JP2002280336A

JP2002280336A - 金属研磨方法

Info

Publication number: JP2002280336A
Application number: JP2001078169A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Hanehiro; 昌信羽廣; Masaya Nishiyama; 雅也西山; Hiroshi Nakagawa; 宏中川
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】金属埋め込み配線形成等の金属膜の研磨方法
において、金属の埋め込み膜の余分な成膜層等の金属の
被研磨膜の研磨を効率良く、高速に、かつプロセス管理
も容易に行うことができる金属研磨方法を提供する。【解決手段】基板上の金属膜を化学機械的に研磨する
研磨方法であって、表面に微小突起を配列してなるＣＭ
Ｐパッドに被研磨膜である金属膜を有する基板を押し当
てながら、かつ金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜
形成剤および水を含有する金属研磨液を供給しながら、
被研磨膜と該パッドとを相対的に動かして研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属研磨方法に関
し、特に半導体素子製造技術の配線工程等における基板
上の金属膜を化学機械的に研磨する金属研磨方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在の超々大規模集積回路では、実装密
度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開
発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミ
クロンのオーダーになっている。このような厳しい微細
化の要求を満足するために開発されている技術の一つに
化学機械的研磨（ケミカルメカニカルポリッシング、以
下、ＣＭＰという。）技術がある。一般的なＣＭＰ技術
は、研磨装置の研磨定盤の上に研磨布または高分子材料
を有する化学機械的研磨用のパッド（以下、ＣＭＰパッ
ドという。）を貼り付け、スラリー状の研磨剤を供給し
ながら、研磨定盤とウエハ等の被研磨物を保持したホル
ダーとを回転、揺動させることにより、被研磨物と研磨
パッドとを相対的に動かして研磨する。この技術は、半
導体装置の製造工程において、露光を施す層を完全に平
坦化し、露光技術の負担を軽減し、歩留まりを安定させ
ることができるため、例えば、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜
の平坦化、シャロー・トレンチ分離、金属プラグ形成、
埋め込み配線形成において必須となる技術である。

【０００３】また、デザインルール０．２５μｍ以上の
世代では、層間絶縁膜上のＡｌ配線やプラグにはＷ等が
用いられていたが、加工寸法の微細化に伴い要求される
電気特性を満たすために最近は、銅や銅合金の利用が試
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。そこでダマシンやディアル
ダマシン等の埋め込み配線技術が検討されており、基板
上に埋め込んだ余分な金属膜を除くためにＣＭＰが必須
な技術となる。

【０００４】従来、半導体装置の製造工程において、配
線用金属や金属合金等の平坦化及び埋め込み層を形成す
るためのＣＭＰによる研摩方法としては、研磨する金属
薄膜を形成した基板をＣＭＰパッドに押しあて加圧し、
研磨剤を研磨膜とＣＭＰパッドとの間に供給しながら、
基板もしくはＣＭＰパッドを動かして行っている。この
際、酸化剤及び固体砥粒からなる研磨剤、発泡ウレタン
系のＣＭＰパッドが一般的に用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体砥粒を含む金属研磨液を用いてＣＭＰによる配線用
金属や金属合金等の平坦化や埋め込みを行う場合には、
パターンの平坦性が悪く、埋め込み膜の厚みばらつきや
ディッシング（広い銅配線パターン部で銅が部分的に削
れ過ぎて皿状に窪む現象）により特性がばらつくという
技術課題がある。さらに、固体砥粒に由来する研磨傷の
発生、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等の問題が生じる。

【０００６】さらに、上記発泡ウレタン系のＣＭＰパッ
ドを用いて金属配線を研摩する場合、まれに基板上に埋
め込んだ余分な金属膜を完全に除去できない問題が生じ
る。また、従来のＣＭＰパッドは、ドレッシングと呼ば
れる前処理を定期的に行う必要がある。これは、ダイヤ
モンド砥石等を用いてパッド表面を削ってあらす作業
で、研磨によって目詰まりを起こしたパッド表面を削り
研磨前の表面状態に戻すことを目的に行われる。しかし
ながら、このドレッシング処理によりパッド表面に形成
される凹凸は形状、大きさともに不揃いで、結果とし
て、研磨特性の不安定さを招いている。また、ダイヤモ
ンド砥石の劣化やパッド自身の発泡密度ばらつきも、研
磨特性に影響を与える要因となる。また、ＣＭＰによる
研磨工程では、研磨量を研磨時間によって制御するプロ
セス管理方法が一般的に行われている。しかし、パター
ン段差形状の変化だけでなく、ＣＭＰパッドの状態等で
も、研磨速度が顕著に変化してしまうため、プロセス管
理が難しいという問題があった。

【０００７】本発明は、金属埋め込み配線形成等の金属
膜の研磨方法において、金属等の埋め込み膜の余分な成
膜層の除去を効率的にかつプロセス管理も容易に行い、
さらに高平坦化、ディッシング量及びエロージョン量の
低減、研磨傷の低減を可能とするために、高信頼性、高
性能の金属研磨方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上の金属
膜を化学機械的に研磨する研磨方法であって、表面に微
小突起を配列してなるＣＭＰパッドに被研磨膜である金
属膜を有する基板を押し当てながら、かつ金属の酸化
剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤および水を含有する
金属研磨液を供給しながら、被研磨膜と該パッドとを相
対的に動かして研磨する金属研磨方法に関する。

【０００９】また、本発明は、前記金属研磨液がさらに
水溶性高分子化合物を含有する金属研磨方法、研磨され
る金属膜が、銅、銅合金、銅の酸化物及び銅合金の酸化
物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む金属研
磨方法に関する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明は、金属のＣＭＰ技術において、金属の酸
化材、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、および水を含有
する金属研磨液と、微小突起が配列されている表面を有
するＣＭＰパッドとを組合せることにより、金属膜の研
磨が、効率良く、高性能に、かつプロセス管理も容易に
行えるのを見出してなされたものである。

【００１１】本発明の金属研磨方法におけるＣＭＰパッ
ドは、表面に微小突起が配列されていることを特徴とす
る。表面の該微小突起は形、大きさともにほぼ揃ってい
ることが好ましく、特に、微小突起の平均高さが１μｍ
以上２００μｍ以下、平均ピッチが３０μｍ以上１００
０μｍ以下であるのが好ましい。また、ＣＭＰパッド
が、少なくとも（Ａ）支持体層と（Ｂ）表面に微小突起
を形成した層との２層からなることが好ましい。さら
に、該微小突起は、光硬化性樹脂層に型を転写し、これ
を硬化して得られたものが好ましい。

【００１２】本発明におけるＣＭＰパッドについて、以
下に説明する。ＣＭＰパッドの作製方法としては、エン
ボスロール法や、金属成型法、転写法等が挙げられ、こ
のうち微小突起の寸法精度に優れかつ生産性が良い転写
法が好ましい。

【００１３】エンボスロール法を用いる場合は、押し出
しエンボス機を用いて作製する。エンボス装置の片方の
ロールに同一形状の微小くぼみを配列した加工ロールを
用い、軟化した樹脂を押し出しエンボス装置でショート
状に加工し、冷却ロールで冷却して、表面に微小突起が
配列されている目的のＣＭＰパッドを得る。この際エン
ボス装置のロールの組み合わせは、両ロールを金属製と
するメタルマッチ方式を用いるのが望ましい。従来、ロ
ール組み合わせとして金属ロールとゴムロールの組み合
わせが一般的であるが、この組み合わせを用いるとゴム
ロールの弾性変形により、表面に形成する微小突起の寸
法精度が低下する。また、金属ロールにすることにより
ロール温度の微細調整が可能となり、エンボス加工時の
温度制御範囲の狭い結晶性熱可塑性樹脂も使用できる。
アフターエンボス加工は、シートの再加熱工程で原反を
均一に加熱し軟化させることが難しく、寸法精度の要求
される微細加工には不向きである。エンボスロール法の
特徴としては、ほとんどの熱可塑性樹脂の使用が可能で
安価に量産できることが挙げられる。

【００１４】金型成型法では、一般的な射出成型を用い
て作製できる。加熱溶融した樹脂を加圧して射出ノズル
から冷却金型内に射出し、冷却後脱型する。この手法で
はほとんどの樹脂の使用が可能で寸法精度も良好である
が、バッチ式であるため量産化には向かない。

【００１５】寸法精度が良好で生産性が良い微小突起の
形成手法として、光硬化性樹脂を型から転写する手法が
ある。以下、この手法を用いた微小突起の形成方法の一
例を示す。まず（Ａ）支持体層上に光硬化性樹脂薄膜層
を形成する。この薄膜層は微小突起を配列して形成する
予定面である。その薄膜層に対して、多数の所望の同一
形状の微小くぼみを表面に加工処理された転写原型を押
し当てて、該薄膜層を露光、硬化しながら薄膜層に転写
原型の表面を転写する。これらの工程により、（Ｂ）表
面に微小突起を形成した層が得られ、この層と（Ａ）支
持体層とからなるＣＭＰパッドを得られる。本発明にお
けるＣＭＰパッドは、（Ａ）支持体層と（Ｂ）表面に微
小突起を形成した層とに加えて、例えば、弾性率の低い
素材の層を、（Ａ）支持体層の（Ｂ）表面に微小突起を
形成した層とは逆の面に備えてなることができる。

【００１６】本発明におけるＣＭＰパッドの（Ａ）支持
体層としては、化学的、熱的に安定であり、シートまた
は板状に成形できるものを用いることができる。例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィ
ン、セルロースアセテート等のセルロース誘導体、ポリ
アミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリイミ
ド、ポリエステルが挙げられる。これらの中で特に好ま
しいのは寸法安定性に優れた２軸延伸ポリエチレンテレ
フタレートである。また、目的により研磨対象に合った
支持体層の材質や厚みを選択して弾性率をコントロール
することにより、研磨特性を調整することも可能であ
る。例えば、被研磨体の均一性を向上させるためには弾
性率の低い支持体（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リアミド等）を用いると効果がある。支持体層の好まし
い厚さは５〜２０００μｍである。

【００１７】光硬化性樹脂薄膜層に用いる光硬化性樹脂
組成物は特に限定しない。例として、光重合成モノマー
としては、各種アクリレート、各種アクリルアミド、ビ
ニル化合物等の単官能性、多官能性のエチレン性不飽和
モノマーを用いることが出来る。ベースレジンとして
は、ポリエステル、エポキシ、ポリウレタンの各アクリ
レート等を用いることができる。

【００１８】また、光硬化性樹脂組成物の光開始剤とし
ては、例えばベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ’−テトラエチル
−４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−
４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、ベンジル、２，
２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾイ
ンメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベ
ンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシイソブチルフ
ェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、
１−ヒドロキシイソブチルフェノン、２−メチル−１−
［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノ−１
−プロパン、ｔ−ブチルアントントラキノン、１−クロ
ロアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４
−ナフトキノン、９，１０−フェナントラキノン、１，
２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラ
キノン、２−フェニルアントラキノン、２−ベンジル−
２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフ
ェニル）−１−ブタノン、２−（ｏ−クロロフェニル）
−４，５−ジフェニルイミダール２量体等が挙げられ
る。これらの光開始剤は単独で又は２種類以上を組み合
わせて使用される。光開始剤の使用量は、光硬化性樹脂
組成物中の固形分総量の０．０１〜２５重量％とするこ
とが好ましく、１〜２０重量％であることがより好まし
い。さらに必要に応じて、増感剤、密着向上剤等の添加
剤を加えても良い。

【００１９】光硬化性樹脂層の支持体層上への塗布方法
としては、ロールコータ塗布、スピンコータ塗布、スプ
レー塗布、ディップコータ塗布、カーテンフローコータ
塗布、ワイヤバーコータ塗布、グラビアコータ塗布、エ
アナイフコータ塗布、ダイコータ塗布等が挙げられる。
光硬化性樹脂層の厚みは１〜３００μｍとすることが好
ましい。

【００２０】転写原型の材質は、金属、樹脂等、限定さ
れないが、好ましくは寸法安定性、導電性に優れるステ
ンレス等の鉄合金、さらに銅が積層されたものを用い
る。銅は延性・展性に富むので機械加工しやすく、また
薬液で容易にエッチ加工できる。表面は機械研磨、エッ
チング、洗浄等で均一にして用いる。転写原型の形状
は、板状、シート状、ロール状等限定されないが、ロー
ル状であると回転しながら加工が可能となるのでより好
ましい。転写原型の微小くぼみ製造方法としては、エッ
チング法、電鋳法、彫刻子を押圧する方法等がある。さ
らに表面硬度を上げたり、酸化防止を目的に保護メッキ
を行ったりしても良い。また、光硬化性樹脂との離型性
を上げるためクロム、ニッケル等のメッキを行うのが好
ましい。転写原型の微小くぼみの程度は、通常薄膜層を
硬化する際に変形するのを考慮し設計する必要がある。

【００２１】光硬化のための露光機としては、カーボン
アーク灯、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンラン
プ、メタルハライドランプ、蛍光ランプ、タングステン
ランプ等が挙げられる。

【００２２】以上のようにして製造されたＣＭＰパッド
表面の微小突起は、平均高さが、１μｍ以上２００μｍ
以下であることが好ましい。２００μｍより大きいと研
磨液が流れ過ぎて研磨速度が低下する。一方、１μｍよ
り小さいと金属研磨面と微小突起上面とが吸着し、スム
ーズな研磨を妨げる。また、微小突起の平均ピッチは、
３０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
３０μｍより小さいと、突起と突起の間隔が狭すぎて研
磨屑等により目詰まりを起こす。また、１０００μｍよ
り大きいと研磨面と接する微小突起数が少なく研磨速度
が低下する。

【００２３】微小突起の形状としては、角錐、円錐、角
柱、円柱、半球状等が挙げられ、特に限定しないが、凸
部上面の面積が０．２５ｍｍ²以下であるのが好まし
く、さらに好ましくは１００μm²以上０．２５ｍｍ²以
下である。０．２５ｍｍ²より大きいと研磨速度の低下
を招き、１００μm²より小さいと微小な凹凸の作製が困
難である。

【００２４】微小突起は、高さのばらつきが少ないこと
が望まれる。高さのばらつきが大きいと研磨において基
板に接しない微小突起が生じ研磨特性の安定性に欠け
る。微小突起の高さのばらつき（１σ/平均高さ）は１
０％以下であるのが好ましい。高さのばらつき（1σ/平
均高さ）が１０％を超えると研磨において基板上の金属
膜に接しない微小突起が生じて研磨特性の安定性に欠け
る。

【００２５】次に本発明における金属研磨液について説
明する。本発明における金属研磨液は金属の酸化剤、酸
化金属溶解剤、金属表面に対する保護膜形成剤及び水か
らなる。金属研磨液にはさらに水溶性高分子化合物を含
むのが好ましい。

【００２６】金属研磨液における金属の酸化剤として
は、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素
酸、オゾン水より選ばれた少なくとも１種が好ましい。

【００２７】金属研磨液における酸化金属溶解剤として
は、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、
２−メチル酢酸、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、グリコール酸、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、クエン酸等の有機酸、これら
有機酸のエステル、これら有機酸のアンモニウム塩、硫
酸、硝酸、塩酸、次亜塩素酸、クロム酸等の無機酸、過
硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウ
ム等のアンモニウム塩等が挙げられ、これらの中から選
ばれた少なくとも１種が好ましい。

【００２８】金属研磨液における保護膜形成剤は、ＢＴ
Ａ、ＢＴＡ誘導体、例えばＢＴＡのベンゼン環の一つの
水素原子をメチル基で置換したもの（トリルトリアゾー
ル）もしくはカルボキシル基等で置換したもの（ベンゾ
トリアゾール−４−カルボン酸の、メチル、エチル、プ
ロピル、ブチル及びオクチルエステル）、又はナフトト
リアゾール、ナフトトリアゾール誘導体及びこれらを含
む混合物の中から選ばれた少なくとも１種が好ましい。

【００２９】水溶性高分子化合物は、ポリアクリル酸も
しくはその塩、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸
もしくはその塩、ポリアミド酸およびその塩、ポリアク
リルアミド、ポリビニルアルコールからなる群から選ば
れた少なくとも１種が好ましい。

【００３０】本発明では金属研磨液に固体砥粒を添加す
ることもできる。固体砥粒としてはシリカ、アルミナ、
ジルコニア、セリア、チタニア、炭化珪素等の無機物砥
粒、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル等の
有機物砥粒のいずれでもよいが、研磨液中での分散安定
性が良く、ＣＭＰにより発生する研磨傷（スクラッチ）
の発生数の少ない、平均粒径が１００ｎｍ以下のコロイ
ダルシリカ、コロイダルアルミナが好ましい。また、固
体砥粒の添加量は金属研磨液全重量に対して０．１重量
％から１重量％であるのがよい。この配合量が０．１重
量％未満では物理的な削り取り作用が小さいためＣＭＰ
による研磨速度が小さく、１重量％を超えると研磨傷あ
るいはディッシング量の増加を招く。

【００３１】本発明における金属研磨液のｐＨは、ＣＭ
Ｐによる研磨速度が大きく、エッチング速度を効果的に
抑制できる点で２以上５以下であるのが好ましい。ｐＨ
２未満ではエッチング速度が大きく、保護膜形成剤での
エッチング抑制は困難である。また、ｐＨ５を超えると
ＣＭＰによる研磨速度が遅く実用的な研磨液とはなりに
くい。

【００３２】本発明の研磨方法における被研磨膜である
金属膜の組成としては、銅、銅合金、銅の酸化物及び銅
合金の酸化物からなる群から選ばれる少なくとも１種を
含むのが好ましい。さらに、それらの膜と他の金属、合
金もしくは化合物との膜等とからなる積層膜であっても
よい。

【００３３】本発明の研磨方法のための研磨装置には、
ＣＭＰ技術を使用できる装置であれば特に制限はなく、
円盤型研磨装置、リニア型研磨装置で用いることができ
る。一例としては、半導体基板を保持するホルダーと、
ＣＭＰパッドを取り付けられ、モータ等により回転数が
変更可能な研磨定盤とを有する一般的な研磨装置が挙げ
られる。

【００３４】ＣＭＰ技術により研磨する本発明の金属研
磨方法を、順を追って説明する。研磨装置の研磨定盤上
に、表面に微小突起を配列してなるＣＭＰパッドを貼り
付け等により取り付けて固定する。被研磨膜である金属
膜を有する基板を、前記ＣＭＰパッドに金属膜の被研磨
膜の面を向けて研磨装置のホルダーに取り付ける。ホル
ダーを移動させて基板の被研磨膜をＣＭＰパッドに押し
当てる。次いで、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護
膜形成剤および水を含有する金属研磨液を供給しながら
研磨定盤を回転させて基板とＣＭＰパッドとを相対的に
動かして研磨する。

【００３５】押し当てることにより基板にかける圧力
は、研磨後に傷が発生しないように１ｋｇｆ／ｃｍ
^２（９．８０×１０⁴Ｐａ）以下が好ましい。研磨条件
は、特に制限はないが、例えば上記で例示した回転する
研磨定盤を有する研磨装置を用いる場合、研磨定盤の回
転速度は被研磨膜を有する基板が飛び出さないように１
分間に２００回転以下の低回転が好ましい。また、研磨
している間、スラリー状の前記金属研磨液を、被研磨膜
とＣＭＰパッドとの間にポンプ等の供給装置で連続的に
供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表
面が常に金属研磨液のスラリーで覆われていることが好
ましい。

【００３６】研磨定盤の回転の他に、ホルダーを回転や
揺動させて研磨しても良い。また、研磨定盤を遊星回転
させる研磨方法、ベルト状のＣＭＰパッドを長尺方向の
一方向に直線状に動かす研磨方法等が挙げられる。な
お、ホルダーは固定、回転、揺動のいずれの状態でも良
い。これらの研磨方法は、ＣＭＰパッドと基板とを相対
的に動かすのであれば、金属膜や研磨装置により適宜選
択できる。

【００３７】ＣＭＰパッドをベルト状とする場合には、
反物（ウェブ）状の形態をなしているＣＭＰパッドが好
ましい。この形態のＣＭＰパッドは、例えば、２軸延伸
ポリエチレンテレフタレートの支持体層上に、微小突起
を光硬化により型から転写して表面に形成した光硬化性
樹脂層を有するものが適している。このベルト状ＣＭＰ
パッドのように、連続的あるいは断続的にＣＭＰパッド
の新たな微小突起面を引き出しながら被研磨膜を研磨す
ると、研磨速度のばらつきが少なく、プロセス管理が容
易なため好ましい。また、ＣＭＰパッドの微小突起の耐
久性が増す。

【００３８】研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く
洗浄後、スピンドライヤ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。本発明の金属研磨方法によれば、半導体基板に形成
された金属膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に
形成された、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｔａ、Ｔ
ａＮ等を主として含有する膜、フォトマスク等に用いら
れている金属、ＩＴＯ等の無機導電膜、磁気ディスク用
金属基板、磁気ヘッド等の金属膜を研磨することができ
る。

【００３９】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。な
お、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。（実施例１）（ＣＭＰパッドの作製）直径１３０ｍｍの円筒形の鉄製
基材を回転させながら、銅メッキを行って、鉄に銅を５
００μｍ積層した原型基材を得た。これを研磨し表面が
鏡面となるように加工した。ロールを移動させながら、
彫刻子を押圧することによって、微小くぼみを形成し
た。さらにＣｒめっきを施し転写原型を作製した。支持
層に厚さ１２５μｍのポリエチレンフタレートフィルム
を用い、このフィルム上に光硬化性樹脂をコーターで４
０μｍの膜厚になるように塗布した。次に前記転写原型
を押しあて紫外線照射し光硬化性樹脂を硬化し、転写原
型から分離して微小突起が光硬化性樹脂層の表面に配列
されたフィルム状のＣＭＰパッドを得た。微小突起形状
を光学およびＳＥＭ観察をしたところ、形状は四角錐
で、頂点の平均ピッチが１５０μｍ、突起の平均高さは
２５μｍであった。なお、光硬化性樹脂溶液は、アクリ
ル酸−ブチルアクリレート−ビニルアセテート共重合体
５重量部、ブチルアセテート（モノマー）８重量
部、ビニルアセテート（モノマー）８重量部、アクリ
ル酸（モノマー）０．３重量部、ヘキサンジオールア
クリレート（モノマー）０．２重量部、ヘキサンジオ
ールアクリレート（モノマー）０．２重量部、ベンゾ
インイソブチルエーテル（開始剤）２．５重量部か
らなるものを用いた。

【００４０】（研磨液作製）酸化金属溶解剤としてＤＬ
−リンゴ酸１．５ｇ、保護膜形成剤として、ベンゾトリ
アゾール２ｇ、水溶性高分子化合物としてポリアクリル
酸０．５ｇを脱イオン水６９６ｇに加えて溶解し、１ミ
クロンフィルタでろ過をした。さらに金属の酸化剤とし
て過酸化水素水（試薬特級、３０％水溶液）３００ｇを
加えて金属研磨液を得た。

【００４１】（基板の作製）シリコンウェハにプラズマ
ＣＶＤ法で酸化シリコン膜を８００ｎｍ形成した。次
に、フォトリソグラフィ法で、幅１００μｍ、溝深さ８
００ｎｍの凹部からなる埋め込み配線形成部と幅１００
μｍの凸部からなるスペース部とを交互に形成したディ
ッシング評価部を作製し、同様に幅０．３５μｍ、溝深
さ８００ｎｍの凹部と幅０．３５μｍの凸部とを交互に
形成した研磨残り評価部を作製した。さらに、スパッタ
法およびメッキ法によって銅膜を１２００ｎｍ形成し、
次いで熱処理を行って前記溝深さ８００ｎｍの凹部に銅
を埋め込んだ基板を作製した。

【００４２】（金属膜層の研磨）上記作製したＣＭＰパ
ッドを１．２ｍｍ厚みの発泡ポリウレタンを間に挟んで
研磨装置のφ３８０ｍｍの研磨定盤上に貼り付けた。保
持する基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダ
ーに上記銅を埋め込んだ基板を銅膜面を下にしてセット
した。ホルダーを移動させて上記ＣＭＰパッド上に上記
セットした基板を載せ、さらに加工荷重を１００ｇｆ／
ｃｍ^２（９．８０×１０³Ｐａ）に設定した。ＣＭＰパ
ッド上に上記の金属研磨液を２００ｃｃ／ｍｉｎの速度
で滴下しながら、研磨定盤と基板の相対速度を３６ｍ／
分で１３分間回転させ、基板上の銅膜を研磨した。研磨
後の基板を純水で良く洗浄後、乾燥した。下記の評価方
法により評価した結果、研磨速度１２０ｎｍ／ｍｉｎ、
ディッシング量５０ｎｍであった。また、研磨残りも無
く、凸部の余分な銅膜は完全に除去されていた。

【００４３】（研磨の評価）ＣＭＰによる研磨速度：銅膜の研磨前後での膜厚差を電
気抵抗値から換算して求めた。ディッシング量：触針式段差計で研磨後の上記基板のデ
ィッシング評価部を測定した。研磨残り：金属顕微鏡を用い、研磨後の上記基板の研磨
残り評価部を観察した。

【００４４】（実施例２）研磨時の加工荷重を２００ｇ
ｆ／ｃｍ^２（１．９６×１０⁴Ｐａ）に変更した以外は
実施例１と同様に行った結果、研磨速度２００ｎｍ／ｍ
ｉｎ、ディッシング６５ｎｍであった。また、研磨残り
も無く、余分な銅膜は完全に除去されていた。

【００４５】（実施例３）研磨時の加工荷重を４００ｇ
ｆ／ｃｍ^２（３．９２×１０⁴Ｐａ）に変更した以外は
実施例１と同様に行った結果、研磨速度３００ｎｍ／ｍ
ｉｎ、ディッシング７０ｎｍであった。また、研磨残り
も無く、余分な銅膜は完全に除去されていた。

【００４６】（実施例４〜６）厚み２５μｍの銅箔フィ
ルム上に感光性フィルムをラミネートした。半径１００
μｍの円形がピッチ２５０μｍで２次元に配列したネガ
マスクを用いて感光性フィルムを露光後、現像した。さ
らに、銅をエッチング処理した後、露光後の感光性フィ
ルムを剥離して、深さ２０μｍ半径１００μｍの円柱が
ピッチ２５０μｍで２次元に配列した銅箔フィルムを得
た。この銅箔フィルムを直径１３０ｍｍの円筒形の鉄製
基材に巻きつけた後Ｃｒめっきを行い転写原型を作製し
た。この転写原型を用いて実施例１と同様にして、微小
突起が光硬化性樹脂層の表面に配列したフィルム状ＣＭ
Ｐパッドを得た。微小突起形状を光学およびＳＥＭ観察
をしたところ、平均ピッチが２５０μｍ、突起の平均高
さは２０μｍ、底面の半径が１００μｍである円柱であ
った。さらに、このフィルム状ＣＭＰパッドを用いて実
施例１〜３と同様に研磨を行った結果を表１に示す。

【００４７】

【表１】項目加工荷重研磨速度ディッシング研磨残り（gf／cm²）（Pa）（nm／min）（ｎｍ）実施例４１００（９．８０×10³）１５０９０なし実施例５２００（１．９６×10⁴）２３０９８なし実施例６４００（３．９２×10⁴）３３０１００なし

【００４８】（比較例１〜３）ＣＭＰパッドとして発泡
ポリウレタンを用意し、研磨前に＃７０番手のダイヤモ
ンド砥石を用いてドレッシング処理を行った。ドレッシ
ング条件は、圧力９０ｇｆ／ｃｍ^２（８．８２×１０³
Ｐａ）、１分間に３８回転、時間１分間とした。上記以
外は実施例１〜３と同様に研磨した。結果を表２に示
す。

【００４９】

【表２】項目加工荷重研磨速度ディッシング研磨残り（gf／cm²）（Pa）（nm／min）（ｎｍ）比較例１１００（９．８０×10³）０測定不可 ― 比較例２２００（１．９６×10⁴）２００１１０あり比較例３４００（３．９２×10⁴）３２０１２３なし

【００５０】（実施例７）実施例１のパッドを用いて実
施例３と同様の条件で研磨を連続して２０枚行った。研
磨間は、洗浄液による洗浄のみでドレッシングは行わな
かった。平均研磨速度は、３０３ｎｍ／ｍｉｎ、研磨速
度のばらつき（１σ／平均研磨速度×１００）は８％で
あった。

【００５１】（比較例４）比較例１の発泡ポリウレタン
パッドを用いて比較例３と同様の条件で研磨を連続して
２０枚行った。なお、各基板を研磨する間に＃７０番手
のダイヤモンド砥石を用いてドレッシング処理を行い、
ドレッシング条件は、比較例１と同様とした。その結
果、平均研磨速度は、３１７ｎｍ／ｍｉｎ、研磨速度の
ばらつき（１σ／平均研磨速度×１００）は１５％であ
った。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、広範囲の
研磨条件において金属の埋め込み膜の余分な成膜層等の
金属膜を効率良く除去し、また、高速度でばらつきが小
さい高性能の研磨速度を発現する。さらに、ディッシン
グ量が低減し、ドレッシング処理が不要となる。これら
により、半導体素子製造のプロセス管理の簡便化、研磨
基板の高信頼度化を可能とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川宏茨城県日立市東町四丁目13番１号日立化成工業株式会社山崎事業所内Ｆターム(参考） 3C058 AA09 CB01 CB02 CB04 CB10 DA02 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の金属膜を化学機械的に研磨する
研磨方法であって、表面に微小突起を配列してなるＣＭ
Ｐパッドに被研磨膜である金属膜を有する基板を押し当
てながら、かつ金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜
形成剤および水を含有する金属研磨液を供給しながら、
被研磨膜と該パッドとを相対的に動かして研磨すること
を特徴とする金属研磨方法。
【請求項２】金属研磨液がさらに水溶性高分子化合物
を含有する請求項１記載の金属研磨方法。
【請求項３】研磨される金属膜が、銅、銅合金、銅の
酸化物及び銅合金の酸化物からなる群より選ばれる少な
くとも１種を含む請求項１または２記載の金属研磨方
法。
【請求項４】前記ＣＭＰパッドの微小突起は、平均高
さが１μｍ以上２００μｍ以下、平均ピッチが３０μｍ
以上１０００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか記
載の金属研磨方法。
【請求項５】前記ＣＭＰパッドの微小突起の凸部上面
の面積が０．２５ｍｍ²以下である請求項１〜４のいず
れか記載の金属研磨方法。
【請求項６】前記ＣＭＰパッドが、少なくとも、
（Ａ）支持体層、（Ｂ）表面に微小突起を形成した層の
２層からなる請求項１〜５のいずれか記載の金属研磨方
法。
【請求項７】前記ＣＭＰパッドの表面の微小突起が、
光硬化性樹脂に型を転写し、これを硬化して得られた請
求項１〜６のいずれか記載の金属研磨方法。
【請求項８】前記ＣＭＰパッドが反物（ウェブ）状の
形態をなし、連続的あるいは断続的にＣＭＰパッドの新
たな微小突起面を引き出しながら被研磨膜を研磨する請
求項１〜７のいずれか記載の金属研磨方法。