(57)【要約】      （修正有）【課題】非鉄金属材の研磨方法によれば、膜厚の厚い基板を高速で、しかも、膜厚の分布が均一になるように研磨することができる非鉄金属材の研磨方法の提供。【解決手段】  表面が銅又は銅合金等の非鉄金属材からなる基板の表面を研磨する研磨液であって、１価及び／又は２価の銅イオンと塩素イオンとを含有し、Ｃｕ／Ｃｌモル比が１０-1〜１０3の割合であり、ｐＨ０．５〜１０であることを特徴とする非鉄金属材用研磨液。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が銅又は銅合金等の非鉄金属材からなる基板の表面を研磨する研磨液であって、１価及び／又は２価の銅イオンと塩素イオンとを含有し、Ｃｕ／Ｃｌモル比が１０-1〜１０3の割合であり、ｐＨ０．５〜１０であることを特徴とする非鉄金属材用研磨液。
【請求項２】
遊離砥粒が分散された請求項１記載の非鉄金属材用研磨液。
【請求項３】
更に、腐食インヒビターが添加された請求項１又は２記載の非鉄金属材用研磨液。
【請求項４】
研磨パッドを基板表面に押しつけて研磨する方法に用いられる請求項１，２又は３記載の非鉄金属材用研磨液。
【請求項５】
研磨パッドが研磨装置に回転可能又は往復動可能に配設され、研磨液をこの研磨パッド又は基板に供給し、研磨パッドを基板表面に押しつけて研磨する方法に用いられる請求項４記載の非鉄金属材用研磨液。
【請求項６】
表面が銅又は銅合金等の非鉄金属材からなる基板の表面を研磨するに際し、銅イオンと塩素イオンとをＣｕ／Ｃｌモル比１０-1〜１０3の割合で含む研磨液と研磨パッドを用い、この研磨パッドを基板に押しつけて研磨することにより、基板表面をパッドの機械研磨作用と上記研磨液の溶解作用で研磨することを特徴とする非鉄金属材の研磨方法。
【請求項７】
研磨パッドを研磨装置に回転可能又は往復動可能に配設し、研磨液をこの研磨パッド又は基板に供給し、上記基板表面に研磨パッドを回転又は往復動押圧させて研磨するようにした請求項６記載の非鉄金属材の研磨方法。
【請求項８】
研磨パッドのヤング率が５〜１００ｇ／ｃｍ2、引張り強度が１０ｋｇ／ｃｍ2以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の非鉄金属材の研磨方法。
【請求項９】
研磨パッドが多孔質状又は溝が表面に縦横に形成された表面溝形状を有することを特徴とする請求項６，７又は８記載の非鉄金属材の研磨方法。
【請求項１０】
研磨パッド回転数が１〜５，０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
【請求項１１】
研磨圧力が１０〜１，０００ｇ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
【請求項１２】
固定砥粒を担持させた研磨パッドを用いることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
【請求項１３】
研磨液が砥粒を分散したものであることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に銅や真鍮などの銅合金からなるバルク金属基板、銅又は銅合金箔を積層した基板、銅又は銅合金箔をめっきなどの方法によって造膜した基板等の非鉄金属材用の研磨液及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属基板で厚みのあるものを研磨する場合に、短時間で研磨可能で、膜厚の分布が均一（粗くても粗さが均一な状態）にできる技術が求められている。
【０００３】
非鉄金属基板を研磨する場合に、旋盤加工やかんな等による機械研磨が行われている。これは短時間で研磨できても、表面が粗くなり、膜厚の分布が均一でない。
【０００４】
一方、表面の平坦性が重要視され、精密な加工精度が要求される場合、ＵＬＳＩなどの半導体製造では、化学エッチングと機械研磨を複合した化学的・機械的研磨（ＣＭＰ）により、数１０ｎｍの配線回路を形成する方法がキーテクノロジーになる。即ち、半導体製造において、化学的・機械的研磨法は半導体表面に回路構造を形成するための根幹技術に位置づけられている。半導体製造におけるＣＭＰ技術は、シリコン基板表面に物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、及び、めっき法などで薄膜を形成し、回路形成に不必要な皮膜を除去するために用いられ、薄膜を完全平坦化する。この技術では、薄膜の完全平坦化を目的にするので、除去速度は高くても１００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。また、多くの場合、研磨液は砥粒の研磨効果を発現させるためにコロイダルシリカなどを配合し、化学エッチングとの相乗効果で研磨する。このため、砥粒を除去するために洗浄に手間を要する。一方、ステンレス鋼などの耐食性に優れた材料では、路上で安全確認に用いられるカーブミラー、及び建材部品の鏡面板などの製造に、光の乱反射を防止するための完全平坦化加工法としてＣＭＰ技術が用いられる。
【０００５】
しかし、ＵＬＳＩなどの半導体製造においては、金属皮膜は最大でも１００ｎｍ程度の膜厚のものを表面粗さが１００ｎｍ（半導体では最大でも５０ｎｍ）以下に完全平坦化することを目的としており、研磨速度は５００ｎｍ／ｍｉｎ程度以下でなければ制御しづらい。これは金属膜厚が１００ｎｍ程度であるため、研磨速度が速いと研磨がすぐに進み、金属皮膜自体がなくなってしまうため、制御が難しいからである。
一方、タングステン膜を研磨するような場合にも、ＣＭＰは用いられており、高速で研磨することは求められているが（特許文献１：特開２０００−１１９６３８号公報参照）、５００ｎｍ／ｍｉｎ程度というように、本発明の技術分野において求められているような研磨速度は達成できていない。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１１９６３８号公報
【特許文献２】特開２００１−６８４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、銅又は銅合金等の非鉄金属材料を研磨するに際し、機械研磨と化学研磨の相互作用で、膜厚の厚い基板を０．５〜１０μｍ／ｍｉｎというように高速で、しかも、膜厚の分布が均一になるように研磨することを可能にする非鉄金属材用研磨液及び非鉄金属材の研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、機械研磨用の研磨液であって、２価及び／又は１価の銅イオンと塩素イオンを含む非鉄金属用研磨液を用いて銅や銅合金を研磨することにより、塩素イオンの存在下で塩化銅皮膜が貴な電位で生成するため、銅の酸化が促進され、溶解が進むこと、この場合、Ｃｕ／Ｃｌモル比が１０-1〜１０3であると、研磨液は自然電位が溶解域から不働態域の電位に制御されるため、基板金属は安定して化学溶解が促進されること、そしてかかる研磨液を用いて研磨パッドを備えた研磨装置によって機械研磨することで、化学溶解が促進されているために、機械的研磨効果との相乗効果で研磨速度を上げ、膜厚の分布偏差をなくしながら研磨することができることを知見し、本発明をなすに至った。
【０００９】
従って、本発明は、下記非鉄金属材用研磨液及び研磨方法を提供する。
請求項１：
表面が銅又は銅合金等の非鉄金属材からなる基板の表面を研磨する研磨液であって、１価及び／又は２価の銅イオンと塩素イオンとを含有し、Ｃｕ／Ｃｌモル比が１０-1〜１０3の割合であり、ｐＨ０．５〜１０であることを特徴とする非鉄金属材用研磨液。
請求項２：
遊離砥粒が分散された請求項１記載の非鉄金属材用研磨液。
請求項３：
更に、腐食インヒビターが添加された請求項１又は２記載の非鉄金属材用研磨液。
請求項４：
研磨パッドを基板表面に押しつけて研磨する方法に用いられる請求項１，２又は３記載の非鉄金属材用研磨液。
請求項５：
研磨パッドが研磨装置に回転可能又は往復動可能に配設され、研磨液をこの研磨パッド又は基板に供給し、研磨パッドを基板表面に押しつけて研磨する方法に用いられる請求項４記載の非鉄金属材用研磨液。
請求項６：
表面が銅又は銅合金等の非鉄金属材からなる基板の表面を研磨するに際し、銅イオンと塩素イオンとをＣｕ／Ｃｌモル比１０-1〜１０3の割合で含む研磨液と研磨パッドを用い、この研磨パッドを基板に押しつけて研磨することにより、基板表面をパッドの機械研磨作用と上記研磨液の溶解作用で研磨することを特徴とする非鉄金属材の研磨方法。
請求項７：
研磨パッドを研磨装置に回転可能又は往復動可能に配設し、研磨液をこの研磨パッド又は基板に供給し、上記基板表面に研磨パッドを回転又は往復動押圧させて研磨するようにした請求項６記載の非鉄金属材の研磨方法。
請求項８：
研磨パッドのヤング率が５〜１００ｇ／ｃｍ2、引張り強度が１０ｋｇ／ｃｍ2以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の非鉄金属材の研磨方法。
請求項９：
研磨パッドが多孔質状又は溝が表面に縦横に形成された表面溝形状を有することを特徴とする請求項６，７又は８記載の非鉄金属材の研磨方法。
請求項１０：
研磨パッド回転数が１〜５，０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
請求項１１：
研磨圧力が１０〜１，０００ｇ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
請求項１２：
固定砥粒を担持させた研磨パッドを用いることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
請求項１３：
研磨液が砥粒を分散したものであることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項記載の非鉄金属材の研磨方法。
この場合、研磨パッドのヤング率が５〜１００ｇ／ｃｍ2、引張り強度が１０ｋｇ／ｃｍ2以下である柔らかい素材で研磨することにより、凹凸に追随して膜厚を均一にできる。
【００１０】
また、研磨パッドを多孔質状又は溝が表面に縦横に形成された表面溝形状を有することにより、基板表面全体に均一に研磨液が供給され、遊離砥粒を含有した研磨液の場合に砥粒濃縮が回避される。
研磨パッド回転数を１〜５，０００ｒｐｍとすることにより、研磨液が撹拌されるため、酸化を促進し、化学溶解が進む。また、研磨液に砥粒を含む場合、砥粒による研磨が促進される。
研磨圧力を１０〜１，０００ｇ／ｃｍ2とすることにより、発熱して研磨液が温められるため、化学溶解が進む。なお、この範囲の圧力であれば、通常、基板は変形しない。
更に、固定砥粒を担持させた研磨パッドを用いたり、遊離砥粒が分散した研磨液を用いることにより、更に研磨速度が上がる。なお、研磨液の供給は、パッドに直接研磨液を供給する方法、基板に直接研磨液を供給する方法のほか、研磨液で満たされた槽の中に基板を入れてパッドを用いて研磨する等の方法が挙げられる。
【００１１】
本発明は、基板金属の厚さ方向の加工精度を向上させる加工方法を提供するもので、金属基板に対してこのような観点で提案する加工方法は従来からは見られない。一方、従来から行われている化学的・機械的研磨法では、金属（又は皮膜）の除去速度は１０〜２０ｎｍ／ｍｉｎである。このように低い除去速度では、数μｍの厚みで金属（又は皮膜）を除去するのに長時間かかるので、経済的ではない。本発明は、少なくとも５００〜１０，０００ｎｍ／ｍｉｎ（０．５〜１０μｍ／ｍｉｎ）の除去速度で、平坦化すると共にミクロンオーダーの寸法精度で金属（又は皮膜）の厚み分布を制御するものである。即ち、本発明で得られた研磨液を用いて化学的・機械的研磨を行い、本発明の研磨条件で高い除去速度で基板表面を平坦化すると共に、基板表面の金属材料を所定の膜厚だけ除去する。基板の厚さ方向の寸法精度をミクロンオーダーで制御する。従って、本発明は、基板の厚さを化学的・機械的研磨法で加工する機械加工に位置づけられるが、半導体製造で実施される化学的・機械的研磨法と目的を異にする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非鉄金属材の研磨方法によれば、膜厚の厚い基板を高速で、しかも、膜厚の分布が均一になるように研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明で研磨できる金属材料は、非鉄金属材料で、主に銅及びその合金材料が対象になるが、これに限定されるものではない。銅合金としては、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｓｎなどが挙げられるが、Ｃｕを５０質量％以上、特に７０質量％以上含むものが好ましい。また、本発明の加工方法は、バルク金属基板の厚み制御だけでなく、金属箔の積層板製造、めっきなどの手法によって基板に形成された金属皮膜の厚み制御にも適用できる。後者の基板は導電体又は非導電体のどちらでもよい。
【００１４】
本発明においては、表面が上記非鉄金属材からなる基板の表面研磨に際し、銅イオン及び塩素イオンを含有する研磨液を使用する。即ち、化学エッチングを効率よく起こさせるために、研磨液は必須成分に銅イオン（１価及び／又は２価）及び塩素イオンを含有し、それらのイオン濃度はそれぞれ０．０１Ｍ以上で、好ましくは０．０１〜３Ｍであり、かつＣｕ／Ｃｌモル比が１０-1〜１０3、好ましくは１０-1〜１０2で、化学的・機械的研磨が効率的に作用する。イオン濃度が低いと、研磨液の組成変動が大きくなり、実用的な観点から管理できない。また、Ｃｕ／Ｃｌモル比がこのような濃度比になると、自然電位が金属の溶解域から不働態域の電位に制御されるので、化学的ポテンショスタット（化学種の組成比で自然電位が決まるので実質的には安定化電源に接続して分極した効果に相当）になり、化学溶解が促進されると共に、不動態化も起こる。Ｃｕ／Ｃｌモル比１０-1未満であると、金属の化学溶解が起こらないので、本発明による研磨は実質的に機械的研磨法になる。Ｃｕ／Ｃｌモル比が１０3を超えると、化学的・機械的研磨はできるが、排水処理などの観点から好ましくない。
【００１５】
このように、研磨液は少なくとも銅イオンと塩素イオンを上記のモル比で含有する。このようなモル比を与えるために、銅イオンの供給源として塩化銅、硝酸銅などの鉱酸の銅塩及び酢酸銅などの有機酸の銅塩などを用いることができる。塩素イオンの供給源としては塩酸、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどを用いることができる。また、研磨液のｐＨを調整するためには硫酸、硝酸、塩酸などの鉱酸、更には蟻酸、酢酸、乳酸などの有機酸も利用できる。
【００１６】
化学エッチングを効率よく起こさせるために、研磨液のｐＨは０．５〜１０が好ましく、当該研磨法で研磨する金属材料が溶解する際に、安定に研磨液を存在させることが好ましい。即ち、研磨液のｐＨは、被研磨金属のイオン種が熱力学的に安定になるｐＨ領域を選定することが推奨される。被研磨物と研磨液を構成する化学種の熱力学データから、電位−ｐＨ線図を作成してｐＨの範囲を決めることができ、その範囲のｐＨで当該研磨法を実施すると０．５μｍ／ｍｉｎ以上の除去速度を得ることができる。溶解した金属イオンが研磨液に安定に存在しない場合、キレート剤を加えることもでき、この場合もキレート反応を考慮して電位−ｐＨ線図によってｐＨの範囲を決めることができる。しかしながら、研磨液のｐＨが０．５未満あるいは１０を超えると、装置やパッド材質が限定されるので、経済的に不利になる場合がある。
【００１７】
化学エッチングを効率よく起こさせるために、もう一つの有効な手段は酸化剤による反応で、これは環境面に配慮して選択することが好ましい。このような酸化剤の反応として、酸素陰極反応及び／又は水素陰極反応を利用することが有効である。酸素陰極反応の場合、溶液に溶存した酸素の供給源は研磨液に空気を吹き込む方法がある。溶存酸素の陰極反応は中間体として過酸化水素を経るので、直接過酸化水素を添加する方法もあるが、経済的に不利になる。研磨液の溶存酸素濃度はヘンリーの法則で支配され、酸素は大気と平衡濃度で溶液に溶解する。積極的に溶存酸素濃度を一定にする方法は、研磨液貯槽の研磨液を激しく撹拌する方法、これに直接空気を吹き込む方法がある。また、水素陰極反応を酸化剤に用いる際には、ｐＨを管理して鉱酸などの酸でプロトンを補給する。水素陰極反応を酸化剤に用いる際に研磨液のｐＨは４以下、好ましくは３以下が望ましい。ｐＨが４を超えるとプロトン濃度が低すぎて水素陰極反応が自発的に起こらない。研磨する金属材料によって酸素陰極反応と水素陰極反応は触媒活性が異なるので、両方の反応でどちらか一方が必ず起こるｐＨ域を選択するのが好ましく、このようなｐＨ範囲は１〜４、好ましくは１〜３になる。
【００１８】
化学エッチングされた表面の不働態化を促進させるためには、腐食インヒビターを添加することが好ましい。当該インヒビターは、化学エッチングした金属表面で不働態皮膜を形成すると共に、孔食などの局部腐食を抑制する。その添加濃度は０．０００１〜１０質量％で、好ましくは０．００１〜１質量％である。腐食インヒビター濃度は０．０００１質量％より低いと、実質的な腐食抑制効果を望むことができず、１０質量％より高いと、不働態化を促進しすぎて除去速度を低下させるだけでなく、場合によっては研磨液を不安定にする。また、一般に腐食インヒビターは高価であるので、経済的な面からの制限もある。
【００１９】
なお、腐食インヒビターとしては炭化水素系含窒素化合物、炭化水素系含イオン化合物、炭化水素系含酸素化合物を用いることができるが、窒素、酸素、又はイオウを含む環状共役炭化水素が好ましい。具体的な化合物としては炭素数８〜１２のアルキルアミン（ＣnＨ2n+1ＮＲ2でＲはＨ、ＯＨ及び／又はＣＨ3）、ＣＨ2＝ＣＨＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2、ＣＨ3ＣＨ＝ＣＨＣＨ2ＮＨ2などの炭素数３〜４のアルケニルアミン、アニリン又はヒドロキシアニリンなどのアニリン誘導体、ヒドラジン又はヒドラジン誘導体、ベンゾトリアゾール又は５−ベンジル−１，４−トリアゾール−３−チオンなどのベンゾトリアゾール誘導体、キノリン、イソキノリン、ニトロキノリン及びヒドロキシシノリンなどのキノリン誘導体、インドールなどのインドール誘導体、イミダゾール、２−メルカプタンベンズイミダゾールなどのイミダゾール誘導体、チオ尿素などのチオ炭素誘導体、フラン、ヒドロキシフランなどのフラン誘導体、ピロール、ニトロピロールヒドロキシピロールなどのピロール誘導体、メチルフェノール、ニトロフェノールなどのフェノール誘導体、グルコース、フラクトースなどの単糖類などを挙げることができる。
【００２０】
ここで、不働態皮膜が生成した表面を機械的研磨によって除去し、再び化学活性に富んだ表面を再生する。再生された表面は更に、化学エッチングを受けて不働態化する。このようなサイクルが進行して金属表面が研磨される。
【００２１】
不働態皮膜を除去するためには、研磨液に遊離砥粒を添加する方法と研磨パッドに砥粒を担持させた固定砥粒を用いる方法がある。本発明においては、どちらか一つの方法に限定されるものではないが、研磨後の洗浄性を改善するために遊離砥粒を含有しない研磨液を用いてパッドに担持させた固定砥粒を利用し、化学的・機械的研磨を行うことが好ましい。遊離砥粒又は固定砥粒の粒度は平均粒径で０．０１〜５０μｍ、好ましくは０．０５〜２０μｍである。平均粒径が０．０１μｍ未満であると、充分に早い除去速度が得られない。一方、５０μｍを超える平均粒径では、金属表面に深いスクラッチを生成するので、好ましくない。砥粒の材質はＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の複合酸化物、ＳｉＣ、酸化ジルコニア、酸化セレン及びダイアモンドスラリーなどを用いることができ、これらの砥粒を単独で又は混合して添加することができる、遊離砥粒の場合、研磨液での砥粒濃度は１〜５０質量％で、好ましくは５〜４０質量％である。１質量％未満の砥粒濃度では除去速度０．０５μｍ／ｍｉｎ程度で、実用性に乏しい。また、５０質量％を越えるとペースト状になってスラリー化できない。なお、平均粒径は、レーザー光回折法などによる粒度分布測定装置等を用いて、重量平均値として求めることができる。
【００２２】
本発明における研磨方法は、研磨パッドを備えた研磨装置を用いるが、この場合、研磨パッドは金属の除去量を均一にするために重要になる。特に、本発明で使用する研磨パッドは柔軟性に優れた材質を用い、ヤング率又は引張り強度で代表される下記物性値を有するものが好ましい。即ち、ヤング率としては、５〜１００ｇ／ｃｍ2、特に５〜９０ｇ／ｃｍ2、引張り強度としては１０ｋｇ／ｃｍ2以下、特に３〜１０ｋｇ／ｃｍ2が望ましい。このような物性値のパッドで研磨すると、金属表面の微細な凹凸に追随して均一な厚みで金属基板を加工することができる。なお、ヤング率、引張り強度はそれぞれＪＩＳ  Ｋ７２４４、Ｌ１０６９、Ｋ６４０４、Ｋ７１６２などで規定された測定値に基づく。
【００２３】
研磨パッドの好ましい材質としては、羊毛、山羊、ナイロン、ポリエステル及びステンレス繊維などから成るフェルト、更にスポンジ、軟質ウレタン不織布、ナイロン不織布、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）成型品などである。更に、これらのパッド表面に固定砥粒などをコーティングしたものも使用できる。
【００２４】
一方、パッドの被研磨物を研磨することとなる表面形状は、多孔質形状又は表面に溝が縦横に形成された表面溝形状を有することが望ましい。このような形状でないパッドを用いると、研磨液供給口から供給される研磨液が金属基板全体に均一に供給されずに不均一な除去量になり、目的とする均一な厚みにならず、場合によっては供給された研磨液が潤滑剤として働いて除去速度を低下させるおそれがある。遊離砥粒を含有した研磨液で研磨する際に、上記した形状のパッドを用いると金属表面とパッドの界面での砥粒濃縮を回避させる効果がある。
【００２５】
本発明で規定する研磨条件は、化学的研磨（化学エッチング）効果に機械的効果を重畳させるのに重要な役割を果たす。研磨液は研磨装置の研磨パッド回転軸近傍に設置した供給口（供給ボックス）からパッド全体に均一に供給する。本発明の研磨方法において、化学エッチングは物質移動支配の反応で、研磨される金属表面の物質移動速度が研磨パッドの回転数と研磨液の供給速度によって規定される。物質移動はＲｅｙｎｏｌｄｓ数（Ｒｅ）、Ｓｈｅｒｗｏｏｄ数（Ｓｈ）、Ｓｃｈｍｉｄｔ数（Ｓｃ）の無次元パラメータで表すことができ、Ｓｈ＝Ｆ（Ｓｃ，Ｒｅ）になる。ここに、Ｒｅ＝ｕＬ／ν（＝ωＬ2／ν），Ｓｃ＝ν／Ｄ，Ｓｈ＝ｋＬ／Ｄで、Ｌ：代表長、ｕ：速度、Ｄ：拡散係数、ｋ：物質移動係数、ν：動粘度、ω：回転数である。本発明での研磨条件として、少なくとも、Ｒｅ数が１０〜１０5で、Ｓｈ（Ｓｃ）1/3が１０〜４，０００の範囲が好ましい。即ち、層流領域から乱流域までが研磨に適する。研磨条件がＲｅ１０5より大きいと、研磨パッドと金属表面間に研磨液膜が厚く形成され、その膜が潤滑剤として働く。また、そのような条件は装置的に負担を与えるので避けることが好ましい。従って、研磨パッドの回転数は、１〜５，０００ｒｐｍ、特に３〜３，０００ｒｐｍ、また研磨液の供給速度は５〜１，０００ｍｌ／ｍｉｎ、特に１０〜８００ｍｌ／ｍｉｎが研磨する際の物質移動にかかわる最適条件になる。
【００２６】
本発明で規定する研磨条件として、研磨圧力は通常１０〜１，０００ｇ／ｃｍ2、好ましくは１０〜５００ｇ／ｃｍ2である。１０ｇ／ｃｍ2未満であると、有効に機械的研磨がなされないおそれがある。一方、研磨圧が１，０００ｇ／ｃｍ2を超えると、研磨する基板に高せん断応力がかかって基板が変型し、平坦化した平面で、かつ均一な厚みに加工することが困難になるおそれがある。また、このような大きな研磨圧力は、頑丈な装置構造を要するために大きくなり、経済的ではない。研磨圧力は、本発明で研磨する基板全体の厚みを制限する要因になる。少なくとも１００μｍ程度の表面を研磨するためには、上記研磨圧力範囲が好ましい。
【００２７】
更に、研磨する際の研磨圧力は、表面温度の上昇にも関係する。研磨パッドと金属表面での摩擦によって表面温度が上昇する。研磨液の温度は通常２０〜６０℃、好ましくは３０〜５０℃である。この温度範囲で研磨すると孔食もなく、かつ平坦化でかつ数ミクロンオーダの厚み変動で基板の金属の厚みを加工することができる。２０℃未満の研磨液温度では、化学エッチングの速度が遅いので、化学的及び機械的研磨した際の除去速度が低下する。これを改善するために研磨圧力を増大させ、摩擦熱によって除去速度を増大させる方法もあるが、上記で述べた理由によって適切ではない。６０℃より高い研磨液温度で当該研磨を行うと、化学エッチングが進行して孔食を起こし、目的とする平坦化ができないばかりか、数ミクロンオーダでの厚み変動が制御できない場合が生じる。
【００２８】
本発明に用いる研磨装置は、研磨定盤に基板を固定し、研磨ヘッドに貼り付けた研磨パッドを基板に所定の研磨圧力で接触させ、パッドを回転させながら研磨ヘッド自体も基板を移動する。研磨パッドと基板の面積比は研磨パッド／基板＝５／１〜１／５でよい。また、研磨パッドの面積が基板に比べて小さい場合、複数の研磨ヘッドを備えた装置が効率的である。
【００２９】
図１は、このような平面パッドを用いた研磨装置の一例を示すもので、図中１は研磨定盤、２は被研磨物（基板）、３は回転可能に支持された研磨パッドで、この研磨パッド３を回転させながら基板２表面に押しつけることにより研磨が行われている。なお、場合によってはパッド３を回転させる代わりに往復動させることもできる。
【００３０】
また、図２に示したように、円筒状に加工した研磨パッド３を上下に複数個配置し、これらパッド３を回転させると共に、基板２を一方向から他方向に送り、円筒状に加工した研磨パッドを図２のように基板に所定の研磨圧力で接触させ、化学的・機械的研磨を行うこともできる。この場合、研磨液は噴流ノズルで基板に吹き付ける。
【００３１】
なお、本発明において、研磨膜厚は、通常１〜２００μｍ、特に１〜１００μｍである。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例で、特にことわらない限り、部は質量部、％は質量％を示す。
【００３３】
［実施例１］
硫酸銅（ＩＩ）０．１Ｍ、塩化銅（Ｉ）０．０５Ｍ及び塩化ナトリウム０．０５Ｍをイオン交換水に溶解し、銅イオンとして０．１５Ｍ、塩素イオンとして０．１５Ｍ、Ｃｕ／Ｃｌモル比１の研磨液を調製した。更に、この溶液は硫酸でｐＨを１．５に調整した（以後、研磨液Ａと呼ぶ）。イオン交換水に平均粒径０．１μｍのＡｌ2Ｏ3（α化率９８％）を４０部、イオン交換水６０部を混合し、ｐＨ１．５に調整した。これをディスパー型分散機で１，２００ｒｐｍ、１時間分散してスラリーペーストを調製した。研磨液Ａを６６．７部とスラリーペースト３３．３部を混合して研磨液にした。このように調製した研磨液はスラリー濃度１３．３％、Ｃｕ／Ｃｌモル比１で、実施液１とする。また、ｐＨ１．５に調整したイオン交換水３３．３部と研磨液Ａ６６．７部を混合した溶液を実施液２とする。
【００３４】
平面研磨機を用い、研磨時間２ｍｉｎ、研磨圧力１００ｇ／ｃｍ2、回転数１５０ｒｐｍ、液温度３５℃での研磨条件下で、ステンレス基板に形成した厚み５０μｍの銅めっき皮膜と３０μｍの銅・亜鉛合金皮膜を研磨した結果を表１に示す。除去速度は重量変化から見積もった。膜厚分布は蛍光Ｘ線分析で測定した。除去速度も速く、加工した皮膜の膜厚加工精度も充分に優れた結果であった。
【００３５】
【表１】
2005205591.tif 000003
【００３６】
［実施例２］
硫酸銅（ＩＩ）と塩化ナトリウムを用いて、表２の実施例２−１〜２−４に示す銅イオン及び塩素イオン濃度になるように研磨液を調製した。更に、腐食インヒビターとしてイミダゾールを添加した。また、硫酸銅（ＩＩ）と塩化ナトリウムを用いて表２の２−５〜２−７に示す比較例の研磨液も調製し、２−８はイオン交換水を用いた。なお、ｐＨは硫酸で調整した。この液を用いて銅板を研磨した。固定砥粒ナイロン不織布パッドを備えた平面研磨機を用い、研磨条件として研磨時間２ｍｉｎ、研磨圧力１００ｇ／ｃｍ2、回転数２５０ｒｐｍ、液温度３５℃で行った。この研磨液の溶存酸素濃度は１０ｍｇ／Ｌであった。このような研磨条件では、Ｒｅ＝９５，０００、Ｓｈ（Ｓｃ）1/3＝約３５０になる。実施例では除去速度が１μｍ／ｍｉｎ以上で、加工精度も満足する状態であったが、比較例では除去速度が０．１μｍ／ｍｉｎで遅く、膜厚分布の精度も劣っていた。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
［実施例３］
硫酸銅（ＩＩ）と塩化カリウムを用いて研磨液を調製し、この研磨液中での銅板の自然電位を測定した（図３）。実施例２で示したＣｕ／Ｃｌモル比の範囲で銅イオンは自然電位で安定化させ、化学的・機械的研磨法でモル比に対応した一定の除去速度を示した。
【００３９】
［実施例４］
実施例２−３の研磨液を用いて銅板を固定砥粒ナイロンパッドで研磨した。その結果を図４に示す。点線は同じ研磨条件でイオン交換水を用いた際のデータである。回転数の増加と共に除去量は増加するので、物質移動支配現像であることを確認した。この現像は化学的作用と機械的作用を相乗し、銅板の除去量を増大させているのが図４からわかる。
【００４０】
［実施例５］
実施例２−１に示す研磨液を用いて銅めっきプリント基板を実施例２に示す研磨条件により約３．５μｍの銅皮膜を研磨し、研磨前後の銅めっき皮膜の膜厚分布を測定した。なお、この膜厚は蛍光Ｘ線によって測定した。図５に測定部位を示し、表３に膜厚測定結果を示す。研磨前の膜厚分布に比べて研磨後は均一な膜厚分布になり、目的とする加工精度になった。
【００４１】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明研磨方法の一例を示す説明図である。
【図２】本発明研磨方法の他の例を示す説明図である。
【図３】自然電位の銅イオン濃度依存性を示すグラフである。
【図４】除去膜厚に及ぼす回転数依存性を示すグラフである。
【図５】膜厚測定部位を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  研磨定盤
２  被研磨物（基板）
３  研磨パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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