CN103374330A - 磨粒的制造方法、悬浮液的制造方法以及研磨液的制造方法 - Google Patents

磨粒的制造方法、悬浮液的制造方法以及研磨液的制造方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明涉及的磨粒的制造方法，将所述4价金属元素的盐的水溶液与碱液，在规定的参数在5.00以上的条件下混合，得到含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒。

Description

磨粒的制造方法、悬浮液的制造方法以及研磨液的制造方法
本申请是基于以下中国专利申请的分案申请：
原案申请日：2011年11月21日
原案申请号：201180055799.9(PCT/JP2011/076830)
原案申请名称：磨粒的制造方法、悬浮液的制造方法以及研磨液的制造方法
技术领域
本发明涉及磨粒的制造方法、悬浮液的制造方法、以及研磨液的制造方法。本发明涉及在作为半导体元件制造技术的基板表面的平坦化工序、特别是在浅槽隔离绝缘膜、前金属绝缘膜、层间绝缘膜等平坦化工序中所使用的磨粒的制造方法、含有该磨粒的悬浮液的制造方法、以及含有所述磨粒的研磨液的制造方法。
背景技术
近年，在半导体元件的制造工序中，对于高密度化·微细化的加工技术的重要性进一步增强。其加工技术之一的CMP(化学·机械·抛光：化学机械研磨)技术，在半导体元件的制造工序中，对于浅槽隔离(Shallow Trench Isolation，以下有时称为“STI”)的形成、前金属绝缘膜和层间绝缘膜的平坦化、插塞或包埋式金属配线的形成来说，是必须的技术。
一直以来，在半导体元件的制造工序中，为了使以CVD(化学·气相·沉淀：化学气相成长)法或旋转涂布法等方法形成的氧化硅膜等绝缘膜平坦化，一般在CMP中使用煅制二氧化硅系研磨液。煅制二氧化硅系研磨液，是通过加热分解四氯硅酸等方法使磨粒晶粒成长，通过调整pH来制备。但是，这样的二氧化硅系研磨液存在研磨速度低的技术课题。
于是，在设计规则为0.25μm以后的世代，在集成电路内的元件隔离中使用STI。在STI形成中，为了除去基板上成膜后多余的氧化硅膜，使用CMP。而且，在CMP中为了使研磨停止，在氧化硅膜的下面形成研磨速度慢的停止膜。停止膜中使用氮化硅膜和多晶硅膜，优选氧化硅膜相对于停止膜的研磨选择比值较大(研磨速度比：氧化硅膜的研磨速度/停止膜的研磨速度)。对于传统的胶态二氧化硅系研磨液等二氧化硅系研磨液，氧化硅膜的相对于停止膜的研磨选择比小至3左右，作为STI用时，存在不具有耐用特性的倾向。
另外，作为针对光掩膜、透镜等玻璃表面的研磨液，使用含有氧化铈粒子的氧化铈研磨液作为磨粒。氧化铈系研磨液，与含有二氧化硅粒子作为磨粒的二氧化硅系研磨液、含有氧化铝粒子作为磨粒的氧化铝系研磨液相比，具有研磨速度快的优点。另外，近年，作为氧化铈系研磨液，采用高纯度氧化铈粒子的半导体用研磨液被使用(例如，参照下述专利文献1)。
对于氧化铈系研磨液等的研磨液，各种特性受到要求。例如，提高氧化铈粒子等磨粒的分散性、将具有凹凸的基板研磨平坦化等受到要求。另外，以上述STI为例，提高相对于停止膜(例如氮化硅膜、多晶硅膜等)的研磨速度，作为被研磨膜的无机绝缘膜(例如氧化硅膜)的研磨选择比等受到要求。为了解决这些要求，有在研磨液中加入添加剂。例如，已知有为了抑制氧化铈系研磨液的研磨速度、提高全面平坦性，而在研磨液中加入添加剂(例如，参照下述专利文献2)。
但是，近年，在半导体元件的制造工序中，要求达到配线的进一步微细化，而研磨时产生的研磨损伤已成为问题。即，利用传统的氧化铈系研磨液进行研磨时，即使产生微小的研磨损伤，若该研磨损伤的大小比以前的配线宽度小，也不成为问题，但是，在为了达到配线的进一步微细化情况时，则成为问题。
针对该问题，研究了利用4价金属元素的氢氧化物粒子的研磨液(例如，下述专利文献3)。另外，还研究了4价金属元素的氢氧化物粒子的制造方法(例如，下述专利文献4)。这些技术，在充分发挥4价金属元素的氢氧化物粒子所具有的化学作用的同时，尽可能减小机械作用，由此可降低因粒子引起的研磨损伤。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-106994号公报
专利文献2：日本特开平08-022970号公报
专利文献3：国际公开第02/067309号手册
专利文献4：日本专利特开2006-249129号公报
发明内容
本发明要解决的课题
但是专利文献3及4记载的技术，在减少研磨损伤的另一方面，研磨速度还不能说足够快。由于研磨速度会直接影响制造工序的效率，所以需要具有更快研磨速度的研磨液。
另外，若研磨液中含有添加剂，与获得添加剂的添加效果相对应的是研磨速度会下降，存在的课题是研磨速度与其它研磨特性难以两全。
本发明为了解决上述课题，目的在于提供一种磨粒的制造方法，根据所述方法制造的磨粒，与作为研磨液的构成成分可与磨粒并用的添加剂的有无没有关系，与传统研磨液相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。另外，本发明的目的还在于提供：悬浮液的制造方法，其含有通过这样的制造方法得到的磨粒；以及研磨液的制造方法，其含有所述磨粒及添加剂。
解决课题的手段
本发明人对含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒进行潜心研究，结果发现，将满足特定条件的4价金属元素的盐的水溶液与碱液混合得到磨粒，使用该磨粒时，与传统磨粒相比，能以高速对被研磨膜进行研磨。另外，本发明人发现使用含有这样的磨粒的悬浮液时，与传统研磨液相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜的同时，还发现在该悬浮液中加入添加剂，使用具有这样的混合构成的研磨液时，在维持添加剂的添加效果的同时，与传统研磨液相比，能以优异的研磨速度对被研磨膜进行研磨。
即，本发明涉及的磨粒的制造方法，是将4价金属元素的盐的水溶液即为第1液体、与碱液即为第2液体，在下述式(1)表示的参数Z在5.00以上的条件下混合，得到含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒。
Z＝[1/(ΔpH×k)]×(N/M)/1000…(1)
[式(1)中，ΔpH表示反应体系每分钟的pH变化量，k表示下述式(2)表示的反应温度系数，N表示下述式(3)表示的循环数(min-1)，M表示下述式(5)表示的置换数(min-1)。]
k＝2[(T-20)/10]…(2)
[式(2)中，T表示所述反应体系的温度(℃)。]
N＝(u×S)/Q…(3)
[式(3)中，u表示下述式(4)所示的搅拌桨的线速度(m/min)，所述搅拌桨用来搅拌所述第1液体与所述第2液体混合得到的混合液，S表示所述搅拌桨的面积(m2)，Q表示所述混合液的液量(m3)。]
u＝2π×R×r…(4)
[式(4)中，R表示所述搅拌桨的转速(min-1)，r表示搅拌桨的旋转半径(m)。]
M＝v/Q…(5)
[式(5)中，v表示所述第1液体与所述第2液体的混合速度(m3/min)，Q表示所述混合液的液量(m3)。]
根据这样的制造方法得到磨粒，通过使用含有这种磨粒的悬浮液，与传统磨粒相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。另外，发现在这样的悬浮液中加入添加剂得到研磨液，在使用该研磨液时，维持了添加剂的添加效果的同时，还能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。另外，根据本发明，可抑制研磨损伤的发生。
另外，本发明人发现，通过设置大的参数Z的值，提高将而得到的磨粒分散于水中的液体(以下称为“水分散液”)的透明度，透明度越高，与传统磨粒相比，越能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。即，本发明人发现，由于参数Z值在5.00以上，得到的磨粒含有4价金属元素的氢氧化物，且在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，对于波长500nm的光的透光率在50％/cm以上的同时，通过使用含有这样的磨粒的悬浮液或研磨液，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。
另外，本发明还发现，若进一步增大参数Z值，水分散液呈黄色，且参数Z值越大颜色则越浓，同时还发现颜色越浓，则能以更优异的研磨速度对被研磨膜进行研磨。
即，本发明人发现，参数Z值较大时，得到的磨粒维持50％/cm以上的所述透光率的同时，在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，对于波长400nm的光的吸光度在1.50以上，同时还发现，通过使用含有这样的磨粒的悬浮液或研磨液，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
另外，本发明人还发现，参数Z值较大时，得到的磨粒维持50％/cm以上的所述透光率的同时，在所述磨粒的含量调节至0.0065质量％(65ppm)的水分散液中，对于波长290nm的光的吸光度在1.000以上，同时还发现，通过使用含有这样的磨粒的悬浮液或研磨液，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。另外，“ppm”是质量比ppmw，即意思是指“parts per million mass(百万分之几)”。
本发明涉及的磨粒的制造方法中，优选上述ΔpH在5.00以下。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述循环数N优选1.00min-w以上。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述置换数M优选1.0min-1以下。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述线速度u优选5.00m/min以上。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述混合速度v优选1.00×10-2m3/min以下。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述搅拌桨的转速R优选30min-1以上。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述反应体系的温度T优选60℃以下。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
第1液体中4价金属元素的盐的浓度优选0.01mol/L(L表示“升”。下同)以上。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
第2液体中碱液浓度优选15.0mol/L以下。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
所述混合液的pH优选2.0～7.0。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
4价金属元素优选4价铈。据此，能以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
另外，本发明涉及的悬浮液的制造方法，将通过所述磨粒的制造方法得到的磨粒与水混合，得到悬浮液。根据这样的制造方法得到磨粒，通过使用含有这种磨粒的悬浮液，与传统研磨液相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。
另外，本发明涉及的悬浮液的制造方法可以是这样的方式：将通过所述磨粒的制造方法得到的磨粒与添加剂混合，得到悬浮液。进而，本发明涉及的研磨液的制造方法也可以是这样的方式：将通过所述磨粒的制造方法得到的磨粒、添加剂、与水混合，得到研磨液。通过使用由这样的制造方法得到的研磨液，在维持添加剂的添加效果的同时，与传统研磨液相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。
发明的效果
根据本发明，可提供一种磨粒及悬浮液，与传统研磨液相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。另外，根据本发明，可提供一种研磨液(CMP研磨液)，其在维持添加剂的添加效果的同时，与传统的研磨液相比，能够以更优异的研磨速度研磨被研磨膜。
附图说明
图1：添加添加剂时磨粒凝集情况的示意图。
图2：添加添加剂时磨粒凝集情况的示意图。
图3：对于波长290nm的光的吸光度与研磨速度的关系图。
图4：对于波长400mm的光的吸光度与研磨速度的关系图。
图5：参数Z与研磨速度的关系图。
图6：参数Z与对于波长290nm的光的吸光度的关系图。
图7：参数Z与对于波长400nm的光的吸光度的关系图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行详细说明。再者，本发明并不限定于以下实施方式，在其要点范围内可以进行各种变形后实施。另外，本发明中的“悬浮液”和“研磨液”是指，研磨时与被研磨膜接触的组合物，至少含有水及磨粒。另外，将磨粒的含量调节至规定量的水分散液的意思是指含有规定量的磨粒与水的溶液。
<磨粒的造粒>
本实施方式涉及的磨粒含有4价金属元素的氢氧化物，按照特定的条件进行造粒。含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒，可通过将4价金属元素的盐(金属盐)的金属盐水溶液(第1液体)与碱液(第2液体)混合制成。这样，能获得粒径极细小的粒子作为磨粒，可获得对减少研磨损伤的效果优异的磨粒。获得含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒的方法，有例如公开于专利文献4中的方法。作为4价金属元素的盐，若以M表示金属，则可列举如：M(SO4)2、M(NH4)2(NO3)6、M(NH4)4(SO4)4。这些盐可以单独使用一种或组合两种以上使用。
金属盐的水溶液中4价金属元素的盐的金属盐浓度，从使pH平缓上升方面考虑，以全部金属盐的水溶液为基准，优选0.010mol/L以上，更优选0.020mol/L以上，进一步优选0.030mol/L以上。4价金属元素的盐的金属盐浓度的上限没有特别限制，从容易操作方面考虑，以全部金属盐的水溶液为基准，优选1.000mol/L以下。
作为碱液(例如碱的水溶液)中的碱，并无特别限制，具体地可列举如：氨、三乙胺、吡啶、哌啶、吡咯、咪唑、壳聚糖等有机碱、氢氧化钾和氢氧化钠等无机碱等。这些碱可以单独使用一种或组合两种以上使用。
从进一步抑制急剧的反应，更加提高后述的对于波长400nm和波长290nm的光的吸光度方面考虑，作为碱液，优选使用显示弱碱性的碱液。所述碱性基团中，优选含氮杂环的有机碱，更优选吡啶、哌啶、吡咯烷、咪唑，进一步优选吡啶以及咪唑。
碱液中碱浓度，从使pH平缓上升方面考虑，以全部碱液为基准，优选15.0mol/L以下，更优选12.0mol/L以下，进一步优选10.0mol/L以下。碱液的下限没有特别限制，从生产率方面考虑，以全部碱液为基准，优选0.001mol/L以上。
碱液中碱浓度优选根据所选择的碱源物质作适当调整。例如，pKa在20以上范围的碱时，从使pH平缓上升方面考虑，以全部碱液为基准，碱浓度优选0.1mol/L以下，更优选0.05mol/L以下，进一步优选0.01mol/L以下。碱液的下限没有特别限制，从生产率方面考虑，以全部碱液为基准，优选0.001mol/L以上。
例如，pKa在12以上不满20的范围的碱时，从使pH平缓上升方面考虑，以全部碱液为基准，碱浓度优选1.0mol/L以下，更优选0.5mol/L以下，进一步优选0.1mol/L以下。碱液的下限没有特别限制，从生产率方面考虑，以全部碱液为基准，优选0.01mol/L以上。
例如，pKa在不满12的范围的碱时，从使pH平缓上升方面考虑，以全部碱液为基准，碱浓度优选15.0mol/L以下，更优选10.0mol/L以下，进一步优选5.0mol/L以下。碱液的下限没有特别限制，从生产率方面考虑，以全部碱液为基准，优选0.1mol/L以上。
关于各种pKa范围的具体的碱，例如：作为pKa为20以上的碱，可列举1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(pKa：25)，作为pKa在12以上不满20的碱，可列举氢氧化钾(pKa：16)和氢氧化钠(pKa：13)，作为pKa为不满12的碱，可列举氨(pKa：9)和咪唑(pKa：7)。使用的碱的pKa值的限制通过调整适当的浓度而定，并无特别限制。
另外，通过控制金属盐水溶液和碱液中的原料浓度，可以改变后述的对于波长400nm和波长290nm的光的吸光度、对于波长500mm的光的透光率。具体地，减小酸与碱的单位时间反应的进行程度，有提高吸光度以及透光率的倾向，例如，提高金属盐水溶液的浓度，有提高吸光度以及透光率的倾向，降低碱液的浓度，有提高吸光度以及透光率的倾向。
金属盐水溶液与碱液混合得到的混合液的pH，在金属盐水溶液与碱液混合后的稳定状态时，从混合液的稳定性方面考虑，优选2.0以上，更优选3.0以上，进一步优选4.0以上。混合液的pH，从混合液的稳定性方面考虑，优选7.0以下，更优选6.5以下，进一步优选6.0以下。
混合液的pH可以用pH计(例如，横河电机株式会社制造的型号PH81)测定。PH可以使用标准缓冲溶液(邻苯二甲酸盐pH缓冲溶液：pH4.01(25℃)、中性磷酸盐pH缓冲溶液：6.86(25℃))进行2点校正后，将电极插入测定对象液体中，采用经过2分钟以上稳定后的值。
含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒，通过在下述式(1)表示的参数Z在5.00以上的条件，将金属盐水溶液与碱液混合，通过使金属盐水溶液的4价金属元素的盐、与碱液的碱反应得到。混合两液时，将金属盐水溶液与碱液混合得到的混合液，使用绕旋转轴旋转的搅拌桨进行搅拌。
Z＝[1/(ΔpH×k)]×(N/M)/1000…(1)
[式(1)中，ΔpH表示反应体系每分钟的pH变化量，k表示下述式(2)表示的反应温度系数，N表示下述式(3)表示的循环数(min-1)，M表示下述式(5)表示的置换数(min-1)。]
k＝2[(T-20)/10]…(2)
[式(2)中，T表示所述反应体系的温度(℃)。]
N＝(u×S)/Q…(3)
[式(3)中，u表示下述式(4)所示的搅拌桨的线速度(m/min)，所述搅拌桨用来搅拌所述第1液体与所述第2液体混合得到的混合液，S表示所述搅拌桨的面积(m2)，Q表示所述混合液的液量(m3)。]
u＝2π×R×r…(4)
[式(4)中，R表示所述搅拌桨的转速(min-1)，r表示搅拌桨的旋转半径(m)。]
M＝v/Q…(5)
[式(5)中，v表示所述第1液体与所述第2液体的混合速度(m3/min)，Q表示所述混合液的液量(m3)。]
通过这样的制造方法得到的磨粒，满足下述条件(a)的同时，还满足条件(b)或者条件(c)中的至少一种。
(a)在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，对于波长500nm的光的透光率在50％/cm以上。
(b)在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，对于波长400nm的光的吸光度在1.50以上。
(c)在所述磨粒的含量调节至0.0065质量％(65ppm)的水分散液中，对于波长290nm的光的吸光度在1.000以上。
本发明人发现，通过使用磨粒，所述磨粒满足条件(a)对于波长500nm的光的透光率在50％/cm以上的同时，还满足条件(b)关于波长290nm的光的吸光度、或条件(c)关于波长400nm的光的吸光度中的至少一种，与传统相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜，进而发现了具有这种特性的磨粒的制造方法。另外，本发明人还发现，满足上述条件的研磨液及悬浮液以目测略带黄色，研磨液及悬浮液的黄色越浓则研磨速度越快。
(参数Z)
本发明人研究的结果发现，在制造磨粒时，通过使金属盐水溶液与碱液温和且均匀地进行反应，得到的磨粒能够以优异的研磨速度研磨被研磨膜。基于这样的认识，本发明人发现，通过控制按照式(1)规定的参数而设定的参数Z，制造出的磨粒与以往相比，能以优异的研磨速度研磨被研磨膜。具体地，可通过调整式(1)的各参数将参数Z增大，来制造所述磨粒。
发明人基于所述认识，设定式(1)的参数Z。为了说明式(1)，考虑将式(1)的构成分解为以下2式。
(a)：[1/(ΔpH×k)]
(b)：(N/M)
(a)的设定主要是作为本合成中关于反应性的指标。关于各参数，研究的结果推测，优选反应体系的每单位时间(1分钟)的pH变化量即为ΔpH小，ΔpH越小反应越温和。根据上述，在式(1)中将ΔpH设为分母。
另外，本发明人研究的结果发现，优选反应体系的温度T低，优选式(2)表示的反应温度系数k小。推测反应温度系数k越小，即温度T越低反应越温和地进行。根据上述，在式(1)中将k设为分母。
另一方面，(b)的设定主要是作为本合成中关于反应性及溶液的扩散性的指标。循环数N依赖于式(3)中搅拌桨的线速度u、搅拌混合液的搅拌桨的面积S、以及混合液的液量Q，线速度u依赖于式(4)中搅拌桨的转速R以及旋转半径r。循环数N是表示混合2种以上物质时扩散速度的快慢的指标。根据研究的结果推测，优选循环数N大，由于循环数N越大，越能使金属盐水溶液与碱液均匀混合，可使反应均匀进行。根据上述，在式(1)中将N设为分子。
另外，置换数M依赖于式(5)中的混合速度v以及混合液的液量Q。置换数M是表示，将某物质A与其它物质B混合时，物质A置换物质B的速度的指标。根据研究结果推测，优选置换数M小，置换数M越小反应越能温和进行。根据上述，在式(1)中将M设为分母。
而且，认为这些以(a)、(b)设定的参数，对于4价金属元素的氢氧化物的生成反应中的反应性和反应物质的扩散性的贡献，并不是分别单独的，而是相互连动的。因此，认为并非简单的相加，而是起到相乘效果，式(1)中设定为(a)以及(b)的乘积。最后，为了方便，将(a)以及(b)的乘积除以1000，从而得到作为参数Z的式(1)。
从得到的磨粒能以优于传统研磨液的研磨速度研磨被研磨膜方面考虑，参数Z的下限为5.00以上，优选10.00以上，更优选20.00以上，进一步优选30.00以上，特别优选50.00以上，极为优选100.00以上。参数Z的上限并无特别限制，从生产率方面考虑，优选5000.00以下。
通过控制所述式(1)的各参数，将参数Z调整至规定的值。下面进一步详细说明调整参数Z时使用的各参数。
(pH变化量：ΔpH)
pH变化量是指，从金属盐水溶液与碱液开始混合时，至混合液的pH达到一定的pH并稳定时为止之间的每单位时间(1分钟)的pH的变化量的平均值。通过控制每单位时间的pH变化量即为ΔpH(以下仅称“ΔpH”)，可提高参数Z值。具体地，通过保持较低的ΔpH，有提高参数Z值的趋势。作为达到这些的具体方法，可列举：提高金属盐水溶液中的金属盐的浓度，降低碱液中的碱浓度，或者在碱液中使用弱碱性的碱作为碱源等。
ΔpH的上限，从进一步抑制急剧反应方面考虑，每单位时间优选5.00以下，更优选1.00以下，进一步优选0.50以下，特别优选0.10以下。ΔpH的下限没有特别限制，从生产率方面考虑，每单位时间优选0.001以上。
(反应温度：T)
通过控制合成时的反应温度(反应体系的温度、合成温度)T，可提高参数Z。具体地，通过降低反应温度T，即降低反应温度系数k，有提高参数Z值的趋势。
反应温度T，在反应体系中设置温度计而读取的反应体系内的温度优选处在0～60℃的范围内。反应温度T的上限，从进一步抑制急剧反应方面考虑，优选为60℃以下，更优选为50℃以下，进一步优选为40℃以下，特别优选为30℃以下，极优选为25℃以下。反应温度T的下限，从使反应容易进行方面考虑，优选为0℃以上，更优选为5℃以上，进一步优选为10℃以上，特别优选为15℃以上，最优选为20℃以上。
金属盐水溶液的4价金属元素的盐与碱液中的碱，优选在一定的合成温度T(例如合成温度T±3℃的温度范围)下反应。另外，反应温度的调节方法并无特别限制，例如，在装满水的水槽中，放入装有金属盐水溶液或碱液中的一种液体的容器，通过外部循环装置尼克斯冷循环(ク一ルニクスサ一キユレ一タ)(EYELA制，产品名称：ク一リングサ一モポンプCTP101)一边调节水槽的水温，将金属盐水溶液与碱液混合的方法等。
(循环数：N)
循环数的N的下限，从进一步抑制偏向局部反应方面考虑，优选1.00min-1以上，更优选10.00min-1以上，进一步优选50.00min-1以上。循环数N的上限没有特别限制，从抑制制造时液体溅出方面考虑，优选200.00min-1以下。
(线速度u)
线速度是指，每单位时间(1分钟)以及单位面积(m2)流体的流量，是显示物质扩散程度的指标。本实施方式中的线速度u是，金属盐水溶液与碱液混合时的搅拌桨的线速度的意思。通过控制线速度可提高参数Z。具体地，通过提高线速度u，有提高参数Z值的趋势。
线速度u的下限，从进一步抑制物质的不顺利扩散而在局部进行反应导致反应不均匀方面考虑，优选5.00m/min以上，优选10.00m/min以上，进一步优选20.00m/min以上，尤其优选50.00m/min以上，极优选70.00m/min以上。线速度u的上限没有特别限制，从抑制制造时液体溅出方面考虑，优选200.00m/min以下。
(搅拌桨的面积：S)
搅拌混合液的搅拌桨的面积S是指，搅拌桨的其中一面的表面积的意思，存在多个搅拌桨时，是指各搅拌桨的面积的合计的意思。通过控制面积S可提高参数Z。具体地，通过提高面积S，有提高参数Z值的趋势。
可根据混合液的液量Q的大小调整面积S。例如，当混合液的液量Q在0.001～0.005m3时，面积S优选0.0005～0.0010m2。
(混合液的液量：Q)
混合液的液量Q是金属盐水溶液和碱液的总量。在式(1)中，循环数N中含有的液量Q、与置换数M中含有的液量Q相抵消，参数Z有不太依赖于液量Q值的倾向。液量Q为例如0.001～10.00m3。
(搅拌桨的转速：R)
通过控制转速R可提高参数Z。具体地，通过提高转速R，有提高参数Z值的趋势。
转速R的下限，从混合效率方面考虑，优选30min-1以上，更优选100min-1以上，进一步优选300min-1以上。转速R的上限并无特别限制，另外，需要根据搅拌桨的大小、形状进行调整，从抑制制造时的液体飞溅方面考虑，优选1000min-1以下。
(搅拌桨的旋转半径：r)
通过控制旋转半径r可提高参数Z。具体地，通过提高旋转半径r，有提高参数Z值的趋势。
旋转半径r的下限，从搅拌效率方面考虑，优选0.001m以上，更优选0.01m以上，进一步优选0.1m以上。旋转半径r的上限没有特别限制，从操作的容易程度方面考虑，优选10m以下。另外，存在多个搅拌桨时，旋转半径的平均值优选在上述范围内。
(置换数M)
通过控制置换数M可提高参数Z。具体地，通过降低置换数M，有提高参数Z值的趋势。
置换数M的上限，从进一步抑制反应急剧进行方面考虑，优选1.0min-1以下，更优选1.0×10-1min-1以下，进一步优选2.0×10-2min-1以下，特别优选1.0×10-2min-1以下，极优选1.0×10-3min-1以下。置换数M的下限并无特别限定，从生产率方面考虑，优选1.0×10-5min-1以上。
(混合速度：v)
混合速度v意思是指，将金属盐水溶液或碱液中的任意一方液体A，加入到其中的另一方液体B时，液体A的供给速度。通过控制混合速度v可提高参数Z。具体地，通过减慢混合速度v，有提高参数Z值的趋势。
混合速度v的上限，从进一步抑制反应的急剧进行的同时，还能抑制偏向于局部反应方面考虑，优选1.00×10-2m3/min以下，更优选1.00×10-3m3/min以下，进一步优选1.00×10-4m3/min以下，特别优选5.00×10-6m3/min。混合速度v的下限并无特别限制，从生产率方面考虑，优选1.00×10-7m3/min以上。
如上制成的含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒，有时会含有杂物，可除去该杂质。作为除去杂质的方法，没有特别限定，可列举如：离心分离、压滤、超滤等方法。这样，可调整后述的对于波长450～600nm的光的吸光度。另外，由金属盐水溶液与碱液反应得到的反应液中，包含了含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒，可使用该反应液研磨被研磨膜。
<悬浮液的制备>
本实施方式涉及的悬浮液的制造方法包括：在所述条件下将金属盐水溶液与碱液混合得到所述磨粒的磨粒制造工序；将通过该磨粒制造工序得到的磨粒与水混合得到悬浮液的悬浮液制造工序。在悬浮液制造工序中，将所述磨粒分散于水中。作为将磨粒分散于水中的方法，并无特别限制，具体可列举例如使用通过搅拌、均化器、超声波分散机、湿式球磨机等的分散方法。另外，也可以将磨粒制造工序中得到的磨粒、与其它种类的磨粒与水混合得到悬浮液。
<研磨液的制备>
研磨液的制造方法可具有的形态为，通过所述悬浮液的制造方法得到悬浮液的悬浮液的制造工序；将该悬浮液与添加剂混合得到研磨液的研磨液配制工序。此时，可以分为含有磨粒的悬浮液、含有添加剂的添加液，按照所谓二液型的研磨液准备各液体，可通过混合悬浮液与添加液得到研磨液。另外，研磨液的制造方法可具有的形态为，所述磨粒的制造工序；将该磨粒制造工序中得到的磨粒、添加剂与水混合得到研磨液的研磨液配制工序。此时，也可以将磨粒制造工序中得到的磨粒、与其它种类的磨粒与水混合。
<研磨液>
本实施方式涉及的研磨液至少含有磨粒、添加剂和水。以下，对各构成成分进行说明。
(磨粒)
磨粒的特征在于含有4价金属元素的氢氧化物。4价金属元素优选稀土类元素，其中，从容易形成适于研磨的氢氧化物方面考虑，更优选从钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中选出的至少一种。从容易获得且研磨速度更加优异方面考虑，4价金属元素更优选铈。
磨粒优选由4价金属元素的氢氧化物构成，从化学活性高、研磨速度更优异方面考虑，更优选由4价铈的氢氧化物构成。另外，本实施方式涉及的研磨液，在不损害含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒的特性范围内，还可与其它种类的磨粒并用。具体可使用例如二氧化硅、氧化铝、氧化锆等磨粒。
磨粒中4价金属元素的氢氧化物的含量，以磨粒总质量为基准，优选50质量％以上，更优选60质量％以上，进一步优选70质量％以上，特别优选80质量％以上，最优选90质量％以上。
本实施方式涉及的研磨液的构成成分中，认为4价金属元素的氢氧化物对研磨特性的影响大。因此，通过调整4价金属元素的氢氧化物的含量，可提高磨粒与被研磨面的化学上的相互作用，从而进一步提高研磨速度。即，从容易充分体现4价金属元素的氢氧化物的功能方面考虑，4价金属元素的氢氧化物的含量，以研磨液总质量为基准，优选0.01质量％以上，更优选0.05质量％，进一步优选0.1质量％以上。另外，从容易避免磨粒的凝聚方面考虑，4价金属元素的氢氧化物的含量，以研磨液总质量为基准，优选8质量％以下，更优选5质量％以下。
磨粒的含量并无特别限制，从容易避免磨粒凝聚的同时，磨粒能有效与被研磨面作用使研磨顺利进行方面考虑，以研磨液总质量为基准，优选0.01～10质量％，更优选0.1～5质量％。
磨粒的平均二次粒径(下面在没有特别限定时是指“平均粒径”)，从进一步获得优异的研磨速度方面考虑，优选1～200nm。作为平均粒径，在一定程度上平均粒径越小，与被研磨面接触的磨粒的比表面积越大，这样可以进一步提高研磨速度，基于该点，更优选150nm以下，进一步优选100nm以下，特别优选80nm以下，最优选50nm以下。作为平均粒径的下限，在一定程度上，平均粒径越大，越有容易提高研磨速度倾向，基于该点，更优选2nm以上，进一步优选5nm以上。
磨粒的平均粒径可用基于光子相关法的粒度分布计测定，具体可使用如：マルバ一ン社制造的装置名：ゼ一タサイザ一3000HS、ベツクマンコ一ルタ一社制造的装置名：N5等测定。使用N5的测定方法，具体如：配制水分散液，将磨粒的含量调整至0.2质量％，将大约4mL(L表示“升”，下同)该水分散液装入边长1cm的比色皿中，将比色皿置于装置内。将分散介质的折射率设定为1.33，粘度设定为0.887mPa·s，在25℃下进行测定，获得磨粒的平均粒径值。
[吸光度]
通过使用在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，使该水分散液对于波长400nm的光的吸光度在1.50以上的磨粒，得到提高研磨速度的效果的理由还不一定清晰，但本发明人有如下见解。即，根据4价金属元素的氢氧化物(M(OH)4)的制造条件等，生成了作为磨粒的一部分的、由4价金属(M4+)、3个羟基(OH-)以及1个阴离子(X-)构成的M(OH)3X粒子。在M(OH)3X中，由于吸电性阴离子(X-)的作用而提高了羟基的反应性，随着M(OH)3X的存在量的增加，从而能提高研磨的速度。而且，还由于M(OH)3X粒子吸收波长400nm的光，故随着M(OH)3X的存在量的增加，对于波长400nm的光的吸光度增高，从而提高研磨速度。
此处，确认了M(OH)3X对波长400nm的吸收峰值，比对波长290nm的吸收峰值要小得多。对此，本发明人对使用磨粒含量比较多、容易被检出吸光度大的磨粒含量为1.0质量％的水分散液，研究了吸光度的大小，结果发现使用在该水分散液中，使该水分散液对于波长400nm的光的吸光度在1.50以上的磨粒时，对于提高研磨速度的效果优异。
从进一步以优异的研磨速度研磨被研磨膜方面考虑，对于波长400nm的光的吸光度，优选1.50以上，更优选2.00以上，进一步优选2.50以上，尤其优选3.00以上。对于波长400nm的光的吸光度的上限值没有特别限制，但优选例如以测定装置的检测界限10.00为宜。另外，如上所述对于波长400nm的光的吸光度被认为是由于磨粒所引起的，因此，即使研磨液中含有其它取代磨粒的物质，该物质也能使对于波长400nm的光的吸光度在1.50以上时(例如呈现黄色的色素成分)，但使用这样的研磨液不能以优异的研磨速度来研磨被研磨膜是不言而喻的。
通过使用在所述磨粒的含量调节至0.0065质量％(65ppm)的水分散液中，使该水分散液对于波长290nm的光的吸光度在1.000以上的磨粒，得到提高研磨速度的效果的理由还不一定清晰，但本发明人有如下见解。即，根据4价金属元素的氢氧化物(M(OH)4)的制造条件等而生成的M(OH)3X粒子，通过计算，在波长290nm附近具有吸收峰，例如，由Ce4+(OH-)3NO3 -构成的粒子，在波长290nm处具有吸收峰。因此认为随着M(OH)3X的存在量的增加，对于波长290nm的光的吸光度的增高，可提高研磨速度。
此处，检测到对于波长290nm附近的光的吸光度大到有超出测定范围的倾向。对此，本发明人对使用磨粒含量比较少、容易被检出吸光度小的磨粒含量为0.0065质量％的水分散液，研究了吸光度的大小，结果发现使用在该水分散液中，使该水分散液对于波长290nm的光的吸光度在1.000以上的磨粒时，对于提高研磨速度的效果优异。另外，本发明人发现，与若被吸光物质吸收则该吸光物质有呈现黄色趋势的波长400nm附近的光不同，对于波长290nm附近的光，磨粒的吸光度越高，使用这样的磨粒的研磨液和悬浮液的黄色越浓。
从进一步以优异的研磨速度研磨被研磨膜方面考虑，对于波长290nm的光的吸光度，优选1.000以上，更优选1.050以上，进一步优选1.100以上，特别优选1.200以上，最优选1.300以上。对于波长290nm的光的吸光度的上限值没有特别限制，但优选以例如装置的检测界限10.0为宜。
另外，优选本实施方式涉及的研磨液，从以更优异的研磨速度研磨被研磨膜方面考虑，在磨粒的含量被调节至1.0质量％的水分散液中，使该水分散液对于波长400nm的光的吸光度在1.50以上的同时，在磨粒的含量被调节至0.0065质量％的水分散液中，使该水分散液对于波长290nm的光的吸光度在1.000以上。
另外，所述金属氢氧化物(M(OH)4以及M(OH)3X)，对于波长450nm以上、特别是波长450～600nm的光，有不吸光的倾向。因此，从抑制由于含有杂物而对研磨产生不良影响方面考虑，优选在该磨粒的含量调节至0.0065质量％(65ppm)的水分散液中，对于波长450～600nm的光的吸光度在0.010以下。即，优选在该磨粒的含量调节至0.0065质量％的水分散液中，对于波长450～600nm范围的所有光的吸光度不超过0.010。对波长450～600nm的光的吸光度，更优选0.005以下，进一步优选0.001以下。对于波长450～600nm的光的吸光度的下限值优选0。
水分散液的吸光度可使用例如日立制作所(株)制的分光光度计(装置名：U3310)测定。具体例如配制将磨粒的含量调整至0.0065质量％或者1.0质量％的水分散液，作为测定样品。接着，将约4mL的测定样品加入到边长1cm的比色皿中，将比色皿安装于装置内。然后，测定波长200～600nm范围内的吸光度，从得到的图表判断吸光度。
另外，过度稀释使测定样品中含有的磨粒的含量少于0.0065质量％，测定对于波长290nm的光的吸光度时，若吸光度显示在1.000以上，则可知磨粒的含量在0.0065质量％时，其吸光度也在1.000以上。因此，也可通过使用过渡稀释、使磨粒的含量少于0.0065质量％的水分散液测定吸光度来筛选吸光度。
另外，过度稀释使磨粒的含量少于1.0质量％，测定对于波长400nm的光的吸光度时，若吸光度显示在1.50以上，则磨粒的含量在1.0质量％时，其吸光度也在1.50以上，也可以这样来筛选吸光度。进而，使磨粒的含量大于0.0065质量％进行稀释，测定对于波长450～600nm的光的吸光度时，若吸光度显示在0.010以下，则磨粒的含量在0.0065质量％时，其吸光度也在0.010以下，也可以这样来筛选吸光度。
[透光率]
本实施方式涉及的研磨液，优选对于可见光的透明度高(目测为透明或者近于透明)。具体地，本实施方式涉及的研磨液中含有的磨粒，在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，所述磨粒，优选是使该水分散液对于波长500nm的光的透光率在50％/cm以上的物质。这样，由于能进一步抑制因加入添加剂而导致的研磨速度下降，故容易在维持研磨速度的同时获得其它特性。基于该观点，上述透光率优选60％/cm以上，更优选70％/cm以上，进一步优选80％/cm以上，特别优选90％/cm以上。透光率的上限是100％/cm。
虽然通过像这样调节磨粒的透光率能够抑制研磨速度下降的理由还未详细知晓，但本发明人推测如下。认为具有氢氧化铈粒子等4价金属元素的氢氧化物的磨粒的作用，比起机械作用，化学作用起到支配作用。因此，认为比起磨粒的大小，磨粒的数量更有助于研磨速度。
认为如果磨粒的含量为1.0质量％的水分散液中的透光率低，则该水分散液中存在的磨粒中，粒径大的粒子(以下称为“粗大粒子”)相对存在较多。向含有这样的磨粒的研磨液中，加入添加剂(例如聚乙烯醇(PVA))时，则如图1所示，其它粒子以粗大粒子为核而凝集。其结果是，由于每单位面积的被研磨面上作用的磨粒数量(有效磨粒数量)减少，接触被研磨面的磨粒的比表面积减少，所以引起了研磨速度的下降。
另一方面，如果磨粒的含量为1.0质量％的水分散液中的透光率高，则认为该水分散液中存在的磨粒是上述“粗大粒子”较少的状态。像这样粗大粒子的存在量少的情况下，如图2所示，即使向研磨液中添加添加剂(例如聚乙烯醇)，由于成为凝集的核的粗大粒子少，磨粒之间的凝集受到抑制，或凝集粒子的大小与图1中显示的凝集粒子相比变小。其结果是，由于维持了每单位面积的被研磨面上作用的磨粒数量(有效磨粒数量)，维持了接触被研磨面的磨粒的比表面积，所以研磨速度变得不易下降。
本发明人的研究中发现，即使用一般的粒径测定装置测定的粒径彼此相同的研磨液，也可能有目测透明的(透光率高)和目测浑浊(透光率低)之分。由此可知，产生上述那样的作用的粗大粒子，即使只有连一般的粒径测定装置也检测不出来的极少的量，也会导致研磨速度的下降。
此外，还可知即使为了减少粗大粒子而反复过滤数次，由添加添加剂引起的研磨速度下降现象也没有大的改善。因此如上所述，本发明人研究了磨粒的制造方法等，发现通过使用水分散液中透光率高的磨粒，可以解决上述问题。
上述透光率是对波长500nm的光的透过率。上述透光率是用分光光度计测定的，具体地可以用，例如日立制作所(株)制造的分光光度计U3310(装置名称)来测定。
作为更具体的测定方法，配制将磨粒的含量调整至1.0质量％的水分散液作为测定样品。将约4mL的该测定样品加入边长1cm的比色皿中，将比色皿安装于装置内进行测定。另外可知，在磨粒的含量多于1.0质量％水分散液中，具有50％/cm以上的透光率时，那么即使将其稀释到1.0质量％，透光率还是50％/cm以上。因此，可以通过使用磨粒的含量大于1.0质量％的水分散液，用简便的方法筛选透光率。
(添加剂)
本实施方式涉及的研磨液，由于对于无机绝缘膜(例如氧化硅膜)具有特别优异的研磨速度，特别适用于研磨具备无机绝缘膜基板的用途。进一步，本发明涉及的研磨液，通过适当选择添加剂，可高度兼顾研磨速度与研磨速度以外的研磨特性。
作为添加剂，并无特别限制，例如：提高磨粒分散性的分散剂、提高研磨速度的研磨速度提高剂、平坦化剂(减少研磨后的被研磨面凹凸的平坦化剂、提高研磨后基板的全面平坦性的全面(global)平坦化剂)、提高无机绝缘膜相对于氮化硅膜和多晶硅等停止膜的研磨选择比的选择比提高剂等公知的添加剂。
分散剂可列举例如：乙烯醇聚合物及其衍生物、甜菜碱、月桂基甜菜碱、月桂基二甲基氧化胺等。研磨速度提高剂可列举例如，β-氨基丙酸甜菜碱、十八烷基甜菜碱等。减少研磨面凹凸的平坦化剂可列举例如：月桂基硫酸铵、聚氧乙烯烷基醚硫酸三乙醇胺等。全面平坦化剂可列举例如：聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯醛等。选择比提高剂可列举例如，聚乙烯亚胺、聚烯丙胺、壳聚糖等。这些可以单独使用或组合两种以上使用。
本实施方式涉及的研磨液，优选含有乙烯醇聚合物及其衍生物作为添加剂。然而，一般地，聚乙烯醇的单体乙烯醇作为单体有不作为稳定的化合物存在的倾向。因此，聚乙烯醇一般是将乙酸乙烯酯单体等羧酸乙烯酯单体聚合，得到聚羧酸乙烯酯后，将其皂化(水解)而得到。因此，例如，使用乙酸乙烯酯单体作为原料而得到的乙烯醇聚合物，分子中作为官能团具有-OCOCH3和水解得到的-OH，将形成-OH的比例定义为皂化度。即，皂化度不是100％的乙烯醇聚合物，实际上具有如乙酸乙烯酯和乙烯醇的共聚物那样的结构。此外，将乙酸乙烯酯单体等羧酸乙烯酯单体与其他含有乙烯基的单体(例如乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯等)共聚合，将全部或一部分的来源于羧酸乙烯酯单体的部分皂化而成的物质。本发明中，统称这些定义为“乙烯醇聚合物”，所谓“乙烯醇聚合物”是指理想的具有下述结构式的聚合物。
[化1]
Figure BDA00003569437600191
(式中，n表示正整数)
乙烯醇聚合物的“衍生物”定义为含有乙烯醇的均聚物(即皂化度为100％的聚合物)的衍生物，以及乙烯醇单体和其他含有乙烯基的单体(例如乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯等)的共聚物的衍生物的物质。作为衍生物，可列举例如，用例如氨基、羧基、酯基等取代聚合物的一部分羟基的物质，将聚合物的一部分羟基改性的物质等。这样的衍生物，可列举例如，反应型聚乙烯醇(例如，日本合成化学工业株式会社制造的ゴ一セフアイマ一(注册商标)Z等)、阳离子化聚乙烯醇(例如，日本合成化学工业株式会社制造的ゴ一セフアイマ一(注册商标)K等)、阴离子化聚乙烯醇(例如，日本合成化学工业株式会社制造的ゴ一セラン(注册商标)L、ゴ一セナ一ル(注册商标)T等)、亲水基改性聚乙烯醇(例如，日本合成化学工业株式会社制造的エコマテイ等)等。
乙烯醇聚合物及其衍生物如上所述，作为磨粒的分散剂发挥功能，有提高研磨液稳定性的效果。认为乙烯醇聚合物及其衍生物的羟基通过与4价金属元素的氢氧化物粒子相互作用，可以抑制磨粒的凝集，抑制研磨液中磨粒的粒径变化，提高稳定性。此外，乙烯醇聚合物及其衍生物还可以与4价金属元素的氢氧化物粒子搭配使用，由此能够提高无机绝缘膜(例如氧化硅膜)的相对于停止膜(例如氮化硅膜、多晶硅膜)的研磨选择比(无机绝缘膜的研磨速度/停止膜的研磨速度)。进一步，乙烯醇聚合物及其衍生物也可以提高研磨后的被研磨面的平坦性，还可以防止磨粒附着于被研磨面(提高洗涤性)。
所述乙烯醇聚合物的皂化度，从能够进一步提高无机绝缘膜对停止膜的研磨选择比方面考虑，优选为95mol％以下。基于同样的考虑，皂化度更优选为90mol％以下，进一步优选为88mol％以下，特别优选为85mol％以下，极优选为83mol％以下，非常优选为80mol％以下。
此外，皂化度的下限值没有特别限制，从在水中的溶解性优异方面考虑，优选为50mol％以上，更优选为60mol％以上，进一步优选为70mol％以上。再者，乙烯醇聚合物的皂化度可以依据JIS K6726(聚乙烯醇试验方法)来测定。
此外，乙烯醇聚合物的平均聚合度(重均分子量)的上限没有特别限制，从抑制无机绝缘膜(例如氧化硅膜)的研磨速度下降的观点出发，优选为3000以下，更优选为2000以下，进一步优选为1000以下。
此外，从能够进一步提高无机绝缘膜相对于停止膜的研磨选择比方面考虑，平均聚合度的下限优选为50以上，更优选为100以上，进一步优选为150以上。再者，乙烯醇聚合物的平均聚合度可以依据JIS K6726(聚乙烯醇试验方法)来测定。
另外，作为乙烯醇聚合物及其衍生物，以调整无机绝缘膜相对于停止膜的研磨选择比和研磨后的基板的平坦性为目的，可以搭配多个皂化度或平均聚合度等不同的聚合物。这时，优选至少1种乙烯醇聚合物及其衍生物的皂化度在95mol％以下，从进一步提高研磨选择比考虑，更优选由各个皂化度和混合比计算出的平均皂化度在95mol％以下。关于这些皂化度的优选范围，与上述范围相同。
添加剂的含量，从更有效取得添加剂的效果方面考虑，以研磨液的总质量为基准，优选0.01质量％以上，更优选0.1质量％以上，进一步优选1.0质量％以上。添加剂的含量，从进一步抑制无机绝缘膜的研磨速度的降低方面考虑，以研磨液的总质量为基准，优选10质量％以下，更优选5.0质量％以下，进一步优选3.0质量％以下。
(水)
本实施方式涉及的研磨液中的水，没有特别限制，但优选为去离子水、超纯水。水的含量为其他构成成分的含量的余量即可，没有特别限制。
[研磨液的特性]
从由于磨粒的表面电位相对于被研磨面的表面电位的关系良好，磨粒对被研磨面的作用变得容易，进一步获得优异的研磨速度方面考虑，研磨液的pH优选2.0～9.0。进一步，从研磨液的pH稳定、不易产生由pH稳定剂的添加引起的磨粒凝集等问题方面考虑，pH的下限优选为2.0以上，更优选为4.0以上，进一步优选为5.0以上。此外，从磨粒的分散性优异、获得更加优异的研磨速度方面考虑，pH的上限优选9.0以下，更优选7.5以下，进一步优选6.5以下。可与上述混合液的pH同样方法测定研磨液的pH。
研磨液的pH调节中，没有特别限制，可以使用以往公知的pH调节剂，具体地可以使用例如，磷酸、硫酸、硝酸等无机酸，蚁酸、乙酸、丙酸、马来酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、琥珀酸等有机酸，乙二胺、甲苯胺、哌嗪、组氨酸、苯胺等胺类，吡啶、咪唑、三唑、吡唑等含氮杂环化合物等。
pH稳定剂是指，为了调节到规定的pH的添加剂，优选为缓冲成分。缓冲成分优选为，对于规定的pH，pKa在±1.5以内的化合物，更优选为pKa在±1.0以内的化合物。作为这样的化合物，可列举：甘氨酸、精氨酸、赖氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸等氨基酸；乙二胺、2-氨基吡啶、3-氨基吡啶、2-甲酸吡啶、组氨酸、哌嚓、吗啉、哌啶、羟胺、苯胺等胺类；吡啶、咪唑、苯并咪唑、吡唑、三唑、苯并三唑等含氮杂环化合物；蚁酸、乙酸、丙酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、乳酸、苯甲酸等羧酸等。
<悬浮液>
本实施方式涉及的悬浮液，可直接使用该悬浮液研磨，也可以将研磨液的构成成分分为悬浮液与添加液，作为所谓二液型研磨液中的悬浮液使用。本实施方式中，研磨液和悬浮液的不同在于有无添加剂这一点上，在悬浮液中加入添加剂可获得研磨液。
本实施方式涉及的悬浮液至少含有：与本实施方式涉及的研磨液同样的磨粒以及水。例如，磨粒的特征在于含有4价金属元素的氢氧化物，磨粒的平均二次粒径，也与本实施方式涉及研磨液中使用的磨粒相同。
在本实施方式涉及的悬浮液中，优选磨粒满足上述条件(a)的同时，还满足条件(b)或条件(c)中的至少任意一个。另外，优选在该磨粒的含量调节至0.0065质量％的水分散液中，对于波长450～600nm的光的吸光度在0.010以下。进一步，在所述磨粒的含量调节至1.0质量％的水分散液中，对于波长500nm的光的透光率在50％/cm以上为宜。关于这些吸光度以及透光率的优选范围和测定方法，也与本实施方式涉及的研磨液相同。
本实施方式涉及的悬浮液中，磨粒的含量没有特别限制，但是从容易避免磨粒的凝集方面考虑，以悬浮液总质量为基准优选为15质量％以下。磨粒的含量，从容易获得磨粒的机械作用方面考虑，以悬浮液总质量为基准优选为0.01质量％以上。
本实施方式涉及的悬浮液的构成成分中，认为4价金属元素的氢氧化物对研磨特性的影响大。4价金属元素的氢氧化物的含量，从易于避免磨粒的凝聚的同时，与被研磨面的化学性的相互作用亦良好，进一步提高研磨速度方面考虑，以悬浮液的总质量为基准，优选10质量％以下。4价金属元素的氢氧化物的含量，从能够充分体现4价金属元素的氢氧化物的功能方面考虑，以悬浮液总质量为基准，优选为0.01质量％以上。
本实施方式涉及的悬浮液的pH，由于磨粒的表面电位相对于被研磨面的表面电位的关系良好，磨粒对被研磨面的作用变得容易，从进一步获得优异的研磨速度方面考虑，研磨液的pH优选2.0～9.0。进一步，从研磨液的pH稳定、不易产生由pH稳定剂的添加引起的磨粒凝集等问题方面考虑，pH的下限优选为2.0以上，更优选为2.5以上，进一步优选为3.0以上。此外，从磨粒的分散性优异、获得更加优异的研磨速度方面考虑，pH的上限优选9.0以下，更优选7.0以下，进一步优选5.0以下。研磨液的pH可以与本实施方式涉及的悬浮液的pH同样地测定。
<研磨液套剂>
根据本实施方式，同样提供一种在维持添加剂的添加效果的同时，又能以优于传统研磨液的研磨速度来研磨被研磨膜的研磨液套剂。本实施方式涉及的研磨液套剂，可以将该研磨液的构成成分，分为悬浮液与添加液保存，将悬浮液(第1液体)与添加液(第2液体)混合形成研磨液。作为悬浮液，可使用本实施方式涉及的悬浮液。作为添加液，可使用将添加剂溶解于水的溶液。该研磨液套剂，研磨时将悬浮液与添加液混合，作为研磨液使用。这样，通过将研磨液的构成成分，分为至少二种液体分别保存，使研磨液的保存稳定性优异。
作为添加液中含有的添加剂，可同样使用上述研磨液中所说明的添加剂。添加液中添加剂的含量，从混合添加液与悬浮液作为研磨液时，抑制研磨速度的过度降低方面考虑，以添加液总质量为基准，优选0.01～20质量％，更优选0.02～20质量％。
作为添加液中的水，没有特别限制，但优选为去离子水、超纯水。水的含量为其他构成成分的含量的余量即可，没有特别限制。
<基板的研磨方法以及基板>
根据本实施方式，可提供使用所述悬浮液、所述研磨液套剂或所述研磨液的研磨方法，以及据此得到的基板。以下，对使用所述悬浮液、所述研磨液套剂或所述研磨液的研磨方法，以及据此得到的基板进行说明。在使用上述研磨液、悬浮液时，是使用一液型研磨液的研磨方法，使用上述研磨液套剂时，是使用二液型研磨液或三液以上型研磨液的研磨方法。本实施方式涉及的基板的研磨方法，由于能以优异的研磨速度研磨被研磨膜，具有优异的处理量(through put)的同时，在使用添加剂的情况下还能满足所希望的特性(例如平坦性和选择性)。
根据本实施方式涉及的基板的研磨方法，研磨得到本实施方式涉及的基板。根据本实施方式涉及的基板的研磨方法，对表面具有被研磨膜的基板进行研磨。根据本实施方式涉及的基板的研磨方法，还可以对使用在被研磨膜的下面所形成的停止膜的被研磨膜进行研磨。本实施方式涉及的基板的研磨方法，至少具有基板配置工序和研磨工序。在基板配置工序中，将表面有被研磨膜的基板的该被研磨膜，配置于研磨垫的相向位置。
优选被研磨膜是氧化硅膜等无机绝缘膜。氧化硅膜可通过低压CVD法、等离子体CVD法等得到。氧化硅膜中可渗杂磷、硼等元素。作为无机绝缘膜可使用所谓的Low-k膜等。另外，优选被研磨膜的表面(被研磨面)具有凹凸。根据本实施方式涉及的基板的研磨方法，优先研磨被研磨膜凹凸的凸起部分，可得到表面平坦化的基板。
使用悬浮液作为一液型研磨液时，本实施方式涉及的基板的研磨方法具有，例如：基板配置工序；一边向所述研磨垫与所述被研磨膜之间，供给根据上述悬浮液的制造方法得到的悬浮液，一边研磨至少一部分被研磨膜的工序。
使用研磨液作为一液型研磨液时，本实施方式涉及的基板的研磨方法具有，例如：基板配置工序；一边向所述研磨垫与所述被研磨膜之间，供给研磨液，一边研磨至少一部分被研磨膜的工序。此时，可在研磨工序之前进一步具有研磨液配制工序。研磨液配制工序有例如以下工序(A)～(C)。
(A)将根据悬浮液的制造方法得到的悬浮液、与添加剂混合，得到研磨液的工序。
(B)将根据所述磨粒的制造方法得到的磨粒、与添加剂、水混合，得到研磨液的工序。(C)将所述研磨液套剂中悬浮液(第1液体)与添加液(第2液体)混合，得到所述研磨液的工序。此时，可通过各自的送液系统(例如配管)将悬浮液和添加液分别进行送液，这些配管在即将达到供给配管出口之前使其合流得到研磨液。
在研磨工序中，将基板的被研磨膜按压在研磨平板的研磨垫上，以此状态一边向所述研磨垫与所述被研磨膜之间，供给所述悬浮液或研磨液，一边使基板与研磨平板作相对运动，研磨至少一部分被研磨膜。此时，悬浮液或研磨液，可作为含有所希望水分量的悬浮液或研磨液，直接供给于研磨垫上。
使用悬浮液作为二液型研磨液时，本实施方式涉及的基板的研磨方法具有，例如：基板配置工序；一边向所述研磨垫与所述被研磨膜之间，分别供给所述研磨液套剂中的悬浮液(第1液体)与添加液(第2液体)，一边研磨至少一部分被研磨膜的工序。这时，研磨工序中使用通过悬浮液与添加液混合得到的研磨液，对被研磨膜的至少一部分进行研磨。通过这样的研磨方法，可以将悬浮液和添加液通过各自的送液系统(例如配管)供给到研磨垫上。
本实施方式涉及的研磨液及悬浮液，从抑制储藏、运输、保管等涉及的成本方面考虑，可作为研磨液用储藏液或者悬浮液用储藏液进行保管，使用时用水等液状煤质稀释，例如稀释2倍以上使用。所述各储藏液可在即将研磨之前用液状煤质稀释，也可以在研磨垫上供给储藏液与液状媒质，在研磨垫上进行稀释。
作为所述储藏液的稀释倍率，倍率越高对于储藏、运输、保管等涉及的成本的抑制效果越好，所以优选2倍以上、更优选3倍以上。另外，作为上限并没有特别限制，倍率越高，储藏液中含有的成分量越多(浓度增大)，保管中的稳定性有下降趋势，所以优选500倍以下，更优选200倍以下，进一步优选100倍以下，特别优选50倍以下。另外，关于将构成成分分为三种液体以上时也同样。
作为在本实施方式涉及的研磨方法中使用的研磨装置，可使用一般的研磨装置等，例如，具备用于保持具有被研磨膜的基板的支架、装有转速可变的马达等且可粘贴研磨垫的研磨平板。作为所述研磨装置，可列举如：株式会社荏原制作所制的研磨装置(型号：EPO-111)、Applied Materials社制的研磨装置(商品名：Mirra3400、Reflection研磨机)等。
作为研磨垫，并无特别限制，可使用例如一般的无纺布、发泡聚氨酯、多孔性氟树脂等。另外，对于研磨垫优选施行槽加工以使研磨液积留。
作为研磨条件，没有特别限制，从抑制半导体基板飞出来看，优选研磨平板的转速在200rpm以下的低转速。半导体基板上施加的压力(加工载重)，从进一步抑制研磨后产生伤痕来看，优选100kPa以下。优选研磨期间，以泵等向研磨垫的表面连续供给研磨液。该供给量没有限制，优选研磨垫的表面一直被悬浮液或研磨液覆盖。研磨结束后的半导体基板，优选在流水中充分洗涤后，使用甩干机等将附着于半导体基板上的水滴甩落使其干燥。
另外，根据本实施方式，所述研磨液、所述悬浮液以及所述研磨液套剂，可以为被研磨膜(例如氧化硅膜)的研磨提供应用。另外，根据本实施方式，所述研磨液、所述悬浮液以及所述研磨液套剂，可以为使用停止膜(例如氮化硅膜、多晶硅膜等)的被研磨膜(例如氧化硅膜)的研磨提供一种应用。
实施例
以下列举实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不局限于这些实施例。
<实施例1～14、比较例1～3>
按照下面的步骤，制备含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒。另外，下述说明中以A～1及Z表示的数值，是表1中分别显示的数值。
在容器中装入A[L]水，在加入B[L]浓度50质量％的硝酸铈铵水溶液(化学一般式Ce(NH4)2(NO3)6、分子量548.2g/mol)进行混合，将液温调整到C[℃]得到金属盐水溶液。金属盐水溶液的金属盐浓度如表1所示。
接着，将表1所示的碱源物质溶解于水中，准备E[L]的浓度D[mol/L]的水溶液，调整液温至C[℃]温度，得到碱液。
使用冷却装置，将所述金属盐的水溶液调整至表1中C[℃]表示的温度。将装有上述金属盐水溶液的容器，放入装满水的水槽中，使用外部循环装置尼克斯冷循环(EYELA制，产品名称ク一リングサ一モポンプCTP101)一边调节一边冷却。将金属盐水溶液的温度保持在C[℃]的同时，以表1中F[m3/min]显示的混合速度投入所述碱液，以表1中G[m/min]显示的线速度、H[min-1]显示的循环数、以及I[min-1]显示的置换数进行混合，得到含有4价铈的氢氧化物的磨粒的悬浮液前体1。另外，搅拌桨的面积、搅拌桨的旋转半径、以及搅拌桨的转速如表1所示。悬浮液前体1的pH，作为“终止pH”如表1所示，每单位时间的pH变化量ΔpH见表1。另外，ΔpH采用，从金属盐水溶液与碱液开始混合时，至混合液的pH达到“终止pH”之间的每1分钟的pH的变化量的平均值。另外，关于参数Z也参见表1。
[表1]
Figure BDA00003569437600271
对所述悬浮液前体1进行离心分离，通过倾析法施行固液分离，除去液体。在得到的过滤物中加入适量的水，充分搅拌，进而重复三次通过倾析法实施固液分离的操作。
在得到的过滤物中重新加入水将液量调节至2.0L之后，通过超声波分散处理180分钟，得到悬浮液前体2。取适量而得到的悬浮液前体2，通过称量干燥后的质量(不挥发成分质量)，计算出悬浮液前体2中含有的4价铈的氢氧化物的磨粒的含量。
(吸光度以及透光率的测定)
取适量悬浮液前体2，用水稀释至磨粒含量0.0065质量％(65ppm)，得到测定样品(水分散液)。将约4mL的测定样品加入到边长1cm的比色皿中，将比色皿安装于日立制作所(株)制的分光光度计(装置名：U3310)内。在波长200～600nm的范围内进行吸光度的测定，调查波长290nm处的吸光度和波长450～600nm的吸光度。结果见表2。
另外，取适量悬浮液前体2，用水稀释至磨粒含量为1.0质量％，得到测定样品(水分散液)。将约4mL的测定样品加入到边长1cm的比色皿中，将比色皿安装于日立制作所(株)制的分光光度计(装置名：U3310)内。在波长200～600nm的范围内进行吸光度的测定，测定对于波长400nm的光的吸光度和对于波长500nm的光的透光率。结果见表2。
(平均二次粒径的测定)
取适量悬浮液前体2，用水稀释至磨粒含量0.2质量％，得到测定样品。将约4mL的测定样品加入到边长1cm的比色皿中，将比色皿安装于ベツクマンコ一ルタ一社制的装置名：N5内。然后，使分散介质的折射率为1.33，粘度为0.887mPa·s，在25℃下进行测定，读取所显示的平均粒径值作为平均二次粒径。结果见表2。
[表2]
Figure BDA00003569437600291
(研磨液的制备)
在悬浮液前体2中加入水，将磨粒含量调节至1质量％，得到悬浮液用储藏液。该悬浮液用储藏液的外观观察结果见表3。
在60g的悬浮液储藏液中添加纯水，得到悬浮液。另外，准备5质量％的聚乙烯醇水溶液作为添加液。在悬浮液中加入60g添加液，混合搅拌，得到磨粒含量0.2质量％的研磨液。另外，按照最终磨粒含量为0.2质量％计算所述纯水的添加量来添加。另外，聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇皂化度为80mol％，平均聚合度为300。另外，研磨液中的聚乙烯醇的含量为1.0质量％。另外，使用横河电机株式会社制的型号PH81测定悬浮液、研磨液的pH(25℃)，为3.6、6.0。
(绝缘膜的研磨)
在研磨装置贴有挂基板用的吸附垫的支架上，安装上形成了氧化硅绝缘膜的的硅晶圆。在贴有多孔性尿烷树脂制垫子的平板上，将绝缘膜装在支架上，使其位于垫子的相向位置。一边将上述得到的研磨液，以200cc/min的供给量供给到垫子上，一边以20kPa的研磨载重将基板按压在垫子上。此时，使平板以78rpm、支架以98rpm的速度旋转1分钟，进行研磨。研磨后的晶圆用纯水充分洗涤，进行干燥。用光干涉式膜厚测定装置测量研磨前后的膜厚变化，求出研磨速度。结果见表3。
[表3]
悬浮液用储藏液的外观 研磨速度(nm/min)
实施例1 仅有一点浑浊且呈淡黄色 280
实施例2 透明且呈淡黄色 380
实施例3 透明且呈淡黄色 327
实施例4 透明且呈淡黄色 350
实施例5 透明且呈淡黄色 365
实施例6 透明且呈淡黄色 355
实施例7 透明且呈淡黄色 377
实施例8 透明且呈淡黄色 368
实施例9 透明且呈淡黄色 405
实施例10 透明且呈淡黄色 401
实施例11 透明且呈淡黄色 390
实施例12 透明且呈淡黄色 410
实施例13 透明且呈淡黄色 418
实施例14 透明且呈淡黄色 335
比较例1 白色浑浊 170
比较例2 白色浑浊 190
比较例3 白色浑浊 175
另外，对于所述吸光度、透光率以及研磨速度的评价，其中任意一种都是在配制好所述悬浮液前体2之后24小时以内进行。
对于波长290nm的光的吸光度与研磨速度的关系如图3所示，对于波长400nm的光的吸光度与研磨速度的关系如图4所示。
本发明中合成磨粒时设定的参数Z与研磨速度的关系见图5，参数Z与对于波长290nm的光的吸光度的关系见图6，参数Z与对于波长400nm的光的吸光度的关系图7。
另外，在图3～7中，透光率在90％/cm以上时，以圆圈标记，透光率在50％/cm以上不满90％/cm时，以三角形标记，透光率不满50％/cm时，以四角形标记。另外，图5～7的横轴为对数轴。
由图5所示可知，参数Z的值越大，研磨速度越快。另外，由图6、7所示可知，透光率为50％/cm以上时，参数Z的值越大，对于290nm或400nm的光的吸光度越高。
其次，关于使用实施例4的悬浮液得到的研磨液、以及使用比较例1的悬浮液得到的研磨液，研究了研磨液的聚乙烯醇(PVA)含量与研磨速度的关系。具体是，将研磨液中的聚乙烯醇含量设定为3.0质量％、2.0质量％、1.0质量％、0.5质量％、0.1质量％时，与按照与实施例1同样的方法，研究了氧化硅膜的研磨速度。结果见表4。
[表4]
Figure BDA00003569437600311
由表4的结果可知，在对于波长500nm的光的透光率为50％/cm以上的实施例4中，加入等量添加剂时的研磨速度与比较例1相比要快，所以在聚乙烯醇之外，有更大的余地进一步加入添加剂。这被认为是由于提高透光率，不容易形成粗大凝聚粒子，可维持对被研磨面的有效磨粒数量，进而，由于提高吸光度，所以能维持比起比较例1更高数值的研磨速度。据此，与比较例1相比，实施例4中加入添加剂可赋予更多的特性。

Claims (1)

1.一种磨粒的制造方法，其中，
将第1液体与第2液体在下述式(1)所示的参数Z在5.00以上的条件下混合，得到含有4价金属元素的氢氧化物的磨粒，
所述第1液体为所述4价金属元素的盐的水溶液，
所述第2液体为碱液；
Z＝[1/(ΔpH×k)]×(N/M)/1000        …(1)
式(1)中，ΔpH表示反应体系中每分钟pH的变化量，
k表示下述式(2)所示的反应温度系数，
N表示下述式(3)所示的循环数，单位：min-1，
M表示下述式(5)所示的置换数，单位：min-1；
k＝2[(T-20)/10]                  …(2)
式(2)中，T表示所述反应体系的温度，单位：℃；
N＝(u×S)/Q                          …(3)
式(3)中，u表示下述式(4)所示的搅拌桨的线速度，单位：m/min，
所述搅拌桨用来搅拌所述第1液体与所述第2液体混合得到的混合液，
S表示所述搅拌桨的面积，单位：m2，
Q表示所述混合液的液量，单位：m3；
u＝2π×R×r                        …(4)
式(4)中，R表示所述搅拌桨的转速，单位：min-1，
r表示搅拌桨的旋转半径，单位：m；
M＝v/Q                            …(5)
式(5)中，v表示所述第1液体与所述第2液体的混合速度，单位：m3/min，
Q表示所述混合液的液量，单位：m3。
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