JP2010515250A - 二酸化ケイ素からなる表面を研磨するための組成物 - Google Patents

Abstract

以下の成分：ａ）ランタニドの酸化物を含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、ｂ）ポリマーベースの少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、ｃ）少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、たとえばジェランガム、ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水、およびｅ）場合により他の助剤および添加剤を含有する、表面を研磨するための組成物は、高い安定性を有する。

Description

本発明は、有利に半導体部材、たとえば二酸化ケイ素からなる半導体部材の表面を研磨するための安定化された組成物、研磨法ならびに半導体材料の化学的機械的平坦化（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）に関する。

マイクロエレクトロニクス回路において、部材およびデバイスの寸法はますます小さくなっていき、集積密度は高まっていることは、絶縁構造の大きさの低減にもつながっている。しかしこのような低減は、効果的な絶縁性を提供する平坦な表面および構造の再現可能な形成に関する要求の高まりにつながる一方で、基板表面の最小面積が被覆される。

ポリッシング、洗浄、研磨および平坦化のためにはしばしば研磨剤を含有する水性組成物、いわゆる「研磨用スラリー」が使用されるが、これは懸濁された形の固体粒子を含有している。多くの場合、これらの粒子は周囲の液状媒体よりも高い比重を有するため、沈殿する傾向がある。たとえば無機研磨剤の水性懸濁液が広く使用されている。

該懸濁液中に含有されている粒子はしばしば水の数倍の比重を有している。一般的な値は、二酸化ケイ素の場合には約２．２〜２．７ｇ／ｃｍ³、窒化ケイ素の場合には約３．４ｇ／ｃｍ³、炭化タングステンの場合には１５ｇ／ｃｍ³までである。研磨剤の比重以外に、研磨剤粒子の大きさおよび形状もまた、研磨工程の成否に影響を与える。

このようなスラリーを用いて作業される材料の効率的な後処理の意味では、該組成物は一方では高い、および有利には材料に特異的な除去率（ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）を有し、かつスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈｅｓ）をできる限り回避しなくてはならず、他方では迅速かつ完全に材料の表面から除去することができなくてはならないので、使用されるスラリーには実質的に低い粘度が要求される。

たとえばコンピューターチップを製造する際の重要な製造工程である化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）のための研磨用スラリーは、一般に５ｍＰａｓ未満の粘度を有する。使用される懸濁液における分離の過程により粘度の変化が生じる場合があるため、このような組成物を取り出し、安定化させ、かつスラリー粒子の分離もしくは沈殿を防止するか、または遅らせるが、その際に粘度が著しく高まってはならない。これはまさに高い比重を有する研磨剤を使用する場合に困難である。従来技術では種々のポリマー添加剤が記載されている。

ＵＳ６，９７１，９４５からは、研磨剤、酸化剤、無機塩および錯化剤、たとえばフタル酸）を含有する酸性懸濁液を使用する、半導体の表面を研磨するための組成物が公知である。

ＤＥ−Ａ１０２００５０５８２７２には、多段の化学的機械的表面研磨のための方法が紹介されており、この場合、水中に金属酸化物研磨剤を（助剤と共に）含有する異なった分散液を順次、シリカ表面上に施与している。

ＥＰ−Ａ０３７３５０１からは、研磨用混合物中での水溶性ポリマーの使用が公知であり、この場合、該ポリマーはたとえば分子量１０００００以上を有し、かつポリビニルピロリドンからなるか、またはたとえばグアールゴムとビニルモノマーとからなるグラフトコポリマーからなる。ＥＰ−Ａ０３７３５０１に記載されている研磨用混合物では、研磨剤としてコロイダルシリカ、つまり比較的比重の小さい研磨剤が使用されている。
ＵＳ６，６９６，０４５からは歯磨き剤が公知である。

ＵＳ６，６９６，０４５に記載されている、歯磨き用組成物は、ポリリン酸塩成分以外に、金属塩成分および多糖類をベースとする有機ゲル化剤を含有している。しかし本発明による組成物の酸化セリウムと、他の成分との組合せの使用は記載されていない。

ＵＳ２００５／０２８７９３１には、酸化セリウムを含有する研磨剤組成物が記載されており、これはアニオン性分散剤と非イオン性表面活性化合物とを含有する。この中で使用されている研磨粒子は０．０１μｍ〜１０μｍの平均粒径を有している。

ＵＳ２００３／０１２４０６７には、歯磨き用組成物が開示されている。

さらにＷＯ２００４／０３７９３４は、酸化セリウムをベースとし、分散剤を含有していてもよい研磨用組成物に関する。

表面を研磨するための水性組成物の継続的で安価な安定化が本発明の課題である。

意外にも、前記課題は水性組成物に特定のゲル化剤もしくは増粘剤を少量混合することによって解決することができることが判明した。

食品用組成物から、溶液の粘度に対して部分的に顕著な影響を与えることができる種々のゲル化剤が公知である。例としてたとえば寒天、ペクチン、ポリオース、アルギン酸塩、デンプン、デキストリン、ゼラチンおよびカゼインを挙げることができる。

本発明により使用される特定のゲル化剤（Ｇ）は、顕著な粘度上昇をもたらすよりも低い濃度ですでに弱い架橋構造を形成すると考えられる。この架橋構造は一方では、静止した液体中の粒子の懸濁状態を維持しながら、他方では液体が動いた時に作用する剪断力によって開放されるので、流動性を本質的に損なうことがない。

第一の態様では本発明は、たとえば半導体部材の表面を研磨するための組成物を提供する。この場合、表面の平坦化のために、研磨剤成分（Ｓ）以外に、少なくとも１のゲル化剤（Ｇ）を含有する水性組成物（Ｚ）を使用することができる。

本発明は、まず水性組成物（Ｚ）を研磨すべき表面（Ｏ）上に施与する、半導体部材の表面（Ｏ）を研磨する方法にも関し、この場合、該組成物（Ｚ）は特に以下の成分を含有する：
ａ）ランタニドの酸化物を含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、
ｂ）ポリマーベースの少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、
ｃ）多糖類ベースの少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、
ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水、
ｅ）場合により他の助剤および添加剤。

研磨法では、研磨工程の際に形成される研磨産物はその後、組成物（Ｚ）の成分と一緒に所望の平坦化（Ｐ）が達成された後に簡単なすすぎ工程によって研磨された表面（Ｏ）から除去される。

研磨すべき表面（Ｏ）は、種々の材料から、特に半導体部材のための慣用の材料からなっていてよい。有利には該表面はたとえば高い効率および精度で除去することができる酸化ケイ素からなる。

発明の１実施態様では、無機研磨剤成分（Ｓ）として、無機ランタニド酸化物、特に酸化セリウム、好ましくは二酸化セリウムを含有する組成物（Ｚ）を使用する。ランタニドとして、原則としてランタンおよびその後の元素（５８〜７０番）が考えられ、その際、適切な酸化物化合物は、有利には３．５〜９ｇ／ｃｍ³、特に５．０〜８．０ｇ／ｃｍ³の比重を有する。

本発明の１実施態様では、無機研磨成分（Ｓ）として、酸化セリウムと酸化ジルコニウムおよび／または酸化マンガンとの組合せを含有する組成物（Ｚ）を使用する。

本発明のもう１つの実施態様では、有機分散剤成分（Ｐ）として、カルボン酸ポリマーを含有する組成物（Ｚ）を使用する。有機ポリマー成分（Ｐ）として、たとえばアクリル酸モノマー、メタクリル酸モノマーおよび／またはマレイン酸モノマーを含有するコポリマーを使用することができる。

本発明の有利な実施態様では、有機ゲル化剤としてジェランガムを含有する組成物（Ｚ）を使用する。この場合、該組成物（Ｚ）は、有機ゲル化剤として、たとえば０．００１〜１．０質量％、有利には０．０１〜１．０質量％、とりわけ０．０５〜０．５質量％のジェランガムを含有していてよい。ゲル化剤であるジェランガムは組成物（Ｚ）を安定化する際に特に有利であることが証明されている。

本発明はまた表面を研磨する方法にも関し、この場合、組成物（Ｚ）は、有機ゲル化剤としてジェランガムを含有し、かつ無機研磨剤成分（Ｓ）として、酸化セリウムを含有する。この組合せは、組成物の特に良好な安定性に基づいて有利であることが実証されている。

別の助剤および添加剤、たとえばポリビニルピロリドン、カチオン性化合物、フタル酸および／または両性イオン化合物を含有する組成物（Ｚ）もまた本発明の対象である。

本発明の１実施態様では、本発明は、以下の成分を含有する水性組成物（Ｚ）に関する：
研磨剤の二酸化セリウム０．０２〜６質量％、
少なくとも１のカルボン酸ポリマー０．０１〜５質量％、
少なくとも１のゲル化剤（Ｇ）、特にジェランガム０．０１〜１質量％。

組成物（Ｚ）は、場合により助剤および添加剤としてたとえば以下の成分を含有していてよい：
ポリビニルピロリドン０〜１０質量％、
カチオン性化合物０〜５質量％、
フタル酸またはその塩０〜１質量％、
両性イオン化合物０〜５質量％
ならびに溶媒もしくは分散剤としての水（加えて１００％）。

本発明のもう１つの対象は、以下の成分を含有する、表面を研磨するための組成物である：
ａ）ランタニドの酸化物、有利には酸化セリウムを含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、
ｂ）少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、有利にはアクリル酸コポリマー、
ｃ）少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、有利にはジェランガム、
ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水ならびに
ｅ）場合により他の助剤および添加剤。

表面を研磨するための組成物の成分に関しては、上記を参照されたい。

有利であるのは無機研磨剤成分（Ｓ）としてランタニドの酸化物を含有し、有機ゲル化剤（Ｇ）としてジェランガムを含有する組成物である。

本発明はまた、ごく一般的に、表面を研磨するための水性組成物を安定化するためのジェランガムの使用に関する。

研磨のための本発明による組成物は、シリカの除去を容易にするために、有利には０．２〜６質量％の研磨剤成分（Ｓ）を含有している。研磨剤は好ましくは０．５〜５質量％の量で使用する。

研磨剤は有利には５０〜２００ナノメートル（ｎｍ）、特に８０〜１５０ｎｍの平均粒径を有する。この記載の目的のために、粒径とは研磨剤の平均粒径に関するものである。研磨剤として、平均粒径８０〜１５０ｎｍを有する二酸化セリウムを使用することが有利である。研磨剤の大きさを８０ｎｍより小さくする場合には、研磨用組成物の平坦化作用は改善されるが、しかし研磨産物の除去速度が低減する傾向が生じる。粒子の形状はほぼ球形であり、特に角は有していないか、もしくはほとんどない。使用される粒子の結晶度および表面電荷に関しては、適正において異なっていることを確認することができる。

公知の研磨剤の例は、無機酸化物、無機水酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、金属炭化物および前記の物質の少なくとも１つを含有する混合物を含む。適切な無機酸化物はたとえばシリカ（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）および酸化マンガン（ＭｎＯ₂）を含む。しかし本発明によれば酸化セリウム（ＣｅＯ₂）および／または別のランタニド酸化物を研磨剤として使用する。二酸化セリウムは高い比重（約７）を有しており、有利な研磨特性を有する。

本発明はまた、酸化セリウムを、前記の酸化物の少なくとも１と付加的に組み合わせて含有する組成物に関する。これらの無機酸化物の変性された形、たとえばポリマー被覆された無機酸化物粒子および無機被覆された粒子は、場合により同様に使用することができる。適切な金属炭化物、金属ホウ化物および金属窒化物は、たとえば炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタンまたは前記の金属炭化物、金属ホウ化物および金属窒化物の少なくとも１つを含む組合せを含む。場合によりダイヤモンドもまた、付加的な研磨剤として使用することができる。有利な研磨剤は単独成分としての酸化セリウムである。酸化セリウムと他のランタニド酸化物とを組み合わせて使用することもまた有利である。

有機分散剤成分（Ｐ）として、種々のポリマーおよびコポリマーが考えられる。本発明による組成物（Ｚ）は、有利には０．０１〜５質量％の、研磨剤粒子のための分散剤として役立つカルボン酸ポリマーを含有する。

有利には該組成物は、０．０５〜１．５質量％のカルボン酸ポリマーを含有する。該ポリマーは有利には、４０００〜１５０００００の平均分子量（数平均）を有する。さらに、これより高い、およびこれより低い分子量を有するカルボン酸ポリマーのブレンドを使用することもできる。これらのカルボン酸ポリマーは、一般に溶解して存在しているが、しかし水性分散液として存在していてもよい。該カルボン酸ポリマーは、有利には研磨剤粒子のための分散剤として役立ちうる。前記のポリマーの分子量の数平均はたとえばＧＰＣによって測定することができる。カルボン酸ポリマーは有利には不飽和モノカルボン酸および不飽和ジカルボン酸から形成される。典型的な不飽和モノカルボン酸モノマーは３〜６個の炭素原子を有しており、かつアクリル酸、アクリル酸オリゴマー、メタクリル酸、クロトン酸およびビニル酢酸を含む。典型的な不飽和ジカルボン酸は、４〜８個の炭素原子を有しており、かつこれらの無水物を含み、その際、これらはたとえばマレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、イタコン酸、無水イタコン酸およびシクロヘキセンジカルボン酸である。さらに前記の酸の水溶性の塩を使用することもできる。

特に適切であるのは、平均分子量約１０００〜１５０００００、有利には３０００〜２５００００および特に有利には２００００〜２０００００を有する「ポリ（メタ）アクリル酸」である。「ポリ（メタ）アクリル酸」という表現は、ここではアクリル酸のポリマー、メタクリル酸のポリマー、またはアクリル酸とメタクリル酸とからなるコポリマーとして定義される。これらはマレイン酸をモノマー成分として含有していてもよい。異なった分子量を有するポリ（メタ）アクリル酸のブレンドもまた適切である。

さらに、有機ポリマー成分（Ｐ）として、カルボン酸を含有し、カルボン酸成分がポリマーのたとえば５〜７５質量％であるコポリマーおよびターポリマーを使用することもできる。

このようなポリマーの典型的な例は、（メタ）アクリル酸とアクリルアミドまたはメタクリルアミドとからなるポリマーである。

（メタ）アクリル酸とスチレンおよびその他のビニル芳香族モノマーとからなるポリマー、アルキル（メタ）アクリレート（アクリル酸またはメタクリル酸のエステル）とモノカルボン酸もしくはジカルボン酸、たとえばアクリル酸もしくはメタクリル酸またはイタコン酸とからなるポリマー、置換基、たとえばハロゲン（つまり塩素、フッ素、臭素）、ニトロ、シアノ、アルコキシ、ハロゲンアルキル、カルボキシ、アミノ、アミノアルキルを有する置換されたビニル芳香族モノマーと不飽和モノカルボン酸もしくはジカルボン酸およびアルキル（メタ）アクリレートとからなるポリマー。

窒素環を１つ有するモノエチレン性不飽和モノマー、たとえばビニルピリジン、アルキルビニルピリジン、ビニルブチロラクタム、ビニルカプロラクタムと、不飽和モノカルボン酸もしくはジカルボン酸とからなるポリマー、オレフィン、たとえばプロピレン、イソブチレンまたは１０〜２０個の炭素原子を有する長鎖アルキルオレフィンと、不飽和モノカルボン酸もしくはジカルボン酸とからなるポリマー、ビニルアルコールエステル、たとえばビニルアセテートおよびビニルステアレート、またはビニルハロゲン化物、たとえばフッ化ビニル、塩化ビニル、フッ化ビニリデン、またはビニルニトリル、たとえばアクリロニトリルおよびメタクリロニトリルと、不飽和モノカルボン酸もしくはジカルボン酸とからなるポリマー、アルキル基中に１〜２４個の炭素原子を有するアルキル（メタ）アクリレートと、不飽和モノカルボン酸、たとえばアクリル酸もしくはメタクリル酸とからなるポリマー。これらは、本発明による組成物中で使用することができる多数のポリマーのいくつかの例にすぎない。

ゲル化剤として本発明による研磨用組成物中では原則として、種々の市販のゲル化剤、たとえば寒天、ペクチン、ポリオース、アルギン酸塩、デンプン、デキストリン、ゼラチンおよびカゼインを使用することができるが、しかし多糖類、特にジェランガムの生成物が特に有利であることが判明した。

ジェランガムは、においのない、クリーム色の粉末であり、溶解性が良好である。これは多官能価のゲル化剤である。ジェランガムは、水溶性の多糖類であり、微生物Ｓｐｈｉｎｇｏｍｏｎａｓ ｅｌｏｄｅａの嫌気性発酵により生産される。ジェランガムは特に、食料品中で増粘剤および安定剤として使用される。

場合により別の成分として使用されるポリビニルピロリドンは、有利には１００ｇ／モル〜１００００００ｇ／モルの平均分子量を有している。ポリビニルピロリドンの分子量の質量平均は、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定して、特に５００〜８０００００ｇ／モルである。ポリビニルピロリドンは有利には５００〜５０００００ｇ／モルの質量平均分子量を有する。さらに有利にはポリビニルピロリドンの質量平均分子量は約１５００〜約１０００００ｇ／モルである。

本発明による組成物（Ｚ）中で使用される化合物は、残分として水を含有する溶液として、広いｐＨ範囲で効果をもたらす。この溶液の適切はｐＨ範囲は、４〜９に及ぶ。さらに組成物（Ｚ）を製造するために、有利には偶発的な不純物を制限するために、脱イオン水を使用する。

ｐＨ値は、有利には４．５〜８であり、かつ好ましくは５．５〜７．５のｐＨ値である。本発明による組成物のｐＨ値を調整するために使用される酸は、たとえば硝酸、硫酸、塩化水素酸、およびリン酸である。本発明による組成物（Ｚ）のｐＨ値を調整するために使用される塩基のための例は、たとえば水酸化アンモニウムおよび水酸化カリウムである。

場合により組成物（Ｚ）は、さらに平坦化を促進し、かつ窒化物除去を抑制するために、添加剤として、０〜５質量％の両性イオン化合物を含有する。該組成物は有利には０．０１〜１．５質量％の両性イオン化合物を含有する。本発明による両性イオン化合物は有利に平坦化を促進し、かつ窒化物除去を抑制する。

場合により本発明による組成物（Ｚ）は、補助成分として、０〜５質量％のカチオン性化合物を添加してもよい。有利には該組成物は場合により０．０１〜１．５質量％のカチオン性化合物を含有する。本発明によるカチオン性化合物は、有利には平坦化を促進し、ウェハ除去時間を制御し、かつ酸化物除去を抑制する。有利なカチオン性化合物は、アルキルアミン、アリールアミン、第四級アンモニウム化合物およびアルコールアミンである。

カチオン性化合物の例は、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、エタノールアミンおよびプロパノールアミンである。

場合により本発明による組成物（Ｚ）は、さらに添加剤として、０〜１質量％の錯化剤を含有していてよい。

有利には組成物は、０．０１〜０．５質量％の錯化剤を含有する。錯化剤の例は、カルボニル化合物（たとえばアセチルアセトン酸塩など）、単純なカルボン酸塩（たとえば酢酸塩、アリールカルボン酸塩など）、１もしくは複数のヒドロキシル基を有するカルボン酸塩（たとえばグリコール酸塩、乳酸塩、グルコン酸塩、胆汁酸およびこれらの塩など）、ジカルボン酸塩、トリカルボン酸塩およびポリカルボン酸塩（たとえばシュウ酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩、エデト酸塩（たとえばたとえばＥＤＴＡ二ナトリウム）、これらの混合物、１もしくは複数のスルホン酸基および／またはホスホン酸基を有するカルボン酸塩を含む。

別の適切な錯化剤は、たとえばジアルコール、トリアルコールまたは多価アルコール（たとえばエチレングリコール、ピロカテキン、ピロガロール、ゲルベ酸など）およびリン酸塩を含有する化合物（たとえばホスホニウム塩およびホスホン酸）を含む。有利には錯化剤はフタル酸および／またはその塩である。有利なフタル酸塩は、フタル酸水素アンモニウムおよびフタル酸水素カリウムおよびこれらの混合物である。

本発明の対象は、表面を研磨するための組成物を製造する方法であり、この場合、以下の成分：
ａ）ランタニドの酸化物を含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、
ｂ）ポリマーベースの少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、
ｃ）多糖類ベースの少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、
ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水、ならびに
ｅ）場合により他の助剤および添加剤
を、相互に１０〜９５℃の温度で混合する。これはたとえば超音波棒により行うことができる。混合工程は通常、１分〜数時間（たとえば５時間）である。有利にはまず成分ＳおよびＰを水中で混合し、かつ次いでゲル化剤Ｇならびに別の成分を添加する。

本発明はまた、半導体部材もしくは半導体構造を研磨する方法に関する。第一工程では、研磨用懸濁液として、組成物（Ｚ）を使用することができる。該懸濁液は酸化物皮膜の「上部に存在する」領域において、酸化物皮膜の「下方に存在する」領域よりも顕著に迅速な研磨を示す。特に研磨工程は、材料に関して選択的に実施することができるので、窒化ケイ素は酸化ケイ素よりも明らかに除去される度合いが少ない。

組成物の研磨速度は、酸化物の段高さが低減され、かつ平坦化が達成されると有利には低下する。本発明の有利な実施態様では、第一工程の終了を惹起するために終点シグナルを使用することができる。

摩擦もしくはモーター電流に基づいた終点シグナルを含む種々の方法を使用することができる。平坦化が達成された時点は、終点シグナルの特徴的な特徴に基づいて決定することができる。

第一工程の終了時に、半導体部材の表面は実質的に、ウェハの全面を覆う平坦な酸化物層により特徴付けられる。次いで第二工程で、研磨組成物のすすぎを行う。第二工程の終点は、簡単な試験によって決定することができる。

組成物（Ｚ）は、さらに場合により別の成分として、改善されたわん状変形（ｄｉｓｈｉｎｇ）成果のためにポリビニルピロリドンを含有している。

特に本発明は、半導体ウェハ上の二酸化ケイ素の研磨のために適切な水性組成物を提供する。

該組成物は特に、ジェランガム０．０１〜０．１質量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５質量％、研磨剤０．０２〜６質量％、ポリビニルピロリドン０〜１０質量％、カチオン性化合物０〜５質量％、フタル酸およびその塩０〜１質量％、両性イオン化合物０〜５質量％および残分として水を含有する。

平坦化が達成された時点は、終点シグナルの特徴的な特徴に基づいて確認することができる。終点シグナルと、第一工程の「妨げとなる」懸濁液との接続によって、改善された平坦化特性を維持することができる一方で、本当のストップ・アット・プレーンモード（ｓｔｏｐｐ−ａｔ−ｐｌａｎｅ−ｍｏｄｅ）での運転と比較して、高い研磨速度および顕著に短い方法時間が得られる。

ジェランガムが添加されていないＣＭＰスラリーの安定性試験の結果を示す ジェランガムが添加されているＣＭＰスラリーの安定性試験の結果を示す ジェランガムが添加されていないＣＭＰスラリーの安定性試験の結果を示す ジェランガムが添加されているＣＭＰスラリーの安定性試験の結果を示す ジェランガムが添加されていないＣＭＰスラリーの安定性試験の結果を示す ジェランガムが添加されているＣＭＰスラリーの安定性試験の結果を示す 試料Ｒ５およびＲ６に関する安定性の改善を示す ジェランガムによるＳｏｋｏｌａｎ ＣＰ−５の安定化の改善を示す

例１
Ｌｕｍｉｆｕｇｅ １１６を用いた本発明による組成物の分散液安定性の測定
Ｌｕｍｉｆｕｇｅ（製造元：Ｌｕｍ ＧｍｂＨ、１２４８９ Ｂｅｒｌｉｎ）は、分析用の遠心分離装置であり、全試料高さにわたって遠心分離の間の分離プロセスを検出する。たとえば８つの試料を同時に試験することができる。

Ｌｕｍｉｆｕｇｅの測定原理は、マイクロプロセッサ制御された分析用遠心分離装置に基づいており、これにより、当初の濃度での懸濁液およびエマルションの分離特性を記載することが可能である。１２〜１２００倍の重力加速度での遠心分離は、内側の相の粒子または成分の移動を促進する。粒子濃度の局所的な変化は、光透過率の変更によって検出することができる。

局所的な位置の関数としての透過率のグラフ図によって、相応する透過特性による記載が可能となる。良好に混合された分散液を有する領域は光を散乱し、かつ吸収するので、透過率は小さい。これに対して混合物が清澄になると、より多くの光が測定セル（ＣＣＤセル）に到達し、これにより透過率が増大する。粒径分布を計算するための適切なアルゴリズムによって、現れる沈殿、浮遊または清澄を評価することができる。

試料は、１０秒〜２４時間の定義された間隔で分析される。一次的な結果として、グラフの相応するシーケンスが生じる。これらの個々のシーケンスは次いでソフトウェア評価によって積分され、これにより分離の速度が記載される。分離の定量化のために、光の透過はキュベットにより全試料高さにわたって測定される。このために、キュベットを波長８００〜９００ｎｍの平行する光によって照射する。

分散した物質では光は回折され、かつ吸収されるが、他方、清澄な相では妨げられることなく透過することができる。光源およびキュベットの延長上にオプトエレクトロニクスセンサーであるＣＣＤセルが存在しており、これはキュベット高さに依存する光の強度を捕らえる。

この光透過率の局所的な消失の測定は、１０秒間隔で繰り返される。これにより分離プロセスは遠心分離の間に直接的に観察される。分離曲線は、時間の関数としての相境界のグラフ図による記載である。分離曲線の傾斜は、清澄度の変化を反映している。ここから電子的なデータ処理プログラムにより清澄度（１秒あたりの透過率％）が計算される。

例２
本発明による組成物（スラリー）における安定性の改善
種々の市販の研磨用組成物（ＣＭＰスラリー）に、そのつど０．２質量％のジェランガム（製造元：Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ、ドイツ国）を添加し、かつ試料の安定性を測定した。

ジェランガムの添加は、室温で行った。試料を８５〜９５℃に加熱し、かつ閉鎖された系中で３〜５時間攪拌した。撹拌下で室温になるまで冷却した。

図１〜６には、Ｌｕｍｉｆｕｇｅを用いた３つの組成物（ＣＭＰスラリー）の安定性試験の結果が記載されている（それぞれ図１、３、５はジェランガムの添加なし、図２、４、６はジェランガムの添加有り）。この場合、図中では透過率（％）は、位置（ｍｍ）の関数として記載されている。

図１および２は、製品「ＤＰ−７０８０ＨＰ」（Ｒ５、製造元：Ｎｙａｃｏｌ Ｎａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．、Ａｓｌａｎｄ、ＵＳＡ）および図３および４は、製品「ＤＰ−７０９０Ｓ」（Ｒ６、製造元：Ｎｙａｃｏｌ Ｎａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）を使用した。

図５および６では、製品「Ｓｏｋｏｌａｎ ＣＰ５」（Ｒ９、製造元：ＢＡＳＦ）を使用した。

Ｌｕｍｉｆｕｇｅ １１６を用いたＣＭＰスラリーの安定性の測定は、少量のジェランガムを添加することによってさえ組成物が明らかに安定化されることを示している。

測定された安定性の改善は、図７および８にグラフで示されている。光の透過はそのつど３日後に、組成物中にジェランガムを含有しているスラリーおよび含有していないスラリーと比較して示されている。

図７には、試料Ｒ５に関して、ゲル化剤の添加によって安定性が７５．７％改善されたことが示されている。試料Ｒ６に関しては、４４％の改善が判明した。図８には、ジェランガムによる「Ｓｏｋｏｌａｎ ＣＰ−５」の安定化の改善（透過率の変化）を示す。

例３
本発明による組成物（粉末からなるＣＭＰスラリー）の安定化の改善
ＣｅＯ₂粉末からの安定したスラリーの調製は以下のとおりに行った：
脱塩水に、アクリル酸およびマレイン酸からなるコポリマー（分散助剤「Ｓｏｋａｌａｎ ＣＰ５、製造元はＢＡＳＦ）０．１質量％および二酸化セリウム粉末（製造元はＤｅｇｕｓｓａ、「ＶＰ ＡｄＮａｎｏ Ｃｅｒｉａ ５０」）５質量％を撹拌下で添加した。

超音波棒を用いて室温で３０分間分散させた後で、電磁攪拌機を用いてジェランガム粉末（製造元：Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ、Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ、ドイツ）０．２質量％を試料に撹拌導入した。該試料を室温で１時間および引き続き９０℃で４時間、閉鎖された容器中で撹拌し、その後、室温で貯蔵した。

沈殿安定性を、Ｌｕｍｉｆｕｇｅ １１６中で光の透過によって測定し（回転数１５００ｒｐｍ、積分時間１０００秒）、ジェランガムを含有していない比較試料の安定性と比較した。その結果は図８に示されている。

ジェランガムを添加した試料の積分された透過率の４６％の低下は、特定のゲル化剤による沈殿安定性の明らかな改善を示している。

例４
例３において記載した、水９４．７％、コポリマー０．１％、二酸化セリウム５％、ジェランガム０．２％からなる組成物を、半導体部材の二酸化ケイ素表面上に施与し、かつ表面の研磨のために使用した。

Claims (23)

1. 以下の成分
   ａ）ランタニドの酸化物を含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、
   ｂ）ポリマーベースの少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、
   ｃ）多糖類ベースの少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、
   ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水、
   ｅ）場合により他の助剤および添加剤
   を含有する、表面を研磨するための組成物。
2. 無機研磨剤成分（Ｓ）として、３．５〜９ｇ／ｃｍ³の比重を有するランタニドの酸化物を含有し、かつ有機ゲル化剤（Ｇ）としてジェランガムを含有することを特徴とする、請求項１記載の表面を研磨するための組成物。
3. 無機研磨剤成分（Ｓ）として、５．０〜８．０ｇ／ｃｍ³の比重を有するランタニドの酸化物を含有し、かつ有機ゲル化剤（Ｇ）として、ジェランガムを含有することを特徴とする、請求項１または２記載の表面を研磨するための組成物。
4. 無機研磨剤成分（Ｓ）として、酸化セリウムまたは酸化セリウムと酸化ジルコニウムおよび／または酸化マンガンとの組合せを含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
5. 前記組成物（Ｚ）が、有機分散剤成分（Ｐ）として、カルボン酸ポリマーを含有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
6. 前記組成物（Ｚ）が、有機分散剤成分（Ｐ）として、アクリル酸モノマー、メタクリル酸モノマーおよび／またはマレイン酸モノマーを含むコポリマーを含有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
7. 前記組成物（Ｚ）が、有機ゲル化剤として、ジェランガムを０．００１〜１．０質量％含有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
8. 前記組成物（Ｚ）が、有機ゲル化剤としてジェランガムを含有し、かつ無機研磨剤成分（Ｓ）として二酸化セリウムを含有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
9. 前記組成物（Ｚ）が、他の助剤および添加剤として、ポリビニルピロリドン、カチオン性化合物、フタル酸および／または両性イオン化合物を含有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
10. 以下の成分
    少なくとも研磨剤（Ｓ）０．０２〜６質量％、
    少なくともカルボン酸ポリマー０．０１〜５質量％、
    少なくともゲル化剤（Ｇ）０．０１〜１質量％、
    ならびに場合により助剤および添加剤として
    ポリビニルピロリドン０〜１０質量％、
    カチオン性化合物０〜５質量％、
    フタル酸またはその塩０〜１質量％、
    両性イオン化合物０〜５質量％、
    ならびに溶媒もしくは分散媒としての水（加えて１００％）
    を含有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の表面を研磨するための組成物。
11. 半導体部材の表面（Ｏ）を研磨するために、まず水性組成物（Ｚ）を研磨すべき表面（Ｏ）上に施与する表面研磨法であって、該組成物（Ｚ）が以下の成分
    ａ）ランタニドの酸化物を含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、
    ｂ）ポリマーベースの少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、
    ｃ）多糖類ベースの少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、
    ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水、
    ｅ）場合により他の助剤および添加剤
    を含有し、その際、研磨工程の際に形成される研磨産物を、所望の平坦化（Ｐ）が達成された後で、組成物（Ｚ）の成分と一緒に簡単なすすぎ工程（Ｖ）によって研磨された表面（Ｏ）から除去することができる、半導体部材（Ｏ）の表面研磨法。
12. 表面（Ｏ）が、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなり、かつ無機研磨剤成分（Ｓ）として、３．５〜９ｇ／ｃｍ³の比重を有するランタニドの酸化物を使用することを特徴とする、請求項１１記載の表面研磨法。
13. 組成物（Ｚ）が、無機研磨剤成分（Ｓ）として、酸化セリウムを含有することを特徴とする、請求項１１または１２記載の表面研磨法。
14. 組成物（Ｚ）が、無機研磨剤成分（Ｓ）として、酸化セリウムと酸化ジルコニウムおよび／または酸化マンガンとの組合せを含有することを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の表面研磨法。
15. 組成物（Ｚ）が、有機分散剤成分（Ｐ）として、カルボン酸ポリマーを含有することを特徴とする、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の表面研磨法。
16. 組成物（Ｚ）が、有機分散剤成分（Ｐ）として、アクリル酸モノマー、メタクリル酸モノマーおよび／またはマレイン酸モノマーを含むコポリマーを含有することを特徴とする、請求項１１から１５までのいずれか１項記載の表面研磨法。
17. 組成物（Ｚ）が、有機ゲル化剤として、ジェランガムを含有することを特徴とする、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の表面研磨法。
18. 組成物（Ｚ）が、有機ゲル化剤として、ジェランガムを０．００１〜１．０質量％含有することを特徴とする、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の表面研磨法。
19. 組成物（Ｚ）が、有機ゲル化剤として、ジェランガムを含有し、かつ無機研磨剤成分（Ｓ）として、酸化セリウムを含有することを特徴とする、請求項１１から１８までのいずれか１項記載の表面研磨法。
20. 組成物（Ｚ）が、他の助剤および添加剤として、ポリビニルピロリドン、カチオン性化合物、フタル酸および／または両性イオン化合物を含有することを特徴とする、請求項１１から１９までのいずれか１項記載の表面研磨法。
21. 以下の成分
    少なくとも研磨剤（Ｓ）０．０２〜６質量％、
    少なくともカルボン酸ポリマー０．０１〜５質量％、
    少なくともゲル化剤（Ｇ）０．０１〜１質量％、
    ならびに場合により助剤および添加剤として
    ポリビニルピロリドン０〜１０質量％、
    カチオン性化合物０〜５質量％、
    フタル酸またはその塩０〜１質量％、
    両性イオン化合物０〜５質量％、
    ならびに溶媒もしくは分散媒としての水（加えて１００％）
    を含有する水性組成物（Ｚ）を使用することを特徴とする、請求項１１から２０までのいずれか１項記載の表面研磨法。
22. 表面を研磨するための水性組成物を安定化するためのジェランガムの使用。
23. 以下の成分
    ａ）ランタニドの酸化物を含有する少なくとも１の無機研磨剤成分（Ｓ）、
    ｂ）ポリマーベースの少なくとも１の有機分散剤成分（Ｐ）、
    ｃ）多糖類ベースの少なくとも１の有機ゲル化剤（Ｇ）、
    ｄ）溶媒もしくは分散媒としての水、ならびに
    ｅ）場合により他の助剤および添加剤
    を、１０〜９５℃の温度で相互に混合する、表面を研磨するための組成物を製造する方法。

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