JP5459466B2 - 回路基板の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体、回路基板の製造方法、回路基板および多層回路基板 - Google Patents
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樹脂基板に銅または銅合金を含む配線層が設けられた回路基板を形成するために用いる化学機械研磨用水系分散体であって、
(A)有機酸および有機酸の塩の少なくとも1種と、
(B)界面活性剤および水溶性高分子化合物の少なくとも1種と、
(C)酸化剤と、
(D)砥粒と、
を含み、
前記化学機械研磨用水系分散体に対する前記(A)成分の濃度MA(質量%)および前記(D)成分の濃度MD(質量%)において、MA/MD=1〜30の関係を有し、
pHの値は、8〜12である。
さらに、MA=5〜15(質量%)であることができる。
前記(A)成分は、グリシンであることができる。
前記(B)成分は、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムおよびドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウムから選択される少なくとも1種であることができる。
前記(C)成分は、過酸化水素であることができる。
前記(D)成分は、シリカ粒子、炭酸カルシウム粒子、有機ポリマー粒子、および有機無機複合粒子から選択される少なくとも1種であることができる。
上述の化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う工程を有する。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、(A)有機酸および有機酸の塩の少なくとも1種と、(B)界面活性剤および水溶性高分子化合物の少なくとも1種と、(C)酸化剤と、(D)砥粒と、を含む。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、(A)有機酸および有機酸の塩の少なくとも1種を含有する。(A)成分の機能の1つとしては、樹脂基板に銅または銅合金を含む配線層の研磨に対して化学機械研磨用水系分散体を適用したときの研磨速度を向上させることが挙げられる。本実施形態の化学機械研磨用水系分散体に用いられる(A)成分としては、配線材料元素からなるイオンまたは、銅または銅合金を含む配線材料の表面に対し、配位能力を有する有機酸または有機酸の塩が好ましい。(A)成分としてより好ましくは、キレート配位能力のある有機酸または有機酸の塩が好ましい。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、(B)界面活性剤および水溶性高分子化合物の少なくとも1種を含有する。(B)成分の機能の1つとしては、化学機械研磨用水系分散体に粘性を付与して、研磨性能を安定化させ、被研磨面の平坦性を高めることが挙げられる。すなわち、化学機械研磨用水系分散体の粘性は、(B)成分の含有量によって制御することができる。そして、該化学機械研磨用水系分散体の粘性を制御すれば、該化学機械研磨用水系分散体の研磨性能を制御することができる。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、(C)酸化剤を含有する。(C)酸化剤の機能の1つとしては、銅または銅合金を含む配線層が形成された回路基板の研磨に対して化学機械研磨用水系分散体を適用したときの研磨速度を向上させることが挙げられる。その理由としては、(C)酸化剤が、銅等の表面を酸化し、化学機械研磨用水系分散体の成分との錯化反応を促すことにより、脆弱な改質層を銅等の表面に形成し、銅等を研磨しやすくするためと考えられる。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、(D)砥粒を含む。(D)砥粒としては、無機粒子、有機粒子および有機無機複合粒子などが挙げられる。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、(A)成分の濃度MA(質量%)および(D)成分の濃度MD(質量%)において、MA/MD=1〜30の関係を有する。ここで、MAおよびMDは、(A)成分および(D)成分の濃度をそれぞれ表し、化学機械研磨用水系分散体の全体の質量に対する(A)成分および(D)成分の質量の割合のことを指す。(A)成分の濃度MAと(D)成分の濃度MDの比、MA/MDは、MA/MD=2〜20がより好ましく、MA/MD=3〜10がさらに好ましい。比MA/MDが上記範囲未満であると、配線層のディッシングが大きくなる傾向があり好ましくない。さらに、比MA/MDが上記範囲未満であると、(D)砥粒成分が相対的に多くなり樹脂基板に対する機械的研磨が過度に行われるため、被研磨物である樹脂基板に銅または銅合金を含む配線層が設けられた回路基板の被研磨表面が荒れるため好ましくない。また、安定した化学機械研磨用水系分散体を得られないことがある。比MA/MDが上記範囲を超えると、被研磨面の平坦性が不十分となることがある。また、配線金属への腐食が発生する場合もあるため好ましくない。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体において、化学機械研磨用水系分散体のpHの値は、8〜12である。ここで、pHとは、水素イオン指数のことを指し、その値は、市販のpHメーター等を用いて測定することができる。化学機械研磨用水系分散体のpHの値は、好ましくは8.5〜11.5であり、より好ましくは9〜11である。化学機械研磨用水系分散体のpHの値が、上記範囲未満であると、研磨速度が低下する場合がある。化学機械研磨用水系分散体のpHの値が、上記範囲を超えると、砥粒の溶解が生じたり、被研磨面の平坦性が悪くなる場合がある。
本実施形態の化学機械研磨用水系分散体には、必要に応じて酸、アルカリ等のpH調整剤を配合することができる。pH調整剤の機能の1つとしては、化学機械研磨用水系分散体を所望のpHに調整することである。これにより、化学機械研磨用水系分散体が所望のpHの値となり、研磨速度の調整や、平坦性の改良および配線層の腐食を抑制することができる。なお、pH調整剤は、化学機械研磨用水系分散体のpHが8〜12の範囲を外れたときに用いることができる他、化学機械研磨用水系分散体のpHが8〜12の範囲にあるときにも、さらにpHを調整するために用いることができる。
本実施形態にかかる化学機械研磨用水系分散体は、上記の成分のほか、必要に応じて各種添加剤を配合することができる。その他の添加剤としては、配線材料の防食剤、スラリーの泡立ちを低減する抑泡剤および消泡剤などが挙げられる。
本実施形態にかかる回路基板の製造方法は、「1.化学機械研磨用水系分散体」で述べた化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う工程を有する。
以下、本発明を実施例および比較例を用いてさらに説明するが、本発明はこの実施例および比較例により何ら限定されるものではない。
3.1.1.平坦性評価用基板の作製
表面を粗化処理した銅張り積層板(基板厚;0.6mm、サイズ;10cm角)にWPR−1201ワニス(JSR株式会社製;感光性絶縁樹脂組成物)をスピンコートし、ホットプレートで110℃、3分間加熱し、10μm厚の均一な塗膜を作製した。その後、アライナー(Karl Suss社製、「MA−100」)を用い、L/S=100μm/100μmの配線、および2mm×2mmのパッド部を有するパターンマスクを介して高圧水銀灯からの紫外線を照射した。紫外線の露光は、波長350nmにおける露光量が3,000〜5,000J/m2となるようにした。次いで、ホットプレートで110℃、3分間加熱(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて23℃で60秒間、浸漬現像した後、対流式オーブンで120℃×2時間加熱して銅張り積層板上に溝パターンを有する絶縁樹脂硬化膜を形成した。得られた絶縁樹脂硬化膜上に無電解メッキにより銅シード層を形成し、その後、電解メッキ法により10μmの銅メッキ層を形成した。このようにして溝パターン内に銅を埋め込んだ平坦性評価用基板を得た。この基板を化学機械研磨して、溝パターンの外の銅を除去すれば、100μm幅の導電層のラインと、2mm幅の導電層のラインとを有する回路基板が形成される。
絶縁樹脂層の溝パターン形成を行わない以外は、「3.1.1.平坦性評価用基板の作製」と同様にして10μmの銅メッキ層付き基板を得た。
3.2.1.ヒュームド法シリカ粒子を含む水分散体の調製
ヒュームド法シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製、商品名「アエロジル#90」)2kgを、イオン交換水6.7kgに超音波分散機によって分散させ、孔径5μmのフィルタによって濾過し、ヒュームドシリカを含有する水分散体を調製した。
容量2リットルのフラスコに、25質量%含有量のアンモニア水70g、イオン交換水40g、エタノール175gおよびテトラエトキシシラン21gを投入し、180rpmで攪拌しながら60℃に昇温し、この温度のまま2時間攪拌を継続した後、冷却し、平均粒子径が70nmのコロイダルシリカ/アルコール分散体を得た。次いで、エバポレータにより、この分散体に80℃の温度でイオン交換水を添加しながらアルコール分を除去する操作を数回繰り返し、分散体中のアルコール分を除き、固形分含有量が8質量%の水分散体を調製した。
ポリビニルピロリドンの水溶液は、以下のように調製し、その他のドデシルベンゼンスルホン酸、アルケニルコハク酸ジカリウム、ポリビニルアルコール、およびオレイン酸の水溶液については、イオン交換水に所定量を溶解することにより調製した。
「3.2.砥粒分散体の調製」の項で述べた水分散体の所定量を容量1リットルのポリエチレン製の瓶に投入し、これに、表1に記載の化合物を各々の含有量となるように添加し、十分に攪拌した。その後pH調整剤として、アンモニアおよび水酸化カリウムを表1に○で表示した分散体に添加し、pHを表1に示す値とした。その後、孔径5μmのフィルタで濾過し、実施例1〜9および比較例1〜4の化学機械研磨用水系分散体を得た。
実施例1〜9および比較例1〜4の化学機械研磨用水系分散体を用いて配線パターンの無い銅膜付き基板および、前述の溝パターン内に銅を埋め込んだ平坦性評価用基板を以下の条件で研磨した。
・研磨パッド : IC1000(ニッタ・ハース製)
・キャリアヘッド荷重 : 280hPa
・定盤回転数 : 90rpm
・研磨剤供給量 : 100ミリリットル/分
なお、研磨量は、銅の密度を8.9g/cm3として下式を用いて算出した。
研磨速度の値が5μm/分以上のとき、研磨速度が良好といえる。
凹部等に配線材料を堆積させた厚さT(nm)の初期の余剰膜を研磨速度V(nm/分)で研磨すると、本来T/V(分)の時間だけ研磨すれば目的が達成できるはずである。しかし、実際の製造工程では、凹部以外の部分に残る配線材料を除去するため、T/V(分)を超える過剰研磨(オーバーポリッシュ)を実施している。このとき、配線部分が過剰に研磨されることにより、凹状の形状となることがある。このような凹状の配線形状は、「ディッシング」と呼ばれ、製造品の歩留まりを低下させてしまう観点から好ましくない。そのため、各実施例および比較例でディッシングを評価項目として採り上げた。
各実施例および各比較例の化学機械研磨用水系分散体の貯蔵安定性の評価は、化学機械研磨用水系分散体を調製した後、常温、常圧で静置し、60日間静置後の各分散体を目視にて観察することによって実施した。貯蔵安定性の評価の指標としては、調製直後と変化がない場合を◎、わずかに沈殿物が観察された場合を○、成分の分離が生じているか上澄み領域が生じている場合を×とし、その結果を表1に記した。
表1の結果によれば、実施例1〜9の化学機械研磨用水系分散体では、いずれも銅の研磨速度は6.8μm/分以上と十分に高い。また、100μm配線のディッシングは1.5μm以下と小さく、良好なオーバーポリッシュマージンを有していることが判明した。さらに、2mm配線のディッシングは2.2μm以下と小さく、幅の大きい配線に対しても良好なオーバーポリッシュマージンを有していることが判明した。しかも100μmラインと2mmラインとでディッシングの差は、0.7μm以下であり、ディッシングのライン幅依存性が小さいことがわかった。また、実施例1〜9の化学機械研磨用水系分散体は、貯蔵安定性も良好であった。
Claims (9)
- 樹脂基板に銅または銅合金を含む配線層が設けられた回路基板を形成するために用いる化学機械研磨用水系分散体であって、
(A)有機酸および有機酸の塩の少なくとも1種と、
(B)界面活性剤および水溶性高分子化合物の少なくとも1種と、
(C)酸化剤と、
(D)砥粒と、
を含み、
前記化学機械研磨用水系分散体に対する前記(A)成分の濃度MA(質量%)および前記(D)成分の濃度MD(質量%)において、MA/MD=1〜30の関係を有し、
pHの値は、8〜12である、化学機械研磨用水系分散体。 - 請求項1において、
さらに、MA=5〜15(質量%)である、化学機械研磨用水系分散体。 - 請求項1または請求項2において、
前記(A)成分は、グリシンである、化学機械研磨用水系分散体。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
前記(B)成分は、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムおよびドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウムから選択される少なくとも1種である、化学機械研磨用水系分散体。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、
前記(C)成分は、過酸化水素である、化学機械研磨用水系分散体。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、
前記(D)成分は、シリカ粒子、炭酸カルシウム粒子、有機ポリマー粒子、および有機無機複合粒子から選択される少なくとも1種である、化学機械研磨用水系分散体。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う工程を有する、回路基板の製造方法。
- 請求項7に記載の製造方法により製造された回路基板。
- 請求項8に記載の回路基板が複数積層された多層回路基板。
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