JP2008177180A - 配線基板研磨用前処理液、研磨方法、配線基板製造方法及び配線基板製造装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】配線基板の研磨の前処理工程に使用することができる顕著な腐食抑制効果を示す研磨前処理液及び研磨方法を提供する。
【解決手段】基板に配線金属（銅、銅合金、タングステンなどの半導体の配線金属）を埋め込んだ後、形成された配線基板を前処理液に浸漬させ又はスピンコート法、スプレーコート法もしくはロール印刷法を用いて前処理液を塗布して、配線金属層を含む配線基板表面に腐食抑制剤による腐食抑制保護皮膜を形成する（前処理）。次いで、配線基板表面の銅などの配線金属層が所定の膜厚になるまで研磨する（第１研磨工程）。次に、配線基板表面に残っている配線金属及び／又は露出しているバリア金属を研磨により除去する（第２研磨工程）。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の配線構造に伴う凹凸面を平坦化する研磨方法及び研磨方法に用いる腐食抑制剤を含む前処理液並びに配線基板の製造方法に関する。本発明は、特に半導体装置や液晶ディスプレイなどの多層配線構造を有する配線基板の研磨及び製造に有利である。

半導体装置の多層配線構造に伴う凹凸面を平坦化する技術としては、研磨パットと被加工物が接触する化学的機械研磨技術であるCMP（Chemical Mechanical Polishing）、工作物を化学薬品中に浸漬して化学反応により研磨面を平滑化する化学研磨（エッチング）、金属工作物を＋極とし電極工具を−極として電解液中で電圧を印加して工作物表面を電解溶出（酸化）させる電解研磨、中性塩水溶液中での高電流密度印加による電解溶出を利用する電解加工、電解液を加圧供給して0.1〜1A/cm²オーダーの電流密度を印加しながら40kPa以下の圧力をかけて加工する電解複合研磨などがある。半導体装置の配線形成工程として、絶縁膜内に設けたトレンチやビアホール等の配線用凹部内に配線金属（Cu、Al、Ag、Auなど）を埋め込み、その後、余分な配線金属膜を除去するダマシン（damascene）法が使用されている。ダマシン法においては、基板上のSiO₂、SiOF、SiOC又はLow-k（低誘電率）材等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）内に配線用凹部を形成し、この配線用凹部を含む絶縁膜表面に、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム及び／又はそれらの合金等からなるバリア膜を形成し、バリア膜の表面にアルミニウム、銅、銀、金又はそれらの合金からなる配線金属膜を形成して配線用凹部内に配線金属を埋め込み、その後、配線用凹部以外に形成された余分な配線金属膜及びバリア膜を除去する。Low-k材などの機械的に脆弱な材料を加工する場合には、素材の座屈等による破壊が懸念され、基板に高加重が掛かることを避ける必要があり、低い面圧（約103ｈPa）で加工ができるCMP又は電解複合研磨が一般的に用いられている。電解複合研磨とは、金属膜表面の化学的変質もしくは化学的溶解と、金属膜表面と接触部材との機械的接触によるスクラブ除去を同時に行う研磨方法である。また、機械的研磨を伴わずに金属膜表面に化学的溶解反応を起こすことによって除去加工等を行う電解研磨も提案されている。

これらの電解複合研磨やCMP（化学的機械研磨）や電解研磨では、研磨対象物（主には配線金属であるタングステンや銅または銅合金）の表面の凹凸を平坦化するために、凹部の過研磨を防ぐための腐食抑制剤（配線金属の表面に反応層を形成して金属の溶解・腐食を抑制する機能を持つ）が電解複合研磨液やCMPスラリー中や電解研磨液などの研磨液に添加されていることが多い。これらの一般的な研磨液は水を溶媒とする水溶液であるため、腐食抑制剤は水溶性である必要があった。腐食抑制剤はその分子構造中にアルキル基やフェニル基等の疎水基を持っており、この疎水基が基板表面に付着すると基板に対する水溶液の濡れ性を阻害し、同時に溶解機能を持つ分子の基板への浸透をも阻害するため、配線金属の溶解・腐食を抑制する。しかし、分子内の疎水基の割合が多いと水への溶解度低下につながる。したがって、水に不溶または難溶性の腐食抑制剤は顕著な腐食抑制効果を示すにもかかわらず使用できなかった。

一方、有機溶剤は、研磨加工中に加熱されて爆発する可能性があり、また、研磨パッド等、研磨に際して使用される樹脂材料が溶ける可能性があったため、研磨中に有機溶剤を用いることは一般的に行われていなかった。
特開2001-77117号公報 特開2003-77921号公報

本発明の目的は、半導体装置製造やフラットパネルディスプレイ製造などの各種配線基板、特に多層配線基板の研磨工程の前処理に使用することができ、顕著な腐食抑制効果を示す研磨前処理液及び該前処理液を使用した研磨方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、そのような研磨前処理液を使用した配線基板の製造方法をも提供することにある。

本発明によれば、有機溶媒に溶解させた腐食抑制剤を含むことを特徴とする、配線金属層を有する配線基板の研磨用前処理液が提供される。本願において「配線基板」とは、配線金属層を有する基板をいう。

本発明において使用できる腐食抑制剤としては、２，３−ベンゾピロール；２−エチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、４−メチル‐５‐ヒドロキシメチルイミダゾール、１−ブチル−５−メチルイミダゾール、１−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−（ｐ−トリル）−４−メチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、２−メチルベンズイミダゾール、５，６−ジメチルベンズイミダゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール、２−アミノベンズイミダゾールなどのイミダゾール誘導体；ベンゾトリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、５−クロロベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸、５−ニトロベンゾトリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−５メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール、３−フェニル−１,２,４−トリアゾール−５−チオンなどのトリアゾール誘導体；２−アミノ−４,６−ジメチルピリミジン；５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール；２−メルカプトベンゾチアゾール、２−メルカプトベンゾチアゾールナトリウム、２−メチルベンゾチアゾールなどのベンゾチアゾール誘導体；（２−ベンゾチアゾリルチオ）酢酸、３−（２−ベンゾチアゾリルチオ）プロピオン酸などのベンゾチアゾリルチオ誘導体；２−メルカプト−２−チアゾリン；２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、５−メチル−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオールなどのチアジアゾール誘導体；２−メルカプトベンズオキサゾール；ピリジン；フェナジン；アクリジン；１−ヒドロキシピリジン−２−チオン；２−アミノピリジン；２−アミノピリミジン；トリチオシアヌル酸；２−ジブチルアミノ−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン、２−アニリノ−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジンなどのトリアジン誘導体；ニコチン酸；８−キノリノール、２−メチル−８−キノリノール、2-キノリンカルボン酸などのキノリノール誘導体；アデニン；６−チオグアニン；尿酸；カフェイン；メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、ブチルアミン、ジメチルブチルアミン、ヘキサデシルアミン、ジメチルヘキサデシルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、オクチルアミン、ジメチルオクチルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、ジメチルドデシルアミン、フェニルドデシルアミン、トリルドデシルアミン、シクロヘキシルドデシルアミン、ベンジルドデシルアミン、Ｎ−メチル−Ｎ−セチル−２−エタノールアミン、Ｎ−メチル−Ｎ−セチル−３−プロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−セチルアミン、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルセチルアミン、ｐ−フェニレンジアミン、エチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ’,Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ’,Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジエチルセチルアミン、ジメチルセチルアミン塩酸塩、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミン類；11-メルカプト-1-ウンデカノールなどのアルカンチオール類；ω−メルカプトカルボン酸；チオ尿素、フェニル尿素、１‐α‐ピリジルアミノ‐３‐ベンゾイル‐２‐チオ尿素、１‐α‐ピリジルアミノ‐３‐フェニル−２‐チオ尿素、１−α−ピリジルアミノ−３−フェニル−２−尿素などの尿素誘導体；フェナセチン；チオセミカルバジド；ジチオオキサミド；Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバミド酸カリウム一水和物、Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物などのチオカルバミド酸誘導体；サリチル酸、チオサリチル酸、サリチルアルデヒド、サリチルアルデヒドオキシム、３−メトキシサリチルアルデヒドとｏ−フェニレンジアミンのシッフ塩基などのサリチル酸誘導体；クペロン；クプロン；１−ニトロソ−２−ナフトール；チオナリド；カテコール；４−メトキシフェニルメチレンシアノチオアセトアミド、４−メチルフェニルメチレンシアノチオアセトアミド、４−クロロフェニルメチレンシアノチオアセトアミド、４−ブロモフェニルメチレンシアノチオアセトアミド、4−ニトロフェニルメチレンシアノチオアセトアミドなどのアリールメチレンシアノチオアセトアミド誘導体；カプロン酸アミド、ジメチルカプロン酸アミドなどのカプロン酸アミド誘導体；ヘキサメチレンテトラミン；ｐ−ニトロアニリン、ｐ−クロロアニリンなどのアニリン誘導体；ｐ−アミノフェノール；ｐ−アミノベンズアミド；ｐ−アミノアセトアニリド；アクリジン、９−アミノアクリジンなどのアクリジン誘導体；エチレングリコール；２−（２−ヒドロキシスチリル）キノリニウム‐１‐エチルヨージド、４−（２−ヒドロキシスチリル）キノリニウム‐１‐エチルヨージドシアニン染料などのキノリニウム誘導体；２−（ｏ−ヒドロキシスチリル）ピリジニウム‐１‐エチルヨージドシアニン染料；アクリロニトリル、フェニルアセトニトリル、アセトニトリル、トリクロロアセトニトリルなどのニトリル誘導体；ベンゾイルベンズアルデヒドヒドラゾン誘導体；２−フランカルボキサルジハイド−（２’−ピリジルヒドラゾン）、２−ピロールカルボキサルジハイド−（２’−ピリジルヒドラゾン）、２−チオフェンカルボキサルジハイド−（２’−ピリジルヒドラゾン）などのピリジルヒドラゾン誘導体；ｐ−アニシジン、ｏ−アニシジンなどのアニシジン類；ｐ−トルイジン、ｏ−トルイジンなどのトルイジン類；塩化セチルピリジニウム、臭化セチルピリジニウムなどのセチルピリジニウム誘導体；２，３，５−トリフェニル塩化テトラゾニウム；レソルシノール；クレゾール；サリチルアルデヒド；ヒドロキシベンゾフェノキシム誘導体；Ｌ−ヒドロキシ−５−ノニルアセトンフェノンオキシム；クエン酸；酒石酸；マロン酸；シュウ酸；マレイン酸；ポリアクリル酸またはその塩；ポリマレイン酸またはその塩；ポリリンゴ酸；ポリビニルピロリドン；ポリアミド；ポリメタクリル酸またはその塩；ポリエチレングリコール；ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミドなどのアクリルアミド誘導体；ポリメトキシエチレン；ポリビニルアルコール；ポリピロール；ポリエチレンイミン；ポリオキシエチレンアルキルエーテル；ポリアルキレンポリアミン；ポリアリルアミン；ポリスチレンスルホン酸塩；ポリエチレンイミン；アクリルアミド・アクリル酸共重合物；ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース類；モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸などの酢酸誘導体；キサンタン水素；３−アミノ−１，２，４−ジチオアゾリジンチオン−５；イソペルチオシアン酸；リポ酸；鎖状縮合リン酸塩、環状縮合リン酸塩などの縮合リン酸塩：ドデシルピロール；ラウリルリン酸、ラウリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル、これらのリン酸エステルのアルカリ金属（Ｎａ，Ｋ等）塩またはアンモニウム塩等、ラウロイルサルコシン、オレオイルサルコシンなどの陰イオン界面活性剤；エチレンジアミンのポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックポリマー、オレイン酸ジエタノールアミド、リノール酸ジエタノールアミド、ステアリン酸モノエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、ミリスチン酸モノエタノールアミド、ミリスチン酸ジエタノールアミド、ラウリン酸ジエタノールアミド、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド、パーム核脂肪酸ジエタノールアミド、ヤシ脂肪酸モノエタノールアミド、ラウリン酸イソプロパノールアミドなどの非イオン性界面活性剤から選択される１種以上を挙げることができる。

特に好ましい腐食抑制剤としては、２−エチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、５−メチル−１H−ベンゾトリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−５メチル−４H−１，２，４−トリアゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール、ニコチン酸、アデニン、６−チオグアニン、尿酸、カフェイン、８−キノリノール、２−メチル−８−キノリノール、チオ尿素、フェニル尿素、サリチル酸、チオサリチル酸、サリチルアルデヒドオキシム、ラウリルリン酸、ラウリルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル、ラウロイルサルコシン、オレオイルサルコシン、オレイン酸ジエタノールアミド、リノール酸ジエタノールアミド、ステアリン酸モノエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、ミリスチン酸モノエタノールアミド、ミリスチン酸ジエタノールアミド、ラウリン酸ジエタノールアミド、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド、パーム核脂肪酸ジエタノールアミド、ヤシ脂肪酸モノエタノールアミド、ラウリン酸イソプロパノールアミドを挙げることができる。

以上のような疎水基を持つ腐食防止剤は水に溶解しにくい反面、有機溶媒への溶解度は比較的高い。例えばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）は、水への溶解度が約２%（２０℃）であるが、メタノールへの溶解度は５６．３％、エタノールへの溶解度は４７．５％、アセトンへの溶解度は４７．５％、エチレングリコールへの溶解度は４０．６％、ジエチレングリコールへの溶解度は５２．２％、エタノールアミンへの溶解度は２８．０％である。

本発明の前処理液に使用できる有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、ヘキサン、テトラヒドロフランなどを好ましく挙げることができる。エタノールのように沸点の低いものを用いると、基板に腐食抑制剤を付着した後、基板からの溶媒の蒸発を促進させることができるので、より好ましい。

本発明の前処理液中の腐食防止剤は、有機溶媒に対して0.01〜50wt%、好ましくは0.1〜20wt%、より好ましくは1〜5wt%となるように含まれていることが好ましい。腐食抑制剤の前処理液中の濃度と金属基板上に付着する量が比例するならば、高濃度で溶解させた方がより有利である。

一部の腐食抑制剤（例えば、イミダゾール誘導体や、トリアゾール誘導体など）は銅酸化物と優先して反応結合するため、予め金属銅を酸化させておくことが好ましく、そのため前処理液は酸化剤を含むことが好ましい。用いることができる酸化剤としては、オゾン水、過酸化水素、過酢酸、過安息香酸、tert−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸化合物、重クロム酸カリウム等の重クロム酸化合物、ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸化合物、硝酸および硝酸鉄等の硝酸化合物、過塩素酸等の過ハロゲン酸化合物、フェリシアン化カリウム等の遷移金属塩、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、若しくはヘテロポリ酸塩等から選択される１種類以上を挙げることができる。
本発明の前処理液は、化学的機械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）、電解研磨、電解複合研磨のいずれかに好適に用いることができる。特に、半導体製造又はフラットパネルディスプレイ製造の研磨工程の前処理に好適に用いることができる。

また、本発明によれば、バリア金属層上に配線金属層を有する配線基板を用意する工程と、配線基板に上述の前処理液を付着させる前処理液付着工程と、配線金属層を平坦化する第１研磨工程と、配線基板表面に露出しているバリア金属層を除去する第２研磨工程と、を具備する配線基板の研磨方法が提供される。

前処理液付着工程は、第１研磨工程の前処理又は第２研磨工程の前処理として行われることが好ましく、第１研磨工程の前処理及び第２研磨工程の前処理として行われることがさらに好ましい。また、第１研磨工程及び／又は第２研磨工程は、化学的機械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）、電解研磨及び電解複合研磨から選択される研磨を行う研磨工程であることが好ましい。

本発明の配線基板の製造方法の一態様は、配線用溝を有する基板の表面を被覆するバリア金属層の上に配線金属を埋め込んで配線基板を形成し、配線金属層表面に上述の前処理液を付着させ、次いで、配線金属層を研磨し、さらに、露出したバリア金属層を研磨除去して、配線基板の最表面を平坦化することを含む。

本発明の配線基板の製造方法の別の態様は、配線用溝を有する基板の表面を被覆するバリア金属層の上に配線金属を埋め込んで配線基板を形成し、配線基板を研磨して配線金属表面を露出させ、配線金属表面に上述の前処理液を付着させ、次いで、配線基板を研磨して、露出しているバリア金属層を除去することを含む。

本発明の配線基板の製造法のまた別の態様は、配線用溝を有する基板の表面を被覆するバリア金属層の上に配線金属を埋め込んで配線基板を形成し、配線金属の表面に上述の前処理液を付着させ、次いで、配線基板を研磨して配線金属表面を露出させ、配線金属表面に上述の前処理液を付着させ、次いで、配線基板を研磨して露出しているバリア金属層を除去することを含む。

基板の配線溝に、めっきなどの湿式法やスパッタ、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学蒸着)などの乾式法により金属を埋め込んだ直後の配線基板最表面は通常凹凸を有している。この配線基板を電解複合研磨やCMPで加工するとき、その加工液に含まれる腐食抑制剤が配線金属層最表面全面に付着する。電解複合研磨やCMPでは研磨パッドを用いて配線基板を研磨しており、研磨パッドで最表面凸部を優先的に機械的又は圧力を加えながら研磨することにより、最表面凸部から腐食抑制剤を剥ぎ取り、腐食抑制剤で覆われていた配線金属層を露出させる。露出した配線金属層は、加工液中の金属溶解剤と接触することによって溶解される。一方、配線基板凹部に付着している腐食抑制剤は、凸部に比べると研磨圧力が小さいためほとんど剥ぎ取られず、配線金属層はあまり露出しないので溶解剤からの攻撃を受けにくく、溶解しない。以上の加工が進むと配線基板表面の凹凸が減少し、以前凹部であったところにも十分研磨圧力が加わるようになり、腐食抑制剤が剥ぎ取られて、配線金属層が露出し、溶解されることになる。このようにして配線基板の平坦化が達成される。研磨が進み、配線金属層の下地のバリア金属層が露出した状態で平坦化を進行させる段階では、配線溝の金属だけを残して加工しなければならない。このとき、配線溝の金属を過剰に研磨することがないように、研磨を制御しなければならない。

本発明の研磨方法においては、研磨の前に本発明の前処理液を用いて、配線金属が埋め込まれた配線基板表面に腐食抑制剤を付着させる。配線基板表面への腐食抑制剤の付着方法としては、前処理液に配線基板を漬ける浸漬法、配線基板を回転させながら前処理液の適当量を配線基板中心上空より滴下するスピンコート法、前処理液を配線基板上空よりスプレーしながら配線基板を１方向に水平移動させるスプレーコート法、印刷ロールを用いて前処理液を配線基板に転写印刷するロール印刷法などの付着方法を用いることができるが、配線基板の裏面を汚染しないことが望ましく、スピンコート法、スプレーコート法、ロール印刷法が好ましい。ロール印刷法の場合には、ロールが配線基板最表面の凹凸に追従しやすいことが望ましく、例えばシリコーン樹脂や耐有機溶媒性ポリウレタン樹脂などの耐有機溶媒性ゴム材料や熱可塑性エラストマー材料が好ましい。また、本発明の前処理液は、有機溶媒を含むため、前処理液の除去工程を設ける必要がない。すなわち、有機溶媒は付着した後、配線基板表面からすぐに揮発するので、配線基板表面に腐食抑制保護皮膜を簡易かつ短時間で形成することができる。よって、本発明の前処理液を配線基板表面に付着させる前処理方法としては、スピンコート法及びスプレーコート法が特に好ましい。また、本発明の前処理工程は、研磨とは別の場所で行うため、有機溶剤を用いたとしても、研磨パッド等の研磨部及び研磨工程への悪影響がない。

実施形態

本発明の第１の実施形態では、めっきなどの湿式法やCVDなどの乾式法を用いて基板に配線金属（銅、銅合金、タングステンなどの半導体の配線金属）を埋め込んだ後、形成された配線基板を前処理液に浸漬させ又はスピンコート法、スプレーコート法もしくはロール印刷法を用いて前処理液を塗布して、配線金属を含む配線基板表面に腐食抑制剤による腐食抑制保護皮膜を形成する（前処理）。次いで、配線基板表面の銅などの配線金属層が所定の膜厚になるまで研磨する（第１研磨工程）。次に、配線基板表面に残っている配線金属層及び／又は露出しているバリア金属層を研磨により除去する（第２研磨工程）。

本発明の第２の実施形態では、めっきなどの湿式法やCVDなどの乾式法を用いて基板に配線金属（銅、銅合金、タングステンなどの半導体の配線金属）を埋め込んだ後、形成された配線基板を前処理液に浸漬させ又はスピンコート法、スプレーコート法もしくはロール印刷法を用いて前処理液を塗布して、配線金属層を含む配線基板表面に腐食抑制剤による腐食抑制保護皮膜を形成する（前処理）。次いで、配線基板表面の配線溝以外の部位を覆っている配線金属（銅など）を研磨して平坦化する（第１研磨工程）。次に、配線金属及び／又は配線基板表面に露出しているバリア金属層を研磨により除去する（第２研磨工程）。

本発明の第３の実施形態では、めっきなどの湿式法やCVDなどの乾式法を用いて基板に配線金属（銅、銅合金、タングステンなどの半導体の配線金属）を埋め込んだ後、形成された配線基板表面の配線溝以外の部位を覆っている配線金属（銅など）が所定の膜厚になるまで、または完全に除去されるまで研磨する（第１研磨工程）。次いで、配線基板を前処理液に浸漬させ又はスピンコート法、スプレーコート法もしくはロール印刷法を用いて前処理液を塗布して、配線金属層を含む配線基板表面に腐食抑制剤による腐食抑制保護皮膜を形成する（前処理）。次に、配線基板表面に残っている配線金属層及び／又は露出しているバリア金属層を研磨により除去する（第２研磨工程）。本実施形態において、第２研磨工程では、配線金属層及びバリア金属層が共に前処理液と接触するが、前処理液は銅などの配線金属に選択的に付着するので、バリア金属層に対する腐食抑制抑制保護皮膜は形成されないか又は形成されても十分な腐食抑制効果を発揮しない。

本発明の第４の実施形態では、めっきなどの湿式法やCVDなどの乾式法を用いて基板に配線金属（銅、銅合金、タングステンなどの半導体の配線金属）を埋め込んだ後、形成された配線基板を前処理液に浸漬させ又はスピンコート法、スプレーコート法もしくはロール印刷法を用いて前処理液を塗布して、配線金属層を含む配線基板表面に腐食抑制剤による腐食抑制保護皮膜を形成する（前処理）。次いで、配線基板表面の銅などの配線金属が所定の膜厚になるまで研磨する（第１研磨工程）。次いで、配線基板を前処理液に浸漬させ又はスピンコート法、スプレーコート法もしくはロール印刷法を用いて前処理液を塗布して、配線金属層を含む配線基板表面に腐食抑制剤による腐食抑制保護皮膜を形成する（前処理）。次に、配線基板表面に残っている配線金属層及び露出しているバリア金属層を研磨により除去する（第２研磨工程）。本実施形態において、第２研磨工程では、配線金属層及びバリア金属層が共に前処理液と接触するが、前処理液は銅などの配線金属層に選択的に付着するので、バリア金属層に対する腐食抑制抑制保護皮膜は形成されないか又は形成されても十分な腐食抑制効果を発揮しない。

本発明の研磨方法は、図２に示す研磨装置を用いて実施することができる。図２に示す研磨装置は、配線基板Ｗを収納したカセットを搬出入する搬出入部としての一対のロード・アンロード部３０、プッシャ３４ａ、３４ｂ、研磨部として電解加工装置３６及びＣＭＰ装置１１２を備え、更に、各２基の第１洗浄装置１３０ａ、１３０ｂと第２洗浄装置１３０ｃ、１３０ｄを有している。第１洗浄装置１３０ａ、１３０ｂと第２洗浄装置１３０ｃ、１３０ｄの間には、前処理ユニット１４０ａ、１４０ｂが設けられている。さらに、第１洗浄装置１３０ａ、１３０ｂと第２洗浄装置１３０ｃ、１３０ｄとの間に、反転機能を有する仮置き台１３２が配置され、ロード・アンロード部３０、第１洗浄装置１３０ａ、１３０ｂ及び仮置き台１３２に囲まれた位置に、これらの間で配線基板Ｗを搬送し授受する搬送装置としての第１搬送ロボット３８ｃが配置され、仮置き台１３２、第２洗浄装置１３０ｃ、１３０ｄ及びプッシャ３４ａ，３４ｂに囲まれた位置に、これらの間で配線基板Ｗを搬送し授受する搬送装置としての第２搬送ロボット３８ｄが配置されている。

この研磨装置による配線基板の研磨工程の一例を説明する。ロード・アンロード部３０に置かれた配線基板Ｗは、第１搬送ロボット３８ｃによって仮置き台１３２に搬送され、次いで第１搬送ロボット３８ｃによって前処理ユニット１４０ａに搬送される。前処理ユニット１４０ａにおいて、前処理液を配線基板Ｗに付着させる。前処理液付着後の配線基板Ｗは、第２搬送ロボット３８ｄによって電解加工装置３６に搬送され、第1研磨工程で研磨加工される。次いで、第２搬送ロボット３８ｄによってＣＭＰ装置１１２に搬送され、第２研磨工程により仕上げ研磨加工される。研磨加工後、配線基板Ｗは、再び第２搬送ロボット３８ｄによって第２洗浄装置１３０ｄに搬送され洗浄処理される。その後、再び第２搬送ロボット３８ｄによって仮置き台１３２に搬送され、必要に応じて反転された後、第１搬送ロボット３８ｃによって第１洗浄装置１３０ｂに搬送され、仕上げ洗浄及び乾燥された後、第１搬送ロボット３８ｃによってロード・アンロード部３０に戻される。

なお、図２に示す研磨装置において、電解加工装置及びＣＭＰ装置の組み合わせに代えて、いずれか一方の加工装置を備える研磨部を設けてもよい。この場合には、２枚の配線基板Ｗを交互に搬送して、研磨加工を行うことができ、研磨処理時間を大幅に短縮できる。

［実施例１］
腐食防止剤としてベンゾトリアゾール、有機溶媒としてエタノールを用い、５−メチルベンゾトリアゾールをエタノールに約５ｗｔ％溶解させて前処理液１を調製した。
８インチ（20.3cm）の銅めっきパタンとなるように配線金属（銅）をバリア金属層（タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムなど）上に形成されている配線溝に埋め込んだウェーハ配線基板の処理面（配線金属層）を上向きにして、スピンコーターにて基板を毎分約１，０００〜５，０００回転させ、配線基板中心の上空より前処理液１を１０〜５０ｍｌ滴下させ、前処理液１を配線基板の配線金属層表面に付着させた。その後、前処理液１を付着させた配線基板をＣＭＰ加工し、余分な配線金属層及び露出しているバリア金属層を研磨して除去して、配線基板表面を平坦化した。対照として、同様に形成したウェーハ配線基板を従来のＣＭＰ加工（前処理液１を使用しない）により処理した。CMP加工後の配線基板の最表面を触針式形状プロファイラーにて、表面の形状を評価したところ、前処理液１を使用したCMP加工において、より良好な段差解消性能を得た。

図１は、本発明の前処理液を使用した複合電解研磨方法の一例を示す説明図である。 図２は、本発明の研磨方法を実施するために用いる研磨装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

３０：ロード・アンロード部
３４ａ、３４ｂ：プッシャ
３６：電解加工装置
３８ｃ：第１搬送ロボット
３８ｄ：第２搬送ロボット
４６：基板保持部
１１２：ＣＭＰ装置
１２２：研磨テーブル
１２４：トップリング
１３０ａ、１３０ｂ：第１洗浄装置
１３０ｃ、１３０ｄ：第２洗浄装置
１３２：仮置き台
１４０ａ、１４０ｂ：前処理ユニット

Claims (10)

1. 有機溶媒に溶解させた腐食抑制剤を含むことを特徴とする、配線金属層を有する配線基板の研磨用前処理液。
2. 前記腐食抑制剤は、２，３−ベンゾピロール、２−エチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、４−メチル‐５‐ヒドロキシメチルイミダゾール、１−ブチル−５−メチルイミダゾール、１−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−（ｐ−トリル）−４−メチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、２−メチルベンズイミダゾール、５，６−ジメチルベンズイミダゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール、２−アミノベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、５−クロロベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸、５−ニトロベンゾトリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−５メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール、３−フェニル−１,２,４−トリアゾール−５−チオン、２−アミノ−４,６−ジメチルピリミジン、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル、これらのリン酸エステルのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、オレイン酸ジエタノールアミド、リノール酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、ミリスチン酸ジエタノールアミド、ラウリン酸ジエタノールアミド、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド、パーム核脂肪酸ジエタノールアミドから選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の前処理液。
3. 前記腐食抑制剤の濃度は、有機溶媒に対して０．０１〜５０重量パーセントである、請求項１又は２に記載の前処理液。
4. 前記有機溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、ヘキサン、テトラヒドロフランから選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の前処理液。
5. バリア金属層上に配線金属層を有する配線基板を用意する工程と、
   前記配線基板に請求項１〜４のいずれか１項に記載の前処理液を付着させる前処理液付着工程と、
   前記配線金属層を平坦化する第１研磨工程と、
   前記配線基板表面に露出しているバリア金属層を除去する第２研磨工程と、
   を具備する配線基板の研磨方法。
6. 前記前処理液付着工程は、前記第１研磨工程の前処理として行われる、請求項５に記載の研磨方法。
7. 前記前処理液付着工程は、前記第２研磨工程の前処理として行われる、請求項５に記載の研磨方法。
8. 前記前処理液付着工程は、第１研磨工程の前処理及び第２研磨工程の前処理として行われる、請求項５に記載の研磨方法。
9. 前記第１研磨工程及び／又は第２研磨工程は、化学的機械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）、電解研磨及び電解複合研磨から選択される研磨を行う研磨工程であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の配線基板の研磨方法。
10. 配線基板を研磨する研磨部と、
    配線基板に請求項１〜４のいずれか１項に記載の前処理液を付着させる前処理部と、
    前記配線基板を前記前処理部と前記研磨部との間で搬送する搬送手段と、
    を具備する配線基板用研磨装置。