JP2001057351A - 化学機械研磨用水系分散体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅等の研磨において、被研磨面にスクラッチ
等を生ずることなく、且つ十分な速度で研磨することが
できる化学機械研磨用水系分散体を提供する。 【解決手段】 架橋構造を有し、その分子中に、陽イオ
ンを形成し得る官能基を有する重合体、或いは共重合体
からなる粒子と、水とを含有する水系分散体を得る。陽
イオンを形成し得る官能基を有する重合体は、この特定
の官能基を有するアゾ系の重合開始剤を使用し、メチル
メタクリレート等を重合させることにより生成させるこ
とができる。また、ポリスチレン等の存在下、上記の重
合開始剤を用いて、メチルメタクリレート等を重合させ
ることにより生成させることもできる。更に、陽イオン
を形成し得る官能基を有する共重合体は、３−アミノ−
２−ヒドロキシプロピルメタクリレート等の特定の官能
基を有する単量体を、メチルメタクリレート等と共重合
させることにより生成させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
において有用な化学機械研磨用水系分散体（以下、「水
系分散体」ということもある。）に関する。更に詳しく
は、本発明は、架橋構造を有し、分子中に、被研磨面を
形成する金属と反応し得る官能基、特に、陽イオンを形
成し得る官能基を有する重合体（以下、重合体なる用語
は共重合体を含むものとする。）からなる粒子を水に分
散させてなり、半導体装置の被加工膜などの研磨に好適
な水系分散体に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度の向上、多層配線化
などにともない、被加工膜等の研磨に化学機械研磨の技
術が導入されている。これはプロセスウェハ上の絶縁膜
に形成された孔、溝などに、タングステン、アルミニウ
ム、銅等の配線材料を埋め込んだ後、研磨により余剰の
配線材料を除去することにより配線を形成するものであ
る。この研磨技術においては、従来より、シリカ、或い
は金属酸化物からなる研磨粒子を含む水系分散体が研磨
剤として用いられている。しかし、これらの研磨粒子は
硬度が高く、被研磨面に、ＬＳＩの信頼性を低下させる
スクラッチ及びディッシング等が発生するという問題が
ある。特に、現在、その使用が検討されている硬度の低
い多孔質の絶縁膜においては、スクラッチ等の抑制がよ
り大きな検討課題となる。

【０００３】このスクラッチ等の発生を抑えるため、研
磨粒子として重合体粒子を用いることが提案されてい
る。特開平１０−２７０４００号公報には、乳化重合に
より得られるビニル化合物重合体粒子を含有する水性エ
マルジョンからなる半導体装置製造用研磨剤が記載され
ている。また、この乳化重合の重合開始剤として２，２
−アゾビス（２−アミノプロパン）塩酸塩が例示されて
いる。しかし、この化合物は単に重合開始剤の一例とし
て記載されているにすぎず、他の何らかの作用を有する
か否か等についてはまったく言及されていない。更に、
特開平１０−１６８４３１号公報には、高分子電解質を
コーティングした研磨剤粒子を含有する研磨用スラリが
開示されている。しかし、この研磨剤粒子は無機粒子で
ある。しかも、その全面に高分子電解質がコーティング
された場合は、研磨速度が低下することも示唆されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、架橋構造を
有し、特定の官能基を有する重合体からなる粒子を含有
する化学機械研磨用水系分散体を提供することを課題と
する。また、特に、本発明は、銅等の硬度の低い金属面
であっても、被研磨面においてスクラッチ等を生ずるこ
となく、且つ適度なエッチング速度と、十分な研磨速度
とを併せ有し、半導体装置の被加工膜等の研磨において
有用な水系分散体を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に架橋
構造を有し、分子中に、被研磨面を形成する金属と反応
し得る官能基を有する重合体からなる粒子を含有する化
学機械研磨用水系分散体（以下、第１発明という。）に
より達成される。上記課題は、第２に架橋構造を有し、
分子中に、陽イオンを形成し得る官能基を有する重合体
からなる粒子を含有する化学機械研磨用水系分散体（以
下、第２発明という。）により達成される。また、上記
課題は、第３に更に錯化剤を含有させること（以下、第
３発明という。）により達成される。上記課題は、第４
に更に被研磨面に不動態皮膜が形成される化合物を含有
させること（以下、第４発明という。）により達成され
る。上記課題は、第５に更に酸化剤を含有させること
（以下、第５発明という。）により達成される。上記課
題は、第６に上記官能基を特定すること（以下、第６発
明という。）により達成される。更に、上記課題は、第
７に特定の重合開始剤を用いて合成した架橋構造を有す
る重合体を用いること（以下、第７発明という。）によ
り達成される。上記課題は、第８に特定の単量体を用い
て合成した架橋構造を有する重合体を用いること（以
下、第８発明という。）により達成される。

【０００６】第１発明の化学機械研磨用水系分散体は、
重合体粒子及び水を含有し、該重合体粒子は架橋構造を
有する重合体により構成され、該重合体は、その分子中
に、被研磨面を形成する金属と反応し得る官能基を有す
ることを特徴とする。ここでいう反応とは、共有結合、
イオン結合、配位結合等の化学結合の形成を意味する。
また、第２発明の化学機械研磨用水系分散体は、重合体
粒子及び水を含有し、該重合体粒子は架橋構造を有する
重合体により構成され、該重合体は、その分子中に、陽
イオンを形成し得る官能基を有することを特徴とする。

【０００７】架橋構造を有する重合体は、下記の架橋性
単量体とその他の単量体とを共重合させることにより合
成することができる。架橋性単量体としては、ジビニル
ベンゼンに代表されるジビニル芳香族化合物、或いはエ
チレングリコールジアクリレート、エチレングリコール
ジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリ
レート及びトリメチロールプロパントリメタクリレート
に代表される多価アクリレート化合物などの、２以上の
共重合性２重結合を有する化合物を用いることができ
る。

【０００８】多価アクリレート化合物としては、上記の
他、以下の各種のものを使用することができる。 ジアクリレート化合物 ポリエチレングリコールジアクリレート、１，３−ブチ
レングリコールジアクリレート、１，６−ヘキサングリ
コールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアク
リレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、
２，２’−ビス（４−アクリロキシプロピロキシフェニ
ル）プロパン、２，２’−ビス（４−アクリロキシジエ
トキシフェニル）プロパン、

【０００９】トリアクリレート化合物 トリメチロールエタントリアクリレート、テトラメチロ
ールメタントリアクリレート、 テトラアクリレート化合物 テトラメチロールメタンテトラアクリレート、

【００１０】ジメタクリレート化合物 ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレン
グリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール
ジメタクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタ
クリレート、１，４−ブチレングリコールジメタクリレ
ート、１，６−ヘキサングリコールジメタクリレート、
ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ジプロピレ
ングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコ
ールジメタクリレート、２，２’−ビス（４−メタクリ
ロキシジエトキシフェニル）プロパン、 トリメタクリレート化合物 トリメチロールエタントリメタクリレート、これらの架
橋性単量体は、１種のみを用いてもよいし、２種以上を
併用してもよい。

【００１１】その他の単量体としては、スチレン、α−
メチルスチレン等のビニル芳香族化合物、アクリル酸、
メタクリル酸等の不飽和カルボン酸化合物、無水マレイ
ン酸等の不飽和ジカルボン酸の無水物等が挙げられる。
更に、メチルアクリレート、エチルアクリレート、２−
エチルヘキシルアクリレート等のアクリル酸エステル、
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、２−エ
チルヘキシルメタクリレート等のメタクリル酸エステル
を挙げることもできる。これらのその他の単量体は、１
種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

【００１２】架橋性単量体とその他の単量体との共重合
は、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等、各種の方法によ
って行うことができ、この共重合により架橋構造を有す
る重合体を得ることができる。重合温度、重合時間、及
びその他の重合条件は、共重合させる単量体の種類、所
望の分子量等の特性に応じて適宜選択することができ
る。また、架橋性単量体は、共重合の開始時から反応系
に一括して配合されていてもよく、重合の進行とともに
重合系に逐次配合し、反応させてもよい。共重合に際し
て用いられる架橋性単量体は、単量体の合計量の５〜８
０重量％（以下、「％」と略記する。）、特に５〜６０
％、更には７〜６０％とすることが好ましい。

【００１３】架橋構造を有する重合体は、ランダム共重
合体、グラフト共重合体及びブロック共重合体のいずれ
の構造を有するものであってもよい。また、非架橋構造
の重合体粒子に架橋性単量体をグラフト重合させ、或い
は架橋性単量体とその他の単量体とを共グラフト重合さ
せ、主にその表面に架橋構造を形成させた重合体粒子と
することもできる。

【００１４】第１及び第２発明における重合体粒子の平
均粒子径は０．０１〜１０μｍであることが好ましく、
特に０．０１〜５μｍ、更には０．０１〜３μｍである
ことがより好ましい。重合体粒子の平均粒子径が０．０
１μｍ未満であると、研磨速度が低下し、この平均粒子
径が１０μｍを超える場合は、重合体粒子が沈降し易
く、安定な水系分散体とすることが容易ではない。これ
らの平均粒子径は、透過型電子顕微鏡によって観察する
ことにより測定することができる。

【００１５】第３発明は、第１乃至第２発明において、
更に錯化剤を含有させることができる旨を明らかにした
ものである。錯化剤としては、ベンゾトリアゾール、ト
リルトリアゾール、チオ尿素、ベンズイミダゾール、ベ
ンゾフロキサン、２，１，３−ベンゾチアジアゾール、
２−メルカプトベンゾチアゾール、２−メルカプトベン
ゾチアジアゾール、２−メルカプトベンゾオキサゾール
及びメラミン等の複素環化合物を使用することができ
る。また、サリチルアルドキシム、ｏ−フェニレンジア
ミン、ｍ−フェニレンジアミン、カテコール及びｏ−ア
ミノフェノール等を用いることもできる。これらの錯化
剤の含有量は０．００１〜２重量部（以下、「部」と略
記する。）とすることができ、０．０１〜１部、特に
０．０２〜０．５部とすることが好ましい。

【００１６】第４発明は、更に被研磨面に不動態皮膜を
形成し得る化合物を含有させることができる旨を明らか
にしたものである。この第４発明における化合物として
は、第３発明における錯化剤と同様のもの等を用いるこ
とができる。

【００１７】第５発明は、第１乃至第４発明において、
更に酸化剤を含有させることができる旨を明らかにした
ものである。酸化剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸
アンモニウム、過酸化水素、硝酸及び硫酸等を使用する
ことができ、過硫酸カリウムが特に好ましい。これらの
酸化剤の含有量は０．０１〜５部とすることができ、
０．１〜４部、特に０．３〜３部とすることが好まし
い。

【００１８】第６発明は、第１乃至第５発明において、
重合体粒子を構成する重合体の分子が有する官能基、特
に、陽イオンを形成し得る官能基のうち、推奨される官
能基を明らかにしたものである。この官能基としては、
アミノ基、ピリジル基及びアクリルアミド基が挙げられ
る。これらのうちでもアミノ基が特に好ましい。尚、こ
の官能基は、第５発明に例示した以外のカチオン基とす
ることもできる。

【００１９】第７発明は、第１乃至第６発明において、
特定の重合開始剤を使用することにより、分子中に、特
定の官能基を導入することができる旨を明らかにしたも
のである。

【００２０】分子鎖に特定の官能基を導入することがで
きる重合開始剤としては、２，２’−アゾビス−（２−
アミジノプロパン）二塩酸塩（例えば、商品名「Ｖ−５
０」）、２，２’−アゾビス−（２−アミノプロパン）
二塩酸塩、アゾビスイソブチロニトリル（例えば、商品
名「Ｖ−６０」）、１，１’−アゾビス−（シクロヘキ
サン−１−カルボニトリル）（例えば、商品名「Ｖ−４
０」）、２，２’−アゾビス−（２，４−ジメチルバレ
ロニトリル）、２，２’−アゾビス−（４−メトキシ−
２，４−ジメチルバレロニトリル）（例えば、商品名
「Ｖ−７０」）等が挙げられる。以上、商品名を挙げた
重合開始剤はいずれも和光純薬工業株式会社製である。

【００２１】ここで、上記特定の重合開始剤を使用した
重合体の合成は、コア粒子として他の重合体粒子が存在
する状態で実施することもできる。この重合体粒子とし
ては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等、上
記各種の単量体を重合、或いは共重合させてなる粒子を
挙げることができる。

【００２２】これら特定の重合開始剤の使用量は、重合
体を合成する際に使用する単量体と、場合により用いら
れるコア粒子としての重合体粒子との合計量１００部に
対して、０．１〜７部とすることができ、０．５〜４
部、特に０．５〜３部とすることが好ましい。上記特定
の重合開始剤の使用量が０．１部未満であると、研磨速
度が十分に向上せず、一方、この重合開始剤を７部使用
すれば所期の効果が十分に得られ、それ以上に多量に使
用する必要はない。

【００２３】第７発明における重合体は、溶液重合、乳
化重合、懸濁重合等、各種の一般的な方法によって製造
することができる。重合温度、重合時間、その他の重合
条件は、使用する単量体の種類、及び所要の分子量等の
特性に応じて適宜設定することができる。

【００２４】第８発明は、第１乃至第７発明において、
特定の単量体を重合成分、或いは共重合成分として使用
することにより、重合体の分子中に、特定の官能基を導
入することができる旨を明らかにしたものである。上記
特定の単量体としては、以下の各種のものが挙げられ
る。 （１）３−アミノ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）ア
クリレート等の置換ヒドロキシアルキル（メタ）アクリ
レート類、（２）２−ジメチルアミノエチル（メタ）ア
クリレート、２−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリ
レート、２−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレ
ート、３−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレー
ト等のアミノアルキル基含有（メタ）アクリレート類、

【００２５】（３）２−（ジメチルアミノエトキシ）エ
チル（メタ）アクリレート、２−（ジエチルアミノエト
キシ）エチル（メタ）アクリレート、３−（ジメチルア
ミノエトキシ）プロピル（メタ）アクリレート等のアミ
ノアルコキシアルキル基含有（メタ）アクリレート類、
（４）２−（２’−ヒドロキシ−５’−メタクリロキシ
エチルフェニル）−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２−
（２’−ヒドロキシ−５’−メタクリロキシエチル−
３’−ｔ−ブチルフェニル）−２Ｈ−ベンゾトリアゾー
ル等の紫外線吸収性官能基含有（メタ）アクリレート
類、（５）１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピ
ペリジル（メタ）アクリレート、２，２，６，６−テト
ラメチル−４−ピペリジル（メタ）アクリレート等の光
安定化基含有（メタ）アクリレート類、

【００２６】（６）Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミ
ド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル−
Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル
（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）ア
クリルアミド等のＮ−アルキル基含有（メタ）アクリル
アミド類、（７）Ｎ−（２−ジメチルアミノエチル（メ
タ）アクリルアミド、Ｎ−（２−ジエチルアミノエチル
（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（２−ジメチルアミノプ
ロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（３−ジメチルア
ミノプロピル（メタ）アクリルアミド等のＮ−アミノア
ルキル基含有（メタ）アクリルアミド類

【００２７】（８）２−ビニルピリジン、４−ビニルピ
リジン等のビニルピリジン類、（９）（メタ）アクリル
アミド、Ｎ−メトキシメチル（メタ）アクリルアミド、
Ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−
ジメトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−
メチレンビス（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチ
レンビス（メタ）アクリルアミド、マレイン酸アミド、
マレイミド等の不飽和カルボン酸のアミド、或いはイミ
ド、（１０）（メタ）アクリロニトリル、クロトンニト
リル、ケイ皮酸ニトリル等の不飽和カルボン酸ニトリル
類、（１１）Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチロール（メタ）アクリルアミド等のＮ−
メチロール化不飽和カルボン酸アミド類。

【００２８】上記特定の単量体は、１種のみを用いても
よいし、２種以上を併用することもできる。また、上記
特定の単量体と、前述した第１乃至２発明における重合
体を合成する際に使用するその他の単量体を併用し、こ
れに更に架橋性単量体を共重合させることもできる。こ
の第８発明において、重合開始剤としては、過硫酸カリ
ウム、過硫酸アンモニウム、２，２’−アゾビスイソブ
チロニトリル及び過酸化水素等を使用することができ
る。更に、第７発明における特定の重合開始剤を使用す
ることもできる。また、重合開始剤の使用量は、重合体
を合成する際に使用する単量体１００部に対して、０．
１〜５部とすることができ、０．５〜４部、特に１〜３
部とすることが好ましい。

【００２９】ここで、上記特定の単量体を使用した重合
体の合成は、コア粒子として他の重合体粒子が存在する
状態で実施することもできる。この重合体粒子として
は、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等、第１
乃至第２発明と同様の各種の単量体を重合、或いは共重
合させてなる粒子を挙げることができる。特定の単量体
の使用量は、重合体等を合成する際に使用する単量体
と、場合により用いられるコア粒子としての重合体粒子
との合計量１００部に対して、０．１〜５部とすること
ができ、０．５〜４部、特に１〜３部とすることが好ま
しい。特定の単量体の使用量が０．１部未満であると、
研磨速度が十分に向上しない。一方、この単量体を５部
使用すれば所期の効果が十分に得られ、それ以上に多量
に使用する必要はない。

【００３０】第８発明における重合体は、溶液重合、乳
化重合、懸濁重合等、各種の一般的な方法によって製造
することができる。重合温度、重合時間、その他の重合
条件は、使用する単量体の種類、及び所要の分子量等の
特性に応じて適宜設定することができる。

【００３１】本発明における重合体粒子の調製方法は特
に限定されないが、水系媒体、又は有機溶媒を用いて重
合体を製造した後、得られる重合体を粉砕し、所定の粒
径に整粒する方法が挙げられる。更に、重合体の製造時
に単量体を水系媒体等に微分散させ、所定の粒径を有す
る重合体粒子とする方法などを挙げることもできる。

【００３２】化学機械研磨用水系分散体の調製方法とし
ては、水系媒体を用いて所定の粒径を有する重合体粒子
を生成させ、この水系分散体をそのまま用いる方法が最
も簡便である。また、生成した重合体粒子を水系媒体か
ら分離した後、再び媒体に分散させることもできる。こ
の方法であれば、重合体粒子の含有量を容易に調整する
ことができる。更に、重合体を有機溶媒を用いて製造し
た場合であっても、得られる重合体が粒子状であれば、
有機溶媒を蒸留等によって除去し、水或いは水系媒体と
置換することにより容易に水系分散体とすることができ
る。水系媒体としては、水及び水とメタノール等との混
合物が挙げられるが、水のみを用いることが好ましい。

【００３３】化学機械研磨用水系分散体に含有される重
合体粒子は、水系分散体を１００部とした場合に、０．
１〜２０部、特に０．５〜１５部、更には１〜１０部で
あることが好ましい。また、研磨粒子として機能する重
合体粒子の形状は球状であることが好ましいが、この球
状とは、鋭角部分を有さない略球形のものをも意味し、
必ずしも真球に近いものである必要はない。球状の重合
体粒子を用いることにより、被研磨面におけるスクラッ
チの発生がより確実に抑えられ、且つ十分な速度で研磨
することができる。

【００３４】第１乃至第８発明の水系分散体では、無機
粒子の配合は必要ないが、スクラッチ等の発生が十分に
抑えられる範囲で、シリカ、並びにアルミナ、チタニ
ア、ジルコニア、セリア、酸化鉄及び酸化マンガン等の
金属酸化物などからなる無機粒子を含有させることもで
きる。尚、この金属酸化物が酸化鉄、酸化マンガン等の
酸化力を有するものである場合は、酸化剤としても機能
する。そのため、前記の酸化剤の使用量を低減すること
ができ、酸化剤の使用が必要ないこともある。

【００３５】本発明の化学機械研磨用水系分散体は、超
ＬＳＩ等の半導体装置の製造過程において、半導体基板
上に設けられる各種の被加工膜、及びタンタル、チタン
等の金属、或いはそれらの酸化物、窒化物などからなる
バリアメタル層の研磨に用いることができる。被加工膜
としては、シリコン酸化膜、アモルファスシリコン膜、
多結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜、シリコン窒化
膜、純タングステン膜、純アルミニウム膜、或いは純銅
膜等の他、タングステン、アルミニウム、銅等と他の金
属との合金からなる膜などが挙げられる。また、本発明
の水系分散体は、これらの各種の被加工膜のうちでも、
純銅膜等の硬度の低いものの研磨において特に有用であ
る。

【００３６】半導体装置の被加工膜の研磨は、無機粒子
を研磨粒子とする従来の方法において用いられている市
販の化学機械研磨装置（ラップマスターＳＦＴ社製、型
式「ＬＧＰ５１０、ＬＧＰ５５２」等）を用いて行なう
ことができる。尚、研磨後、被研磨面に残留する重合体
粒子は除去することが好ましい。この粒子の除去は通常
の洗浄方法によって行うことができるが、重合体粒子の
場合は、被研磨面を、酸素の存在下、高温にすることに
より粒子を燃焼させて除去することもできる。燃焼の方
法としては、酸素プラズマに晒したり、酸素ラジカルを
ダウンフローで供給すること等のプラズマによる灰化処
理等が挙げられ、これによって残留する重合体粒子を被
研磨面から容易に除去することができる。

【００３７】本発明の水系分散体には、重合体粒子の
他、酸化剤等、必要に応じて各種の添加剤を配合するこ
とができる。それによって分散状態の安定性を更に向上
させたり、研磨速度を高めたり、２種以上の被加工膜
等、硬度の異なる被研磨膜の研磨に用いた場合の研磨速
度の差異を調整したりすることができる。具体的には、
アルカリ金属の水酸化物或いはアンモニア、無機酸若し
くは有機酸を配合し、ｐＨを調整することによって水系
分散体の分散性及び安定性を向上させることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を詳
しく説明する。 （１）重合体粒子の合成 合成例１ メチルメタクリレート９５部、ジビニルベンゼン５部、
ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド０．１部、
重合開始剤（和光純薬工業株式会社製、商品名「Ｖ−５
０」）２部、及びイオン交換水４００部を、容量２リッ
トルのフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しな
がら７０℃に昇温し、６時間重合させ、分子鎖の末端に
アミノ基が導入された架橋構造を有する重合体からなる
粒子を得た。重合体粒子の平均粒子径は０．２２μｍで
あった。また、ポリメチルメタクリレートの重合収率は
９６％であった。

【００３９】合成例２ 平均粒子径２００ｎｍのポリスチレン５０部及びイオン
交換水４００部を容量２リットルのフラスコに投入し、
窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら７０℃に昇温させた。
その後、メチルメタクリレート４０部、トリメチロール
プロパントリメタクリレート１０部、ラウリルトリメチ
ルアンモニウムクロライド０．１部及び「Ｖ−５０」
１．５部からなる混合物を、一定の供給速度で４時間か
けて添加した。添加後、更に２時間重合させ、ポリスチ
レン粒子の表面に、分子鎖の末端にアミノ基が導入され
たポリメチルメタクリレートが付着し、複合された架橋
構造を有する重合体からなる粒子を得た。重合体粒子の
平均粒子径は０．２０μｍであった。また、ポリメチル
メタクリレートの重合収率は９５％であった。

【００４０】比較合成例１ 重合開始剤を「Ｖ−５０」から過硫酸アンモニウムに代
え、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライドをラウ
リル硫酸アンモニウムに代えた他は、合成例１と同様に
して重合体粒子を得た。重合体粒子の平均粒子径は０．
２５μｍであった。また、ポリメチルメタクリレートの
重合収率は９８％であった。

【００４１】比較合成例２ 重合開始剤を「Ｖ−５０」から過硫酸アンモニウムに代
え、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライドをラウ
リル硫酸アンモニウムに代えた他は、合成例２と同様に
して重合体粒子を得た。重合体粒子の平均粒子径は０．
２４μｍであった。また、ポリメチルメタクリレートの
重合収率は９７％であった。

【００４２】実施例１（合成例１の重合体粒子を含有す
る水系分散体の調製） イオン交換水に、合成例１の重合体粒子を２．０％の濃
度になるように配合し、これに更に過硫酸カリウム及び
サリチルアルドキシムを、それぞれ０．５％及び０．１
％の濃度になるように添加し、水酸化カリウムによって
ｐＨを８．３に調整し、化学機械研磨用水系分散体を調
製した。 比較例１（比較合成例１の重合体粒子を含有する水系分
散体の調製） 比較合成例１の重合体粒子を用い、サリチルアルドキシ
ムを添加しなかった他は、実施例１と同様にして化学機
械研磨用水系分散体を調製した。

【００４３】実施例２（合成例２の重合体粒子を含有す
る水系分散体の調製） イオン交換水に、合成例２の重合体粒子を２．０％の濃
度になるように配合し、これに更に過硫酸カリウム及び
ベンゾトリアゾールを、それぞれを０．５％及び０．０
２％の濃度になるように添加し、水酸化カリウムによっ
てｐＨを８．３に調整し、化学機械研磨用水系分散体を
調製した。 比較例２（比較合成例２の重合体粒子を含有する水系分
散体の調製） 比較合成例２の重合体粒子を用い、ベンゾトリアゾール
を添加しなかった他は、実施例２と同様にして化学機械
研磨用水系分散体を調製した。

【００４４】これらの水系分散体を使用して銅膜付きウ
ェハ（膜厚；１５０００Å）を研磨し、研磨速度、エッ
チング速度、スクラッチの有無及びディッシングの有無
を評価した。

【００４５】研磨速度 小型の化学機械研磨装置（ラップマスターＳＦＴ社製、
型式「ＬＭ−１５」）を用い、下記の条件で研磨し、下
記の式によって研磨速度を算出した。 テーブル回転数及びヘッド回転数；４５ｒｐｍ、研磨圧
力；２３３ｇ／ｃｍ²、オッシレーションストローク；
５回／分、研磨剤供給速度；５０ｃｃ／分、研磨時間；
３分、研磨パッド；多孔質ポリウレタン製（ロデール・
ニッタ社製、品番「ＩＣ１０００」／「ＳＵＢＡ４０
０」の２層構造） 研磨速度（Å／分）＝（研磨前の銅膜の厚さ−研磨後の
銅膜の厚さ）／研磨時間

【００４６】エッチング速度 ２×２ｃｍに割り取った銅膜付きウェハを水系分散体に
３０分間浸漬し、浸漬前後の銅膜の厚さを測定し、下記
の式によってエッチング速度を算出した。評価結果を表
１に示す。 エッチング速度（Å／分）＝（浸漬前の銅膜の厚さ−浸
漬後の銅膜の厚さ）／浸漬時間

【００４７】スクラッチの有無 被研磨面を洗浄し、乾燥した後、微分干渉顕微鏡により
スクラッチの有無を確認した。 １００μｍ配線ディッシングの深さ 被研磨面を洗浄し、乾燥した後、ケーエルエー・テンコ
ール株式会社製の段差・表面粗さ計（型式；Ｐ−１０）
によりディッシングの深さを測定した。

【００４８】尚、以上の実施例及び比較例において、銅
膜の厚さは抵抗率測定機（ＮＰＳ社製、型式「Σ−
５」）により直流４探針法でシート抵抗を測定し、この
シート抵抗値と銅の抵抗率から下記の式によって算出し
た。 銅膜の厚さ（Å）＝［シート抵抗値（Ω／ｃｍ²）×銅
の抵抗率（Ω／ｃｍ）］×１０⁸

【００４９】以上の評価の結果、実施例１では、研磨速
度は２３００Å／分、エッチング速度は１５Å／分であ
り、実施例２では、研磨速度は２５５０Å／分、エッチ
ング速度は１０Å／分であった。このように実施例１及
び実施例２の水系分散体によれば、十分な速度で研磨す
ることができ、エッチング速度も好ましい範囲であっ
た。また、スクラッチは観察されず、ディッシングも問
題なかった。

【００５０】一方、比較例１及び比較例２では、スクラ
ッチ、ディッシングは大きな問題はなかったものの、研
磨速度は非常に小さく、比較例１では１５０Å／分、比
較例２では１７０Å／分であった。

【００５１】

【発明の効果】第１乃至第８発明の化学機械研磨用水系
分散体によれば、特に、銅膜等の半導体装置の被加工膜
などの研磨において、十分な速度で研磨することができ
るとともに、被研磨面にスクラッチを生ずることがな
く、ディッシングも僅かである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川橋 信夫 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 DA02 DA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重合体粒子及び水を含有し、該重合体粒
   子は架橋構造を有する重合体により構成され、該重合体
   は、その分子中に、被研磨面を形成する金属と反応し得
   る官能基を有することを特徴とする化学機械研磨用水系
   分散体。
2. 【請求項２】 重合体粒子及び水を含有し、該重合体粒
   子は架橋構造を有する重合体により構成され、該重合体
   は、その分子中に、陽イオンを形成し得る官能基を有す
   ることを特徴とする化学機械研磨用水系分散体。
3. 【請求項３】 更に錯化剤を含有する請求項１又は２記
   載の化学機械研磨用水系分散体。
4. 【請求項４】 更に被研磨面に不動態皮膜を形成し得る
   化合物を含有する請求項１又は２記載の化学機械研磨用
   水系分散体。
5. 【請求項５】 更に酸化剤を含有する請求項１乃至４の
   うちのいずれか１項に記載の化学機械研磨用水系分散
   体。
6. 【請求項６】 上記官能基が、アミノ基、ピリジル基及
   びアクリルアミド基のうちの少なくとも1種である請求
   項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の化学機械研磨
   用水系分散体。
7. 【請求項７】 上記重合体は、その分子中に上記官能基
   を導入し得る重合開始剤を用いて得られる請求項１乃至
   ６のうちのいずれか１項に記載の化学機械研磨用水系分
   散体。
8. 【請求項８】 上記重合体は、その分子中に上記官能基
   を導入し得る単量体を用いて得られる請求項１乃至７の
   うちのいずれか１項に記載の化学機械研磨用水系分散
   体。