JP2005123451A

JP2005123451A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005123451A
Application number: JP2003357860A
Authority: JP
Inventors: Shinji Funakoshi; 真二船越; Terubumi Okita; 光史沖田
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】半導体装置上の金属膜を平坦化する工程において、低研磨圧力条件下においても金属膜を高速に研磨し、かつスクラッチ、ディッシング等研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体装置上の金属膜の平坦化方法ならびに半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物および、金属膜を有する基板を金属膜面を上向きにしてチャックテーブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を前記金属用を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の金属膜の少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッドの形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研磨装置を用いる事を特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置上に形成された金属膜の研磨に用いられる研磨組成物、研磨装置およびそれを用いてなる半導体装置上の金属膜の研磨方法、ならびに半導体装置の製造方法に関する。

ＬＳＩ技術の急速な進展により、集積回路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路における多層配線化は、半導体表面の凹凸が極めて大きくなる要因であり、これが集積回路の微細化とも相まって断線や電気容量の低下、エレクトロマイグレーションの発生などをもたらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題をきたす原因となっている。
このため、これまでに多層配線基板における金属配線や層間絶縁膜を平坦化する種々の加工技術が開発されてきており、その一つにＣＭＰ（ChemicalMechanicalPolishing：化学機械的研磨）技術がある。ＣＭＰ技術は、半導体装置製造において層間絶縁膜の平坦化、埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術である。
ＣＭＰは、キャリヤーに装着された通常半導体材料からなる平坦なウエハを、湿った研磨パッドに対し一定の圧力で押し付けながらキャリヤーおよび研磨パッド各々を回転することにより行われる。この時ウエハと研磨パッドの間に導入される研磨組成物により、配線や絶縁膜の凸部が研磨され平坦化がなされる。

従来、半導体装置の金属膜の研磨には種々の研磨組成物や研磨方法の提案がなされている。土肥俊郎ら著「半導体平坦化ＣＭＰ技術」（1998年７月、工業調査会発行）２３５頁に示されているように、金属のＣＭＰでは研磨組成物中の酸化剤により金属の表面を酸化しつつ、ｐＨを酸性にするなどしてわずかに金属が腐蝕する（エッチング）条件下で研磨パッドと砥粒で研磨が行われる。例えば半導体装置上に形成されたアルミニウム等金属膜の研磨組成物としては、酸化アルミニウムをｐＨ３以下の硝酸水溶液中に分散してなる研磨組成物（米国特許第４,７０２,７９２号明細書）、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を硫酸、硝酸、酢酸等の酸性水溶液と混合してなる研磨組成物（米国特許第４,９４４,８３６号明細書）がある。また、酸化アルミニウムを過酸化水素とリン酸水溶液中に分散した研磨組成物（米国特許第５,２０９,８１６号明細書）など、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素等の砥粒と、過酸化水素等の酸化剤よりなる研磨組成物が通常使用されている。

しかしながら、半導体装置上の金属膜の平坦化に酸化アルミニウムを用いた場合、α型では高い研磨速度を示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥を発生させることがあった。一方、γ型や非晶質アルミナまたは酸化ケイ素等の砥粒を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表面のマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥発生を抑えることができるが、金属膜の研磨に際して十分な研磨速度が得られないという問題があった。このように、酸化アルミニウムや酸化ケイ素などの金属酸化物から成る砥粒を水溶液中に分散した研磨組成物は、砥粒自体の分散性不良に起因した表面スクラッチの問題があった。また、この他にも前述のように液状酸化剤である過酸化水素を用いた場合や、過硫酸アンモニウム等の金属エッチャントを用いた場合（特開平６−３１３１６４号公報）、ウェットエッチングが過度に進むことによりディッシング（図１（Ｄ）の金属膜（ｄ）の中央部が周辺部より過剰に研磨される現象）やピット、ボイド等の欠陥が発生するなど実用化に際し問題があった。

これを改良する目的で、研磨組成物中に金属膜表面に保護膜を形成する化学試薬（防食剤、キレート剤等）を添加する方法も提案されている（特開平８−８３７８０号公報、特開平１１−１９５６２８号公報）。しかしながらこのようなキレート剤を用いると、確かにエッチングが抑制されディッシング等の発生を防止することができるが、研磨すべき部位にも保護膜が形成されるため研磨速度が極端に低下するという問題が生じる。これを防ぐためエッチング剤やキレート剤の使用量の適正化を図る試みがなされているが、両者の性能を満足する条件を見出すことは難しく、プロセス条件の影響も受けやすいため再現性のある結果が得られないという問題がある。また、４００ｎｍ／分．以上という高い研磨速度を得るために２００ｇ／ｃｍ^２以上の高い研磨圧力で、前記保護膜を除去することも行われるが（特開２０００−２５２２４２号公報）、今後主流となることが予測されているポーラス型低誘電率絶縁膜を半導体装置製造に用いた場合、該絶縁膜の強度に問題がある為、基板に過大なストレスがかかると該絶縁膜の破壊が起こる。また、研磨圧力を高めパッドによる機械的研磨を行うと、研磨時のパッド表面の影響をさらに受け易くなるため、これまで行っていたドレッシングによるパッド表面状態の管理が難しくなり、プロセス管理上大きな問題となる。

ところで、ポリオキソ酸とりわけヘテロポリ酸は、日本化学会編「ポリ酸の化学」（1993年8月、学会出版センター発行）にも記載のように、強い酸性と酸化作用を有するものであり、これを金属の不動態化処理やエッチングに用いることは特開平９−５０５１１１号公報等に記載されている。実際ヘテロポリ酸を半導体表面のエッチング剤として適用した例（ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｖｏｌ．１３５、Ｎｏ．１／４、ｐｐ６５−７０（１９９８．１０．８））や、ポリオキソ酸もしくはその塩を研磨用エッチング剤として用いる試みもなされている（特開２０００−１１９６３９号公報）。特に後者においては、ポリオキソ酸もしくはその塩のみを研磨用エッチング剤として用いる場合（第１研磨組成物）および、これにさらに研磨材として公知の砥粒を含有させる場合（第２研磨組成物）の二つの使用方法について記載されている。第１研磨組成物の場合、ヘテロポリ酸を単独で金属膜研磨用のエッチング剤として使用すると、ヘテロポリ酸は水に可溶であるため液状酸化剤として作用することから、前述の如く研磨速度とディッシング性能の両方を満足することはできない。すなわち、研磨速度を上げるためにヘテロポリ酸の濃度を高めると、同時にエッチングも進行しディッシングの発生が起こる。

一方、上記ヘテロポリ酸にアンモニア等の塩基性物質を作用させヘテロポリ酸塩として使用すると、エッチングは抑制されるが、同時に研磨速度も低下してしまう。そのため、研磨速度を高める目的で、この種の第１研磨組成物に研磨材を含有させ第２研磨組成物とすることが提案されているが、この場合も、上述の第１研磨組成物と同様エッチングの進行によりディッシングの発生を抑制することは困難である。
従って、ディッシングの発生を抑制しつつ、低研磨圧力で高い研磨速度を得ようとする本目的に合致するものではない。
また、研磨装置の改良として、研磨パッドと基板との間に研磨液を介在させた状態で、前記研磨パッドと前記基板とを相対移動させることにより、前記基板を研磨する化学機械研磨装置において、前記研磨パッドの形状は、円または楕円の中央部をより小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であることを特徴とする、化学機械研磨装置が報告されている（特開２００１−１１８８１２号公報）。ディッシングは抑制されるものの、研磨速度が不十分（おおむね３００ｎｍ／分以下）であった。

米国特許第４，７０２，７９２号明細書米国特許第４，９４４，８３６号明細書米国特許第５，２０９，８１６号明細書特開平８−８３７８０号公報特開平１１−１９５６２８号公報特開２０００−２５２２４２号公報特開平９−５０５１１１号公報特開２０００−１１９６３９号公報特開２００１−１１８８１２号公報土肥俊郎ら著、「半導体平坦化ＣＭＰ技術」、初版、工業調査会発行、1998年７月１５日、２３５頁日本化学会編、「ポリ酸の化学」、初版、学会出版センター、1993年8月２５日、８６〜８７頁、１１２〜１２３頁Ａ．Ｒｏｔｈｓｃｈｉｌｄ、Ｃ．Ｄｅｂｉｅｍｍｅ−Ｃｈｏｕｖｙ、Ａ．Ｅｔｃｈｅｂｅｒｒｙ著、「ＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｔｒｅｓｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｂｅｔｗｅｅｎｓｉｌｉｃｏｔｕｎｇｓｔｉｃｈｅｔｅｒｏｐｏｌｙａｎｉｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄＧａＡｓｓｕｒｆａｃｅ」ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ、１９９８年１０月８日、ｖｏｌ．１３５、Ｎｏ．１／４、ｐｐ６５−７０

本発明は、低研磨圧力下においても半導体装置上の金属膜を高速に研磨でき、かつディッシングの原因となるエッチング性も低いレベルに制御され、同時にスクラッチやエロージョン（図１（Ｄ）の金属膜（ｄ）の周辺の絶縁膜（ｂ）が研磨される現象））等の被研磨面の欠陥発生も抑制することのできる半導体装置上に形成された金属膜の研磨方法、ならびに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水からなる金属用研磨組成物および、金属膜を有する基板を金属膜面を上向きにしてチャックテーブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を前記金属用を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の金属膜の少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッドの形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研磨装置を用いる事によって従来困難であったエッチング、ディッシングの抑制と低研磨圧力における高研磨速度の両立を可能とし、基板上の金属膜の研磨において有効であることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。

１）ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物および、金属膜を有する基板を金属膜面を上向きにしてチャックテーブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を前記金属用を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の金属膜の少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッドの形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研磨装置を用いる事を特徴とする半導体装置の製造方法。
２）前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸である１）の発明の半導体装置の製造方法。
３）前記アニオン性界面活性剤が酸型であることをと特徴とする１）または２）の発明の半導体装置の製造方法。
４）前記金属研磨用組成物が水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物を含有することを特徴とする１）〜３）のいずれかの発明の半導体装置の製造方法。
５）前記金属研磨用組成物が窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有することを特徴とする１）〜４）のいずれかの発明の半導体装置の製造方法。
６）前記金属研磨用組成物が実質的に砥粒を含まないことを特徴とする１）〜５）のいずれかの発明の半導体装置の製造方法。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、従来技術では困難であった、エッチング、ディシング、エロージョンやスクラッチの発生を抑制すると同時に低研磨圧力下においても高速に銅膜等の金属膜を研磨することが可能となる。本発明は、半導体装置上の金属膜を研磨する上で極めて有用な方法を見出したものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。

本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明において低研磨圧力とは概ね１５０ｇ／ｃｍ^２以下を意味し、高速研磨とは概ね４５０nm/分以上の研磨速度を意味する。
本発明は、半導体装置上に形成された金属膜の研磨、平坦化に適用される。研磨対象となる半導体装置上の金属膜は、公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル層用、バリヤーメタル層用金属膜であり、例えばアルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタル等からなる群より選ばれる金属膜等が挙げられる。特に表面硬度が低く、傷やディシングといった欠陥が生じ易い銅および銅合金からなる金属膜への適用が推奨される。
図１（Ｃ）に示すように、配線用の金属膜（ｄ）を埋め込むことにより得られた半導体装置について、図１（Ｄ）に示すように溝または開口部以外の余分な金属膜を、本発明の研磨組成物を用いて研磨することにより取り除き平坦化する。

以下、半導基板の製造方法の一例の概要について説明する。
初めに、図１（Ａ）のようにシリコン基板等の半導体装置上（ａ）に絶縁膜（ｂ）を形成した後に、フォトリソグラフィー法およびエッチング法で絶縁膜２に金属配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。次に図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜（ｂ）に形成した溝あるいは開口部にスパッタリングやＣＶＤ等の方法により窒化チタニウム（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等よりなるバリヤーメタル層（ｃ）を形成する。次に図１（Ｃ）に示すように、厚みが絶縁膜（ｃ）に形成した溝または開口部の高さ以上となるように配線用の金属膜４を埋め込む。次に図１（Ｄ）に示すように、溝または開口部以外の余分な金属膜を本発明の研磨組成物を用いて研磨する方法により取り除く。さらに、得られた該平坦化された表面上に絶縁膜を形成し上記の方法を必要回数繰り返すことにより、電子部品として多層配線構造を有する半導体装置を得ることができる。

本発明の半導体装置の製造方法に用いる金属用研磨組成物は、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有して成る。本発明の研磨組成物は、後述する通り本件発明の効果を阻害しない範囲で、あるいは目的に応じて、通常用いられている研磨粒子や添加剤等の成分を含むが、基本的に上記３成分のみでも本発明の目的を達成できることが特徴である。即ち、本発明の研磨組成物は、実質的に砥粒を含まないでも優れた研磨性能を示すという特徴を有する。ここで、実質的に砥粒を含まないとは、研磨組成物全質量中に占める砥粒の質量の割合が、１％未満である状態を言う。
本発明で用いられるポリオキソ酸は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の元素から成る酸素酸が縮合したものであり、イソポリ酸とヘテロポリ酸がこれに当たる。イソポリ酸は前記ポリオキソ酸の構成元素のうち、単一の元素からなる縮合酸素酸のことであり、ポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸、ポリチタン酸、ポリニオブ酸、ポリタンタル酸等が挙げられる。これらのうち金属研磨を目的とした本発明の場合、得られる金属用研磨組成物の研磨速度の観点からポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸が好ましい。

ヘテロポリ酸は、前記イソポリ酸にヘテロ元素を中心元素として組み込むことによって得られるものであり、その構成は縮合配位元素、中心元素および酸素から成る。ここで縮合配位元素とは、前記ポリオキソ酸の構成元素を意味し、このうちＭｏ、Ｗ及びＶからなる群より選ばれた少なくとも1種を含むものが好ましい例として挙げられ、その他Ｎｂ、Ｔａ等の元素を含んでも良い。また、ヘテロポリ酸の中心元素はＰ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｂ、Ｖ、Ｐｔ、ＢｅおよびＺｎからなる群より選ばれた１種であり縮合配位元素と中心元素の原子比（縮合配位元素／中心元素）は２．５〜１２である。

前述したヘテロポリ酸の具体例としては、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸、リンタングストモリブデン酸、ケイタングストモリブデン酸、リンバナドタングストモリブデン酸、ケイバナドタングストモリブデン酸、リンバナドタングステン酸、ケイバナドタングステン酸、リンモリブドニオブ酸、ホウモリブデン酸、ホウタングストモリブデン酸、ホウバナドモリブデン酸、ホウバナドタングステン酸、コバルトモリブデン酸、コバルトバナドタングステン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンバナジン酸、ケイバナジン酸等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。前記ポリオキソ酸のうち、研磨用途として金属をエッチングするに足る十分な酸強度、酸化力の観点からヘテロポリ酸が好ましく、好適にはリンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、および更にこれらにバナジウムを導入したリンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸等を挙げることができる。

ポリオキソ酸は、上記を単独でまたはそれらを混合して用いてもよい。また、得られる研磨組成物の酸性度を調整し研磨性能を制御する目的で、これらのポリオキソ酸に塩基性物質を添加し、ポリオキソ酸の一部または全部をポリオキソ酸塩として使用することも可能である。ポリオキソ酸塩は、上記ポリオキソ酸と金属、アンモニウム、有機アミン類との塩が挙げられる。
本発明の研磨組成物中のポリオキソ酸の含有量は、好ましくは０．１〜３０質量％の範囲で使用され、さらに好ましくは０．５〜１５質量％の範囲である。高い研磨速度が得られるという観点から０．１質量％以上が好ましく、ディッシング抑制の容易さという観点から３０質量％以下が好ましい。
本発明の組成物にアニオン性界面活性剤を含有することにより、ポリオキソ酸による研磨対象金属のエッチングを抑制することが可能となり、研磨対象金属膜の平坦化、ディッシング、エロージョン、スクラッチの発生の抑制などの研磨性能を有する研磨組成物が得られる。

本発明に用いられるアニオン性界面活性剤としては例えば脂肪酸またはその塩、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩、ｐ−スチレンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフテン酸またはその塩等、アルキルエーテルカルボン酸またはその塩、α−オレフィンスルホン酸またはその塩、Ｎ−アシルメチルタウリン、アルキルエーテル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸またはその塩、アルキルエーテル燐酸エステルまたはその塩、アルキル燐酸エステルまたはその塩、アシル化ペプチド、ホルマリン重縮合物、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、モノグリサルフェート、第二級高級アルコールエトキシサルフェート、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩等が挙げられる。本発明においては、炭素−炭素二重結合（ベンゼン環を除く）を全く含まない飽和型のものが酸化による変質を受け難く経時の性能劣化が起こらないことから好ましく、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩が好ましく用いられる。さらに好ましくはアルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホコハク酸、ポリオキシエチレンアルキル硫酸、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸が用いられる。

すなわち、本発明における金属用研磨組成物の研磨速度の観点から、上記アニオン性界面活性剤は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
本発明においては、前記アニオン性界面活性剤を１種単独で使用することもできるし、またその２種以上を併用することもできる。
本発明の研磨組成物に用いられるアニオン性界面活性剤の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは０．００１〜５０質量％の範囲で使用され、より好ましくは０．１〜２０質量％の範囲である。ディッシング抑制の観点からアニオン性界面活性剤の含有量は０．００１質量％以上が好ましく、また研磨速度の観点から５０質量％以下が好ましい。

本発明の研磨組成物は、通常、水を媒体に用いる。ポリオキソ酸およびアニオン性界面活性剤の溶解は、一般に使用される撹拌翼を使用した攪拌により行なわれるが、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミル等を用いて十分に撹拌することは好ましい。
本発明の研磨組成物において、その研磨機構の詳細は明らかではないが、ポリオキソ酸のみを溶解させた研磨組成物を用いた場合、研磨対象金属に対するその高いエッチング性のため、極めて高い研磨速度が得られるが、金属膜表面の平坦化は起こらず、かつ、激しいディッシングも生じてしまうが、ポリオキソ酸にアニオン性界面活性剤を適した割合で混合し本発明の研磨組成物とした場合、ポリオキソ酸の持つエッチング性が抑制され、研磨対象の金属膜の凸部が研磨パッドと接触する部分のみ研磨が進み、平坦な金属膜表面が得られ、ディッシングの発生も抑制されることが判った。このことから、アニオン性界面活性剤が何らかの作用により、ポリオキソ酸のエッチング性を抑制し、さらに研磨パッドと金属膜の凸部で生じる摩擦あるいは液膜に生じる高いシェアによって、アニオン性界面活性剤によるポリオキソ酸のエッチング性抑制効果が阻害され、金属膜の凸部のみ研磨が進行するものと推定している。

従って、本発明の研磨組成物は、従来、機械的研磨を目的に添加されていた砥粒を必要としないことが特徴であり、砥粒由来の問題点であった、凝集粒子による金属膜表面へのスクラッチや砥粒の沈降などが解消される。さらに、砥粒による機械的研磨を必要とする従来の研磨組成物では、研磨速度は研磨圧力に比例することが知られているが、本発明の研磨組成物を使用した場合、研磨速度は研磨圧力に比例するものではなく、研磨圧力のある一定の閾値以下では研磨は進行せず、該閾値を越える研磨圧力において急激に高い研磨速度が得られるという特徴がある。該閾値は本発明の研磨組成物の組成によって異なるが、該閾値が低い組成を選択することによって、低研磨圧力で高い研磨速度を得ることが可能となり、研磨時の研磨圧力による下地基板へのダメージ等の問題が解消される。

本発明において窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有させることはディッシングの抑制の観点から好ましい。窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物としては、シスチン、グリシン、グルタミン酸、アスパラギン酸、キナルジン酸、キノリン酸、ピコリン酸、ニコチン酸、ヒスチジン、ベンゾトリアゾールカルボン酸、グルタミン、グルタチオン、グリシルグリシン、アラニン、γ−アミノ酪酸、ε−アミノカプロン酸、アルギニン、チトルリン、トリプトファン、スレオニン、システイン、Ｎ−アセチルシステイン、オキシプロリン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、フェニルグリシン、プロリン、セリン、チロシン、バリンなどが好ましい例として挙げられ、より好ましい例としてキナルジン酸、ヒスチジンが挙げられる。

窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物の添加量は、研磨速度の観点からおよびディッシング抑制の効果発現の観点から、５０００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２００ｐｐｍ以下である。
本発明の研磨組成物は、ディッシングの原因となる金属膜のエッチング性は極めて低いものであるため、当該業界において知られている保護膜形成剤を併用する必要はないが、研磨レートの低下が実用上許容される範囲内で、必要に応じて、該保護膜形成剤を添加し、更にエッチング性を抑制することも可能である。特に金属が銅もしくは銅を主成分とする銅合金の場合、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、トリルトリアゾール、キノリン、イソキノリン、インドール、イソインドール、キナゾリン、シンノリン、グルコース、キノキサリン、フタラジン、アクリジン、ドデシルメルカプタン等を好ましい一例として挙げることができる。
これらの保護膜形成剤の添加量は、研磨速度の観点からおよびディッシング抑制の効果発現の観点から、５００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下である。

本発明の金属用研磨組成物に水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物を含有させることは、得られる研磨面の研磨の均一性を向上させる観点から好ましい。
本発明で用いられる水溶性高分子としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル等のエーテル類；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびポリアクロレイン等のビニル系ポリマー；ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアミド酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸およびその塩；メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、ペクチン等の多糖類、他ではゼラチン、でんぷん、アルブミン等が好ましい例として挙げられ、ポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、がより好ましい例として挙げられる。

本発明において多価アルコール化合物とは上記の水溶性高分子化合物以外の低分子化合物であって、一分子内に複数の水酸基を有する化合物をいい、エチレングリコール、グリセリン、プロパンジオール、ペンタエリスリトール、果糖、ショ糖、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが好ましい例として挙げられ、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールがより好ましい例として挙げられる。
本発明の研磨組成物に用いられる水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸（その塩）の種類や量によっても異なるが、好ましくは０．０１〜５０質量％の範囲であり、より好ましくは０．１〜２０ｗｔ％の範囲である。即ち、添加効果発現の観点から０．０１質量％以上が好ましく、添加による粘度の上昇の観点から５０質量％以下が好ましい。

本発明の研磨組成物は、上述の通り、通常機械的研磨を目的に使用される砥粒を含まないでも目的とする研磨を行うことができるが、更に研磨速度を高める目的で砥粒を用いることも可能である。その際用いられる砥粒としては、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、酸化マグネシウム等の無機粒子、有機ポリマー、非晶質炭素、カーボンブラック等の有機粒子が挙げられるが、このうち好適にはコロイダルアルミナ、コロイダルシリカである。
本発明に用いる化学機械研磨装置は金属膜を有する基板を金属膜面を上向きにしてチャックテーブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を金属研磨用組成物を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の金属膜の少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッドの形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径は基板の径よりも小さいことを特徴とする。また、よりディッシングやエロージョンを低減するために、本発明に用いる化学機械研磨装置において、前記移送機構は、前記基板に対する前記研磨パッドの位置により前記研磨パッドの左右方向の移動速度を変化させる機能を有することが好ましく、前記研磨パッドの刳り貫かれた内径が、前記研磨パッドの外径の５〜７５％の長さであることが好ましい。

以下、図面を用いて本発明に用いる化学機械研磨装置を詳細に説明する。図２は、化学機械研磨装置の一例を示す斜視図、図３は研磨パッドの移送機構を示す斜視図、図４は研磨パッドとコンディショニング装置の部分断面図、図５は研磨ヘッドの断面図、図６は研磨パッドの斜視図である。
図２、図３および図４に示すインデックス型化学機械研磨装置１において、２は研磨ヘッド、２ａは粗研磨用研磨ヘッド、２ｂは仕上研磨用ヘッド、３，３は回転軸、３ａはモーター、３ｂは歯車、３ｃはプーリー、３ｄは歯車、４，４は研磨パッド、５，５はパッドコンディショニング機構、５ａはドレッシングディスク，５ｂは噴射ノズル、５ｃは保護カバー、６，６は回転可能な洗浄ブラシ、７は研磨ヘッドの移送機構、７ａはレール、７ｂは送りネジ、７ｃは送りネジに螺着させた移動体で研磨ヘッド２を具備させる。７ｄ，７ｅは歯車、７ｆはモーター、８はヘッドの昇降機構であるエヤーシリンダー、９はウエハｗ収納カセット、１０はローディング搬送用ロボット、１１はウエハ仮置台、１２は軸１２ｅを軸芯として同一円周上に等間隔に設けられた回転可能な４基のウエハチャック機構１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えるインデックステーブルで、テーブル１２はｓ１のウエハローディングゾーン、ｓ２の粗研磨ゾーン、ｓ３のウエハ仕上研磨ゾーン、ｓ４のウエハアンローディングゾーンに仕分けされている。１３はアンローディング用搬送ロボット、１４ａはチャックドレサー、１４ｂはチャック洗浄機構、１５はウエハ仮置台、１６はベルトコンベア、１７はウエハ洗浄機構である。

図５に示す研磨ヘッド２において、ヘッド２は基板２１の張り出し縁２１ａが加圧シリンダー２０のフランジ部分２０ａに支えられ、研磨パッド（環状研磨布）４は研磨布取付板２２を介して基板２１に保持されている。加圧シリンダー２０内の加圧室２０ｂ内にはダイヤフラム２３が張り渡され、スピンドル軸３内を通じて加圧室２０ｂ内に圧縮空気が圧入され、その圧力によって基板２１は３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向に揺動自在に支えられ、パッド４はウエハ表面に対して平行に保もたてられる。ヘッド２の中央に研磨液または洗浄液供給パイプ２４が設けられ、パイプの先は研磨パッドの中央刳り貫き部４ａを避けて研磨パッド環状体裏面に臨み、環状体を経由して基板の金属層表面に研磨液またはエッチング液が供給される。

図６に示す研磨パッド４において、（ａ）は本発明に用いられる円環状研磨パッド、（ｂ）は本発明に用いられる楕円環状研磨パッドである。環状研磨パッドの刳り貫かれた内径ｌｉは、研磨パッド外径ｌｏの長さの５〜７５％、好ましくは３０〜５０％である。
研磨される金属膜を有する基板ｗの外径に対する研磨パッドの外径は、円環状パッドのときは０．５〜０．７５倍、楕円環状パッドのときは、短径が０．３５〜０．４０倍、長径が０．５〜０．７５倍である。
パッド素材としては、硬質発泡ウレタンシート、無発泡ウレタンシート、無発泡ＡＢＳ樹脂シート、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリビニールアルコール繊維不織布、ナイロン繊維不織布、これら不織布上に発泡性ウレタン樹脂溶液を流延させ、ついで発泡・硬化させたもの等が使用される。厚みは通常３〜７ｍｍである。また、これらの積層体も利用できる。

前記の化学機械研磨装置を用いて絶縁層の上に金属膜を有するウエハを研磨する工程は、次のように行われる。
１）ウエハｗ１は、搬送ロボット１０のアームによりカセット９より取り出され仮置台１１上に金属膜面を上向きにして載せられ、ここで裏面を洗浄され、ついで搬送ロボットによりインデックステーブル１２のウエハローディングゾーンｓ１に移送され、チャック機構１２ａにより吸着される。

２）インデックステーブル１２を９０度時計回り方向に回動させてウエハｗ１を第１研磨ゾーンｓ２に導き、スピンドル軸３を下降させてヘッド２ａに取り付けられた研磨パッド４をウエハｗ１に押圧し、スピンドル軸３とチャック機構の軸を回転させることによりウエハの化学機械研磨を行う。この間、新たなウエハｗ２が仮置台の上に載せられ、ウエハローディングゾーンｓ１に移送され、チャック機構１２ｂにより吸着される。
ウエハのＣＭＰ加工時、スピンドル軸３の中空部に設けた供給管２４より環状体４裏面に研磨剤液が１０〜１００ｍｌ／分の割合で供給される。チャックテーブルに吸着されたウエハの回転数は、２００〜８００ｒｐｍ、好ましくは３００〜６００ｒｐｍ、研磨パッドの回転数は４００〜３０００ｒｐｍ、好ましくは６００〜１０００ｒｐｍである。

ＣＭＰ加工中、研磨パッドをボールネジでウエハの中心点より左へ１０〜６０ｍｍ幅、およびウエハの外周より１０〜６０ｍｍ幅右へ行った点間の距離を左右方向（Ｘ軸方向）に往復揺動させる。研磨パッドの往復揺動は、研磨パッド外周がウエハの中心点と外周間に位置するときを基準の速さとすると、研磨パッドがウエハ中心点部では揺動速度をゆっくりとし、ウエハ外周部では揺動速度を速くしてディッシングが均一に行なわれるようにする。例えば、揺動幅が４０ｍｍで、研磨パッド外周がウエハの中心点と外周間に位置するときの揺動速度を３００ｍｍ／分のときは、ウエハ中心点部での研磨パッドの揺動速度を２６０ｍｍ／分、ウエハ外周部での研磨パッドの揺動速度を３２０ｍｍ／分とする。

ウエハ面への研磨パッドの押圧は、５０〜１５０ｇ／ｃｍ2である。第一研磨ゾーンｓ２での化学機械研磨が所望時間行なわれると、スピンドル軸３を上昇させ、右方向に後退させ、パッド洗浄機構５上に導き、ここで高圧ジェット水をノズル５ｂより吹き付けながら回転ブラシ６で表パッド面に付着した砥粒、金属研磨屑を取り除き、再び右方向に研磨パッドを移送し、研磨ゾーンｓ２上に待機させる。

３）インデックステーブルを時計回り方向に９０度回動させ、研磨されたウエハｗ１を第二研磨ゾーンｓ３に導き、スピンドル軸３を下降させてヘッド２ｂに取り付けられた研磨パッド４を粗研磨されたウエハｗ１に押圧し、スピンドル軸３とチャック機構の軸を回転させることによりウエハの化学機械仕上研磨を行う。仕上げ研磨終了後は、スピンドル軸３を上昇、右方向に後退させ、ヘッド２ｂに取り付けられた研磨パッドを洗浄機構５で洗浄し、再び右方向に移送し、第二研磨ゾーンｓ３上に待機させる。この間、新たなウエハｗ３が仮置台の上に載せられ、ウエハローディングゾーンｓ１に移送され、チャック機構１２ｃにより吸着される。また、第一研磨ゾーンｓ２ではウエハｗ２の化学機械粗研磨が実施される。

４）インデックステーブル１２を時計回り方向に９０度回動させ、研磨されたウエハｗ１をアンローディングゾーンｓ４に導く。ついで、アンローディング搬送ロボット１３で仕上研磨されたウエハを仮置台１５へ搬送し、裏面を洗浄した後、更に搬送ロボット１３でベルトコンベアを利用した移送機構へと導き、研磨されたウエハのパターン面に洗浄液をノズル１７より吹き付け洗浄し、さらにウエハを次工程へと導く。この間、新たなウエハｗ４が仮置台の上に載せられ、ウエハローディングゾーンｓ１に移送され、チャック機構１２ｄにより吸着される。また、第一研磨ゾーンｓ２ではウエハｗ３の化学機械粗研磨が、第二研磨ゾーンｓ３ではウエハｗ２の化学機械仕上研磨実施される。

５）インデックステーブル１２を時計方向に９０度回転させ、以下前記２）から４）の工程と同様の操作を繰り返し、ウエハの化学機械研磨を行う。上記例において、化学機械研磨加工を第一粗研磨と第二仕上研磨に分けたのは、スループット時間を短縮するためであるが、ＣＭＰ加工を一段で行ってもよいし、粗研磨、中仕上研磨、仕上研磨と三段階に分け、よりスループット時間を短縮してもよい。三段階のＣＭＰ加工工程をとるときは、ｓ１をウエハローディングとウエハアンローディングの兼用ゾーンとし、ｓ２を第一研磨ゾーン、ｓ３を第二研磨ゾーン、ｓ４を第３研磨ゾーンとする。
また、二段階または三段階の加工工程をとるときは、本発明の金属研磨用組成物を一から三段階のうちいずれか一段階で用いれば良い。
また、研磨パッド素材は、第一研磨パッド、第二研磨パッド、第三研磨パッドの素材を変えてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
〔合成例１〕金属用研磨組成物の合成
酸性物質（Ａ）としてリンバナドモリブデン酸（商品名ＰＶＭ−１−１１日本無機化学工業社製）１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてドデシルベンゼンスルホン酸（和光純薬工業社製）１ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（ア）を得た。

［合成例２］
酸性物質（Ａ）としてリンバナドモリブデン酸１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン（和光純薬工業社製）０．０２ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（イ）を得た。

［合成例３］
酸性物質（Ａ）としてリンバナドタングステン酸（商品名ＰＶW−１−１１日本無機化学工業社製）１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてメタンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン０．０３ｇ、キナルジン酸（和光純薬工業社製）０．００８ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（ウ）を得た。

［合成例４］
酸性物質（Ａ）としてケイモリブデン酸（商品名ＳＭ日本無機化学工業社製）１０ｇを水１８９ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてドデシルベンゼンスルホン酸０．４ｇ、ヒスチジン０．０２ｇ、キナルジン酸０．０１ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（エ）を得た。

［合成例５］
酸性物質（Ａ）としてリンモリブデン酸１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン（和光純薬工業社製）０．０２ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（オ）を得た。

［合成例６］
酸性物質（Ａ）としてケイタングステン酸１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン（和光純薬工業社製）０．０２ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（カ）を得た。

［合成例７］
酸性物質（Ａ）としてリンモリブデン酸（商品名ＰＶＷ−１−１１日本無機化学工業社製）１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、酸性物質（Ｂ）としてメタンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン０．０３ｇ、キナルジン酸（和光純薬工業社製）０．００８ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（キ）を得た。

［合成例８］
リンバナドモリブデン酸４ｇを水１９６ｇに溶解させただけの金属用研磨用組成物（ク）を得た。
［合成例９］
リンバナドタングステン酸４ｇを水１９６ｇに溶解させただけの金属用研磨組成物（ケ）を得た。
［合成例１０］
ケイモリブデン酸４ｇを水１９６ｇに溶解させただけの金属用研磨組成物（コ）を得た。
［合成例１１］
ドデシルベンゼンスルホン酸１ｇを水１９９ｇに溶解させただけの金属用研磨組成物（サ）を得た。
［合成例１２］
メタンスルホン酸１ｇを水１９９ｇに溶解させただけの金属用研磨組成物（シ）を得た。
［合成例１３］
ヒスチジン０．０１ｇを水２００ｇに溶解させただけの金属用研磨組成物（ス）を得た。
［合成例１４］
キナルジン酸０．０１ｇを水２００ｇに溶解させただけの金属用研磨組成物（セ）を得た。

［合成例１５］
非イオン性界面活性剤の代わりにカチオン性界面活性剤として同量のラウリルトリメチルアンモニウムクロリドを用いる以外は合成例５と全く同様にして金属用研磨組成物（ソ）を得た。なお、この組成物は１日放置後、粒子の沈降が確認された。

〔実施例１〕
基板として３００ｍｍ径の酸化珪素絶縁膜上に銅膜を設けたシリコン基板を、研磨剤として合成例１で得られた金属研磨用組成物（ア）を５０ｍｌ／分の量、研磨パッドとしてポリウレタン樹脂を素材とした外径１５０ｍｍの円盤の中央部５０ｍｍ径を刳り貫いた円
環状パッドを、研磨装置として図２に示す自動化学機械研磨装置を用い、基板チャックテーブルの回転数を４００ｒｐｍ、研磨パッドの回転数を７００ｒｐｍ、基板にかかる研磨パッドの圧力を１．４ｐｓｉ（１００ｇ／ｃｍ²）とし、左右揺動幅を５４ｍｍ（揺動開始点は基板外径より２７ｍｍ左内側、基板中心点より２７ｍｍ右内側）とし、揺動速度を基板外径より２７ｍｍ左内側から基板外周側においては２６０ｍｍ／分、基板中心点より２７ｍｍ右内側から基板中心点においては３２０ｍｍ／分、その間においては３００ｍｍ／分で研磨を行なって、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は６１２ｎｍ／分であり、ディッシングは、１８ｎｍであった。

〔実施例２〕
研磨剤として合成例２で得られた金属用研磨組成物（イ）を用いる他は実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は６２０ｎｍ／分であり、ディッシングは、２１ｎｍであった。

〔実施例３〕
研磨剤として合成例３で得られた金属用研磨組成物（ウ）を用いる他は実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５８２ｎｍ／分であり、ディッシングは、１９ｎｍであった。

〔実施例４〕
研磨剤として合成例４で得られた金属用研磨組成物（エ）を用いる他は実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は６０５ｎｍ／分であり、ディッシングは、２３ｎｍであった。

〔実施例５〕
研磨剤として合成例５で得られた金属用研磨組成物（オ）を用いる他は実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４８６ｎｍ／分であり、ディッシングは、２１ｎｍであった。

〔実施例６〕
研磨剤として合成例６で得られた金属用研磨組成物（カ）を用いる他は実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５１９ｎｍ／分であり、ディッシングは、２２ｎｍであった。

〔実施例７〕
研磨剤として合成例３で得られた金属用研磨組成物（キ）を用いる他は実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４９８ｎｍ／分であり、ディッシングは、２４ｎｍであった。

〔比較例１〕
研磨パッドとしてポリウレタン樹脂を素材とした外径１５０ｍｍの円盤状パッドを用いる他は、実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０２ｎｍ／分であり、ディッシングは１７０ｎｍであった。

〔比較例２〕
研磨剤として合成例２で得られた金属用研磨組成物（イ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０３ｎｍ／分であり、ディッシングは１８５ｎｍであった。

〔比較例３〕
研磨剤として合成例３で得られた金属用研磨組成物（ウ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４９６ｎｍ／分であり、ディッシングは１８３ｎｍであった。

〔比較例４〕
研磨剤として合成例４で得られた金属用研磨組成物（エ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４３５ｎｍ／分であり、ディッシングは２０３ｎｍであった。

〔比較例５〕
研磨剤として合成例５で得られた金属用研磨組成物（オ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０７ｎｍ／分であり、ディッシングは１９７ｎｍであった。

〔比較例６〕
研磨剤として合成例６で得られた金属用研磨組成物（カ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４９７ｎｍ／分であり、ディッシングは２１２ｎｍであった。

〔比較例７〕
研磨剤として合成例７で得られた金属用研磨組成物（キ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５２３ｎｍ／分であり、ディッシングは１６９ｎｍであった。

〔比較例８〕
研磨剤として合成例８で得られた金属用研磨組成物（ク）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５４２ｎｍ／分であり、ディッシングは４９０ｎｍであった。

〔比較例９〕
研磨剤として合成例９で得られた金属用研磨組成物（ケ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５３２ｎｍ／分であり、ディッシングは５２０ｎｍであった。

〔比較例１０〕
研磨剤として合成例１０で得られた金属用研磨組成物（コ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５１２ｎｍ／分であり、ディッシングは４７６ｎｍであった。

〔比較例１１〕
研磨剤として合成例１１で得られた金属用研磨組成物（サ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例１２〕
研磨剤として合成例１２で得られた金属用研磨組成物（シ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例１３〕
研磨剤として合成例１３で得られた金属用研磨組成物（ス）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は１０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例１４〕
研磨剤として合成例１４で得られた金属用研磨組成物（セ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は１０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例１５〕
研磨剤として合成例１５で得られた金属用研磨組成物（ソ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４１０ｎｍ／分であり、ディッシングは３７０ｎｍであった。

〔比較例１６〕
研磨剤としてＡ社から発売されている金属用研磨組成物（タ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は１８０ｎｍ／分であり、ディッシングは２７ｎｍであった。

〔比較例１７〕
研磨パッドとして研磨パッドとしてポリウレタン樹脂を素材とした長径１６０ｍｍ、短径８０ｍｍの楕円盤状パッド用いる他は、実施例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は６２０ｎｍ／分であり、ディッシングは１６９ｎｍであった。

〔比較例１８〕
研磨剤として合成例２で得られた金属用研磨組成物（イ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５８３ｎｍ／分であり、ディッシングは１８８ｎｍであった。

〔比較例１９〕
研磨剤として合成例３で得られた金属用研磨組成物（ウ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は６０１ｎｍ／分であり、ディッシングは１９６ｎｍであった。

〔比較例２０〕
研磨剤として合成例４で得られた金属用研磨組成物（エ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は６０９ｎｍ／分であり、ディッシングは２０５ｎｍであった。

〔比較例２１〕
研磨剤として合成例５で得られた金属用研磨組成物（オ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４９７ｎｍ／分であり、ディッシングは１６５ｎｍであった。

〔比較例２２〕
研磨剤として合成例６で得られた金属用研磨組成物（カ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５１０ｎｍ／分であり、ディッシングは２０９ｎｍであった。

〔比較例２３〕
研磨剤として合成例７で得られた金属用研磨組成物（キ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４９０ｎｍ／分であり、ディッシングは１４９ｎｍであった。

〔比較例２４〕
研磨剤として合成例８で得られた金属用研磨組成物（ク）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４９０ｎｍ／分であり、ディッシングは４９２ｎｍであった。

〔比較例２５〕
研磨剤として合成例９で得られた金属用研磨組成物（ケ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０３ｎｍ／分であり、ディッシングは５０７ｎｍであった。

〔比較例２６〕
研磨剤として合成例１０で得られた金属用研磨組成物（コ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０５ｎｍ／分であり、ディッシングは４９３ｎｍであった。

〔比較例２７〕
研磨剤として合成例１１で得られた金属用研磨組成物（サ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例２８〕
研磨剤として合成例１２で得られた金属用研磨組成物（シ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例２９〕
研磨剤として合成例１３で得られた金属用研磨組成物（ス）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は１０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例３０〕
研磨剤として合成例１４で得られた金属用研磨組成物（セ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は１０ｎｍ／分以下であり、ディッシングを測定できなかった。

〔比較例３１〕
研磨剤として合成例１５で得られた金属用研磨組成物（ソ）を用いる他は、比較例１７と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は４１０ｎｍ／分であり、ディッシングは３８３ｎｍであった。

〔比較例３２〕
研磨剤としてＡ社から発売されている金属用研磨組成物（タ）を用いる他は、比較例１と同様に研磨を行い、パターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は２０３ｎｍ／分であり、ディッシングは２３０ｎｍであった。

〔比較例３３〕
基板として３００ｍｍ径の酸化珪素絶縁膜上に銅膜を設けたシリコン基板を、研磨剤として合成例１で得られた金属研磨用組成物（ア）を２００ｍｌ／分の量、研磨パッドとしてポリウレタン樹脂を素材とした外径６００ｍｍの円盤状パッドを、研磨装置として、Ｆ−ＲＥＸ３００（荏原製作所製）を用い、研磨パッドの回転数を１００ｒｐｍ、Ｆ−ＲＥＸ３００において、図２に示す自動化学機械研磨装置の基板チャックテーブルに相当する、トップリング部の回転数を１２０ｒｐｍ、基板にかかる研磨パッドの圧力を１．４ｐｓｉ（１００ｇ／ｃｍ²）として研磨を行ってパターン幅１５０μｍのウエハを得た。
研磨速度は５２０ｎｍ／分であり、ディッシングは、１１０ｎｍであった。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、従来技術では困難であった、エッチング、ディシング、エロージョン、スクラッチのを抑制すると同時に低研磨圧力下においても高速に銅膜等の金属膜を研磨することが可能となる。本発明は、半導体装置上の金属膜を研磨する上で極めて有用な製造方法を見出したものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。

ＣＭＰ技術を用いた金属配線の形成例を示す概略断面図である。研磨装置の斜視図である。研磨装置の斜視図である。研磨ヘッドとコンディショニング機構との位置関係を示す断面図である。研磨ヘッドの断面図である。研磨パッドの斜視図である。

符号の説明

１半導体装置
２絶縁膜
３バリヤーメタル層
４金属膜
（ａ）半導体装置
（ｂ）絶縁膜
（ｃ）バリヤーメタル層
（ｄ）金属膜
１化学機械研磨装置
ｗウエハ
２研磨ヘッド
３スピンドル軸
４研磨パッド
５コンディショニング機構
５ａドレッシングディスク
５ｂ噴射ノズル
５ｃ保護カバー
７研磨ヘッド移送機構
８研磨ヘッド昇降機構

Claims

ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物および、金属膜を有する基板を金属膜面を上向きにしてチャックテーブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を前記金属用を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の金属膜の少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッドの形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径は基板の径よりも小さいことを特徴とする化学機械研磨装置を用いて、半導体装置表面を研磨する工程を含む事を特徴とする半導体装置の製造方法。
研磨装置。
前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記アニオン性界面活性剤が酸型であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記金属研磨用組成物が水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記金属研磨用組成物が窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記金属研磨用組成物が実質的に砥粒を含まないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。