨液;及
用所述研磨液对所述研磨对象物的表面进行研磨。
10.根据权利要求9所述的研磨物制造方法,其中,所述研磨对象物为硅晶圆。

说明书全文

研磨用组合物及研磨物制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及研磨对象物的研磨中使用的研磨用组合物。详细而言,主要涉及晶圆半导体基板之类的基板的研磨中使用的研磨用组合物。
[0002] 本申请基于2013年2月21日提出申请的日本专利申请2013-032464主张优先权,将该申请的全部内容作为参照引入本说明书中。

背景技术

[0003] 被用作半导体装置的构成元件等的硅晶圆的表面通常经过打磨(lapping)工序(粗研磨工序)和抛光(polishing)工序(精密研磨工序)而精加工为高品质的镜面。上述抛光工序典型而言包括一次抛光工序(一次研磨工序)和最终抛光工序(最终研磨工序)。作为涉及对硅晶圆等半导体基板进行研磨的用途中主要使用的研磨用组合物的技术文献,可以举出专利文献1~4。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:国际公开第2012/043418号
[0007] 专利文献2:日本专利申请公开2004-128089号公报
[0008] 专利文献3:日本专利申请公开昭49-76470号公报
[0009] 专利文献4:日本专利申请公开平8-113772号公报

发明内容

[0010] 发明要解决的问题
[0011] 用于对硅晶圆等半导体基板之类的基板进行研磨的研磨用组合物(尤其是精密研磨用的研磨用组合物)中,要求在研磨后能够实现雾度低且微小颗粒(光点缺陷(Light Point Defect;LPD))数少的表面的性能。面向所述用途的研磨用组合物中除了及磨粒之外,出于保护研磨对象物表面、提高润湿性等目的,多数情况含有水溶性聚合物。其中,作为通用的水溶性聚合物,可以举出羟乙基纤维素。
[0012] 但是,由于羟乙基纤维素(HEC)为来自天然物(纤维素)的聚合物,与人为地使单体聚合而得到的聚合物(以下也称为合成聚合物)相比,化学结构、纯度的控制性存在限度。例如,与合成聚合物相比结构控制困难,因此,市场上可容易获得的HEC的重均分子量、分子量分布(重均分子量(Mw)相对于数均分子量(Mn)之比)的范围受限。另外,由于以天然物作为原料,因此难以高度减少可能成为产生表面缺陷的原因的杂质、聚合物结构的局部混乱(微聚集等)等,这样的杂质等的量、程度也容易波动。今后,可预测对研磨后的表面品质的要求会越发严格,其中,如果能够提供在不将HEC作为必需成分的组成中LPD数、雾度的降低效果优异的研磨用组合物,则是有益的。
[0013] 鉴于上述情况,本发明的目的在于,提供一种LPD数、雾度的降低效果优异的研磨用组合物。关联的其他发明提供一种使用所述研磨用组合物制造研磨物的方法。
[0014] 用于解决问题的方案
[0015] 由本说明书提供的研磨用组合物包含磨粒、水溶性聚合物和水。该研磨用组合物中,作为上述水溶性聚合物,包含:根据以下的吸附比测定得到的吸附比小于5%的聚合物A、和根据该吸附比测定得到的吸附比为5%以上且小于95%的聚合物B。此处,上述聚合物B选自羟乙基纤维素以外的聚合物。
[0016] [吸附比测定]
[0017] (1)准备试验液L0,其包含0.018质量%测定对象聚合物及0.01质量%,且剩余部分由水构成。
[0018] (2)准备试验液L1,其包含0.18质量%浓度的上述磨粒、0.018质量%浓度的上述测定对象聚合物及0.01质量%浓度的氨,且剩余部分由水构成。
[0019] (3)对上述试验液L1进行离心分离处理,使上述磨粒沉淀。
[0020] (4)由上述试验液L0中包含的上述测定对象聚合物的质量W0和对上述试验液L1实施上述离心分离处理后的上清液中包含的上述测定对象聚合物的质量W1,通过下式算出上述测定对象聚合物的吸附比。
[0021] 吸附比(%)=[(W0-W1)/W0]×100
[0022] 使用所述的研磨用组合物时,通过组合使用相对于磨粒分别显示上述规定的吸附比的聚合物A和聚合物B,能够有效地改善研磨用组合物的性能(例如LPD数的减少、雾度的降低等性能)。
[0023] 作为上述聚合物B,可以优选采用重均分子量(Mw)相对于数均分子量(Mn)之比(Mw/Mn;以下也称为“分子量分布”)为5.0以下的聚合物。通过采用这样分子量分布窄的聚合物B,能够实现防止研磨用组合物中的聚集物的产生、减少研磨后的表面的微小颗粒(光点缺陷(Light Point Defect;LPD))数等效果。
[0024] 另外,作为上述聚合物B,可以优选采用Mw为1×104以上且小于25×104的聚合物。从包含该聚合物B的研磨用组合物的过滤性、清洗性(从研磨后的表面的去除性)等观点出发,优选满足上述Mw的聚合物B。
[0025] 作为上述聚合物B,从对磨粒、研磨对象物显示适度的吸附性、并且不易发生由吸附性过高引起的聚集物的产生、清洗性的下降等的观点出发,可以优选采用非离子性的聚合物。
[0026] 另外,作为上述聚合物B,从研磨性能改善的观点出发,可以优选采用包含氮原子的聚合物(例如包含具有酰胺键的侧基的聚合物)。作为此处公开的技术中的聚合物B的适宜的例子,可以举出包含氮原子的非离子性聚合物。
[0027] 作为可以优选用作上述聚合物A的聚合物的一个例子,可以举出聚乙烯醇。通过组合使用聚乙烯醇和上述聚合物B作为水溶性聚合物,能够有效地改善研磨用组合物的性能(例如LPD数的减少、雾度的降低等性能)。
[0028] 此处公开的研磨用组合物可以优选以除了磨粒、水溶性聚合物及水之外还包含性化合物的方式使用。使用所述方式的研磨用组合物时,能够通过碱性化合物的作用提高研磨效果。
[0029] 此处公开的研磨用组合物可以优选用于硅晶圆的研磨。使用组合包含上述聚合物A和上述聚合物B的研磨用组合物时,能够实现更高品质的硅晶圆表面。
[0030] 根据本说明书,还可以提供使用此处公开的任意种研磨用组合物制造研磨物(例如硅晶圆)的方法。该方法包括对研磨对象物供给研磨液(此处,所谓“液”意味着包括浆料。)。另外,包括用上述研磨液对上述研磨对象物的表面进行研磨。根据所述制造方法,能够制造高品质的研磨物(例如LPD数少且雾度低的研磨物)。
[0031] 此处公开的技术可以优选应用于硅晶圆的研磨、例如经过了打磨的硅晶圆的抛光。作为特别优选的应用对象,可以举出硅晶圆的最终抛光。

具体实施方式

[0032] 以下,说明本发明的适宜的实施方式。需要说明的是,对于本说明书中特别提到的事项以外、且对本发明的实施为必需的事情,可以作为基于本领域的现有技术的本领域技术人员的惯用手段来把握。本发明可以基于本说明书公开的内容和本领域的技术常识而实施。另外,本说明书中,“重量”和“质量”、“重量%”和“质量%”及“重量份”和“质量份”作为同义词对待。
[0033] <磨粒>
[0034] 对此处公开的研磨用组合物中包含的磨粒的材质、性状没有特别限制,可以根据研磨用组合物的使用目的、使用方式等适宜选择。作为磨粒的例子,可以举出无机颗粒、有机颗粒、及有机无机复合颗粒。作为无机颗粒的具体例,可以举出化硅颗粒、氧化颗粒、氧化铈颗粒、氧化铬颗粒、二氧化颗粒、氧化锆颗粒、氧化镁颗粒、二氧化锰颗粒、氧化锌颗粒、三氧化二颗粒等氧化物颗粒;氮化硅颗粒、氮化颗粒等氮化物颗粒;化硅颗粒、碳化硼颗粒等碳化物颗粒;金刚石颗粒;碳酸、碳酸钡等碳酸盐等。作为有机颗粒的具体例,可以举出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)颗粒、聚(甲基)丙烯酸颗粒(此处,所谓(甲基)丙烯酸是指包括丙烯酸及甲基丙烯酸的意思。)、聚丙烯腈颗粒等。这样的磨粒可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
[0035] 作为上述磨粒,优选无机颗粒,其中,优选由金属或半金属的氧化物形成的颗粒。作为此处公开的技术中可以使用的磨粒的适宜的例子,可以举出二氧化硅颗粒。例如,将此处公开的技术应用于可以在硅晶圆的研磨中使用的研磨用组合物时,特别优选使用二氧化硅颗粒作为磨粒。其理由是因为:在研磨对象物为硅晶圆时,如果使用包含与研磨对象物相同的元素和氧原子的二氧化硅颗粒作为磨粒,则在研磨后不会产生与硅不同的金属或半金属的残留物,不会担心由于硅晶圆表面的污染、与硅不同的金属或半金属扩散到研磨对象物内部而导致的作为硅晶圆的电特性劣化等。作为从上述观点出发而优选的研磨用组合物的一个方式,可以举出仅含有二氧化硅颗粒作为磨粒的研磨用组合物。另外,二氧化硅具有易于获得高纯度的物质的性质。也可以举出这一点作为优选二氧化硅颗粒作为磨粒的理由。作为二氧化硅颗粒的具体例,可以举出胶态二氧化硅、气相二氧化硅、沉淀二氧化硅等。从难以在研磨对象物表面产生划痕、能够实现雾度更低的表面这样的观点出发,作为优选的二氧化硅颗粒,可以举出胶态二氧化硅及气相二氧化硅。其中,优选胶态二氧化硅。例如,作为硅晶圆的抛光(特别是最终抛光)中使用的研磨用组合物的磨粒,可以优选采用胶态二氧化硅。
[0036] 构成二氧化硅颗粒的二氧化硅的真比重优选为1.5以上,更优选为1.6以上,进一步优选为1.7以上。通过二氧化硅的真比重增大,在对研磨对象物(例如硅晶圆)进行研磨时,研磨速度(每单位时间的去除研磨对象物的表面的量)能够提高。从减少研磨对象物的表面(研磨面)产生的划痕的观点出发,优选真比重为2.2以下的二氧化硅颗粒。作为二氧化硅的真比重,可以采用通过使用乙醇作为置换液的液体置换法得到的测定值。
[0037] 此处公开的技术中,研磨用组合物中包含的磨粒可以为一次颗粒的形态,也可以为多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒的形态。另外,也可以一次颗粒的形态的磨粒和二次颗粒的形态的磨粒混合存在。对于优选的一个形态,至少部分磨粒以二次颗粒的形态包含在研磨用组合物中。
[0038] 对磨粒的平均一次粒径DP1没有特别限制,从研磨效率等观点出发,优选为5nm以上,更优选为10nm以上。从获得更高的研磨效果(例如雾度的降低、缺陷的去除等效果)的观点出发,平均一次粒径DP1优选为15nm以上,更优选为20nm以上(例如超过20nm)。另外,从易于获得平滑性更高的表面的观点出发,磨粒的平均一次粒径DP1优选为100nm以下,更优选为50nm以下,进一步优选为40nm以下。从易于获得更高品质的表面(例如减少了LPD、PID(Polishing Induced Effect,抛光缺陷)等缺陷的表面)等的观点出发,此处公开的技术也可以优选以使用平均一次粒径DP1为35nm以下(更优选为32nm以下、例如小于30nm)的磨粒的方式实施。
[0039] 需要说明的是,此处公开的技术中,磨粒的平均一次粒径DP1例如可以由利用BET2
法测定的比表面积S(m/g)、通过平均一次粒径DP1(nm)=2720/S的式子算出。磨粒的比表面积的测定可以使用例如Micromeritics Instrument Corporation制造的表面积测定装置、商品名“Flow Sorb II 2300”进行。
[0040] 对磨粒的平均二次粒径DP2没有特别限定,但从研磨速度等观点出发,优选为10nm以上,更优选为20nm以上。从获得更高研磨效果的观点出发,平均二次粒径DP2优选为30nm以上,更优选为35nm以上,进一步优选为40nm以上(例如超过40nm)。另外,从得到平滑性更高的表面的观点出发,磨粒的平均二次粒径DP2适宜为200nm以下,优选为150nm以下,更优选为100nm以下。从易于得到更高品质的表面(例如减少了LPD、PID等缺陷的表面)等观点出发,此处公开的技术也可以优选以使用平均二次粒径DP2小于60nm(更优选为55nm以下,例如小于50nm)的磨粒的方式实施。
[0041] 磨粒的平均二次粒径DP2可如下测定:将作为对象的磨粒的水分散液作为测定样品,通过使用例如日机装株式会社制造的型号“UPA-UT151”的动态光散射法进行测定。
[0042] 磨粒的平均二次粒径DP2通常为磨粒的平均一次粒径DP1的同等以上(DP2/DP1≥1),典型的是大于DP1(DP2/DP1>1)。虽然没有特别限定,但从研磨效果及研磨后的表面平滑性的观点出发,磨粒的DP2/DP1通常在1.2~3的范围内是适宜的,优选为1.5~2.5的范围,更优选为1.7~2.3(例如超过1.9且为2.2以下)的范围。
[0043] 磨粒的形状(外形)可以为球形,也可以为非球形。作为形成非球形的磨粒的具体例,可以举出花生形状(即落花生的壳的形状)、茧型形状、金平糖形状、橄榄球形状等。例如,可以优选采用磨粒的大多数制成花生形状的磨粒。
[0044] 虽然没有特别限定,但是磨粒的一次颗粒的长径/短径比的平均值(平均长径比)优选为1.0以上,更优选为1.05以上、进一步优选为1.1以上。通过磨粒的平均长径比的增大,能够实现更高的研磨速度。另外,从减少划痕等的观点出发,磨粒的平均长径比优选为3.0以下,更优选为2.0以下,进一步优选为1.5以下。
[0045] 上述磨粒的形状(外形)、平均长径比例如可以通过电子显微镜观察来把握。作为把握平均长径比的具体的步骤,例如使用扫描型电子显微镜(SEM),对于能够识别独立颗粒的形状的规定个数(例如200个)的磨粒颗粒,描绘与各颗粒图像外接的最小的长方形。然后,关于对各颗粒图像描绘出的长方形,将用其长边的长度(长径的值)除以短边的长度(短径的值)所得的值作为长径/短径比(长径比)而算出。通过对上述规定个数的颗粒的长径比进行算术平均,能够求出平均长径比。
[0046] <水溶性聚合物>
[0047] 此处公开的研磨用组合物含有水溶性聚合物。对水溶性聚合物的种类没有特别限制,可以从研磨用组合物的领域中公知的水溶性聚合物中适当选择。
[0048] 上述水溶性聚合物可以为在分子中具有选自阳离子性基团、阴离子性基团及非离子性基团中的至少1种官能团的水溶性聚合物。上述水溶性聚合物例如可以为在分子中具有羟基、羧基、酰氧基、磺基、酰胺结构、季氮结构、杂环结构、乙烯基结构、聚氧化烯结构等的水溶性聚合物。
[0049] 作为可以优选用作此处公开的研磨用组合物中的水溶性聚合物的聚合物,可以举出聚乙烯醇、其衍生物等乙烯醇系聚合物、包含氧化烯单元的聚合物、含有氮原子的聚合物等。
[0050] 乙烯醇系聚合物典型地为包含乙烯醇单元(VA单元)作为主要重复单元的聚合物(PVA)。该聚合物中,VA单元的摩尔数在全部重复单元的摩尔数中所占的比率通常为50%以上,优选为65%以上,更优选为70%以上,例如为75%以上。可以全部重复单元实质上由VA单元构成。这样的乙烯醇系聚合物中,对VA单元以外的重复单元的种类没有特别限定,例如可以为乙酸乙烯酯单元、丙酸乙烯酯单元、己酸乙烯酯单元等。
[0051] 使用乙烯醇系聚合物(PVA)作为水溶性聚合物时,其皂化度通常适宜为50摩尔%以上,典型地为65摩尔%以上,优选为75摩尔%以上,例如为80摩尔%以上。优选的一个方式中,PVA的皂化度可以为90摩尔%以上。从研磨用组合物的性能稳定性的观点出发,特别优选皂化度为95摩尔%以上(典型的是超过95摩尔%,例如超过98摩尔%)的PVA。需要说明的是,PVA的皂化度在原理上为100摩尔%以下。
[0052] 需要说明的是,作为PVA,优选使用金属离子的含量少的PVA。金属离子含量少的PVA例如可以通过下述方法制造:使用金属离子的含量少的原料制造PVA、对制造后的PVA进行离子交换处理等方法。金属离子中,优选碱金属离子的含量少的PVA。特别优选实质上不含钠离子的PVA。从减少研磨后的表面缺陷的观点出发,使用这样的PVA是有利的。例如,可以优选使用钠离子的含量被抑制为后述的研磨液(工作浆料)中的钠离子浓度为10ppb以下的程度的PVA。
[0053] 包含氧化烯单元的聚合物可以为包含1种或2种以上的碳原子数2~6的氧化烯单元(典型地为-CnH2nO-所示的结构单元。此处,n为2~6的整数。)的聚合物。优选上述氧化烯单元的碳原子数为2~3的聚合物。作为这样的聚合物的例子,可以举出聚氧化乙烯(PEO)、氧化乙烯(EO)和氧化丙烯(PO)的嵌段共聚物、EO和PO的无规共聚物等。
[0054] EO和PO的嵌段共聚物可以为包含聚氧化乙烯(PEO)嵌段和聚氧化丙烯(PPO)嵌段的二嵌段体、三嵌段体等。在上述三嵌段体的例子中包括PEO-PPO-PEO型三嵌段体及PPO-PEO-PPO型三嵌段体。通常,更优选PEO-PPO-PEO型三嵌段体。
[0055] 作为PEO-PPO-PEO型三嵌段体,可以优选使用下述通式(1)表示的聚合物。
[0056] HO-(EO)a-(PO)b-(EO)c-H…(1)
[0057] 通式(1)中的EO表示氧乙烯单元(-CH2CH2O-),PO表示氧丙烯单元(-CH2CH(CH3)O-),a、b及c分别表示1以上(典型为2以上)的整数。
[0058] 通式(1)中,a和c的合计优选为2~1000的范围,更优选为5~500的范围,进一步优选为10~200的范围。通式(1)中的b优选为2~200的范围,更优选为5~100的范围,进一步优选为10~50的范围。
[0059] EO和PO的嵌段共聚物或无规共聚物中,从在水中的溶解性、清洗性等观点出发,构成该共聚物的EO和PO的摩尔比(EO/PO)优选大于1,更优选为2以上,进一步优选为3以上(例如5以上)。
[0060] 作为含有氮原子的聚合物,可以使用主链中含有氮原子的聚合物及侧链官能团(侧基)中具有氮原子的聚合物的任意种。
[0061] 作为主链中含有氮原子的聚合物的例子,可以举出N-酰基亚烷基亚胺型单体的均聚物及共聚物。作为N-酰基亚烷基亚胺型单体的具体例,可以举出N-乙酰基亚乙基亚胺、N-丙酰基亚乙基亚胺、N-己酰基亚乙基亚胺、N-苯甲酰基亚乙基亚胺、N-乙酰基亚丙基亚胺、N-丁酰基亚乙基亚胺等。作为N-酰基亚烷基亚胺型单体的均聚物,可以举出聚(N-乙酰基亚乙基亚胺)、聚(N-丙酰基亚乙基亚胺)、聚(N-己酰基亚乙基亚胺)、聚(N-苯甲酰基亚乙基亚胺)、聚(N-乙酰基亚丙基亚胺)、聚(N-丁酰基亚乙基亚胺)等。N-酰基亚烷基亚胺型单体的共聚物的例子中包括2种以上的N-酰基亚烷基亚胺型单体的共聚物、以及1种或2种以上的N-酰基亚烷基亚胺型单体与其他单体的共聚物。
[0062] 需要说明的是,本说明书中所谓共聚物在没有特别记载的情况下,是指包括无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等各种共聚物的意思。
[0063] 作为侧基中具有氮原子的聚合物,例如可以举出包含N-(甲基)丙烯酰基型的单体单元的聚合物、包含N-乙烯基型的单体单元的聚合物等。此处,“(甲基)丙烯酰基”是指包括丙烯酰基及甲基丙烯酰基的意思。
[0064] 包含N-(甲基)丙烯酰基型的单体单元的聚合物的例子中包括N-(甲基)丙烯酰基型单体的均聚物及共聚物(典型地为N-(甲基)丙烯酰基型单体的共聚比率超过50质量%的共聚物)。N-(甲基)丙烯酰基型单体的例子中包括具有N-(甲基)丙烯酰基的链状酰胺及具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺。
[0065] 作为具有N-(甲基)丙烯酰基的链状酰胺的例子,可以举出丙烯酰胺;N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-丙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-丁基丙烯酰胺、N-异丁基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-庚基丙烯酰胺、N-辛基丙烯酰胺、N-叔辛基丙烯酰胺、N-十二烷基丙烯酰胺、N-十八烷基丙烯酰胺等N-单烷基丙烯酰胺;N-(2-羟基乙基)丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-2-羟基乙基)丙烯酰胺、N-(1-乙基-羟基乙基)丙烯酰胺、N-(2-氯乙基)丙烯酰胺、N-(2,2,2-三氯-1-羟基乙基)丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基乙基)丙烯酰胺、N-(3-二甲基氨基丙基)丙烯酰胺、N-[3-双(2-羟基乙基)氨基丙基]丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-2-二甲基氨基乙基)丙烯酰胺、N-(2-甲基-2-苯基-3-二甲基氨基丙基)丙烯酰胺、N-(2,2-二甲基-3-二甲基氨基丙基)丙烯酰胺、N-(2-吗啉代乙基)丙烯酰胺、N-(2-氨基-1,2-二氰基乙基)丙烯酰胺等取代N-单烷基丙烯酰胺;N-烯丙基丙烯酰胺等N-单烯基丙烯酰胺;N-(1,1-二甲基丙炔基)丙烯酰胺等N-单炔基丙烯酰胺;N-苯基丙烯酰胺、N-苄基丙烯酰胺、N-[4-(苯基氨基)苯基]丙烯酰胺等含芳香族基团的丙烯酰胺;N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N-羟丙基丙烯酰胺等N-单烷基醇丙烯酰胺;N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-异丁氧基甲基丙烯酰胺等N-烷氧基烷基丙烯酰胺;N-甲氧基丙烯酰胺、N-乙氧基丙烯酰胺、N-丙氧基丙烯酰胺、N-丁氧基丙烯酰胺等N-烷氧基丙烯酰胺;N-乙酰丙烯酰胺;N-二丙丙烯酰胺;甲基丙烯酰胺;N-甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N-丙基甲基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N-丁基甲基丙烯酰胺、N-异丁基甲基丙烯酰胺、N-叔丁基甲基丙烯酰胺、N-庚基甲基丙烯酰胺、N-辛基甲基丙烯酰胺、N-叔辛基甲基丙烯酰胺、N-十二烷基甲基丙烯酰胺、N-十八烷基甲基丙烯酰胺等N-单烷基甲基丙烯酰胺;N-(2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(1-乙基-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-氯乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2,2,2-三氯-1-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(3-二甲基氨基丙基)甲基丙烯酰胺、N-[3-双(2-羟基乙基)氨基丙基]甲基丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-2-二甲基氨基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-甲基-2-苯基-3-二甲基氨基丙基)甲基丙烯酰胺、N-(2,2-二甲基-3-二甲基氨基丙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-吗啉代乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-氨基-1,2-二氰基乙基)甲基丙烯酰胺等取代N-单烷基甲基丙烯酰胺;N-烯丙基甲基丙烯酰胺等N-单烯基甲基丙烯酰胺;N-(1,1-二甲基丙炔基)甲基丙烯酰胺等N-单炔基甲基丙烯酰胺;N-苯基甲基丙烯酰胺、N-苄基甲基丙烯酰胺、N-[4-(苯基氨基)苯基]甲基丙烯酰胺等含芳香族基团的甲基丙烯酰胺;N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-羟乙基甲基丙烯酰胺、N-羟丙基甲基丙烯酰胺等N-单烷基醇甲基丙烯酰胺;N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-乙氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-异丁氧基甲基甲基丙烯酰胺等N-烷氧基烷基甲基丙烯酰胺;N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-丙氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基丙烯酰胺等N-烷氧基甲基丙烯酰胺;N-乙酰甲基丙烯酰胺;N-二丙酮甲基丙烯酰胺;
N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二丙基丙烯酰胺、N,N-二异丙基丙烯酰胺、N,N-二丁基丙烯酰胺、N,N-二异丁基丙烯酰胺、N,N-二叔丁基丙烯酰胺、N,N-二庚基丙烯酰胺、N,N-二辛基丙烯酰胺、N,N-二叔辛基丙烯酰胺、N,N-二(十二烷基)丙烯酰胺、N,N-二(十八烷基)丙烯酰胺等N,N-二烷基丙烯酰胺;N,N-二甲基氨基乙基丙烯酰胺、N,N-二乙基氨基乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基丙基丙烯酰胺、N,N-二乙基氨基丙基丙烯酰胺等N,N-二烷基氨基烷基丙烯酰胺;N,N-双(2-羟基乙基)丙烯酰胺、N,N-双(2-氰基乙基)丙烯酰胺等取代N,N-二烷基丙烯酰胺;N,N-二烯丙基丙烯酰胺等N,N-二烯基丙烯酰胺;N,N-二苯基丙烯酰胺、N,N-二苄基丙烯酰胺等含芳香族基团的丙烯酰胺;N,N-二羟甲基丙烯酰胺、N,N-二羟乙基丙烯酰胺、N,N-二羟丙基丙烯酰胺等N,N-二烷基醇丙烯酰胺;N-甲基-N-甲氧基丙烯酰胺、N-甲基-N-乙氧基丙烯酰胺、N-甲基-N-丙氧基丙烯酰胺、N-甲基-N-丁氧基丙烯酰胺、N-乙基-N-甲氧基丙烯酰胺、N-乙基-N-乙氧基丙烯酰胺、N-乙基-N-丁氧基丙烯酰胺、N-丙基-N-甲氧基丙烯酰胺、N-丙基-N-乙氧基丙烯酰胺、N-丁基-N-甲氧基丙烯酰胺、N-丁基-N-乙氧基丙烯酰胺等N-烷氧基-N-烷基丙烯酰胺;N,N-二乙酰丙烯酰胺;N,N-二丙酮丙烯酰胺;N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二丙基甲基丙烯酰胺、N,N-二异丙基甲基丙烯酰胺、N,N-二丁基甲基丙烯酰胺、N,N-二异丁基甲基丙烯酰胺、N,N-二叔丁基甲基丙烯酰胺、N,N-二庚基甲基丙烯酰胺、N,N-二辛基甲基丙烯酰胺、N,N-二叔辛基甲基丙烯酰胺、N,N-二(十二烷基)甲基丙烯酰胺、N,N-二(十八烷基)甲基丙烯酰胺等N,N-二烷基甲基丙烯酰胺;N,N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基氨基乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基氨基丙基甲基丙烯酰胺等N,N-二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺;N,N-双(2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、N,N-双(2-氰基乙基)甲基丙烯酰胺等取代N,N-二烷基甲基丙烯酰胺;N,N-二烯丙基甲基丙烯酰胺等N-二烯基甲基丙烯酰胺;N,N-二苯基甲基丙烯酰胺、N,N-二苄基甲基丙烯酰胺等含芳香族基团的甲基丙烯酰胺;N,N-二羟甲基甲基丙烯酰胺、N,N-二羟乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二羟丙基甲基丙烯酰胺等N,N-二烷基醇甲基丙烯酰胺;N-甲基-N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-丙氧基甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-乙基-N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-乙基-N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-乙基-N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-丙基-N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-丙基-N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-丁基-N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-丁基-N-乙氧基甲基丙烯酰胺等N-烷氧基-N-烷基甲基丙烯酰胺;N,N-二乙酰甲基丙烯酰胺;N,N-二丙酮甲基丙烯酰胺;等。
[0066] 作为包含具有N-(甲基)丙烯酰基的链状酰胺作为单体单元的聚合物的例子,可以举出N-异丙基丙烯酰胺的均聚物及N-异丙基丙烯酰胺的共聚物(例如N-异丙基丙烯酰胺的共聚比率超过50质量%的共聚物)、N-羟基乙基丙烯酰胺的均聚物及N-羟基乙基丙烯酰胺的共聚物(例如N-羟基乙基丙烯酰胺的共聚比率超过50质量%的共聚物)等。
[0067] 作为具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺的例子,可以举出N-丙烯酰基吗啉、N-丙烯酰基硫代吗啉、N-丙烯酰基哌啶、N-丙烯酰基吡咯烷、N-甲基丙烯酰基吗啉、N-甲基丙烯酰基哌啶、N-甲基丙烯酰基吡咯烷等。作为包含具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺作为单体单元的聚合物的例子,可以举出丙烯酰基吗啉系聚合物(PACMO)。作为丙烯酰基吗啉系聚合物的典型例子,可以举出N-丙烯酰基吗啉(ACMO)的均聚物及ACMO的共聚物(例如ACMO的共聚比率超过50质量%的共聚物)。丙烯酰基吗啉系聚合物中,ACMO单元的摩尔数在全部重复单元的摩尔数中所占的比率通常为50%以上,适宜为80%以上(例如90%以上,典型为95%以上)。水溶性聚合物的全部重复单元可以实质上由ACMO单元构成。
[0068] 包含N-乙烯基型的单体单元的聚合物的例子中,包括N-乙烯基内酰胺型单体的均聚物及共聚物(例如N-乙烯基内酰胺型单体的共聚比率超过50质量%的共聚物)、N-乙烯基链状酰胺的均聚物及共聚物(例如N-乙烯基链状酰胺的共聚比率超过50质量%的共聚物)。
[0069] 作为N-乙烯基内酰胺型单体的具体例,可以举出N-乙烯基吡咯烷酮(VP)、N-乙烯基哌啶酮、N-乙烯基吗啉酮、N-乙烯基己内酰胺(VC)、N-乙烯基-1,3-噁嗪-2-酮、N-乙烯基-3,5-吗啉二酮等。作为包含N-乙烯基内酰胺型的单体单元的聚合物的具体例,可以举出聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯基己内酰胺、VP和VC的无规共聚物、VP及VC的一者或两者与其他乙烯基单体(例如丙烯酸系单体、乙烯基酯系单体等)的无规共聚物、包含含有VP及VC的一者或两者的聚合物链段的嵌段共聚物、接枝共聚物(例如聚乙烯基吡咯烷酮接枝在聚乙烯醇上得到的接枝共聚物)等。作为其中优选的例子,可以举出乙烯基吡咯烷酮系聚合物(PVP)。此处,乙烯基吡咯烷酮系聚合物是指VP的均聚物及VP的共聚物(例如VP的共聚比率超过50重量%的共聚物)。乙烯基吡咯烷酮系聚合物中,VP单元的摩尔数在全部重复单元的摩尔数中所占的比率通常为50%以上,适宜为80%以上(例如90%以上,典型为95%以上)。水溶性聚合物的全部重复单元可以实质上由VP单元构成。
[0070] 作为N-乙烯基链状酰胺的具体例,可以举出N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基丙酰胺、N-乙烯基丁酰胺等。
[0071] 作为N-乙烯基链状酰胺的具体例,可以举出N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基丙酰胺、N-乙烯基丁酰胺等。
[0072] 作为侧基中具有氮原子的聚合物的其他例子,可以举出(甲基)丙烯酸氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二甲基氨基丙酯等具有氨基的乙烯基单体(例如具有(甲基)丙烯酰基的单体)的均聚物及共聚物。
[0073] 作为此处公开的研磨用组合物中可以含有的水溶性聚合物的其他例子,可以举出羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素衍生物及支链淀粉
[0074] 对此处公开的研磨用组合物中包含的水溶性聚合物的分子量没有特别限定。例如4 3 4 3
可以使用重均分子量(Mw)为200×10以下(典型为1×10 ~200×10 ,例如为1×10~
4
150×10)的水溶性聚合物。从更好地防止聚集物的产生的观点出发,通常优选使用Mw小
4 4 4 4
于100×10(更优选为80×10以下,进一步优选为50×10 以下,典型为40×10 以下,例
4
如为30×10以下)的水溶性聚合物。另外,从研磨用组合物的过滤性、清洗性等观点出发,
4 4 4
可以优选使用Mw为25×10以下(更优选为20×10 以下,进一步优选为15×10 以下,例
4
如为10×10以下)的水溶性聚合物。另一方面,通常在水溶性聚合物的Mw变大时,存在
3
雾度降低效果变高的倾向。从这样的观点出发,通常适宜使用Mw为1×10以上的水溶性
4
聚合物,例如可以优选采用Mw为1×10以上的水溶性聚合物。
[0075] 更优选的Mw的范围可以根据水溶性聚合物的种类而异。例如,作为水溶性聚合物4 4 4
的乙烯醇系聚合物(PVA)的Mw典型为30×10以下,优选为25×10 以下,更优选为20×10
4 4 4
以下,进一步优选为10×10以下(例如5×10 以下,进一步优选为2×10 以下)。PVA的
3 3 3 4
Mw典型为1×10以上,优选为2×10 以上,例如为3×10 以上。可以使用Mw为1×10 以上的PVA。
[0076] 另外,包含氧化烯单元的水溶性聚合物的Mw优选为50×104以下,更优选为4 4 4
30×10以下,进一步优选为25×10 以下(例如10×10 以下)。包含氧化烯单元的水溶
4
性聚合物的Mw典型为1×10以上。
[0077] 另外,例如含有氮原子的水溶性聚合物的Mw典型为50×104以下,优选为40×1044 4 4
以下,更优选为30×10以下,进一步优选为10×10 以下(例如7×10 以下)。对含有氮原子的水溶性聚合物的Mw的下限没有特别限定。含有氮原子的水溶性聚合物的Mw例如为
3 4 4
1×10以上,典型为1×10 以上,从雾度降低等的观点出发,优选为2×10 以上,更优选为
4
3×10以上。
[0078] 虽然没有特别限定,但含有氮原子的水溶性聚合物中,对于包含具有N-(甲基)丙烯酰基的链状酰胺作为单体单元的聚合物,可以优选采用Mw比较小的聚合物。例如,从减4 4
少LPD等表面缺陷的观点出发,Mw小于5×10的聚合物是有利的,优选4×10 以下的聚合
4
物,进一步优选为3×10以下的聚合物。优选的一个方式中,作为上述聚合物,可以使用Mw
4 3
为1×10以下的聚合物。对上述聚合物的Mw的下限没有特别限定,但通常为1×10 以上,
3 3
更优选为2×10以上,更优选为3×10 以上。
[0079] 虽然没有特别限定,但含有氮原子的水溶性聚合物中,对于包含具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺(例如N-丙烯酰基吗啉)作为单体单元的聚合物,从降低雾度、减少表4 4
面缺陷等观点出发,优选Mw为40×10以下的聚合物,优选20×10 以下的聚合物,进一步
4
优选10×10以下的聚合物。上述聚合物的Mw的下限没有特别限制。从降低雾度的观点
3 4 4
出发,Mw为1×10以上是有利的,优选为1×10 以上,更优选为2×10 以上。另外,从减
3 4 4
少表面缺陷的观点出发,Mw为1×10以上是有利的,优选为5×10 以上,更优选为10×10以上。另外,从抑制研磨速度的下降、改善表面品质的观点出发,上述聚合物的Mw优选为
3 4 4 4 4
1×10以上且40×10 以下,更优选为1×10 以上且40×10 以下,进一步优选为20×10
4 4 4
以上且40×10以下(例如为30×10 以上且40×10 以下)。
[0080] 此处公开的技术中,对水溶性聚合物的重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)的关系没有特别限制。从防止聚集物的产生等的观点出发,可以优选使用例如分子量分布(Mw/Mn)为5.0以下的聚合物。从研磨用组合物的性能稳定性等的观点出发,水溶性聚合物的Mw/Mn优选为4.0以下,更优选为3.5以下,进一步优选为3.0以下(例如2.5以下)。
[0081] 需要说明的是,在原理上,Mw/Mn为1.0以上。从原料的获得容易性、合成容易性的观点出发,通常可以优选使用Mw/Mn为1.05以上的水溶性聚合物。
[0082] 需要说明的是,作为水溶性聚合物的Mw及Mn,可以采用基于水系的凝胶渗透色谱法(GPC)的值(水系,换算为聚氧化乙烯)。
[0083] <吸附比>
[0084] 此处公开的研磨用组合物的特征在于,包含以下的吸附比测定中的吸附比彼此不同的2种水溶性聚合物。具体而言,此处公开的研磨用组合物含有吸附比小于5%的聚合物A和吸附比为5%以上且小于95%的聚合物B(其中,不包括羟乙基纤维素)。作为聚合物A,可以单独或组合使用2种以上的满足上述吸附比的水溶性聚合物。对于聚合物B也同样,也可以单独或组合使用2种以上的满足上述吸附比的水溶性聚合物。
[0085] 上述吸附比测定如下所述地进行。更详细而言,例如可以与后述的实施例中记载的吸附比测定同样地进行,求出各水溶性聚合物的吸附比。
[0086] [吸附比测定]
[0087] (1)准备试验液L0,其包含0.018质量%测定对象聚合物及0.01质量%氨,且剩余部分由水构成。
[0088] (2)准备试验液L1,其包含0.18质量%浓度的磨粒、0.018质量%浓度的上述测定对象聚合物及0.01质量%浓度的氨,剩余部分由水构成。
[0089] (3)对上述试验液L1进行离心分离处理,使上述磨粒沉淀。
[0090] (4)由上述试验液L0中包含的上述测定对象聚合物的质量W0和对上述试验液L1实施上述离心分离处理后的上清液中包含的上述测定对象聚合物的质量W1,通过下式算出上述测定对象聚合物的吸附比。
[0091] 吸附比(%)=[(W0-W1)/W0]×100
[0092] 上述离心分离处理例如可以使用Beckman Coulter Inc.制造的离心分离器、型号“Avanti HP-30I”,在以20000rpm的转速进行30分钟离心分离的条件下进行。另外,上述试验液L0中包含的上述测定对象聚合物的质量W0及对上述试验液L1实施上述离心分离处理后的上清液中包含的上述测定对象聚合物的质量W1,可通过测定上述试验液L1及上述上清液的总有机碳量(TOC)来求出。TOC的测定例如可以使用岛津制作所株式会社制造的总有机碳分析仪(燃烧催化氧化方式、型号“TOC-5000A”)或其等同品进行。
[0093] 作为测定对象聚合物的吸附比测定中使用的磨粒,理想的是使用与包含该测定对象聚合物的研磨用组合物的磨粒相同的磨粒(例如材质、粒径及颗粒形状相同的磨粒)。但是,考虑到实用上的方便,与使用上述研磨用组合物用的磨粒进行吸附比测定的情况比较,在吸附比没有较大差别的范围内(例如,可以说是使用任一磨粒时测定对象聚合物的吸附比均明显大于5%、或者均明显小于5%的范围),也可以使用与研磨用组合物用的磨粒不同的磨粒进行吸附比测定。例如,可以使用与研磨用组合物用的磨粒的材质相同且颗粒的尺寸、形状(例如平均一次粒径、平均二次粒径、粒径分布、长径比、比表面积等中1个或2个以上的特性值)略有不同的磨粒。通常而言,使用与研磨用组合物用的磨粒为同种材质、比表面积大致相同(例如与构成研磨用组合物的磨粒的比表面积的差异在±10%以内的)磨粒进行吸附比测定是适当的。
[0094] 需要说明的是,虽然没有特别限定,但此处公开的技术可以优选应用于使用比表2 2
面积约为20~200mm/g(典型为50~150mm/g)的磨粒的研磨用组合物。
[0095] 此处公开的技术中的聚合物A只要为上述吸附比测定中的吸附比小于5%的水溶性聚合物即可,没有特别限制。从减少聚集物、提高清洗性等观点出发,可以优选采用非离子性的聚合物作为聚合物A。
[0096] 从更好地发挥与聚合物B组合使用的效果(例如与分别单独使用聚合物A、聚合物B相比提高研磨性能的效果)的观点出发,聚合物A的吸附比优选小于3%,更优选小于1%,可以实质上为0%。
[0097] 作为聚合物A的一个适宜的例子,可以举出乙烯醇系聚合物(PVA)。例如,可以优选采用皂化度为75摩尔%以上、更优选为80摩尔%以上的PVA作为聚合物A。另外,可以优选采用皂化度为90摩尔%以上、更优选为95摩尔%以上(典型为超过95摩尔%,例如3 3
超过98%摩尔)的PVA作为聚合物A。PVA的Mw优选为1×10以上,更优选为2×10 以
3 4 4
上,例如为3×10以上。优选的一个方式中,PVA的Mw优选为1×10 以上且15×10 以下,
4 4 4
更优选为10×10以下,进一步优选为5×10 以下(典型为3×10 以下)。
[0098] 作为聚合物A的其他适宜的例子,可以举出包含氧化烯单元且满足上述吸附比的聚合物。作为所述聚合物的具体例,可以举出聚氧化乙烯。作为其他例子,可以举出在使吸附比为小于5%的范围内将氧化乙烯与其他氧化烯共聚而得到的聚氧化烯。作为聚合物A4 4 4
的包含氧化烯单元的聚合物的Mw优选为1×10以上且30×10 以下,更优选为25×10 以
4 4
下,进一步优选为20×10以下(例如10×10 以下)。
[0099] 聚合物A可以单独使用1种,或者组合2种以上使用。此处公开的研磨用组合物可以优选以至少包含PVA作为聚合物A的方式(例如仅包含1种或2种以上的PVA作为聚合物A的方式)实施。
[0100] 此处公开的技术中的聚合物B只要是上述吸附比测定中的吸附比为5%以上且小于95%的水溶性聚合物即可,没有特别限制。从减少聚集物、提高清洗性等观点出发,可以优选采用非离子性的聚合物作为聚合物B。
[0101] 从更好地发挥与聚合物A组合使用的效果(例如,与分别单独使用聚合物A、聚合物B相比提高研磨性能的效果)的观点出发,聚合物B的吸附比优选为8%以上,更优选为10%以上,进一步优选为12%以上。另外,出于同样的理由,从聚合物B的吸附比PB减去聚合物A的吸附比PA所得的值(PB-PA)优选为5%以上,更优选为7%以上,进一步优选为
10%以上。另外,可能存在以下情况:即使聚合物A、B的吸附比之差过大,两者的组合使用效果也趋向于减弱。从这样的观点出发,优选的一个方式中,上述吸附比的差(PB-PA)可以为80%以下,更优选为70%以下(例如60%以下)。
[0102] 作为聚合物B的例子,可以适当采用上述包含氧化烯单元的聚合物及含有氮原子的聚合物中吸附比为5%以上且小于95%的聚合物。虽然没有特别限定,但作为包含N-乙烯基型的单体单元的聚合物B的适宜的例子,可以举出N-乙烯基内酰胺型单体的均聚物及共聚物(例如聚乙烯基吡咯烷酮)。另外,作为包含N-(甲基)丙烯酰基型的单体单元的聚合物B的适宜的例子,可以举出N-烷基(甲基)丙烯酰胺的均聚物及共聚物(例如聚异丙基丙烯酰胺)、N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺的均聚物及共聚物(例如聚羟基乙基丙烯酰胺)、具有N-(甲基)丙烯酰基的环状酰胺的均聚物及共聚物(例如聚丙烯酰基吗啉)。
[0103] 作为聚合物B的Mw,优选为1×104以上且50×104以下,从过滤性的观点出发,更4 4 4
优选为25×10以下,进一步优选为20×10 以下(例如为10×10 以下)。另外,从降低雾
4 4
度的观点出发,聚合物B的Mw为1.5×10以上是有利的,优选为2.0×10 以上,更优选为
4 4
3.0×10以上,进一步优选为3.5×10 以上。
[0104] 虽然没有特别限定,但此处公开的技术可以优选以如下的方式实施:聚合物B的Mw(MwB)和聚合物A的Mw(MwA)在数值上没有极其明显的差距的范围,具体而言MwB和MwA的数量级一致。
[0105] 此处公开的技术中,对聚合物A和聚合物B的使用量之比(也可以作为研磨用组合物中的含量之比来把握)没有特别限定。从更好地发挥组合使用聚合物A和聚合物B的效果的观点出发,使它们的使用量比(A:B)以质量基准计为5:95~95:5是适当的,优选为10:90~90:10(例如为20:80~80:20)。
[0106] 此处公开的研磨用组合物可以优选以仅使用聚合物A及聚合物B作为水溶性聚合3 4
物(典型的是Mw为1×10以上,例如为1×10 以上的聚合物)的方式实施。或者,也可以以还包含除了聚合物A及聚合物B以外的水溶性聚合物的方式实施。此时,对聚合物A及聚合物B以外的水溶性聚合物(聚合物C)的使用量没有特别限定。从更好地发挥组合使用聚合物A和聚合物B的效果的观点出发,聚合物A和聚合物B的总量在水溶性聚合物整体中所占的比率优选为60质量%以上,更优选为75质量%以上,进一步优选为90质量%以上(例如为95质量%以上)。
[0107] 此处公开的研磨用组合物包含纤维素衍生物作为水溶性聚合物C时,其使用量优选抑制为该研磨用组合物中包含的水溶性聚合物整体的40质量%以下,更优选为25质量%以下,进一步优选为10质量%以下(典型为5质量%以下)。由此,能够更高水平地抑制由于使用来自天然物的纤维素衍生物而引起的杂质的混入、聚集的产生。此处公开的研磨用组合物例如可以优选以实质上不含作为水溶性聚合物C的纤维素衍生物的方式实施。
[0108] 虽然没有特别限定,但水溶性聚合物的含量(聚合物A、聚合物B及可以根据需要使用的聚合物C的总量)相对于磨粒100质量份例如可以为0.01质量份以上。从研磨后的表面平滑性提高(例如雾度、缺陷的减少)的观点出发,水溶性聚合物相对于磨粒100质量份的含量为0.05质量份以上是适当的,优选为0.1质量份以上,更优选为0.5质量份以上(例如为1质量份以上)。另外,从研磨速度、清洗性等观点出发,水溶性聚合物相对于磨粒100质量份的含量例如可以为40质量份以下,通常为20质量份以下是适当的,优选为15质量份以下,更优选为10质量份以下。
[0109] <水>
[0110] 作为此处公开的研磨用组合物中包含的水,可以优选使用离子交换水(去离子水)、纯水、超纯水、蒸馏水等。关于所使用的水,为了尽量避免阻碍研磨用组合物中含有的其他成分的作用,例如优选过渡金属离子的总含量为100ppb以下。例如,可以通过利用离子交换树脂的杂质离子的去除、利用过滤器的杂质的去除、蒸馏等操作来提高水的纯度。
[0111] 此处公开的研磨用组合物根据需要还可以含有能够与水均匀混合的有机溶剂(低级醇、低级酮等)。通常,优选研磨用组合物中包含的溶剂的90体积%以上为水,更优选95体积%以上(典型为99~100体积%)为水。
[0112] 此处公开的研磨用组合物(典型为浆料状的组合物)例如可以优选以如下的形态实施:其固体成分含量(non-volatile content;NV)为0.01质量%~50质量%,剩余部分为水系溶剂(水或水与上述有机溶剂的混合溶剂)的形态;或者,剩余部分为水系溶剂及挥发性化合物(例如氨)的形态。更优选上述NV为0.05质量~40质量%的形态。需要说明的是,上述固体成分含量(NV)是指使研磨用组合物在105℃下干燥24小时后的残留物在上述研磨用组合物中所占的质量的比率。
[0113] <碱性化合物>
[0114] 此处公开的研磨用组合物典型而言,除了磨粒、水溶性聚合物及水之外,还含有碱性化合物。此处,碱性化合物是指具有通过添加到研磨用组合物中而提高该组合物的pH的功能的化合物。碱性化合物起到对成为研磨对象的面进行化学研磨的作用,能够有助于研磨速度的提高。另外,碱性化合物能够有助于研磨用组合物的分散稳定性的提高。
[0115] 作为碱性化合物,可以使用含有氮的有机或无机的碱性化合物、碱金属或碱土金属的氢氧化物、各种碳酸盐、碳酸氢盐等。例如,可以举出碱金属的氢氧化物、氢氧化季铵或其盐、氨、胺等。作为碱金属的氢氧化物的具体例,可以举出氢氧化、氢氧化钠等。作为碳酸盐或碳酸氢盐的具体例,可以举出碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠等。作为氢氧化季铵或其盐的具体例,可以举出四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵等。作为胺的具体例,可以举出甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、单乙醇胺、N-(β-氨基乙基)乙醇胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、无水哌嗪、哌嗪六水合物、1-(2-氨基乙基)哌嗪、N-甲基哌嗪、胍、咪唑、三唑等唑类等。这样的碱性化合物可以单独使用1种,或组合使用2种以上。
[0116] 作为从提高研磨速度等观点出发而优选的碱性化合物,可以举出氨、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠及碳酸钠。作为其中优选的例子,可以列举氨、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵及四乙基氢氧化铵。作为更优选的例子,可以举出氨及四甲基氢氧化铵。作为特别优选的碱性化合物,可以举出氨。
[0117] <表面活性剂
[0118] 此处公开的研磨用组合物可以优选以除了磨粒、水溶性聚合物及水之外还包含表4
面活性剂(典型地为分子量小于1×10的水溶性有机化合物)的方式实施。通过表面活性剂的使用,研磨用组合物的分散稳定性能够提高。另外,降低研磨面的雾度可以变容易。表面活性剂可以单独使用1种,或者组合使用2种以上。
[0119] 作为表面活性剂,可以优选采用阴离子性或非离子性的表面活性剂。从低起泡性、pH调节的容易性的观点出发,更优选非离子性的表面活性剂。例如可以举出聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等氧化烯聚合物;聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油醚脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯等聚氧化烯加成物;多种氧化烯的共聚物(二嵌段型、三嵌段型、无规型、交替型);等非离子性表面活性剂。
[0120] 作为非离子性表面活性剂的具体例,可以举出:EO和PO的嵌段共聚物(二嵌段体、PEO-PPO-PEO型三嵌段体、PPO-PEO-PPO型三嵌段体等)、EO和PO的无规共聚物、聚乙二醇、聚氧乙烯丙基醚、聚氧乙烯丁基醚、聚氧乙烯戊基醚、聚氧乙烯己基醚、聚氧乙烯辛基醚、聚氧乙烯-2-乙基己基醚、聚氧乙烯壬基醚、聚氧乙烯癸基醚、聚氧乙烯异癸基醚、聚氧乙烯十三烷基醚、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯异硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯十二烷基苯基醚、聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚、聚氧乙烯月桂基胺、聚氧乙烯硬脂基胺、聚氧乙烯油基胺、聚氧乙烯硬脂酰胺、聚氧乙烯油酰胺、聚氧乙烯单月桂酸酯、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯二硬脂酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇四油酸酯、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯氢化蓖麻油等。作为其中优选的表面活性剂,可以举出EO和PO的嵌段共聚物(特别是PEO-PPO-PEO型的三嵌段体)、EO和PO的无规共聚物及聚氧乙烯烷基醚(例如聚氧乙烯癸基醚)。
[0121] 表面活性剂的分子量典型为小于1×104,从研磨用组合物的过滤性、研磨对象物的清洗性等观点出发,优选为9500以下。另外,表面活性剂的分子量典型为200以上,从雾度降低效果等观点出发,优选为250以上,更优选为300以上(例如500以上)。需要说明的是,作为表面活性剂的分子量,可以采用通过GPC求出的重均分子量(Mw)(水系、换算为聚乙二醇)或由化学式算出的分子量。
[0122] 表面活性剂的分子量的更优选的范围根据表面活性剂的种类而异。例如,使用EO和PO的嵌段共聚物作为表面活性剂时,Mw优选为1000以上,更优选为2000以上,进一步优选为5000以上。
[0123] 需要说明的是,作为此处公开的技术中的表面活性剂,也可以使用与上述任意种4
水溶性聚合物为同样的化学结构且Mw小于1×10的表面活性剂。因此,此处公开的研磨用组合物例如在使用聚乙烯醇作为水溶性聚合物A时,可以以如下的方式实施:组合使用作
4 4
为水溶性聚合物A的Mw为1×10以上的聚乙烯醇和作为表面活性剂的Mw小于1×10 的
4
聚乙烯醇,并且包含Mw为1×10以上的水溶性聚合物B。
[0124] 此处公开的研磨用组合物包含表面活性剂时,其含量只要在不会显著抑制本发明的效果的范围内就没有特别限制。通常,从清洗性等观点出发,使表面活性剂的含量相对于磨粒100质量份为20质量份以下是适当的,优选为15质量份以下,更优选为10质量份以下(例如6质量份以下)。从更好地发挥表面活性剂的使用效果的观点出发,表面活性剂含量相对于磨粒100质量份为0.001质量份以上是适当的,优选为0.005质量份以上,更优选为0.01质量份以上(例如0.05质量份以上,典型为0.1质量份以上)。
[0125] 另外,对水溶性聚合物的含量W1与表面活性剂的含量W2的质量比(W1/W2)没有特别限制,通常为0.01~200的范围是适当的,例如优选为0.1~100的范围。优选的一个方式中,(W1/W2)例如可以为0.01~20的范围,优选为0.05~15的范围,更优选为0.1~10的范围。
[0126] <其他成分>
[0127] 此处公开的研磨用组合物在不会显著妨碍本发明的效果的范围内,根据需要可以进一步含有螯合剂、有机酸、有机酸盐、无机酸、无机酸盐、防腐剂、防霉剂等可以在研磨用组合物(典型的是在硅晶圆的最终抛光中使用的研磨用组合物)中使用的公知的添加剂。
[0128] 作为螯合剂的例子,可以举出氨基羧酸系螯合剂及有机膦酸系螯合剂。氨基羧酸系螯合剂的例子包括:乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸钠、次氮基三乙酸、次氮基三乙酸钠、次氮基三乙酸铵、羟基乙基乙二胺三乙酸、羟基乙基乙二胺三乙酸钠、二亚乙基三胺五乙酸、二亚乙基三胺五乙酸钠、三亚乙基四胺六乙酸及三亚乙基四胺六乙酸钠。有机膦酸系螯合剂的例子包括:2-氨基乙基膦酸、1-羟基乙叉基-1,1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、乙烷-1-羟基-1,1-二膦酸、乙烷-1-羟基-1,1,2-三膦酸、乙烷-1,2-二羧基-1,2-二膦酸、甲烷羟基膦酸、2-膦酰基丁烷-1,2-二羧酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸及α-甲基膦酰基琥珀酸。其中,更优选有机膦酸系螯合剂,作为其中优选的例子,可以举出乙二胺四(亚甲基膦酸)及二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)。作为特别优选的螯合剂,可以举出乙二胺四(亚甲基膦酸)。
[0129] 作为有机酸的例子,可以举出:甲酸、乙酸、丙酸等脂肪酸、苯甲酸、邻苯二甲酸等芳香族羧酸、柠檬酸草酸酒石酸、苹果酸、来酸、富马酸、琥珀酸、有机磺酸、有机膦酸等。作为有机酸盐的例子,可以举出有机酸的碱金属盐(钠盐、钾盐等)、铵盐等。作为无机酸的例子,可以举出硫酸硝酸盐酸、碳酸等。作为无机酸盐的例子,可以举出无机酸的碱金属盐(钠盐、钾盐等)、铵盐。有机酸及其盐、以及无机酸及其盐可以单独使用1种,或者组合使用2种以上。
[0130] 作为防腐剂及防霉剂的例子,可以举出异噻唑啉系化合物、对羟基苯甲酸酯类、苯氧基乙醇等。
[0131] <用途>
[0132] 此处公开的研磨用组合物可以适用于具有各种材质及形状的研磨对象物的研磨。研磨对象物的材质例如可以为硅、铝、镍、钨、、钽、钛、不锈等金属或半金属、或者它们的合金石英玻璃、硅铝酸盐玻璃、玻璃状碳等玻璃状物质;氧化铝、二氧化硅、蓝宝石、氮化硅、氮化钽、碳化钛等陶瓷材料;碳化硅、氮化镓、砷化镓等化合物半导体基板材料;聚酰亚胺树脂等树脂材料;等。也可以是由其中多种材质构成的研磨对象物。其中,适宜于具有由硅形成的表面的研磨对象物的研磨。此处公开的技术可以特别优选对例如包含二氧化硅颗粒作为磨粒(典型地为仅包含二氧化硅颗粒作为磨粒的研磨用组合物)、且研磨对象物为硅的研磨用组合物应用。
[0133] 对研磨对象物的形状没有特别限制。此处公开的研磨用组合物可以优选应用于例如片状、多面体状等具有平面的研磨对象物的研磨。
[0134] 此处公开的研磨用组合物可以优选用于研磨对象物的最终抛光。因此,根据本说明书,提供一种包括使用上述研磨用组合物的最终抛光工序的研磨物的制造方法(例如硅晶圆的制造方法)。需要说明的是,最终抛光是指目标物的制造工艺中的最后的抛光工序(即,在该工序之后不进行进一步抛光的工序)。此处公开的研磨用组合物还可以用于比最终抛光更靠上游的抛光工序(是指粗研磨工序和最终研磨工序之间的工序。典型而言包括至少一次抛光工序,进而可以包括2次、3次……等抛光工序。),例如在即将进行最终抛光之前进行的抛光工序。
[0135] 此处公开的研磨用组合物可以特别优选用于硅晶圆的研磨。例如,适宜作为在硅晶圆的最终抛光或比其更靠上游的抛光工序中使用的研磨用组合物。例如,应用于通过上游的工序制备为表面粗糙度0.01nm~100nm的表面状态的硅晶圆的抛光(典型为最终抛光或即将进行最终抛光之前的抛光)是有效的。特别优选应用于最终抛光。
[0136] <研磨液>
[0137] 此处公开的研磨用组合物典型的是,以包含该研磨用组合物的研磨液的形态对研磨对象物进行供给,在该研磨对象物的研磨中使用。上述研磨液例如可以为将此处公开的任意种研磨用组合物稀释(典型为利用水稀释)而制备得到的研磨液。或者,也可以将该研磨用组合物直接作为研磨液使用。即,此处公开的技术中的研磨用组合物的概念中包括对研磨对象物进行供给并在该研磨对象物的研磨中使用的研磨液(工作浆料)、以及稀释而作为研磨液使用的浓缩液(研磨液的原液)这两者。作为包含此处公开的研磨用组合物的研磨液的其他例子,可以举出调节该组合物的pH而成的研磨液。
[0138] 对研磨液中的磨粒的含量没有特别限制,典型为0.01质量%以上,优选为0.05质量%以上,更优选为0.1质量%以上,例如为0.15质量%以上。通过磨粒含量的增大,能够实现更高的研磨速度。从实现雾度更低的表面的观点出发,通常上述含量为10质量%以下是适宜的,优选为7质量%以下,更优选为5质量%以下,进一步优选为2质量%以下,例如为1质量%以下。
[0139] 对研磨液中的水溶性聚合物的含量没有特别限制,例如可以为1×10-4质量%以-4 -3上。从雾度降低等观点出发,优选的含量为5×10 质量%以上,更优选为1×10 质量%-3
以上,例如为2×10 质量%以上。另外,从研磨速度等观点出发,优选使上述含量为0.2质量%以下,更优选为0.1质量%以下(例如为0.05质量%以下)。
[0140] 使用表面活性剂时,对研磨液中的表面活性剂的含量没有特别限制。通常使上述-5 -4含量为1×10 质量%以上(例如1×10 质量%以上)是适宜的。从降低雾度等观点出发,-5 -4 -3
优选的含量为5×10 质量%以上(例如5×10 质量%以上),更优选为1×10 质量%以-3
上,例如2×10 质量%以上。另外,从清洗性、研磨速度等观点出发,上述含量优选为0.2质量%以下,更优选为0.1质量%以下(例如0.05质量%以下)。
[0141] 使用碱性化合物时,对研磨液中的碱性化合物的含量没有特别限制。从提高研磨速度等观点出发,通常优选使其含量为研磨液的0.001质量%以上,更优选为0.005质量%以上。另外,从雾度降低等观点出发,优选使上述含量小于0.4质量%,更优选小于0.25质量%。
[0142] 对研磨液的pH没有特别限制。例如,pH优选为8.0~12.0,更优选为9.0~11.0。为了形成所述pH的研磨液,优选含有碱性化合物。上述pH例如可以优选应用于在硅晶圆的研磨中使用的研磨液(例如最终抛光用的研磨液)。
[0143] <研磨用组合物的制备>
[0144] 对此处公开的研磨用组合物的制造方法没有特别限定。例如,可以使用叶片搅拌机声波分散机、均质混合器等周知的混合装置,将研磨用组合物中包含的各成分混合。对将这些成分混合的方式没有特别限定,例如可以将全部成分一次性混合,也可以按照适当设定的顺序进行混合。
[0145] 虽然没有特别限定,但对于包含碱性化合物的组成的研磨用组合物,从稳定(重现性良好)地制造聚集更少的研磨用组合物的观点出发,例如可以优选采用下述制造方法:准备包含磨粒(例如二氧化硅颗粒)、碱性化合物和水的分散液(以下也称作“碱性磨粒分散液”),将该碱性磨粒分散液和水溶性聚合物混合。
[0146] 如此,对于磨粒和碱性化合物共存的碱性磨粒分散液,因上述碱性化合物而增强了上述磨粒的静电排斥,因此与不含碱性化合物的(典型的是几乎为中性的)磨粒分散液相比,磨粒的分散稳定性高。因此,与在中性的磨粒分散液中加入水溶性聚合物之后加入碱性化合物的方式、将中性的磨粒分散液和水溶性聚合物和碱性化合物一次性混合的方式相比,不易产生磨粒的局部聚集。这从研磨用组合物的过滤性提高、研磨后的表面的缺陷减少等观点出发是优选的。
[0147] 需要说明的是,上述水溶性聚合物优选以预先溶解在水中的水溶液(以下也称为“聚合物水溶液”)的形态与碱性磨粒分散液混合。由此,能够更好地抑制磨粒的局部聚集。
[0148] 在将碱性磨粒分散液与聚合物水溶液混合时,优选对碱性磨粒分散液添加聚合物水溶液。通过所述混合方法,与例如对聚合物水溶液添加碱性磨粒分散液的混合方法相比,能够更好地防止磨粒的局部聚集。磨粒为二氧化硅颗粒(例如胶态二氧化硅颗粒)时,采用如上所述地对碱性磨粒分散液添加聚合物水溶液的混合方法特别有意义。
[0149] 在构成作为制造目标的研磨用组合物的磨粒、水溶性聚合物、碱性化合物和水中,上述碱性磨粒分散液含有磨粒的至少一部分、碱性化合物的至少一部分和水的至少一部分。例如,上述磨粒分散液可以优选采用含有构成研磨用组合物的磨粒的全部、碱性化合物的至少一部分和水的至少一部分的方式。
[0150] 碱性磨粒分散液中的碱性化合物的含量优选为0.01质量%以上,更优选为0.05质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上。通过碱性化合物的含量的增加,形成更好地抑制制备研磨用组合物时产生局部聚集的趋势。另外,碱性磨粒分散液中的碱性化合物的含量优选为10质量%以下,更优选为5质量%以下,进一步优选为3质量%以下。通过碱性化合物的含量的降低,研磨用组合物中的碱性化合物的含量的调节变得容易。
[0151] 碱性磨粒分散液的pH优选为8以上,更优选为9以上。通过pH的上升,在该碱性磨粒分散液中添加水溶性聚合物或其水溶液时,形成更好地抑制产生局部聚集的趋势。碱性磨粒分散液的pH优选为12以下,更优选为11.5以下,进一步优选为10.5以下。通过将碱性磨粒分散液的pH在碱性侧设定得更低,该分散液的制备所需的碱性化合物的量变少,因此,研磨用组合物中的碱性化合物的含量的调节变得容易。另外,例如磨粒为二氧化硅颗粒时,从抑制二氧化硅的溶解的观点出发,pH不过高也是有利的。混合物的pH可以通过碱性化合物的配混量等进行调节。
[0152] 所述碱性磨粒分散液可以通过将磨粒、碱性化合物和水混合来制备。上述混合例如可以使用叶片式搅拌机、超声波分散机、均质混合器等公知的混合装置。对将碱性磨粒分散液中包含的各成分混合的方式没有特别限定,例如可以将全部成分一次性混合,也可以按照适当设定的顺序进行混合。作为优选的一个方式的一个例子,可以举出将包含磨粒和水的大致中性的分散液与碱性化合物或其水溶液混合的方式。
[0153] 将上述水溶性聚合物以水溶液(聚合物水溶液)的形态混合到碱性磨粒分散液中时,该聚合物水溶液中的水溶性聚合物的含量优选为0.02质量%以上,更优选为0.05质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上。通过水溶性聚合物的含量的增加,研磨用组合物中的水溶性聚合物的含量的调节变得容易。聚合物水溶液中的水溶性聚合物的含量优选为10质量%以下,更优选为5质量%以下,进一步优选为3质量%以下。通过水溶性聚合物的含量的减少,在将该聚合物水溶液与碱性磨粒分散液混合时,形成更好地抑制磨粒的局部聚集的倾向。
[0154] 对上述聚合物水溶液的pH没有特别限定,例如可以调节为pH2~11。上述聚合物水溶液优选从中性附近调节到碱性附近的液性,更优选调节为碱性。更具体而言,聚合物水溶液的pH优选为8以上,更优选为9以上。pH调节典型地可以使用构成研磨用组合物的碱性化合物的一部分来进行。通过聚合物水溶液的pH的上升,在碱性磨粒分散液中添加聚合物水溶液时,能够更好地抑制磨粒的局部聚集。聚合物水溶液的pH优选为12以下,更优选为10.5以下。聚合物水溶液的pH在碱性侧变低时,该聚合物水溶液的制备所需的碱性化合物的量变少,因此,研磨用组合物中的碱性化合物的含量的调节变得容易。另外,例如磨粒为二氧化硅颗粒的情况下,从抑制二氧化硅的溶解的观点出发,pH不过高也是有利的。
[0155] 在碱性磨粒分散液中投入聚合物水溶液时的速度(供给速率)优选的是,相对于该分散液1L,使聚合物水溶液为500mL/分钟以下,更优选为100mL/分钟以下,进一步优选为50mL/分钟以下。通过投入速度的减少,能够更好地抑制磨粒的局部聚集。
[0156] 优选的一个方式中,聚合物水溶液可以在投入到碱性磨粒分散液中之前进行过滤。通过过滤聚合物水溶液,可以进一步减少该聚合物水溶液中含有的杂质、聚集物的量。
[0157] 对过滤的方法没有特别限定,例如,除了在常压下进行的自然过滤之外,还可以适当采用抽滤、加压过滤、离心过滤等公知的过滤方法。过滤中使用的过滤器优选以网孔为基准进行选择。从研磨用组合物的生产效率的观点出发,过滤器的网孔优选为0.05μm以上,更优选为0.1μm以上,进一步优选为0.2μm。另外,从提高杂质、聚集物的去除效果的观点出发,过滤器的网孔优选为100μm以下,更优选为70μm以下,进一步优选为50μm以下。对过滤器的材质、结构没有特别限定。作为过滤器的材质,例如可以举出纤维素、尼龙、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚碳酸酯、玻璃等。作为过滤器的结构,例如可以举出深层过滤器、褶皱过滤器、膜过滤器等。
[0158] 上述说明的研磨用组合物制造方法在将碱性磨粒分散液与水溶性聚合物或其水溶液混合而得到的研磨用组合物为研磨液(工作浆料)或与其基本相同的NV的情况下、在为后述的浓缩液的情况下也可以优选适用。
[0159] <研磨>
[0160] 此处公开的研磨用组合物例如可以以包括以下操作的方式适宜地用于研磨对象物的研磨。以下,针对使用此处公开的研磨用组合物对研磨对象物进行研磨的方法的适宜的一个实施方式进行说明。
[0161] 即,准备包含此处公开的任一种研磨用组合物的研磨液(典型为浆料状的研磨液,有时也称为研磨浆料)。准备上述研磨液可以包括如上所述地对研磨用组合物施加浓度调节(例如稀释)、pH调节等操作来制备研磨液。或者,也可以将研磨用组合物直接作为研磨液使用。
[0162] 接着,向研磨对象物供给该研磨液,利用通常方法进行研磨。例如,在进行硅晶圆的最终抛光时,将经过了打磨工序及一次抛光工序的硅晶圆安装在一般的研磨装置上,通过该研磨装置的研磨垫向上述硅晶圆的表面(研磨对象面)供给研磨液。典型而言,一边连续地供给上述研磨液,一边将研磨垫按压在硅晶圆的表面并使两者相对移动(例如旋转移动)。经过所述研磨工序,完成研磨对象物的研磨。
[0163] 如上所述的研磨工序可以为研磨物(例如硅晶圆等基板)的制造工艺的一部分。因此,根据本说明书,提供一种包括上述研磨工序的研磨物的制造方法(适宜为硅晶圆的制造方法)。
[0164] 需要说明的是,对在使用了包含此处公开的研磨用组合物的研磨液的研磨工序中使用的研磨垫没有特别限定。例如,可以使用无纺布型、绒面革型、包含磨粒的研磨垫、不含磨粒的研磨垫等的任意种。
[0165] <清洗>
[0166] 使用此处公开的研磨用组合物进行了研磨的研磨物典型的是在研磨后进行清洗。该清洗可以使用适当的清洗液进行。对所使用的清洗液没有特别限定,例如在半导体等的领域中可以使用一般的SC-1清洗液(氢氧化铵(NH4OH)和过氧化氢(H2O2)和水(H2O)的混合液。以下,将使用SC-1清洗液进行清洗称为“SC-1清洗”。)、SC-2清洗液(HCl和H2O2和H2O的混合液)等。清洗液的温度例如可以为常温~90℃左右。从提高清洗效果的观点出发,可以优选使用50℃~85℃左右的清洗液。
[0167] <浓缩液>
[0168] 此处公开的研磨用组合物在供给于研磨对象物之前可以是被浓缩的形态(即,研磨液的浓缩液的形态)。这样地被浓缩的形态的研磨用组合物从制造、流通、保存等时的便利性、成本减少等观点出发是有利的。浓缩倍率例如以体积换算计可以为2倍~100倍左右,通常适宜为5倍~50倍左右。优选的一个实施方式的研磨用组合物的浓缩倍率为10倍~40倍,例如为15倍~25倍。
[0169] 如此处于浓缩液的形态的研磨用组合物可以以下述方式使用:在期望的时刻进行稀释来制备研磨液,对研磨对象物供给该研磨液。上述稀释典型而言可以通过在上述浓缩液中加入前述的水系溶剂并混合来进行。另外,上述水系溶剂为混合溶剂的情况下,可以仅加入该水系溶剂的构成成分中的一部分成分,也可以加入以与上述水系溶剂不同的量比包含这些构成成分的混合溶剂进行稀释。
[0170] 上述浓缩液的NV例如可以为50质量%以下。从研磨用组合物的稳定性(例如磨粒的分散稳定性)、过滤性等观点出发,通常,浓缩液的NV适宜为40质量%以下,优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,例如为15质量%以下。另外,从制造、流通、保存等时的便利性、成本减少等观点出发,浓缩液的NV适宜为0.5质量%以上,优选为1质量%以上,更优选为3质量%以上,例如为5质量%以上。
[0171] 上述浓缩液中的磨粒的含量例如可以为50质量%以下。从研磨用组合物的稳定性(例如磨粒的分散稳定性)、过滤性等观点出发,通常,上述含量优选为45质量%以下,更优选为40质量%以下。优选的一个实施方式中,可以使磨粒的含量为30质量%以下,可以为20质量%以下(例如为15质量%以下)。另外,从制造、流通、保存等时的便利性、成本减少等观点出发,磨粒的含量例如可以为0.5质量%以上,优选为1质量%以上,更优选为3质量%以上(例如为5质量%以上)。
[0172] 上述浓缩液中的水溶性聚合物的含量例如可以为3质量%以下。从研磨用组合物的过滤性、清洗性等观点出发,通常,上述含量优选为1质量%以下,更优选为0.5质量%以下。另外,从制造、流通、保存等时的便利性、成本减少等观点出发,上述含量通常适宜为-3 -3 -21×10 质量%以上,优选为5×10 质量%以上,更优选为1×10 质量%以上。
[0173] 此处公开的研磨用组合物可以为单组分型,也可以为以双组分型为首的多组分型。例如可以以将包含该研磨用组合物的构成成分(典型为水系溶剂以外的成分)中的一部分成分的A液和包含剩余成分的B液混合用于研磨对象物的研磨的方式来构成。此处公开的技术例如可以优选以单组分型的研磨用组合物的形式实施。
[0174] 以下,说明本发明涉及的几个实施例,但并非是将本发明限定于所述实施例所示的情况。需要说明的是,以下的说明中,只要没有特别指出,“份”及“%”为质量基准。
[0175] <吸附比的测定(1)>
[0176] 将重均分子量(Mw)为1.3×104的聚乙烯醇(皂化度95摩尔%以上;以下标记为“PVA-A”)、氨水(浓度29%)及去离子水混合,制备包含0.018%浓度的PVA-A、0.01%浓度的氨(NH3)、且剩余部分由水构成的试验液L0。对于该试验液L0,使用岛津制作所株式会社制造的总有机碳分析仪(燃烧催化氧化方式,型号“TOC-5000A”)测定总有机碳量(TOC)。
[0177] 另一方面,将与后述的实施例1~8、11、12及比较例1~4中使用的磨粒相同的磨粒、PVA-A、氨水(浓度29%)及去离子水混合,制备包含0.18%浓度的上述磨粒、0.018%浓度的PVA-A、0.01%浓度的氨(NH3)、且剩余部分由水构成的试验液L1。使用Beckman Coulter Inc.制造的离心分离器、型号“Avanti HP-30I”,在20000rpm的转速下,对该试验液L1进行30分钟的离心分离处理。回收上述离心分离处理后的上清液,使用上述总有机碳分析仪测量该上清液的TOC。由上述试验液L0的TOC值及上述试验液L1的上清液的TOC值算出PVA-A的吸附比,结果大致为0%。
[0178] 分别使用Mw为2.2×104的聚乙烯醇(皂化度95摩尔%以上;以下标记为4
“PVA-B”)、Mw为7.5×10的聚乙烯醇(皂化度95摩尔%以上;以下标记为“PVA-C”)及
4
Mw为1.3×10的聚乙烯醇(乙烯醇单元80摩尔%、己酸乙烯酯单元20摩尔%;以下标记为“PVA-D”)代替PVA-A,同样地算出吸附比。其结果,PVA-B、PVA-C及PVA-D的任一者的吸附比均大致为0%。
[0179] 分别使用Mw为4.5×104的聚丙烯酰基吗啉(以下标记为“PACMO-A”)、Mw为4 4
15×10的聚丙烯酰基吗啉(以下标记为“PACMO-B”)、Mw为35×10 的聚丙烯酰基吗啉(以
4
下标记为“PACMO-C”)、Mw为6.0×10的聚异丙基丙烯酰胺(以下标记为“PNIPAM”)、Mw
4 4
为4.5×10的聚乙烯基吡咯烷酮(以下标记为“PVP-A”)及Mw为6.0×10 的聚乙烯基吡咯烷酮(以下标记为“PVP-B”)代替PVA-A,同样地算出吸附比。其结果,PACMO-A的吸附比为15%,PACMO-B的吸附比为20%,PACMO-C的吸附比为30%,PNIPAM的吸附率为35%,PVP-A的吸附比为90%,PVP-B的吸附比为90%。
[0180] <吸附比的测定(2)>
[0181] 在试验液L1的制备中使用与后述的实施例9、10中使用的磨粒相同的磨粒,除此4
之外,与上述吸附比的测定(1)同样地操作,测定PVA-D、Mw为0.3×10的聚乙烯醇(乙烯醇单元80摩尔%、己酸乙烯酯单元20摩尔%;以下标记为“PVA-E”)及PVP-A的吸附比。
其结果,PVA-D及PVA-E的吸附比大致为0%,PVP-A的吸附比为90%。
[0182] <研磨用组合物的制备>
[0183] (实施例1)
[0184] 将磨粒、水溶性聚合物、氨水(浓度29%)及去离子水混合,得到研磨用组合物的浓缩液。用去离子水将该浓缩液稀释至20倍,制备实施例1的研磨用组合物。
[0185] 作为磨粒,使用平均一次粒径25nm、平均二次粒径46nm的胶态二氧化硅。上述平均一次粒径是使用Micromeritics Corporation制造的表面积测定装置、商品名“Flow Sorb II 2300”测定的值。另外,上述平均二次粒径是使用日机装株式会社制造的型号“UPA-UT151”测定的体积平均二次粒径(以下的例子中相同)。
[0186] 以50:50的质量比使用PVA-A和PACMO-A作为水溶性聚合物。
[0187] 磨粒、水溶性聚合物及氨水的使用量为使研磨用组合物中的磨粒的含量为0.18%、水溶性聚合物的含量(PVA-A和PACMO-A的总量)为0.018%、氨(NH3)的含量为
0.01%的量。该研磨用组合物的pH为10.2。
[0188] (实施例2)
[0189] 以30:70的质量比使用PVA-A和PACMO-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地制备实施例2的研磨用组合物。
[0190] (实施例3)
[0191] 以25:75的质量比使用PVA-A和PACMO-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地制备实施例3的研磨用组合物。
[0192] (实施例4)
[0193] 以75:25的质量比使用PVA-A和PACMO-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地制备实施例4的研磨用组合物。
[0194] (实施例5)
[0195] 以50:50的质量比使用PVA-B和PNIPAM作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地制备实施例5的研磨用组合物。
[0196] (实施例6)
[0197] 本例中,将磨粒、水溶性聚合物及氨水的使用量设为使研磨用组合物中的磨粒的含量为0.09%、水溶性聚合物的含量(PVA-A和PACMO-A的总量)为0.010%、氨(NH3)的含量为0.005%的量。其他方面与实施例1同样地操作,制备实施例6的研磨用组合物。
[0198] (实施例7)
[0199] 以50:50的质量比使用PVA-D和PAMCO-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例6同样地操作,制备实施例7的研磨用组合物。
[0200] (实施例8)
[0201] 以50:50的质量比使用PVA-D和PVP-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例6同样地操作,制备实施例8的研磨用组合物。
[0202] (实施例9)
[0203] 本例中,使用平均一次粒径35nm、平均二次粒径66nm的胶态二氧化硅作为磨粒。作为水溶性聚合物,以30:70的质量比使用PVA-D和PVP-A。磨粒、水溶性聚合物及氨水的使用量为使研磨用组合物中的磨粒的含量为0.50%、水溶性聚合物的含量(PVA-D和PVP-A的总量)为0.008%、氨(NH3)的含量为0.01%的量。其他方面与实施例1同样地操作,制备实施例9的研磨用组合物。
[0204] (实施例10)
[0205] 以30:70的质量比使用PVA-E和PVP-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例9同样地操作,制备实施例10的研磨用组合物。
[0206] (实施例11)
[0207] 以50:50的质量比使用PVA-A和PAMCO-B作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例6同样地操作,制备实施例11的研磨用组合物。
[0208] (实施例12)
[0209] 以50:50的质量比使用PVA-A和PAMCO-C作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例6同样地操作,制备实施例12的研磨用组合物。
[0210] (比较例1)
[0211] 单独使用PVA-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地操作,制备比较例1的研磨用组合物。
[0212] (比较例2)
[0213] 单独使用PACMO-A作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地操作,制备比较例2的研磨用组合物。
[0214] (比较例3)
[0215] 以50:50的质量比使用PVA-B和PVA-C作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地操作,制备比较例3的研磨用组合物。
[0216] (比较例4)
[0217] 以50:50的质量比使用PACMO-A和PVP-B作为水溶性聚合物,除此之外,与实施例1同样地制备比较例4的研磨用组合物。
[0218] <硅晶圆的研磨>
[0219] 将各例的研磨用组合物直接作为研磨液使用,在下述条件下对硅晶圆的表面进行研磨。作为硅晶圆,对于直径为300mm、传导型为P型、晶体取向为<100>、电阻率为0.1Ω·cm以上且小于100Ω·cm的硅晶圆,使用研磨浆料(FUJIMI INCORPORATED制造,商品名“GLANZOX 2100”)进行预研磨,由此调整为表面粗糙度0.1nm~10nm来使用。
[0220] [研磨条件]
[0221] 研磨机:株式会社冈本工作机械制作所制造的单片研磨机、型号“PNX-332B”[0222] 研磨台:使用上述研磨机所具有的3个工作台中处于后段的2个工作台,实施预研磨后的最终研磨第1段和第2段。
[0223] (以下的条件各工作台相同。)
[0224] 研磨载荷:15kPa
[0225] 平台转速:30rpm
[0226] 研磨头转速:30rpm
[0227] 研磨时间:2分钟
[0228] 研磨液的温度:20℃
[0229] 研磨液的供给速度:2.0升/分钟(使用自然流挂(掛け流し))
[0230] <清洗>
[0231] 使用NH4OH(29%):H2O2(31%):去离子水(DIW)=1:3:30(体积比)的清洗液对研磨后的硅晶圆进行清洗(SC-1清洗)。更具体而言,准备2个安装有频率950kHz的超声波振荡器的清洗槽,在所述第1及第2清洗槽中分别容纳上述清洗液,保持为60℃,在分别使上述超声波振荡器工作的状态下,将研磨后的硅晶圆在第1清洗槽中浸渍6分钟,然后经过采用超纯水和超声波的冲洗槽,在第2清洗槽中浸渍6分钟。
[0232] <微小颗粒数评价>
[0233] 使用KLA-Tencor Japan Ltd.制造的晶圆检查装置、商品名“Surfscan SP2”,对清洗后的直径300mm的硅晶圆表面存在的37nm以上大小的颗粒的个数(LPD数)进行计数。将得到的结果换算为以比较例1的LPD数作为100%的相对值,示于表1。
[0234] <雾度测定>
[0235] 对于清洗后的硅晶圆表面,使用KLA-Tencor Japan Ltd.制造的晶圆检查装置、商品名“Surfscan SP2”,在DWO模式下测定雾度(ppm)。将得到的结果换算为以比较例1的雾度值作为100%的相对值,示于表1。
[0236] [表1]
[0237] 表1
[0238]
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