TWI461518B - Chemical mechanical grinding water system dispersion and preparation of the chemical mechanical grinding water system dispersion and chemical mechanical grinding method - Google Patents

Chemical mechanical grinding water system dispersion and preparation of the chemical mechanical grinding water system dispersion and chemical mechanical grinding method Download PDF

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Description

化學機械研磨用水系分散體及調製該化學機械研磨用水系分散體之組套及化學機械研磨方法
本發明係關於化學機械研磨用水系分散體及用以調製該化學機械研磨用水系分散體之組套，以及使用該化學機械研磨用水系分散體之化學機械研磨方法。
近年來，由於電光學顯示裝置技術之進步，而提出具有各種構造之顯示裝置。該等顯示裝置舉例為例如液晶顯示裝置(LCD：Liquid Crystal Dispaly)、電漿顯示裝置(PDP：Plasma Display Panel)、電致色變顯示裝置(ECD：Electrochromic Display)、電致發光顯示裝置(ELD：Electro Luminescent Display)、電場射出顯示材料裝置(FED：Field Emission Display)等平板顯示器。平板顯示器通常係在一對基板之間挾持液晶等之顯示材料，且以對該顯示材料施加電壓之方法構成。此時，至少一方之基板上有必要配置由導電材料構成之電性配線。該等平板顯示器中，若實現顯示器之大面積化及顯示器之高精細化則將增高驅動頻率，同時將增大電性配線之電阻及寄生電容。由於該影響產生驅動訊號延遲，故成為較大問題。另外，同樣的問題亦發生在半導體裝置上，因多層配線化造成之訊號延遲成為較大問題。
因此，為了解決上述訊號延遲而進行各種技術之開發。例如，特開2002-353222號公報嘗試不使用以往配線材料之鋁、α-鉭、鉬，而於配線材料中改使用電阻小於該等金屬之銅，以解決驅動訊號延遲。
又，為了達成顯示器更高精細化，因此導線配線之超微細化且高積體化之配線構造將成為必要。然而，在基板上配設銅或銅合金等之配線材料時，僅以以往之濺射法、蒸鍍法、CVD法等乾式成膜法或無電解電鍍法、熱分解法等濕式成膜法，欲形成超微細化且高積體化之配線構造有其界限。
作為形成此等配線構造之技術，化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)技術之所謂稱為鑲嵌法之技術備受矚目。該方法係將配線材料埋入基板上所形成之溝槽等中之後，藉由化學機械研磨將剩餘配線材料去除而形成所需配線者。
然而，相對於以往之半導體裝置之製造中使用之基板(以下稱為「半導體裝置用基板」)之大小最大尺寸約為50~300mm，由於電光學顯示裝置製造中使用之基板(以下稱為「電光學顯示裝置用基板」)之最大尺寸有成為大如約1500~3000mm左右之大型之情況，故使用化學機械研磨技術之際，因其基板大小差異而產生新的問題。具體而言，每單位時間之研磨量(以下亦稱為「研磨速度」)之被研磨面有無法保有均勻性之問題。若產生該問題，則被研磨面之面內，去除物質之量凌亂，無法獲得平坦性。以往之半導體裝置用基板之情況下，被研磨面之面積不為會損及面內平坦性程度之大小，若在品質管理上之容許範圍內將不會成為顯著問題。然而，在研磨被研磨面之面積大於半導體裝置用基板之大的電光學顯示裝置用基板時，無法保有研磨速度之均一性成為無法忽視的問題。
又，近幾年由於半導體裝置用基板之積體度提高，而要求更微細化，伴隨於此要求有可以更高精度達成平坦化之化學機械研磨技術。
所謂化學機械研磨，為於研磨對象基板與研磨用墊之間充滿化學機械研磨用水系分散體，而對研磨對象基板進行研磨之方法。以此方法，隨著研磨對象基板之大小變大，於基板面內之化學機械研磨用水系分散體之存在量變成不均。因此，變成無法確保研磨速度之均一性而認為將產生上述問題。若對基板面內之每單位面積供給相同量之化學機械研磨用水系分散體，則理論上依據自旋轉中心朝向外周之距離，化學機械研磨用水系分散體有必要以其距離之二次方(相當於面積)之比例增加供給。因此，現實上於研磨用墊上押抵一定壓力，且於旋轉之研磨對象基板與研磨用墊之間如上述般供給化學機械研磨用水系分散體有技術上之困難。
又，對電光學顯示裝置用基板進行化學機械研磨時，儘管為不同材質亦要求有以相等研磨速度研磨。例如於玻璃基板之凹部中形成銅配線之情況等，有玻璃研磨速度與銅研磨速度不同之情況，而會產生於銅配線之研磨面成為凹狀之稱為凹陷(dishing)之現象，或因玻璃溶解而產生稱為浸蝕之現象。此等現象有發生於半導體裝置用基板之情況，同樣地亦有發生於電光學顯示裝置用基板中之情況，而要求有可抑制該等之化學機械研磨用水系分散體。
另一方面，對於如電光學顯示裝置用基板般之大面積基板進行研磨時，欲藉由化學機械研磨而除去之配電等之量較多。因此，對於此種基板，為進行高處理量之化學機械研磨加工而有必要使研磨速度充分提高。
如此，對於用以研磨電光學顯示裝置用基板等之化學機械研磨用水系分散體之性能，不僅要求使被研磨面之平坦性提高、可抑制凹陷，且亦同時要求提高研磨速度。
本發明係為解決上述問題而成者，其目的在於提供一種在對由銅或銅合金所構成之配線層進行化學機械研磨之步驟中，可確保研磨速度大、研磨速度之面內均一性以及被研磨面之面內平坦性，而難以產生凹陷等缺陷之化學機械研磨用水系分散體、以及用以調至該化學機械研磨用水系分散體之組套，進而提供使用該化學機械研磨用水系分散體之化學機械研磨方法。
本發明係關於一種化學機械研磨用水系分散體，其特徵為含有：(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)選自烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、α-烯烴磺酸以及其等之鹽之至少一種界面活性劑、(C)研磨粒、(D)胺基酸； (上述通式(1)中，R1 及R2 係分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基或磺酸基(-SO3 X)，但X表示氫離子、銨離子或金屬離子)。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，前述(B)界面活性劑可為選自烷基苯磺酸、烷基苯磺酸鉀以及烷基苯磺酸銨之至少一種，前述界面活性劑之烷基為經取代或未經取代之碳數10至20之烷基。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，前述(B)界面活性劑可為選自十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鉀以及十二烷基苯磺酸銨之至少一種。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，前述(C)研磨粒可為選自二氧化矽及有機無機複合粒子之至少一種。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，其可進而含有(E)氧化劑。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，前述(E)氧化劑可為過氧化氫。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，其可進而含有(F)酸銨鹽。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，前述(F)酸銨鹽可為醯胺硫酸銨。
本發明之化學機械研磨用水系分散體中，該化學機械研磨用水系分散體係用以研磨於電光學顯示裝置用基板上所設之由銅或銅合金所構成之配線層。
本發明之化學機械研磨方法係使用上述之化學機械研磨用水系分散體以研磨於電光學顯示裝置用基板上所設之由銅或銅合金所構成之配線層。
本發明之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其係用以調製由第一組成物與第二組成物所構成之化學機械研磨用水系分散體之組套，其中前述第一組成物含有：(A)下述通式(1)表示之化合物，(B)界面活性劑，(C)研磨粒，(D)胺基酸；前述第二組成物含有(E)氧化劑； (上述通式(1)中，R1 及R2 係分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基或磺酸基(-SO3 X)，但X表示氫離子、銨離子或金屬離子)。
本發明之化學機械研磨用水系分散體調製用組套中，前述第一組成物進而含有(F)酸銨鹽。
本發明之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其係用以調製由第三組成物與第四組成物所構成之化學機械研磨用水系分散體之組套，其中
前述第三組成物含有(C)研磨粒；前述第四組成物含有(D)胺基酸；前述第三組成物及前述第四組成物之至少一方含有(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)界面活性劑；前述第三組成物及前述第四組成物之至少一方含有(E)氧化劑； (上述通式(1)中，R1 及R2 分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基或磺酸基(-SO3 X)，但X表示氫離子、銨離子或金屬離子)。
本發明之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其中前述第三組成物及前述第四組成物之至少一方進而含有(F)酸銨鹽。
本發明之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其係用以調製由第五組成物、第六組成物與第七組成物所構成之化學機械研磨用水系分散體之組套，其中
前述第五組成物含有(E)氧化劑；前述第六組成物含有(C)研磨粒；前述第七組成物含有(D)胺基酸；選自前述第五組成物、前述第六組成物及前述第七組成物之至少一種含有(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)界面活性劑： (上述通式(1)中，R1 及R2 分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基或磺酸基(-SO3 X)，但X表示氫離子、銨離子或金屬離子)。
本發明之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其中前述第五組成物、前述第六組成物及前述第七組成物之至少一方進而含有(F)酸銨鹽。
本發明之化學機械研磨用水系分散體之調製方法，其包含混合上述化學機械研磨用水系分散體調製用組套之各組成物之步驟。
依據上述化學機械研磨用水系分散體，可對基板整體均勻且平坦地研磨在被研磨面之最大尺寸約1500~3000mm之電光學顯示裝置用基板上設置之由銅或銅合金構成之配線層。又，依據上述化學機械研磨用水系分散體，可抑制被研磨面之凹陷。如上，依據上述化學機械研磨用水系分散體，可高速地研磨該配線層。其結果，可容易地在例如電光學顯示裝置用基板或半導體裝置用基板上設置超細微化且高積體化之配線構造。另外，依據上述化學機械研磨方法，由於使用上述化學機械研磨用水系分散體，因此可達成例如平板顯示器之大面積化及高精細化。
依據上述化學機械研磨用水系分散體調製用組套，即使進行長期間之儲存，亦可獲得良好之化學機械研磨用水系分散體。亦即，依據上述化學機械研磨用水系分散體調製用組套，可提高化學機械研磨用水系分散體之儲存安定性。
以下，針對本發明之實施形態加以詳細說明。
另外，本發明並不受下列實施形態之限制，且亦包含在不改變本發明主旨之範圍內進行之各種變形例。
1.化學機械研磨用水系分散體
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體包含(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)選自烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、α-烯烴磺酸以及其等之鹽之至少一種界面活性劑、(C)研磨粒、(D)胺基酸； (上述通式(1)中，R1 及R2 分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基或磺酸基(-SO3 X)，但X表示氫離子、銨離子或金屬離子)。
以下針對本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中所含各成分加以詳細說明。又，以下，(A)至(F)之各化合物有時分別省略記載為(A)成分至(F)成分。
1.1.(A)以通式(1)表示之化合物
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體含有(A)以通式(1)表示之化合物。(A)以通式(1)表示之化合物之功能之一舉例為使該化合物吸附於銅表面，以保護銅表面免於過度蝕刻或腐蝕。藉此，可獲得平滑之被研磨面。
以通式(1)表示之化合物中，R1 及R2 較好各獨立為氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基。R1 及R2 為烷基時，以碳數為1至8之經取代或未經取代之烷基更好。又，R1 、R2 為金屬原子時，較好為鹼金屬原子，且最好為鈉或鉀。
以通式(1)表示之化合物中，R3 表示經取代或未經取代之烯基或磺酸基(-SO3 X)。但，X表示氫離子、銨離子或金屬離子。R3 為烯基時，較好為碳數2至8之經取代或未經取代之烯基。R3 為磺酸基(-SO3 X)時，X較好為氫離子、鈉離子、鉀離子、銨離子。由於具有該等構造之(A)以通式(1)表示之化合物吸附於銅膜之表面上並保護銅膜之表面，因此可防止銅過度研磨。
以通式(1)表示之化合物之具體例舉例為通式(1)之式中R3 具有磺酸基(-SO3 X)之商品名「UNICOL 291-M」(自日本乳化劑股份有限公司取得)、式中R3 具有磺酸基(-SO3 X)之商品名「UNICOL 292-PG」(自日本乳化劑股份有限公司取得)、具有烯基琥珀酸二鉀之商品名「LATEMURU ASK」(自花王股份有限公司取得)，以及式中R3 具有磺酸基(-SO3 X)之商品名「PELLEX TA」(自花王股份有限公司取得)等。
相對於本實施形態之化學機械研磨用水系分散體之(A)成分添加量，在研磨電光學顯示裝置用基板上設置之配線層之際，相對於使用時之化學機械研磨用水系分散體之質量，較好為0.0005~1質量%，更好為0.001~0.5質量%，最好為0.01~0.2質量%。又，於研磨半導體基板上設置之配線層之際，較好為0.00005~0.2質量%，更好為0.0001~0.1質量%，最好為0.0003~0.05質量%。當(A)成分之添加量未達上述範圍時，銅表面之保護變弱，將有進行腐蝕或過度蝕刻而無法獲得平滑表面之情況。另一方面，當添加量超過上述範圍時，銅表面之保護過強，有無法獲得充分研磨速度之狀況。電光學顯示裝置用基板與半導體基板之間最適濃度不同之理由，係由於所要求之研磨速度不同而有必要隨著濃度變化調整保護強度之故。
1.2.(B)界面活性劑
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體含有(B)界面活性劑。(B)成分功能之一舉例為賦予化學機械研磨用水系分散體黏性。亦即，化學機械研磨用水系分散體之黏性可藉由(B)成分之添加量加以控制。因此，只要控制該化學機械研磨用水系分散體之黏性即可控制該化學機械研磨用水系分散體之研磨性能。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之(B)界面活性劑較好為陰離子系界面活性劑，且更好為烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、α-烯烴磺酸等磺酸，以及該等之鹽。至於烷基苯磺酸最好為十二烷基苯磺酸。又，該等磺酸之鹽較為銨鹽、鉀鹽、鈉鹽。烷基苯磺酸鹽之較佳具體例舉例為十二烷基苯磺酸銨及十二烷基苯磺酸鉀。
相對於本實施形態之化學機械研磨用水系分散體之(B)界面活性劑之添加量，相對於使用時之化學機械研磨用水系分散體之質量，較好為0.005~1質量%，更好為0.01~0.5質量%，最好為0.02~0.15質量％。當界面活性劑之添加量未達上述範圍時，由於化學機械研磨用水系分散體之黏性過低，因此無法使研磨墊之押著壓力有效且均勻地傳達到被研磨面，而成為於被研磨面內該化學機械研磨用水系分散體之研磨性能凌亂之原因。而且，化學機械研磨用水系分散體在有效作用之前會自研磨對象之基板與研磨墊之間流出，尤其有成為於被研磨面之外周部份化學機械研磨用水系分散體之存在不均之原因之狀況。另一方面，當界面活性劑之添加量超出上述範圍時，對應於添加量之平坦性改良效果鈍化，不僅無法獲得平坦性改良效果，且研磨速度降低，過度提高該化學機械研磨用水系分散體之黏性，而有研磨磨擦熱上升且面內均勻性惡化之情況。
1.3.(C)研磨粒
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體包含(C)研磨粒。(C)研磨粒舉例為選自無機粒子、有機粒子及有機無機複合粒子之至少一種。至於無機粒子舉例為二氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰等。至於有機粒子舉例為聚氯化乙烯、聚苯乙烯及苯乙烯系共聚物、聚乙縮醛、飽和聚酯、聚醯胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯等聚烯烴及烯烴系共聚物、苯氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸樹脂及丙烯酸系共聚物等。至於有機無機複合粒子可為由上述有機粒子與無機粒子構成者。
該等中，作為本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之研磨顆粒較好選自二氧化矽及有機無機複合粒子之至少一種。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之二氧化矽舉例為在氣相中藉由使氯化矽、氯化鋁、氯化鈦等與氧及氫反應之煙霧法合成之二氧化矽，藉由自金屬烷氧化物水解縮合而合成之溶膠法合成之二氧化矽，藉由純化去除雜質之無機膠體法等合成之膠體二氧化矽等。該等中，最佳者為藉由純化去除雜質之無機膠體法等合成之膠體二氧化矽。就確保被研磨面之平坦性之觀點而言，可較好地使用平均粒徑100nm以下之膠體二氧化矽。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之有機無機複合粒子只要上述之有機粒子及無機粒子一體形成為在化學機械研磨步驟之際不易分離之程度即可，其種類、構成等並無特別限制。至於該有機無機複合粒子可使用例如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物粒子存在下，使烷氧基矽烷、烷氧化鋁、烷氧化鈦等聚縮合而成之聚合物粒子之至少表面上鍵結有聚矽氧烷等而成者。而且，產生之聚縮合物亦可直接鍵結於聚合物粒子所具有之官能基上，亦可透過矽烷偶合劑等鍵結。又，亦可使用二氧化矽粒子、氧化鋁粒子等取代烷氧基矽烷。該等亦可與聚矽氧烷等保持絡合，亦可藉由該等所具有之羥基等官能基化學性鏈結於聚合物粒子上。
又，本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之有機無機複合粒子舉例為包含具有符號不同之ζ電位之有機粒子與無機粒子之水分散體中，藉由靜電力使該等粒子結合者。有機粒子之ζ電位在跨過全pH區域或低pH區域除外之廣泛領域內大多為負值，但藉由具有羧基、磺酸基等之有機粒子，可成為具有更確實為負的ζ電位之有機粒子。又，藉由成為具有胺基等有機粒子，可在特定pH區域中成為具有正的ζ電位之有機粒子。另一方面，無機粒子之ζ電位與pH之依存性高，具有該電位成為0之等電位點，其前後之ζ電位之符號相反。然而，組合特定之有機粒子與無機粒子，藉由在該等ζ電位成為相反符號之pH區域之下混合，可經由靜電力使有機粒子與無機粒子複合化成一體。又，混合時，即使ζ電位為相同符號，亦可在隨後藉由改變pH，使ζ電位成為相反之符號而使有機粒子與無機粒子成為一體。
再者，作為上述有機無機複合粒子，亦可使用在藉由靜電力複合化成一體之粒子存在下，使如前述之烷氧基矽烷、烷氧化鋁、烷氧化鈦等予以聚縮合，在該等粒子之至少表面上進而鍵結有聚矽氧烷等之複合化者。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之有機無機複合粒子之平均粒徑較好為50~500nm。平均粒徑若未達50nm，則有無法展現充分之研磨速度之情況。又，超過500nm時，容易產生粒子凝集或沉降。又，研磨粒之平均粒徑可藉由雷射散射繞射型測定機測定，由藉由透過型電子顯微鏡觀察各粒子之累積粒徑與個數予以算出者。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之(C)研磨粒之添加量，相對於使用時之化學機械研磨用水系分散體之質量，較好為0.01~10質量%，更好為0.02~5質量%。研磨粒之添加量若未達上述範圍，則有無法獲得充分研磨速度之情況，有到研磨結束時需要較多時間之情況。另一方面，若研磨粒添加量超出上述範圍，則有成本變高且無法獲得安定之化學機械研磨用水系分散體之情況。
1.4.(D)胺基酸
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體含有(D)胺基酸。(D)胺基酸功能之一舉例為對於電光學顯示裝置用基板或半導體基板之研磨中使用化學機械研磨用水系分散體時可提高研磨速度。(D)胺基酸尤其可促進對於由銅或銅合金所構成之配線材料之研磨速度。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之(D)胺基酸，較好為對於由配線材料元素所構成之離子或對於配線材料表面具有配位能力之胺基酸。更好為對於由配線材料元素所構成之離子或對於配線材料表面具有螯合配位能力之胺基酸，具體而言，舉例有甘胺酸、丙胺酸、天門冬胺酸、穀胺酸、離胺酸、精胺酸、芳香族胺基酸、雜環胺基酸等。本實施形態所用之(D)胺基酸，就可使提高研磨速度之效果增高而言，上述胺基酸中最好為甘胺酸。
(D)胺基酸相對於本實施形態之化學機械研磨用水系分散體之添加量，相對於使用時之化學機械研磨用水系分散體之質量，較好為0.05~5質量%，更好為0.1~4質量%，最好為0.2~3質量%。(D)胺基酸之添加量若未達上述範圍，則有無法獲得充分研磨速度之情況，有到研磨結束時需要較多時間之情況。另一方面，若(D)胺基酸添加量超出上述範圍，則化學蝕刻效果變大，有損及被研磨面平坦性之情況。
1.5.(E)氧化劑
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體，依據需要亦可添加(E)氧化劑。(E)氧化劑之功能之一舉例有於對電光學顯示裝置用基板或半導體基板之研磨中使用化學機械研磨用水系分散體時可提高研磨速度。其理由認為係，(E)氧化劑使銅膜表面氧化，藉由促進與化學機械研磨用水系分散體之成分之錯合反應，於銅膜表面上形成脆弱之改質層，使銅膜更易研磨之故。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之(E)氧化劑，舉例有過氧化氫、過乙酸、過苯甲酸、第三丁基過氧化氫等之有機過氧化物；過錳酸鉀等之過錳酸化合物；重鉻酸鉀等之重鉻酸化合物；碘酸鉀等之鹵酸化合物；硝酸、硝酸鐵等之硝酸化合物；過氯酸等之過鹵酸化合物；過硫酸銨等之過硫酸鹽；以及雜多酸等。該等氧化劑中，較好為分解生成物無害之過氧化氫等之有機過氧化物或過硫酸銨等之過硫酸鹽，最好為過氧化氫。
(E)氧化劑相對於本實施形態之化學機械研磨用水系分散體之添加量，相對於使用時之化學機械研磨用水系分散體之質量，較好為0.005~5質量%，更好為0.01~3質量%，最好為0.05~1質量%。(E)氧化劑之添加量若未達上述範圍，則由於無法獲得充分之化學蝕刻效果，有無法獲得充分研磨速度之情況，有到研磨結束時需要較多時間之情況。另一方面，若(E)氧化劑添加量超出上述範圍，則有腐蝕被研磨面之情況。
1.6.(F)酸銨鹽
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體，依據需要亦可添加(F)酸銨鹽。(F)酸銨鹽之功能之一舉例有於對電光學顯示裝置用基板或半導體基板之研磨中使用化學機械研磨用水系分散體時可提高研磨速度。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中使用之(F)酸銨鹽，舉例有例如硫酸銨、氯化銨、硝酸銨及有機酸銨。至於有機酸銨，舉例有醯胺硫酸銨、甲酸銨、乙酸銨、丙酸銨、丁酸銨、乳酸銨、琥珀酸銨、丙二酸銨、馬來酸銨、富馬酸銨、喹哪啶酸銨、喹啉酸銨等。該等中，最好為醯胺硫酸銨。又，於(A)成分及(B)成分之至少一者之化合物為酸銨鹽時，較好(F)成分為與該化合物不同之酸銨鹽。
相對於本實施形態之化學機械研磨用水系分散體添加(F)酸銨鹽時之添加量，相對於使用時之化學機械研磨用水系分散體之質量，較好為0.05~5質量%，更好為0.1~3質量%，最好為0.2~2質量%。(F)酸銨鹽之添加量若未達上述範圍，則有無法獲得研磨速度提高效果之情況。另一方面，若(F)酸銨鹽添加量超出上述範圍，則有損及被研磨面平坦性之情況。
1.7.其他添加劑
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體，除上述成分以外，依據需要亦可添加各種添加劑。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體藉由添加有機酸或無機酸，可提高研磨粒之分散安定性。作為有機酸，舉例有甲酸、乙酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、苯甲酸以及喹哪啶酸、喹啉酸等之具有雜環之化合物等。作為無機酸，舉例有硝酸、硫酸及磷酸等。該等中，最好為有機酸。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體藉由添加上述酸或鹼可調整至所需pH。作為鹼，舉例有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫等之鹼金屬之氫氧化物，或氨等。藉由調整化學機械研磨用水系分散體之pH，可控制研磨速度。一面勘查被研磨面之電化學性質或研磨粒之分散安定性等之要素，可添加適宜酸或鹼而設定pH。該等中，就提高研磨速度之觀點而言，以氨最佳。
2.用以調製化學機械研磨用水系分散體之組套
上述化學機械研磨用水系分散體於調製後可以可直接作為研磨用組成物之狀態供給。或者，亦可每次準備以高濃度含有上述化學機械研磨用水系分散體各成分之研磨用組成物(亦即濃縮之研磨用組成物)，於使用時將該濃縮研磨用組成物稀釋獲得所需化學機械研磨用水系分散體。
又，如下述，亦可調製分別含有上述成分之複數組成物(例如2個或3個組成物)，於使用時將該等混合後使用。此情況下，混合複數溶液調製化學機械研磨用水系分散體之後，將其供給至化學機械研磨裝置中，亦可將複數溶液個別供給至化學機械研磨裝置而於壓盤上調製化學機械研磨用水系分散體。上述化學機械研磨用水系分散體可使用以下所示之第一至第三組套，藉由混合複數溶液而調製。
2.1.第一組套
第一組套係使第一組成物與第二組成物混合用以獲得上述化學機械研磨用水系分散體之組套。第一組套中，第一組成物為含有(A)以上述通式(1)表示之化合物、(B)界面活性劑、(C)研磨粒、(D)胺基酸之水系分散體，上述第二組成物為含有(E)氧化劑之水溶液。再者，上述第一組成物中亦可添加(F)酸銨鹽。又，(A)成分至(F)成分與於「1.化學機械研磨用水系分散體」該項所述者相同。
調製構成第一組套之第一組成物及第二組成物時，於混合第一組成物及第二組成物所得之水系分散體中，有必要以使上述各成分在上述濃度範圍內含有之方式，決定第一組成物及第二組成物中所含之各成分濃度。又，第一組成物及第二組成物各成分亦可以高濃度含有(亦即亦可為濃縮者)，此情況，可於使用時稀釋獲得第一組成物及第二組成物。依據第一組套，預先分成第一組成物及第二組成物，尤其可提高於第二組成物中所含之(E)氧化劑之保存安定性。
使用第一組套調製上述化學機械研磨用水系分散體時，只要是個別準備供給第一組成物及第二組成物且於研磨時成為一體即可，其混合方法及時機並無特別限制。例如，調製以高濃度含有各成分之第一組成物及第二組成物，於使用時稀釋第一組成物及第二組成物，將該等混合，調製各成分濃度在上述範圍內之化學機械研磨用水系分散體。具體而言，使第一組成物與第二組成物以1：1重量比混合時，調製為實際使用之化學機械研磨用水系分散體之各成分濃度高2倍之濃縮第一組成物及第二組成物即可。又，亦可調製2倍以上之濃度之第一組成物及第二組成物，將該等以1：1之重量比混合後，各成分以水稀釋成上述範圍。
使用第一組套時，於研磨時調製上述化學機械研磨用水系分散體即可。例如使第一組成物與第二組成物混合調製上述化學機械研磨用水系分散體之後，將其供給至化學機械研磨裝置，或亦可對化學機械研磨裝置分別供給第一組成物及第二組成物並在壓盤上混合。或者，亦可對化學機械研磨裝置分別供給第一組成物及第二組成物，在裝置內於管線內混合，或於化學機械研磨裝置中設置混合槽，在混合槽內混合亦可。又，於管線內混合時，為獲得更均勻之水系分散體，亦可使用線上混合機等。
2.2.第二組套
第二組套係使第三組成物與第四組成物混合用以調製上述化學機械研磨用水系分散體之組套。第二組套中，上述第三組成物為含有(C)研磨粒之水系分散體，上述第四組成物為含有(D)胺基酸之水溶液。而且，上述第三組成物及第四組成物中之至少一者含有(A)以上述通式(1)表示之化合物及(B)界面活性劑。又，上述第三組成物及第四組成物中至少一者含有(E)氧化劑。再者，(F)銨鹽可含於上述第三組成物及第四組成物中至少一者。又，(A)成分至(F)成分與於「1.化學機械研磨用水系分散體」該項所述者相同。
調製構成第二組套之第三組成物及第四組成物時，於混合第三組成物及第四組成物所得之水系分散體中，有必要以使上述各成分在上述濃度範圍內含有之方式，決定第三組成物及第四組成物中所含之各成分濃度。又，第三組成物及第四組成物各成分亦可以高濃度含有(亦即亦可為濃縮者)，此情況，可於使用時稀釋獲得第三組成物及第四組成物。依據第二組套，預先分成第三組成物及第四組成物，尤其可提高於第三組成物中所含之(C)研磨粒之保存安定性。
使用第二組套調製上述化學機械研磨用水系分散體時，只要是個別準備供給第三組成物及第四組成物且於研磨時成為一體即可，其混合方法及時機並無特別限制。例如，調製以高濃度含有各成分之第三組成物及第四組成物，於使用時稀釋第三組成物及第四組成物，將該等混合，調製各成分濃度在上述範圍內之化學機械研磨用水系分散體。具體而言，使第三組成物與第四組成物以1：1重量比混合時，調製為實際使用之化學機械研磨用水系分散體之各成分濃度高2倍之濃縮第三組成物及第四組成物即可。又，亦可調製2倍以上之濃度之第三組成物及第四組成物，將該等以1：1之重量比混合後，各成分以水稀釋成上述範圍。
使用第二組套時，於研磨時調製上述化學機械研磨用水系分散體即可。例如使第三組成物與第四組成物混合調製上述化學機械研磨用水系分散體之後，將其供給至化學機械研磨裝置，或亦可對化學機械研磨裝置分別供給第三組成物及第四組成物並在壓盤上混合。或者，亦可對化學機械研磨裝置分別供給第三組成物及第四組成物，在裝置內於管線內混合，或於化學機械研磨裝置中設置混合槽，在混合槽內混合亦可。又，於管線內混合時，為獲得更均勻之水系分散體，亦可使用線上混合機等。
2.3.第三組套
第三組套係使第五組成物、第六組成物與第七組成物混合用以調製上述化學機械研磨用水系分散體之組套。第三組套中，上述第五組成物為含有(E)氧化劑之水溶液，上述第六組成物為含有(C)研磨粒之水系分散體，上述第七組成物為含有(D)胺基酸之水溶液。而且，選自上述第五組成物、上述第六組成物及上述第七組成物中之至少一者含有(A)以上述通式(1)表示之化合物及(B)界面活性劑。再者，選自上述第五組成物至第七組成物中至少一者中可添加(F)酸銨鹽。又，(A)成分至(F)成分與於「1.化學機械研磨用水系分散體」該項所述者相同。
調製構成第三組套之第五組成物至第七組成物時，於混合第五組成物至第七組成物所得之水系分散體中，有必要以使上述各成分在上述濃度範圍內含有之方式，決定第五組成物至第七組成物中所含之各成分濃度。又，第五組成物至第七組成物各成分亦可以高濃度含有(亦即亦可為濃縮者)，此情況，可於使用時稀釋獲得第五組成物至第七組成物。依據第三組套，預先分成第五組成物至第七組成物，可提高於第五組成物中所含之(E)氧化劑及第六組成物中所含之(C)研磨粒之保存安定性。
使用本實施形態之第三組套調製上述化學機械研磨用水系分散體時，只要是個別準備供給第五組成物至第七組成物且於研磨時成為一體即可，其混合方法及時機並無特別限制。例如，調製以高濃度含有各成分之第五組成物至第七組成物，於使用時稀釋第五組成物至第七組成物，將該等混合，調製各成分濃度在上述範圍內之化學機械研磨用水系分散體。具體而言，使第五組成物至第七組成物以1：1：1重量比混合時，調製為實際使用之化學機械研磨用水系分散體之各成分濃度高3倍之濃縮第五組成物至第七組成物即可。又，亦可調製3倍以上之濃度之第五組成物至第七組成物，將該等以1：1：1之重量比混合後，各成分以水稀釋成上述範圍。
使用第三組套時，於研磨時調製上述化學機械研磨用水系分散體即可。例如使第五組成物至第七組成物混合調製上述化學機械研磨用水系分散體之後，將其供給至化學機械研磨裝置亦可，或亦可對化學機械研磨裝置分別供給第五組成物至第七組成物並在壓盤上混合。或者，亦可對化學機械研磨裝置分別供給第五組成物至第七組成物，在裝置內於管線內混合，或於化學機械研磨裝置中設置混合槽，在混合槽內混合亦可。又，於管線內混合時，為獲得更均勻之水系分散體，亦可使用線上混合機等。
3.化學機械研磨方法及電光學顯示裝置用基板之製造方法
化學機械磨步驟，隨著研磨對象之不同，可對應於其目的選擇適當之化學機械研磨用水系分散體。本實施形態之電光學顯示裝置用基板之製造方法中之化學機械研磨步驟主要分成研磨配線層之第一階段步驟以及主要研磨障壁金屬膜之第二階段步驟。本實施形態之化學機械研磨用水系分散體尤其可用於用以研磨由銅或銅合金所構成之配線層之第一階段步驟。
本實施形態之化學機械研磨方法及電光學顯示裝置用基板之製造方法使用圖式具體加以說明。圖1至圖5為顯示本實施形態之化學機械研磨步驟之電光學顯示裝置用基板之剖面圖。
作為本實施形態之電光學顯示裝置用基板之製造方法中使用之基板，可使用例如玻璃基板、薄膜基板或塑膠基板。基板的大小可使用例如對角線尺寸1500mm至3000mm者。該基板亦可為單層體液可為在基板上形成有二氧化矽等之絕緣膜之層合體。
首先，如圖1所示，準備例如玻璃基板10。玻璃基板10具有用以形成配線之配線用凹部12。在玻璃基板10上形成配線用凹部12之方法，係使用乾蝕刻法。所謂乾蝕刻法，係對玻璃基板照射經加速之離子之物理性加工之方法、可以精密控制照射束進行微細圖型加工。玻璃基板10為由鈉石灰玻璃、硼矽酸玻璃、鋁矽酸玻璃、石英玻璃等材質所構成。
接著如圖2所示，以覆蓋玻璃基板10表面及配線用凹部12之底部及內壁面之方式，形成障壁金屬膜20。障壁金屬膜20為例如由鉭或氮化鉭等材質所構成。作為障壁金屬膜20之成膜方法，係使用化學氣相成長法(CVD)。
接著如圖3所示，堆積配線用金屬，以覆蓋障壁金屬膜20之表面形成金屬膜30。金屬膜30可由銅或銅合金所構成。金屬膜30之成膜方法可使用濺鍍、真空蒸鍍法等之物理氣相成長法(PVD)。
接著如圖4所示，埋入配線用凹部12之部分以外之其餘金屬膜30係使用本實施形態之化學機械研磨用水系分散體進行化學機械研磨並去除。再者，重複上述方法直至障壁金屬膜20露出為止。化學機械研磨後，較好去除殘留在被研磨面上之研磨粒。此研磨粒之去除可藉由通常的洗淨方法進行。
最後如圖5所示，使用障壁金屬膜用之化學機械研磨用水系分散體，對形成於配線用凹部12以外之障壁金屬膜20及玻璃基板10表面進行化學機械研磨並去除。
上述之化學機械研磨方法，由於係使用本實施形態之化學機械研磨用水系分散體去除金屬膜30，故其研磨速度大、研磨之面內平坦性良好，不易產生凹陷等之研磨缺陷。因此，依據本方法，可以高處理量製造具有配線金屬、高度微細化且面內平坦性優異之電光學顯示裝置用基板或半導體基板。
4.實施例
以下藉由實施例說明本發明，但本發明並不受該實施例之任何限制。
4.1.評價用基板 4.1.1.平坦性(凹陷)評價所使用之基板
於具備由深度3μm凹部所形成之寬度300μm之配線圖型之對角線尺寸2000mm之玻璃基板表面上，使30nm厚度之由氧化鉭構成之障壁金屬膜予以成膜。隨後，藉由在該障壁金屬膜上及凹部內濺鍍銅而堆積成6μm之厚度。以下，稱如此獲得之基板為「基板a」。
4.1.2.面內均勻性之評價用基板
於對角線尺寸2000mm之玻璃基板表面上，使30nm厚度之由氮化鉭構成之障壁金屬膜成膜。隨後，藉由在該障壁金屬膜上濺鍍銅而堆積成6μm之厚度。以下，稱如此獲得之基板為「基板b」。
4.1.3.研磨速度之評價用基板
．層含有膜厚15,000埃之銅膜之8英吋貼附熱氧化膜之矽基板(以下稱為「基板c」)。
．層合有膜厚2,000埃之鉭膜之8英吋貼附熱氧化膜之矽基板(以下稱為「基板d」)。
4.1.4.平坦性(凹陷、浸蝕)之評價用基板
藉由算出以上述基板c、d所算出之銅膜與PETEOS膜之研磨速度之比率，可確認化學機械研磨用水系分散體之半導體基板研磨中之基本研磨特性。
然而，形成有成為配線圖型之溝槽之圖型晶圓之化學機械研磨，已知會出現局部過度研磨位置。其原因為在化學機械研磨前之圖型晶圓表面上反映於成為配線圖型之溝槽而在金屬膜之表面上產生凹凸，進行化學機械研磨時依據圖型密度而局部施加較高壓力，而加速該部分之研磨速度之故。
因此，模擬半導體基板研磨圖型化晶圓，由於有必要評價其研磨速度或浸蝕，因此使用附圖型之基板(於矽基板上堆積1,000埃之矽氧化膜，於其上依序層合4,500埃之低介電率絕緣膜(黑色鑽石膜)，再層合500埃之PETEOS膜後，進行「SEMATECH 854」光罩圖型加工，於其上依序層合250埃之鉭膜、1000埃之銅晶種膜及10,000埃之銅鍍膜而成之試驗用基板，以下稱為「基板e」)進行試驗。
4.2.含有無機研磨粒或由複合粒子構成之研磨粒之水分散體之調製 4.2.1.含無機研磨粒之水分散體之調製 (a)含有煙霧法二氧化矽粒子之水分散體之調製
使用超音波分散機將2公斤煙霧法二氧化矽粒子(日本AEROSIL股份有限公司製造，商品名「AEROSIL #90」)分散於6.7公斤之離子交換水中，以孔徑5μm之過濾器過濾，調製含有煙霧法二氧化矽之水分散體。
(b)含膠體二氧化矽a之水分散體之調製
於容量2000cm3 之燒瓶中注入70克25質量%濃度之氨水、40克離子交換水、175克乙醇及21克四乙氧基矽烷，且在180rpm下攪拌升溫至60℃。在60℃下攪拌約2小時後冷卻，獲得平均粒徑70nm之膠體二氧化矽/乙醇分散體。接著，藉由旋轉蒸發器，於80℃下邊添加離子交換水於分散體中邊去除醇成分，且重複操作數次，藉此去除分散體中之醇，調製固體成分濃度8質量%之水分散體。
(c)含膠體二氧化矽b之水分散體之調製
以水稀釋3號水玻璃(二氧化矽濃度24質量%)，成為二氧化矽濃度3.0質量%之稀釋矽酸鈉水溶液。使該稀釋之矽酸鈉水溶液通過氫型陽離子交換樹脂層，去除大部分之鈉離子，成為pH3.1之活性矽酸水溶液。隨後，立即在攪拌下添加10質量%之氫氧化鈉水溶液將pH值調整為7.2。再繼續加熱至沸騰熱熟成3小時。於所得水溶液中以6小時時間每次少量添加預先調整至pH 7.2之10倍量之活性矽酸水溶液，使二氧化矽粒子之平均粒徑成長成26nm。
接著，減壓濃縮(沸點78℃)含有上述二氧化矽之分散體水溶液，獲得二氧化矽濃度：32.0質量%，二氧化矽之平均粒徑：26nm，pH：9.8之二氧化矽粒子分散體。使該二氧化矽分散體再度通過氫型陽離子交換樹脂層，去除大部分的鈉之後，添加10質量%之氫氧化鉀水溶液，獲得二氧化矽粒子濃度：28.0質量%，pH：10.0之二氧化矽粒子分散體。
4.2.2.含有由複合粒子構成之研磨粒之水分散體之調製 (d)含有聚合物粒子之水分散體之調製
將90質量份之甲基丙烯酸甲酯、5質量份之甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(新中村化學工業股份有限公司製造，商品名「NK ESTERM-90G」，#400)、5質量份之4-乙烯基吡啶、2質量份之偶氮系聚合起始劑(和光純藥股份有限公司製造，商品名「V50」)、及400質量份之離子交換水注入容量2000cm3 之燒瓶中，在氮氣氛圍下，攪拌下升溫至70℃，聚合6小時。藉此獲得具備有具有胺基之陽離子及聚乙二醇鏈之官能基之平均粒徑150nm之聚甲基丙烯酸甲酯系粒子之水分散體。又，聚合收率為95%。
(e)含有複合粒子之水分散體之調製
將100質量份之含有10質量%之於上述「(d)含有聚合物粒子之水分散體之調製」中獲得之聚甲基丙烯酸甲酯系粒子之水分散體注入容量2000cm3 之燒瓶中，添加1質量份之甲基三甲氧基矽烷，且在40℃下攪拌2小時。隨後，以硝酸將pH調整成2，獲得水分散體(f)。又，藉由氫氧化鉀將含10質量%膠體二氧化矽(日產化學股份有限公司製造，商品名「SNOWTEX O」之水分散體之pH調整為8，獲得水分散體(g)。水分散體(f)中所含聚甲基丙烯酸甲酯系粒子之ζ電位為+17mV，水分散體(g)中所含二氧化矽粒子之ζ電位為-40mV。隨後，將50質量份之水分散體(g)於2小時內緩慢添加於100質量份之水分散體(f)中並混合、攪拌2小時，獲得含有在聚甲基丙烯酸甲酯系粒子上附著二氧化矽粒子之水系分散體。接著，於該水系分散體中添加2份之乙烯基三乙氧基矽烷，攪拌1小時後，添加1質量份之四乙氧基矽烷，升溫至60℃，繼續攪拌3小時後，藉由冷卻獲得含有複合粒子之水分散體(e)。該複合粒子之平均粒徑為180nm，且聚甲基丙烯酸甲酯系粒子表面之80%附著有二氧化矽粒子。
4.3.化學機械研磨用水系分散體之調製
將既定量之上述「4.2.含有無機研磨粒或由複合粒子構成之研磨粒之水分散體之調製」中調製之水分散體於各實施例中注入容量1000cm3 之聚乙烯製瓶中，於其中，分別添加各最後成為表1至表2中所列之(A)通式(1)之化合物、(D)胺基酸及(F)酸銨鹽，充分攪拌。表1至表2中所記載之(A)通式(1)之化合物分別使用通式(1)之式中R3 具有以-SO3 X表示之基之界面活性劑(商品名「UNICOL 291-M」日本乳化劑股份有限公司製造)作為化合物(甲)，使用通式(1)之式中R3 具有以-SO3 X表示之基之界面活性劑(商品名「UNICOL 292-PG」日本乳化劑股份有限公司製造)作為化合物(乙)，使用烯基琥珀酸二鉀之界面活性劑(商品名「LATEMURU ASK」花王股份有限公司製造)作為化合物(丙)，及使用通式(1)之式中R3 具有以-SO3 X表示之基之界面活性劑(商品名「PELLEX TA」花王股份有限公司製造)作為化合物(丁)。又，(D)胺基酸係使用甘胺酸、丙胺酸及天門冬胺酸之任一種。(F)酸銨鹽係使用醯胺硫酸銨。
隨後，攪拌下以使(B)界面活性劑及(E)氧化劑成為最終於表1至表2所記載之含量分別添加表1至表2所記載之(B)界面活性劑及(E)氧化劑之水溶液。此處所用之(B)界面活性劑為十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鉀及十二烷基苯磺酸銨之任一種，(E)氧化劑為過氧化氫及過硫酸銨之任一種。再者，經充分攪拌後，以氫氧化鉀水溶液或氨調整pH後，添加離子交換水，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得實施例1至8、12至18，比較例1至7、參考例1及2之化學機械研磨用水系分散體。
4.4.使用第一組套之化學機械研磨用水系分散體之調製 4.4.1.第一組成物之調製
將上述「4.2.1.(b)含膠體二氧化矽a之水分散體之調製」中調製之含膠體二氧化矽之水分散體以換算成二氧化矽相當於6.0質量%之量加入聚乙烯製之瓶中，且依序添加0.24質量%之烯基琥珀酸二鉀(商品名「LATEMURU ASK」花王股份有限公司製造)、0.24質量%之十二烷基苯磺酸(商品名「NEOPELLEX GS」花王公司製造)，且於該等中依序添加2.4質量%之甘胺酸、3.0質量%之醯胺硫酸銨，且攪拌15分鐘。接著，適量的添加氨及氫氧化鉀以調整pH，添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%後，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得水系分散體之第一組成物A1。
4.4.2.第二組成物之調製
以離子交換水進行濃度調節使過氧化氫濃度成為5質量%，獲得第二組成物B1。藉由以上步驟，製作由第一組成物A1及第二組成物B1構成之調製化學機械研磨用水系散體之組套。
4.4.3.化學機械研磨用水系分散體X1之調製
將第一組成物A1、第二組成物B1分別加入不同之聚乙烯製容器中且栓住，並於室溫下儲存6個月。混合經6個月儲存後之A1：50質量%及B1：8質量%，且添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%，調製化學機械研磨用水系分散體X1。該化學機械研磨用水系分散體X1具有與上述實施例5中調製之化學機械研磨用水系分散體相同之組成及pH。使用該化學機械研磨用水系分散體X1，依據下列「4.7.研磨評價試驗」進行試驗。使之作為實施例9，其結果列於表1中。
4.5.使用第二組套之化學機械研磨用水系分散體之調製 4.5.1.第三組成物之調製
將上述「4.2.1.(b)含膠體二氧化矽a之水分散體之調製」中調製之含膠體二氧化矽之水分散體以換算成二氧化矽相當於6.0質量%之量加入聚乙烯製之瓶中，且依序添加0.24質量%之烯基琥珀酸二鉀、0.24質量%之十二烷基苯磺酸及35質量%之換算成過氧化氫相當於0.8質量%之過氧化氫水溶液之量，以氨調整pH後，攪拌15分鐘。接著，添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%後，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得水系分散體之第三組成物A2。
4.5.2.第四組成物之調製
於聚乙烯製瓶中依序加入相當於2.4質量%之甘胺酸、3.0質量%之醯胺硫酸銨之量，且添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%後，攪拌15分鐘，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得水系分散體之第四組成物B2。藉由以上之步驟，製作由第三組成物A2及第四組成物B2構成之調製化學機械研磨用水系散體之組套。
4.5.3.化學機械研磨用水系分散體X2之調製
將第三組成物A2、第四組成物B2分別加入不同之聚乙烯製容器中且栓住，並於室溫下儲存6個月。混合經6個月儲存後之A2：50質量%及B2：50質量%，調製化學機械研磨用水系分散體X2。該化學機械研磨用水系分散體X2具有與上述實施例5中調製之化學機械研磨用水系分散體相同之組成，且具有相同之pH。使用該化學機械研磨用水系分散體X2，依據下列「4.7.研磨評價試驗」進行試驗。使之作為實施例10，其結果列於表1中。
4.6.使用第三組套之化學機械研磨用水系分散體之調製 4.6.1.第五組成物之調製
將上述「4.2.1.(b)含膠體二氧化矽a之水分散體之調製」中調製之含膠體二氧化矽之水分散體以換算成二氧化矽相當於6.0質量%之量加入聚乙烯製之瓶中，添加0.24質量%之烯基琥珀酸二鉀、0.24質量%之十二烷基苯磺酸，接著添加氨後，攪拌15分鐘。接著，添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%後，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得水系分散體之第五組成物A3。
4.6.2.第六組成物之調製
於聚乙烯製瓶中依序加入相當於4.8質量%之甘胺酸、6.0質量%之醯胺硫酸銨，且添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%後，攪拌15分鐘，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得水系分散體之第六組成物B3。
4.6.3.第七組成物之調製
以離子交換水進行濃度調節使過氧化氫濃度成為5質量%，獲得第七組成物C3。藉由以上步驟，製作由第五組成物A3、第六組成物B3及第七組成物C3構成之用以調製化學機械研磨用水系散體之組套。
4.6.4.化學機械研磨用水系分散體X3之調製
將第五組成物A3、第六組成物B3、第七組成物C3分別加入不同之聚乙烯製容器中且栓住，並於室溫下儲存6個月。混合經6個月儲存後之A3：50質量%、B3：25質量%及C3：8質量%，且添加離子交換水使全部構成成分之總量成為100質量%，調製化學機械研磨用水系分散體X3。該化學機械研磨用水系分散體X3具有與上述實施例5中調製之化學機械研磨用水系分散體相同之組成，且具有相同之pH。使用該化學機械研磨用水系分散體X3，依據下列「4.7.研磨評價試驗」進行試驗。使之作為實施例11，其結果列於表1中。
4.7.研磨評價試驗 4.7.1.附有銅膜之基板之研磨 4.7.1a.研磨速度之評價
使用實施例1至實施例11、比較例1至比較例3及參考例1之化學機械研磨用水系分散體，以下列條件研磨附銅膜之基板。該評價係使用上述基板b進行。
．研磨裝置：顯示基板用化學機械研磨機
．研磨墊：附溝槽之胺基甲酸酯發泡材料化學機械研磨用墊
．承載頭荷重：200gf/cm2
．承載頭轉數：60rpm
．臺轉數：65 rpm
．研磨劑供給量：150cm3 /分鐘
．研磨時間：30秒
所謂的顯示基板用化學機械研磨機為將既有之化學機械研磨裝置(荏原製作所股份有限公司製造之型號「EPO-112」)改造成可化學機械研磨對角線尺寸2000mm之大的顯示基板者。
研磨速度係藉由下述式(2)計算出。
研磨速度(nm/分鐘)=(研磨前之銅膜厚度-研磨後之銅膜厚度)/研磨時間………(2)
而且，所謂的銅膜厚度係使用電阻率測定器(NPS公司製造，型號「Z-5」)，藉由直流4針法測定薄片電阻，且由該電阻率與銅之電阻率，依據下述式(3)計算出。
銅膜厚度(nm)=銅之理論電阻率(Ω．cm)÷薄片之電阻值(Ω)×107 ………(3)
當研磨速度之值為1500(nm/分鐘)以上時，判定研磨速度為良好。
4.7.1b.凹陷之評價
以研磨速度V(nm/分鐘)研磨將配線材料堆積在凹部等之厚度T(nm)之初期剩餘膜時，則僅以本來T/V(分鐘)之時間應當可以達到研磨之目的。但，實際之製造步驟中，為了去除凹部以外之部份尚殘留之配線材料，因而實施超過T/V(分鐘)之過剩研磨(過度拋光)。此時，由於配線部份之過度研磨而有成為凹狀形狀之情況。如此凹狀配線形狀稱之為「凹陷(dishing)」，就製成品成品率下降之觀點而言較不好。因此，各實施例中採用凹陷作為評價項目。
凹陷之評價係使用表面粗糙計(KLA TENCOR公司製造之型號「P-10」)，測定基板a之300μm配線而進行。又，凹陷之評價中之研磨時間係將厚度T(nm)之初期剩餘銅膜除以於「4.7.1.附銅膜之基板之研磨」中獲得研磨速度V(nm/分鐘)所得之值(T/V)(分)乘以1.5之時間(分鐘)。
表1中之評價項目中之凹陷項目係以藉由上述表面粗糙計測定之銅配線低漥之量作為凹陷值(μm)予以記載。凹陷值為1(μm)以下時，凹陷獲得抑制。
4.7.1c.面內均勻性之評價
除了於成膜有上述銅膜之基板b之長度方向自兩端5mm之範圍以外，均等地取33點測定化學機械研磨前後基板之膜厚。由該測定結果，藉由下述式(4)至(6)計算研磨速度及面內均勻性。
研磨量=研磨前之膜厚-研磨後之膜厚………(4)
研磨速度=Σ(研磨量)/研磨時間………(5)
面內均勻性=(研磨量之標準偏差÷研磨量之平均值)×100(%)………(6)
面內均勻性在10%以下時，判定為面內均勻性良好。
4.7.1d.評價結果
實施例1至8、比較例1至3、參考例1為將化學機械研磨用水系分散體之成分或濃度一部份改變者，其添加量列於表1。
實施例1至8之化學機械研磨用水系分散體，研磨速度相當高如1710nm/分鐘以上，300μm配線之凹陷小如0.82μm以下，面內均勻性為8.6%以下。由上述，可判定實施例1至8之化學機械研磨用水系分散體對於被研磨面之面積大之基板(顯示基板)之化學機械研磨中，研磨速度大且可確保面內均勻性，且可抑制凹陷。
尤其實施例1中，儘管研磨速度極高如2980nm/分鐘，其300μm配線之凹陷亦小如0.77μm，且面內均勻性亦低如8.0%，獲得極為良好之結果。
另外，如表1中所示之實施例9至11可獲得幾乎與實施例5相同之結果。亦即，可了解即使使用在室溫下儲存6個月之組套調製化學機械研磨用水系分散體，亦具有與剛調製後幾乎相同之性能。由此結果，判定至少可確保若以組套儲存之化學機械研磨用水系分散體中所含各成分之儲存安定性。另一方面，在室溫下儲存6個月之實施例5之化學機械研磨用水系分散體可看到研磨粒肥大化，成為於使用時有必要以超音波處理等再分散之狀態。
比較例1為不含(D)胺基酸之例，研磨速度不足，用於電光學顯示裝置用基板等大面積之基板製造時，難以實現高處理量。
比較例2為不含(A)以化學式(1)表示之化合物之例，研磨速度雖並非不良，但由於凹陷及面內均勻性過大，因而不適用於電光學顯示裝置用基板等之製造。
比較例3為不含(B)界面活性劑之例，研磨速度雖並非不良，但由於凹陷及面內均勻性過大，因而不適用於電光學顯示裝置用基板等之製造。
參考例1為不含(E)氧化劑之例，研磨速度極小，用於電光學顯示裝置用基板等大面積之基板之製造時，難以實現高處理量。又，由於研磨速度過小，因而無法評價凹陷及面內均勻性。
4.7.2.半導體基板之研磨
於化學機械研磨裝置(應用材料公司製造之型號「MIRRA-Mesa」)上安裝多孔質聚胺基甲酸酯研磨墊(羅門哈斯公司製造之料號「IC1010」)，一邊供給化學機械研磨用水系分散體，一面對每一基板c、基板d、基板e，在下述研磨條件進行研磨處理1分鐘，以下述方法評價研磨速度、平坦性及缺陷之有無。結果合併列於表2中。
4.7.2a.研磨速度之評價 (1)研磨條件
．承載頭轉數：70rpm
．承載頭荷重：200gf/cm2
．臺轉數：70rpm
．化學機械研磨水系分散體之供給量：200mL/分鐘
此情況中所謂化學機械研磨用水系分散體之供給速度為全部供給液之供給量之總量除以每單位時間之值。
(2)研磨速度之計算方法
使用電傳導式膜厚測定器(KLA TENCOR公司製造之型式「OMNIMAP RS75」)，針對銅膜及鉭膜，測定基板c、基板d中各膜經研磨處理後之膜厚，且自因化學機械研磨減少之膜厚及研磨時間計算出研磨速度。
4.7.2b.平坦性評價 (1)研磨處理步驟之研磨條件
．研磨處理步驟用之水系分散體係使用實施例12至實施例18及比較例4至比較例7、參考例2之化學機械研磨用水系分散體。
．承載頭轉數：70rpm
．承載頭荷重：200gf/cm2
．臺轉數：70rpm
．化學機械研磨水系分散體之供給量：200mL/分鐘此情況中所謂化學機械研磨用水系分散體之供給速度為全部供給液之供給量之總量除以每單位時間之值。
．研磨時間：自被研磨面去除銅膜，使障壁金屬膜露出後，再進行研磨30秒之時點做為研磨終點。
(2)平坦性之評價方法
使用高解像度輪廓儀(KLA TENCOR公司製造之型式「HRP240ETCH」)，對以上述條件研磨處理後之基板e之被研磨面，測定在銅配線寬度(線寬，L)/絕緣膜寬度(空間，S)分別為100μm/100μm之銅配線部份中之凹陷量(nm)。其結果列於表2中。凹陷量以30nm以下較佳，更好為20nm以下。
對銅配線寬度(線寬，L)/絕緣膜寬度(空間，S)分別為9μm/1μm之圖型中細微配線長度為1000μm連續部份測量浸蝕量(nm)。其結果列於表2。浸蝕量以30nm以下較佳，更好為20nm以下。
4.7.2c.腐蝕之評價
使用掃描型電子顯微鏡(應用材料公司製造，型號「SEM Vision G3」)，觀察周圍為絕緣部份，且寬度0.18μm之銅配線透過障壁金屬膜予以孤立存在之位置。表2中，銅與障壁金屬膜之介面確認有寬度0.01μm以上之間隙時當作有腐蝕並記為「X」，未確認有間隙時或於銅與障壁金屬膜之介面確認有寬度未達0.01μm之間隙時當做未經腐蝕且記為「○」。
4.7.2d.評價結果
實施例12~18，其對銅膜之研磨速度相當高如7,000埃/分鐘以上，對障壁金屬膜之研磨速度則相當低如10埃/分鐘以下。因此，可了解對於銅膜之研磨選擇性優異。
相對於此，比較例4中由於未使用(A)成分，因此凹陷、浸蝕、腐蝕均不良。
比較例5中由於未使用(B)成分，因此凹陷、浸蝕、腐蝕均不良。
比較例6中由於未使用(C)成分，因此研磨速度非常小，導致無法評價平坦性。
比較例7中由於未使用(D)成分，因此研磨速度非常小，導致無法評價平坦性。
參考例2中由於未使用(E)成分，因此研磨速度非常小，導致無法評價平坦性。
10．．．玻璃基板
12．．．配線用凹部
20．．．障壁金屬膜
30．．．金屬膜
圖1為模式性顯示本實施形態之電光學裝置用基板之製造方法之步驟之一部分之剖面圖。
圖2為模式性顯示本實施形態之電光學裝置用基板之製造方法之步驟之一部分之剖面圖。
圖3為模式性顯示本實施形態之電光學裝置用基板之製造方法之步驟之一部分之剖面圖。
圖4為模式性顯示本實施形態之電光學裝置用基板之製造方法之步驟之一部分之剖面圖。
圖5為模式性顯示藉由本實施形態之電光學裝置用基板之製造方法製造之電光學裝置用基板之例之剖面圖。

Claims (17)

  1. 一種化學機械研磨用水系分散體，其特徵為含有：(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)選自烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、α-烯烴磺酸以及其等之鹽之至少一種界面活性劑、(C)研磨粒、(D)胺基酸； (上述通式(1)中，R1 及R2 係分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基)。
  2. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(B)界面活性劑為選自烷基苯磺酸、烷基苯磺酸鉀以及烷基苯磺酸銨之至少一種，前述界面活性劑之烷基為經取代或未經取代之碳數10至20之烷基。
  3. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(B)界面活性劑為選自十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鉀以及十二烷基苯磺酸銨之至少一種。
  4. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(C)研磨粒為選自二氧化矽及有機無機複合粒子之至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其係進而含有(E)氧化劑。
  6. 如申請專利範圍第5項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(E)氧化劑為過氧化氫。
  7. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其係進而含有(F)酸銨鹽。
  8. 如申請專利範圍第7項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(F)酸銨鹽為醯胺硫酸銨。
  9. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其係用以研磨於電光學顯示裝置用基板上所設之由銅或銅合金所構成之配線層。
  10. 一種化學機械研磨方法，其特徵係為了研磨於電光學顯示裝置用基板上所設之由銅或銅合金所構成之配線層而使用申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體。
  11. 一種化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其係用以調製由第一組成物與第二組成物所構成之化學機械研磨用水系分散體之組套，其特徵為前述第一組成物含有：(A)下述通式(1)表示之化合物，(B)界面活性劑， (C)研磨粒，(D)胺基酸；前述第二組成物含有(E)氧化劑； (上述通式(1)中，R1 及R2 係分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基)。
  12. 如申請專利範圍第11項之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其中前述第一組成物進一步含有(F)酸銨鹽。
  13. 一種化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其係調製由第三組成物與第四組成物所構成之化學機械研磨用水系分散體之組套，其特徵為前述第三組成物含有(C)研磨粒；前述第四組成物含有(D)胺基酸；前述第三組成物及前述第四組成物之至少一方含有(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)界面活性劑；前述第三組成物及前述第四組成物之至少一方含有(E)氧化劑； (上述通式(1)中，R1 及R2 係分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基)。
  14. 如申請專利範圍第13項之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其中前述第三組成物及前述第四組成物之至少一方進而含有(F)酸銨鹽。
  15. 一種化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其係調製由第五組成物、第六組成物與第七組成物所構成之化學機械研磨用水系分散體之組套，其特徵為前述第五組成物含有(E)氧化劑；前述第六組成物含有(C)研磨粒；前述第七組成物含有(D)胺基酸；選自前述第五組成物、前述第六組成物及前述第七組成物之至少一種含有(A)以下述通式(1)表示之化合物、(B)界面活性劑： (上述通式(1)中，R1 及R2 係分別獨立表示氫原子、金屬原子或經取代或未經取代之烷基；R3 表示經取代或未經取代之烯基)。
  16. 如申請專利範圍第15項之化學機械研磨用水系分散體調製用組套，其中選自前述第五組成物、前述第六組成物及前述第七組成物之至少一方進而含有(F)酸銨鹽。
  17. 一種化學機械研磨用水系分散體之調製方法，其特徵為包含混合申請專利範圍第11至16項中任一項之化學機械研磨用水系分散體調製用組套之步驟。
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