JP2010153781A - 基板の研磨方法 - Google Patents
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【課題】基板上に形成された被研磨膜を高速かつ高平坦に研磨することができ、さらに被研磨膜に与える研磨傷を低減することができる研磨方法を提供する。
【解決手段】表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であって、
該方法は、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えてなり、
前記研磨剤は少なくとも砥粒と水とを含有してなり、前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記研磨パッドのショアＤ硬度は７０以上であることを特徴とする基板の研磨方法。
【選択図】なし
【解決手段】表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であって、
該方法は、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えてなり、
前記研磨剤は少なくとも砥粒と水とを含有してなり、前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記研磨パッドのショアＤ硬度は７０以上であることを特徴とする基板の研磨方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、被研磨膜が形成された基板の研磨方法に関し、特に半導体デバイスの製造工程で被研磨膜が形成された基板を化学機械研磨する方法に関する。
大規模集積回路（ＬＳＩ）に代表される半導体デバイスは、世代ごとに回路寸法を縮小することで高性能化を実現している。このため半導体デバイスの製造工程では、様々な高精度の加工技術が要求されている。中でも化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化技術は、現在の半導体デバイスの製造工程には不可欠であり、シャロー・トレンチ・アイソレーションの形成、プリメタル絶縁膜や層間絶縁膜の平坦化、コンタクトプラグや銅ダマシン配線の形成等に広く使われている。
一般にＣＭＰ工程では、被研磨膜が形成された基板を研磨パッドに押し当てて加圧し、被研磨膜と研磨パッドとの間に研磨剤を供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に動かすことで研磨を進行させる。ここで研磨剤や研磨パッドは、被研磨膜の研磨速度、平坦性、研磨選択性、研磨傷数、基板面内の均一性等の研磨特性を決定する重要な因子である。特に、研磨剤に含まれる砥粒の種類や濃度、研磨パッドの材質や硬度等を変更することで、これらの研磨特性は大きく変化する。
ＣＭＰ用の研磨剤として最も多用されているのは、ヒュームドシリカやコロイダルシリカ等のシリカ砥粒を含む研磨剤である。シリカ系研磨剤は汎用性が高いことが特徴であり、砥粒濃度、ｐＨ、添加剤等を適切に選択することで、絶縁膜や導電膜を問わず幅広い種類の膜を研磨することができる。
一方で、主に酸化シリコン膜等の絶縁膜を対象とした、セリウム化合物砥粒を含む研磨剤の需要も拡大している。例えば、酸化セリウム（セリア）粒子を砥粒として含む酸化セリウム系研磨剤は、シリカ系研磨剤よりも低い砥粒濃度でも高速に酸化シリコン膜を研磨できるのが特徴である。また、酸化セリウム系研磨剤に適当な添加剤を加えることで、平坦性や研磨選択性を改善できることが知られている。
例えば、シャロー・トレンチ・アイソレーション（ＳＴＩ）を形成する工程では、シリコン基板に形成された溝に、被研磨膜である酸化シリコンを埋め込む。一般的に、酸化シリコン膜の表面形状は、前記シリコン基板の溝の段差を反映して凹凸形状となる。ここで、酸化シリコン膜を研磨する際に、研磨剤に添加する添加剤を適当に選択することで、凸部の凹部に対する研磨速度の比を高めることができる。その結果、酸化シリコン膜の凸部が凹部に比べて優先的に研磨され、研磨後の平坦性を向上させることができる。
また、シャロー・トレンチ・アイソレーションを形成する工程では、酸化シリコン膜の下層に研磨停止膜としてのポリシリコン膜や窒化シリコン膜を備えるのが一般的である。ここで、酸化シリコン膜を研磨する際に、研磨剤に添加する添加剤を適当に選択することで、酸化シリコン膜のポリシリコン膜や窒化シリコン膜に対する研磨速度の比（研磨選択性）を高めることができる。その結果、ポリシリコン膜や窒化シリコン膜が露出した時に研磨を停止するのが容易になり、研磨が過剰に進行するのを防止することができる。ＣＭＰ工程に用いる酸化セリウム系研磨剤は、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
ＣＭＰ用の研磨パッドとして最も多用されているのは、ショアＤ硬度が５０から６５の発泡ポリウレタン研磨パッドである。中でも代表的な研磨パッドとして、ローム・アンド・ハース社の発泡ポリウレタン研磨パッド（型番ＩＣ１０００、ショアＤ硬度は５９）が広く知られており、シャロー・トレンチ・アイソレーションの形成、プリメタル絶縁膜や層間絶縁膜の平坦化、コンタクトプラグや銅ダマシン配線の形成等に用いられるＣＭＰ工程で一般的に使われている。
ところで、近年、半導体デバイスの回路寸法が微細化されるのに伴い、ＣＭＰ工程で発生する研磨傷が深刻な問題となりつつある。ＣＭＰ工程で被研磨膜に研磨傷が生じると、微細なトランジスタや配線の断線不良や短絡不良などが発生するからである。
そこで、研磨傷を低減する方法として、被研磨膜に与えられる機械的作用をできるだけ小さくする方法が提案されている。例えば、研磨剤に含まれる砥粒の１次粒径を小さくする、研磨パッドの硬度を低くする等が代表的な方法である。
研磨剤に含まれる砥粒の１次粒径を小さくする方法は、例えば、特許文献３に記載されている。特許文献３では、１次粒径が５０ｎｍ以下であるような微細なセリウム化合物粒子、又は４価の金属水酸化物粒子を砥粒として含む研磨剤を用いている。この研磨剤を用いて、酸化シリコン膜が形成されたブランケット基板を研磨した際に、光学顕微鏡による観察で酸化シリコン膜に研磨傷が無いことが示されている。
研磨パッドの硬度を低くする方法は、例えば、非特許文献１に記載されている。非特許文献１では、研磨パッドを低硬度化するほど酸化シリコン膜に発生する研磨傷が低減することが示されている。また、ローム・アンド・ハース社は、研磨傷を低減が可能とされる低硬度の発泡ポリウレタン研磨パッド（型番ＶｉｓｉｏｎＰａｄ ＶＰ３１００、ショアＤ硬度は４６）を販売している。
「ＪＳＲテクニカルレビュー」、２００５年、Ｎｏ．１１２、p.１〜６
上述のように、研磨傷を低減する方法として、研磨剤に含まれる砥粒の１次粒径を小さくする、研磨パッドの硬度を低くする等の方法が知られている。しかしながら、これらの方法では、研磨傷は低減できる一方で他の研磨特性が悪化するという問題が新たに発生する。
例えば、砥粒の１次粒径を小さくしていくと、砥粒の機械的作用が小さくなるため、研磨傷は低減する傾向があるが、同時に、被研磨膜の研磨速度が低下する。被研磨膜の表面に凹凸形状がある場合は、この研磨速度の低下がより顕著となる。また、平坦性や研磨選択性を高めるための添加剤が研磨剤に含まれる場合は、一般的に、研磨速度の低下が特に顕著となる。
また、砥粒の１次粒径を小さくすると、砥粒の比表面積が大きくなるために、研磨における化学的作用が機械的作用に比べて相対的に大きくなる。すなわち、砥粒が小さくなると、まず砥粒の比表面積が大きくなることによって砥粒と被研磨膜の接触頻度が高くなる。このため、砥粒と被研磨膜の間の化学反応性が上昇することにより、化学的作用が大きくなる。一方で、上記のように砥粒が小さくなると、砥粒による被研磨膜の機械的な切削力は低下するため、機械的作用が小さくなる。
その結果、研磨速度が研磨圧力に対して高圧力側で飽和する傾向が生じてしまう。このことは、高圧力が印加される凸部が、低圧力が印加される凹部に比べて優先的に研磨されにくくなることを意味し、結果的に凹凸を持った被研磨膜の研磨後の平坦性が低下してしまう。
その結果、研磨速度が研磨圧力に対して高圧力側で飽和する傾向が生じてしまう。このことは、高圧力が印加される凸部が、低圧力が印加される凹部に比べて優先的に研磨されにくくなることを意味し、結果的に凹凸を持った被研磨膜の研磨後の平坦性が低下してしまう。
同様に、研磨パッドの硬度を低くしていくと、研磨パッドの機械的作用が小さくなるため、研磨傷は低減する傾向があるが、同時に、被研磨膜の研磨速度が低下することになる。被研磨膜の表面に凹凸形状がある場合は、この研磨速度の低下がより顕著となる。また、平坦性や研磨選択性を高めるための添加剤が研磨剤に含まれる場合は、一般的に、研磨速度の低下が特に顕著となる。
また、研磨パッドの硬度を低くしていくと、研磨パッドの圧縮変形が大きくなることで被研磨膜と研磨パッドの実接触面積が増大するために、研磨における化学的作用が機械的作用に比べて相対的に大きくなる。その結果、研磨圧力を高くしても研磨速度が飽和する傾向が生じる。このことは、高圧力が印加される凸部が、低圧力が印加される凹部に比べて優先的に研磨されにくくなることを意味し、結果的に凹凸を持った被研磨膜の研磨後の平坦性が低下してしまう。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
本発明の目的は、基板上に形成された被研磨膜を高速かつ高平坦に研磨することができ、さらに被研磨膜に与える研磨傷を低減することができる研磨方法を提供することにある。
本発明の目的は、基板上に形成された被研磨膜を高速かつ高平坦に研磨することができ、さらに被研磨膜に与える研磨傷を低減することができる研磨方法を提供することにある。
本発明者らは鋭意検討をした結果、所定の砥粒を、所定の硬度を有する研磨パッドと組み合わせて使用することによって、前記課題を解決できることを見出した。より具体的には、砥粒として４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を用い、該砥粒の１次粒径を１ｎｍ以上４０ｎｍ以下にした研磨剤と、ショアＤ硬度を７０以上の研磨パッドを用いて研磨を行うことで、前記課題を解決できることを見出した。
従来の常識では、研磨パッドの硬度を高硬度化すると研磨傷の発生は避けられないと考えられていた。しかしながら、本発明者らは、前記の構成を取ることにより、研磨傷を抑制しつつ、良好な研磨速度及び研磨後の表面の優れた平坦性が得られることを見いだしたものである。
本発明において、課題を解決するための手段は、具体的に以下の項目（１）〜（２０）によって構成される。
（１） 表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であって、
該方法は、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えてなり、
前記研磨剤は少なくとも砥粒と水とを含有してなり、
前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、
前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
前記研磨パッドのショアＤ硬度は７０以上であることを特徴とする基板の研磨方法。
（１） 表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であって、
該方法は、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えてなり、
前記研磨剤は少なくとも砥粒と水とを含有してなり、
前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、
前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
前記研磨パッドのショアＤ硬度は７０以上であることを特徴とする基板の研磨方法。
（２） 前記砥粒が４価の水酸化セリウム粒子である前記（１）に記載の基板の研磨方法。
（３） 前記砥粒の研磨剤中でのゼータ電位が正電位である前記（１）または（２）に記載の基板の研磨方法。
（４） 前記砥粒の研磨剤に対する濃度が０．００１質量％以上１０質量％以下である前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（５） 前記研磨パッドが非発泡ポリウレタンである前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（３） 前記砥粒の研磨剤中でのゼータ電位が正電位である前記（１）または（２）に記載の基板の研磨方法。
（４） 前記砥粒の研磨剤に対する濃度が０．００１質量％以上１０質量％以下である前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（５） 前記研磨パッドが非発泡ポリウレタンである前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（６） 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれる前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（７） 前記水溶性重合体の分子量が５００から１，０００，０００である前記（６）に記載の基板の研磨方法。
（８） 前記水溶性重合体が研磨剤に対して０．００１質量％以上２０質量％以下含まれる前記（６）または（７）に記載の基板の研磨方法。
（９） 前記水溶性重合体がヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、Ｎ−オキシド基、カルボニル基、エーテル結合及びアミド結合からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上の官能基又は結合を持つ前記（６）から（８）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（１０） 前記水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及び下記（I）〜（V）の群から選ばれる少なくとも１種類の単量体成分を含む重合体からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上である前記（６）から（９）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（一般式（I）〜(V)中、Ｒ１〜Ｒ５はそれぞれ独立に、水素又は１価の有機基を表し、ｘは０以上の整数である。ただし、ｘ＝０の場合、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝Ｈは含まない。）
（１１） 前記水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）、ポリ（アクロイルモルホリン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の群から選ばれる１つ又は２つ以上である前記（６）から（１０）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（７） 前記水溶性重合体の分子量が５００から１，０００，０００である前記（６）に記載の基板の研磨方法。
（８） 前記水溶性重合体が研磨剤に対して０．００１質量％以上２０質量％以下含まれる前記（６）または（７）に記載の基板の研磨方法。
（９） 前記水溶性重合体がヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、Ｎ−オキシド基、カルボニル基、エーテル結合及びアミド結合からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上の官能基又は結合を持つ前記（６）から（８）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（１０） 前記水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及び下記（I）〜（V）の群から選ばれる少なくとも１種類の単量体成分を含む重合体からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上である前記（６）から（９）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（１１） 前記水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）、ポリ（アクロイルモルホリン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の群から選ばれる１つ又は２つ以上である前記（６）から（１０）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（１２） 前記被研磨膜の下層に研磨停止膜が備えられてなる前記（１）から（１１）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（１３） 前記研磨停止膜が露出した時に研磨を停止する前記（１２）に記載の基板の研磨方法。
（１３） 前記研磨停止膜が露出した時に研磨を停止する前記（１２）に記載の基板の研磨方法。
（１４） 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜である前記（１２）または（１３）に記載の基板の研磨方法。
（１５） 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜であり、前記研磨停止膜はポリシリコン膜である前記（１２）または（１３）に記載の基板の研磨方法。
（１６） 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜であり、前記研磨停止膜は窒化シリコン膜である前記（１２）または（１３）に記載の基板の研磨方法。
（１５） 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜であり、前記研磨停止膜はポリシリコン膜である前記（１２）または（１３）に記載の基板の研磨方法。
（１６） 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜であり、前記研磨停止膜は窒化シリコン膜である前記（１２）または（１３）に記載の基板の研磨方法。
（１７） 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれ、前記水溶性重合体がポリビニルアルコールである前記（１５）に記載の基板の研磨方法。
（１８） 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれ、前記水溶性重合体がキトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンの群から選ばれる一つ又は二つ以上である前記（１６）に記載の基板の研磨方法。
（１８） 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれ、前記水溶性重合体がキトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンの群から選ばれる一つ又は二つ以上である前記（１６）に記載の基板の研磨方法。
（１９） １００メッシュ砥粒よりもサイズが小さいダイヤモンド砥粒を有するコンディショナーを用いて、基板の研磨前、研磨中、又は研磨後に前記研磨パッドの表面を荒らす処理をする前記（１）から（１８）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（２０） ダイヤモンド砥粒を有するコンディショナーを用いて、基板を５枚以上研磨する毎に一回の割合で前記研磨パッドの表面を荒らす処理をする前記（１）から（１９）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
（２０） ダイヤモンド砥粒を有するコンディショナーを用いて、基板を５枚以上研磨する毎に一回の割合で前記研磨パッドの表面を荒らす処理をする前記（１）から（１９）のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
本発明によれば、基板上に形成された被研磨膜を高速かつ高平坦に研磨し、さらに被研磨膜に与える研磨傷を低減する基板の研磨方法が提供できる。特に半導体デバイスの製造に用いるＣＭＰ工程では、スループットを向上することができ、また、被研磨膜の平坦性不足や研磨傷に起因した半導体デバイスの不良を低減することができる。
本発明における基板の研磨方法は、表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法である。そして、該方法は、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えてなり、前記研磨剤は少なくとも砥粒と水とを含有してなり、前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記研磨パッドのショアＤ硬度は７０以上であることを特徴とする。以下に、本発明における基板の研磨方法の各構成要素について必要に応じて図面を参照しながら詳述する。
＜研磨剤＞
本発明に用いられる研磨剤は、少なくとも砥粒と水とを含有してなり、前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴としている。
本発明に用いられる研磨剤は、少なくとも砥粒と水とを含有してなり、前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴としている。
［砥粒］
（１．砥粒の成分）
本発明において、研磨剤中の砥粒の少なくとも１成分は４価の酸化セリウム粒子又は４価の水酸化セリウム粒子である。これにより、特にシリコン系化合物を含む被研磨膜の研磨速度を向上させることができる。４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子を併用してもよい。
（１．砥粒の成分）
本発明において、研磨剤中の砥粒の少なくとも１成分は４価の酸化セリウム粒子又は４価の水酸化セリウム粒子である。これにより、特にシリコン系化合物を含む被研磨膜の研磨速度を向上させることができる。４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子を併用してもよい。
また、４価の水酸化セリウム粒子は、同程度の１次粒径を持つ４価の酸化セリウム粒子に比べて化学的活性が高く、被研磨膜の研磨速度をさらに向上させることができる。この観点から、研磨剤中の砥粒は、４価の水酸化セリウム粒子であることがさらに好ましい。
（２．酸化セリウム粒子）
一般に、４価の酸化セリウム粒子（以下、単に酸化セリウム粒子）は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩等のセリウム化合物を酸化することによって得られる。酸化の方法としては、焼成又は過酸化水素等による酸化法を使用することができる。焼成の場合、焼成温度は３５０℃以上９００℃以下が好ましい。
また、酸化セリウム粒子を作製する方法として、水熱合成法を用いることもできる。例えば、水酸化セリウム等の前駆体を、水中で１００℃以上に加熱する方法があげられる。
一般に、４価の酸化セリウム粒子（以下、単に酸化セリウム粒子）は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩等のセリウム化合物を酸化することによって得られる。酸化の方法としては、焼成又は過酸化水素等による酸化法を使用することができる。焼成の場合、焼成温度は３５０℃以上９００℃以下が好ましい。
また、酸化セリウム粒子を作製する方法として、水熱合成法を用いることもできる。例えば、水酸化セリウム等の前駆体を、水中で１００℃以上に加熱する方法があげられる。
酸化セリウム粒子として、市販の酸化セリウム粒子を用いることもできる。例えば、ナノフェーズ・テクノロジーズ社、フェロ社、アドバンスド・ナノ・プロダクツ社、ローディア・エレクトロニクス・アンド・カタリシシス社、シーアイ化成株式会社等により販売されているものなどを挙げることができる。
また、半導体デバイスの製造に係る研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
また、半導体デバイスの製造に係る研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
（３．水酸化セリウム粒子）
一般に、４価の水酸化セリウム粒子（以下、単に水酸化セリウム粒子）は、セリウム塩とアルカリ液とを混合して水酸化セリウム粒子を析出する方法で得られる。この方法は、例えば「希土類の科学」（足立吟也編、株式会社化学同人、１９９９年）３０４〜３０５頁に説明されている。セリウム塩としては、例えばＣｅ（ＳＯ４）２、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６、Ｃｅ（ＮＨ４）４（ＳＯ４）４等が好ましい。アルカリ液はアンモニア水、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等が使用できる。研磨剤を半導体デバイス製造に用いる観点からは、アルカリ金属を含まないアンモニア水が好ましい。前記方法で合成された水酸化セリウム粒子は、洗浄して金属不純物を除去できる。洗浄方法としては、遠心分離等で固液分離を数回繰り返す方法などが使用できる。
また、半導体デバイスの製造に係る研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は水酸化セリウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
一般に、４価の水酸化セリウム粒子（以下、単に水酸化セリウム粒子）は、セリウム塩とアルカリ液とを混合して水酸化セリウム粒子を析出する方法で得られる。この方法は、例えば「希土類の科学」（足立吟也編、株式会社化学同人、１９９９年）３０４〜３０５頁に説明されている。セリウム塩としては、例えばＣｅ（ＳＯ４）２、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６、Ｃｅ（ＮＨ４）４（ＳＯ４）４等が好ましい。アルカリ液はアンモニア水、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等が使用できる。研磨剤を半導体デバイス製造に用いる観点からは、アルカリ金属を含まないアンモニア水が好ましい。前記方法で合成された水酸化セリウム粒子は、洗浄して金属不純物を除去できる。洗浄方法としては、遠心分離等で固液分離を数回繰り返す方法などが使用できる。
また、半導体デバイスの製造に係る研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は水酸化セリウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
（４．その他の粒子）
本発明において、前記粒子以外の成分の粒子を含むことができ、具体的には例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子、ダイヤモンド粒子、炭素粒子等の無機粒子類、ウレタン系樹脂粒子、アクリル系樹脂粒子、メタクリル系樹脂粒子、スチレン系樹脂粒子、エポキシ系樹脂粒子等の有機樹脂粒子などが挙げられる。このような他の成分の粒子を必要に応じて含ませることで、被研磨膜の研磨速度をさらに改善することができる。
本発明において、前記粒子以外の成分の粒子を含むことができ、具体的には例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子、ダイヤモンド粒子、炭素粒子等の無機粒子類、ウレタン系樹脂粒子、アクリル系樹脂粒子、メタクリル系樹脂粒子、スチレン系樹脂粒子、エポキシ系樹脂粒子等の有機樹脂粒子などが挙げられる。このような他の成分の粒子を必要に応じて含ませることで、被研磨膜の研磨速度をさらに改善することができる。
（砥粒の混合、粉砕、分散方法）
本発明において、砥粒として複数成分の粒子を混合して用いる場合は、その混合方法に特に制限は無い。全ての粒子を乾燥粉の状態で混合する方法、任意の粒子を媒体に分散した分散液に他の粒子の乾燥粉を混合する方法、全ての粒子を分散液の状態で混合する方法等を挙げることができる。
本発明において、砥粒として複数成分の粒子を混合して用いる場合は、その混合方法に特に制限は無い。全ての粒子を乾燥粉の状態で混合する方法、任意の粒子を媒体に分散した分散液に他の粒子の乾燥粉を混合する方法、全ての粒子を分散液の状態で混合する方法等を挙げることができる。
また、研磨剤中で複数成分の砥粒は、粒子同士が結合していても結合していなくても良い。結合している場合、結合形態には特に制限が無く、共有結合、ファンデルワールス力、静電引力、双極子−双極子相互作用、疎水結合、水素結合等が挙げられる。
また、任意の粒子の分散液に、セリウム塩及びアルカリ液を混合し、該任意の粒子の分散下で水酸化セリウム粒子を析出させても良い。また、該水酸化セリウム粒子を該分散液中で加熱し、水酸化セリウム粒子の一部を酸化セリウム粒子に変換しても良い。
本発明において、砥粒の研磨剤中での分散性を向上させるために、砥粒を機械的に粉砕しても良い。粉砕方法としては、ジェットミル等による乾式粉砕や、遊星ビーズミル等による湿式粉砕が好ましい。
また、砥粒を水中に分散させる際、その分散方法に特に制限は無い。通常の攪拌機による分散処理の他に、ホモジナイザ、超音波分散機、湿式ボールミル等を用いることができる。分散方法、粒径制御方法については、例えば、分散技術大全集（株式会社情報機構、２００５年７月）に記述されている方法を用いることができる。
(砥粒の粒径)
本発明において、前記砥粒の１次粒径は、小さすぎると実用的な研磨速度が得られない傾向がある。反対に、１次粒径が大きすぎると、研磨傷の発生が顕著になる傾向がある。また、１次粒径が大きすぎると、研磨パッドが高硬度化するにつれて研磨傷の発生が特に顕著になる傾向があるため、使用できる研磨パッドの硬度が制限される。高い研磨速度と研磨傷の低減を両立する観点及び後述する研磨パッドと併用する効果を十分に得る点から、本発明における当該１次粒径は、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下にする必要があり、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下がさらに好ましい。
本発明において、前記砥粒の１次粒径は、小さすぎると実用的な研磨速度が得られない傾向がある。反対に、１次粒径が大きすぎると、研磨傷の発生が顕著になる傾向がある。また、１次粒径が大きすぎると、研磨パッドが高硬度化するにつれて研磨傷の発生が特に顕著になる傾向があるため、使用できる研磨パッドの硬度が制限される。高い研磨速度と研磨傷の低減を両立する観点及び後述する研磨パッドと併用する効果を十分に得る点から、本発明における当該１次粒径は、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下にする必要があり、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下がさらに好ましい。
本発明において、砥粒の１次粒子とは、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等により粉体状態で観察した際に認められる結晶子に相当する最小単位の粒子をいう。例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を撮り、１次粒子を２本の平行線で挟んだとき、その間隔が最小の部分の値を短径、最大の部分の値を長径とし、その短径と長径との平均を結晶子の粒径とする。そしてランダムに選択した１００個の結晶子の粒径を測定し、その算術平均を本発明では１次粒径とする。
なお、セリウム化合物を焼成して得られる酸化セリウム粒子は、その焼成条件によって、結晶粒界に囲まれた複数の結晶子からなる多結晶体を形成することがある。多結晶体は、複数の一次粒子が単に凝集した凝集体とは異なる。この場合、前記１次粒子とは、多結晶体一つではなく、結晶粒界に囲まれた結晶子一つを指す。
砥粒の１次粒子の比表面積は５０ｍ２／ｇ以上であるのが好ましい。また、５００ｍ２／ｇ以下が好ましい。より好ましくは８０〜５００ｍ２／ｇ、更に好ましくは１００〜３５０ｍ２／ｇであり、特に好ましくは１５０〜２５０ｍ２／ｇである。比表面積は、窒素吸着によるＢＥＴ法（例えばカンタクローム社製の、製品名オートソーブや製品名オートスクラブ−１）で測定できる。ここで、測定試料は１５０℃で前処理を行う。砥粒は被研磨膜と化学的作用を及ぼす必要があるため、比表面積が５０ｍ２／ｇ以上であれば被研磨膜との接触面積が充分であり、高い研磨速度が得られる傾向がある。
砥粒の密度は、３ｇ／ｃｍ３以上６ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、４ｇ／ｃｍ３以上５ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。密度が３ｇ／ｃｍ３以上であれば、砥粒の被研磨膜への作用が低下しないので十分な研磨速度を得られる。密度が６ｇ／ｃｍ３以下であれば、研磨傷の発生を抑えられる。
本発明において、砥粒の研磨剤中での２次粒径（研磨剤中での凝集体粒径）は、小さすぎると研磨剤中で砥粒が凝集しやすくなる傾向がある。反対に、２次粒径が大きすぎると、研磨剤中で砥粒が沈降しやすくなる傾向や、被研磨膜との接触面積が小さくなり、研磨速度が低下する傾向がある。研磨剤の安定性を確保する観点から、本発明における当該２次粒径は、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下がさらに好ましい。
本発明において、砥粒の研磨剤中での２次粒径とは、動的光散乱法を用い、キュムラント解析で得られるＺ−ａｖｅｒａｇｅ Ｓｉｚｅとして得られる平均粒径をいう。２次粒径の測定には、例えば、マルバーン・インスツルメンツ社の製品名Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ Ｓを使用でき、動的光散乱測定において多重散乱が起こらない程度に研磨剤を水で希釈して測定することができる。具体的には、例えば、研磨剤を砥粒濃度が０．２質量％となるように水で希釈し、分散媒の屈折率を１．３３、粘度を０．８８７とし、２５℃において測定を行い、Ｚ−ａｖｅｒａｇｅ Ｓｉｚｅとして表示される値を読み取る。
（砥粒のゼータ電位）
本発明において、砥粒の研磨剤中でのゼータ電位は、正電位であることが好ましい。これにより、静電荷を帯びた砥粒と負電荷を帯びた被研磨膜との間に静電引力が働き、小粒径の砥粒でも高い研磨速度が実現できる。また、砥粒の研磨剤中の分散性を高めるためには、該ゼータ電位の絶対値が大きいことが望ましい。これらの観点から、砥粒の研磨剤中でのゼータ電位は、０ｍＶより大きいことが好ましく、＋１０ｍＶ以上がより好ましく、＋１５ｍＶ以上がさらに好ましく、＋２０ｍＶ以上が極めて好ましい。
本発明において、砥粒の研磨剤中でのゼータ電位は、正電位であることが好ましい。これにより、静電荷を帯びた砥粒と負電荷を帯びた被研磨膜との間に静電引力が働き、小粒径の砥粒でも高い研磨速度が実現できる。また、砥粒の研磨剤中の分散性を高めるためには、該ゼータ電位の絶対値が大きいことが望ましい。これらの観点から、砥粒の研磨剤中でのゼータ電位は、０ｍＶより大きいことが好ましく、＋１０ｍＶ以上がより好ましく、＋１５ｍＶ以上がさらに好ましく、＋２０ｍＶ以上が極めて好ましい。
ゼータ電位の測定には、例えば、マルバーン・インスツルメンツ社の製品名Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ ３０００ ＨＳを使用でき、研磨剤をこの機器の推奨される散乱光量となるように水で希釈して測定することができる。
（砥粒の濃度）
本発明において、砥粒の研磨剤に対する濃度は、低すぎると実用的な研磨速度が得られない傾向がある。また、砥粒の濃度が高すぎても、砥粒の凝集が促進されて研磨に有効な粒子数が減少するので研磨速度が低下する傾向がある。そこで砥粒の研磨剤に対する濃度は、０．００１質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、０．０１質量％以上５質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上２質量％以下がさらに好ましい。
本発明において、砥粒の研磨剤に対する濃度は、低すぎると実用的な研磨速度が得られない傾向がある。また、砥粒の濃度が高すぎても、砥粒の凝集が促進されて研磨に有効な粒子数が減少するので研磨速度が低下する傾向がある。そこで砥粒の研磨剤に対する濃度は、０．００１質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、０．０１質量％以上５質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上２質量％以下がさらに好ましい。
［媒体］
本発明において、研磨剤は媒体として少なくとも水を含むが、必要に応じて水以外の媒体を含むことができる。当該媒体としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の炭化水素類の他、エーテル類、ケトン類、エステル類等が挙げられる。このような水以外の媒体を必要に応じて含ませることで、被研磨膜の研磨速度を調整することができる。
本発明において、研磨剤は媒体として少なくとも水を含むが、必要に応じて水以外の媒体を含むことができる。当該媒体としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の炭化水素類の他、エーテル類、ケトン類、エステル類等が挙げられる。このような水以外の媒体を必要に応じて含ませることで、被研磨膜の研磨速度を調整することができる。
［添加剤］
本発明において、研磨剤は添加剤を含んでいても良い。ここで添加剤とは、砥粒及び水以外に含まれる物質を指す。添加剤を加えることで、被研磨膜の研磨速度、研磨選択性、平坦性を調整することができる。また、研磨剤の分散性や保存安定性等を調整することもできる。なお、研磨剤のｐＨを調整するための酸成分やアルカリ成分も添加剤と見なすことができる。
本発明において、研磨剤は添加剤を含んでいても良い。ここで添加剤とは、砥粒及び水以外に含まれる物質を指す。添加剤を加えることで、被研磨膜の研磨速度、研磨選択性、平坦性を調整することができる。また、研磨剤の分散性や保存安定性等を調整することもできる。なお、研磨剤のｐＨを調整するための酸成分やアルカリ成分も添加剤と見なすことができる。
本発明に用いる添加剤は、水溶性であることが好ましい。また、添加剤は単量体であっても重合体であっても良く、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用しても良い。被研磨膜の研磨後の平坦性を改善するためには、添加剤の１成分として水溶性重合体が含まれることが特に好ましい。
（水溶性重合体の分子量）
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体の分子量が低すぎると、被研磨膜の研磨後の平坦性を改善する効果が低下する傾向がある。また、水溶性重合体の分子量が高すぎると、被研磨膜の研磨速度が低下する傾向がある。そこで当該水溶性高分子の分子量は、５００以上１，０００，０００以下が好ましく、１，０００以上５００，０００以下がより好ましく、５，０００以上１００，０００以下がさらに好ましい。
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体の分子量が低すぎると、被研磨膜の研磨後の平坦性を改善する効果が低下する傾向がある。また、水溶性重合体の分子量が高すぎると、被研磨膜の研磨速度が低下する傾向がある。そこで当該水溶性高分子の分子量は、５００以上１，０００，０００以下が好ましく、１，０００以上５００，０００以下がより好ましく、５，０００以上１００，０００以下がさらに好ましい。
前記水溶性重合体の分子量は、静的光散乱法によって測定することができ、例えば、マルバーン・インスツルメンツ社の製品名Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ ｎａｎｏを使用して、濃度の異なる試料の散乱光量を測定し、Ｄｅｂｙｅプロットを作製して求めることができる。Ｄｅｂｙｅプロットに用いる屈折率の濃度増分（ｄｎ／ｄＣ）は、例えば、大塚電子株式会社の示差屈折計（製品名ＤＲＭ−３０００）を用いて測定することができる。いずれの測定においても、水を溶媒として２５℃で測定する。
（水溶性重合体の濃度）
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体の研磨剤に対する濃度が低すぎると、被研磨膜の研磨後の平坦性を改善する効果が低下する傾向がある。また、水溶性重合体の濃度が高すぎると、被研磨膜の研磨速度が低下する傾向がある。そこで当該水溶性高分子の研磨剤に対する濃度は、０．００１質量％以上２０質量％以下が好ましく、０．００５質量％以上１０質量％以下がより好ましく、０．０１質量％以上５質量％以下がさらに好ましい。
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体の研磨剤に対する濃度が低すぎると、被研磨膜の研磨後の平坦性を改善する効果が低下する傾向がある。また、水溶性重合体の濃度が高すぎると、被研磨膜の研磨速度が低下する傾向がある。そこで当該水溶性高分子の研磨剤に対する濃度は、０．００１質量％以上２０質量％以下が好ましく、０．００５質量％以上１０質量％以下がより好ましく、０．０１質量％以上５質量％以下がさらに好ましい。
（水溶性重合体の成分）
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体がアニオン性重合体、ノニオン性重合体、カチオン性重合体のいずれでも良い。砥粒の研磨剤中でのゼータ電位が正電位である場合は、砥粒の分散性を妨げない観点からノニオン性重合体又はカチオン性重合体であることが好ましい。
例えば、前記ノニオン性重合体としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルが挙げられる。具体的には、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等が挙げられる。
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体がアニオン性重合体、ノニオン性重合体、カチオン性重合体のいずれでも良い。砥粒の研磨剤中でのゼータ電位が正電位である場合は、砥粒の分散性を妨げない観点からノニオン性重合体又はカチオン性重合体であることが好ましい。
例えば、前記ノニオン性重合体としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルが挙げられる。具体的には、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等が挙げられる。
本発明の添加剤として、水溶性重合体を用いる場合は、当該水溶性重合体の分子構造に、極性が比較的高い官能基又は結合を持つことが好ましい。これにより、被研磨膜又は砥粒への水溶性重合体の吸着性が高まり、被研磨膜の研磨後の平坦性を改善することができる。
具体的には、当該水溶性重合体がヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、Ｎ−オキシド基、カルボニル基、エーテル結合及びアミド結合からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上の官能基又は結合を持つことが好ましい。
具体的には、当該水溶性重合体がヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、Ｎ−オキシド基、カルボニル基、エーテル結合及びアミド結合からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上の官能基又は結合を持つことが好ましい。
より具体的には、当該水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、及び下記（I）〜（V）の群から選ばれる少なくとも１種類の単量体成分を含む重合体からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上であることがより好ましい。
（一般式（I）〜(V)中、Ｒ１〜Ｒ３はそれぞれ独立に、水素又は１価の有機基を表し、ｘは０以上の整数である。ただし、ｘ＝０の場合、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝Ｈは含まない。）
前記式（I）〜(V)から二種以上用いる場合、式（I）〜(V)の五種類のＲ１は、全て同じ基でもよいし、一部又は全部が異なっていてもよい。Ｒ２、Ｒ３、ｘでも同様である。
前記一般式（Ｉ）〜（V）において、ｘは０以上の整数であり特に制限はないが、研磨速度の観点から０〜１００であることが好ましく、０〜１０がより好ましく、０又は１が最も好ましい。
前記一般式（Ｉ）〜（V）において、ｘは０以上の整数であり特に制限はないが、研磨速度の観点から０〜１００であることが好ましく、０〜１０がより好ましく、０又は１が最も好ましい。
前記一般式（I）〜（V）において、Ｒ１〜Ｒ３で表される水素又は１価の有機基としては、特に制限はないが、具体的には、例えば、水素、炭素数１〜６のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、シアノ基等を挙げることができ、それらの基が置換基を有していても良い。中でも、入手性や水への溶解性の観点から、水素又は炭素数１〜６のアルキル基が好ましく、水素又はメチル基がより好ましい。
前記（I）〜（V）の群から選ばれる少なくとも１種類の単量体成分を含む重合体は、種々の当業者公知の合成法により製造できる。例えば、ラジカル重合法等が利用できる。また、前記（I）〜（V）の群から選ばれる２種類以上の単量体成分からなる共重合体でもよい。さらに、（I）〜（V）以外の単量体成分との共重合体を利用することもできる。
さらに具体的には、当該水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）、ポリ（アクロイルモルホリン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の群から選ばれる１つ又は２つ以上であることがさらに好ましい。これらは、研磨ストッパ膜として用いられる、窒化シリコン膜やポリシリコン膜の研磨速度を抑制し、研磨終点の制御性を向上させる効果、平坦性向上の効果がある。
（水溶性単量体）
本発明の添加剤として用いることができる水溶性単量体としては、例えば、カルボン酸、アミノ酸、両性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤等を挙げることができる。
本発明の添加剤として用いることができる水溶性単量体としては、例えば、カルボン酸、アミノ酸、両性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤等を挙げることができる。
前記カルボン酸としては、水への溶解性を有していれば特に限定されないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、クエン酸、安息香酸、吉草酸、カプロン酸、乳酸が挙げられる。
前記アミノ酸としては、例えば、アルギニン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、ヒスチジン、プロリン、チロシン、トリプトファン、セリン、トレオニン、グリシン、アラニン、β−アラニン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、イソロイシンが挙げられる。
前記両性界面活性剤は、分散性を向上させ、研磨速度を向上させる効果があり、例えば、ベタイン、β−アラニンベタイン、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、ラウリン酸アミドプロピルベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン等が挙げられる。
前記陰イオン性界面活性剤は研磨特性の平坦性や面内均一性を調整する効果があり、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、特殊ポリカルボン酸型分散剤等が挙げられる。
前記非イオン性界面活性剤は、研磨特性の平坦性や面内均一性を調整する他、発泡を制御して取扱い性や洗浄性を向上させる効果があり、例えば、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。
前記陽イオン性界面活性剤は、研磨特性の平坦性や面内均一性を調整する効果があり、例えば、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。
これらの水溶性単量体のうち、分散性、研磨速度に優れる点で、カルボン酸、アミノ酸、両性界面活性剤が好ましい。さらに、研磨剤の安定性に優れる点で、両性界面活性剤がより好ましく、ベタイン、β−アラニンベタイン、ラウリン酸アミドプロピルベタインがさらに好ましい。
［ｐＨ］
本発明において、研磨剤のｐＨが低すぎたり高すぎたりすると、被研磨膜の研磨速度が低下したり、粒子の凝集が促進されたりする傾向がある。このため、研磨剤のｐＨは、２．０以上、１０．０以下の範囲にあることが好ましく、３．５以上８．５以下であることがより好ましく、４．０以上７．０以下であることがさらに好ましい。
本発明において、研磨剤のｐＨが低すぎたり高すぎたりすると、被研磨膜の研磨速度が低下したり、粒子の凝集が促進されたりする傾向がある。このため、研磨剤のｐＨは、２．０以上、１０．０以下の範囲にあることが好ましく、３．５以上８．５以下であることがより好ましく、４．０以上７．０以下であることがさらに好ましい。
前記ｐＨは公知のｐＨ調整剤によって調整することができる。ｐＨ調整剤としては、特に限定されないが、主としてｐＨの調整に寄与することができ、研磨特性に悪い影響を与えないものが好ましい。そのような観点から、ｐＨ調製剤としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸等の酸や、アンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、イミダゾール等のアルカリ成分を挙げることができる。また、ｐＨを安定化させるため、緩衝液を添加してもよい。このような緩衝液としては、例えば、酢酸塩緩衝液、フタル酸塩緩衝液等を挙げることができる。
研磨剤のｐＨは、一般的なガラス電極を用いたｐＨメータによって測定できる。具体的には、例えば、横河電機株式会社の製品名Ｍｏｄｅｌ ＰＨ８１を使用することができる。フタル酸塩ｐＨ緩衝液（ｐＨ４．０１）と中性リン酸塩ｐＨ緩衝液（ｐＨ６．８６）を標準緩衝液として用い、ｐＨメータを２点校正した後、ｐＨメータの電極を研磨剤に入れて、２分以上経過して安定した後の値を測定することで得られる。このとき、標準緩衝液と研磨剤の液温は、例えば、共に２５℃とすることができる。
［研磨剤の保存方法］
本発明において、研磨剤の保存方法に特に制限は無い。砥粒、水、及び必要に応じて添加剤を含む１液式研磨剤として保存しても良い。また例えば、少なくとも砥粒を含むスラリ（以下、単にスラリ）と、少なくとも添加剤を含む添加液とに分割して、２液式研磨剤として保存しても良い。また、いずれの場合においても、水の含有量を減じた濃縮研磨剤、濃縮スラリ、又は濃縮添加液として保存し、研磨時に水で希釈して用いても良い。
本発明において、研磨剤の保存方法に特に制限は無い。砥粒、水、及び必要に応じて添加剤を含む１液式研磨剤として保存しても良い。また例えば、少なくとも砥粒を含むスラリ（以下、単にスラリ）と、少なくとも添加剤を含む添加液とに分割して、２液式研磨剤として保存しても良い。また、いずれの場合においても、水の含有量を減じた濃縮研磨剤、濃縮スラリ、又は濃縮添加液として保存し、研磨時に水で希釈して用いても良い。
前記スラリ、濃縮研磨剤、及び濃縮スラリの砥粒のゼータ電位は正電位であることが好ましい。これにより、前記スラリ、濃縮研磨剤、及び濃縮スラリを水で希釈したり添加液と混合したりして研磨剤を調製する際に、研磨剤の砥粒のゼータ電位を正電位に調整するのが容易になる。
＜研磨方法＞
本発明における基板の研磨方法は、表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であり、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えることを特徴としている。具体的には、例えば、被研磨膜が表面に形成された基板を研磨パッドに押し当てて加圧し、基板と研磨パッドとの間に研磨剤を供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に動かして被研磨膜を研磨する方法を挙げることができる。
本発明における基板の研磨方法は、表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であり、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えることを特徴としている。具体的には、例えば、被研磨膜が表面に形成された基板を研磨パッドに押し当てて加圧し、基板と研磨パッドとの間に研磨剤を供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に動かして被研磨膜を研磨する方法を挙げることができる。
［研磨装置］
本発明において、使用することができる研磨装置には特に制限は無い。図１は、基板１を保持可能な基板ホルダー２と、研磨パッド３を貼り付け可能な研磨定盤４と、研磨剤５の供給機構６とを有する一般的な研磨装置である。基板ホルダー２には、基板を研磨パッドに押し当てて加圧する加圧機構（図示せず）が備えられている。また、基板ホルダー２と研磨定盤には、それぞれに回転数が変更可能なモータ等が備えられおり、基板と研磨パッドを相対的に動かすことができる。また、研磨剤の供給機構６には、研磨剤の流量を制御する機構が備えられており、適当な量の研磨剤を基板と研磨パッドの間に供給することができる。一般的には、図１に示すように、研磨剤５を研磨パッド３の上に滴下する方法が用いられる。具体的な研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所の製品名ＥＰＯ−１１１、ＥＰＯ−２２２、ＦＲＥＸ−２００、ＦＲＥＸ−３００、アプライド・マテリアルズ社の製品名ＭＩＲＲＡ、Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ、株式会社東京精密の製品名ＣｈａＭＰシリーズ等が挙げられる。
本発明において、使用することができる研磨装置には特に制限は無い。図１は、基板１を保持可能な基板ホルダー２と、研磨パッド３を貼り付け可能な研磨定盤４と、研磨剤５の供給機構６とを有する一般的な研磨装置である。基板ホルダー２には、基板を研磨パッドに押し当てて加圧する加圧機構（図示せず）が備えられている。また、基板ホルダー２と研磨定盤には、それぞれに回転数が変更可能なモータ等が備えられおり、基板と研磨パッドを相対的に動かすことができる。また、研磨剤の供給機構６には、研磨剤の流量を制御する機構が備えられており、適当な量の研磨剤を基板と研磨パッドの間に供給することができる。一般的には、図１に示すように、研磨剤５を研磨パッド３の上に滴下する方法が用いられる。具体的な研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所の製品名ＥＰＯ−１１１、ＥＰＯ−２２２、ＦＲＥＸ−２００、ＦＲＥＸ−３００、アプライド・マテリアルズ社の製品名ＭＩＲＲＡ、Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ、株式会社東京精密の製品名ＣｈａＭＰシリーズ等が挙げられる。
本発明において、研磨条件の設定に特に制限は無いが、基板が基板ホルダーから外れないように、定盤の回転速度は２００ｒｐｍ以下が好ましく、基板にかける圧力（研磨圧力）は１００ｋＰａ以下が好ましい。また、研磨パッド上への研磨剤供給量に特に制限は無いが、研磨中は研磨パッドの表面が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。
本発明において、研磨剤の供給方法に特に制限は無い。砥粒、水、及び必要に応じて添加剤を含む１液式研磨剤を用いて研磨する場合、研磨剤の供給方法としては、例えば、研磨剤を直接送液して供給する方法、濃縮研磨剤と水を別々の配管で送液し、これらを合流、混合させて供給する方法、あらかじめ濃縮研磨剤、水を混合しておき、これを供給する方法等を用いることができる。
砥粒と添加液とを分けた２液式研磨剤の場合、これら２液の配合を任意に変えることにより、研磨特性を調整することができる。２液式研磨剤を用いて研磨する場合、研磨剤の供給方法としては、例えば、スラリと添加液とを別々の配管で送液し、これらの配管を合流、混合させて供給する方法を用いることができる。また、濃縮スラリ、濃縮添加液、水を別々の配管で送液し、これらを合流、混合させて供給する方法も用いることができる。また、あらかじめスラリと添加液を混合しておいたものを供給する方法も用いることができる。さらには、あらかじめ濃縮スラリ、濃縮添加液、水を混合しておいたものを供給する方法も用いることができる。
［研磨パッド］
本発明における研磨パッドは、そのショアＤ硬度が７０以上であることを特徴としている。本発明において、研磨パッドのショアＤ硬度は、低すぎると実用的な研磨速度が得られない、被研磨膜の研磨後の平坦性が不足する等の傾向がある。そこで研磨パッドのショアＤ硬度は、７０以上にする必要があり、７５以上がより好ましく、８０以上がさらに好ましい。
本発明における研磨パッドは、そのショアＤ硬度が７０以上であることを特徴としている。本発明において、研磨パッドのショアＤ硬度は、低すぎると実用的な研磨速度が得られない、被研磨膜の研磨後の平坦性が不足する等の傾向がある。そこで研磨パッドのショアＤ硬度は、７０以上にする必要があり、７５以上がより好ましく、８０以上がさらに好ましい。
本発明において、研磨パッドのショアＤ硬度とは、前記基板の被研磨膜と直接的に接触する部材（以下、メインパッドという。）のショアＤ硬度のことであり、日本工業規格のＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して測定した数値として定義される。ショアＤ硬度の測定には、例えば、高分子計器株式会社の製品名アスカーゴム硬度計Ｄ型を用いることができる。ショアＤ硬度の測定値には、一般的に±１程度の測定誤差が生じるため、同一の測定を５回行った平均値とする。また、ショアＤ硬度の上限は、その定義から１００となる。
本発明において、使用できる研磨パッドのメインパッドには特に制限が無く、一般的な非発泡樹脂、発泡樹脂、多孔質樹脂、不織布等が使用できる。具体的材質としては、ポリウレタン、アクリル、ポリエステル、アクリル−エステル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ４−メチルペンテン、セルロース、セルロースエステル、ナイロン及びアラミド等のポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリシロキサン共重合体、オキシラン化合物、フェノール樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂などの樹脂が使用できる。材料コストが低いという観点からは、ポリウレタン樹脂を用いることが好ましい。また、製造コストが低い、耐用寿命が長い（磨耗が少ない）という観点からは非発泡ポリウレタンを用いることが特に好ましい。
本発明において、研磨パッドのメインパッドには、研磨剤が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。これにより、研磨パッドの上に研磨剤が均一かつ効率的に滞留して、研磨の基板面内均一性が向上したり、研磨速度が向上したりする。
本発明において、使用できる研磨パッドは、実質的にメインパッドのみから構成される単層パッドであっても、メインパッドの下層にサブパッドを備えた２層パッドであっても良い。特に、サブパッドの硬度をメインパッドの硬度よりも低くすることで、研磨の基板面内均一性が向上する。
［コンディショニング］
研磨パッドの表面は、基板毎の研磨特性のばらつきを抑えるために、研磨の回数を増しても常に同一の状態であることが好ましい。このため、任意の頻度で研磨パッドの表面をコンディショナー（ドレッサーともいう）で荒らしたり、清浄化したりすることができる（コンディショニング）。図１においては研磨中にコンディショナー７を用いてコンディショニングを実施しているが、コンディショニングは、各基板の研磨前、又は研磨後に実施することもできる。また、製造元から提供される研磨パッドの初期の表面は一般的に平滑であるため、研磨パッドを研磨で使用する前に所望の表面粗さが得られるまでコンディショニングをしても良い（パッド・ブレークイン）。
研磨パッドの表面は、基板毎の研磨特性のばらつきを抑えるために、研磨の回数を増しても常に同一の状態であることが好ましい。このため、任意の頻度で研磨パッドの表面をコンディショナー（ドレッサーともいう）で荒らしたり、清浄化したりすることができる（コンディショニング）。図１においては研磨中にコンディショナー７を用いてコンディショニングを実施しているが、コンディショニングは、各基板の研磨前、又は研磨後に実施することもできる。また、製造元から提供される研磨パッドの初期の表面は一般的に平滑であるため、研磨パッドを研磨で使用する前に所望の表面粗さが得られるまでコンディショニングをしても良い（パッド・ブレークイン）。
前記コンディショナーとしては、一般的にダイヤモンド砥粒が台座に埋めこまれたダイヤモンド砥粒コンディショナーが用いられる。ダイヤモンド砥粒コンディショナーのダイヤモンド砥粒サイズは、一般的に小さくて４００メッシュ、大きくて４０メッシュである。さらに一般的には、小さくても１００メッシュ程度のダイヤモンド砥粒が使われている。また、ダイヤモンド砥粒の形状には、イレギュラー形状、ブロッキー形状、これらの中間形状等がある。
一般に、ダイヤモンド砥粒のサイズが大きいほど、又はダイヤモンド砥粒の形状がイレギュラー形状に近いほど、コンディショニングによる研磨パッドの磨耗が大きく、研磨パッドの耐用寿命が減少する。また、一般に、研磨パッドの硬度が高いほど、コンディショニングによる研磨パッドの磨耗が大きい。そこで本発明のように、ショアＤ硬度が７０以上であるような高硬度の研磨パッドを用いる際は、１００メッシュ砥粒よりも小さいサイズのダイヤモンド砥粒コンディショナーを用いることが好ましい。また、ダイヤモンド砥粒の形状がブロッキー形状に近いダイヤモンド砥粒コンディショナーを用いることがさらに好ましい。
同様に、研磨パッドの磨耗を抑えるために、コンディショニングの頻度を少なくしたり、時間を短くしたりすることができる。本発明のように、ショアＤ硬度が７０以上であるような高硬度の研磨パッドを用いる際は、コンディショニングの頻度を、基板を５枚以上研磨する毎にすることが好ましく、２５枚以上にすることがより好ましく、５０枚以上にすることがさらに好ましい。また、研磨パッドの表面を清浄化するために、ダイヤモンド砥粒コンディショナーに代えて高圧水リンスを用いることで、研磨パッドの磨耗をさらに抑えることができる。
［基板の洗浄］
本発明において、研磨終了後の基板は、洗浄して基板に付着した粒子を除去することが好ましい。洗浄には純水以外に希フッ酸やアンモニア水を併用しても良いし、洗浄効率を高めるためにブラシを併用しても良い。また、洗浄後はスピンドライヤ等を用いて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。
本発明において、研磨終了後の基板は、洗浄して基板に付着した粒子を除去することが好ましい。洗浄には純水以外に希フッ酸やアンモニア水を併用しても良いし、洗浄効率を高めるためにブラシを併用しても良い。また、洗浄後はスピンドライヤ等を用いて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。
また、前記以外の基板の洗浄方法として、本発明の基板の研磨方法で研磨をした後、低硬度のバフ研磨用パッドと適切な洗浄液を用いて基板を洗浄する方法もある。この場合、バフ研磨用パッドのショアＤ硬度としては５５以下が好ましく、洗浄液としては純水以外に希フッ酸やアンモニア水を併用しても良い。
＜研磨対象＞
本発明において、研磨対象となるのは、基板の上に形成された被研磨膜である。被研磨膜とは、研磨の前又は最中に露出し、研磨パッドと接触しうる膜として定義される。また、基板自体が研磨の最中に露出して研磨パッドと接触しうる場合は、その基板を広義の被研磨膜と見なすことができる。
本発明において、研磨対象となるのは、基板の上に形成された被研磨膜である。被研磨膜とは、研磨の前又は最中に露出し、研磨パッドと接触しうる膜として定義される。また、基板自体が研磨の最中に露出して研磨パッドと接触しうる場合は、その基板を広義の被研磨膜と見なすことができる。
［被研磨膜］
本発明において、被研磨膜は単一の膜であっても良く、複数の膜であっても良い。なお、研磨停止膜も被研磨膜と見なすことができる。
本発明において、被研磨膜は単一の膜であっても良く、複数の膜であっても良い。なお、研磨停止膜も被研磨膜と見なすことができる。
本発明において、被研磨膜の材質には特に制限がなく、絶縁膜、半導体、金属を研磨することができる。本発明において、研磨剤中の砥粒の少なくとも１成分は４価の酸化セリウム粒子又は４価の水酸化セリウム粒子であるため、高い研磨速度が得られるという観点からは、被研磨膜の少なくとも一部がシリコン系化合物であることが好ましい。
前記シリコン系化合物の被研磨膜としては、例えば、結晶シリコン、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、シリコンゲルマニウム膜、金属シリサイド膜、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、炭窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、炭酸化シリコン膜、水素基を導入した酸化シリコン膜、メチル基を導入した酸化シリコン膜、ホウ素ドープ酸化シリコン膜、リンドープ酸化シリコン膜等が挙げられる。このうち、高い研磨速度が得られるという観点からは、被研磨膜の少なくとも一部が、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、炭酸化シリコン膜、水素基を導入した酸化シリコン膜、メチル基を導入した酸化シリコン膜、ホウ素ドープ酸化シリコン膜、リンドープ酸化シリコン膜等の酸化シリコン系絶縁膜であることが特に好ましい。
シリコン系化合物以外の被研磨膜としては、例えば、ハフニウム系、チタン系、タンタル系酸化物等の高誘電率膜、銅、アルミニウム、タンタル、チタン、タングステン、コバルト等の金属膜、ゲルマニウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ガリウム砒素、有機半導体等の半導体膜、ゲルマニウム・アンチモン・テルル等の相変化膜、酸化インジウムスズ等の無機導電膜、ポリイミド系、ポリベンゾオキサゾール系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のポリマ樹脂膜などが挙げられる。
本発明において、被研磨膜の製膜方法には特に制限が無く、熱反応やプラズマ反応による化学気相成長（ＣＶＤ）法、物理気相成長（ＰＶＤ）法、塗布法、熱酸化法、メッキ法等を用いることができる。
前記酸化シリコン系絶縁膜の製膜方法としては、例えば、モノシランと酸素を熱反応させる熱ＣＶＤ法、テトラエトキシシランとオゾンを熱反応させる準常圧ＣＶＤ法、モノシランと二酸化窒素（又はテトラエトキシシランと酸素）をプラズマ反応させるプラズマＣＶＤ法、ポリシラザンやシロキサン等を含む液体原料を基板上に塗布する塗布法などが挙げられる。以上のような方法で得られた酸化シリコン系絶縁膜には、窒素、炭素、水素、ホウ素、リン等、シリコンと酸素以外の元素が含まれていても良い。これにより、膜質や下地の凹凸に対する埋め込み性等を調整することができる。また、以上のような方法で得られた酸化シリコン系絶縁膜の膜質を安定化させるために、製膜後に必要に応じて１５０℃から１１００℃程度の温度で熱処理をしても良い。
前記窒化シリコン膜の製膜方法としては、例えば、ジクロルシランとアンモニアを熱反応させる低圧ＣＶＤ法、モノシラン、アンモニア及び窒素をプラズマ反応させるプラズマＣＶＤ法等が挙げられる。以上のような方法で得られた窒化シリコン膜には、膜質を調整するために、炭素、水素等、シリコンと窒素以外の元素が含まれていても良い。
前記ポリシリコン膜の製膜方法としては、例えば、モノシランを熱反応させる低圧ＣＶＤ法、モノシランをプラズマ反応させるプラズマＣＶＤ法等が挙げられる。以上のような方法で得られた窒化シリコン膜には、膜質を調整するために、リン、ホウ素、水素等、シリコン以外の元素が含まれていても良い。
［基板］
本発明において、被研磨膜が表面に形成される基板の材質には特に制限がなく、ガラス、結晶シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ガリウム砒素、サファイヤ、プラスチック等が挙げられる。これらの基板は、必要に応じて本発明の基板の研磨方法で研磨されても良い。
本発明において、被研磨膜が表面に形成される基板の材質には特に制限がなく、ガラス、結晶シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ガリウム砒素、サファイヤ、プラスチック等が挙げられる。これらの基板は、必要に応じて本発明の基板の研磨方法で研磨されても良い。
［適用工程］
本発明の基板の研磨方法は、半導体デバイスの製造に用いられることに限定されることはなく、例えば、液晶、有機ＥＬ等の画像表示装置、フォトマスク、レンズ、プリズム、光ファイバー、単結晶シンチレータ等の光学部品、光スイッチング素子、光導波路等の光学素子、固体レーザー、青色レーザーＬＥＤ等の発光素子、磁気ディスク、磁気ヘッド等の磁気記憶装置、ＭＥＭＳ、シリコンインターポーザー等のデバイスの製造にも用いることができる。中でも、本発明の基板の研磨方法は、高い研磨速度、高平坦性、研磨傷の低減が高いレベルで要求される半導体デバイスに用いられることが特に好ましい。
本発明の基板の研磨方法は、半導体デバイスの製造に用いられることに限定されることはなく、例えば、液晶、有機ＥＬ等の画像表示装置、フォトマスク、レンズ、プリズム、光ファイバー、単結晶シンチレータ等の光学部品、光スイッチング素子、光導波路等の光学素子、固体レーザー、青色レーザーＬＥＤ等の発光素子、磁気ディスク、磁気ヘッド等の磁気記憶装置、ＭＥＭＳ、シリコンインターポーザー等のデバイスの製造にも用いることができる。中でも、本発明の基板の研磨方法は、高い研磨速度、高平坦性、研磨傷の低減が高いレベルで要求される半導体デバイスに用いられることが特に好ましい。
前記半導体デバイスの種類としては、例えば、ＭＰＵ、ＤＳＰ等のロジックＬＳＩ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ、ＮＯＲ型フラッシュメモリ、ＰＲＡＭ（相変化メモリ）、ＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）等のメモリデバイス、無線・通信用ＬＳＩ、Ａ−Ｄ変換ＬＳＩ、Ｄ−Ａ変換ＬＳＩ等のアナログＬＳＩ、ＣＭＯＳセンサー、ＣＣＤ等のイメージセンサーＬＳＩなど、さらに、これらのＬＳＩを１つのチップ上に混載した混載ＬＳＩなどが挙げられる。
本発明の基板の研磨方法は、半導体デバイスの製造工程において、被研磨膜の平坦化が必要な工程に広く適用できる。例えば、シャロー・トレンチ・アイソレーション形成用の絶縁膜の研磨工程、プリメタル絶縁膜の研磨工程、層間絶縁膜の研磨工程、メタル間絶縁膜の研磨工程、タングステンプラグの研磨工程、ポリシリコンプラグの研磨工程、ダングステンダマシン配線の研磨工程、銅ダマシン配線の研磨工程、各種シリサイド形成用の研磨工程、Ｈｉｇｈ−ｋ／ダマシンメタルゲート形成用の研磨工程、ＤＲＡＭにおける埋め込みワード線形成用の研磨工程等が挙げられる。
本発明において、被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜である場合、当該該酸化シリコン系絶縁膜の下層には、研磨停止膜が備えられていても、備えられていなくても良い。研磨停止膜が備えられている場合、酸化シリコン系絶縁膜よりも研磨速度が低いポリシリコン膜、又は窒化シリコン膜が研磨停止膜であることが好ましく、当該ポリシリコン膜、又は窒化シリコン膜が露出した時に研磨を停止することがさらに好ましい。これにより、被研磨膜である酸化シリコン系絶縁膜が過剰に研磨されることを防止でき、被研磨膜の研磨後の平坦性を向上させることができる。
また、前記研磨停止膜がポリシリコン膜である場合、研磨剤に含まれる水溶性重合体が、ヒドロキシ基を含むことが好ましく、ポリビニルアルコールであることが特に好ましい。これにより、酸化シリコン系絶縁膜のポリシリコン膜に対する研磨選択性を高くすることができ、研磨停止性を向上させることができる。
また、前記研磨停止膜が窒化シリコン膜である場合、研磨剤に含まれる水溶性重合体が、アミノ基を含むことが好ましく、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンの群から選ばれる一つ又は二つ以上であることが特に好ましい。これにより、酸化シリコン系絶縁膜の窒化シリコン膜に対する研磨選択性を高くすることができ、研磨停止性を向上させることができる。
本発明の基板の研磨方法は、１つの研磨工程で単独で用いられても良く、本発明とは異なる他の基板の研磨方法と組み合わせて用いられても良い。被研磨膜の研磨の前半を、本発明とは異なる基板の研磨方法で研磨し、後半を本発明の基板の研磨方法で研磨しても良い。これにより、前半の研磨で不足していた平坦性を後半の研磨で改善できる、前半の研磨で発生した研磨傷を後半の研磨で低減できる等の効果が期待できる。ここで、本発明とは異なる基板の研磨方法とは、例えば、本発明で開示されているものとは異なる砥粒や研磨パッドを用いた研磨方法である。
図２に、本発明の研磨方法を用いた、シャロー・トレンチ・アイソレーション形成用の絶縁膜の研磨工程の一例を示す。図２（ａ）において、シリコン基板８には表面に凹凸形状が設けられ、凸部には、窒化シリコン膜やポリシリコン膜等の研磨停止膜９が設けられている。図示しないが、シリコン基板８と研磨停止膜９の間には、一般に薄い酸化シリコン系絶縁膜がある。また、研磨停止膜９の上層には、前記凹凸形状を埋め込むようにして酸化シリコン系絶縁膜１０が設けられている。このような基板を、上述の研磨方法を用いることによって、前記研磨停止膜が露出するまで研磨を行い、図２（ｂ）に示すような、凹部に前記酸化シリコン系絶縁膜が埋設された構造を形成する。
＜研磨特性の評価＞
本発明において、被研磨膜の研磨速度、平坦性、研磨選択性、研磨傷数等の研磨特性は、以下に示される方法によって評価される。
本発明において、被研磨膜の研磨速度、平坦性、研磨選択性、研磨傷数等の研磨特性は、以下に示される方法によって評価される。
［評価基板］
本発明において、研磨特性を評価するための基板は、ブランケット基板とパターン基板に分かれる。ブランケット基板とは、平坦な基板の上面に被研磨膜を形成したものであり、被研磨膜の表面は実質的に平坦である。一方で、パターン基板とは、平坦な基板の上面に被研磨膜を形成した後に被研磨膜に凹凸形状の加工を施したもの、凹凸形状を持った基板の上面に被研磨膜を形成したもの等であり、被研磨膜の表面は凹凸形状を有する。
本発明において、研磨特性を評価するための基板は、ブランケット基板とパターン基板に分かれる。ブランケット基板とは、平坦な基板の上面に被研磨膜を形成したものであり、被研磨膜の表面は実質的に平坦である。一方で、パターン基板とは、平坦な基板の上面に被研磨膜を形成した後に被研磨膜に凹凸形状の加工を施したもの、凹凸形状を持った基板の上面に被研磨膜を形成したもの等であり、被研磨膜の表面は凹凸形状を有する。
［研磨速度］
本発明において、被研磨膜の研磨速度は単位時間あたりに研磨によって減少した被研磨膜の膜厚として定義される。被研磨膜の膜厚の測定には、例えば、ナノメトリクス社の光干渉式膜厚測定装置（製品名Ｎａｎｏｓｐｅｃ ＡＦＴ−５１００）を用いることができる。
本発明において、被研磨膜の研磨速度は単位時間あたりに研磨によって減少した被研磨膜の膜厚として定義される。被研磨膜の膜厚の測定には、例えば、ナノメトリクス社の光干渉式膜厚測定装置（製品名Ｎａｎｏｓｐｅｃ ＡＦＴ−５１００）を用いることができる。
［平坦性］
本発明において、研磨後の被研磨膜の平坦性は、パターン基板における凹凸パターンの研磨後の残段差を測定することによって評価される。研磨後の残段差が小さいほど平坦性は高く、大きいほど平坦性は低い。また、研磨後のパターン基板の平坦性は、ブランケット基板の研磨速度の圧力依存性を測定することで予測することができる。すなわち、ブランケット基板の研磨において、高圧側の研磨速度の、低圧側の研磨速度に対する比が大きいほど、研磨後のパターン基板の平坦性が高い傾向がある。
本発明において、研磨後の被研磨膜の平坦性は、パターン基板における凹凸パターンの研磨後の残段差を測定することによって評価される。研磨後の残段差が小さいほど平坦性は高く、大きいほど平坦性は低い。また、研磨後のパターン基板の平坦性は、ブランケット基板の研磨速度の圧力依存性を測定することで予測することができる。すなわち、ブランケット基板の研磨において、高圧側の研磨速度の、低圧側の研磨速度に対する比が大きいほど、研磨後のパターン基板の平坦性が高い傾向がある。
［研磨選択性］
本発明において、被研磨膜の研磨選択性は、一方の被研磨膜に対する他方の被研磨膜の研磨速度の比として定義される。例えば、被研磨膜Ａの被研磨膜Ｂに対する研磨選択性とは、被研磨膜Ａの研磨速度の被研磨膜Ｂの研磨速度に対する比である。研磨速度の比が大きいほど研磨選択性は高く、小さいほど研磨選択性は低い。
本発明において、被研磨膜の研磨選択性は、一方の被研磨膜に対する他方の被研磨膜の研磨速度の比として定義される。例えば、被研磨膜Ａの被研磨膜Ｂに対する研磨選択性とは、被研磨膜Ａの研磨速度の被研磨膜Ｂの研磨速度に対する比である。研磨速度の比が大きいほど研磨選択性は高く、小さいほど研磨選択性は低い。
［研磨傷数］
本発明において、被研磨膜の研磨傷数の測定には、走査型電子顕微鏡式欠陥検査装置を使用することが好ましい。例えば、アプライド・マテリアルズ社の製品名ＳＥＭＶｉｓｉｏｎを使用することができる。具体的には、例えば、研磨後の基板に形成された被研磨膜の表面をレーザーでスキャンして欠陥の位置とサイズを検出する。次に、前記装置に検出する欠陥の最低サイズを入力して、それ以上のサイズの欠陥を走査型電子顕微鏡で撮影する。例えば最小サイズを０．２μｍとすれば、画像上、０．２μｍの大きさの欠陥が全て撮影される。しかし、撮影された欠陥が全て研磨傷であるとは限らず、異物や研磨剤中の砥粒が残存している場合もある。撮影された欠陥についてはモニタ上で画像を見ることができるので、目視で研磨傷か異物かを確認し、研磨傷の数だけを数える。まれに、画像を目視しても研磨傷であるのか、異物であるのか判別できない欠陥が存在する場合がある。その場合は、その欠陥を異なる３方向から走査型電子顕微鏡で観察すれば、欠陥の立体情報を得ることができる。被研磨基板に対して凹状になっていれば研磨傷であり、凸状になっていれば研磨傷ではない。
本発明において、被研磨膜の研磨傷数の測定には、走査型電子顕微鏡式欠陥検査装置を使用することが好ましい。例えば、アプライド・マテリアルズ社の製品名ＳＥＭＶｉｓｉｏｎを使用することができる。具体的には、例えば、研磨後の基板に形成された被研磨膜の表面をレーザーでスキャンして欠陥の位置とサイズを検出する。次に、前記装置に検出する欠陥の最低サイズを入力して、それ以上のサイズの欠陥を走査型電子顕微鏡で撮影する。例えば最小サイズを０．２μｍとすれば、画像上、０．２μｍの大きさの欠陥が全て撮影される。しかし、撮影された欠陥が全て研磨傷であるとは限らず、異物や研磨剤中の砥粒が残存している場合もある。撮影された欠陥についてはモニタ上で画像を見ることができるので、目視で研磨傷か異物かを確認し、研磨傷の数だけを数える。まれに、画像を目視しても研磨傷であるのか、異物であるのか判別できない欠陥が存在する場合がある。その場合は、その欠陥を異なる３方向から走査型電子顕微鏡で観察すれば、欠陥の立体情報を得ることができる。被研磨基板に対して凹状になっていれば研磨傷であり、凸状になっていれば研磨傷ではない。
本発明において、被研磨膜の研磨傷数の測定に、目視、又は光学顕微鏡を用いるのは好ましくない。光学顕微鏡の平均的な倍率は約５００倍であるので、明確な研磨傷として観測される傷の大きさはせいぜい数十μｍのオーダーである。
本発明の研磨方法は、前記数十μｍの大きさの傷が無いことはもとより、走査型電子顕微鏡を用いて観測される微小な研磨傷も低減することができ、例えば、０．２μｍ以上の傷の数を低減することができる。０．２μｍ以上の研磨傷数としては、直径２００ｍｍの円形基板１枚あたり１０個以下とすることが好ましく、５個以下とすることがより好ましく、０個にすることがさらに好ましい。前記走査型電子顕微鏡の検出限界は数十ｎｍであるが、測定精度及び特性の観点から、０．２μｍ以上の研磨傷を検出すれば充分であると言える。
[研磨剤の調製]
（研磨剤Ａ）
ビーカー中で、４３０ｇのＣｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６を７３００ｇの純水に溶解し、この溶液に２４０ｇの２５質量％のアンモニア水溶液を混合・攪拌することにより、１６０ｇの水酸化セリウム粒子Ａの懸濁液を得た。得られた懸濁液の固体成分を遠心分離（４０００ｒｐｍ、５分間）によって分離し、余分な液体を除去し、新たに純水を加えて、再び同じ条件で遠心分離を行った。このような操作を５回繰り返して、水酸化セリウム粒子Ａを洗浄した。洗浄された水酸化セリウム粒子Ａに適当な量の純水を加えて、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａが含まれる懸濁液Ａを得た。
（研磨剤Ａ）
ビーカー中で、４３０ｇのＣｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６を７３００ｇの純水に溶解し、この溶液に２４０ｇの２５質量％のアンモニア水溶液を混合・攪拌することにより、１６０ｇの水酸化セリウム粒子Ａの懸濁液を得た。得られた懸濁液の固体成分を遠心分離（４０００ｒｐｍ、５分間）によって分離し、余分な液体を除去し、新たに純水を加えて、再び同じ条件で遠心分離を行った。このような操作を５回繰り返して、水酸化セリウム粒子Ａを洗浄した。洗浄された水酸化セリウム粒子Ａに適当な量の純水を加えて、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａが含まれる懸濁液Ａを得た。
続いて、懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａが含まれる濃縮研磨剤Ａを得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａを純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａが含まれる研磨剤Ａを得た。研磨剤Ａに含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は８５ｎｍ、ゼータ電位は＋４８ｍＶ、研磨剤ＡのｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ｂ）
市販の酸化セリウム粒子であるシーアイ化成株式会社の製品名Ｎａｎｏｔｅｋセリアを用意し、酸化セリウム粒子Ｂとした。酸化セリウム粒子Ｂに適当な量の純水を加えて、５質量％の酸化セリウム粒子Ｂが含まれる懸濁液Ｂを用意した。
市販の酸化セリウム粒子であるシーアイ化成株式会社の製品名Ｎａｎｏｔｅｋセリアを用意し、酸化セリウム粒子Ｂとした。酸化セリウム粒子Ｂに適当な量の純水を加えて、５質量％の酸化セリウム粒子Ｂが含まれる懸濁液Ｂを用意した。
続いて、懸濁液Ｂに適当な量のアンモニアを加え、液を攪拌しながら超音波を照射して酸化セリウム粒子Ｂを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の酸化セリウム粒子Ｂが含まれる濃縮研磨剤Ｂを得た。
最後に、濃縮研磨剤Ｂを純水で１０倍に希釈して、酸化セリウム粒子Ｂが０．５質量％含まれる研磨剤Ｂを得た。研磨剤Ｂに含まれる水酸化セリウム粒子Ｂの１次粒径は１４ｎｍ、２次粒径は９３ｎｍ、ゼータ電位は＋４２ｍＶ、研磨剤ＢのｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ｃ、Ｄ）
白金製容器に、４００ｇの炭酸セリウム水和物を入れ、６７５℃から６８５℃のいずれかの温度で２時間、空気中で焼成することにより、酸化セリウム焼成粉を２００ｇ得た。次に、得られた酸化セリウム焼成粉をジェットミルで乾式粉砕し、酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤを得た。ここで酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤは、それぞれ６７５℃、及び６８５℃の焼成によって得られたものである。酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤに、それぞれ適当な量の純水を加えて、それぞれ５質量％の酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤが含まれる懸濁液Ｃ、及びＤを用意した。
白金製容器に、４００ｇの炭酸セリウム水和物を入れ、６７５℃から６８５℃のいずれかの温度で２時間、空気中で焼成することにより、酸化セリウム焼成粉を２００ｇ得た。次に、得られた酸化セリウム焼成粉をジェットミルで乾式粉砕し、酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤを得た。ここで酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤは、それぞれ６７５℃、及び６８５℃の焼成によって得られたものである。酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤに、それぞれ適当な量の純水を加えて、それぞれ５質量％の酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤが含まれる懸濁液Ｃ、及びＤを用意した。
続いて、懸濁液Ｃ、及びＤにそれぞれ適当な量の酢酸を加え、液を攪拌しながら超音波を照射して酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤを分散させた。さらに、これらの分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、それぞれ５質量％の酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤが含まれる濃縮研磨剤Ｃ、及びＤを得た。
最後に、濃縮研磨剤Ｃ、及びＤをそれぞれ純水で１０倍に希釈して、それぞれ０．５質量％の酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤが含まれる研磨剤Ｃ、及びＤを得た。研磨剤Ｃ、及びＤに含まれる水酸化セリウム粒子Ｃ、及びＤの１次粒径はそれぞれ２８ｎｍ、及び３７ｎｍ、２次粒径はそれぞれ１１８ｎｍ、及び１２９ｎｍ、ゼータ電位はそれぞれ＋３９ｍＶ、及び＋３６ｍＶ、研磨剤Ｃ、及びＤのｐＨはそれぞれ５．５、及び５．５であった。
以上の研磨剤において、研磨剤の砥粒の１次粒径は、研磨剤を十分に乾燥させて得られた粉体をＴＥＭで観察することで測定された。砥粒の２次粒径は、研磨剤を砥粒濃度が０．２質量％になるように純水で希釈した後、マルバーン・インスツルメンツ社の製品名Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ Ｓを用いて測定された。また、ゼータ電位は、研磨剤を砥粒濃度が０．０５質量％になるように純水で希釈した後、マルバーン・インスツルメンツ社の製品名Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ ３０００ ＨＳを用いて測定された。また、研磨剤のｐＨは、研磨剤を希釈せずに、横河電機株式会社の製品名Ｍｏｄｅｌ ＰＨ８１を用いて測定された。以下の実施例及び比較例では、前記と同様の方法で研磨剤の物性を測定した。
（比較用研磨剤Ｅ〜Ｇ）
白金製容器に、４００ｇの炭酸セリウム水和物を入れ、６９０℃から７３０℃のいずれかの温度で２時間、空気中で焼成することにより、酸化セリウム焼成粉を２００ｇ得た。次に、得られた酸化セリウム焼成粉をジェットミルで乾式粉砕し、酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧを得た。ここで酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧは、それぞれ６９０℃、７００℃、及び７３０℃の焼成によって得られたものである。酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧに、それぞれ適当な量の純水を加えて、それぞれ５質量％の酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧが含まれる懸濁液Ｅ、Ｆ、及びＧを用意した。
白金製容器に、４００ｇの炭酸セリウム水和物を入れ、６９０℃から７３０℃のいずれかの温度で２時間、空気中で焼成することにより、酸化セリウム焼成粉を２００ｇ得た。次に、得られた酸化セリウム焼成粉をジェットミルで乾式粉砕し、酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧを得た。ここで酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧは、それぞれ６９０℃、７００℃、及び７３０℃の焼成によって得られたものである。酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧに、それぞれ適当な量の純水を加えて、それぞれ５質量％の酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧが含まれる懸濁液Ｅ、Ｆ、及びＧを用意した。
続いて、懸濁液Ｅ、Ｆ、及びＧにそれぞれ適当な量の酢酸を加え、液を攪拌しながら超音波を照射して酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧを分散させた。さらに、これらの分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、それぞれ５質量％の酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧが含まれる濃縮研磨剤Ｅ、Ｆ、及びＧを得た。
最後に、濃縮研磨剤Ｅ、Ｆ、及びＧをそれぞれ純水で１０倍に希釈して、それぞれ０．５質量％の酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧが含まれる研磨剤Ｅ、Ｆ、及びＧを得た。研磨剤Ｅ、Ｆ、及びＧに含まれる水酸化セリウム粒子Ｅ、Ｆ、及びＧの１次粒径はそれぞれ４３ｎｍ、５２ｎｍ、及び９７ｎｍ、２次粒径はそれぞれ１４３ｎｍ、１５７ｎｍ、及び１９４ｎｍ、ゼータ電位はそれぞれ＋３４ｍＶ、＋３１ｍＶ、及び＋２８ｍＶ、研磨剤Ｅ、Ｆ、及びＧのｐＨはそれぞれ５．５、５．５、及び５．５であった。
研磨剤Ａ〜Ｄ及び研磨剤Ｅ〜Ｇの特性を表１にまとめる。
[基板の作製]
（ブランケット基板）
直径２００ｍｍのシリコン（Ｓｉ）基板上に、プラズマＣＶＤ法で膜厚１０００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を堆積し、ＳｉＯ２ブランケット基板を作製した。同様にし、直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、低圧ＣＶＤ法で膜厚３００ｎｍのポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜を堆積したＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板、低圧ＣＶＤ法で膜厚５００ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を堆積したＳｉＮブランケット基板も作製した。
（ブランケット基板）
直径２００ｍｍのシリコン（Ｓｉ）基板上に、プラズマＣＶＤ法で膜厚１０００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を堆積し、ＳｉＯ２ブランケット基板を作製した。同様にし、直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、低圧ＣＶＤ法で膜厚３００ｎｍのポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜を堆積したＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板、低圧ＣＶＤ法で膜厚５００ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を堆積したＳｉＮブランケット基板も作製した。
（ＳｉＯ２パターン基板）
直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、プラズマＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍのＳｉＯ２膜を堆積し、その上に、厚さ５００ｎｍのフォトレジスト膜を塗布した。フォトマスクを用いた周知のフォトリソグラフィー工程で、幅１００μｍ、ピッチ２００μｍのライン＆スペース状パターンをフォトレジスト膜に描画し、現像した。その後、周知のドライエッチング工程で、前記ＳｉＯ２膜とＳｉ基板を、それぞれ深さ方向に１００ｎｍずつドライエッチングし、フォトレジスト膜を酸素プラズマによるアッシング工程で除去した。このようにして、ＳｉＯ２膜とＳｉ基板からなる、幅１００μｍ、ピッチ２００μｍ、深さ２００ｎｍのライン＆スペース状の溝パターンを形成した。溝パターンの形成後、溝を埋め込むように、プラズマＣＶＤ法で厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２膜を堆積し、ＳｉＯ２パターン基板を作製した。ここで、ＳｉＯ２パターン基板の凸部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚４００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部と凸部のＳｉＯ２膜表面の段差は２００ｎｍであった。
直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、プラズマＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍのＳｉＯ２膜を堆積し、その上に、厚さ５００ｎｍのフォトレジスト膜を塗布した。フォトマスクを用いた周知のフォトリソグラフィー工程で、幅１００μｍ、ピッチ２００μｍのライン＆スペース状パターンをフォトレジスト膜に描画し、現像した。その後、周知のドライエッチング工程で、前記ＳｉＯ２膜とＳｉ基板を、それぞれ深さ方向に１００ｎｍずつドライエッチングし、フォトレジスト膜を酸素プラズマによるアッシング工程で除去した。このようにして、ＳｉＯ２膜とＳｉ基板からなる、幅１００μｍ、ピッチ２００μｍ、深さ２００ｎｍのライン＆スペース状の溝パターンを形成した。溝パターンの形成後、溝を埋め込むように、プラズマＣＶＤ法で厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２膜を堆積し、ＳｉＯ２パターン基板を作製した。ここで、ＳｉＯ２パターン基板の凸部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚４００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部と凸部のＳｉＯ２膜表面の段差は２００ｎｍであった。
（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板）
直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、ＳｉＯ２膜を堆積する代わりに、熱ＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を堆積した以外は上記ＳｉＯ２パターン基板の作製方法と同様にして、、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を作製した。ここで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板の凸部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（膜厚１００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部と凸部のＳｉＯ２膜表面の段差は２００ｎｍであった。
直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、ＳｉＯ２膜を堆積する代わりに、熱ＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を堆積した以外は上記ＳｉＯ２パターン基板の作製方法と同様にして、、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を作製した。ここで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板の凸部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（膜厚１００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部と凸部のＳｉＯ２膜表面の段差は２００ｎｍであった。
（ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板）
直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、ＳｉＯ２膜を堆積する代わりに、プラズマＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜を堆積した以外は上記ＳｉＯ２パターン基板の作製方法と同様にして、ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を作製した。ここで、ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板の凸部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／ＳｉＮ膜（膜厚１００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部と凸部のＳｉＯ２膜表面の段差は２００ｎｍであった。
直径２００ｍｍのＳｉ基板上に、ＳｉＯ２膜を堆積する代わりに、プラズマＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜を堆積した以外は上記ＳｉＯ２パターン基板の作製方法と同様にして、ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を作製した。ここで、ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板の凸部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／ＳｉＮ膜（膜厚１００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部の膜構成はＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）／Ｓｉ基板、凹部と凸部のＳｉＯ２膜表面の段差は２００ｎｍであった。
＜実施例１＞
研磨パッドとしては、ショアＤ硬度が７３、７８、８２、８７のいずれかである２層タイプ非発泡ポリウレタン研磨パッド（日本ミクロコーティング株式会社の製品名ＮＣＰシリーズ）を用いた。いずれの研磨パッドにも同心円状の溝が加工されている。以下、ショアＤ硬度が７３、７８、８２、８７のこれらの研磨パッドを、それぞれ研磨パッドＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇという。以下、実施例１では特記しない限り、上記研磨剤Ａ〜Ｄ、研磨パッドＤ〜Ｇを用いた。
研磨パッドとしては、ショアＤ硬度が７３、７８、８２、８７のいずれかである２層タイプ非発泡ポリウレタン研磨パッド（日本ミクロコーティング株式会社の製品名ＮＣＰシリーズ）を用いた。いずれの研磨パッドにも同心円状の溝が加工されている。以下、ショアＤ硬度が７３、７８、８２、８７のこれらの研磨パッドを、それぞれ研磨パッドＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇという。以下、実施例１では特記しない限り、上記研磨剤Ａ〜Ｄ、研磨パッドＤ〜Ｇを用いた。
[基板の研磨]
研磨装置（株式会社荏原製作所のＥＰＯ−１１１）の基板ホルダーに、前記作製の基板を固定した。直径６００ｍｍの研磨定盤に所望の研磨パッドを貼り付けた。研磨の前に、研磨パッドを、１００メッシュでブロッキー形状のダイヤモンド砥粒を使用したダイヤモンド砥粒コンディショナー（旭ダイヤモンド工業株式会社のＣＭＰ−Ｎ １００Ａ）で３０分間コンディショニングした。次に、研磨パッドに基板が接するように基板ホルダーを押し当て、研磨圧力を３０ｋＰａ、又は５０ｋＰａに設定した。研磨パッド上に研磨剤を２００ｍＬ／分の速度で滴下しながら、定盤と基板ホルダーとをそれぞれ５０ｒｐｍで回転させて、基板を研磨した。研磨の終了後、基板を６０秒間の０．５％フッ酸ブラシ洗浄と６０秒間の純水ブラシ洗浄で洗浄し、さらに乾燥した。なお、各基板の研磨後に２０秒間の研磨パッドのコンディショニングをしてから、次の基板を研磨するようにした。
研磨装置（株式会社荏原製作所のＥＰＯ−１１１）の基板ホルダーに、前記作製の基板を固定した。直径６００ｍｍの研磨定盤に所望の研磨パッドを貼り付けた。研磨の前に、研磨パッドを、１００メッシュでブロッキー形状のダイヤモンド砥粒を使用したダイヤモンド砥粒コンディショナー（旭ダイヤモンド工業株式会社のＣＭＰ−Ｎ １００Ａ）で３０分間コンディショニングした。次に、研磨パッドに基板が接するように基板ホルダーを押し当て、研磨圧力を３０ｋＰａ、又は５０ｋＰａに設定した。研磨パッド上に研磨剤を２００ｍＬ／分の速度で滴下しながら、定盤と基板ホルダーとをそれぞれ５０ｒｐｍで回転させて、基板を研磨した。研磨の終了後、基板を６０秒間の０．５％フッ酸ブラシ洗浄と６０秒間の純水ブラシ洗浄で洗浄し、さらに乾燥した。なお、各基板の研磨後に２０秒間の研磨パッドのコンディショニングをしてから、次の基板を研磨するようにした。
[研磨結果]
（研磨速度）
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおけるＳｉＯ２ブランケット基板のＳｉＯ２膜の研磨速度をＲＲ（ＳｉＯ２）と略記する。ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄと、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は２８７ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（研磨速度）
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおけるＳｉＯ２ブランケット基板のＳｉＯ２膜の研磨速度をＲＲ（ＳｉＯ２）と略記する。ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄと、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は２８７ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
また、砥粒の１次粒径が小さいにも係わらず、研磨剤Ａによる研磨速度は研磨剤Ｂによる研磨速度よりも速かった。これにより、砥粒として水酸化セリウム粒子を用いた方が、酸化セリウム粒子を用いるよりも研磨速度を高速化できることが示された。
ここで、研磨速度の算出に必要な膜厚の測定には、ナノメトリクス社の光干渉式膜厚測定装置（製品名Ｎａｎｏｓｐｅｃ ＡＦＴ−５１００）を用いた。以下の実施例及び比較例では、同様の方法で膜厚を測定した。
（平坦性）
研磨圧力５０ｋＰａにてＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力５０ｋＰａにおける研磨速度の、研磨圧力３０ｋＰａにおける研磨速度に対する比を、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）と略記する。ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．５以上であった。
研磨圧力５０ｋＰａにてＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力５０ｋＰａにおける研磨速度の、研磨圧力３０ｋＰａにおける研磨速度に対する比を、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）と略記する。ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．５以上であった。
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＯ２パターン基板を研磨し、凸部のＳｉＯ２膜厚が２００ｎｍになったところで研磨を停止した。研磨後の凸部のＳｉＯ２膜厚と凹部のＳｉＯ２膜厚を測定することにより、研磨後の凹凸パターンの残段差を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおける研磨後の凹凸パターンの残段差をΔと略記する。Δの結果を表４にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、Δは１５９ｎｍ以下であった。特に、ショアＤ硬度が７５以上である研磨パッドＥ〜Ｇを用いた場合は、Δは１４５ｎｍ以下であった。また特に、ショアＤ硬度が８０以上である研磨パッドＦ及びＧを用いた場合は、Δは１３４ｎｍ以下であった。また特に、ショアＤ硬度が８５以上である研磨パッドＧを用いた場合は、Δは１３０ｎｍ以下であった。
（研磨傷数）
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間研磨して研磨傷数を求めた。その結果を表５にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、研磨傷数は１０個以下であった。特に、砥粒の１次粒径が３０ｎｍ以下である研磨剤Ａ〜Ｃを用いた場合は、研磨傷数は３個以下であった。また特に、砥粒の１次粒径が２０ｎｍ以下である研磨剤Ａ及びＢを用いた場合は、研磨傷数は０個であった。
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間研磨して研磨傷数を求めた。その結果を表５にまとめる。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、研磨傷数は１０個以下であった。特に、砥粒の１次粒径が３０ｎｍ以下である研磨剤Ａ〜Ｃを用いた場合は、研磨傷数は３個以下であった。また特に、砥粒の１次粒径が２０ｎｍ以下である研磨剤Ａ及びＢを用いた場合は、研磨傷数は０個であった。
ここで、研磨傷数の測定には、アプライド・マテリアルズ社の走査型電子顕微鏡式欠陥検査装置（製品名ＳＥＭＶｉｓｉｏｎ）を用い、ＳｉＯ２ブランケット基板１枚あたりの０．２μｍ以上の大きさの研磨傷数を数えた。以下の実施例及び比較例では、同様の方法で研磨傷数を測定した。
（研磨の安定性）
研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いて、研磨圧力３０ｋＰａにて２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間ずつ、各基板研磨の後のコンディショニングなしで連続研磨した以外は同じ研磨条件で研磨して、研磨速度ＲＲ（ＳｉＯ２）及び研磨パッドの磨耗量を求めた。ＲＲ（ＳｉＯ２）の基板間の変動は±５％以内だった。
研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いて、研磨圧力３０ｋＰａにて２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を６０秒間ずつ、各基板研磨の後のコンディショニングなしで連続研磨した以外は同じ研磨条件で研磨して、研磨速度ＲＲ（ＳｉＯ２）及び研磨パッドの磨耗量を求めた。ＲＲ（ＳｉＯ２）の基板間の変動は±５％以内だった。
（研磨パッドの磨耗量）
研磨パッドの磨耗量は約４５μｍであった。
ここで研磨パッドの磨耗量の測定には、株式会社テクロックのデプスゲージ（製品名ＤＭ−２６４）を用いた。２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨する前後の研磨パッドの溝深さを測定し、その差を磨耗量とした。以下の実施例及び比較例では、同様の方法で研磨パッドの磨耗量を測定した。
研磨パッドの磨耗量は約４５μｍであった。
ここで研磨パッドの磨耗量の測定には、株式会社テクロックのデプスゲージ（製品名ＤＭ−２６４）を用いた。２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨する前後の研磨パッドの溝深さを測定し、その差を磨耗量とした。以下の実施例及び比較例では、同様の方法で研磨パッドの磨耗量を測定した。
＜比較例１＞
[基板の研磨]
研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で、同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[基板の研磨]
研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で、同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｅを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は３２５ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｅを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は３２５ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（平坦性）
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．７以上であった。
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．７以上であった。
同様に、Δの結果を表４に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで、Δは１２８ｎｍ以下であった。
（研磨傷数）
研磨傷数の結果を表５に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで研磨傷数は１３個以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の０個に比べて多かった。
研磨傷数の結果を表５に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＤ〜Ｇを用いた全ての組み合わせで研磨傷数は１３個以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の０個に比べて多かった。
＜比較例２＞
[基板の研磨]
研磨パッドとしては、ショアＤ硬度が５６、又は６６である２層タイプ非発泡ポリウレタン研磨パッド（日本ミクロコーティング株式会社の製品名ＮＣＰシリーズ）、及びショアＤ硬度が５９である２層タイプ発泡ポリウレタン研磨パッド（ローム・アンド・ハース社の製品名ＩＣ１０００）を用いた。いずれの研磨パッドにも同心円状の溝が加工されている。以下、ショアＤ硬度が５６、５９、６６のこれらの研磨パッドを、それぞれ研磨パッドＡ、Ｂ、Ｃという。研磨パッドＡ〜Ｃを用いた以外は、実施例１と同じ研磨剤Ａ〜Ｄ、研磨装置、及び研磨条件で同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[基板の研磨]
研磨パッドとしては、ショアＤ硬度が５６、又は６６である２層タイプ非発泡ポリウレタン研磨パッド（日本ミクロコーティング株式会社の製品名ＮＣＰシリーズ）、及びショアＤ硬度が５９である２層タイプ発泡ポリウレタン研磨パッド（ローム・アンド・ハース社の製品名ＩＣ１０００）を用いた。いずれの研磨パッドにも同心円状の溝が加工されている。以下、ショアＤ硬度が５６、５９、６６のこれらの研磨パッドを、それぞれ研磨パッドＡ、Ｂ、Ｃという。研磨パッドＡ〜Ｃを用いた以外は、実施例１と同じ研磨剤Ａ〜Ｄ、研磨装置、及び研磨条件で同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は２６４ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は２６４ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（平坦性）
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせでＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．４以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１．７に比べて小さかった。
Δの結果を表４に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせでΔは１６１ｎｍ以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１２９ｎｍに比べて大きかった。
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせでＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．４以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１．７に比べて小さかった。
Δの結果を表４に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせでΔは１６１ｎｍ以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１２９ｎｍに比べて大きかった。
（研磨傷数）
研磨傷数の結果を表５に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、研磨傷数は１０個以下であった。
研磨傷数の結果を表５に併記する。研磨剤Ａ〜Ｄ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、研磨傷数は１０個以下であった。
＜比較例３＞
[基板の研磨]
研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[基板の研磨]
研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は３１０ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表２に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は３１０ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（平坦性）
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．５以上であった。
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表３に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．５以上であった。
Δの結果を表４に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで、Δは１４９ｎｍ以下であった。
（研磨傷数）
研磨傷数の結果を表５に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで研磨傷数は１１個以上であり、実施例１で研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の０個に比べて多かった。
研磨傷数の結果を表５に併記する。研磨剤Ｅ〜Ｇ、及び研磨パッドＡ〜Ｃを用いた全ての組み合わせで研磨傷数は１１個以上であり、実施例１で研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の０個に比べて多かった。
＜比較例４＞
[研磨剤の調製]
（研磨剤Ｈ）
市販のコロイダルシリカ粒子の分散液である扶桑化学工業株式会社の製品名ＰＬ−１を、砥粒濃度が０．５質量％になるように純水で希釈して、研磨剤Ｈを得た。研磨剤Ｈに含まれるコロイダルシリカ粒子の１次粒径は１５ｎｍ、２次粒径は３９ｎｍ、ゼータ電位は−２９ｍＶ、研磨剤ＨのｐＨは７．１であった。
[研磨剤の調製]
（研磨剤Ｈ）
市販のコロイダルシリカ粒子の分散液である扶桑化学工業株式会社の製品名ＰＬ−１を、砥粒濃度が０．５質量％になるように純水で希釈して、研磨剤Ｈを得た。研磨剤Ｈに含まれるコロイダルシリカ粒子の１次粒径は１５ｎｍ、２次粒径は３９ｎｍ、ゼータ電位は−２９ｍＶ、研磨剤ＨのｐＨは７．１であった。
[基板の研磨]
研磨剤Ｈ、研磨パッドＧを用いた以外は実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じ基板を研磨し、研磨速度、研磨傷数を求めた。
研磨剤Ｈ、研磨パッドＧを用いた以外は実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じ基板を研磨し、研磨速度、研磨傷数を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は７ｎｍ／ｍｉｎであり、実施例１で研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の４３６ｎｍ／ｍｉｎに比べて著しく低かった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は７ｎｍ／ｍｉｎであり、実施例１で研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の４３６ｎｍ／ｍｉｎに比べて著しく低かった。
（研磨傷数）
研磨傷数は０個であった。
研磨傷数は０個であった。
＜実施例２＞
[水溶性重量体の合成]
５００ｍＬ丸底フラスコに、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（株式会社興人製）１５ｇ、純水２９５ｇを入れ、窒素気流中で７０℃に加熱した。ここに２，２´−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）塩酸塩（和光純薬工業株式会社製）２９０ｍｇと水５ｇの混合物を加え、７０℃で５時間加熱攪拌した。その後、減圧下で水を除き、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）を得た。
同様にして、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド（株式会社興人製）を用いてポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）を、アクロイルモルホリン（株式会社興人製）を用いてポリ（アクロイルモルホリン）を、２−ヒドロキシエチルアクリレート（和光純薬工業株式会社製）を用いてポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）を、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（和光純薬工業株式会社製）を用いてポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）を合成した。
[水溶性重量体の合成]
５００ｍＬ丸底フラスコに、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（株式会社興人製）１５ｇ、純水２９５ｇを入れ、窒素気流中で７０℃に加熱した。ここに２，２´−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）塩酸塩（和光純薬工業株式会社製）２９０ｍｇと水５ｇの混合物を加え、７０℃で５時間加熱攪拌した。その後、減圧下で水を除き、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）を得た。
同様にして、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド（株式会社興人製）を用いてポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）を、アクロイルモルホリン（株式会社興人製）を用いてポリ（アクロイルモルホリン）を、２−ヒドロキシエチルアクリレート（和光純薬工業株式会社製）を用いてポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）を、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（和光純薬工業株式会社製）を用いてポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）を合成した。
[研磨剤の調製]
（研磨剤Ａ１）
上記と同様に調製した懸濁液Ａを用意した。続いて、懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに２．７質量％のポリビニルアルコール（和光純薬工業株式会社製、重合度約２０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと２．７質量％のポリビニルアルコールが含まれる濃縮研磨剤Ａ１を得た。
（研磨剤Ａ１）
上記と同様に調製した懸濁液Ａを用意した。続いて、懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに２．７質量％のポリビニルアルコール（和光純薬工業株式会社製、重合度約２０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと２．７質量％のポリビニルアルコールが含まれる濃縮研磨剤Ａ１を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ１を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．２７質量％のポリビニルアルコールが含まれる研磨剤Ａ１を得た。研磨剤Ａ１に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１４３ｎｍ、ゼータ電位は＋３９ｍＶ、研磨剤Ａ１のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ２）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに８質量％のポリビニルピロリドン（株式会社日本触媒の製品名ＰＶＰ−Ｋ３０、Ｋ値２７．０〜３３．０）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと８質量％のポリビニルピロリドンが含まれる濃縮研磨剤Ａ２を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに８質量％のポリビニルピロリドン（株式会社日本触媒の製品名ＰＶＰ−Ｋ３０、Ｋ値２７．０〜３３．０）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと８質量％のポリビニルピロリドンが含まれる濃縮研磨剤Ａ２を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ２を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．８質量％のポリビニルピロリドンが含まれる研磨剤Ａ２を得た。研磨剤Ａ２に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１５５ｎｍ、ゼータ電位は＋４１ｍＶ、研磨剤Ａ２のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ３）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに６質量％のポリエチレングリコール（和光純薬工業株式会社製、分子量約２０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと６質量％のポリエチレングリコールが含まれる濃縮研磨剤Ａ３を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに６質量％のポリエチレングリコール（和光純薬工業株式会社製、分子量約２０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと６質量％のポリエチレングリコールが含まれる濃縮研磨剤Ａ３を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ３を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．６質量％のポリエチレングリコールが含まれる研磨剤Ａ３を得た。研磨剤Ａ３に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１５８ｎｍ、ゼータ電位は＋４２ｍＶ、研磨剤Ａ３のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ４）
上記懸濁液Ａに適当な量の酢酸を加え、さらに０．７質量％のキトサン（大日精化工業株式会社の製品名ダイキトサン１００Ｄ（ＶＬ）、脱アセチル化度９８％以上）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．７質量％のキトサンが含まれる濃縮研磨剤Ａ４を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量の酢酸を加え、さらに０．７質量％のキトサン（大日精化工業株式会社の製品名ダイキトサン１００Ｄ（ＶＬ）、脱アセチル化度９８％以上）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．７質量％のキトサンが含まれる濃縮研磨剤Ａ４を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ４を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．０７質量％のキトサンが含まれる研磨剤Ａ２を得た。研磨剤Ａ４に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１５０ｎｍ、ゼータ電位は＋３７ｍＶ、研磨剤Ａ４のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ５）
上記懸濁液Ａに適当な量の酢酸を加え、さらに１．６質量％のポリエチレンイミン（株式会社日本触媒の製品名エポミンＳＰ−２００、分子量約１０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと１．６質量％のポリエチレンイミンが含まれる濃縮研磨剤Ａ５を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量の酢酸を加え、さらに１．６質量％のポリエチレンイミン（株式会社日本触媒の製品名エポミンＳＰ−２００、分子量約１０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと１．６質量％のポリエチレンイミンが含まれる濃縮研磨剤Ａ５を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ５を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．１６質量％のポリエチレンイミンが含まれる研磨剤Ａ５を得た。研磨剤Ａ５に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１４２ｎｍ、ゼータ電位は＋３８ｍＶ、研磨剤Ａ５のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ６）
上記懸濁液Ａに適当な量の酢酸を加え、さらに０．１８質量％のポリアリルアミン（日東紡の製品名ＰＡＡ−Ｈ−１０Ｃ、分子量約６０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．１８質量％のポリアリルアミンが含まれる濃縮研磨剤Ａ６を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量の酢酸を加え、さらに０．１８質量％のポリアリルアミン（日東紡の製品名ＰＡＡ−Ｈ−１０Ｃ、分子量約６０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．１８質量％のポリアリルアミンが含まれる濃縮研磨剤Ａ６を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ６を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．０１８質量％のポリアリルアミンが含まれる研磨剤Ａ６を得た。研磨剤Ａ６に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１３９ｎｍ、ゼータ電位は＋４２ｍＶ、研磨剤Ａ６のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ７）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに０．２質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）（分子量約２５０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．２質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）が含まれる濃縮研磨剤Ａ７を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに０．２質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）（分子量約２５０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．２質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）が含まれる濃縮研磨剤Ａ７を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ７を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．０２質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）が含まれる研磨剤Ａ７を得た。研磨剤Ａ７に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１４４ｎｍ、ゼータ電位は＋４５ｍＶ、研磨剤Ａ７のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ８）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに３質量％のポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）(分子量約５０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと３質量％のポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）が含まれる濃縮研磨剤Ａ８を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに３質量％のポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）(分子量約５０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと３質量％のポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）が含まれる濃縮研磨剤Ａ８を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ８を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．３質量％のポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）が含まれる研磨剤Ａ８を得た。研磨剤Ａ８に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１６２ｎｍ、ゼータ電位は＋３６ｍＶ、研磨剤Ａ８のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ９）
実施例１と同じ方法で、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａが含まれる懸濁液Ａを得た。続いて、懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに２質量％のポリ（アクロイルモルホリン）(分子量約５０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと２質量％のポリ（アクロイルモルホリン）が含まれる濃縮研磨剤Ａ９を得た。
実施例１と同じ方法で、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａが含まれる懸濁液Ａを得た。続いて、懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに２質量％のポリ（アクロイルモルホリン）(分子量約５０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと２質量％のポリ（アクロイルモルホリン）が含まれる濃縮研磨剤Ａ９を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ９を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．２質量％のポリ（アクロイルモルホリン）が含まれる研磨剤Ａ９を得た。研磨剤Ａ９に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１５９ｎｍ、ゼータ電位は＋３７ｍＶ、研磨剤Ａ９のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ１０）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに０．６質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）(分子量約１４０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．６質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）が含まれる濃縮研磨剤Ａ１０を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに０．６質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）(分子量約１４０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．６質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）が含まれる濃縮研磨剤Ａ１０を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ１０を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．０６質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）が含まれる研磨剤Ａ１０を得た。研磨剤Ａ１０に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１５５ｎｍ、ゼータ電位は＋４３ｍＶ、研磨剤Ａ１０のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ１１）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに１質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（分子量約１１０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと１質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）が含まれる濃縮研磨剤Ａ１１を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ１１を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．１質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）が含まれる研磨剤Ａ１１を得た。研磨剤Ａ１１に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１４７ｎｍ、ゼータ電位は＋４０ｍＶ、研磨剤Ａ１１のｐＨは５．５であった。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに１質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（分子量約１１０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと１質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）が含まれる濃縮研磨剤Ａ１１を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ１１を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．１質量％のポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）が含まれる研磨剤Ａ１１を得た。研磨剤Ａ１１に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１４７ｎｍ、ゼータ電位は＋４０ｍＶ、研磨剤Ａ１１のｐＨは５．５であった。
（研磨剤Ａ１２）
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに４質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）（分子量約１０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと４質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）が含まれる濃縮研磨剤Ａ１２を得た。
上記懸濁液Ａに適当な量のアンモニアを加え、さらに４質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）（分子量約１０，０００）を加えて、液を攪拌しながら超音波を照射して水酸化セリウム粒子Ａを分散させた。さらに、この分散液を１μｍのメンブレンフィルタでろ過し、５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと４質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）が含まれる濃縮研磨剤Ａ１２を得た。
最後に、濃縮研磨剤Ａ１２を純水で１０倍に希釈して、０．５質量％の水酸化セリウム粒子Ａと０．４質量％のポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）が含まれる研磨剤Ａ１２を得た。研磨剤Ａ１２に含まれる水酸化セリウム粒子Ａの１次粒径は３ｎｍ、２次粒径は１５１ｎｍ、ゼータ電位は＋３９ｍＶ、研磨剤Ａ１２のｐＨは５．５であった。
研磨剤Ａ１〜Ａ１２の物性を表６にまとめる。
研磨剤Ａ１〜Ａ１２の物性を表６にまとめる。
[基板の研磨]
研磨剤Ａ１〜Ａ１２及び研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で実施例１と同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
研磨剤Ａ１〜Ａ１２及び研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で実施例１と同じ基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は１３０ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）の結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせで、ＲＲ（ＳｉＯ２）は１３０ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。
（平坦性）
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせでＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．８以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１．７に比べて大きかった。
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）の結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせでＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．８以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１．７に比べて大きかった。
同様に、Δの結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせでΔは１１８ｎｍ以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の１２９に比べて小さかった。
（研磨傷数）
研磨傷数の結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせで研磨傷数は、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合と同じく０個であった。
研磨傷数の結果を表７にまとめる。研磨剤Ａ１〜Ａ１２、及び研磨パッドＧを用いた全ての組み合わせで研磨傷数は、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合と同じく０個であった。
＜実施例３＞
[基板の研磨]
研磨剤Ａ及び実施例２の研磨剤Ａ１、研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件でＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、研磨速度、研磨選択性、平坦性を求めた。
[基板の研磨]
研磨剤Ａ及び実施例２の研磨剤Ａ１、研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件でＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、研磨速度、研磨選択性、平坦性を求めた。
[研磨結果]
（研磨選択性）
研磨圧力３０ｋＰａにてＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおけるＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の研磨速度をＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）と略記する。また、前出したＲＲ（ＳｉＯ２）のＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に対する比を、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）と略記する。ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の結果を表８にまとめる。研磨剤Ａ１、及び研磨パッドＧを用いた場合、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は２１．６であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の３．３に比べて大きかった。
（研磨選択性）
研磨圧力３０ｋＰａにてＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおけるＰｏｌｙ−Ｓｉブランケット基板のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の研磨速度をＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）と略記する。また、前出したＲＲ（ＳｉＯ２）のＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に対する比を、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）と略記する。ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の結果を表８にまとめる。研磨剤Ａ１、及び研磨パッドＧを用いた場合、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は２１．６であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の３．３に比べて大きかった。
（平坦性）
研磨圧力３０ｋＰａにてＰｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜が露出するまで研磨し、さらに、その研磨時間に対して２０％の追加研磨をした。研磨後の凸部のＰｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜の膜厚と凹部のＳｉＯ２膜厚を測定することにより、研磨後の凹凸パターンの残段差Δ、及びＰｏｌｙ−Ｓｉロス量（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜が削れた量）を求めた。Δ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉロス量の結果を表８にまとめる。研磨剤Ａ１、及び研磨パッドＧを用いた場合、Δは８であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の８８に比べて小さかった。また、研磨剤Ａ１、及び研磨パッドＧを用いた場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉロス量は５ｎｍであり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の５２ｎｍに比べて小さかった。
研磨圧力３０ｋＰａにてＰｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜が露出するまで研磨し、さらに、その研磨時間に対して２０％の追加研磨をした。研磨後の凸部のＰｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜の膜厚と凹部のＳｉＯ２膜厚を測定することにより、研磨後の凹凸パターンの残段差Δ、及びＰｏｌｙ−Ｓｉロス量（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ研磨停止膜が削れた量）を求めた。Δ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉロス量の結果を表８にまとめる。研磨剤Ａ１、及び研磨パッドＧを用いた場合、Δは８であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の８８に比べて小さかった。また、研磨剤Ａ１、及び研磨パッドＧを用いた場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉロス量は５ｎｍであり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の５２ｎｍに比べて小さかった。
＜実施例４＞
[基板の研磨]
研磨剤Ａ及び実施例２の研磨剤Ａ３〜Ａ５、研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件でＳｉＮブランケット基板、ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、研磨速度、研磨選択性、平坦性を求めた。
[基板の研磨]
研磨剤Ａ及び実施例２の研磨剤Ａ３〜Ａ５、研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件でＳｉＮブランケット基板、ＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、研磨速度、研磨選択性、平坦性を求めた。
[研磨結果]
（研磨選択性）
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＮブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおけるＳｉＮブランケット基板のＳｉＮ膜の研磨速度をＲＲ（ＳｉＮ）と略記する。また、ＲＲ（ＳｉＯ２）のＲＲ（ＳｉＮ）に対する比を、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（ＳｉＮ）と略記する。ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（ＳｉＮ）の結果を表９にまとめる。研磨剤Ａ３〜Ａ５、及び研磨パッドＧを用いた場合、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（ＳｉＮ）は１４．４以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の２．５に比べて大きかった。
（研磨選択性）
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＮブランケット基板を６０秒間研磨して研磨速度を求めた。以後、研磨圧力３０ｋＰａにおけるＳｉＮブランケット基板のＳｉＮ膜の研磨速度をＲＲ（ＳｉＮ）と略記する。また、ＲＲ（ＳｉＯ２）のＲＲ（ＳｉＮ）に対する比を、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（ＳｉＮ）と略記する。ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（ＳｉＮ）の結果を表９にまとめる。研磨剤Ａ３〜Ａ５、及び研磨パッドＧを用いた場合、ＲＲ（ＳｉＯ２）／ＲＲ（ＳｉＮ）は１４．４以上であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の２．５に比べて大きかった。
（平坦性）
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、ＳｉＮ研磨停止膜が露出するまで研磨し、さらに、その研磨時間に対して２０％の追加研磨をした。研磨後の凸部のＳｉＮ研磨停止膜の膜厚と凹部のＳｉＯ２膜厚を測定することにより、研磨後の凹凸パターンの残段差Δ、及びＳｉＮロス量（ＳｉＮ研磨停止膜が削れた量）を求めた。Δ、ＳｉＮロス量及びの結果を表９にまとめる。研磨剤Ａ３〜Ａ５、及び研磨パッドＧを用いた場合、Δは４０以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の９３に比べて小さかった。また、研磨剤Ａ３〜Ａ５、及び研磨パッドＧを用いた場合、ＳｉＮロス量は１１ｎｍ以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の７３ｎｍに比べて小さかった。
研磨圧力３０ｋＰａにてＳｉＮ研磨停止膜付ＳｉＯ２パターン基板を研磨し、ＳｉＮ研磨停止膜が露出するまで研磨し、さらに、その研磨時間に対して２０％の追加研磨をした。研磨後の凸部のＳｉＮ研磨停止膜の膜厚と凹部のＳｉＯ２膜厚を測定することにより、研磨後の凹凸パターンの残段差Δ、及びＳｉＮロス量（ＳｉＮ研磨停止膜が削れた量）を求めた。Δ、ＳｉＮロス量及びの結果を表９にまとめる。研磨剤Ａ３〜Ａ５、及び研磨パッドＧを用いた場合、Δは４０以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の９３に比べて小さかった。また、研磨剤Ａ３〜Ａ５、及び研磨パッドＧを用いた場合、ＳｉＮロス量は１１ｎｍ以下であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の７３ｎｍに比べて小さかった。
＜実施例５＞
[基板の研磨]
実施例１のコンディショナーの替わりに、２００メッシュでブロッキー形状のダイヤモンド砥粒を使用したダイヤモンド砥粒コンディショナー（旭ダイヤモンド工業株式会社のＣＭＰ−Ｎ ２００Ａ）を用い、研磨剤Ａ、研磨パッドＧを用いた以外は実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じＳｉＯ２ブランケット基板を研磨し、研磨速度、研磨の安定性、研磨パッドの磨耗量を求めた。
[基板の研磨]
実施例１のコンディショナーの替わりに、２００メッシュでブロッキー形状のダイヤモンド砥粒を使用したダイヤモンド砥粒コンディショナー（旭ダイヤモンド工業株式会社のＣＭＰ−Ｎ ２００Ａ）を用い、研磨剤Ａ、研磨パッドＧを用いた以外は実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じＳｉＯ２ブランケット基板を研磨し、研磨速度、研磨の安定性、研磨パッドの磨耗量を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は４１８ｎｍ／ｍｉｎであった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は４１８ｎｍ／ｍｉｎであった。
（研磨の安定性）
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の、ＲＲ（ＳｉＯ２）の基板間の変動は±５％以内だった。
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の、ＲＲ（ＳｉＯ２）の基板間の変動は±５％以内だった。
（研磨パッドの磨耗量）
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の研磨パッドの磨耗量は約２５μｍであり、実施例１の研磨パッドの磨耗量（約４５μｍ）よりも少なかった。
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の研磨パッドの磨耗量は約２５μｍであり、実施例１の研磨パッドの磨耗量（約４５μｍ）よりも少なかった。
＜実施例６＞
[基板の研磨]
研磨パッドのコンディショニングを変更し、研磨剤Ａ、研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じＳｉＯ２ブランケット基板を研磨し、研磨速度、研磨の安定性、研磨パッドの磨耗量を求めた。研磨パッドのコンディショニングの頻度は、研磨の前に３０分間のコンディショニングをした以外は、基板を５枚研磨する毎に１回しか２０秒間のコンディショニングをしなかった。
[基板の研磨]
研磨パッドのコンディショニングを変更し、研磨剤Ａ、研磨パッドＧを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件で同じＳｉＯ２ブランケット基板を研磨し、研磨速度、研磨の安定性、研磨パッドの磨耗量を求めた。研磨パッドのコンディショニングの頻度は、研磨の前に３０分間のコンディショニングをした以外は、基板を５枚研磨する毎に１回しか２０秒間のコンディショニングをしなかった。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は４２４ｎｍ／ｍｉｎであった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は４２４ｎｍ／ｍｉｎであった。
（研磨の安定性）
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の、ＲＲ（ＳｉＯ２）の基板間の変動は±５％以内だった。
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の、ＲＲ（ＳｉＯ２）の基板間の変動は±５％以内だった。
（研磨パッドの磨耗量）
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の研磨パッドの磨耗量は約１０μｍであり、実施例１の研磨パッドの磨耗量（約４５μｍ）よりも少なかった。
２５枚のＳｉＯ２ブランケット基板を連続研磨した際の研磨パッドの磨耗量は約１０μｍであり、実施例１の研磨パッドの磨耗量（約４５μｍ）よりも少なかった。
＜比較例５＞
[基板の研磨]
研磨剤Ａ１、研磨パッドＢを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件でＳｉＯ２ブランケット基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[基板の研磨]
研磨剤Ａ１、研磨パッドＢを用いた以外は、実施例１と同じ研磨装置、研磨条件でＳｉＯ２ブランケット基板を研磨し、研磨速度、平坦性、研磨傷数を求めた。
[研磨結果]
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は１７５ｎｍ／ｍｉｎであった。
（平坦性）
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．１であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の２．４に比べて小さかった。
Δは１８８ｎｍであり、研磨剤Ａ及び研磨パッドＧを用いた場合の１６ｎｍに比べて大きかった。
（研磨傷数）
研磨傷数は０個であった。
（研磨速度）
ＲＲ（ＳｉＯ２）は１７５ｎｍ／ｍｉｎであった。
（平坦性）
ＲＲ（５０ｋＰａ）／ＲＲ（３０ｋＰａ）は１．１であり、研磨剤Ａ、及び研磨パッドＧを用いた場合の２．４に比べて小さかった。
Δは１８８ｎｍであり、研磨剤Ａ及び研磨パッドＧを用いた場合の１６ｎｍに比べて大きかった。
（研磨傷数）
研磨傷数は０個であった。
実施例１〜６、比較例１〜５から、本発明の基板の研磨方法を用いることで被研磨膜を高速かつ高平坦に研磨し、さらに被研磨膜に与える研磨傷を低減できることが明らかである。
１ 基板
２ 基板ホルダー
３ 研磨パッド
４ 研磨定盤
５ 研磨剤
６ 研磨剤の供給機構
７ コンディショナー
８ シリコン基板
９ 研磨停止膜
１０ 酸化シリコン系絶縁膜
２ 基板ホルダー
３ 研磨パッド
４ 研磨定盤
５ 研磨剤
６ 研磨剤の供給機構
７ コンディショナー
８ シリコン基板
９ 研磨停止膜
１０ 酸化シリコン系絶縁膜
Claims (20)
- 表面に被研磨膜を有する基板を研磨する方法であって、
該方法は、研磨剤を前記被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、前記研磨パッドによって前記被研磨膜の研磨を行う工程を備えてなり、
前記研磨剤は少なくとも砥粒と水とを含有してなり、
前記砥粒は４価の酸化セリウム粒子及び４価の水酸化セリウム粒子の少なくとも１成分を含有してなり、
前記砥粒の１次粒径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
前記研磨パッドのショアＤ硬度は７０以上であることを特徴とする基板の研磨方法。 - 前記砥粒が４価の水酸化セリウム粒子である請求項１に記載の基板の研磨方法。
- 前記砥粒の研磨剤中でのゼータ電位が正電位である請求項１または２に記載の基板の研磨方法。
- 前記砥粒の研磨剤に対する濃度が０．００１質量％以上１０質量％以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記研磨パッドが非発泡ポリウレタンである請求項１から４のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれる請求項１から５のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記水溶性重合体の分子量が５００から１，０００，０００である請求項６に記載の基板の研磨方法。
- 前記水溶性重合体が研磨剤に対して０．００１質量％以上２０質量％以下含まれる請求項６または７に記載の基板の研磨方法。
- 前記水溶性重合体がヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、Ｎ−オキシド基、カルボニル基、エーテル結合及びアミド結合からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上の官能基又は結合を持つ請求項６から８のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及び下記（I）〜（V）の群から選ばれる少なくとも１種類の単量体成分を含む重合体からなる群から選ばれる１つ又は２つ以上である請求項６から９のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記水溶性重合体がポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、キトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド）、ポリ（アクロイルモルホリン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の群から選ばれる１つ又は２つ以上である請求項６から１０のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記被研磨膜の下層に研磨停止膜が備えられてなる請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- 前記研磨停止膜が露出した時に研磨を停止する請求項１２に記載の基板の研磨方法。
- 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜である請求項１２または１３に記載の基板の研磨方法。
- 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜であり、前記研磨停止膜はポリシリコン膜である請求項１２または１３に記載の基板の研磨方法。
- 前記被研磨膜の少なくとも一部が酸化シリコン系絶縁膜であり、前記研磨停止膜は窒化シリコン膜である請求項１２または１３に記載の基板の研磨方法。
- 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれ、前記水溶性重合体がポリビニルアルコールである請求項１５に記載の基板の研磨方法。
- 前記研磨剤中にさらに水溶性重合体が含まれ、前記水溶性重合体がキトサン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンの群から選ばれる一つ又は二つ以上である請求項１６に記載の基板の研磨方法。
- １００メッシュ砥粒よりもサイズが小さいダイヤモンド砥粒を有するコンディショナーを用いて、基板の研磨前、研磨中、又は研磨後に前記研磨パッドの表面を荒らす処理をする請求項１から１８のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
- ダイヤモンド砥粒を有するコンディショナーを用いて、基板を５枚以上研磨する毎に一回の割合で前記研磨パッドの表面を荒らす処理をする請求項１から１９のいずれか１項に記載の基板の研磨方法。
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