JP6400897B2 - 研磨組成物 - Google Patents
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Description
プリント配線板を平坦化する処理としては、例えば、半導体シリコンウエハの製造工程で行われている化学機械研磨(CMP:chemical mechanical polishing)法を採用することが考えられる。
CMP法では、砥粒を含む研磨組成物を使用するが、通常、プリント配線板の配線は銅、あるいは銅合金等(以下、銅等ともいう。)の銅を含む導電層からなるため、銅等のディッシングを抑制しうる研磨組成物を用いる必要がある。
特許文献1に記載の研磨組成物は、ベンゾトリアゾールによって銅等の表面に皮膜を形成しつつ、化学的及び機械的に研磨をすることで銅等にディッシングを生じさせることなく被研磨物であるシリコンウエハ表面を平滑に研磨することができる。
また、ベンゾトリアゾールを用いた場合、研磨速度が低下して生産性が上がらないという問題がある。
さらに、ベンゾトリアゾールに代えて比較的銅等に対して吸着性が低い皮膜を形成する皮膜形成成分、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の一般的な界面活性剤を用いることも考えられるが、これらの界面活性剤では銅等のディッシング抑制効果が不十分である。
絶縁層と銅を含む導電層とが備えられたプリント配線板を研磨する研磨組成物であって、
砥粒と、
銅錯化剤と、
アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンと、
水と、を含み、
前記銅錯化剤は、アンモニア、アミン類、ポリエチレンアミン類、アルカノールアミン類、アミノ酸及びカルボン酸(ただし、芳香族カルボン酸を除く)から選択される少なくとも1種であり、
前記銅錯化剤の含有量は、3.0質量%以上6.0質量%以下である。
本実施形態の研磨組成物は、絶縁層と銅を含む導電層とが備えられたプリント配線板を研磨する研磨組成物であって、下記A〜D成分を含むものである
(A)砥粒
(B)銅錯化剤
(C)アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン
(D)水
本実施形態の研磨組成物は砥粒を含む。前記砥粒は、CMP法用の研磨組成物において砥粒として用いられるものであれば、特に限定されることはなく、例えば、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、アルミナ、酸化セリウム、窒化珪素、酸化ジルコニウム等が挙げられ、これらを単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
中でも、コロイダルシリカが好ましい。コロイダルシリカを砥粒として用いた場合には、研磨速度を保ちつつディッシングを抑制させることができるため好ましい。
前記コロイダルシリカの中でも、真球状ではないコロイダルシリカ、すなわち長径と短径との比(長径/短径比)が1または1付近ではないコロイダルシリカ(以下、非真球状コロイダルシリカともいう。)が好ましい。
かかる、非真球状コロイダルシリカを用いることで、ディッシングを抑制し、且つ均一にプリント配線板を研磨することができる。
長径/短径比が前記範囲である場合には、ディッシングをより抑制しつつ且つより均一に研磨しやすくなる。
(A)成分の研磨組成物中の含有量が前記範囲である場合には、高い研磨性を維持しつつ、保存安定性の低下を抑制することができる。
本実施形態の研磨組成物は銅錯化剤を含む。前記銅錯化剤は、銅に作用して銅錯体を形成して、導電層の化学的研磨を促進する成分であれば、特に限定されることはない。例えば、アンモニア;トリ−n−ブチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、トリイソブチルアミン等のアミン類;エチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンテトラミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリエチレンアミン類;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、1−アミノ−2−プロパノ−ル、2−(2−アミノエトキシ)エタノ−ル、トリイソプロパノ−ルアミン等のアルカノールアミン類;グリシン、グルタミン酸、アスパラギン酸等のアミノ酸;蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、クエン酸、グルコン酸、グリオキシル酸、リンゴ酸等のカルボン酸(ただし、芳香族カルボン酸を除く)等が挙げられる。
銅錯化剤としては、これらを単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
中でも、アンモニア、グリシン、マロン酸、酒石酸等が水への溶解度が高く、形成される錯体も水と親和性が高いため研磨パッド上に残りにくく、銅錯化剤として好ましい。
本実施形態の研磨組成物は、アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンを含む。アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンは、銅を含む金属表面に皮膜を形成する。よって、研磨組成物に含まれることで導電層表面に皮膜を形成する皮膜形成成分として機能する。
アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンとしては、C6からC20のアルキルベンゼンスルホン酸のトリエタノールアミン塩が挙げられる。
前記アルキルベンゼンスルホン酸としては、例えば、デシルベンゼンスルホン酸、ウン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、トリデシルベンゼンスルホン酸、テトラデシルベンゼンスルホン酸等が挙げられる。
中でも、ドデシルベンゼンスルホン酸が銅表面への吸着速度と研磨除去の容易さの観点から好ましい。
好ましくは、より均一に皮膜を形成することができるため直鎖アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンが挙げられる。
(C)成分の研磨組成物中の含有量が前記範囲である場合には、よりディッシングを抑制することができるため好ましい。
アゾール類は、銅等の表面に強固且つ厚い皮膜を形成するため、ディッシングの抑制効果は高いが、研磨速度が遅くなる。また、保護皮膜が強度であるため、研磨面内を均一に研磨することができないおそれがある。
さらに、プリント配線板の基材は、ガラスエポキシ樹脂等のように、半導体ウエハの材質であるシリコンに比べて比較的硬度が低い材質からなるため凹凸が生じやすく、プリント配線板表面も凹凸が多くなる。かかる凹凸のあるプリント配線板上にアゾール類による皮膜が形成された場合、研磨残りなどが発生しやすくなり均一に研磨することがより困難になる。
よって、プリント配線板を研磨する本実施形態の研磨組成物は、皮膜を形成する成分として、アゾール類を含まないことが好ましい。
すなわち、銅等に対して適度な吸着力で適度な厚みの皮膜を吸着させることで、ディッシングを抑制しつつ、広い面積においても均一に平滑になるように研磨することができる。適度な厚みの皮膜を形成するためには、銅等に対する皮膜の吸着速度を適切に調整することが必要である。
本実施形態の研磨組成物は、銅に対する皮膜の吸着速度が後述する吸着速度の測定方法において、例えば、0.020ng/sec/cm2〜0.08ng/sec/cm2程度である。研磨組成物の皮膜の吸着速度が前記範囲である場合には、適切な厚みの皮膜を形成することができるため、均一に研磨することができる。
また、本実施形態の研磨組成物の吸着量は、後述する吸着量の測定方法において、例えば、1.50ng/cm2〜6.00ng/cm2程度である。
本実施形態の研磨組成物は、前記A〜C成分が水に溶解あるいは懸濁されている。
前記水は、前記成分A〜Cの各種作用を阻害することを抑制するために、イオン交換水などのできるだけ不純物の少ないものを用いることが好ましい。
本実施形態の研磨組成物は、さらに、消泡剤を含んでいてもよい。
消泡剤を含むことで研磨組成物の泡立ちを抑制し、より、プリント配線板を均一に研磨することができる。
消泡剤としては、特に限定されることはないが、例えば、シリコーンエマルジョン、ノニオン系の界面活性剤等が挙げられる。
中でも、シリコーンエマルジョンが分散安定性と消泡効果が高いため好ましい。
アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンと消泡剤との重量比が前記範囲であることで、泡立ちの十分に抑制し、より均一に研磨できるため好ましい。
かかるpHの範囲である場合には、銅を含む導電層に対する化学的研磨性が高くなるため、より高い研磨速度で研磨することができる。
pH調整剤としては、有機酸、無機酸等の酸、アンモニアやKOH等の無機塩基、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等の有機塩基等が挙げられる。
あるいは前記銅錯化剤、前記消泡剤等の成分によって研磨組成物が前記pHになるように調整してもよい。
本実施形態の研磨組成物は、前記各成分以外の各種成分、例えば、リン酸などの無機酸 等を含んでいてもよい。
前記各種成分の含有量は、例えば0.05質量%以上0.5質量%以下、好ましくは0.1質量%以上0.3質量%以下程度である。
絶縁層としては、例えば、絶縁基材、レジスト等、導電層以外の部材からなる層等が挙げられる。
前記レジストとしては、液状ソルダーレジスト、ドライフィルムレジスト等の公知のプリント配線板用のレジストが挙げられる。
導電層は、例えば、絶縁基材等にめっきやスパッタ等により形成されたもの、銅箔等の金属箔を積層して形成されたものであってもよい。
本実施形態の研磨組成物で研磨する工程としては、特に限定されるものではないが、例えば、アディティブ工法等のように、導体層と絶縁層とが混在する表面を平滑に研磨するレベリング工程、ビルドアップのコア材表面に過剰に付着した穴埋め樹脂を除去する工程、ソルダーレジストのコーティング前の表面研磨の工程等が挙げられる。
あるいは、絶縁基材の表面に直接溝を形成して、該溝にめっきなどで銅等を埋め込み、絶縁基材表面に過剰に盛り上がった銅等を平滑にするレベリング工程等が挙げられる。
かかるレベリング工程では、導電層間の絶縁層表面に銅等が残存するとショートの原因となるため、研磨残りが生じないように研磨する必要がある。しかし、通常、プリント配線板はシリコンウエハ等と比較すると柔らかい絶縁基材に銅等が埋め込まれているため、凹凸が生じやすい。また、絶縁層の表面粗さはシリコンウエハの表面粗さと比較するとかなり粗い。例えば、シリコンウエハ基板の表面粗さRa=0.2nm程度、絶縁層(シリカフィラー含有エポキシ樹脂)の表面粗さRa=0.5〜1.6μm程度である。すなわち、凹凸が生じたり、表面粗さが粗い絶縁基板は、シリコンウエハ等に比べて研磨残りが生じやすく均一に平滑に研磨することが難しい。さらに、研磨残りを抑制しようとすると、柔らかい銅等からなる導電層にディッシングが生じやすくなる。
本実施形態の研磨組成物を用いることで、かかるプリント配線板表面において、ディッシングも抑制しつつ、研磨残りを抑制して均一に平滑に研磨することができる。
本実施形態の研磨組成物を用いることで、微細な配線幅の導電層を有するプリント配線板も、均一に且つ高い研磨速度で平滑にすることができる。よって、微細配線幅の導電層を有するプリント配線板を低コストで生産することが可能になる。
尚、作製された研磨組成物のpHを測定した結果も示す。尚、pHはpHメーター(装置名:pH/cond meter D-54、HORIBA社製)で測定した。
[実施例1]
コロイダルシリカ 3.0質量%
アンモニア水(NH3として) 0.56質量%
グリシン 5.0質量%
アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン 1.20質量%
消泡剤 0.01質量%
DI水 残
pH:9.37
[比較例1]
コロイダルシリカ 0.5質量%
グリシン 3.0質量%
ベンソトリアゾール 0.100質量%
有機リン酸 0.195質量%
マロン酸 1.000質量%
DI水 残
pH:3.01
[比較例2]
コロイダルシリカ 3.0質量%
アンモニア水(NH3として) 0.56質量%
グリシン 5.0質量%
アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム 1.2質量%
消泡剤 0.01質量%
DI水 残
pH:9.39
[比較例3]
コロイダルシリカ 3.0質量%
アンモニア水(NH3として) 0.56質量%
グリシン 5.0質量%
ベンゼンスルホン酸一水和物 1.20質量%
消泡剤 0.01質量%
DI水 残
pH:9.2
[比較例4]
コロイダルシリカ 3.0質量%
アンモニア水(NH3として) 0.56質量%
グリシン 5.0質量%
ポリグリセリン 1.2質量%
消泡剤 0.01質量%
DI水 残
pH:9.36
[比較例5]
コロイダルシリカ 3.0質量%
アンモニア水(NH3として) 0.56質量%
グリシン 5.0質量%
消泡剤 0.01質量%
DI水 残
pH:9.36
コロイダルシリカ:PL-3、扶桑化学工業社製(繭型)
アンモニア水:29%、関東化学社製
グリシン:グリシンM、扶桑化学工業社製
ドデシルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン:Lutensit A-LBA、BASF社製
アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、東京化成工業社製
ベンゼンスルホン酸一水和物:ベンゼンスルホン酸一水和物、和光純薬工業社製
消泡剤:シリコーンエマルジョン:HS-06、センカ社製
試験用の各基板を以下のような方法で作製した。
厚さ0.2mm、長さ200mm、幅200mmのガラスエポキシ基板の一面側表面にL/S=20μm/20μmとなるように深さ10μmの溝をレーザー加工で形成した。該溝に無電解めっきでシード層を形成した後、電解めっきによって銅を埋め込んだ。
[試験基板2]
直径8インチの銅配線TEGパターンウエハ(フィルテック社製:PT012、Cu/Ta/TaN/TEOS/Si構造、Cu厚み10μm、チップサイズ2μm、L/S=8−100μm、ホール=8−100μm)
実施例1及び比較例1の研磨組成物を用いて、試験基板1をそれぞれ以下の条件で研磨を行い、研磨後の試験基板1の表面をレーザー顕微鏡で観察した。
研磨装置:SH-24(スピードファム社製)
研磨パッド:IC1400(ニッタ・ハース 社製)
定盤速度:90rpm
研磨荷重面圧:5psi
研磨組成物の流量:200ml/min
研磨時間:180s
また、同時に研磨速度を測定した。
研磨速度は、研磨厚みを研磨時間で割ることで、単位時間当たりの研磨速度を求めた。
研磨厚みは、前記被研磨物である試験基板の銅層の厚みを研磨前および研磨後に測定し、研磨前の銅層の厚みから研磨後の銅層の厚みを引くことで求めた。
尚、研磨厚みの測定は、シート抵抗測定テスター装置(装置名:RT−80、ナプソン社製)を使用して測定した。測定点は直径方向に49点で行い、その平均値を研磨レートとした。
また、実施例1の研磨組成物で研磨した際の研磨速度は4μm/分、比較例1の研磨組成物で研磨した際の研磨速度は3.5μm/分であった。
以上より、実施例1と比較例1の研磨組成物は、研磨速度は同等であるが、実施例1は銅残りもなく均一に研磨できることが明らかであった。
実施例1及び比較例2の研磨組成物で試験基板2を研磨した際の研磨均一性を評価した。研磨条件は以下のとおりである。
研磨装置:SH-24(スピードファム社製)
研磨パッド:IC1400(ニッタ・ハース社製)
定盤速度:90rpm
研磨荷重面圧:5psi
研磨組成物の流量:200ml/min
尚、研磨時間は以下の方法で測定される各研磨組成物のジャスト時間Aに対して20%オーバーポリッシュ時間とした1.2Aを研磨時間とした。
ジャスト時間Aは、まず、ベタ膜銅板を前記研磨条件にて1分研磨して各研磨組成物の研磨速度を算出し、この研磨速度の値を用いてTEGウエハの銅膜10μmを取り除くのに必要なジャストの時間Aを算出した。
研磨後の基板表面を画像データとしてコンピュータに取り込み、画面上で観察し、以下の部分の面積を測定した。尚、面積を測定する解析ソフトウエアとしてはWinroof V5.6(三谷商事社製)を使用し、面積の計算方法は、写真画像を前記解析ソフトウエアに取り込み、赤色の成分の階調をグラフ化した。そのグラフにおいて明確に差が現れている部位の直径を測定し、真円と仮定して面積を算出した。
第一領域:銅の皮膜が残っている領域
第二領域:配線部分以外に銅の皮膜が残っていない領域
測定の結果、を以下に示す。
実施例1:第一領域0%、第二領域100%
比較例2:第一領域12.6%、第二領域87.4%
前記実施例1、比較例2乃至5の研磨組成物を用いて前記試験基板2の各研磨後のディッシングを測定した。
測定方法は以下のとおりである。ディッシングはTencor P-12 disk profiler(Tencor社製)を用いて、2μm/secの速度で走査し、測定した。
測定の結果を表1に示す。
前記試験基板2の各研磨時の研磨速度を測定した結果を表1に示す。
実施例1、比較例2の研磨組成物の銅に対する吸着速度、及び皮膜の吸着量を測定した結果を表1に示す。
吸着速度及び吸着量の測定方法は以下のとおりである。
QCM(水晶振動子マイクロバランス)において、銅をコーティングした金電極センサー(電極面積1cm2)を用い、メイワフォーシス社製のQCM−Dシステム(Q−sense QCM E1)にて周波数変化を測定し、吸着量に換算した。センサー部へのスラリー流入速度は0.07ml/minで実施した。
皮膜の吸着速度及び吸着量は、最も吸着速度が早く吸着量も多かった比較例2であるが銅残りが発生していた。一方、吸着速度が遅く吸着量が少なかった比較例4はディッシング量も多く、前述のとおり銅残りも多かった。
さらに、比較例3及び5は皮膜が形成されず、ディッシング量も極めて多かった。
以上の結果より、適度な速度で銅表面に皮膜が吸着され、吸着量も適度な量である実施例1では、研磨速度が低下することなく、且つ、ディッシングを抑制でき、均一に研磨することができることが明らかであった。
下記の配合の研磨組成物においてアルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンの濃度を3段階(0.3質量%、0.6質量%、1.2質量%)に変化させたものを用いて、ディッシングを測定した。研磨する試験基板は前記試験基板2と同様のTEGウエハを用いた。
使用した各成分は前記実施例、比較例と同様であり、研磨条件、ディッシング量の測定は前記試験2と同様である。
コロイダルシリカ:1.5質量%
アンモニア水(NH3として):0.5質量%
グリシン:5.0質量%
アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン:0.3/0.6/1.2質量%
消泡剤:0.005質量%
DI水:残
図1のグラフに示すように、濃度が高いほどディッシング抑制効果が上がる。特に、0.5質量%を超えるとディッシング抑制効果が急激向上した。
Claims (6)
- 絶縁層と銅を含む導電層とが備えられたプリント配線板を研磨する研磨組成物であって、
砥粒と、
銅錯化剤と、
アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンと、
水と、を含み、
前記銅錯化剤は、アンモニア、アミン類、ポリエチレンアミン類、アルカノールアミン類、アミノ酸及びカルボン酸(ただし、芳香族カルボン酸を除く)から選択される少なくとも1種であり、
前記銅錯化剤の含有量は、3.0質量%以上6.0質量%以下である、研磨組成物。 - 前記アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミンを0.3質量%以上5質量%以下含む請求項1に記載の研磨組成物。
- pH9.0以上10.5以下である請求項1又は2に記載の研磨組成物。
- 前記砥粒は、コロイダルシリカである請求項1乃至3のいずれか一項に記載の研磨組成物。
- 消泡剤をさらに含む請求項1乃至4のいずれか一項に記載の研磨組成物。
- 前記消泡剤(E成分)は、前記アルキルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン(C成分)の含有量との関係が、重量比で、C成分/E成分=4以上240以下である請求項5に記載の研磨組成物。
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