JP2001308042A

JP2001308042A - 基板用研磨剤スラリ−

Info

Publication number: JP2001308042A
Application number: JP2000125028A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamada; 山田　　勉; Tomio Kubo; 富美夫久保
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】研磨された基板の銅端子や銅配線に銅屑（スカ
ム）の付着がない基板を与える、化学機械研磨用スラリ
−の提供。【解決手段】ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）に
用いる磁気ヘッド基板１、タングステン電極、銅配線が
設けられた半導体デバイス基板など、基盤に銅端子４ま
たは銅配線が設けられ、さらにその表面に絶縁層５が設
けられた基板を化学機械研磨（ＣＭＰ）して絶縁層の一
部を剥離させて銅端子または銅配線を露出させる平坦化
処理の際に用いる、基板用研磨剤スラリ−の物性は、平
均粒径は０．０５〜１．００μｍの砥粒であり、研磨剤
スラリ−中に占める過酸化水素の含有量は、０．１〜
１．０重量％、および水性分散媒の含有量は８５〜９６
重量％、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、ハ−ド・ディスク
・ドライブ（ＨＤＤ）に用いる磁気ヘッド基板、タング
ステン電極、銅配線が設けられた半導体デバイス基板な
ど、基盤に銅端子または銅配線が設けられ、さらにその
表面に絶縁層が設けられた基板を化学機械研磨（ＣＭ
Ｐ）して絶縁層の一部を剥離させて銅端子または銅配線
を露出させる平坦化処理の際に用いる、基板用研磨剤ス
ラリ−に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＤＤの記憶容量の増大に伴い、近年磁
気誘導型薄膜磁気ヘッドから磁気誘導書き込み・磁気抵
抗読み出しの複合型薄膜磁気ヘッド（いわゆるＭＲヘッ
ド）への移行が進んでいる。磁気ヘッド基板１の製造工
程において、図１に示すようにアルミニウム（ＡｌＴｉ
Ｃ）基盤２の表面に鉄−ニッケル層、鉄−ニッケル−コ
バルト層、鉄−ニッケル−リン層、鉄−コバルト−クロ
ム層、コバルト−ニッケル−タンタル層などのパ−マロ
イ層３が形成され、パ−マロイ層の上に銅端子４が設け
られ、パ−マロイ層３と銅端子４の表面に酸化アルミニ
ウムの絶縁薄膜５が形成された磁気ヘッド基板を、ポリ
ウレタンパッドを用い、基盤とパッド間に研磨剤スラリ
−を介在させながら化学機械研磨（ＣＭＰ）して絶縁層
の一部を剥離させて銅端子４を露出させる平坦化処理工
程が存在する。

【０００３】しかしながら、化学機械研磨された基板１
の表面の銅端子４表面には研磨された微粒の銅屑（スカ
ム）６や固結した砥粒７が付着する。同様なことが、セ
ラミックやシリコン基盤の上にタングステン電極および
銅配線が設けられた半導体デバイス基板など、基盤に銅
配線が設けられ、さらにその表面にポリイミド絶縁層が
設けられた基板を化学機械研磨（ＣＭＰ）して絶縁層の
一部を剥離させて銅端子または銅配線を露出させる平坦
化処理の際にも生じる（特開平１０−２７５７９５号、
同１０−２８４４５２号）。

【０００４】固結した砥粒を除くにはブラシを利用した
スクラブ洗浄にて充分である。かかる研磨屑（スカム）
や固結した砥粒を除く洗浄方法としてスクラブ洗浄して
固結した砥粒を除いた後、希フッ酸水でリンス洗浄して
金属スカムを溶解除去する方法が提案されている（月刊
セミコンダクタ− ワ−ルド１９９７．２；９９−１
０２頁。月刊セミコンダクタ− ワ−ルド１９９７．
３；９２−９５頁）。

【０００５】また、特開平１０−２７５７９５号、同１
０−２８４４５２号公報で提案されるように、酸と過酸
化水素水の混合液（ＳＣ−２）、水酸化アンモニウムと
過酸化水素水との混合液（ＳＣ−１）、水酸化アンモニ
ウムと過酸化水素水と有機酸または有機酸アンモニウム
塩の混合液、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とオゾ
ンとの混合液、オゾン含有水などを洗浄水として用いる
ことも行われている。

【０００６】しかしながら、ＬＳＩの超高集積化と共に
デバイスパタ−ンが急速に微細化し、それと共にデバイ
スや銅端子を不良化する微粒子のサイズも著しく微細化
し、微粒子が小さくなる程、銅端子や銅配線に対する付
着力も増加し、銅スカム微粒子の除去が困難となり、基
板の製造歩留まりについては不良率が約２０％と高くな
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅端子を有
する薄膜磁気ヘッド基板や、銅配線を有する半導体デバ
イス基板の製造における絶縁層を剥離して銅端子や銅配
線を露出化する平坦化研磨において使用する研磨剤スラ
リ−として、銅スカムの付着がない基板を与える研磨剤
スラリ−の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、
（ａ）平均粒径が０．０５〜１μｍの砥粒０．１〜１
０重量％、（ｂ）水性媒体８５〜９６重量％および、
（ｃ）過酸化水素０．１〜１重量％を含有する、基板
用研磨剤スラリ−を提供するものである。

【０００９】研磨剤スラリ−中の過酸化水素の存在によ
り、基板のＣＭＰ研磨中に銅端子や銅配線に付着する微
細スカムが消滅する。過酸化水素の濃度が高いと、研磨
パッドの消耗が速いし、銅端子または銅配線部分のエッ
チングも生じ、ディッシングが大きくなり、傷むので１
重量％以下が好ましい。

【００１０】本発明の請求項２は、上記スラリ−におい
て、砥粒が、α−アルミナとベ−マイトの混合物であ
り、その重量比は固形分換算で１：０．１〜０．３であ
ることを特徴とする。

【００１１】スクラッチ傷が生じることがなく、適度な
研磨速度を与える。

【００１２】本発明の請求項３は、（ａ）平均粒径が
０．０５〜０．５μｍのα−アルミナと、ベ−マイトの
混合物砥粒であり、その重量比が固形分換算で１：０．
１〜０．３である砥粒０．１〜１０重量％、（ｂ）水
８５〜９６重量％、（ｃ）過酸化水素０．１〜１重
量％および（ｄ）硝酸アルミニウムまたは硝酸ニッケル
０．１〜２重量％を含有する、基板用研磨剤スラリ−を
提供するものである。

【００１３】セラミックやシリコン基盤の上にタングス
テン電極および銅配線が設けられた半導体デバイス基板
など、基盤に銅配線が設けられ、さらにその表面にポリ
イミド絶縁層が設けられた基板を化学機械研磨（ＣＭ
Ｐ）して絶縁層の一部を剥離させて銅端子または銅配線
を露出させる平坦化処理要の研磨剤スラリ−として銅ス
カムの付着が無い研磨基板を与える。

【００１４】本発明の請求項４は、（ａ）平均粒径が
０．０５〜０．５μｍのα−アルミナと、ベ−マイトの
混合物砥粒であり、その重量比が固形分換算で１：０．
１〜０．３である砥粒０．１〜１０重量％、（ｂ）水
８５〜９６重量％、（ｃ）過酸化水素０．１〜１重
量％、（ｄ）硝酸アルミニウムまたは硝酸ニッケル
０．１〜２重量％および（ｅ）分散剤０．１〜０．５
重量％を含有する、基板用研磨剤スラリ−を提供するも
のである。

【００１５】銅スカムの付着が無い研磨磁気ヘッド基板
を与える。また、硝酸アルミニウムまたは硝酸ニッケル
は基板の研磨速度を速くする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。被研磨物：本発明の研磨剤スラリ−は、付記号型磁気ヘ
ッドの素子形成途中の平坦化研磨に使用される。かかる
被研磨材料としては、例えば絶縁膜として使用されるア
ルミナ、磁気回路を形成するＮｉ−Ｆｅパ−マロイ、磁
気回路に電気を流すＣｕ配線または銅電極などが１、ま
たは２以上の複数露出しているものが挙げられる。ま
た、銅配線を有する半導体デバイス基板の銅配線形成途
中の平坦化研磨に使用される。

【００１７】砥粒：（ａ）成分の砥粒としては、アルミ
ナ（酸化アルミニウム）や酸化セリウム単独、アルミナ
と酸化セリウムの混合物、α−アルミナとコロイダルア
ルミナであるベ−マイトの混合物、単結晶ダイヤモン
ド、多結晶ダイヤモンド、酸化ケイ素、炭化珪素、酸化
クロミウムおよびガラス粉等との併用が挙げられる。こ
れら砥粒は平均粒径が０．０５〜１．０μｍ、好ましく
は０．１〜０．５μｍの粒子である。好ましくは、α−
アルミナとベ−マイトの混合物であり、その重量比は固
形分換算で１：０．１〜０．３が好ましい。研磨剤スラ
リ−中に占める（ａ）成分の砥粒の含有量は、０．０５
〜１０重量％、好ましくは０．１〜３重量％である。
０．０５重量％未満では実用的な研磨速度が得られな
い。１０重量％を超えても効果のより向上は望めず、多
く用いるのは経済的に不利である。

【００１８】水性媒体：（ｂ）成分の分散媒としては、
水単独、または水を主成分（分散媒中、７０〜９９重量
％）とし、アルコ−ル、グリコ−ル等の水溶性有機溶媒
を副成分（１〜３０重量％）として配合したものが使用
できる。水は、０．１μｍカ−トリッジフィルタで濾過
して得たできる限ぎり巨大粒子を含まない水、蒸留水が
好ましい。アルコ−ルとしては、メチルアルコール、エ
チルアルコール、イソプロピルアルコールが、グリコ−
ル類としては、エチレングリコール、テトラメチレング
リコール、ジエチレングリコ−ル、プロピレングリコ−
ル、ポリエチレングリコ−ル、等が挙げられる。

【００１９】研磨剤スラリ−中に占める水性分散媒の含
有量は、８５〜９６重量％、好ましくは９０〜９６重量
％である。８５重量％未満ではスラリ−の粘度が高くな
り研磨剤スラリ−の基板または研磨パッド上への供給性
およびスラリ−の貯蔵安定性が悪い。

【００２０】過酸化水素：（ｃ）成分の過酸化水素は、
通常３５％濃度の過酸化水素水が使用される。研磨剤ス
ラリ−中に占める過酸化水素単独の含有量は０．１〜１
重量％、好ましくは０．２〜０．６重量％である。過酸
化水素は微粒の銅スカムを溶解する。微粒の銅スカムを
溶解するには研磨剤スラリ−中、０．１重量％含有する
ことが必要である。過酸化水素の濃度の増加はスカムを
溶解する速度を向上させるが多量の使用は銅端子や銅配
線を損なうので１重量％を上限とするのが好ましい。

【００２１】硝酸アルミニウムまたは硝酸ニッケル；
（ｄ）成分の水溶性アルミニウム硝酸塩またはニッケル
硝酸塩は、基板の研磨速度の向上に作用する。かかる水
溶性無機塩は、研磨剤スラリ−中、０．１〜２重量％の
量用いられる。

【００２２】分散剤：（ｅ）成分の分散剤としては、ヘ
キサメタリン酸ソ−ダ、オレイン酸、第一リン酸カルシ
ウム等が挙げられる。分散剤は、スラリ−中、０．１〜
０．５重量％用いる。

【００２３】上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）およ
び（ｅ）成分のほかに、他の研磨助剤を配合してもよ
い。かかる研磨助剤としては、ｐＨ調整剤、防かび剤、
防錆剤、消泡剤、界面活性剤、キレ−ト剤等が挙げら
れ、これらは、スラリ−の分散貯蔵安定性、研磨速度の
向上の目的で加えられる。ｐＨ調整剤としては、水酸化
カリウム、水酸化ナトリウム、モルホリン、アンモニア
水等が挙げられる。防錆剤としてはアルカノ−ルアミン
・アルカノ−ルアミンホウ酸縮合物、モノエタノ−ルア
ミン、ジエタノ−ルアミン、トリエタノ−ルアミン、ほ
う酸アルカノ−ルアミン塩、ベンズイソチアゾリン類等
の含窒素有機化合物が挙げられる。消泡剤としては、流
動パラフィン、ジメチルシリコンオイル、ステアリン酸
モノ、ジ-グリセリド混合物、ソルビタンモノパルミチ
エ−ト、等が挙げられる。

【００２４】水溶性キレ−ト剤としては、エチレンジア
ミンテトラアセチックアシッド（ＥＤＴＡ）、エチレン
ジアミンテトラ酢酸の２ナトリウム塩（ＥＤＴＡ−
２）、アミノスルホン酸−Ｎ，Ｎ−２酢酸アルカリ金属
塩、２，２−ジメチルプロパンビスオキサミドのアルカ
リ金属塩、ジエチレントリアミンペンタ酢酸およびその
ナトリウム塩等が挙げられる。

【００２５】基板の化学機械研磨は、キャリアヘッドに
基板を保持し、ヘッドを回転させ、回転している研磨プ
ラテン面上に研磨剤スラリ−を供給しつつ、ヘッドを下
降させて基板をプラテンに押し付け、研磨プラテンと基
板を摺動させて絶縁層の一部を剥離させ、電極または配
線を露出させる平坦化処理を行う。または、バキュ−ム
チャックに基板を保持させ、これを回転し、基板上に研
磨剤スラリ−を供給しつつ、チャック上に離れて設けら
れた研磨パッドを回転させ、これを下降させて研磨パッ
ドを基板に押し付け、研磨パッドと基板を摺動させて絶
縁層の一部を剥離させ、電極または配線を露出させる平
坦化処理を行う。

【００２６】

【実施例】以下，実施例により本発明を更に詳細に説明
する。実施例１純水４０００ｇ、粒径０．２５μｍのα−アルミナ
１００ｇ、硝酸アルミニウム５ｇ、コロイダルアルミ
ナ（ベ−マイト）固形分量で１０ｇ、ヘキサメタ燐酸
ソ−ダ１０ｇおよび３５％過酸化水素水６０ｇを混
合・攪拌し、ｐＨ４．８、粘度１．１ｃｐｓ、比重
１．０１５の磁気ヘッド基板用研磨剤スラリ−調製剤
（スラリ−中の過酸化水素の濃度は０．５重量％）を調
製した。

【００２７】研磨される磁気ヘッド基板として、ＡｌＴ
ｉＣ基盤の表面に鉄−ニッケル−リンパ−マロイ層を、
そのパ−マロイ層の上に銅電極を、更にパ−マロイ層お
よび銅電極の表面に蒸着された酸化アルミニウム絶縁層
を有する基板を用いた。

【００２８】前記研磨剤スラリ−を研磨定盤（プラテ
ン）に貼り付けた研磨パッドに滴下しつつ磁気ヘッド基
板を下降させてプラテンに基板を押し当て、研磨定盤の
回転数と基板の回転数を次の条件で基板を研磨し、酸化
アルミニウム層の一部を剥離し、銅電極を露出させた。定盤回転数５０ r.p.m. 基板回転数５０ｒ．ｐ．ｍ．基板加圧４００ｇ／ｃｍ² 研磨時間２分

【００２９】研磨後、研磨基板をスクラブ洗浄し、研磨
基板の露出された複数の銅電極の表面を観察した。いず
れの銅電極表面にも銅スカムおよび砥粒は見い出されな
かった。

【００３０】比較例１実施例１において、研磨剤スラリ−として３５％過酸化
水素水６０ｇの代わりに純水６０ｇを用いる他は同
様にして磁気ヘッド基板の研磨を行った。得られたスク
ラブ洗浄された研磨基板の露出された複数の銅電極の表
面を観察したところ、図２に示すように銅電極のところ
どころに銅スカムが付着していることが判明した。

【００３１】実施例２純水４０００ｇ、粒径０．２５μｍのα−アルミナ
２００ｇ、硝酸アルミニウム８０ｇ、コロイダルアル
ミナ（ベ−マイト）固形分量で４０ｇ、および３５％
過酸化水素水６０ｇを混合・攪拌し、半導体デバイス
基板用研磨剤スラリ−調製剤（スラリ−中の過酸化水素
の濃度は０．５重量％）を調製した。

【００３２】研磨される半導体デバイス基板として、セ
ラミック基盤の表面に回路、銅配線およびタングステン
電極が形成され、さらに銅配線、タングステン電極の表
面にポリイミド絶縁層を有する基板を用いた。前記研磨
剤スラリ−を研磨定盤（プラテン）に貼り付けた研磨パ
ッドに滴下しつつ基板を下降させてプラテンに基板を押
し当て、研磨定盤と基板を回転させて基板を研磨し、ポ
リイミド層の一部を剥離し、銅配線およびタングステン
電極を露出させた。

【００３３】研磨後、研磨基板をスクラブ洗浄し、研磨
基板の露出された複数の銅配線およびタングステン電極
の表面を観察した。いずれの配線および電極表面にも銅
スカム、砥粒は見い出されなかった。

【００３４】比較例２実施例２において、研磨剤スラリ−として３５％過酸化
水素水６０ｇの代わりに純水６０ｇを用いる他は同
様にして基板の研磨を行った。得られたスクラブ洗浄さ
れた研磨基板の露出された複数の銅配線、タングステン
電極の表面を観察したところ、銅配線や絶縁層のところ
どころに銅スカムが付着していることが判明した。

【００３５】

【発明の効果】本発明の研磨剤スラリ−を用いて研磨さ
れた銅電極または銅配線を備える基板は、研磨された基
板の銅電極、銅配線に銅スカムが付着していない（銅汚
染がない）。よって、研磨後は、薬剤洗浄を必要とせ
ず、研磨基板のスクラブ洗浄、純水によるリンス洗浄の
みで洗浄工程を終えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の化学機械研磨された磁気ヘッド基板の
断面図である。

【図２】従来の化学機械研磨された磁気ヘッド基板の
平面図である。

【符号の説明】

１磁気ヘッド基板２ＡｉＴｉＣ基盤３パ−マロイ層４銅端子５絶縁薄膜６銅屑（スカム）７砥粒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）平均粒径が０．０５〜１μｍの砥
粒０．１〜１０重量％、（ｂ）水性媒体８５〜９６
重量％および、（ｃ）過酸化水素０．１〜１重量％を
含有する、基板用研磨剤スラリ−。
【請求項２】砥粒が、α−アルミナとベ−マイトの混
合物であり、その重量比は固形分換算で１：０．１〜
０．３であることを特徴とする、請求項１に記載の基板
用研磨剤スラリ−。
【請求項３】（ａ）平均粒径が０．０５〜０．５μｍ
のα−アルミナと、ベ−マイトの混合物砥粒であり、そ
の重量比が固形分換算で１：０．１〜０．３である砥粒
０．１〜１０重量％、（ｂ）水８５〜９６重量％、
（ｃ）過酸化水素０．１〜１重量％および（ｄ）硝酸
アルミニウムまたは硝酸ニッケル０．１〜２重量％を
含有する、基板用研磨剤スラリ−。
【請求項４】（ａ）平均粒径が０．０５〜０．５μｍ
のα−アルミナと、ベ−マイトの混合物砥粒であり、そ
の重量比が固形分換算で１：０．１〜０．３である砥粒
０．１〜１０重量％、（ｂ）水８５〜９６重量％、
（ｃ）過酸化水素０．１〜１重量％、（ｄ）硝酸アル
ミニウムまたは硝酸ニッケル０．１〜２重量％および
（ｅ）分散剤０．１〜０．５重量％を含有する、基板
用研磨剤スラリ−。