(57)【要約】【課題】  研磨材に含まれる砥粒の粒子径の均一化等により加工精度の高いＣＭＰを行う。【解決手段】      研磨剤として、フラーレン又はフラーレン化合物を砥粒として、溶媒に分散させたものを用いる。ここで用いるフラーレンは、フラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとを所定の割合で混合することにより、所望の粒子径の会合体とする。あるいは、上述のように所望の粒子径に形成したフラーレン又はその化合物を従来の研磨剤に混入したものであってもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラーレン又はフラーレン化合物を溶媒に分散させたことを特徴とする研磨剤。
【請求項２】
フラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとからなることを特徴とする研磨剤。
【請求項３】
前記有機溶媒はトルエン又はベンゼンであり、前記アルコールはエタノールであることを特徴とする請求項２に記載の研磨剤。
【請求項４】
前記フラーレンは、Ｃ６０又はＣ６０会合体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の研磨剤。
【請求項５】
前記フラーレンは、直径約２nm〜約５００nm程度であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の研磨剤。
【請求項６】
前記研磨剤は、更に、砥粒を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の研磨剤。
【請求項７】
フラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとを混合することを特徴とする研磨剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は研磨剤及び研磨剤の製造方法に関するものである。更に具体的には、半導体装置の製造工程におけるＣＭＰにおいて用いられるＣＭＰ用研磨剤として好適な研磨剤及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造工程等において、被研磨膜を研磨して平坦化する手段としてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法が多用されている。ＣＭＰ法は、一般に、研磨する面を、回転する回転定盤上の研磨パッドに押し付けて、研磨剤（以下、スラリーとする）を供給しながら研磨する方法である。これは、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）製造や、Ｗ、Ｃｕ配線等を形成する際に多く用いられる。
【０００３】
ＣＭＰにおいては、その加工精度が素子の微細化において重要であるが、ＣＭＰにおける大きな課題として、ディッシングやエロージョンの発生といった問題がある。ディッシングやエロージョンの発生を抑制するため、ＣＭＰの加工方式や研磨パッドやスラリーの改良について研究が進められている。
【０００４】
具体的に、スラリーにおいては、シリカ、アルミナ、あるいは、セリア等を砥粒として、これらの砥粒のサイズや形状の制御、砥粒の分布の制御、あるいは、薬液成分の反応性や安定性の最適化を図ることにより、ディッシングやエロージョン発生を抑える技術が考えられている。また、被研磨面に応じて、それぞれの要求水準を満たすようにスラリーの設計がされている。例えば、ＳＴＩのＣＭＰに用いるスラリーでは、セリアがベースとして用いられ、また、ＣｕやＷのＣＭＰに用いられるスラリーでは、シリカやアルミナがベースとして用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、上述した砥粒の他に、例えば、グラファイトを砥粒として用いる技術が提案されている。この場合、複数の黒鉛化度を持った粒子がスラリー中に分散している。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９９４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、スラリーにおいて用いられるシリカ、アルミナ、セリア等の砥粒の粒子径は、その砥粒が製造される工程実力で決定されるが、その砥粒の分布を完全に制御して均一化することは困難である。また、グラファイトを用いた場合であっても同様に、砥粒の粒子径は均一ではない。従って、被研磨面を、均一に研磨することが困難であり、ディッシングやエロージョン発生の抑制が困難である。
【０００７】
従って、この発明は、以上のような問題を解決するため、改良した研磨剤及びこの研磨剤の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の研磨剤は、フラーレン又はフラーレン化合物を溶媒に分散させたものである。
あるいはまた、この発明において研磨剤は、フラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとからなるものである。
あるいは、この発明の研磨剤は、更に、砥粒を含むものである。
【０００９】
また、この発明の研磨剤の製造方法は、フラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとを混合するものである。
あるいは、この発明の研磨剤の製造方法は、フラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとを混合した混合液から、前記フラーレンを含む会合体を摘出し、前記会合体を溶媒に分散させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明においては、研磨剤にフラーレン又はフラーレン化合物を含ませている。このフラーレンの粒子径は、容易に制御することができる。従って、均一な粒子径の砥粒を含む研磨剤により、被研磨面を均一に研磨することができる。従って、ディッシングやエロージョンの発生を抑制して被研磨面の研磨を行うことができる。
【００１１】
あるいは、この発明においては、砥粒を含む研磨材に、フラーレン又はフラーレン化合物を含ませている。ここで研磨材に含ませるフラーレン又はフラー化合物は、比較的球状に近い形状である。したがって、この研磨材においてフラーレン等は、潤滑剤のような役割を果たし、砥粒による研磨の際、研磨面が大きなダメージを受けるのを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるＣＭＰ装置を説明するための概念図である。
図１に示すように、ＣＭＰ装置は、従来のものと同様の標準方式のＣＭＰ装置である。ＣＭＰ装置において、回転定盤２上に研磨パッド４が設けられている。また、回転定盤２とは対向するように、ウェーハ保持部６が設けられている。また、研磨パッド４上に、研磨剤（以下、スラリー）を供給するように、スラリー供給ノズル８が設けられている。
【００１４】
ＣＭＰを行う際、ウェーハ保持部６には、ウェーハ１２が保持される。この実施の形態１のウェーハ１２においては、必要に応じてトランジスタや下層配線等が形成された基板１４上の、Ｃｕ１６が被研磨面となる。
また、スラリー供給ノズル８から、研磨パッド４には、スラリー１８が供給される。スラリー１８は、純水中に、砥粒２０としてＣ６０会合体を含む研磨剤である。Ｃ６０会合体の粒子径は、約３〜１００nmである。ここで、Ｃ６０会合体は、濃度約０．１%のＣ６０/トルエン溶液とエタノールとを所定の割合で混合することにより形成される。この混合比を制御することにより、結合するＣ６０分子数を調整してＣ６０会合体を所望の粒子径に制御することができる。即ち、スラリー１８は、所望の粒子径に形成されたＣ６０を、混合液から摘出し、純水中に分散させたものである。
【００１５】
このように、ウェーハ保持部６に、ウェーハ１２が保持され、研磨パッド４には、スラリー１８が供給された状態で、ＣＭＰ装置の回転定盤２が矢印の方向に回転する。また、ウェーハ保持部６は、ウェーハ１２の被研磨面Ｃｕ１６を研磨パッド４に押し当てながら、回転定盤２とは逆方向に回転する。
【００１６】
ＣＭＰにおいて、上述したように、スラリー１８中の砥粒２０であるＣ６０会合体の粒子径は約１０nmとする。これに対してＣＭＰ装置の回転定盤２の回転数は約５０rpm、ウェーハ１２を研磨パッド４に押し付ける押し付け圧力は約２５０g/cm2、研磨中の温度は常温とする。
【００１７】
このようにＣＭＰを行うことにより、ウェーハ１２の被研磨面であるＣｕ１６は、所定の位置まで平坦に研磨される。
【００１８】
以上の説明したように、実施の形態１においては、スラリー１８中の砥粒２０として、Ｃ６０会合体を用いる。ここで、Ｃ６０会合体は、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合比を制御することで、約１nm〜１００nmの範囲で、比較的正確に所定の直径に形成することができる。従って、スラリー１８中の砥粒２０のサイズを均一することができ、加工精度の高いＣＭＰを行うことができる。
【００１９】
なお、実施の形態１においては、ＣＭＰ装置として標準方式のものを用いる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、ベルト方式のＣＭＰ装置等、スラリーを用いて研磨を行う他のＣＭＰ装置、あるいは、他の研磨装置に適用することができる。
【００２０】
また、実施の形態１においては、ＣＭＰ装置の回転数を約５０rpmとし、押し付け圧力を約２５０g/cm2とする場合について説明した。これは、Ｃ６０会合体を砥粒２０として用いることを考慮したものである。しかし、この発明においてＣＭＰにおける条件は、実施の形態１において説明したものに限るものではない。これらは、スラリー１８の粘度、Ｃ６０会合体の大きさ及び強度、研磨対象等を考慮して適宜、決定すればよい。
【００２１】
また、実施の形態１においては、砥粒２０として、直径約１０nmのＣ６０会合体を含むスラリー１８について説明した。しかし、この発明において、砥粒２０は、これに限るものではなく、Ｃ６０会合体の大きさは異なるものであってもよい。また、砥粒２０は、必ずしも、Ｃ６０会合体に限るものではなく、Ｃ６０分子、あるいは、例えば、Ｃ７０等、他の粒子状のフラーレン又はその会合体を用いたものであってもよい。この場合にも、これらのフラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとを混合することにより、これらのフラーレンの会合体を得ることができる。
【００２２】
また、実施の形態１においては、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとを混合して、Ｃ６０会合体を形成する場合について説明した。しかし、この発明においてＣ６０会合体の形成方法は、これに限るものではない。Ｃ６０は、例えば、Ｃ６０/ベンゼン溶液とエタノールとの混合など、他の有機溶媒にＣ６０等のフローラルを溶かしたものとアルコールとを混合したものによって形成したものであってもよい。
【００２３】
また、実施の形態１においては、Ｃ６０会合体を、純水に分散させたスラリー１８について説明した。しかし、この発明において、スラリーはこれに限るものではない。この発明において、スラリーは、例えば、純水に代えて，他の溶液にＣ６０会合体を分散させたものであってもよい。例えば、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合液、あるいは、Ｃ６０/ベンゼン溶液とエタノールとの混合液等、フローラルを溶かした有機溶媒とエタノールとの混合液を、そのままスラリーとして用いるものであってもよい。但し、この場合、研磨パッド４等の材質を考慮し、これに大きなダメージを与えないものであるかを考慮する必要がある。
【００２４】
また、実施の形態１においては、Ｃｕ１６を被研磨面として研磨する場合について説明した。しかし、この発明において被研磨面は、Ｃｕに限るものではなく、ＷやＳＴＩ等、他の被研磨面を研磨するものであってもよい。
【００２５】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における研磨の状態を説明するため、被研磨面付近のみを拡大した模式図である。図３は、砥粒１８の大きなスラリー２０を用いた場合と、砥粒１８の小さなスラリー２０を用いた場合の研磨の状態を示す模式図であり、図３（ａ）は、砥粒１８が大きな場合を示し、図３（ｂ）は、砥粒１８が比較的小さな場合を示す。また、図４は、この発明の実施の形態２におけるスラリー中の砥粒の大きさの変化を説明するための模式図である。なお、図２、図３は、図１とは逆に、研磨面を上向きに表している。
【００２６】
この発明におけるＣＭＰは、実施の形態１に説明したものと同様である。即ち、図２に示すように、Ｃｕ１６を被研磨面とするウェーハ１２を、スラリー１８の供給された研磨パッド４に押し当てて、回転させることにより実施の形態１と同様に研磨を行う。
【００２７】
ここで、砥粒２０の粒子径を大きくすれば、比較的高い研磨レートが実現する。逆に、砥粒２０のサイズを小さくした場合、平坦性を向上させることが可能である。従って、研磨する面に合わせて、例えば、図３（ａ）に示すように、研磨面であるＣｕ１６が比較的凹凸の大きい粗い面であり多量の研磨が必要である場合には、砥粒２０のサイズを大きくし、また、図３（ｂ）に示すように、凹凸が少ない平坦に近い面であり研磨量が少量である場合には、砥粒２０のサイズを小さくすればよい。
【００２８】
ここで、スラリー１８の砥粒２０であるＣ６０会合体の大きさを変化させる場合について説明する。
実施の形態１と同様に、スラリー１８は、Ｃ６０会合体を純水に分散させたものである。Ｃ６０会合体の粒子径は、Ｃ６０を溶かしたＣ６０/トルエン溶液と、エタノールとの混合比を変化させることで、調整することができる。即ち、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合比を変化させることにより、図４に示すように、結合するＣ６０分子の数を変化させることができ、Ｃ６０会合体の粒子径を、約１nm〜約１００nmまで、変化させることができる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態２においては、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合比を変化させることにより、比較的容易に、かつ正確に、所望のサイズのＣ６０会合体を得ることができ、従って、均一な粒子径の砥粒２０を含むスラリー１８を得ることができる。従って、例えば、比較的高い研磨レートが必要な場合には、砥粒２０を大きくし、精密な平坦性を必要とする場合には砥粒２０を小さくする等して、研磨量と研磨の精度とを調整することができる。このように、所望の状態に応じて、所望のサイズの砥粒２０を含むスラリーを用いることができるため、加工精度の高いＣＭＰを実現することができる。
【００３０】
なお、実施の形態２においては、Ｃ６０／トルエン溶液とエタノールとの混合比を調整して所望の粒子径のＣ６０会合体を得る場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、Ｃ６０/ベンゼン溶液とエタノール等、Ｃ６０を溶かした溶液とアルコール類とを所望の混合比で混合したものであってもよい。
【００３１】
また、実施の形態１と同様に、スラリーは、純水にＣ６０会合体を分散させたものに限らず、他の溶液にＣ６０会合体を分散させたものや、あるいは、Ｃ６０／トルエン溶液又はＣ６０/ベンゼン溶液とエタノールとの混合液をそのままスラリーとして用いるものであってもよい。
その他は実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００３２】
実施の形態３．
実施の形態３におけるスラリーは、実施の形態１、２と同様に、スラリー中に、Ｃ６０会合体を含むものである。
しかし、実施の形態３におけるスラリーにおいて砥粒２０は、Ｃ６０会合体と界面活性剤との化合物である。即ち、実施の形態３におけるスラリーは、純水中に、砥粒として、Ｃ６０会合体と界面活性剤との化合物を含むものである。
【００３３】
実施の形態３におけるスラリーを製造する場合、実施の形態２と同様に、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合比を制御することによりＣ６０会合体の粒子径を制御する。更に、実施の形態３では、この混合液中に、界面活性剤を混合する。これにより、界面活性剤とＣ６０会合体が結びつき沈殿物が形成される。この沈殿物を摘出して、純水に分散させることにより、実施の形態３におけるスラリーが形成される。
【００３４】
以上説明したように、実施の形態３によれば、砥粒として、Ｃ６０会合体と界面活性剤との沈殿物を用いる。この場合にも、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合比を制御して所望の大きさのＣ６０会合体を用いることができる。従って、ある程度、スラリー中の砥粒の大きさを均一にすることができ、加工精度の高いＣＭＰを行うことができる。
【００３５】
また、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合液から沈殿物を摘出し、純水中に分散させたものをスラリーとして用いる。この沈殿物は、Ｃ６０会合体をＣ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合液から摘出する場合に比して、容易に摘出できるため、スラリーを容易に製造することができる。
【００３６】
なお、実施の形態３においては、Ｃ６０/トルエン溶液とエタノールとの混合液を用いる場合について説明したが、実施の形態１、２同様に、Ｃ６０/ベンゼン溶液とエタノールとの混合液等、他の有機溶媒とアルコールとを用いるものであってもよい。Ｃ６０会合体の粒子径の大きさ制御については、実施の形態２において説明したものと同様である。
その他は、実施の形態１〜２と同様であるから説明を省略する。
【００３７】
実施の形態４．
図５及び図６は、この発明の実施の形態３における研磨状態を説明するための模式図である。
実施の形態４における研磨は、実施の形態１〜２における研磨方法と同様にＣＭＰ装置を用いて行うものである。
【００３８】
但し、実施の形態４におけるＣＭＰに用いるスラリーは、実施の形態１〜３において用いたスラリーとは異なるものである。図５に示すように、実施の形態４におけるスラリーは、砥粒としてＣ６０会合体を用いるのではなく、従来のスラリー同様に、砥粒として、粒子径約４０〜２００nmのシリカ２４が含まれている。実施の形態４のスラリーは、シリカ２４を含む従来のスラリーにＣ６０会合体２６を追加したものである。Ｃ６０会合体は、少なくともシリカ２４の粒子径よりも小さな会合体であり、実施の形態４では、シリカ２４の粒子径に対して、約１０分の１程度、即ち、約４〜２０nmの粒子径としたものを用いている。
【００３９】
以上のように、実施の形態４においては、従来のスラリーにＣ６０会合体を添加したものを用いる。ここで、Ｃ６０会合体は球状であることから、潤滑剤として機能する。従って、シリカ２４の砥粒により直接研磨される場合に比して、被研磨面が、砥粒から受けるダメージを小さくすることができる。これにより、ＣＭＰの際のスクラッチや低誘電率膜（Low-k膜）のはがれ等を防止することができる。
【００４０】
また、シリカ２４等の従来のスラリーに含まれる砥粒は、Ｃ６０会合体等のフラーレンに比して、強度が強い場合が多い。従って、実施の形態４によれば、ＣＭＰの際のスクラッチやはがれ等を防止しつつ、効率のよく研磨を行うことができる。
【００４１】
なお、この実施の形態４においては、従来のスラリーに粒子径約４〜２０nmのＣ６０会合体を混入する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、Ｃ６０分子を含ませたものや、他のフラーレン又はその会合体を含ませたものであってもよい。また、Ｃ６０会合体の粒子径もこれに限るものではない。この発明において、潤滑剤としての役割を考慮すると、シリカ等の砥粒に対して、Ｃ６０会合体の粒子径は、約１０分の１以下程度あることが好ましいが、必ずしもこれに限るものではない。このＣ６０会合体の粒子径は、実施の形態２において説明したのと同様に、Ｃ６０等のフラーレンを溶かした有機溶媒とアルコールとの混合比を変化させることにより制御することができる。
【００４２】
また、ここでは、従来のスラリーに含まれる砥粒に対して、潤滑剤としてＣ６０会合体２６を混入する場合について説明した。しかし、例えば、図６に示すように、Ｃ６０又はＣ６０会合体とシリカ２４等の砥粒とを凝集させて組み合わせることも考えられる。これにより、球状のＣ６０会合体で、砥粒表面を修飾することになることから、摩擦によるＣｕ膜のはがれ等を防止し、ダメージの少ないＣＭＰを実現することができる。
【００４３】
また、実施の形態４においては、砥粒として、シリカ２４を含む従来のスラリーについて説明した。しかし、この発明においてスラリーはこれに限るものではなく、例えば、砥粒として、アルミナ、セリア、グラファイト等を含む他のスラリーを用いたものであってもよい。また、例えば、実施の形態１〜３のスラリーに、砥粒としてシリカ、アルミナ、セリア、グラファイト等の他の砥粒を混入させたものであってもよい。
その他は実施の形態１〜３と同様であるから説明を省略する。
【００４４】
なお、この発明において「フラーレン」には、例えば、実施の形態１、２、４のＣ６０会合体が該当する。また、「フラーレン化合物」には、例えば、実施の形態３において説明したＣ６０会合体と界面活性剤との沈殿物が該当する。また、この発明において「溶媒」には、例えば、実施の形態１〜３における「純水」が該当する。また、例えば、「有機溶媒」には、例えば、実施の形態１、２のベンゼンあるいはトルエンが該当し、「アルコール」には、例えば、エタノールが該当する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるＣＭＰ装置を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態２における研磨状態を説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態２における研磨状態を説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態２におけるＣ６０会合体の粒子径の変化について説明するための模式図である。
【図５】この発明の実施の形態４における研磨状態を説明するための模式図である。
【図６】この発明の実施の形態４における研磨状態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
２  回転定盤
４  研磨パッド
６  ウェーハ保持部
８  スラリー供給ノズル
１２  ウェーハ
１４  基板
１６  Ｃｕ
２０  砥粒
２４  シリカ
２６  Ｃ６０会合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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