JP2001144052A - 基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホルダから基板の脱離がなくＣＭＰを行うこ
とができる基板の研磨方法とそれに好適に用いられる研
磨液を用いた基板の研磨方法を提供する。 【解決手段】 ホルダに固定した表面に凹凸の有る金属
積層膜を有する基板を研磨定盤に設けた研磨布に押し付
け、研磨布上に研磨液を供給しながら前記基板と前記研
磨定盤とを相対的に動かすことにより、前記金属積層膜
を研磨し表面の凹凸を平坦化する研磨方法において、前
記被研磨膜を有する基板を粘着性の樹脂を介してホルダ
ーに保持固定しながら被研磨膜を研磨する基板の研磨方
法。研磨液が、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜
形成剤、水溶性高分子及び水を含有すると好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に半導体デバイ
スの配線工程に用いられる基板の研磨方法に関連し、特
に埋め込み配線の形成工程に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路（以下ＬＳＩと記
す）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術
が開発されている。化学機械研磨（以下ＣＭＰと記す）
法もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形
成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、
埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術であ
る。この技術は、例えば米国特許第４９４４８３６号に
開示されている。

【０００３】また、最近はＬＳＩを高性能化するため
に、配線材料として銅合金の利用が試みられている。し
かし、銅合金は従来のアルミニウム合金配線の形成で頻
繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困
難である。そこで、あらかじめ溝を形成してある絶縁膜
上に銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅合金
薄膜をＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成する、
いわゆるダマシン法が主に採用されている。この技術
は、例えば特開平２−２７８８２２号公報に開示されて
いる。

【０００４】金属のＣＭＰの一般的な方法は、円形の研
磨定盤（プラテン）上に研磨布を貼り付け、研磨布表面
を研磨液で浸し、基板の金属膜を形成した面を押し付け
て、その裏面から所定の圧力（以下研磨圧力と記す）を
加えた状態で研磨定盤を回し、研磨液と金属膜の凸部と
の機械的摩擦によって凸部の金属膜を除去するものであ
る。

【０００５】ＣＭＰに用いられる研磨液は、一般には酸
化剤及び固体砥粒からなっており必要に応じてさらに酸
化金属溶解剤、保護膜形成剤が添加される。まず酸化に
よって金属膜表面を酸化し、その酸化層を固体砥粒によ
って削り取るのが基本的なメカニズムと考えられてい
る。凹部の金属表面の酸化層は研磨布にあまり触れず、
固体砥粒による削り取りの効果が及ばないので、ＣＭＰ
の進行とともに凸部の金属層が除去されて基板表面は平
坦化される。この詳細についてはジャ−ナル・オブ・エ
レクトロケミカルソサエティ誌（Journal of Electroch
emical Society）の第１３８巻１１号（１９９１年発
行）の３４６０〜３４６４頁に開示されている。

【０００６】ＣＭＰによる研磨速度を高める方法として
酸化金属溶解剤を添加することが有効とされている。固
体砥粒によって削り取られた金属酸化物の粒を研磨液に
溶解させてしまうと固体砥粒による削り取りの効果が増
すためであると解釈できる。但し、凹部の金属膜表面の
酸化層も溶解（以下エッチングと記す）されて金属膜表
面が露出すると、酸化剤によって金属膜表面がさらに酸
化され、これが繰り返されると凹部の金属膜のエッチン
グが進行してしまい、平坦化効果が損なわれることが懸
念される。これを防ぐためにさらに保護膜形成剤が添加
される。酸化金属溶解剤と保護膜形成剤の効果のバラン
スを取ることが重要であり、凹部の金属膜表面の酸化層
はあまりエッチングされず、削り取られた酸化層の粒が
効率良く溶解されＣＭＰによる研磨速度が大きいことが
望ましい。

【０００７】このように酸化金属溶解剤と保護膜形成剤
を添加して化学反応の効果を加えることにより、ＣＭＰ
速度（ＣＭＰによる研磨速度）が向上すると共に、ＣＭ
Ｐされる金属層表面の損傷（ダメ−ジ）も低減される効
果が得られる。

【０００８】しかしながら、従来の固体砥粒を含む研磨
液を用いてＣＭＰによる埋め込み配線形成を行う場合に
は、（１）埋め込まれた金属配線の表面中央部分が等方
的に腐食されて皿の様に窪む現象（以下ディッシングと
記す）の発生、（２）固体砥粒に由来する研磨傷（スク
ラッチ）の発生、（３）研磨後の基板表面に残留する固
体砥粒を除去するための洗浄プロセスが複雑であるこ
と、（４）固体砥粒そのものの原価や廃液処理に起因す
るコストアップ、等の問題が生じる。

【０００９】ディッシングや研磨中の銅合金の腐食を抑
制し、信頼性の高いＬＳＩ配線を形成するために、グリ
シン等のアミノ酢酸又はアミド硫酸からなる酸化金属溶
解剤及びＢＴＡ（ベンゾトリアゾ−ル）を含有する金属
用研磨液を用いる方法が提唱されている。この技術は例
えば特開平８−８３７８０号公報に記載されている。

【００１０】銅または銅合金のダマシン配線形成やタン
グステン等のプラグ配線形成等の金属埋め込み形成にお
いては、埋め込み部分以外に形成される層間絶縁膜であ
る二酸化シリコン膜の研磨速度も大きい場合には、層間
絶縁膜ごと配線の厚みが薄くなるシニングが発生する。
その結果、配線抵抗の増加やパターン密度等により抵抗
のばらつきが生じるために、研磨される金属膜に対して
二酸化シリコン膜の研磨速度が十分小さい特性が要求さ
れる。そこで、酸の解離により生ずる陰イオンにより二
酸化シリコンの研磨速度を抑制することにより、研磨液
のｐＨをｐＫａ−０．５よりも大きくする方法が提唱さ
れている。この技術は、例えば特許第２８１９１９６号
公報に記載されている。

【００１１】一方、配線の銅或いは銅合金等の下層に
は、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためにバリア層とし
て、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物等が形成される。したがって、銅或い
は銅合金を埋め込む配線部分以外では、露出したバリア
層をＣＭＰにより取り除く必要がある。しかし、これら
のバリア層導体膜は、銅或いは銅合金に比べ硬度が高い
ために、銅または銅合金用の研磨材料の組み合わせでは
十分なＣＭＰ速度が得られない場合が多い。そこで、銅
或いは銅合金を研磨する第１工程と、バリア層導体を研
磨する第２工程からなる２段研磨方法が検討されてい
る。

【００１２】銅或いは銅合金を研磨する第１工程と、バ
リア層を研磨する第２工程からなる２段研磨方法では、
被研磨膜の硬度や化学的性質が異なるために、研磨液の
ｐＨ、砥粒及び添加剤等の組成物について、かなり異な
る性質のものが検討されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の金属積層膜を有
する基板を水の表面張力を利用してホルダに貼り付けて
ＣＭＰを行う方法では、基板とホルダの粘着性が弱く研
磨中に前記基板の脱離がおこってしまうことがある。従
って、基板とホルダの密着性が強く、研磨中に基板の脱
離が起こらないような研磨方法が望まれていた。本発明
は、ホルダから基板の脱離がなくＣＭＰを行うことがで
きる基板の研磨方法とそれに好適に用いられる研磨液を
用いた基板の研磨方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の基板の研磨方法
は、ホルダに固定した表面に凹凸の有る金属積層膜を有
する基板を研磨定盤に貼り付けた研磨布に押し付け、研
磨布上に研磨液を供給しながら前記基板と前記研磨定盤
とを相対的に動かすことにより、前記金属積層膜を研磨
し表面の凹凸を平坦化する研磨方法において、前記被研
磨膜を有する基板を粘着性の樹脂を介してホルダーに保
持固定しながら被研磨膜を研磨する研磨方法である。本
発明で使用する粘着性の樹脂が、ポリイソプレン、スチ
レン−ブタジエンゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、
ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸−２−エチルヘ
キシル、ポリアクリル酸、シリコーンゴム、ポリビニル
ブチルエーテルから選ばれた少なくとも一種が好まし
い。本発明で使用する研磨液は、金属の酸化剤、酸化金
属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水を含有す
ると好ましい。金属の酸化剤は、過酸化水素、硝酸、過
ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれ
た少なくとも一種が好ましい。酸化金属溶解剤は、有機
酸、有機酸エステル、有機酸のアンモニウム塩及び硫酸
から選ばれた少なくとも一種が好ましい。有機酸は、リ
ンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グリコール酸から選ばれた
少なくとも一種が好ましい。保護膜形成剤は、ベンゾト
リアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体から選ばれた
少なくとも一種が好ましい。水溶性高分子としては、ポ
リアクリル酸及びポリアクリル酸の塩から選ばれる少な
くとも一種が好ましい。本発明の基板の研磨方法では、
研磨される金属膜が、銅、銅合金及びそれらの酸化物か
ら選ばれる少なくとも１種の金属層を含む積層膜からな
り、金属膜を研磨する工程によって少なくとも金属膜の
一部を除去することができる。

【００１５】本発明者らは、基板とホルダーの間に粘着
性の樹脂を介することによって、十分に保持固定できる
ことを見出した。しかもこのような基板の研磨方法を用
いることにより、研磨時の基板の脱離が無くなり安定し
たＣＭＰが可能になる。これは従来の水の表面張力よ
り、粘着性が強いためと考えられる。

【００１６】本発明で用いる研磨剤のエッチング速度の
値としては１０ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑制できれば好まし
い平坦化効果が得られることが分かった。ＣＭＰ速度の
低下が許容できる範囲であればエッチング速度はさらに
低い方が望ましく、５ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑制できれば
例えば５０％程度の過剰ＣＭＰ（金属膜をＣＭＰ除去す
るに必要な時間の１．５倍のＣＭＰを行うこと）を行っ
てもディッシングは問題とならない程度にとまる。さら
にエッチング速度を１ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑制できれ
ば、１００％以上の過剰ＣＭＰを行ってもディッシング
は問題とならない。本発明で用いる研磨剤は、金属の酸
化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及
び水を含有すると好ましく、研磨剤が、ｐＨが３以下で
あり、かつ酸化剤の濃度が０．０１〜３重量％になるよ
うに調整する。研磨液のｐＨは、３を超えて大きいとタ
ンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタン
タル化合物のＣＭＰ速度が小さくなる。ｐＨは、酸の添
加量により調整することができる。また、アンモニア、
水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムハイドラ
イド等のアルカリ成分の添加によっても調整可能であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明においては、表面に凹部を
有する基板上に銅、銅合金（銅／クロム等）を含む金属
膜を形成・充填する。ホルダに粘着性の樹脂で表面に凹
凸の有る金属積層膜を有する基板を固定し、研磨定盤に
貼り付けた研磨布に押し付け、ＣＭＰすると、基板の凸
部の金属膜が選択的にＣＭＰされて、凹部に金属膜が残
されて所望の導体パタ−ンが得られる。本発明の基板の
研磨方法では基板とホルダの密着性が優れているため基
板の研磨中の脱離が減少する。

【００１８】粘着性の樹脂は、フェノール樹脂,エポキ
シ樹脂（ポリアミン硬化、アミノ，アミド硬化）、アル
キルエステル、ポリエステルポリイソシアネート，ポリ
エステル，ポリエチレンイミン，ポイイソシアネート，
セルロースアセテート，セルロースアセテートブチレー
ト，ニトロセルロース，酢酸ビニル−塩化ビニル共重合
体，ポリビニルフォルマール，ポリビニルブチラール，
ポリビニルエーテル，アクリル樹脂，カルボキシル基含
有アクリル樹脂，シアノアクリレート，酢酸ビニル−ア
クリレート共重合体，ポリエーテル，シリコン樹脂，塩
化ゴム，スチレン−ブタジエンゴム，ニトリルゴム，ネ
オプレンゴム，シリコーンゴム等が挙げられる。中で
も、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエンゴム、ブチ
ルゴム、ポリイソプレン、ポリアクリル酸ブチル、ポリ
アクリル酸−２−エチルヘキシル、ポリアクリル酸、シ
リコーンゴム、ポリビニルブチルエーテルから選ばれる
少なくとも1種であると好ましい。

【００１９】本発明で用いる研磨液は、金属の酸化剤の
濃度が０．１５重量％付近でタンタルやタンタル合金及
び窒化タンタルやその他のタンタル化合物のＣＭＰ速度
が極大になる。酸化剤によりタンタルやタンタル合金及
び窒化タンタルやその他のタンタル化合物等の導体膜表
面に、機械的に研磨されやすい一次酸化層が形成され、
高いＣＭＰ速度が得られる。一般にｐＨが３より小さい
場合には、銅及び銅合金膜のエッチング速度が大きくな
り、ディッシング等が発生し易くなるだけでなく、タン
タルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタ
ル化合物等の導体膜表面に、一次酸化層よりも研磨され
にくい二次酸化層が形成されるためにＣＭＰ速度が低下
する。酸化剤の濃度が０．０１重量％未満であると、酸
化層が十分形成されないためにＣＭＰ速度が小さくな
り、タンタル膜の剥離等が発生することもある。

【００２０】金属の酸化剤は、水溶性高分子を含有する
場合には、濃度が０．０１〜１．５重量％であると好ま
しい。水溶性高分子は、タンタルやタンタル合金及び窒
化タンタルやその他のタンタル化合物或いはその酸化膜
表面に吸着するために、高いＣＭＰ速度が得られる酸化
剤濃度範囲が小さくなる。また、水溶性高分子は、特に
窒化タンタルや窒化チタン等の窒化化合物膜の表面に吸
着し易いために、窒化タンタルや窒化チタン等の窒化化
合物膜のＣＭＰ速度が小さくなる。一方、水溶性高分子
は、金属の表面保護膜形成効果を有し、ディッシングや
エロージョン等の平坦化特性を向上させる。金属の酸化
剤としては、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、硝酸、過ヨウ素酸
カリウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、その中
でも過酸化水素が特に好ましい。基板が集積回路用素子
を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、ハロゲン化物などによる汚染は望ましくな
いので、不揮発成分を含まない酸化剤が望ましい。但
し、オゾン水は組成の時間変化が激しいので過酸化水素
が最も適している。但し、適用対象の基板が半導体素子
を含まないガラス基板などである場合は不揮発成分を含
む酸化剤であっても差し支えない。

【００２１】酸化金属溶解剤は、水溶性のものが望まし
い。以下の群から選ばれたものの水溶液が適している。
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル
酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エ
チル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２
−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキ
サン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、サリチル酸、グリセ
リン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、
アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リン
ゴ酸、酒石酸、クエン酸等、及びそれら有機酸のエステ
ル、有機酸のアンモニウム塩等の塩、硫酸、硝酸、アン
モニア、アンモニウム塩類、例えば過硫酸アンモニウ
ム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸
等又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの中で
は、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グリコール酸、ギ
酸、マロン酸が、銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物
から選ばれた少なくとも１種の金属層を含む積層膜に対
して好適である。これらは保護膜形成剤とのバランスが
得やすい点で好ましい。特に、リンゴ酸、酒石酸、クエ
ン酸については実用的なＣＭＰ速度を維持しつつ、エッ
チング速度を効果的に抑制できるという点で好ましい。

【００２２】保護膜形成剤は、以下の群から選ばれたも
のが好適である。アンモニア；ジメチルアミン、トリメ
チルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン等
のアルキルアミンや、エチレンジアミンテトラ酢酸（Ｅ
ＤＴＡ）、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム及び
キトサン等のアミン；グリシン、Ｌ−アラニン、β−ア
ラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バ
リン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイ
シン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、
Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシ
ン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロ
トレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−
ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシ
フェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒド
ロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニ
ン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチ
オニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパ
ラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチ
ル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラ
ギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、
Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ
−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジ
ン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒ
スチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファン、ア
クチノマイシンＣ１、アパミン、アンギオテンシンＩ、
アンギオテンシンＩＩ及びアンチパイン等のアミノ酸；
ジチゾン、クプロイン（２，２’−ビキノリン）、ネオ
クプロイン（２，９−ジメチル−１，１０−フェナント
ロリン）、バソクプロイン（２，９−ジメチル−４，７
−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）及びキュ
ペラゾン（ビスシクロヘキサノンオキサリルヒドラゾ
ン）等のイミン；ベンズイミダゾール−２−チオール、
２−［２−（ベンゾチアゾリル）］チオプロピオン酸、
２−［２−（ベンゾチアゾリル）チオブチル酸、２−メ
ルカプトベンゾチアゾール、１，２，３−トリアゾー
ル、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−
１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、１−
ヒドロキシベンゾトリアゾール、１−ジヒドロキシプロ
ピルベンゾトリアゾール、２，３−ジカルボキシプロピ
ルベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾ
ール、４−カルボキシル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−メトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−ブトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−オクチルオキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ
ール、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、Ｎ−（１，
２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル）−Ｎ−
（１，２，４−トリアゾリル−１−メチル）−２−エチ
ルヘキシルアミン、トリルトリアゾール、ナフトトリア
ゾール、ビス［（１−ベンゾトリアゾリル）メチル］ホ
スホン酸等のアゾール；ノニルメルカプタン、ドデシル
メルカプタン、トリアジンチオール、トリアジンジチオ
ール、トリアジントリチオール等のメルカプタン；及び
グルコース、セルロース等の糖類が挙げられる。その中
でもキトサン、エチレンジアミンテトラ酢酸、Ｌ−トリ
プトファン、キュペラゾン、トリアジンジチオール、ベ
ンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾー
ル、４−カルボキシルベンゾトリアゾールブチルエステ
ル、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾールが高いＣ
ＭＰ速度と低いエッチング速度を両立する上で好まし
い。

【００２３】水溶性高分子としては、以下の群から選ば
れたものが好適である。アルギン酸、ペクチン酸、カル
ボキシメチルセルロ−ス、寒天、カ−ドラン及びプルラ
ン等の多糖類；グリシンアンモニウム塩及びグリシンナ
トリウム塩等のアミノ酸塩；ポリアスパラギン酸、ポリ
グルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタク
リル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタク
リル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、
ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ−スチレンカ
ルボン酸）、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリル
アミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム
塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリ
アミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及
びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩；
ポリビニルアルコ−ル、ポリビニルピロリドン及びポリ
アクロレイン等のビニル系ポリマ等が挙げられる。但
し、適用する基板が半導体集積回路用シリコン基板など
の場合はアルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化
物等による汚染は望ましくないため、酸もしくはそのア
ンモニウム塩が望ましい。基板がガラス基板等である場
合はその限りではない。その中でもペクチン酸、寒天、
ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポ
リアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリルアミド、ポ
リビニルアルコール及びポリビニルピロリドン、それら
のエステル及びそれらのアンモニウム塩が好ましく、特
に、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸の塩が好まし
い。

【００２４】金属の酸化剤成分の配合量は、金属の酸化
剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び
水の総量１００gに対して、０．００３〜０．７ｍｏｌ
とすることが好ましく、０．０３〜０．５ｍｏｌとする
ことがより好ましく、０．２〜０．３ｍｏｌとすること
が特に好ましい。この配合量が、０．００３ｍｏｌ未満
では、金属の酸化が不十分でＣＭＰ速度が低く、０．７
ｍｏｌを超えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。

【００２５】本発明における酸化金属溶解剤成分の配合
量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、
水溶性高分子及び水の総量１００gに対して０．０００
０１〜０．００５ｍｏｌとすることが好ましく、０．０
０００５〜０．００２５ｍｏｌとすることがより好まし
く、０．０００５〜０．００１５ｍｏｌとすることが特
に好ましい。この配合量が０．００５ｍｏｌを超える
と、エッチングの抑制が困難となる傾向がある。

【００２６】保護膜形成剤の配合量は、金属の酸化剤、
酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の
総量１００gに対して０．０００１〜０．０５ｍｏｌと
することが好ましく０．０００３〜０．００５ｍｏｌと
することがより好ましく、０．０００５〜０．００３５
ｍｏｌとすることが特に好ましい。この配合量が、０．
０００１ｍｏｌ未満では、エッチングの抑制が困難とな
る傾向があり、０．０５ｍｏｌを超えるとＣＭＰ速度が
低くなってしまう傾向がある。

【００２７】水溶性高分子の配合量は、金属の酸化剤、
酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の
総量１００gに対して０．００１〜０．３重量％とする
ことが好ましく０．００３〜０．１重量％とすることが
より好ましく０．０１〜０．０８重量％とすることが特
に好ましい。この配合量が、０．００１重量％未満で
は、エッチング抑制において保護膜形成剤との併用効果
が現れない傾向があり０．３重量％を超えるとＣＭＰ速
度が低下してしまう傾向がある。水溶性高分子の重量平
均分子量は５００以上とすることが好ましく、１５００
以上とすることがより好ましく５０００以上とすること
が特に好ましい。重量平均分子量の上限は特に規定する
ものではないが、溶解性の観点から５００万以下であ
る。重量平均分子量が５００未満では高いＣＭＰ速度が
発現しない傾向にある。本発明では、水溶性高分子の重
量平均分子量が５００以上の重量平均分子量が異なる少
なくとも２種以上を用いることが好ましい。同種の水溶
性高分子であっても、異種の水溶性高分子であってもよ
い。

【００２８】本発明の基板の研磨方法は、ホルダに粘着
性の樹脂を介して表面に凹凸の有る金属積層膜を有する
基板を保持固定し、これを研磨定盤に貼り付けた研磨布
に押し付け、研磨布上に研磨液を供給しながら前記基板
と前記研磨定盤とを相対的に動かすことによって被研磨
膜を研磨する研磨方法である。研磨する装置としては、
半導体基板を保持するホルダと研磨布を貼り付けた（回
転数が変更可能なモータ等を取り付けてある）定盤を有
する一般的な研磨装置が使用できる。研磨条件には制限
はないが、定盤の回転速度は基板が飛び出さないように
２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。被研磨膜を有す
る半導体基板の研磨布への押し付け圧力が９．８〜９８
ＫＰａ（１００〜１０００ｇｆ／ｃｍ²）であることが
好ましく、ＣＭＰ速度のウエハ面内均一性及びパターン
の平坦性を満足するためには、９．８〜４９ＫＰａ（１
００〜５００ｇｆ／ｃｍ²）であることがより好まし
い。研磨している間、研磨布には研磨液をポンプ等で連
続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨布の
表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。研磨
終了後の半導体基板は、流水中でよく洗浄後、スピンド
ライ等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落と
してから乾燥させることが好ましい。

【００２９】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。本発明はこれらの実施例により限定されるものでは
ない。 （研磨液の作製）酸化金属溶解剤としてＤＬ−リンゴ酸
（試薬特級）０．１５重量部に水７０重量部を加えて溶
解し、これに保護膜形成剤としてベンゾトリアゾール
０．２重量部のメタノ−ル０．８重量部溶液を加え、さ
らに、水溶性高分子としてポリアクリル酸アンモニウム
０．０５重量部（固形分量）を加えた。最後に金属の酸
化剤として過酸化水素水（試薬特級、３０重量％水溶
液）３３．２重量部を加えて得られたものを研磨液とし
た。

【００３０】基板を固定する粘着性の樹脂として、実施
例１では、ポリアクリル酸を、実施例２では、シリコー
ンゴムを用いた。比較例として、粘着性を有しないエポ
キシ樹脂の発泡体を用いた。研磨布として、発泡ポリウ
レタン（ＩＣ−１０００；ロデール社製商品名）を用
い、以下の研磨条件でＣＭＰした。 （研磨条件） 基板：厚さ１μｍの銅膜を形成したシリコン基板 研磨
圧力：２０．６， ４０．４ＫＰａ（２１０、 ４１０
ｇ／ｃｍ²） 基板と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ （研磨品の評価） ＣＭＰ速度：銅膜のＣＭＰ前後での膜厚差を電気抵抗値
から換算して求めた。 エッチング速度：攪拌した研磨液（２５℃、攪拌１００
ｒｐｍ）への浸漬前後の銅層膜厚差を電気抵抗値から換
算して求めた。その結果、エッチング速度は０．６ｎｍ
／ｍｉｎであった。 また、ディッシングを評価するため、絶縁層中に深さ
０．５μｍの溝を形成して公知のスパッタ法によって銅
膜を形成して公知の熱処理によって埋め込んだシリコン
基板を用いてＣＭＰを行った。ＣＭＰ後の基板の目視、
光学顕微鏡観察、及び電子顕微鏡観察によりディッシン
グ、エロ−ジョン及び研磨傷発生の有無を確認した。そ
の結果、エロ−ジョン及び研磨傷の発生は見られなかっ
た。

【００３１】比較例及び実施例１〜２における、ＣＭＰ
速度の測定結果を表１に示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】比較例１に示したように発泡エポキシ樹脂
を使用し、水の表面張力でウエハを固定すると、高研磨
荷重時、ウエハの脱離がおこる。これに対し、実施例１
〜２に示したように、粘着性の樹脂を使用し、ウエハを
固定すると、高研磨荷重時でもウエハの脱離が起こらず
研磨ができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の基板の研磨方法は、粘着性の樹
脂を使用しウエハをホルダに固定し研磨することにより
高研磨荷重時のウエハの脱離を防止し研磨を可能とする
ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉田 靖 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (72)発明者 内田 剛 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (72)発明者 五十嵐 明子 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホルダに固定した表面に凹凸の有る金属
   積層膜を有する基板を研磨定盤に設けた研磨布に押し付
   け、研磨布上に研磨液を供給しながら前記基板と前記研
   磨定盤とを相対的に動かすことにより、前記金属積層膜
   を研磨し表面の凹凸を平坦化する研磨方法において、前
   記被研磨膜を有する基板を粘着性の樹脂を介してホルダ
   ーに保持固定しながら被研磨膜を研磨する基板の研磨方
   法。
2. 【請求項２】 粘着性の樹脂が、ポリイソプレン、スチ
   レン−ブタジエンゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、
   ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸−２−エチルヘ
   キシル、ポリアクリル酸、シリコーンゴム、ポリビニル
   ブチルエーテルから選ばれる少なくとも1種である請求
   項１に記載の基板の研磨方法。
3. 【請求項３】 研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解
   剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水を含有する請求
   項1または請求項２に記載の基板の研磨方法。
4. 【請求項４】 金属の酸化剤が、過酸化水素、硝酸、過
   ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれ
   る少なくとも１種である請求項３に記載の基板の研磨方
   法。
5. 【請求項５】 酸化金属溶解剤が、有機酸、有機酸エス
   テル、有機酸のアンモニウム塩及び硫酸から選ばれる少
   なくとも１種である請求項３または請求項４に記載の基
   板の研磨方法。
6. 【請求項６】 有機酸が、リンゴ酸、クエン酸、酒石
   酸、グリコール酸から選ばれる少なくとも１種である請
   求項５に記載の基板の研磨方法。
7. 【請求項７】 保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール及
   びベンゾトリアゾール誘導体から選ばれる少なくとも１
   種である請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の基
   板の研磨方法。
8. 【請求項８】 水溶性高分子が、ポリアクリル酸及びポ
   リアクリル酸の塩から選ばれる少なくとも１種である請
   求項３ないし請求項７のいずれかに記載の基板の研磨方
   法。
9. 【請求項９】 研磨される金属膜が、銅、銅合金および
   それらの酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む請求
   項１ないし請求項８のいずれかに記載の基板の研磨方
   法。