JP2004158885A - 研磨剤及び基板の研磨法 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸化絶縁膜等の被研磨面の平坦化を効率的、高速に、かつプロセス管理も容易に行うことができ、かつ窒化珪素膜との研磨速度比が大きくシャロー・トレンチ分離にも適用可能な研磨剤を提供する。
【解決手段】 本発明は、酸化セリウム粒子、水、陰イオン性界面活性剤を含む研磨剤であって、一定の幅で形成された凸部を有し表面に被研磨膜を形成した基板において、凸部の幅が５ｍｍ部分の研磨速度Ｒ５と凸部の幅が１ｍｍ部分の研磨速度Ｒ１の比Ｒ５／Ｒ１が、１≧Ｒ５／Ｒ１＞０．６５の範囲であり、かつ凸部の幅が３ｍｍ部分の研磨速度Ｒ３と凸部の幅が１ｍｍ部分の研磨速度Ｒ１の比Ｒ３／Ｒ１が、１≧Ｒ３／Ｒ１＞０．８の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体素子製造技術に使用される研磨剤及び研磨法に関し、基板表面の平坦化工程、特に層間絶縁膜の平坦化工程、シャロー・トレンチ素子分離の形成工程等において使用される研磨剤及びこれらの研磨剤を使用した基板の研磨法に関する。

現在のＵＬＳＩ半導体素子製造工程では、高密度・微細化のための加工技術が研究開発されている。その一つであるＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）技術は、半導体素子の製造工程において、層間絶縁膜の平坦化、シャロー・トレンチ素子分離形成、プラグ及び埋め込み金属配線形成等を行う際に必須の技術となってきている。

従来、半導体素子の製造工程において、プラズマ−ＣＶＤ、低圧−ＣＶＤ等の方法で形成される酸化珪素絶縁膜等無機絶縁膜層を平坦化するための化学機械研磨剤としてフュームドシリカ系の研磨剤が一般的に検討されている。フュームドシリカ系の研磨剤は、シリカ粒子を四塩化珪酸を熱分解する等の方法で粒成長させ、ｐＨ調整を行って製造している。しかしながら、この様な研磨剤は、研磨速度が低く、パターンの平坦性が悪いという技術課題がある。

従来の層間絶縁膜を平坦化するＣＭＰ技術では、研磨速度の基板上被研磨膜のパターン依存性が大きく、パターン密度差或いはサイズ差の大小により凸部の研磨速度が大きく異なり、また凹部の研磨も進行してしまうため、ウエハ面内全体での高いレベルの平坦化を実現することができないという技術課題があった。

また、層間膜を平坦化するＣＭＰ技術では、層間膜の途中で研磨を終了する必要があり、研磨量の制御を研磨時間で行うプロセス管理方法が一般的に行われている。しかし、パターン段差形状の変化だけでなく、研磨布の状態等でも、研磨速度が顕著に変化してしまうため、プロセス管理が難しいという問題があった。

一方、デザインルール０．５μｍ以上の世代では、集積回路内の素子分離にＬＯＣＯＳ（シリコン局所酸化）が用いられてきたが、加工寸法の更なる微細化に伴い、素子分離幅のより小さいシャロー・トレンチ分離技術が採用されつつある。シャロー・トレンチ分離では、基板上に埋め込んだ余分な酸化珪素膜を除くためにＣＭＰが必須な技術となる。素子分離の酸化珪素膜埋め込み部分以外には、マスク及びストッパーとして主に窒化珪素膜が形成されるため、ＣＭＰ研磨剤の特性として酸化珪素膜と窒化珪素膜との研磨速度比（酸化珪素膜の研磨速度／窒化珪素膜の研磨速度）が大きいことが望ましい。しかし、従来のシリカ系の研磨剤は、研磨速度比が２〜３程度しかなく、プロセスマージンが充分に得られないという問題があった。

シリカ系研磨剤に比べ、酸化珪素膜の高い研磨速度が得られる酸化セリウム等を含む研磨剤も使用されている。しかし、研磨速度が高すぎるためにプロセス管理が難しい、研磨速度の基板上被研磨膜のパターン依存性が大きい等の問題があった。その他に、一般に比較的低い粒子濃度で使用されるために基板上の被研磨膜パターンが微細化するほど凸部が削れにくいという問題もあった。また、酸化セリウムを含む研磨剤は、シリカ系研磨剤の約２倍の酸化珪素膜と窒化珪素膜の研磨速度比が得られるが、それでも実用上充分とはいえない。

本発明は、層間絶縁膜を平坦化するＣＭＰ技術において、酸化珪素膜の平坦化を効率的、高レベルにかつプロセス管理も容易に行うことができる研磨剤及び研磨法を提供するものである。また、一般的にシリカ系スラリーよりも低い粒子濃度で使用される酸化セリウム粒子を含むスラリーでの、シャロー・トレンチ分離等の微細パターンの凸部が削れにくいというの問題点を解決し、酸化珪素膜と窒化珪素膜との研磨速度比が大きいことが必要とされるシャロー・トレンチ分離の研磨にも適用可能である。

本発明のＣＭＰ研磨剤は、酸化セリウム粒子、水、添加剤として陰イオン性界面活性剤を含む研磨剤である。そのｐＨ及び粘度（ｍＰａ・ｓ）が、ｐＨをｘ座標、粘度をｙ座標とした（ｘ，ｙ）座標系において、Ａ点（５．５，１．０）、Ｂ点（５．５，２．５）、Ｃ点（９．０，２．５）、Ｄ点（８．５，１．０）の４点で囲まれた領域範囲内にあるものであり、ＡＡ点（６．０，１．０）、ＢＢ点（６．０，１．４）、ＣＣ点（８．４，１．４）、ＤＤ点（７．５，１．０）の４点で囲まれた領域範囲内にあることがより好ましい。その結果、酸化珪素膜の平坦化を効率的、高レベルに、かつプロセス管理も容易に行うことができる。また、酸化珪素膜研磨速度と窒化珪素膜研磨速度の比が大きくなることにより、シャロー・トレンチ分離へ適用することも可能である。

研磨剤中の酸化セリウム粒子の一次粒子径（酸化セリウム粒子を構成する結晶子の径、電子顕微鏡による観察で測定することができる。）は５〜６００ｎｍであり、粒子径の中央値が１００〜２０００ｎｍであることが好ましく、一次粒子径は３０〜５００ｎｍであり、粒子径の中央値が１５０〜１５００ｎｍであることがより好ましい。陰イオン性界面活性剤は、有機高分子の陰イオン性界面活性剤、特に共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩が好ましく使用される。

また、本発明により一定の幅で形成された凸部を有し表面に被研磨膜を形成した基板において、凸部の幅が５ｍｍ部分の研磨速度Ｒ５と凸部の幅が１ｍｍ部分の研磨速度Ｒ１の比Ｒ５／Ｒ１が、１≧Ｒ５／Ｒ１＞０．６５の範囲であり、かつ凸部の幅が３ｍｍ部分の研磨速度Ｒ３と凸部の幅が１ｍｍ部分の研磨速度Ｒ１の比Ｒ３／Ｒ１が、１≧Ｒ３／Ｒ１＞０．８の範囲である研磨剤が提供される。

本発明の基板の研磨法は、上記の研磨剤で所定の基板を研磨するものであり、所定の基板が、少なくとも酸化珪素膜が形成された半導体チップが使用される。本発明の基板の研磨法においては、研磨定盤の研磨布上に研磨剤を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する工程において、被研磨膜を有する基板の研磨布への押しつけ圧力が１００〜１０００ｇｆ／ｃｍ^２であることが好ましく、２００〜５００ｇｆ／ｃｍ^２であることがより好ましい。

本発明の研磨剤及び研磨法により、、酸化珪素膜の平坦化を効率的、高レベルに、かつプロセス管理も容易に行うことができる。また、シャロー・トレンチ分離等の酸化珪素膜と窒化珪素膜との研磨速度比が要求されるにも研磨にも適用することができる。

酸化セリウム粒子、水、添加剤として陰イオン性界面活性剤を含む研磨剤を用いて研磨を行うことにより、界面活性剤が基板上の被研磨膜表面を覆い、研磨粒子の被研磨膜表面への作用が阻害され、研磨が進行しなくなる。しかし、研磨荷重を大きくすることで機械的応力により、被研磨膜表面を覆った界面活性剤が排除されるために、研磨が進行するようになる。このような作用に起因した研磨速度の研磨荷重依存性に基づき、界面活性剤濃度と研磨荷重を調整することによって、被研磨膜のパターン形状に応じて実効研磨荷重の大きい凸部を選択的に研磨する特性を実現することができる。その結果、高効率、高レベルに層間絶縁膜の平坦化を実現することができる。また、平坦化された後の研磨速度はパターンのないブランケット膜の研磨速度に等しくなるため、その研磨速度が充分小さくなるように界面活性剤添加量及び研磨荷重を調整することによって、時間によるプロセス管理も容易に行うことができる。

パターン依存性の少ないグローバルな平坦化を実現するためには、パターン凹部の研磨速度が凸部の研磨速度に比べて充分小さい研磨特性が得られる範囲で、界面活性剤の添加量及びｐＨを調整する必要がある。研磨剤の粘度は、１．０〜２．５ｍＰａ・ｓの範囲であることが好ましく、１．０〜１．４ｍＰａ・ｓの方がより好ましい。研磨剤の粘度が高くなると、幅１ｍｍ以上の広い凸部の研磨速度が、幅１ｍｍ以下の凸部の研磨速度よりも小さくなる等、被研磨膜のパターン依存性が大きくなる傾向がある。本発明で、研磨剤の粘度は、ウベローデ粘度計により測定した動粘度と浮子式比重計により測定した比重から算出する。

ｐＨ５．５以上では酸化珪素膜の表面電位がマイナスに増加する。また、ｐＨ５．５以上の領域では、ポリアクリル酸アンモニウム塩等の界面活性剤は解離している。界面活性剤として、陰イオン性界面活性剤を添加剤とすることにより、被研磨膜の表面電位と界面活性剤の電気的反発により、研磨速度に適度な荷重依存性が得られる。研磨剤のｐＨが低いほど、酸化珪素膜表面と陰イオン性界面活性剤との電気的反発が弱く、より少ない界面活性剤添加量において研磨速度の荷重依存性が見られる。界面活性剤の添加量とともに粘度が増加するために、粘度を１．０〜１．４ｍＰａ・ｓの範囲内にしてパターン依存性の少ない平坦化特性を実現するためには、界面活性剤を添加した後の研磨剤のｐＨが５．５〜９の範囲であることが好ましく、６〜８．５の方がより好ましい。ｐＨ１０以上では、酸化珪素膜表面と界面活性剤の反発が大きくなり、多量に添加しても研磨速度の荷重依存性が見られない。その結果、パターン凸部を選択的に研磨できないために、凸部を選択的に研磨する平坦化特性を実現できない。また、ｐＨ９以上では、凸部を選択的に研磨することが可能な研磨速度の荷重依存性を実現するために必要な界面活性剤添加量が多いために、結果的に粘度が高くなってしまい、パターン依存性の少ないグローバル平坦性を実現できない。一方、ｐＨ５．５以下では、酸化セリウム粒子が凝集しやすいために安定性がなく、充分な研磨速度も得られなくなる。本発明で、研磨剤のｐＨはｐＨメータ（例えば東亜電波（株）製 ＨＭ−１１）により測定する。

本発明の研磨剤では、酸化珪素膜と窒化珪素膜の研磨速度比も大きいために、シャロー・トレンチ分離の研磨に適用することもできる。その原因として、以下のような作用がある。ｐＨ５．５〜８．５の範囲では、窒化珪素膜の表面電位がプラス〜ゼロであり、酸化珪素膜との表面電位との違いが大きい。陰イオン性界面活性剤との電気的反発の差によって、窒化珪素膜表面の方が界面活性剤に覆われ易くなり、少ない界面活性剤添加量で研磨速度が低下する。その結果、酸化珪素膜と窒化珪素膜の研磨速度比が大きくなり、シャロー・トレンチ分離への適用が可能になる。ｐＨが８．５以上では、窒化珪素膜の表面電位がマイナス側になり、酸化珪素膜との表面電位差が小さくなるために、研磨速度比が低減してしまう。特にｐＨが１０以上では、研磨速度比が界面活性剤を添加しない酸化セリウムスラリーよりも小さくなってしまい、界面活性剤を添加する効果がなくなる。また、一般的にシリカ系スラリーに比べ、低い粒子濃度で使用される酸化セリウム粒子を含むスラリーでは、シャロー・トレンチ分離等の微細パターンの凸部が削れにくいという問題があるが、界面活性剤が被研磨膜表面を覆うことによって、酸化セリウム粒子が微細な凸部に効果的に作用するようになることによって解決される。

研磨定盤の研磨布上に研磨剤を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する研磨方法において、被研磨膜を有する基板の研磨布への押しつけ圧力は、主に界面活性剤添加量及びｐＨによって決定される研磨速度の荷重依存特性に応じて、パターン凹部に対し凸部が選択的に研磨される範囲に設定される必要がある。研磨布への押しつけ圧力は、１００〜１０００ｇｆ／ｃｍ^２であることが好ましく、２００〜５００ｇｆ／ｃｍ^２であることがより好ましい。研磨速度のウエハ面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、２００〜５００ｇｆ／ｃｍ^２であることがより好ましい。研磨布への押しつけ圧力は、１０００ｇｆ／ｃｍ^２より大きいと研磨キズが発生しやすくなり、１００ｇｆ／ｃｍ^２未満では充分な研磨速度が得られない。

一般に酸化セリウムは、炭酸塩、硫酸塩、蓚酸塩等のセリウム化合物を焼成することによって得られる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成される酸化珪素絶縁膜は酸化セリウムの１次粒子径が大きく、かつ結晶歪が少ないほど、すなわち結晶性がよいほど高速研磨が可能であるが、研磨傷が入りやすい傾向がある。そこで、本発明で用いる酸化セリウム粒子は、その製造方法を限定するものではないが、酸化セリウム一次粒子径中央値は５〜６００ｎｍであることが好ましく、３０〜５００ｎｍであることがより好ましい。また、半導体チップ研磨に使用することから、アルカリ金属およびハロゲン類の含有率は１ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。本発明で、一次粒子径は走査型電子顕微鏡（例えば（株）日立製作所製 Ｓ−９００型）による観察で測定する。本発明の研磨剤は高純度のもので、Ｎａ、Ｋ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅはそれぞれ１ｐｐｍ以下、Ａｌは１０ｐｐｍ以下である。本発明において、酸化セリウム粒子を作製する方法として、その製造方法を限定するものではないが焼成法が使用できる。ただし、研磨傷が入らない粒子を作製するためにできるだけ結晶性を上げない低温焼成が好ましい。焼成された酸化セリウムは、乾式粉砕、湿式粉砕等で粉砕され、所定の粒度分布を得ることができる。

本発明における酸化セリウムスラリーは、上記の方法により製造された酸化セリウム粒子を含有する水溶液又はこの水溶液から回収した酸化セリウム粒子、水及び必要に応じて分散剤からなる組成物を分散させることによって得られる。ここで、酸化セリウム粒子の濃度には制限は無いが、懸濁液の取り扱い易さから０．５〜１０重量％の範囲が好ましい。また分散剤としては、金属イオン類を含まないものとして、アクリル酸重合体及びそのアンモニウム塩、メタクリル酸重合体及びそのアンモニウム塩、ポリビニルアルコール等の水溶性有機高分子類、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸アンモニウム等の水溶性陰イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリエチレングリコールモノステアレート等の水溶性非イオン性界面活性剤、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等の水溶性アミン類などが挙げられる。ポリアクリル酸アンモニウム塩、特に重量平均分子量２０００〜２００００のポリアクリル酸アンモニウム塩が好ましい。これらの分散剤の添加量は、スラリー中の粒子の分散性及び沈降防止性などから酸化セリウム粒子１００重量部に対して０．０１重量部から５重量部の範囲が好ましく、その分散効果を高めるためには分散処理時に分散機の中に粒子と同時に入れることが好ましい。

これらの酸化セリウム粒子を水中に分散させる方法としては、通常の攪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、ボールミルなどを用いることができる。特に酸化セリウム粒子を１μｍ以下の微粒子として分散させるためには、ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、媒体攪拌式ミルなどの湿式分散機を用いることが好ましい。また、スラリーのアルカリ性を高めたい場合には、分散処理時又は処理後にアンモニア水などの金属イオンを含まないアルカリ性物質を添加することができる。

本発明の酸化セリウム研磨剤は、上記スラリ−をそのまま使用してもよいが、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノ−ルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノ−ルアミン、アミノエチルエタノ−ルアミン等の添加剤を添加して研磨剤とすることができる。

界面活性剤は、共重合成分としてアンモニウム塩を含む高分子分散剤等の水溶性陰イオン性界面活性剤から選ばれた少なくとも１種類以上の界面活性剤を使用する。水溶性陰イオン性界面活性剤としては、金属イオンを含まないものとして、メタクリル酸重合体及びそのアンモニウム塩、ポリビニルアルコール等の水溶性の有機高分子類、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸アンモニウム等を使用することができる。また、その他に水溶性非イオン性界面活性剤、水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性陽イオン性界面活性剤等を併用してもよい。これらの界面活性剤添加量は、酸化セリウムスラリー１００重量部に対して、０．１重量部〜１０重量部の範囲が好ましい。また、界面活性剤の分子量は、１００〜５００００が好ましく、２０００〜２００００がより好ましい。界面活性剤の添加方法としては、研磨直前に酸化セリウムスラリーに混合するのが好ましい。研磨装置のスラリー供給配管内で充分混合するような構造を施した場合には、酸化セリウムスラリー及び界面活性剤水溶液の供給速度を個別に調整し、配管内で所定濃度になるように混合することも可能である。界面活性剤添加後に長時間保存した場合、酸化セリウムスラリーの粒度分布が変化する場合があるが、研磨速度及び研磨傷等の研磨特性には顕著な影響が見られないため、界面活性剤の添加方法には制限はない。

こうして作製された研磨剤中の粒子の平均粒径は、１００〜２０００ｎｍであることが好ましいく、１５０〜１５００ｎｍであることがより好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径が１００ｎｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎ、２０００ｎｍを越えると被研磨膜に傷が発生しやすくなるからである。本発明で、研磨剤中粒子の粒径の測定は、レーザ回折式粒度分布計（例えば（株）ＭＡＬＶＥＲＮ製 ＭＡＳＴＥＲ ＳＩＺＥＲ）で測定する。

本発明の酸化セリウム研磨剤が使用される無機絶縁膜の作製方法として、定圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。定圧ＣＶＤ法による酸化珪素絶縁膜形成は、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ_４、酸素源として酸素：Ｏ_２を用いる。このＳｉＨ_４−Ｏ_２系酸化反応を４００℃程度以下の低温で行わせることにより得られる。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、ＳｉＨ_４−Ｏ_２−ＰＨ_３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の２つが挙げられる。反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ_４、酸素源としてＮ_２Ｏを用いたＳｉＨ_４−Ｎ_２Ｏ系ガスとテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ_２系ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）が挙げられる。基板温度は２５０℃〜４００℃、反応圧力は６７〜４００Ｐａの範囲が好ましい。このように、本発明の酸化珪素絶縁膜にはリン、ホウ素等の元素がド−プされていても良い。同様に、低圧ＣＶＤ法による窒化珪素膜形成は、Ｓｉ源としてジクロルシラン：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、窒素源としてアンモニア：ＮＨ_３を用いる。このＳｉＨ_２Ｃｌ_２−ＮＨ_３系酸化反応を９００℃の高温で行わせることにより得られる。プラズマＣＶＤ法は、Ｓｉ源としてＳｉＨ_４、窒素源としてＮＨ_３を用いたＳｉＨ_４−ＮＨ_３系ガスが挙げられる。基板温度は３００〜４００℃が好ましい。

所定の基板として、半導体基板すなわち回路素子と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素子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珪素膜或いは酸化珪素膜及び窒化珪素膜が形成された基板が使用できる。このような半導体基板上に形成された酸化珪素膜層を上記酸化セリウム研磨剤で研磨することによって、酸化珪素膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平滑な面とする。シャロー・トレンチ分離の場合には、酸化珪素膜層の凹凸を解消しながら下層の窒化珪素層まで研磨することによって、素子分離部に埋め込んだ酸化珪素膜のみを残す。この際、ストッパーとなる窒化珪素との研磨速度比が大きければ、研磨のプロセスマージンが大きくなる。また、シャロー・トレンチ分離に使用するためには、研磨時に傷発生が少ないことも必要である。ここで、研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布（パッド）を貼り付けた（回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある）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、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨布には研磨剤が溜まる様な溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体が飛び出さない様に１００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。被研磨膜を有する半導体基板の研磨布への押しつけ圧力が１００〜１０００ｇｆ／ｃｍ^２であることが好ましく、研磨速度のウエハ面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、２００〜５００ｇｆ／ｃｍ^２であることがより好ましい。研磨している間、研磨布には研磨剤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研磨剤で覆われていることが好ましい。

研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤ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。このようにして、Ｓｉ基板上にシャロー・トレンチ分離を形成したあと、酸化珪素絶縁膜層及びその上にアルミニウム配線を形成し、その上に形成した酸化珪素膜を平坦化する。平坦化された酸化珪素膜層の上に、第２層目のアルミニウム配線を形成し、その配線間および配線上に再度上記方法により酸化珪素膜を形成後、上記酸化セリウム研磨剤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、半導体基板全面に渡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。

本発明の酸化セリウム研磨剤は、半導体基板に形成された酸化珪素膜や窒化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜、フォトマスク・レンズ・プリズムなどの光学ガラス、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−の端面、シンチレ−タ等の光学用単結晶、固体レ−ザ単結晶、青色レ−ザ用ＬＥＤサファイア基板、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ために使用される。

実施例１
（酸化セリウム粒子の作製）
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。焼成粉末粒子径は３０〜１００μｍであった。焼成粉末粒子表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、酸化セリウムの粒界が観察された。粒界に囲まれた酸化セリウム一次粒子径（結晶子径）を測定したところ、体積分布の中央値が１９０ｎｍ、最大値が５００ｎｍであった。酸化セリウム粉末１ｋｇを粉砕した。粉砕粒子について走査型電子顕微鏡で観察したところ、一次粒子径と同等サイズの小さな粒子の他に、１〜３μｍの大きな粉砕残り粒子と０．５〜１μｍの粉砕残り粒子が混在していた。

（酸化セリウムスラリーの作製）
上記作製の酸化セリウム粒子１ｋｇとポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量％）２３ｇと脱イオン水８９７７ｇを混合し、撹拌しながら超音波分散を１０分間施した。得られたスラリーをろ過し、さらに脱イオン水を加えることにより５ｗｔ．％スラリーを得た。スラリーｐＨは８．３であった。上記の酸化セリウムスラリー（固形分：５重量％）６００ｇと界面活性剤としてｐＨ６．５で分子量５０００のポリアクリル酸（１００％）アンモニウム塩水溶液（４０重量％）１３５ｇと脱イオン水２２６５ｇを混合して、界面活性剤を添加した酸化セリウム研磨剤（固形分：１重量％）を作製した。その研磨剤ｐＨは７．０であり、ウベローデ粘度計及び比重計の測定値から算出した粘度は１．１９ｍＰａ・ｓであった。また、研磨剤中の粒子をレーザ回折式粒度分布計で測定するために、適当な濃度に希釈して測定した結果、粒子径の中央値が２６０ｎｍであった。

（絶縁膜層の研磨）
直径２００ｍｍＳｉ基板上にＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅が０．０５〜５ｍｍで高さが１０００ｎｍのＡｌ配線Ｌｉｎｅ部を形成した後、その上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を２０００ｎｍ形成したパターンウエハを作製する。保持する基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに上記パターンウエハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッドを貼り付けた定盤上に絶縁膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重を３００ｇｆ／ｃｍ_２に設定した。定盤上に上記の酸化セリウム研磨剤（固形分：１重量％）を２００ｃｃ／ｍｉｎの速度で滴下しながら、定盤及びウエハを５０ｒｐｍで２分間回転させ、絶縁膜を研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾燥した。同様に、研磨時間を３分、４分、５分、６分にして上記パターンウエハの研磨を行った。光干渉式膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚差を測定し、研磨速度を計算した。Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅１ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ１とＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅３ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ３、及びＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅５ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ５との研磨速度比Ｒ５／Ｒ１及びＲ３／Ｒ１は、研磨時間２〜４分の間は、研磨時間とともに値が大きくなり、研磨時間４〜６分ではほぼ一定であった。研磨速度のパターン幅依存性が一定になった研磨時間４分の場合、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅１ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ１は３４４ｎｍ／分（研磨量１３７７ｎｍ）、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅３ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ３は３３５ｎｍ／分（研磨量１３３８ｎｍ）、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅５ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ５は３１５ｎｍ／分（研磨量１２５９ｎｍ）であり、研磨速度比Ｒ５／Ｒ１及びＲ３／Ｒ１は、それぞれ０．９１及び０．９７であった。また、研磨時間が５分、６分の場合の各Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅のＬｉｎｅ部分の研磨量は４分の場合とほぼ同じであり、４分以降研磨がほとんど進行していないことがわかった。

実施例２
（酸化セリウム粒子の作製）
炭酸セリウム水和物２ｋｇを白金製容器に入れ、７００℃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。焼成粉末粒子径は３０〜１００μｍであった。焼成粉末粒子表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、酸化セリウムの粒界が観察された。粒界に囲まれた酸化セリウム一次粒子径を測定したところ、体積分布の中央値が３０ｎｍ、最大値が８０ｎｍであった。酸化セリウム粉末１ｋｇを粉砕した。粉砕粒子について走査型電子顕微鏡で観察したところ、一次粒子径と同等サイズの小さな粒子の他に、２〜４ミクロンの大きな粉砕残り粒子と０．５〜１．２μｍの粉砕残り粒子が混在していた。

（酸化セリウムスラリーの作製）
上記作製の酸化セリウム粒子１ｋｇとポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量％）２３ｇと脱イオン水８９７７ｇを混合し、撹拌しながら超音波分散を１０分間施した。得られたスラリーをろ過をし、さらに脱イオン水を加えることにより５ｗｔ．％研磨剤を得た。スラリーｐＨは８．３であった。上記の酸化セリウムスラリー（固形分：５重量％）６００ｇと界面活性剤としてｐＨ６．５で分子量１５，０００のポリアクリル酸（１００％）アンモニウム塩水溶液（４０重量％）２１０ｇと脱イオン水２１９０ｇを混合して、界面活性剤を添加した酸化セリウム研磨剤（固形分：１重量％）を作製した。その研磨剤ｐＨは６．８であり、ウベローデ粘度計及び比重計の測定値から算出した粘度は１．５０ｍＰａ・ｓであった。また、研磨剤中の粒子をレーザ回折式粒度分布計で測定するために、適当な濃度に希釈して測定した結果、粒子径の中央値が３５０ｎｍであった。

（絶縁膜層の研磨）
直径２００ｍｍＳｉ基板上にＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅が０．０５〜５ｍｍで高さが１０００ｎｍのＡｌ配線Ｌｉｎｅ部を形成した後、その上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を２０００ｎｍ形成したパターンウエハを作製する。保持する基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに上記パターンウエハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッドを貼り付けた定盤上に絶縁膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重を３００ｇ／ｃｍ^２に設定した。定盤上に上記の酸化セリウムスラリー（固形分：１重量％）を２００ｃｃ／ｍｉｎの速度で滴下しながら、定盤及びウエハを５０ｒｐｍで２分間回転させ、絶縁膜を研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾燥した。同様に、研磨時間を３分、４分、５分、６分にして上記パターンウエハの研磨を行った。光干渉式膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚差を測定し、研磨速度を計算した。Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅１ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ１とＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅３ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ３、及びＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅５ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ５との研磨速度比Ｒ５／Ｒ１及びＲ３／Ｒ１は、研磨時間２〜４分の間は、研磨時間とともに値が大きくなり、研磨時間４〜６分ではほぼ一定であった。研磨速度のパターン幅依存性が一定になった研磨時間４分の場合、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅１ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ１は３０７ｎｍ／分（研磨量１２２９ｎｍ）、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅３ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ３は２５７ｎｍ／分（研磨量１０２７ｎｍ）、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅５ｍｍのＬｉｎｅ部分の研磨速度Ｒ５は２００ｎｍ／分（研磨量８０１ｎｍ）であり、研磨速度比Ｒ５／Ｒ１及びＲ３／Ｒ１は、それぞれ０．６５及び０．８４であった。また、研磨時間が５分、６分の場合の各Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅のＬｉｎｅ部分の研磨量は４分の場合とほぼ同じであり、４分以降研磨がほとんど進行していないことがわかった。

Claims (7)

1. 酸化セリウム粒子、水、陰イオン性界面活性剤を含む研磨剤であって、一定の幅で形成された凸部を有し表面に被研磨膜を形成した基板において、凸部の幅が５ｍｍ部分の研磨速度Ｒ５と凸部の幅が１ｍｍ部分の研磨速度Ｒ１の比Ｒ５／Ｒ１が、１≧Ｒ５／Ｒ１＞０．６５の範囲であり、かつ凸部の幅が３ｍｍ部分の研磨速度Ｒ３と凸部の幅が１ｍｍ部分の研磨速度Ｒ１の比Ｒ３／Ｒ１が、１≧Ｒ３／Ｒ１＞０．８の範囲であることを特徴とする研磨剤。
2. 研磨剤のｐＨ及び粘度（ｍＰａ・ｓ）が、ｐＨをｘ座標、粘度をｙ座標とした（ｘ，ｙ）座標系において、Ａ点（５．５，１．０）、Ｂ点（５．５，２．５）、Ｃ点（９．０，２．５）、Ｄ点（８．５，１．０）の４点で囲まれた領域範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の研磨剤。
3. 酸化セリウム粒子の一次粒子径が５〜６００ｎｍであり、粒子径の中央値が１００〜２０００ｎｍである請求項１又は２記載の研磨剤。
4. 陰イオン性界面活性剤が、共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩を含む陰イオン性界面活性剤である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨剤。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の研磨剤で所定の基板を研磨する基板の研磨法。
6. 所定の基板が、少なくとも酸化珪素膜が形成された半導体チップである請求項５記載の基板の研磨法。
7. 研磨定盤の研磨布上に研磨剤を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する工程において、被研磨膜を有する基板の研磨布への押しつけ圧力が１００〜１０００ｇｆ／ｃｍ^２である請求項５又は６記載の基板の研磨法。