(57)【要約】【課題】本発明の課題は、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度を得ることができるとともに、研磨パッドの寿命の長いＣＭＰ用研磨液を提供することである。【解決手段】本発明のＣＭＰ用研磨液は、研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、分散剤及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いる研磨液であって、研磨材に含有される研磨材粒子中、少なくともＣｅを含み、かつ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＥｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量の合計が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であり、かつ、研磨材粒子が、球形状を有することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、分散剤及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いるＣＭＰ用研磨液であって、
前記研磨材に含有される研磨材粒子中、少なくともセリウム（Ｃｅ）を含み、かつ、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）及びユウロピウム（Ｅｕ）から選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量の合計が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であり、かつ、
前記研磨材粒子が、球形状を有することを特徴とするＣＭＰ用研磨液。
【請求項２】
前記研磨材粒子中、セリウム（Ｃｅ）の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、かつ、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項３】
前記研磨材粒子中、セリウム（Ｃｅ）の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、９０ｍｏｌ％以上であり、かつ、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項４】
研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、分散剤及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いるＣＭＰ用研磨液であって、
前記研磨材に含有される研磨材粒子中、セリウム（Ｃｅ）の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、９５〜１００ｍｏｌ％の範囲内であり、かつ、
前記研磨材粒子が、球形状を有することを特徴とするＣＭＰ用研磨液。
【請求項５】
前記分散剤が、高分子分散剤であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項６】
前記高分子分散剤が、アクリル酸アンモニウム塩を共重合成分とする重合体、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩であることを特徴とする請求項５に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項７】
前記研磨材スラリー中の前記分散剤の含有量が、前記研磨材１００質量％に対して、０．０１〜２．０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項８】
前記研磨材の含有量が、前記研磨材スラリー１００質量％に対して、０．１〜４０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項９】
前記研磨材粒子の単分散度が、２０．０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ用研磨液に関する。より詳しくは、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度を得ることができるとともに、研磨パッドの寿命の長いＣＭＰ用研磨液に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の集積度の向上、多層配線化に伴い、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものであるが、多層配線化等にも関わらず、チップサイズは大きくなり、微細化に伴い工程は増え、チップのコストアップを招いている。
【０００３】
このような状況下、高密度、微細化のための加工技術が研究開発されており、その一つとしてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）技術が導入され、広く採用されている。このＣＭＰ技術を適用することにより、例えば、半導体素子の製造工程では、層間絶縁膜やＢＰＳＧ膜（ボロン、リン等をドープした二酸化ケイ素膜）の平坦化等、多くの微細化技術が具体化された。
【０００４】
そのような微細化技術としては、例えば、微細化素子分離（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）、いわゆるＳＴＩ技術が知られている。ＳＴＩ技術において、ＣＭＰはウエハ基板上に成膜した余分の酸化ケイ素絶縁膜を除去するために使用される。
このＳＴＩ技術では、研磨を停止させるため、酸化ケイ素膜の下に研磨速度の小さい、窒化ケイ素等のストッパ膜が形成される。そのため、ＣＭＰ用研磨液としては、酸化ケイ素膜とストッパ膜との研磨速度比が大きいものが望ましく、加えて、被研磨面の平坦性を得るため、これまで種々の研磨材が検討されている。
【０００５】
従来、ＣＭＰ用研磨液に用いられる研磨材粒子としてはシリカ粒子が一般的であったが、酸化ケイ素膜の研磨速度と窒化ケイ素膜の研磨速度との選択比が小さいことから、ＳＴＩ工程においては、研磨選択性に優れた酸化セリウム粒子が用いられるようになっている。
【０００６】
例えば、特許文献１及び２には、ＳＴＩのＣＭＰ工程において、研磨材粒子として酸化セリウムを使用した水系分散体を用いることにより、研磨速度が速く、しかも比較的研磨傷の少ない被研磨面を得られる技術について開示されている。
しかし、当該技術では、例えば、トレンチ溝以外の部分の研磨残りを除去するための過剰研磨を実施すると、トレンチ溝に埋め込まれた酸化ケイ素膜が研磨され、窪みのような構造的欠陥が発生するディッシングと呼ばれる現象が起こり、平坦化が不十分になったり、電気的な性能が劣化したりする場合がある。ディッシングの程度はトレンチ溝の幅に依存しており、特に幅の広いトレンチ溝ではディッシングが大きくなる傾向がある。
【０００７】
一方で、半導体基板を製造するに際しては、より短時間で製造することが求められており、研磨の所要時間の短縮、すなわち研磨速度の向上が望まれている。
しかし、研磨速度を向上させることは研磨パッドの早期劣化を引き起こすおそれがあり、製造コストの上昇につながるため、研磨速度を向上させつつ、研磨パッドの劣化を抑制する技術の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３３５６６７号公報
【特許文献２】特開平９−２７０４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度を得ることができるとともに、研磨パッドの長寿命化、すなわち研磨基板の生産性が高いＣＭＰ用研磨液を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、セリウムを含み、かつ、球形状を有する研磨材粒子を含むＣＭＰ用研磨液が、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度を得ることができるとともに、研磨パッドの長寿命化、すなわち研磨基板の生産性を向上させることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【００１２】
１．研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、分散剤及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いるＣＭＰ用研磨液であって、
前記研磨材に含有される研磨材粒子中、少なくともセリウム（Ｃｅ）を含み、かつ、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）及びユウロピウム（Ｅｕ）から選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量の合計が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であり、かつ、
前記研磨材粒子が、球形状を有することを特徴とするＣＭＰ用研磨液。
【００１３】
２．前記研磨材粒子中、セリウム（Ｃｅ）の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、かつ、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であることを特徴とする第１項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【００１４】
３．前記研磨材粒子中、セリウム（Ｃｅ）の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、９０ｍｏｌ％以上であり、かつ、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）から選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする第１項又は第２項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【００１５】
４．研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、分散剤及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いるＣＭＰ用研磨液であって、
前記研磨材に含有される研磨材粒子中、セリウム（Ｃｅ）の含有量が、前記研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、９５〜１００ｍｏｌ％の範囲内であり、かつ、
前記研磨材粒子が、球形状を有することを特徴とするＣＭＰ用研磨液。
【００１６】
５．前記分散剤が、高分子分散剤であることを特徴とする第１項から第４項までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【００１７】
６．前記高分子分散剤が、アクリル酸アンモニウム塩を共重合成分とする重合体、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩であることを特徴とする第５項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【００１８】
７．前記研磨材スラリー中の前記分散剤の含有量が、前記研磨材１００質量％に対して、０．０１〜２．０質量％の範囲内であることを特徴とする第１項から第６項までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【００１９】
８．前記研磨材の含有量が、前記研磨材スラリー１００質量％に対して、０．１〜４０質量％の範囲内であることを特徴とする第１項から第７項までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【００２０】
９．前記研磨材粒子の単分散度が、２０．０％以下であることを特徴とする第１項から第８項までのいずれか一項に記載のＣＭＰ用研磨液。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記手段により、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度を得ることができるとともに、研磨パッドの長寿命化、すなわち研磨基板の生産性が高いＣＭＰ用研磨液を提供することができる。
【００２２】
本発明の効果の発現機構・作用機構については明確になっていないが、以下のように推察している。
【００２３】
すなわち、研磨材粒子を含有する研磨材は、セリウムを含有させることで、高い研磨速度を得ることができるが、研磨材粒子の表面にエッジが存在すると、研磨の際の傷の発生につながる。そこで、研磨材粒子にセリウムを含有させるとともに、球形状とすることで、研磨速度を維持し、精密研磨が可能になったものと考えている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る研磨材粒子の走査型顕微鏡写真
【図２】本発明に係る研磨材粒子の走査型顕微鏡写真
【図３】本発明に係る研磨材粒子の製造方法の流れを示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、分散剤及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いるＣＭＰ用研磨液であって、研磨材に含有される研磨材粒子中、少なくともセリウム（Ｃｅ）を含み、かつ、研磨材粒子が、球形状を有することを特徴とする。この特徴は、請求項１から請求項９までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。
【００２６】
本発明の実施態様としては、研磨速度を向上させる観点から、研磨材粒子中、Ｃｅの含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、かつ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であることが好ましく、Ｃｅの含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、９０ｍｏｌ％以上であり、かつ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１０ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
【００２７】
また、分散安定性や研磨速度を向上させる観点から、分散材が高分子分散材であることが好ましく、中でも、アクリル酸アンモニウム塩を共重合成分とする重合体、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩であることがより好ましい。
【００２８】
また、研磨材スラリー中の分散剤の含有量は、分散安定性を向上させる観点から、研磨材１００質量％に対して、０．０１〜２．０質量％の範囲内であることが好ましい。
【００２９】
また、研磨材の含有量は、分散液の取り扱いの容易さの観点から、研磨材スラリー１００質量％に対して、０．１〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。
【００３０】
また、研磨傷の発生を抑制する観点から、研磨材粒子の単分散度が２０．０％以下であることが好ましい。
【００３１】
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、数値範囲を表す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用している。
【００３２】
≪研磨材≫
＜研磨材粒子＞
本発明に係る研磨材粒子は、少なくともＣｅを含み、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＥｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量の合計が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であり、かつ、球形状を有していることを特徴とする。
【００３３】
研磨材粒子には、Ｃｅが必ず含まれており、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＥｕから選ばれる少なくとも１種類が含まれていてもよく、目的とする研磨材の性能に合わせて適宜数種類の元素が含まれていてもよい。
研磨材粒子に含まれるＣｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＥｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量の合計を、希土類元素全体に対して、８１ｍｏｌ％以上、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量が、希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下とし、かつ研磨材粒子を球形状とすることにより、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量を抑制しながらも、高い研磨性能を有する研磨材を得ることができる。
【００３４】
研磨材粒子における各希土類元素の含有量は、元素分析により求めることができる。例えば、測定対象物である研磨材粒子１ｇを硝酸水溶液１０ｍｌと過酸化水素水１．０ｍｌとの混合溶液に溶解させ、エスアイアイナノテクノロジー社製のＩＣＰ発光分光プラズマ装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を使用して元素分析を行う。研磨材粒子の各希土類元素の含有量から組成比（ｍｏｌ％）として求めることができる。
なお、研磨材粒子の組成分布については、研磨材粒子の断面の元素分析を行うことにより求めてもよい。例えば、日立ハイテクノロジーズ製  集束イオンビーム（ＦＢ−２０００Ａ）により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出す。そして、切断面より、日立ハイテクノロジーズ製  ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（ＨＤ−２０００）を使用して元素分析を行い、研磨材粒子の各希土類元素の組成分布を求めることもできる。
【００３５】
本発明において、球形状とは、研磨材粒子の走査型顕微鏡写真（ＳＥＭ像）に基づいて規定されるものである。
具体的には、研磨材粒子について、走査型顕微鏡写真の撮影を行い、研磨材粒子１００個を無作為に選択する。選択された研磨材粒子の長径をａ、短径をｂとして、ａ／ｂの値の平均値をアスペクト比として求める。各粒子の長径ａ及び短径ｂは、各粒子に外接する長方形（「外接長方形」という。）を描いたとき、外接長方形の短辺及び長辺のうち、最長の長辺の長さを長径ａ、最短の短辺の長さを短径ｂとする。このアスペクト比が、１．００〜１．１５の範囲内である場合に球形状として分類する。アスペクト比は、より好ましくは１．００〜１．０５の範囲内である。なお、アスペクト比が１．００〜１．１５の範囲外である場合は、不定形として分類する。
【００３６】
アスペクト比が１に近づくほど、球形度が高いことを表している。本発明に係る研磨材粒子を含有する研磨材は、高い球形度を有しているため、精密研磨に適しており、研磨速度も速いため、生産性も高い点で優れている。
【００３７】
本発明に係る研磨材粒子の走査型顕微鏡写真を、図１（拡大率１０００倍）及び図２（拡大率３００００倍）に示す。
図１及び図２に示されるように、本発明に係る研磨材粒子は球形状を有しており、また、高い単分散度を示している。
ここで、単分散度は、所定の個数の研磨材粒子の走査型顕微鏡写真から求めることができる粒子径分布の変動係数により規定することができる。
例えば、研磨材粒子１００個のＳＥＭ像から粒子径分布の変動係数（「単分散度」ともいう。）を求めることにより、単分散性を評価することができる。なお、粒子径は、各粒子の写真画像の面積に基づき、面積円相当粒子径を求め、これを各粒子の粒子径とする。
粒子径分布変動係数は下記の式で求められる。
変動係数（％）＝（粒子径分布の標準偏差／平均粒子径）×１００
なお、上記粒子径、分布等の測定は、画像処理測定装置（例えば、ルーゼックス  ＡＰ；株式会社ニレコ製）を用いて行うことができる。
【００３８】
また、本発明に係る研磨材粒子は、Ｃｅの含有量が、希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量が、希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
研磨材粒子中のＣｅの含有量が多くなるほど、研磨速度は速くなる。
ここで、研磨速度は、研磨材粒子を含有する研磨材の粉体を水等の溶媒に分散させた研磨材スラリーを、研磨機に循環供給しながら、研磨対象面を研磨布で研磨することで測定できる。研磨前後の厚さをＮｉｋｏｎ  Ｄｉｇｉｍｉｃｒｏ（ＭＦ５０１）にて測定し、厚さ変位から１分間当たりの膜厚変化（Å）を算出し、研磨速度とすることができる。
【００３９】
さらに、本発明に係る研磨材粒子は、Ｃｅの含有量が、希土類元素全体量に対して、９０ｍｏｌ％以上であり、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量が、希土類元素全体量に対して、１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
これにより、Ｃｅとともに含有されるＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量を抑制し、球形状を維持しながらも生産コストを抑えることができる。
【００４０】
また、本発明に係る研磨材粒子は、Ｃｅの含有量が、希土類元素全体量に対して、９５〜１００ｍｏｌ％の範囲内であり、かつ、球形状を有することが特に好ましい態様である。
Ｃｅの含有量が、９５〜１００ｍｏｌ％の範囲内である球形状の研磨材粒子を含有する研磨材は、Ｃｅの割合が高いため、速い研磨速度が得られる。
【００４１】
また、本発明に係る研磨材粒子の粒子径の単分散度は、２０．０％以下であることが好ましい。高い単分散度を示す研磨材粒子を含有する研磨材は、キズ（傷）が発生しにくく、精密研磨に適している。
ここで、傷の発生については、ガラス基板の表面状態を評価することにより求めることができる。例えば、ガラス基板表面の表面状態（表面粗さＲａ）について、３０分間研磨加工を行ったガラス基板を、光波干渉式表面粗さ計（Ｚｙｇｏ社製Ｄｕａｌ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＺｅＭａｐｐｅｒ）により表面粗さ評価を行うことができる。なお、Ｒａとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１における算術平均粗さを表している。
【００４２】
＜研磨材粒子の特性＞
研磨材粒子は、その使用用途によって粒子径に対する要求レベルは異なるが、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるにつれて、使用される研磨材に含まれる研磨材粒子の微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用する際には平均粒子径が２．０μｍ以下である必要がある。しかし、研磨材粒子の粒子径は、小さくなるほど研磨後の仕上がり表面精度が高くなるのに対して、研磨速度は遅くなる傾向があり、例えば、０．０２μｍ未満の粒子径では、セリウム系研磨材の研磨速度がコロイダルシリカ等の研磨材に比べて速いという優位性が失われてしまう。したがって、研磨材粒子の平均粒子径としては、０．０２〜２．０μｍの範囲内が好ましく、更には０．０５〜１．５μｍの範囲内がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるため、できるだけ粒子径が揃っており、粒子径分布変動係数が小さい研磨材を使用することが望ましい。
【００４３】
≪研磨材粒子の製造方法≫
本発明に係る研磨材粒子の製造方法は、図３に示すように、主に、以下の５工程Ａ〜Ｅからなる。
（ｉ）尿素水溶液調製工程Ａ
（ii）希土類水溶液調製工程Ｂ
（iii）尿素水溶液の添加・加熱撹拌工程Ｃ
（iv）固液分離工程Ｄ
（ｖ）焼成工程Ｅ
以下、各工程について、順次説明する。
【００４４】
（ｉ）尿素水溶液調製工程Ａ
尿素水溶液調製工程Ａでは、室温（２５℃）にて、所定の濃度の尿素水溶液を調製し、密閉容器内で加熱することにより、添加する尿素水溶液を調製する。
例えば、５．０ｍｏｌ／Ｌの尿素水溶液を０．５Ｌ調製し、密閉容器内で１００℃、６時間加熱する。その後、２０℃まで冷ました尿素水溶液を、添加する尿素水溶液とすることができる。
尿素水溶液を密閉容器内で加熱することにより、溶媒を保持したまま加水分解を進めることができる。これにより、尿素水溶液中には、尿素の加水分解により生じた二酸化炭素及びアンモニアに加え、尿素の三成分が溶存している。
なお、尿素水溶液の代わりに、尿素の塩（例えば、硝酸塩、塩酸塩等）、Ｎ，Ｎ′−ジメチルアセチル尿素、Ｎ，Ｎ′−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、ｐ−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、Ｎ−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素等を使用することもできる。なお、以下では、尿素水溶液を用いて塩基性炭酸塩を形成させる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。
【００４５】
（ii）希土類水溶液調製工程Ｂ
希土類水溶液調製工程Ｂでは、室温（２５℃）にて、Ｃｅの含有量が９５〜１００ｍｏｌ％である水溶液、又はＣｅを必ず含み、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する水溶液を調製する。
Ｃｅの含有量が９５〜１００ｍｏｌ％である水溶液、又はＣｅを必ず含み、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する水溶液中でのイオン濃度は、０．００１〜０．１ｍｏｌ／Ｌの範囲内で、尿素の濃度は、前述のイオン濃度の５〜５０倍の濃度であることが好ましい。
これは、Ｃｅのみ、又はＣｅを必ず含み、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素の水溶液中でのイオン濃度及び尿素の濃度が当該範囲内であれば、単分散性を示す球形状の研磨材粒子を合成することができると考えられるためである。
当該水溶液を調製するために用いることができるこれらの元素の塩として、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、硝酸塩を使用することが好ましい。これにより、不純物の少ない研磨材を製造することができる。
【００４６】
（iii）尿素水溶液の添加・加熱撹拌工程Ｃ
尿素水溶液の添加・加熱撹拌工程Ｃでは、尿素水溶液調製工程Ａで調製した尿素水溶液を希土類水溶液調製工程Ｂで調製した水溶液を９０℃まで加熱した溶液に添加し、当該混合した溶液を加熱しながら撹拌する。
尿素水溶液と希土類水溶液とを混合することで、研磨材粒子の核が生成し、当該混合溶液に分散する。研磨材粒子の核が分散する混合溶液を加熱撹拌することにより、当該研磨材の核が成長し、研磨材粒子の前駆体が得られる。
尿素水溶液の添加速度は、速いことが好ましい。具体的には、尿素水溶液の添加速度は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上が好ましく、１．０Ｌ／ｍｉｎ以上がより好ましい。尿素水溶液の添加速度を速めることで、尿素水溶液により生成した研磨材粒子の核が異方成長することなく、球形状に成長することができると考えられる。
【００４７】
研磨材粒子の前駆体は、希土類水溶液と尿素水溶液とが反応することで、塩基性炭酸塩として生成する。
加熱する際の加熱温度は、８０℃以上が好ましく、９０℃以上がより好ましい。また、撹拌時間は、１〜１０時間の範囲内が好ましく、１〜３時間の範囲内がより好ましい。なお、加熱温度及び撹拌時間は、目的とする粒子径に合わせて適宜調整することができる。
また、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機は限定されないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの撹拌機を使用することが好ましい。
【００４８】
（iv）固液分離工程Ｄ
固液分離工程Ｄでは、加熱撹拌した後、生成した沈殿（研磨材微粒子の前駆体）を溶液と分離する固液分離を行う。固液分離の方法は、一般的な方法でよく、例えば、フィルター等を使用して濾過により研磨材粒子の前駆体を得ることができる。
【００４９】
（ｖ）焼成工程Ｅ
焼成工程Ｅでは、固液分離工程Ｄにより得られた研磨材粒子の前駆体を、空気中若しくは酸化性雰囲気中で、４００℃以上で焼成する。焼成された研磨材粒子の前駆体は、酸化物となり、酸化セリウムを含有する研磨材粒子となる。
なお、必要に応じて焼成する前に水又はアルコール等で洗浄、乾燥を行ってから焼成してもよい。
焼成を経て冷却することにより、研磨材粒子を安定させた後、当該研磨材粒子を含有する研磨材として回収することができる。
【００５０】
上記研磨材の製造方法を使用して研磨材を製造することで、異方成長した研磨材粒子をほとんど含まない、球形状の研磨材粒子を含有する研磨材を得ることができる。
本発明に係る研磨材は、研磨材粒子を５０質量％以上含有し、好ましくは７０質量％以上含有し、より好ましくは９０質量％以上含有する。これにより、研磨による表面粗さが小さい研磨材を得ることができる。
【００５１】
≪研磨材スラリー≫
本発明に係る研磨材スラリーは、例えば、上記特徴を有する研磨材粒子と研磨材粒子の水への分散剤と水とからなる組成物を分散させることによって得られる。
研磨材粒子の含有量に制限はないが、研磨材スラリーの取り扱いやすさから、研磨材スラリー１００質量％に対して、０．１〜４０質量％の範囲内が好ましく、０．５〜２０質量％の範囲内がより好ましい。含有量が０．１質量％以上であれば、研磨速度が低下することがなく、４０質量％以下であれば、研磨材粒子の凝集を抑制することができる。
また、研磨材スラリーと後述する添加液とを混合したときのＣＭＰ用研磨液中の研磨材粒子の含有量は、０．０１〜１０質量％の範囲内が好ましく、０．１〜５質量％の範囲内がより好ましい。
【００５２】
また、研磨材スラリーのｐＨ（２５℃）は、６〜１０の範囲内が好ましい。ｐＨが６〜１０の範囲内であれば、研磨材スラリーと添加液との混合液の保存安定性が向上し、酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を研磨した場合に、研磨傷の発生を抑制することができる。ｐＨの調整には、アンモニア水を混合撹拌する方法等が用いられる。
【００５３】
＜分散剤＞
分散剤としては、高分子分散剤、水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性非イオン性界面活性剤、水溶性陽イオン性界面活性剤及び水溶性両性界面活性剤から選ばれる１種又は２種以上の化合物が使用される。半導体チップ研磨に使用することから、分散剤中のナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン、ハロゲン原子、イオウ原子等の不純物の含有率は、１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
【００５４】
（高分子分散剤）
高分子分散剤としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸の重合体やそのアンモニウム塩又はアミン塩、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸と、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸アルキル、アクリル酸ヒドロキシエチル等のアクリル酸ヒドロキシアルキル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸アルキル、メタクリル酸ヒドロキシエチル等のメタクリル酸ヒドロキシアルキル、酢酸ビニル、ビニルアルコール等の共重合体単量体との共重合体やそのアンモニウム塩又はアミン塩等がある。
これらの重合体又は共重合体における不飽和カルボン酸は、重合前にアンモニウム塩とされていてもよい。また、これらの重合体又は共重合体における不飽和カルボン酸の割合は、１〜１００モル％の範囲内であることが好ましく、１０〜１００モル％の範囲内であることがより好ましい。
高分子分散剤の分子量は、標準ポリスチレンの検量線を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した重量平均分子量で、１００〜１０００００の範囲内が好ましく、１００〜５００００の範囲内がより好ましく、１０００〜１００００の範囲内が更に好ましい。分散剤の分子量が１００以上であれば、酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を研磨する際、十分な研磨速度を得ることができ、分散剤の分子量が１０００００以下であれば、粘度が低く、研磨材スラリーの保存安定性が向上する。
【００５５】
上記分散剤の中でも、アクリル酸アンモニウム塩を共重合成分とした重合体、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩が特に好ましい。ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩の重量平均分子量は、好ましくは１０００〜１０００００の範囲内、より好ましくは３０００〜６００００の範囲内、更に好ましくは１００００〜４００００の範囲内である。また、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩の分子量分布（重量平均分子量／数平均分子量）は、好ましくは１．００５〜１．３００の範囲内、より好ましくは１．１００〜１．２５０の範囲内、更に好ましくは１．１５０〜１．２００の範囲内である。重量平均分子量が１０００以上、分子量分布が１．００５以上であれば、研磨材粒子が凝集することがなく、重量平均分子量が１０００００以下、分子量分布が１．３００以下であれば、研磨速度比が低下することがない。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、標準ポリスチレンの検量線を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したものを用いる。
【００５６】
ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩は、ポリアクリル酸と、そのカルボキシ基と等モルのアンモニア又はアミンとを混合し、中和反応させて得られるが、塩を形成していないフリーのアンモニア又はアミンの割合が１０モル％以下のものが、高平坦性を得られるため特に好ましい。なお、塩を形成していないフリーのアンモニア又はアミンの量は、有機溶媒を加えてポリマーを沈殿濾過した液中のアンモニア又はアミンを定量することで確認することができる。
【００５７】
（水溶性陰イオン性界面活性剤）
水溶性陰イオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン等が挙げられる。
【００５８】
（水溶性非イオン性界面活性剤）
水溶性非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。
【００５９】
（水溶性陽イオン性界面活性剤）
水溶性陽イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられる。
【００６０】
（水溶性両性界面活性剤）
水溶性両性界面活性剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。
【００６１】
（分散剤添加量）
上記分散剤は、単独又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。
研磨材スラリー中のこれらの分散剤添加量は、スラリー中の粒子の分散性及び沈降防止、更には研磨傷と分散剤添加量との関係から、研磨材粒子１００質量％に対して、０．０１〜２．０質量％の範囲内が好ましい。分散剤添加量が０．０１質量％以上の場合、分散剤濃度が十分であるため、分散剤を介さずに粒子−粒子間の凝集を引き起こすことがなく、凝集に伴う研磨傷増加を抑制することができる。また、２．０質量％以下の場合、分散剤が過剰に存在することによる分散剤分子が橋架けとなる粒子−粒子間の凝集を引き起こすことがなく、これも研磨傷増加を抑制することができる。
【００６２】
（分散手段）
研磨材粒子を水中に分散させる方法としては、通常の撹拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミル等を用いることができる。
【００６３】
≪添加液≫
一方、ＣＭＰ用研磨液用の添加液は、分散剤と水とを含有する。分散剤としては、上記した研磨材スラリーに用いた研磨材粒子の水への分散剤が用いられ、研磨面の研磨速度比、高平坦性の点から、研磨材スラリーに好ましく用いられたものが添加液においても好ましく用いられる。研磨材スラリーと添加液との分散剤の種類は同一であっても異なっていてもよい。分散剤の濃度は、添加液１００質量％に対して、１〜１０質量％の範囲内であることが好ましい。１質量％以上であれば、研磨面の平坦性が低下することなく、１０質量％以下であれば、研磨材粒子の凝集を抑制することができる。
【００６４】
また、添加液中の分散剤の研磨材粒子に対する使用量は、スラリー中の粒子の分散性及び沈降防止、更に研磨傷と分散剤との添加量との関係から、研磨材スラリー中の研磨材粒子１００質量％に対して、添加液中の分散剤が０．００１〜２０００質量％の範囲内が好ましく、０．０１〜１０００質量％の範囲内がより好ましく、０．０１〜５００質量％の範囲内が特に好ましい。
添加液の比重は、１．００５〜１．０５０の範囲内であることが好ましい。より好ましくは１．００７〜１．０４０の範囲内、更に好ましくは１．０１０〜１．０３０の範囲内である。比重が１．００５以上であれば、研磨面の平坦性が低下することがなく、１．０５０以下であれば、研磨材粒子が凝集することがない。
また、添加液のｐＨ（２５℃）は、４〜８の範囲内であることが好ましい。より好ましくは５〜７の範囲内、更に好ましくは６〜７の範囲内である。ｐＨが４以上であれば、研磨速度が低下することがなく、８以下であれば、研磨面の平坦性が低下することがない。ｐＨの調整は、添加液に、例えば、酢酸、アンモニア水等の酸又はアルカリを添加することにより行われる。
また、添加液の２５℃における粘度は、１．２０〜２．５０ｍＰａ・ｓの範囲内であることが好ましい。より好ましくは１．３０〜２．３０ｍＰａ・ｓの範囲内、更に好ましくは１．４０〜２．２０ｍＰａ・ｓの範囲内である。粘度が１．２０ｍＰａ・ｓ以上であれば、研磨材粒子が凝集することがなく、２．５０ｍＰａ・ｓ以下であれば、研磨面の平坦性が低下することがない。
【００６５】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、研磨材スラリーと添加液とを別々に用意し、研磨時に両者を混合して使用される。理由として、研磨材スラリーと添加液とが混合された状態で保存すると、研磨材粒子が凝集して、研磨傷の発生、研磨速度の変動をもたらすからである。このため、ＣＭＰ用研磨液の使用方法としては、研磨材スラリーと添加液とを別々に研磨定盤上に供給し、研磨定盤上で混合する方法、又は研磨直前に研磨材スラリーと添加液とを混合し、研磨定盤上に供給する方法が採用される。このとき、研磨材スラリーと添加液との混合比率は、最終的に目的の濃度になれば特に制限はない。
【００６６】
≪その他添加剤≫
本発明のＣＭＰ用研磨液は、上記研磨材スラリー及び添加液をそのまま使用してもよいが、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン等の非高分子添加剤を研磨材スラリー又は添加液に添加して、ＣＭＰ用研磨液とすることもできる。これらの添加剤は、最終的なＣＭＰ用研磨液における濃度が、０．００１〜２０質量％になるように使用されることが好ましく、０．０１〜１０質量％になるように使用されることがより好ましい。
【００６７】
≪無機絶縁膜の作製方法≫
本発明のＣＭＰ用研磨液が使用される無機絶縁膜の作製方法としては、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。
低圧ＣＶＤ法による酸化ケイ素膜形成は、Ｓｉ源としてモノシラン（ＳｉＨ４）、酸素源として酸素（Ｏ２）を用いる。このＳｉＨ４−Ｏ２系酸化反応を４００℃以下の低温で行うことにより酸化ケイ素膜が得られる。場合によっては、ＣＶＤ後、１０００℃又はそれ以下の温度で熱処理される。高温リフローによる表面平坦化を図るためにリン（Ｐ）をドープするときには、ＳｉＨ４−Ｏ２−ＰＨ３系反応ガスを用いることが好ましい。
プラズマＣＶＤ法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化学反応が低温でできる利点を有する。プラズマ発生法には、容量結合型と誘導結合型との２つが挙げられる。反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ４、酸素源としてＮ２Ｏを用いたＳｉＨ４−Ｎ２Ｏ系ガスと、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ２系ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）が挙げられる。基板温度は２５０〜４００℃の範囲内、反応圧力は６７〜４００Ｐａの範囲内が好ましい。酸化ケイ素膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていてもよい。
【００６８】
同様に、低圧ＣＶＤ法による窒化ケイ素膜形成は、Ｓｉ源としてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、窒素源としてアンモニア（ＮＨ３）を用いる。このＳｉＨ２Ｃｌ２−ＮＨ３系酸化反応を９００℃の高温で行うことにより窒化ケイ素膜が得られる。プラズマＣＶＤ法は、反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ４、窒素源としてＮＨ３を用いたＳｉＨ４−ＮＨ３系ガスが挙げられる。基板温度は３００〜４００℃の範囲内が好ましい。
【００６９】
基板としては、半導体基板、すなわち回路素子と配線パターンとが形成された段階の半導体基板や回路素子のみが形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に、酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜が形成された基板が使用できる。半導体基板上に形成された酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を上記ＣＭＰ用研磨液で研磨することによって、酸化ケイ素膜等表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができる。
また、シャロー・トレンチ分離にも使用できる。シャロー・トレンチ分離に使用するためには、酸化ケイ素膜研磨速度と窒化ケイ素膜研磨速度の比（酸化ケイ素膜研磨速度／窒化ケイ素膜研磨速度）が、１０以上であることが必要である。この比が小さすぎると、酸化ケイ素膜研磨速度と窒化ケイ素膜研磨速度の差が小さくなり、シャロー・トレンチ分離をする際、所定の位置で研磨を停止することができなくなる。また、研磨速度比が５０以上の場合は、特に、窒化ケイ素膜の研磨速度が更に小さくなって研磨の停止が容易になり、シャロー・トレンチ分離により好適である。
【００７０】
≪研磨装置≫
研磨装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布（パッド）とを貼り付けた、回転数が変更可能なモーター等が取り付けてある定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等が使用でき、特に制限されない。また、研磨布にはＣＭＰ用研磨液が保持されるような溝加工が施されていることが好ましい。
研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体基板が飛び出さないように２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力は研磨後に傷が発生しないように１ｋｇ／ｃｍ２以下が好ましい。
シャロー・トレンチ分離に使用するためには、研磨時に傷の発生が少ないことが必要である。研磨している間、研磨布にはスラリーをポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨布の表面が常にスラリーで覆われていることが好ましい。
【００７１】
≪洗浄≫
研磨終了後の半導体基板は、流水中でよく洗浄後、スピンドライヤー等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。
【００７２】
このようにして平坦化されたシャロー・トレンチを形成したあと、酸化ケイ素絶縁膜の上に、アルミニウム配線を形成し、その配線間及び配線上に再度上記方法により酸化ケイ素絶縁膜を形成後、上記ＣＭＰ用研磨液を用いて研磨することによって、絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数の半導体を製造することができる。
【００７３】
≪その他≫
本発明のＣＭＰ用研磨液は、半導体基板に形成された酸化ケイ素膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化ケイ素膜、ガラス、窒化ケイ素膜等の無機絶縁膜、フォトマスク、レンズ、プリズム等の光学ガラス、ＩＴＯ等の無機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路、光スイッチング素子、光導波路、光ファイバーの端面、シンチレーター等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザＬＥＤ用サファイヤ基板、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡＳ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等を研磨することができる。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量％」を表す。
【００７５】
［実施例１］
≪研磨材粒子の作製≫
＜研磨材粒子１の作製＞
（１）５．０ｍｏｌ／Ｌの尿素水溶液を０．５Ｌ用意し、密閉容器内で、１００℃で６時間加熱した。その後、当該尿素水溶液を２０℃まで冷却した。
（２）１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液２００ｍＬに純水を加えて９．５Ｌとし、この水溶液を９０℃に加熱した。
（３）手順（２）で９０℃に加熱した硝酸セリウム水溶液に、手順（１）で調製した尿素水溶液を１Ｌ／ｍｉｎの添加速度で添加した。
（４）手順（３）で硝酸セリウム水溶液に尿素水溶液を添加した混合液を、９０℃で２時間加熱撹拌した。
（５）手順（４）で加熱撹拌した混合液中に析出した研磨材粒子の前駆体を、メンブランフィルターで分離した。
（６）手順（５）で分離した研磨材粒子の前駆体を６００℃で焼成して、研磨材粒子１を作製した。
【００７６】
＜研磨材粒子２の作製＞
（１）５．０ｍｏｌ／Ｌの尿素水溶液を０．５Ｌ用意し、密閉容器内で、１００℃で６時間加熱した。その後、当該尿素水溶液を２０℃まで冷却した。
（２）１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１８０ｍＬと、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２０ｍＬとを混合した後、純水を加えて９．５Ｌとし、この混合水溶液を９０℃に加熱した。
（３）手順（２）で９０℃に加熱した混合水溶液に、手順（１）で調製した尿素水溶液を１Ｌ／ｍｉｎの添加速度で添加した。
（４）手順（３）で調製した混合水溶液に尿素水溶液を添加した混合液を、９０℃で２時間加熱撹拌した。
（５）手順（４）で加熱撹拌した混合液中に析出した研磨材粒子の前駆体を、メンブランフィルターで分離した。
（６）手順（５）で分離した研磨材粒子の前駆体を６００℃で焼成して、研磨材粒子２を作製した。
【００７７】
＜研磨材粒子３の作製＞
研磨材粒子２の作製において、手順（２）における１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１８０ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２０ｍＬとの混合を、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１６２ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液３８ｍＬとの混合に変更した以外は同様にして、研磨材粒子３を作製した。
【００７８】
＜研磨材粒子４の作製＞
研磨材粒子２の作製において、手順（２）における１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１８０ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２０ｍＬとの混合を、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１６２ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸ガドリニウム水溶液３８ｍＬとの混合に変更した以外は同様にして、研磨材粒子４を作製した。
【００７９】
＜研磨材粒子５の作製＞
研磨材粒子２の作製において、手順（２）における１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１８０ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２０ｍＬとの混合を、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１６２ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２０ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸ガドリニウム水溶液１８ｍＬとの混合に変更した以外は同様にして、研磨材粒子５を作製した。
【００８０】
＜研磨材粒子６の作製＞
（１）５．０ｍｏｌ／Ｌの尿素水溶液を０．５Ｌ用意し、密閉容器内で、１００℃で６時間加熱した。その後、当該尿素水溶液を２０℃まで冷却した。
（２）１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１４０ｍＬと、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸ランタン水溶液６０ｍＬを混合した後、純水を加えて９．５Ｌとし、この混合水溶液を９０℃に加熱した。
（３）手順（２）で９０℃に加熱した混合水溶液に、手順（１）で調製した尿素水溶液を１Ｌ／ｍｉｎの添加速度で添加した。
（４）手順（３）で調製した混合水溶液に尿素水溶液を添加した混合液を、９０℃で２時間加熱撹拌した。
（５）手順（４）で加熱撹拌した混合液中に析出した研磨材粒子の前駆体を、メンブランフィルターで分離した。
（６）手順（５）で分離した研磨材粒子の前駆体を６００℃で焼成して、研磨材粒子６を作製した。
【００８１】
＜研磨材粒子７の作製＞
（１）２．５ｍｏｌ／Ｌの尿素水溶液を１．０Ｌ用意した。
（２）１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液２００ｍＬに純水を加えて９．０Ｌとした。
（３）手順（２）で調製した硝酸セリウム水溶液に、手順（１）で用意した尿素水溶液を添加し、１０分間撹拌した。
（４）手順（３）で撹拌した混合液を９０℃まで加熱し、２時間加熱撹拌した。
（５）手順（４）で加熱撹拌した混合液中に析出した研磨材粒子の前駆体を、メンブランフィルターで分離した。
（６）手順（５）で分離した研磨材粒子の前駆体を６００℃で焼成して、研磨材粒子７を作製した。
【００８２】
＜研磨材粒子８の作製＞
研磨材粒子７の作製において、手順（２）として、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１６２ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液３８ｍＬとを混合した後、純水を加えて９．０Ｌとした以外は同様にして、研磨材粒子８を作製した。
【００８３】
＜研磨材粒子９の作製＞
研磨材粒子８の作製において、手順（２）における１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１６２ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液３８ｍＬとの混合を、１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液１４０ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸ランタン水溶液２２ｍＬと１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液３８ｍＬとの混合に変更した以外は同様にして、研磨材粒子９を作製した。
【００８４】
＜研磨材粒子１０の作製＞
炭酸セリウム水和物２ｋｇを白金製容器に入れ、８００℃で２時間、空気中で焼成することにより、黄白色の粉末を約１ｋｇ得た。この粉末をＸ線回折法で相同定を行ったところ酸化セリウムであることを確認した。この酸化セリウム粉末１ｋｇをジェットミルを用いて乾式粉砕して、研磨材粒子１０を作製した。
【００８５】
≪研磨材粒子の評価≫
作製した研磨材粒子１〜１０について、以下の方法に従って、その組成、形状及び研磨性能の評価を行った。
【００８６】
（１）元素分析
作製した各研磨材粒子１ｇを硝酸水溶液１０ｍｌと過酸化水素水１．０ｍｌとの混合溶液に溶解させ、エスアイアイナノテクノロジー社製のＩＣＰ発光分光プラズマ装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を使用して元素分析を行った。研磨材に含有される研磨材粒子の各希土類元素の平均含有量を、組成比（ｍｏｌ％）として求めた。
結果を表１に示す。
【００８７】
（２）粒子形状・アスペクト比
作製した各研磨材粒子について、走査型顕微鏡写真（ＳＥＭ像）の撮影を行い、粒子１００個を無作為に選択し、その長径をａ、短径をｂとしたとき、ａ／ｂの値の平均値をアスペクト比として求めた。なお、各粒子の長径ａ及び短径ｂは、各粒子に外接する長方形（「外接長方形」という。）を描いたとき、外接長方形の短辺及び長辺のうち、最長の長辺の長さを長径ａ、最短の短辺の長さを短径ｂとした。
アスペクト比が、１．００〜１．１５の範囲内である場合に球形状として分類し、１．００〜１．１５の範囲外である場合は不定形として分類した。
結果を表１に示す。
【００８８】
（３）粒子径変動係数（ＣＶ値）
作製した各研磨材粒子について、研磨材粒子１００個の走査型顕微鏡写真（ＳＥＭ像）から粒子径分布の変動係数（「単分散度」ともいう。）を求め、単分散性を評価した。なお、粒子径は、各粒子の写真画像の面積に基づき、面積円相当粒子径を求め、これを各粒子の粒子径とした。
粒子径分布変動係数は下記の式で求めた。
変動係数（％）＝（粒子径分布の標準偏差／平均粒子径）×１００
結果を表１に示す。
【００８９】
なお、表１中の添加元素１は、硝酸セリウム水溶液に他の希土類水溶液を添加する場合に、当該水溶液に含まれる希土類元素を表している。同様に、添加元素２は、添加元素１に加え、更に他の種類の希土類水溶液を添加する場合の水溶液に含まれる希土類元素を表している。
また、研磨材粒子の合成方法について、あらかじめ加熱した尿素水溶液を、あらかじめ加熱した希土類水溶液に添加する合成方法を「分解尿素」による合成方法（図３参照）と表記し、尿素水溶液と希土類水溶液を混合した後に加熱する合成方法を「加熱尿素」による合成方法と表記する。いずれにも該当しない合成方法については、合成方法の欄に「−」と記載した。
【００９０】
【表１】
2015035521.tif 000002
【００９１】
（４）まとめ
表１から明らかなように、分解尿素による合成方法を用いて作製した研磨材粒子１〜６は、尿素加熱による合成方法を用いて作製した研磨材粒子７〜１０と比較して、球形度（粒子形状、アスペクト比）及びＣＶ値において、優れていることが確認された。
【００９２】
［実施例２］
≪研磨材スラリーの調製≫
＜研磨材スラリー１の調製＞
実施例１で作製した研磨材粒子１を１２５ｇ、分散剤としてアクリル酸とアクリル酸メチルとを３：１で共重合した重量平均分子量１００００のポリアクリル酸共重合体のアンモニウム塩水溶液（４０質量％）３ｇ、及び脱イオン水２３７２ｇを混合し、撹拌しながら超音波分散を行った。超音波周波数４０ｋＨｚ、分散時間１０分として分散を実施した。得られたスラリーを０．８ミクロンフィルターで濾過し、更に脱イオン水を加えることにより研磨材粒子１の含有量が２質量％の研磨材スラリー１を調製した。研磨材スラリー１のｐＨ（２５℃）は、８．３であった。
【００９３】
＜研磨材スラリー２〜１４の調製＞
研磨材スラリー１の調製において、表２に示すように、研磨材粒子、研磨材粒子含有量、分散剤（４０質量％ポリアクリル酸共重合体アンモニウム塩水溶液）添加量を変更した以外は同様にして、研磨材スラリー２〜１４を調製した。
それぞれの研磨材スラリーのｐＨ（２５℃）を、表２に示す。
【００９４】
≪添加液の調製≫
分散剤としてアクリル酸とアクリル酸メチルとを３：１で共重合した重量平均分子量１００００のポリアクリル酸共重合体のアンモニウム塩水溶液（４０質量％）を調製し、これを分散剤１とした。
また、アクリル酸のみで重合した重量平均分子量１００００のポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液を分散剤２として調製した。
これらの分散剤は、脱イオン水で表３に示す濃度に希釈して、それぞれ添加液とした。
なお、ＣＭＰ用研磨液１２３〜１２５及び１３５に用いる添加液には、分散剤を添加しなかった。
【００９５】
【表２】
2015035521.tif 000003
【００９６】
【表３】
2015035521.tif 000004
【００９７】
≪評価≫
以上のようにして調製した研磨材スラリー１〜１４と添加液１及び２とを、表３に示す組み合わせ（ＣＭＰ用研磨液１０１〜１３５）で用い、下記の各評価を行った。
【００９８】
（１）研磨速度の評価
研磨装置（ロジテック社製；製品名「ＰＭ５」）の２層タイプの半導体装置研磨用パッド（ロデールニッタ（株）社製；製品名「ＩＣ１０００／Ｓｕｂａ４００」）を貼り付けた定盤上に、基板取り付け用の吸着パッドを取り付けたホルダーにＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で作製した酸化ケイ素膜を形成した直径１２５ｍｍのシリコンウエハを絶縁膜面を下にしてセットし、研磨荷重が３００ｇ／ｃｍ２になるように重りをのせた。定盤上に表３に示す組み合わせで、研磨材スラリー（固形分：５質量％）と添加液とを各々２５ｍｌ／ｍｉｎの速度で送り、定盤の直前で１液になるようにノズルを調節して滴下しながら、定盤を４０ｒｐｍで２分間回転させ、絶縁膜を研磨した。
研磨後、ウエハをホルダーから取り外して、流水でよく洗浄後、超音波洗浄機により更に２０分間洗浄した。洗浄後、スピンドライヤーで水滴を除去し、１２０℃の乾燥機で１０分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定装置（（株）チノー社製：製品名「ＩＲＭ８５９９Ｂ」）を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定し、研磨速度を計算した。
結果を表４に示す。
【００９９】
同様にして、ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で作製した酸化ケイ素膜の代わりに低圧ＣＶＤ法で作製した窒化ケイ素膜を同じ条件で研磨し、研磨前後の膜厚変化を測定し、研磨速度を計算した。また、膜厚測定の結果から、ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で作製した酸化ケイ素膜及び低圧ＣＶＤ法で作製した窒化ケイ素膜は、ウエハ全面にわたって均一の厚さになっていることがわかった。
結果を表４に示す。
【０１００】
（２）研磨傷の評価
水銀灯の光源下での目視観察では絶縁膜表面に傷は見られなかったが、更にウエハの外観検査装置（オリンパス（株）社製：製品名「オリンパスＡＬ−２０００」）で詳細に観察した。
結果を表４に示す。
【０１０１】
（３）平坦性（ディッシング）の評価
同様にして、２０μｍ角で高さが５０００Åの凸部を１００μｍ間隔で形成した酸化ケイ素膜を研磨し、凸部が研磨されたときの凸部と凹部の中間点のへこみ（ディッシング）量を走査型プローブ顕微鏡（セイコーインスツルメンツ社製：製品名「ＳＰＩ３８００Ｎ／ＳＰＡ４００」）で求め、平坦性を評価した。
結果を表４に示す。
【０１０２】
（４）研磨パッド寿命の評価
各ＣＭＰ用研磨液について、研磨パッドを交換せずに連続して使用し、絶縁膜を研磨した。研磨時間に対して研磨速度を経時で追跡し、安定した研磨速度を１００として、パッド交換初期から研磨速度が安定研磨速度の９０％に到達した時点から、安定研磨速度期間を経て、研磨速度が安定研磨速度の９０％を下回るまでの時間を研磨パッド寿命とした。なお、研磨時間には基板取替え等の研磨以外の時間は含まない。
結果を表４に示す。
【０１０３】
【表４】
2015035521.tif 000005
【０１０４】
（５）まとめ
表４から明らかなように、本発明のＣＭＰ用研磨液１０１〜１２２は、比較例のＣＭＰ用研磨液１２３〜１３５と比較して、酸化ケイ素膜の研磨速度及び酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との研磨速度比、研磨傷、平坦性並びに研磨パッドの寿命において優れていた。
以上から、研磨材粒子中、少なくともＣｅを含み、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＥｕから選ばれる少なくとも１種類の元素の含有量の合計が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、８１ｍｏｌ％以上であり、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量が、研磨材粒子に含有される希土類元素全体量に対して、１９ｍｏｌ％以下であり、又はＣｅの含有量が、９５〜１００ｍｏｌ％の範囲内であり、かつ、球形状を有する研磨材粒子を用いたＣＭＰ用研磨液が、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度を得ることができるとともに、研磨パッドの長寿命化、すなわち研磨基板の生産性を向上させることに有用であることがわかる。
【符号の説明】
【０１０５】
Ａ  尿素水溶液調製工程
Ｂ  希土類水溶液調製工程
Ｃ  尿素水溶液の添加・加熱撹拌工程
Ｄ  固液分離工程
Ｅ  焼成工程
【図３】
2015035521.tif 000006
【図１】
2015035521.tif 000007
【図２】
2015035521.tif 000008