JP2010099757A

JP2010099757A - 研磨液組成物

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Publication number: JP2010099757A
Application number: JP2008271252A
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Inventors: Masami Shirota; 真美代田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06
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Also published as: JP5362319B2

Abstract

【課題】シリコンウエハを高い速度で研磨でき、しかも、フィルターの目詰まりも低減できる研磨液組成物、および当該研磨液組成物を用いた半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】下記一般式（１）

（式中、Ｒは水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、炭素数１〜２２のヒドロキシアルキル基、炭素数１〜２２のシクロアルキル基、炭素数１〜２２のアラルキル基又は、炭素数１〜２２のアリール基を示し、ｎは２又は３の数を示す）で表される構成単位を有する重合体と、研磨材とを含有する、研磨液組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は研磨液組成物およびこれを用いた半導体基板の製造方法並びにシリコンウエハの研磨方法に関する。

半導体基板の製造に用いられるシリコンウエハ（「ベアウエハ」ともいう）の研磨に用いられる研磨液組成物として、シリカ粒子を含有する研磨液組成物が知られている。しかし、この種の研磨液組成物においては、シリカ粒子の凝集によりもたらされる弊害、例えば、研磨されたシリコンウエハに表面欠陥（ＬＰＤ：Light point defects）が多く発生していること等が問題となっている。また、研磨液組成物を循環使用する場合には、使用後の研磨液組成物中の研磨屑を取り除くために使用されるフィルターがすぐに目詰まりすることが問題となっている（例えば、特許文献１および特許文献２等参照）。
特開２００６−１２８５１８号公報特開２００８−５３４１５号公報特開平１１−１１６９４２号公報

ＬＰＤの低減のために、例えば、使用前の研磨液組成物に粗大粒子が含まれる場合、粗大粒子はフィルター等を用いて除去されるべきである。しかし、現行のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）を含む研磨液組成物（例えば、上記特許文献３参照）では、ＨＥＣがシリカ粒子とネットワークを形成する為、粗大粒子のフィルターによるろ過が行えず、ＬＰＤの発生を十分に抑制できない。

特許文献１では、フィルターの目詰まりを防止することを目的として、コロイダシリカと水酸化カリウムと炭酸水素カリウムとを含有する研磨液組成物が提案されている。しかし、この研磨液組成物にはナトリウムイオンやカリウムイオンが含まれているので、ウエハ表面に砥粒が付着しやすくなり、その結果、ウエハ表面に欠陥が生じやすくなるという問題がある。

特許文献２では、ＬＰＤを低減することを目的として、ポリビニルピロリドン及びポリＮ−ビニルホルムアミドから選ばれる少なくとも一種類の水溶性高分子とアルカリとを含有する研磨液組成物が提案されている。しかし、この研磨液組成物を用いた研磨では、研磨速度が十分とはいえない。

本発明では、シリコンウエハを高速研磨でき、しかも、フィルターの目詰まりも低減できる研磨液組成物、および当該研磨液組成物を用いた半導体基板の製造方法並びにシリコンウエハの研磨方法を提供する。

本発明の研磨液組成物は、
下記一般式（１）

（式中、Ｒは水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、炭素数１〜２２のヒドロキシアルキル基、炭素数１〜２２のシクロアルキル基、炭素数１〜２２のアラルキル基又は、炭素数１〜２２のアリール基を示し、ｎは２又は３の数を示す）で表される構成単位を有する重合体と、研磨材とを含有する。

本発明の半導体基板の製造方法は、本発明の研磨液組成物を用いてシリコンウエハを研磨する工程を含む。

本発明のシリコンウエハの研磨方法は、本発明の研磨液組成物を用いてシリコンウエハを研磨する工程を含む。

本発明によれば、シリコンウエハを高速研磨でき、しかも、フィルターの目詰まりも低減できる研磨液組成物、および当該研磨液組成物を用いた半導体基板の製造方法並びにシリコンウエハの研磨方法を提供できる。

本発明は、下記一般式（１）で表される重合体を含むことにより、使用後の研磨液組成物中の研磨屑等の除去に用いられるフィルターの目詰まりを低減でき、かつ、高い研磨速度でシリコンウエハの研磨が行えるという知見に基づく。

本発明の研磨液組成物に含まれる重合体は、下記一般式（１）

で表される構成単位を有する。上記一般式（１）中、Ｒは水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、炭素数１〜２２のヒドロキシアルキル基、炭素数１〜２２のシクロアルキル基、炭素数１〜２２のアラルキル基、又は炭素数１〜２２のアリール基を示し、好ましくは炭素数１〜２２のアルキル基であり、より好ましくは炭素数１〜８のアルキル基、さらに好ましくは炭素数１〜６のアルキル基である。ｎは２又は３の整数を示し、好ましくは２である。

（重合体）
本発明の研磨液組成物に含まれる重合体は、２−オキサゾリン系化合物又は２−オキサジン系化合物等を重合して得ることができる（例えば、特開平６−２９３８２９号公報、特開平１０−３０６１６３号公報等参照）。上記重合体の製造に用いられる好ましいモノマーとしては、置換もしくは無置換の２−オキサゾリン系化合物や置換もしくは無置換の２−オキサジン系化合物が挙げられる。

２−オキサゾリン系化合物としては、例えば２−オキサゾリン、２−メチル−２−オキサゾリン、２−エチル−２−オキサゾリン、２−プロピル−２−オキサゾリン、２−ブチル−２−オキサゾリン、２−ペンチル−２−オキサゾリン、２−ヘキシル−２−オキサゾリン、２−ヘプチル−２−オキサゾリン、２−オクチル−２−オキサゾリン、２−ノニル−２−オキサゾリン、２−デシル−２−オキサゾリン、２−ウンデシル−２−オキサゾリン、２−ドデシル−２−オキサゾリン、２−トリデシル−２−オキサゾリン、２−テトラデシル−２−オキサゾリン、２−ペンタデシル−２−オキサゾリン、２−ヘキサデシル−２−オキサゾリン、２−ヘプタデシル−２−オキサゾリン、２−オクタデシル−２−オキサゾリン、２−ノナデシル−２−オキサゾリン、２−エイコシル−２−オキサゾリン、２−ヘンエイコシル−２−オキサゾリン、２−ドコシル−２−オキサゾリン、２−ベンジル−２−オキサゾリン、２−フェニル−２−オキサゾリン、２−ナフチル−２−オキサゾリン、２−アンスリル−２−オキサゾリン、２−ピレニル−２−オキサゾリン、２−ペリレニル−２−オキサゾリン等が挙げられる。

また、２−オキサジン系化合物としては例えば、２−オキサジン、２−メチル−２−オキサジン、２−エチル−２−オキサジン、２−プロピル−２−オキサジン、２−ブチル−２−オキサジン、２−ペンチル−２−オキサジン、２−ヘキシル−２−オキサジン、２−ヘプチル−２−オキサジン、２−オクチル−２−オキサジン、２−ノニル−２−オキサジン、２−デシル−２−オキサジン、２−ウンデシル−２−オキサジン、２−ドデシル−２−オキサジン、２−トリデシル−２−オキサジン、２−テトラデシル−２−オキサジン、２−ペンタデシル−２−オキサジン、２−ヘキサデシル−２−オキサジン、２−ヘプタデシル−２−オキサジン、２−オクタデシル−２−オキサジン、２−ノナデシル−２−オキサジン、２−エイコシル−２−オキサジン、２−ヘンエイコシル−２−オキサジン、２−ドコシル−２−オキサジン、２−ベンジル−２−オキサジン、２−フェニル−２−オキサジン、２−ナフチル−２−オキサジン、２−アンスリル−２−オキサジン、２−ピレニル−２−オキサジン、２−ペリレニル−２−オキサジン等が挙げられる。

本発明の研磨液組成物に含まれる重合体は、上記の２−オキサゾリン系化合物や２−オキサジン系化合物以外のモノマーに由来の構成単位を本発明の効果を損なわない範囲で含んでいてもよいが、好ましくはポリ（Ｎ−アシルアルキレンイミン）であり、置換もしくは無置換の２−オキサゾリン系化合物及び/又は置換もしくは無置換の２−オキサジン系化合物を重合して得られるポリ（Ｎ−アシルアルキレンイミン）がより好ましい。

本発明の研磨液組成物に含まれる上記重合体の重量平均分子量は、研磨速度を向上させる観点から、１万〜４００万が好ましく、より好ましくは１万〜２００万、さらに好ましくは１万〜１５０万、よりいっそう好ましくは１万〜１００万、さらにいっそう好ましくは１０万〜８０万である。重合体の重量平均分子量は、下記の方法により測定される。

＜重量平均分子量の測定法＞
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法を下記の条件で適用して得たクロマトグラム中のピークに基づいて算出した値である。
カラム：α−Ｍ＋α−Ｍ（東ソー株式会社）
溶離液：ＤＭＦ（６０mmol/LのＨ₃ＰＯ₄、５０mmol/LのＬｉＢｒ）
流量：１．０ｍＬ／ｍｉｎ
カラム温度：４０℃
検出器：ＲＩ検出器
標準物質：ポリスチレン換算
（分子量（Ｍｗ）：８４２万、１０．２万、Ａ−５００（東ソー株式会社）、９０万、３万、４０００（西尾工業株式会社））

本発明の研磨液組成物における重合体の含有量は、ナノスクラッチ等のＬＰＤ低減の観点から、好ましくは０．００１重量％以上、より好ましくは０．００２重量％以上、さらに好ましくは０．００３重量％以上、さらにより好ましくは０．００４重量％以上である。また、研磨液組成物の安定性の向上と研磨速度の向上の観点から、好ましくは０．５重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下、さらに好ましくは０．０５重量％以下、さらにより好ましくは０．０２重量％以下である。

（研磨材）
本発明の研磨液組成物に含まれる研磨材としては、研磨用に一般に使用される砥粒であれば特に制限はないが、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、二酸化マンガン、炭化ケイ素、酸化亜鉛、ダイヤモンド及び酸化マグネシウムを含む粒子が挙げられる。

研磨材の材料の具体例としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、表面修飾したシリカ等の二酸化ケイ素；α―アルミナ、γ―アルミナ、δ―アルミナ、θ―アルミナ、η―アルミナ、無定型アルミナ、フュームドアルミナ、コロイダルアルミナ等の酸化アルミニウム；酸化数が３価又は４価の酸化セリウム、結晶系が六方晶系、等軸晶系又は面心立方晶系の酸化セリウム、その他の酸化セリウム；結晶系が、単斜晶系、正方晶系、又は非晶質の酸化ジルコニウム、フュームドジルコニウム、その他の酸化ジルコニウム；一酸化チタン、三酸化チタン二チタン、二酸化チタン、フュームドチタニア、その他の酸化チタン；α―窒化ケイ素、β―窒化ケイ素、アモルファス窒化ケイ素、その他の窒化ケイ素；α―二酸化マンガン、β―二酸化マンガン、γ―二酸化マンガン、δ―二酸化マンガン、ε―二酸化マンガン、η―二酸化マンガン、その他の二酸化マンガンが挙げられる。

これらの研磨材の中でも、被研磨基板の表面平滑性を向上させる観点から、二酸化ケイ素系が好ましく、コロイダルシリカがより好ましい。これらの研磨材は、単独で又は２種以上を混合して用いてもよい。

研磨材の使用形態としては、操作性の観点からスラリー状であることが好ましい。本発明の研磨液組成物に含まれる研磨材がコロイダルシリカである場合、アルカリ金属やアルカリ土類金属等によるシリコンウエハの汚染を防止する観点から、コロイダルシリカは、アルコキシシランの加水分解物から得たものであると好ましい。アルコキシシランの加水分解物から得られるシリカ粒子は、従来から公知の方法によって作製できる。

本発明の研磨液組成物に含まれる研磨材の平均一次粒子径は、一定の研磨速度を維持する観点から、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上である。また、被研磨物表面におけるスクラッチの発生を抑制する観点から、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは４５ｎｍ以下、さらに好ましくは４０ｎｍ以下である。

特に、研磨材としてコロイダルシリカを用いた場合には、研磨速度を向上させる観点から、平均一次粒子径は、５〜５０ｎｍが好ましく、より好ましくは１０〜４５ｎｍ、さらに好ましくは１５〜４０ｎｍである。

本発明の研磨液組成物における研磨材の含有量は、研磨速度の向上の観点から０．０５重量％以上であると好ましく、０．１重量％以上であるとより好ましく、０．５重量％以上であるとさらに好ましい。また、研磨液組成物の安定性の向上の観点から１０重量％以下であると好ましく、７．５重量％以下であるとより好ましく、５重量％以下であるとさらに好ましい。

研磨材の平均一次粒子径は、ＢＥＴ（窒素吸着）法によって算出される比表面積Ｓ(ｍ²／ｇ)を用いて算出される。比表面積は、例えば、実施例に記載の方法により測定できる。

研磨材の会合度は、表面粗さの低減の観点から、３．０以下であると好ましく、研磨材の形状はいわゆる球型といわゆるマユ型であると好ましい。更に、表面粗さの低減と研磨速度の向上とを両立させる観点から、研磨材の会合度は、１．１〜３．０であると好ましく、研磨材の形状はいわゆるマユ型であると好ましい。研磨材の会合度は、研磨速度を向上させる観点から、１．８以上であると好ましく、２．０以上であるとより好ましい。また、表面粗さ低減の観点から、２．５以下であると好ましく、２．３以下であるとより好ましい。研磨材がコロイダルシリカである場合、その会合度は、研磨速度をより向上させる観点から、１．１〜３．０であると好ましく、１．８〜２．５であるとより好ましい。

本発明における研磨材の会合度とは、研磨材の形状を表す係数であり、下記式により算出される。
会合度＝平均二次粒子径／平均一次粒子径
研磨材の会合度の調整方法としては、特に限定されないが、例えば、特開平６−２
５４３８３号公報、特開平１１−２１４３３８号公報、特開平１１−６０２３２号公報、特開２００５−０６０２１７号公報、特開２００５−０６０２１９号公報等に記載の方法を採用できる。

平均二次粒子径は、動的光散乱法によって測定される値であり、例えば、実施例に記載の装置を用いて測定できる。

（水系媒体）
本実施形態の研磨液組成物に含まれる水系媒体としては、水、または水と溶媒との混合媒体等が挙げられ、上記溶媒としては、水と混合可能な溶媒（例えば、エタノール等のアルコール）が好ましい。水系媒体としては、なかでも、水が好ましく、イオン交換水がより好ましい。

本実施形態の研磨液組成物には、本発明の効果が妨げられない範囲で、さらに、水溶性高分子、塩基性化合物、ｐＨ調整剤、防腐剤、アルコール類、キレート剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤および酸化剤から選ばれる少なくとも１種の任意成分が含まれていてもよい。

（水溶性高分子）
水溶性高分子とは、一般に、重量平均分子量が１０，０００以上、好ましくは１００，０００以上、の水溶性基を有する高分子化合物をいう。上記水溶性基としては、例えば水酸基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、スルホン酸基等が挙げられる。このような水溶性高分子化合物としては、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド等が例示できる。セルロース誘導体としては、カルボキシメチルセルロ−ス、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、およびカルボキシメチルエチルセルロース等が挙げられる。これらの水溶性高分子は任意の割合で２種以上を混合して用いてもよい。

本発明の研磨液組成物に含まれる水溶性高分子としては、研磨対象の表面の濡れ性向上及び研磨された面へのパーティクル付着低減の観点から、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、およびポリエチレンオキサイドから選ばれる少なくとも１種が好ましく、ヒドロキシエチルセルロースがより好ましい。

ヒドロキシエチルセルロースの重量平均分子量（ポリエチレングリコール換算）としては、研磨速度の向上、研磨対象の表面の濡れ性向上及び研磨された面へのパーティクル付着低減の観点から、３００，０００〜４，０００，０００が好ましく、６００，０００〜３，０００，０００がより好ましく、９００，０００〜２，５００，０００がさらに好ましい。

本実施形態の研磨液組成物における水溶性高分子化合物の量は、研磨速度の向上及び研磨対象の表面の濡れ性向上の観点から、好ましくは０．００１〜５重量％、さらに好ましくは０．００５〜２重量％、より好ましくは０．０１〜０．５重量％である。

（塩基性化合物）
塩基性化合物としては、含窒素塩基性化合物、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の、水酸化物、炭酸塩、および炭酸水素塩等が挙げられる。含窒素塩基性化合物としては、アンモニア、水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ一メチルエタノールアミン、Ｎ−メチル−Ｎ，Ｎ一ジエタノ−ルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−（β−アミノエチル）エタノ−ルアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソブロパノールアミン、およびトリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ピペラジン・六水和物、無水ピペラジン、１−（２−アミノエチル）ピペラジン、Ｎ−メチルピペラジン、ジエチレントリアミン、および水酸化テトラメチルアンモニウムが挙げられ；アルカリ金属およびアルカリ土類金属の、水酸化物、炭酸塩、および炭酸水素塩としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムが挙げられる。これらの塩基性化合物は２種以上を混合して用いてもよい。本発明の研磨液組成物に含まれる塩基性化合物としては、研磨速度向上の観点から、含窒素塩基性化合物が好ましく、アンモニア、メチルアミンがより好ましい。

本発明の研磨液組成物における塩基性化合物の含有量は、研磨速度向上の観点から、０．００１重量％以上であると好ましく、０．０１重量％以上であるとより好ましく、０．０２重量％以上であるとさらに好ましい。また、半導体基板の腐食防止の観点から１０重量％以下であると好ましく、５重量％以下であるとより好ましく、１重量％以下であるとさらに好ましい。

（ｐＨ調整剤）
ｐＨ調整剤としては、酸性化合物等が挙げられる。酸性化合物としては、硫酸、塩酸、硝酸またはリン酸等の無機酸、酢酸、シュウ酸、コハク酸、グリコール酸、リンゴ酸、クエン酸または安息香酸等の有機酸等が挙げられる。

（防腐剤）
防腐剤としては、ベンザルコニウムクロライド、ベンゼトニウムクロライド、１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン、（５−クロロ−）２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、過酸化水素、または次亜塩素酸塩等が挙げられる。

（アルコール類）
アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、２-メチル-２-プロパノオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等が挙げられる。本発明の研磨液組成物におけるアルコール類の含有量は、０．１〜５重量％が好ましい。

（キレート剤）
キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸アンモニウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、トリエチレンテトラミン六酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸ナトリウム等が挙げられる。本発明の研磨液組成物におけるキレート剤の含有量は、０．０１〜１重量％が好ましい。

（カチオン性界面活性剤）
カチオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。

（アニオン性界面活性剤）
アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸石鹸、アルキルエーテルカルボン酸塩等のカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩等の硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル等のリン酸エステル塩などが挙げられる。

（非イオン性界面活性剤）
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のエーテル型、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル等のエーテルエステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエステル等のエステル型などが挙げられる。

（酸化剤）
酸化剤としては、過マンガン酸、ペルオキソ酸等の過酸化物、クロム酸、または硝酸、並びにこれらの塩等が挙げられる。

本実施形態の研磨液組成物の２５℃におけるｐＨは、特に制限されないが、研磨速度をさらに向上できることから、８．０〜１２．０が好ましく、より好ましくは９．０〜１１．５、さらに好ましくは９．５〜１１．０である。ここで、２５℃におけるｐＨは、ｐＨメータ（東亜電波工業株式会社、ＨＭ−３０Ｇ）を用いて測定でき、電極の研磨液組成物への浸漬後１分後の数値である。

本発明の研磨液組成物のフィルター通液量は、下記標準試験Ａにおいて、２．０ｇ／分・ｃｍ²以上であると好ましく、ナノスクラッチ等のＬＰＤの低減の観点から、好ましくは３．７ｇ／分・ｃｍ²以上、より好ましくは５ｇ／分・ｃｍ²以上、更に好ましくは１０ｇ／分・ｃｍ²以上、更に好ましくは１２ｇ／分・ｃｍ²以上である。この通液量は、研磨液組成物の粘度を低減する、研磨液組成物中の研磨材の分散を高める、研磨液組成物中の研磨材の凝集物をろ過等で除く、等の方法により増大させることができる。

（標準試験Ａ）
（１）試験室内温度：２５℃
（２）吸引圧力：−１００ｋＰａ
（３）ろ過フィルター：メンブランフィルター
材質：親水性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
孔径：０．５μｍ
厚さ：３５μｍ
ろ過面積：１７．３ｃｍ² （直径＝４７ｍｍ）
メンブランフィルターとして、例えば、アドバンテック東洋社製「Ｈ０５０Ａ０４７Ａ」使用できる。
（４）操作：上記フィルターが装着された吸引濾過器に上記吸引圧力下、２５０ｇの研磨液組成物を２秒間で流し込み、その直後から１分間にフィルターを通過した研磨液組成物の重量を測定する。この重量を標準試験で用いたフィルターのろ過面積で除したものを通液量とする。減圧の方法は特に限定はないが、例えば、水循環式のアスピレーターを用いることができる。

なお、上記において説明した各成分の含有量は、使用時における含有量であるが、本実施形態の研磨液組成物は、その安定性が損なわれない範囲で濃縮された状態で保存および供給されてもよい。この場合、製造および輸送コストをさらに低くできる点で好ましい。濃縮液は、必要に応じて前述の水系媒体で適宜希釈して使用すればよい。

本実施形態の研磨液組成物が上記濃縮液である場合、上記一般式（１）で表される構成単位を有する重合体の含有量は、製造および輸送コストを低くする観点から、５重量％以上が好ましく、より好ましくは７重量％以上、さらに好ましくは８重量％以上である。また、濃縮液中における重合体の含有量は、分散安定性を向上させる観点から、４０重量％以下が好ましく、より好ましくは３５重量％以下、さらに好ましくは３０重量％以下である。

本実施形態の研磨液組成物が上記濃縮液である場合、研磨材の含有量は、製造および輸送コストを低くする観点から、５重量％以上が好ましく、より好ましくは７重量％以上、さらに好ましくは８重量％以上である。また、濃縮液中における研磨材の含有量は、分散安定性を向上させる観点から、４０重量％以下が好ましく、より好ましくは３５重量％以下、さらに好ましくは３０重量％以下である。

本実施形態の研磨液組成物が上記濃縮液である場合、水溶性高分子の含有量は、製造および輸送コストを低くする観点から、０．０４重量％以上が好ましく、より好ましくは０．０６重量％以上、さらに好ましくは０．１重量％以上である。また、濃縮液中における水溶性高分子の含有量は、分散安定性を向上させる観点から、５重量％以下が好ましく、より好ましくは２重量％以下、さらに好ましくは１重量％以下である。

次に、本実施形態の研磨液組成物の製造方法の一例について説明する。

本実施形態の研磨液組成物の製造方法の一例は、何ら制限されず、例えば、研磨材と、水系媒体と、上記一般式（１）で表される構成単位を有する重合体と、必要に応じて任意成分とを混合することによって調製できる。

これらの各成分の混合順序については特に制限はなく、全ての成分を同時に混合してもよいし、任意成分として水溶性高分子を含む場合は、予め、水溶性高分子を溶解した水系媒体に研磨材を混合してもよい。研磨材の凝集等を十分に防止する観点からは、後者が好ましい。

研磨材の水系媒体への分散は、例えば、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミル、またはビーズミル等の撹拌機等を用いて行うことができる。研磨材が凝集等してできた粗大粒子が水系媒体中に含まれる場合、遠心分離やフィルターを用いたろ過等により、当該粗大粒子を除去すると好ましい。研磨材の水系媒体への分散は、水溶性高分子の存在下で行うと好ましい。

本発明の研磨液組成物は、例えば、半導体基板の製造過程における、シリコンウエハの研磨工程に用いられる。

シリコンウエハの研磨工程には、シリコン単結晶インゴットを薄円板状にスライスすることにより得られたウエハを平面化するラッピング（粗研磨）工程と、ラッピングされたウエハをエッチングした後、ウエハ表面を鏡面化する仕上げ研磨工程とがある。本発明の研磨液組成物は、上記仕上げ研磨工程で用いられるとより好ましい。

本発明の研磨液組成物は、上記シリコンウエハの研磨のみならず、アニール・ウエハ（Annealed Wafer）、エピタキシャル・ウエハ（ＥＷ：Epitaxial Wafer）、埋め込み層付エピタキシャル・ウエハ（ＪＩＷ：Junction Isolated Wafer）、ＳＯＩウエハ（Silicon-on-Insulator Wafer）、誘電体分離ウエハ等の形成のための仕上げ研磨にも好適に使用できる。

アニール・ウエハは、シリコンウエハを還元雰囲気中(水素、アルゴン)で熱処理してウエハ表面の結晶完全性を高めたウエハである。エピタキシャル・ウエハとは、ウエハの表面に単結晶シリコン層を気相成長させたウエハである。埋め込み層付エピタキシャル・ウエハは、露光、イオン注入、および熱拡散技術等を利用してＩＣ用埋め込み層を形成させたウエハである。ＳＯＩウエハは、デバイスの高集積化、低消費電力化、高速化、高信頼性の実現を目指して電気絶縁性の高い酸化膜層を内部に形成させたウエハである。ＳＯＩウエハの一種である貼り合わせウエハ（ＤＢＷ：Direct Bonded Wafer）は、２枚のシリコンウエハが酸化膜が介在するように貼り合わされたウエハである。ＳＯＩウエハの一種であるＳＩＭＯＸ(Separation by implanted oxygen)は、シリコンウエハに酸素イオンを注入して内部に酸化膜層が形成されたウエハである。

誘電体分離ウエハは、下記のようにして形成されたウエハである。活性基板（Active Wafer）となるウエハに、分離のための溝を作成し、溝が形成された表面を酸化する。次いで、その表面上にＣＶＤ法にて多結晶シリコン膜を形成する。次に、多結晶シリコン膜が形成された活性基板に、全表面が酸化処理された支持基板（Handle Wafer）を張り合わせた後、これらを熱処理し、２枚の基板を結合させる。その後、活性基板を、上記支持基板と向かい合う面の反対面から所定の厚さとなるまで研削、研磨する。

＜平均一次粒子径＞
研磨材（コロイダルシリカ）の平均一次粒子径（ｎｍ）は、ＢＥＴ（窒素吸着）法によって算出される比表面積Ｓ(ｍ²／ｇ)を用いて下記式で算出した。
平均一次粒子径(ｎｍ)＝２７２７／Ｓ

研磨材の比表面積は、下記の［前処理］をした後、測定サンプル約０．１ｇを測定セルに小数点以下４桁（０．１ｍｇの桁）まで精量し、比表面積の測定直前に１１０℃の雰囲気下で３０分間乾燥した後、比表面積測定装置（マイクロメリティック自動比表面積測定装置フローソーブIII２３０５、島津製作所製）を用いて窒素吸着法（ＢＥＴ法）により測定した。

［前処理］
（ａ）スラリー状の研磨材を硝酸水溶液でｐＨ２．５±０．１に調整する。
（ｂ）スラリー状の研磨材をシャーレにとり１５０℃の熱風乾燥機内で１時間乾燥させる。
（ｃ）乾燥後、得られた試料をメノウ乳鉢で細かく粉砕する。
（ｄ）粉砕された試料を４０℃のイオン交換水に懸濁させ、１μｍのメンブランフィルターで濾過する。
（ｅ）フィルター上の濾過物を２０ｇのイオン交換水（４０℃）で５回洗浄する。
（ｆ）濾過物が付着したフィルターをシャーレにとり、１１０℃の雰囲気下で４時間乾燥させる。
（ｇ）乾燥した濾過物（砥粒）をフィルター屑が混入しないようにとり、乳鉢で細かく粉砕して測定サンプルを得た。

＜平均二次粒子径＞
研磨材の平均二次粒子径（ｎｍ）は、研磨材の濃度が０．５％となるように研磨材をイオン交換水に添加した後、得られた水溶液をDisposable Sizing Cuvette(ポリスチレン製１０ｍｍセル)に下底からの高さ１０ｍｍまで入れ、動的光散乱法（装置名：ゼータサイザーＮａｎｏＺＳ、シスメックス（株）製）を用いて測定した。

＜ポリ（Ｎ-アシルアルキレンイミン）の合成＞
硫酸ジエチルと２−オキサゾリン系化合物とを脱水した酢酸エチルに溶解し、窒素雰囲気下で加熱還流し、表１の実施例１〜１９に示した重合体を合成した。

（１）研磨液組成物の調整
研磨材（コロイダルシリカ）、重合体、２８％アンモニア水（キシダ化学(株)試薬特級）、およびイオン交換水を攪拌混合して得た研磨液組成物の濃縮液（ｐＨ１０．０〜１１．０）を、イオン交換水で２０倍希釈して、ｐＨ１０．０〜１１．０の研磨液組成物を得た。上記研磨液組成物中のシリカ粒子の含有量および重合体の含有量は表１に示すとおりとした。また、各濃縮液中のアンモニアの含有量は０．４重量％とした。濃縮液の残部は、アンモニア水中の水とイオン交換水である。

（２）研磨方法
得られた研磨液組成物を用いて、下記の研磨条件で下記研磨対象を２０分間研磨した。
＜研磨対象＞２インチシリコン片面鏡面ウエハ（二段研磨終了後のもの、厚さ０．７ｍｍ）を４ｃｍ×４ｃｍに切断して使用
＜研磨条件＞
研磨機：片面研磨機ＭＡ-３００（武蔵野電子(株)製、プラテン直径３００ｍｍ）
研磨パッド：SUPREME RN-H（ＮｉｔｔａＨａａｓ製）
回転盤回転数：９０ｒ／ｍｉｎ（線速度４５ｍ／ｍｉｎ）
プラテン回転数：１６ｒ／ｍｉｎ
研磨液組成物供給量：１５ｍｌ／ｍｉｎ（回転盤中心に供給）
研磨荷重：１００ｇ／ｃｍ²
研磨時間：１５ｍｉｎ

上記研磨条件で研磨されたウエハを、ウエハジェット洗浄機ＷＪＳ−１５０Ｂ（エムテック（株）製）を用いて洗浄した後、乾燥させた。具体的には、イオン交換水を用いたスピンリンス（回転速度１５００ｒｐｍ、３０秒間）、イオン交換水を用いたスクラブリンス（回転速度１００ｒｐｍ、６０秒間）、イオン交換水を用いたスピンリンス（回転速度１５００ｒｐｍ、３０秒間）をこの順で行った後、スピン乾燥（回転速度３０００ｒｐｍ、３０秒間）を行った。

（３）評価方法
＜研磨速度の評価＞
実施例１〜１９及び比較例１〜４の研磨液組成物を用いたときの研磨速度は、以下の方法で評価した。まず、研磨前後の各シリコンウエハの重さを計り（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ社製「ＢＰ−２１０Ｓ」）を用いて測定し、得られた重量差をシリコンウエハの密度、面積および研磨時間で除して、単位時間当たりの片面研磨速度を求めた。なお、表１には、比較例１の研磨液組成物を用いた場合の片面研磨速度を「１.００」として、他の研磨液組成物を用いた場合の研磨速度を相対値で示した。

＜通液量の評価＞
１．通液量の測定条件
（１）吸引圧力設定手段：水循環式アスピレーター（「ＣＩＲＣＵＬＡＴＩＮＧＡＳＰＩＲＡＴＯＲＷＪ−１５」、柴田科学器械工業社製）を用い、アスピレーターと吸引濾過器との間（吸引濾過器から２０ｃｍ離れた位置）に圧力計を接続して、濾過中の圧力を−１００ｋＰａに調整した。
（２）吸引濾過器：減圧濾過用フィルターホルダー（型番：ＫＧＳ−４７、アドバンテック東洋株式会社製）付の１Ｌ吸引瓶
（３）フィルター：メンブランフィルター（「Ｈ０５０Ａ０４７Ａ」、アドバンテック東洋株式会社製）材質：親水性ＰＴＦＥ、孔径：０．５μｍ、厚さ：３５μｍ、ろ過面積：１７．３ｃｍ² （直径＝４７ｍｍ）
（４）通液時間：１分（３００ｇの研磨液組成物を２秒間で上記フィルター上のファンネルに投入し終わった時点から１分）
（５）通液量：通液１分後の吸引瓶中の研磨液組成物の重量（ｇ）をフィルターのろ過面積で除して求めた。

表１に示すように、実施例１〜１９では、比較例１〜４よりも研磨速度が高くなっており、さらに、実施例１〜１９では、比較例１よりも通液量が多い。この結果から、実施例１〜１９では、比較例１〜４よりも、研磨速度の確保と通液量の確保とが良好に両立されていることがわかる。

本発明の研磨液組成物を用いれば、シリコンウエハを高速研磨でき、しかも、フィルターの目詰まりも低減できる。よって、本発明の研磨液組成物は、様々な半導体基板の製造過程で用いられる研磨液組成物として有用であり、なかでも、シリコンウエハの仕上げ研磨用の研磨液組成物として有用である。

Claims

下記一般式（１）

（式中、Ｒは水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、炭素数１〜２２のヒドロキシアルキル基、炭素数１〜２２のシクロアルキル基、炭素数１〜２２のアラルキル基、又は炭素数１〜２２のアリール基を示し、ｎは２又は３の数を示す。）で表される構成単位を有する重合体と、研磨材とを含有する、研磨液組成物。
前記重合体がポリ（Ｎ−アシルアルキレンイミン）である、請求項１記載の研磨液組成物。
前記重合体の重量平均分子量が１万〜４００万である、請求項１又は２に記載の研磨液組成物。
前記研磨材の平均一次粒子径が、５〜５０ｎｍである、請求項１〜３いずれか項に記載の研磨液組成物。
前記研磨材がコロイダルシリカである、請求項１〜３いずれか項に記載の研磨液組成物。
請求項１〜５に記載の研磨液組成物を用いてシリコンウエハを研磨する工程を含む、半導体基板の製造方法。
請求項１〜５に記載の研磨液組成物を用いてシリコンウエハを研磨する工程を含む、シリコンウエハの研磨方法。