JPH1133896A - 研磨砥粒、研磨剤及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨基板の表面を良好に研磨した後に、主
に純水等を含む水性の洗浄液を用いた簡易な洗浄によ
り、被研磨基板の表面に残存した研磨砥粒を十分に除去
することを可能とする。 【解決手段】 親水性表面を有し、その表面電位（ゼー
タ電位）の絶対値がｐＨ７において５０ｍＶ以下である
研磨砥粒、好ましくは末端が親水性基、さらに好ましく
は水酸基で終端されており、従って親水性の表面を有す
る金属酸化物の研磨砥粒を含む研磨剤を用いてシリコン
半導体基板の表面を研磨し、その後、水性の洗浄液を用
いて洗浄する。研磨砥粒の金属酸化物としては、酸化セ
リウム、酸化ジリコニウム、酸化マンガン等が好適であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被研磨基板の表面
を研磨する際に用いる研磨砥粒、研磨剤及び研磨方法に
関し、特に被研磨基板としてベアウェハーと呼ばれる半
導体基板、さらに特に酸化膜や金属膜などの薄膜や配線
が施された半導体基板に好適に適用される研磨砥粒、研
磨剤及び研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板の研磨に代表される精
密研磨を行うに際しては、先ず、研磨布を張り付けた定
盤上に研磨剤を分散し、回転もしくは振動する定盤上に
支持基体によって保持された被研磨基板を適当な圧力で
押し付け、被研磨基板の表面を研磨して平坦化する。し
かる後、被研磨基板の表面を洗浄して、この表面に付着
する粒子、特に研磨剤の研磨砥粒を除去する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】被研磨基板を洗浄する
際には、研磨終了時における研磨装置や研磨布、或いは
研磨剤等からの金属不純物による表面の金属汚染を除去
するため、例えば以下に示すような少なくとも４つの工
程が必要になる。 １）研磨で付着した微粒子のブラシによる除去を行う機
械的洗浄、 ２）更に完全に微粒子を取り除くためのアルカリ性薬液
による洗浄、 ３）金属汚染を除去するための酸性薬液による洗浄、或
いはキレート剤による洗浄、及び ４）引き続き製造工程を行うための前洗浄。

【０００４】上述した従来の研磨方法においては、金属
汚染の除去を行うために１）〜４）の少なくとも４つの
工程を経なければならない。更に条件によっては各洗浄
工程を複数回に渡って行うことが必要な場合もあり、極
めて多数の工程を経る必要がある。また、場合によって
は極希薄な酸性薬液による洗浄を行うことがあるが、例
えば被研磨基板が半導体基板であり、表面にアルミニウ
ム（合金）を材料とする配線が既に形成されているよう
な場合、一定の割合で前記配線が腐食するという欠陥が
発生するために、歩留りの低下が避けられない。

【０００５】一方、前記配線の腐食を回避するために、
アルミニウムに対して腐食作用を持った洗浄液を使用す
る洗浄工程を経ないようにすると、主に研磨砥粒の表面
残存を原因とする金属汚染を十分に取り切れないという
問題が生じる。

【０００６】なお、ＵＳＰ４，９６８，３８１には、研
磨工程の最終段階でアルコール、ケトン、エーテル、エ
ステル及びアミドからなる群から選択された１種類以上
の親水性基／疎水性基含有極性化合物、例えばジエチレ
ングリコールジエチルエーテルまたはジエチレングリコ
ールジメチルエーテルのようなエーテルまたはポリエー
テルを添加剤として加えた研磨剤を用いる研磨方法が開
示されている。

【０００７】特開平２−２７５６２９号公報には、研磨
終了直前に、過酸化ナトリウム、塩素酸ナトリウム、過
酸化水素、オゾンなどの酸化剤を希釈した溶液を用いて
半導体基板をリンス研磨することによって、半導体基板
表面を親水性とする研磨方法が開示されている。

【０００８】特開平７−２３５５１９号公報には、研磨
剤として臭化水素酸、グリセリン及び水の混合液を用い
ることによって、最終研磨後の半導体基板表面を親水性
とする研磨方法が開示されている。

【０００９】特開平８−２２９７０号公報には、カルボ
キシル基、スルホ基などの親水性基を少なくとも１つ有
する分子量１００以上の有機化合物、例えば高分子ポリ
カルボン酸アンモニウム塩や高分子ポリスルホン酸アン
モニウム塩を含む研磨剤を用いて、ディッシングを防止
する研磨方法が開示されている。

【００１０】また、扶桑シルテック（社）からは、アル
コキシシランを原料としてゾル−ゲル法で製造された高
純度のアモルファス−シリカ微粉（クォートロン・コロ
イド（ＰＬシリーズ）、商品名）やアルキル変性し強い
親油性を示す合成シリカ微粉（クォートロン・撥水性微
粉（ＷＲシリーズ）、商品名）が販売されている。ＰＬ
シリーズについては、半導体基板の研磨剤としての用途
の他、各種コーティング用の充填剤や合成ガラスの材料
としての用途が挙げられている。

【００１１】そこで、本発明の目的は、被研磨基板の表
面を良好に研磨した後に、主に純水を含む水性の洗浄液
を用いた簡易な洗浄により、被研磨基板の表面に残存し
た研磨砥粒を十分に除去することが可能である研磨砥
粒、研磨剤及び研磨方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（研磨砥粒）本発明の研磨砥粒は、その表面が親水性で
あることを特徴とする。親水性の尺度となる表面電位
（ゼータ電位）の絶対値は、ｐＨ７において０〜５０ｍ
Ｖである。

【００１３】研磨砥粒の表面に親水性を付与する方法は
特に限定されないが、好ましくは研磨砥粒の末端の少な
くとも一部、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは
末端を完全に親水性の官能基で終端する方法が挙げられ
る。

【００１４】研磨砥粒は、好ましくは、軽金属、遷移金
属及び希土類金属からなる金属群の内から選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物であり、末端の少なくとも一
部、好ましくは末端の８０％以上、さらに好ましくは末
端が完全に親水性の官能基で置換されたものである。な
お、本明細書において、軽金属とは、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、アルミニウム、ベリリウム、マグネシ
ウムなどの比重の軽い金属を指す。金属酸化物は、好ま
しくはアルミニウム、ジルコニウム、マンガン、チタ
ン、セリウム、カルシウム、バリウムまたは銅の酸化物
である。

【００１５】親水性の官能基とは、酸素、窒素、硫黄な
どの原子を含む基をいい、例えば、水酸基、カルボキシ
ル基、アミノ基、カルボニル基、スルホ基などの基が挙
げられ、好ましくは水酸基である。

【００１６】末端が親水性の官能基、例えば、水酸基で
終端されている研磨砥粒は、プラズマ照射による方法
や、その金属を含む金属アルコキシドを出発原料とし
て、当業者に公知のゾルーゲル法（金属アルコキシドを
加水分解して、含水酸化物ゾルを調製する方法）を用い
て調製することができる。これらの中でもゾル−ゲル法
が好ましい。

【００１７】ゾル−ゲル法に用いる金属アルコキシド
は、上記の金属群から選ばれる金属のアルコールエステ
ルであれば特に制限されないが、アルコキシ基の炭素数
は、加水分解の容易さなどの観点から１〜４が好適であ
る。金属アルコキシドの製法も特に制限されず、たとえ
ば、金属単体、酸化物、水酸化物またはハロゲン化物と
アルコールとの反応など当業者に公知の方法が挙げられ
る。カルボキシル基、アミノ基、カルボニル基、スルホ
基などの官能基で末端を終端する方法も特に限定され
ず、当業者に公知の方法を使用できる。

【００１８】金属アルコキシドは、金属による汚染を防
止するためにその金属以外の金属元素の含有量が１０ｐ
ｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、さらに好ましくは
０．１ｐｐｍ以下の高純度金属アルコキシドであること
が好ましい。

【００１９】研磨砥粒の大きさは、大きければ大きいほ
ど研磨率は増大するが、必要以上に大きくなると被研磨
基板に傷をつけるおそれがあるので、通常１〜１０００
０ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍ、さらに好ましく
は２０〜５０ｎｍである。

【００２０】（研磨剤）本発明の研磨剤は上記の研磨砥
粒と溶媒とを含む。溶媒は、脱イオン水の他、必要に応
じて公知の界面活性剤などの分散助剤や電解イオン水な
どを含んでもよい。界面活性剤などの分散助剤の含量は
全溶媒の１０重量％以下、好ましくは３重量％以下、さ
らに好ましくは１〜３重量％である。研磨剤のｐＨは特
に限定されず、目的とする研磨用途に応じて適宜設定す
ればよい。たとえば、シリコン半導体基板の酸化膜を研
磨する場合は、ｐＨ８〜１３、好ましくは８〜１２、さ
らに好ましくは１０〜１２である。ｐＨは、モノエチル
アミンやイソプロピルアミンなどのアミン類、ＫＯＨ、
アンモニアなどを加えて調整すればよい。また、金属膜
を研磨する場合は、ｐＨ２〜６、好ましくは２〜５、さ
らに好ましくは３〜４である。ｐＨは、硝酸鉄や硫酸銅
などを加えて調整すればよい。

【００２１】研磨剤中に研磨砥粒は均一に分散されてい
ることが好ましく、たとえばコロイド状態にしたり、上
記した界面活性剤などの分散助剤を加えて均一に分散さ
せることができる。

【００２２】研磨剤の粘度は、粘度が低いと研磨砥粒を
均一に分散させることが難しく、また高いと酸化膜や金
属膜の膜厚の均一性を保ってシリコン半導体基板を研磨
することが困難になるので、研磨砥粒を溶媒中に１重量
％分散させ、２５℃においてＪＩＳ Ｚ ８８０３に規
定された方法で回転粘度計を用いて測定した場合におい
て、通常１〜１０ｍＰａ・ｓ、好ましくは１〜５ｍＰａ
・ｓ、さらに好ましくは１〜２ｍＰａ・ｓである。

【００２３】（研磨方法）本発明の研磨方法は、被研磨
基板を上記の研磨剤を用いて研磨する第１の工程と、前
記第１の工程後、研磨された前記被研磨基板の表面を水
性の洗浄液を用いて洗浄し、前記表面に残留する前記研
磨砥粒を除去する第２の工程とを含む。

【００２４】研磨温度は、通常１０〜７０℃、好ましく
は２０〜５０℃、さらに好ましくは２０〜４０℃であ
る。回転する定盤上の研磨布に被研磨基板を押し付けて
研磨を行う研磨装置を使用する場合、定盤の回転数は１
０〜２００ｒ／分、好ましくは２０〜８０ｒ／分、さら
に好ましくは２０〜５０ｒ／分であり、押付圧力は１〜
１５ｐｓｉ（６８９５〜１０３４２１Ｐａ）、好ましく
は３〜１０ｐｓｉ（２０６８４〜６８９４８Ｐａ）、さ
らに好ましくは３〜７ｐｓｉ（２０６８４〜４８２６３
Ｐａ）である。また、供給する研磨剤量は０．１〜１．
０１／分、好ましくは０．１〜０．５（１／分）、さら
に好ましくは０．２〜０．３（１／分）である。

【００２５】酸化膜の場合、研磨速度は、研磨温度２５
℃、定盤の回転数３０ｒ／分、押付圧力７ｐｓｉ（４８
２６３Ｐａ）を研磨の標準条件として、１００〜３００
ｎｍ／分、好ましくは１５０−２５０ｎｍ／分である。

【００２６】金属膜の場合、研磨速度は、研磨温度２５
℃、定盤の回転数５０ｒ／分、押付圧力４ｐｓｉ（２７
５７９Ｐａ）を研磨条件として、１５０〜４００ｎｍ／
分、好ましくは２５０〜４００ｎｍ／分である。

【００２７】洗浄液は水性の洗浄液であれば特に限定さ
れず、たとえば、アンモニア、過酸化水素、純水などを
含む水性の洗浄液が使用される。その使用割合は通常、
重量比で１〜２：１〜５：４〜４０である。洗浄液に
は、クエン酸をはじめとするキレート剤などを含む薬液
を加えてもよく、その使用割合は、洗浄液に対して、２
〜３０重量％、好ましくは２〜１０重量％、さらに好ま
しくは５〜１０重量％である。洗浄温度も特に限定され
ず、例えば７０〜９０℃である。

【００２８】本発明の研磨砥粒、研磨剤及び研磨方法
は、半導体基板、特にシリコン半導体基板の研磨に好適
に使用される。

【００２９】

【作用】本発明の研磨剤においては、含有されている研
磨砥粒は親水性の表面を有しており、好ましくはその末
端が親水性の官能基で終端されている。従って、この研
磨剤は、研磨後の洗浄工程に用いられる薬液や純水等の
水性の洗浄液とのなじみが極めて良好であり、かかる研
磨剤を用いることにより、洗浄時には研磨剤が被研磨基
板の表面から効果的に洗浄液中に分散され、研磨後に残
留する研磨剤が容易且つ確実に除去される。

【００３０】例えば、被研磨基板が最も多用されるシリ
コン半導体基板であり、研磨砥粒が従来の末端が親水化
処理されていない酸化セリウムであるときには、両者が
異なる材質であることから、洗浄液中で電気化学的な反
発力が生じることがなく、研磨基板は十分に洗浄できな
かった。ところが、本発明の末端が親水化処理された酸
化セリウムを使用すると、この研磨砥粒は上述のように
親水性に優れているため、水性の洗浄液となじみがよく
容易に除去される。これは酸化セリウムだけではなく、
親水性の表面を有する限り軽金属、遷移金属、希土類金
属などの金属群の酸化物にも十分に適用可能である。従
って、本発明の好ましい態様によれば、前記金属群のう
ちから所望の金属酸化物粒子を含み研磨性及び洗浄性に
極めて優れた研磨剤が実現される。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
研磨砥粒、研磨剤及び研磨方法の好適な実施形態を説明
する。本発明はこれらの実施形態により限定されるもの
ではない。 （第１の実施形態）

【００３２】先ず、本発明の第１の実施形態について説
明する。ここでは、被研磨基板をシリコン半導体基板と
し、研磨砥粒の金属酸化物粒子を酸化セリウムとした場
合について例示する。図１は、第１の実施形態による研
磨剤の研磨砥粒が形成される過程を示す構造式である。

【００３３】この研磨砥粒を形成するには、先ず、出発
原料としてテトラエトキシセリウムを用い、所定の触媒
の存在下で加水縮重合反応を起こさせることにより、酸
素を介したセリウム（Ｃｅ）のネットワークを形成し、
酸化セリウムの正常結晶構造と同等の構造をとりながら
造粒させていき、酸化セリウムからなる砥粒を形成す
る。この状態では砥粒が大量のエトキシ基を含んでお
り、未反応で残留している原料と反応してゲル化するた
めに粒径制御ができない。そこで、この砥粒に水を加え
ながら温度１００℃程度で蒸留することにより、末端を
水酸基で終端させる処理を施す。これにより、最終的な
研磨砥粒を得る。通常、この処理により、末端は必ず代
表的な親水性基である水酸基で終端されており、従って
親水性の表面を有している。隣接する２個の水酸基から
の脱水により−Ｏ−結合が形成される場合もあるが、表
面の親水性に影響を与えない程度の量である場合には、
本願発明の範囲に含まれる。これは第２の実施形態及び
第３の実施形態において同様である。この研磨砥粒を含
有する研磨剤が、シリコン半導体基板を代表とする被研
磨基板の研磨剤となる。

【００３４】なお、この研磨砥粒の形成方法によれば、
加水縮重合反応時間を制御することにより、重合度（研
磨砥粒の大きさ）を変えることが可能であり、具体的に
は研磨砥粒の粒径を１０〜１００００ｎｍ程度まで制御
することができる。

【００３５】続いて、上述のように形成した研磨剤を用
いて、シリコン半導体基板の表面を化学機械研磨（ＣＭ
Ｐ）して平坦化する方法について図２を用いて説明す
る。

【００３６】先ず、図２（ａ）に示すように、半導体装
置の作製途上において、シリコン半導体基板１をウェハ
キャリア２から移動させて支持基体３で保持する。そし
て、図２（ｂ）に示すように、研磨剤供給機構４から上
述の研磨剤を研磨布５に供給する。このように研磨剤を
供給しながら、回転する定盤６上で研磨布５にシリコン
半導体基板１を押し付けて、圧力をかけつつシリコン半
導体基板１の表面を２分間〜５分間程度研磨して平坦化
する。

【００３７】しかる後、図２（ｃ）に示すように、研磨
を終えたシリコン半導体基板１が収められたウェハキャ
リア２を、洗浄液が満たされた洗浄槽７内に浸漬（ディ
ップ）させてシリコン半導体基板１の表面を洗浄する。

【００３８】ここで、上述の研磨工程において用いた研
磨剤は、既述したように含有されている酸化セリウム研
磨砥粒の末端が親水性の官能基で終端されている。従っ
て、この研磨剤は、研磨後の洗浄工程にて用いられる薬
液や純水等の水性の洗浄液とのなじみが極めて良好であ
り、かかる洗浄液により被研磨基板の表面に研磨後に残
留する研磨剤が容易且つ確実に除去される。従来の金属
酸化物として末端が親水化処理されていない酸化セリウ
ムを研磨砥粒とする研磨剤は、金属酸化物がシリコン半
導体基板と異なる材質であるため、洗浄工程で十分除去
できなかった。それに対して、この研磨剤は優れた親水
性を有するため、金属酸化物として酸化セリウムを用い
ても十分に良好な洗浄性を得ることが可能である。

【００３９】従って、第１の実施形態の研磨剤を用いて
シリコン半導体基板１の表面研磨を行えば、シリコン半
導体基板１の表面を良好に研磨した後に、従来のような
煩雑な洗浄工程を行うことなく、主に純水等を含む水性
の洗浄液を用いた簡易な洗浄により、シリコン半導体基
板１の表面に残存した研磨砥粒を十分に除去して、シリ
コン半導体基板１の表面の金属汚染を簡易且つ十分に除
去することが可能となる。

【００４０】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態
と同様に、末端が親水性の官能基で終端された研磨砥粒
を含む研磨剤について例示するが、その金属酸化物が異
なる点で相違する。

【００４１】図３は、第２の実施形態による研磨剤の研
磨砥粒が形成される過程を示す構造式である。ここで
は、第１の実施形態の場合と同様に、所定の触媒の存在
下で加水縮重合反応を起させることによりジルコニウム
（Ｚｒ）のネットワークを形成する。そして、酸化ジル
コニウムの正常の結晶構造と同様の構造をとりながら造
粒させてゆき、第１の実施形態と同様の処理を施すこと
によって、最終的に酸化ジルコニウムからなる研磨砥粒
を得る。この研磨砥粒は、末端が必ず代表的な親水性基
である水酸基で終端されており、従って親水性の表面を
有している。この研磨砥粒を含有する研磨剤が、シリコ
ン半導体基板を代表とする被研磨基板の研磨剤となる。

【００４２】第２の実施形態の研磨剤は、既述したよう
に含有されている研磨砥粒の末端が親水性の官能基で終
端されている。従って、この研磨剤は、研磨後の洗浄工
程にて用いられる薬液や純水等の水性の洗浄液とのなじ
みが極めて良好であり、かかる洗浄液により被研磨基板
の表面に研磨後に残留する研磨剤が容易且つ確実に除去
される。従来の金属酸化物として酸化ジルコニウムを研
磨砥粒とする研磨剤は、金属酸化物がシリコン半導体基
板と異なる材質であるため、洗浄工程で十分除去できな
かった。それに対して、この研磨剤は優れた親水性を有
するため、金属酸化物として酸化ジルコニウムを用いて
も十分に良好な洗浄性を得ることが可能である。

【００４３】従って、第２の実施形態の研磨剤を用いて
シリコン半導体基板に代表される被研磨基板の表面研磨
を行えば、この被研磨基板の表面を良好に研磨した後
に、従来のような煩雑な洗浄工程を行うことなく、主に
純水等を含む水性の洗浄液を用いた簡易な洗浄により、
被研磨基板の表面に残存した研磨砥粒を十分に除去し
て、被研磨基板の表面の金属汚染を簡易且つ十分に除去
することが可能となる。

【００４４】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態
と同様に、表面が親水性の官能基で終端された研磨砥粒
を含む研磨剤について例示するが、その金属酸化物が異
なる点で相違する。

【００４５】図４は、第３の実施形態による研磨剤の研
磨砥粒が形成される過程を示す構造式である。ここで
は、第１の実施形態の場合と同様に、所定の触媒の存在
下で加水縮重合反応を起させることによりマンガン（Ｍ
ｎ）のネットワークを形成する。そして、酸化マンガン
の正常の結晶構造と同等の構造をとりながら造粒させて
ゆき、第１の実施形態と同様の処理を施すことによっ
て、最終的に酸化マンガンからなる研磨砥粒を得る。こ
の研磨砥粒は、末端が必ず代表的な親水性基である水酸
基で終端されており、従って親水性の表面を有してい
る。この研磨砥粒を含有する研磨剤が、シリコン半導体
基板を代表とする被研磨基板の研磨剤となる。

【００４６】第３の実施形態の研磨剤は、既述したよう
に含有されている研磨砥粒の末端が親水性の官能基で終
端されている。従って、この研磨剤は、研磨後の洗浄工
程にて用いられる薬液や純水等の水性の洗浄液とのなじ
みが極めて良好であり、かかる洗浄液により被研磨基板
の表面に研磨後に残留する研磨剤が容易且つ確実に除去
される。従来の金属酸化物として酸化マンガンを研磨砥
粒とする研磨剤は、金属酸化物がシリコン半導体基板と
異なる材質であるため、洗浄工程で十分除去できなかっ
た。それに対して、この研磨剤は優れた親水性を有する
ため、金属酸化物として酸化マンガンを用いても十分に
良好な洗浄性を得ることが可能である。

【００４７】従って、第３の実施形態の研磨剤を用いて
シリコン半導体基板に代表される被研磨基板の表面研磨
を行えば、この被研磨基板の表面を良好に研磨した後
に、従来のような煩雑な洗浄工程を行うことなく、主に
純水等を含む水性の洗浄液を用いた簡易な洗浄により、
被研磨基板の表面に残存した研磨砥粒を十分に除去し
て、被研磨基板の表面の金属汚染を簡易且つ十分に除去
することが可能となる。

【００４８】なお、第１〜第３の実施形態では、表面が
親水性の官能基で終端された金属酸化物として、酸化セ
リウム、酸化ジルコニウム及び酸化マンガンを例示した
が、本発明はこれらに限定されることはない。上述の金
属酸化物としては、例えば、他の遷移金属や希土類金属
の酸化物や、酸化アルミニウム等の軽金属の酸化物を用
いても好適である。

【００４９】

【実施例】ここで、本発明の親水性表面を有する研磨砥
粒を含む研磨剤を用いて、シリコン半導体基板の表面研
磨を行った後、第１の実施形態で示したディップ型の洗
浄装置を用いて洗浄した場合の洗浄の度合いを、従来の
研磨剤を用いた場合との比較に基づいて調べた実験結果
について説明する。本実施例で用いた本願発明の研磨砥
粒の表面電位（ゼータ電位）を以下にあわせて示すが、
表面電位（ゼータ電位）を測定することによって、溶液
中に存在する研磨砥粒が基板に付着しやすいか否かを知
ることができる。

【００５０】末端が水酸基で終端された、それぞれ平均
粒径約５００ｎｍの酸化シリコン（ｐＨ７において表面
電位（ゼータ電位）−２３ｍＶ）、酸化セリウム（ｐＨ
７において表面電位（ゼータ電位）−３５ｍＶ）、酸化
ジルコニウム（ｐＨ７において表面電位（ゼータ電位）
−４２ｍＶ）、酸化マンガン（ｐＨ７において表面電位
（ゼータ電位）−２８ｍＶ）、界面活性剤及び水を混合
し、ＫＯＨを加え、ｐＨを１０に調整し、研磨剤（Ｎ
ｏ．１〜Ｎｏ．４）を調製した。なお、研磨砥粒の表面
電位（ゼータ電位）は、コールター（社）（アメリカ）
のコールターデルサ４４０電位測定装置を使用して、同
社のマニュアルに従い測定した。研磨剤の金属酸化物の
含量は１重量％であり、ＪＩＳ Ｚ ８８０３に規定さ
れる方法で回転粘度計を用いて２５℃で測定した粘度は
約１ｍＰａ・ｓであった。また、比較のために末端の親
水化処理がなされていない表１の従来の研磨剤（Ｎｏ．
５〜Ｎｏ．８）を使用した。

【００５１】上記した研磨剤を用いて、シリコン半導体
基板（直径８インチ；２００ｍｍ）を研磨した。研磨条
件は、研磨温度２５℃、定盤の回転数３０ｒ／分、押付
圧力４ｐｓｉ（２７５７９Ｐａ）であった。酸化膜の研
磨速度は、酸化シリコンを含む研磨剤１及び５において
約１５０ｎｍ／分、酸化セリウムを含む研磨剤２及び６
において約３００ｎｍ／分、酸化ジルコニウムを含む研
磨剤３及び７において約２５０ｎｍ／分、酸化マンガン
を含む研磨剤４及び８において約３００ｎｍ／分であ
り、表面の親水化が研磨速度に与える影響はほとんどな
かった。

【００５２】続いて、図２（ｃ）に示したディップ型洗
浄装置を用いて温度７０℃の条件でシリコン半導体基板
を洗浄した後、その表面に残留する直径が０．２μｍ以
上の粒子の数を数えた。なお、洗浄液としては、アンモ
ニア、過酸化水素及び純水を重量比１：２：２０で混合
した溶液を用いた。

【００５３】実験結果を以下の表１に示す。このよう
に、従来の研磨剤を用いた場合では、金属酸化物が酸化
シリコンのときで粒径が０．２μｍ以上の粒子数が１０
０のオーダーであり（Ｎｏ．５）、酸化セリウム、酸化
ジルコニウム及び酸化マンガンに至っては１０００のオ
ーダーであった（Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８）。そ
れに対して、本実施例の研磨剤を用いた場合では、酸化
セリウム、酸化ジルコニウム及び酸化マンガンを金属酸
化物としたものでも（Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４）
酸化シリコン（Ｎｏ．１）に匹敵する数十のオーダーま
で残留粒子数を減らすことができた。

【００５４】

【表１】

【００５５】このように、本実施例の研磨剤を用いるこ
とにより、簡易な洗浄を行うだけで残留粒子数を数十個
のレベルまで大幅に減少させることが可能であることが
証明された。

【００５６】従って、ｐＨ７での表面電位（ゼータ電
位）の絶対値が２５ｍＶ以下の酸化シリコン、４０ｍＶ
以下の酸化セリウム、４５ｍＶ以下の酸化ジルコニウ
ム、３０ｍＶ以下の酸化マンガンが好適に使用される。

【００５７】なお、この実験ではディップ方式により基
板洗浄を行った場合について例示したが、更に洗浄を確
実に行うために、研磨で付着した微粒子をブラシにより
除去する機械的洗浄を実行してもよい。具体的には、図
５（ａ），（ｂ）に示すように、先ず図２の場合と同様
にシリコン半導体基板１をウェハキャリア２から移動さ
せて支持基体３で保持し、シリコン半導体基板１の表面
を研磨して平坦化する。続いて、図５（ｃ）に示すよう
に、一対のブラシ１１によりシリコン半導体基板１の表
面を狭持して洗浄する。この作業により、残留粒子数を
１０個程度にまで減少させることができる。この場合、
研磨砥粒が親水性を有するため、常時リンスすることに
よってブラシから残留粒子が除去される。従って、残留
粒子による後続のシリコン半導体基板の汚染が防止され
る。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、被研磨基板の表面を良
好に研磨した後に、従来のような煩雑な洗浄工程を行う
ことなく、主に純水等を含む水性の洗浄液を用いた簡易
な洗浄により、被研磨基板の表面に残存した研磨砥粒を
十分に除去して、被研磨基板の表面の金属汚染を簡易且
つ十分に除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による研磨砥粒の形成
過程の構造式を示す模式図である。

【図２】本発明の実施形態において、シリコン半導体基
板の研磨工程及び洗浄工程を説明するための模式図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施形態による研磨砥粒の形成
過程の構造式を示す模式図である。

【図４】本発明の第３の実施形態による研磨砥粒の形成
過程の構造式を示す模式図である。

【図５】本発明の実施形態において、シリコン半導体基
板の研磨工程及び他の洗浄工程を説明するための模式図
である。

【符号の説明】

１ シリコン半導体基板 ２ ウェハキャリア ３ 支持基体 ４ 研磨剤供給機構 ５ 研磨布 ６ 定盤 ７ 洗浄槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 正年 東京都中央区日本橋富沢町９番19号 株式 会社扶桑シルテック内 (72)発明者 吉永 道宏 東京都中央区日本橋堀留町１丁目10番８号 伊藤忠テクノケミカル株式会社内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 親水性表面を有し、その表面電位（ゼー
   タ電位）の絶対値がｐＨ７において５０ｍＶ以下である
   ことを特徴とする研磨砥粒。
2. 【請求項２】 親水性表面を有し、その表面電位（ゼー
   タ電位）の絶対値がｐＨ７において５０ｍＶ以下である
   研磨砥粒を含むことを特徴とする研磨剤。
3. 【請求項３】 研磨砥粒がｐＨ７における表面電位（ゼ
   ータ電位）の絶対値が２５ｍＶ以下である酸化シリコ
   ン、４０ｍＶ以下である酸化セリウム、４５ｍＶ以下で
   ある酸化ジルコニウムまたは３０ｍＶ以下である酸化マ
   ンガンであることを特徴とする請求項２に記載の研磨
   剤。
4. 【請求項４】 末端の少なくとも１部が親水性の官能基
   で置換されている研磨砥粒を含むことを特徴とする研磨
   剤。
5. 【請求項５】 前記親水性の官能基が水酸基、カルボキ
   シル基、アミノ基またはスルホ基であることを特徴とす
   る請求項４に記載の研磨剤。
6. 【請求項６】 前記研磨砥粒が、軽金属、遷移金属及び
   希土類金属からなる金属群のうちから選ばれた少なくと
   も１種の金属の酸化物であることを特徴とする請求項４
   に記載の研磨剤。
7. 【請求項７】 前記金属群がアルミニウム、ジルコニウ
   ム、マンガン、チタン、セリウム、バリウム及び銅から
   なることを特徴とする請求項６に記載の研磨剤。
8. 【請求項８】 前記研磨砥粒が軽金属、遷移金属及び希
   土類金属からなる金属群のうちから選ばれた少なくとも
   １種の金属の金属アルコキシドを出発原料としてゾル−
   ゲル法によって調製されたものであることを特徴とする
   請求項４に記載の研磨剤。
9. 【請求項９】 研磨剤を用いて被研磨基板の表面を研磨
   する研磨方法であって、 前記被研磨基板の表面を、親水性表面を有し、その表面
   電位（ゼータ電位）の絶対値がｐＨ７において５０ｍＶ
   以下である研磨砥粒を用いて研磨する第１の工程を含む
   ことを特徴とする被研磨基板の研磨方法。
10. 【請求項１０】 前記第１の工程後、研磨された前記被
    研磨基板の表面を水性洗浄液を用いて洗浄し、前記表面
    に残留する前記研磨砥粒を除去する第２の工程を含むこ
    とを特徴とする請求項９に記載の研磨方法。
11. 【請求項１１】 前記研磨砥粒の末端の少なくとも１部
    が親水性の官能基で置換されていることを特徴とする請
    求項９に記載の研磨方法。
12. 【請求項１２】 前記親水性の官能基が水酸基、カルボ
    キシル基、アミノ基またはスルホ基であることを特徴と
    する請求項１１に記載の研磨方法。
13. 【請求項１３】 前記研磨砥粒が、軽金属、遷移金属及
    び希土類金属からなる金属群のうちから選ばれた少なく
    とも１種の金属の酸化物であることを特徴とする請求項
    ９に記載の研磨方法。
14. 【請求項１４】 前記金属群がアルミニウム、ジルコニ
    ウム、マンガン、チタン、セリウム、バリウム及び銅か
    らなることを特徴とする請求項１３に記載の研磨方法。
15. 【請求項１５】 前記研磨砥粒が軽金属、遷移金属及び
    希土類金属からなる金属群のうちから選ばれた少なくと
    も１種の金属の金属アルコキシドを出発原料としてゾル
    −ゲル法によって調製されたものであることを特徴とす
    る請求項９に記載の研磨方法。
16. 【請求項１６】 研磨砥粒がｐＨ７における表面電位
    （ゼータ電位）の絶対値が２５ｍＶ以下である酸化シリ
    コン、４０ｍＶ以下である酸化セリウム、４５ｍＶ以下
    である酸化ジルコニウムまたは３０ｍＶ以下である酸化
    マンガンであることを特徴とする請求項９に記載の研磨
    方法。