JP2015224276A - 研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨後の平坦性を向上させることが可能な研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法を提供する。
【解決手段】 酸化セリウム粒子、高分子化合物及び水を含むＣＭＰ用の研磨液であって、酸化セリウム粒子は、粒子の長辺と短辺の比を指すアスペクト比の平均値が、１．５〜６．０の粒子であり、高分子化合物は、アクリル酸系重合体であり、ｐＨが４．０以上、６．０以下である研磨液。酸化セリウム粒子の含有量が、研磨液全質量に対して、０．０５〜５．０質量％であると好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法に関する。より詳細には、本発明は、半導体素子製造技術である、基板表面の平坦化工程、特に、絶縁材料、ＢＰＳＧ材料（ボロン、リンをドープした二酸化珪素）の平坦化工程、シャロートレンチ分離（ＳＴＩ）の形成工程等において使用される、研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法に関する。

現在のＵＬＳＩ半導体素子製造工程では、半導体素子の高密度・微細化のための加工技術が研究開発されている。その加工技術の一つである、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング：化学機械研磨）による平坦化技術は、半導体素子製造工程において、絶縁材料の平坦化、ＳＴＩ（シャロートレンチアイソレーション）形成工程、プラグ形成工程、埋め込み金属配線形成工程（ダマシン工程）等を行う際に、必須の技術となってきている。ＣＭＰ工程（ＣＭＰ技術を用いた平坦化工程）は、一般に、研磨パッド（研磨布）と、基体上の被研磨材料との間にＣＭＰ用研磨液を供給しながら、前記被研磨材料を研磨することによって行われる。

前記ＣＭＰに用いるＣＭＰ用研磨液は、種々のものが知られている。ＣＭＰ用研磨液に含まれる砥粒（研磨粒子）によって分類すると、砥粒として酸化セリウム（セリア）粒子を含むセリア系研磨液、砥粒として酸化珪素（シリカ）粒子を含むシリカ系研磨液、砥粒として酸化アルミニウム（アルミナ）粒子を含むアルミナ系研磨液、砥粒として有機樹脂粒子を含む樹脂粒子系研磨液等が知られている。

半導体素子製造工程において、酸化珪素等の絶縁材料を研磨するための研磨液としては、シリカ系研磨液と比較して無機絶縁材料に対する研磨速度が速い点で、セリア系研磨液が注目されている。

セリア系研磨液として、下記特許文献１には、高純度酸化セリウム砥粒を用いた半導体用のＣＭＰ用研磨液が記載されている。また、下記特許文献２及び３には、セリア系研磨液の研磨速度を制御し、グローバルな平坦性を向上させるために添加剤を加える技術が記載されている。

特開平１０−１０６９９４号公報 特許３２７８５３２号公報 国際公開第２０１２／０８６７８１号

ＣＭＰにより絶縁材料を研磨する工程の代表的なものとして、上述のＳＴＩ形成工程が挙げられる。ＳＴＩ形成工程では、凹部を有する基体上に堆積した絶縁材料の余分な部分を除くためにＣＭＰが使用される。ＣＭＰ用研磨液には、絶縁材料をある程度高速に研磨できることが求められるが、それ以外にも種々の特性が求められ、例えば、ディッシング量を低減し、平坦性に優れた研磨をできることが求められる。なお、ディッシングとは、前記凹部に堆積された絶縁材料が余分に除去されて、被研磨面の一部が皿のように凹む現象である。ディッシングが発生すると、研磨後の表面の平坦性に劣るため好ましくない。

このような課題に対し、特許文献３には、所定の構造を有する有機酸を研磨液に添加することで、２２０〜３９０Å（２２〜３９ｎｍ）程度のディッシング量に低減できる技術が開示されている。

しかしながら、配線やＳＴＩのデザインルールの微細化の進展に伴い、更なる平坦性の向上（例えば、絶縁材料のディッシング量の低減）が求められている。また、半導体デバイスの生産のさらなる精度向上も求められており、例えば、トレンチ密度の異なる部分における絶縁材料の残膜厚差が小さいことが求められている。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成された被研磨材料を研磨するＣＭＰ技術において、研磨後の平坦性を向上させることが可能な研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法を提供することを目的とする。

本発明は、酸化セリウム粒子、高分子化合物及び水を含むＣＭＰ用の研磨液であって、酸化セリウム粒子は、粒子の長辺と短辺の比を指すアスペクト比の平均値が、１．５〜６．０の粒子であり、高分子化合物は、アクリル酸系重合体であり、ｐＨが４．０以上、６．０以下である研磨液を提供する。

本発明の研磨液では、基板の表面に形成された被研磨材料（例えば、絶縁材料、ＢＰＳＧ材料、ＳＴＩ材料）を研磨するＣＭＰ技術において、充分な被研磨材料の研磨速度を維持しつつ、かつ研磨後の平坦性を向上させることができる。また、研磨液の保存安定性が向上する傾向がある。

酸化セリウム粒子の含有量が、研磨液全質量に対して、０．０５〜５．０質量％であることが好ましい。これにより、充分な被研磨材料の研磨速度の維持と、研磨後の平坦性向上とをより達成しやすくなる。

高分子化合物の含有量が、研磨液全質量に対して０．０１〜１．０質量％であることが好ましい。これにより、充分な被研磨材料の研磨速度の維持と、研磨後の平坦性向上とをより達成しやすくなる。

高分子化合物は、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体であることが好ましい。これにより、充分な被研磨材料の研磨速度の維持と、研磨後の平坦性向上とをより達成しやすくなる。

高分子化合物は、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。これにより、充分な被研磨材料の研磨速度の維持と、研磨後の平坦性向上とをより達成しやすくなる。

本発明の研磨液は、さらに有機酸を含むことが好ましい。これにより、研磨後の平坦性向上をより達成しやすくなる。

本発明の研磨液は、さらにｐＨ調整剤を含むことが好ましい。これにより、研磨後の平坦性向上をより達成しやすくなる。また、研磨液の保存安定性が向上する傾向がある。

本発明の研磨液は、酸化セリウム粒子及び水を含む第１の液と、高分子化合物及び水を含む第２の液と、から構成される二液式研磨液として保存しておいてもよい。これにより、研磨液を使用する直前まで酸化セリウム粒子の分散安定性をより良好に保つことができるため、より効果的な研磨速度及び平坦性を得ることが可能である。

なお、本発明の研磨液は、前記第１の液が、分散剤をさらに含むことが好ましい。

本発明は、また、基板表面に形成された被研磨材料を本発明の研磨液を用い、被研磨材料を研磨定盤の研磨パッドに押圧した状態で、前記研磨液を被研磨材料と研磨パッドとの間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨材料を研磨する、基板の研磨方法を提供する。本発明の研磨液を使用する研磨方法によれば、充分な被研磨材料の研磨速度を維持しつつ、さらに研磨後の平坦性を向上させることが可能である。

本発明によれば、基板の表面に形成された被研磨材料（例えば、ＳＴＩ材料）を研磨するＣＭＰ技術において、研磨後の表面平坦性を向上させることが可能な研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法を提供できる。これにより、例えば、ディッシングの低減及びトレンチ密度の異なる部分における絶縁材料の残膜厚差の低減を図ることができる。

研磨特性の評価基板を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［研磨液］
本実施形態に係る研磨液は、酸化セリウム粒子と、高分子化合物と、水とを必須として含み、さらに必要に応じて有機酸と、ｐＨ調整剤、分散剤とを含有するＣＭＰ用の研磨液である。以下、本実施形態に係る研磨液に含まれる各成分について詳細に説明する。

（酸化セリウム粒子）
酸化セリウム粒子としては、特に制限はなく、公知のものを使用できる。一般に酸化セリウムは、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。酸化セリウム粒子を作製する方法としては、焼成、過酸化水素等による酸化法等が挙げられる。

酸化セリウム粒子は、粒子の長辺と短辺の比を指すアスペクト比の平均値が、１．５〜６．０であることが好ましく、１．８〜５．０であることがより好ましく、２．０〜４．０であることが更に好ましい。アスペクト比の平均値が、１．５以上であり且つ６．０以下であれば、被研磨材料の研磨速度を向上させ、且つ研磨後の表面平坦性を向上させることができる。

酸化セリウム粒子のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で測定できる。具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察で得られた画像から、酸化セリウム粒子の長辺と短辺とを測定し、長辺と短辺との比率を酸化セリウム粒子のアスペクト比とする。

ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成される酸化珪素の研磨に酸化セリウム粒子を使用する場合、酸化セリウム粒子の結晶子径（結晶子の直径）が大きく、かつ結晶歪みが少ない程、即ち結晶性が良い程、高速研磨が可能であるが、被研磨材料に研磨傷が入りやすい傾向がある。このような観点から、酸化セリウム粒子は、２個以上の結晶子から構成され、結晶粒界を有する粒子が好ましく、結晶子径が１〜３００ｎｍの範囲内である粒子がより好ましい。

前記結晶子径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で測定できる。具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察で得られた画像から、酸化セリウム粒子の結晶子の長径と短径とを測定し、長径と短径との積の平方根を結晶子径とする。

酸化セリウム粒子中のアルカリ金属及びハロゲン類の含有率は、少ないほどよく、半導体素子の製造に係る研磨に好適に用いられることから、１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

酸化セリウム粒子の平均粒径は、１０〜５００ｎｍであることが好ましく、２０〜４００ｎｍであることがより好ましく、５０〜３００ｎｍであることが更に好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径が１０ｎｍ以上であれば、良好な研磨速度が得られる傾向があり、５００ｎｍ以下であれば、被研磨材料に傷がつきにくくなる傾向がある。

ここで、酸化セリウム粒子の平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装株式会社製 商品名：Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ ＭＴ３３００ＥＸII）で測定したＤ５０の値（体積分布のメジアン径、累積中央値）を意味する。平均粒径の測定には、適切な濃度に研磨液を希釈したサンプルを用いる。なお、酸化セリウム研磨液が、後述するように酸化セリウム粒子を水に分散させた酸化セリウムスラリと、添加剤を水に溶解させた添加液とに分けて保存されている場合は、酸化セリウムスラリを適切な濃度に希釈して測定できる。

酸化セリウム粒子の含有量は、良好な研磨速度が得られる傾向がある観点で、研磨液全質量基準で０．０５質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．１５質量％以上が更に好ましい。また、酸化セリウム粒子の含有量は、粒子の凝集が抑制されて被研磨材料に傷がつきにくくなる傾向がある観点で、５．０質量％以下が好ましく、３．０質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下が更に好ましい。

（高分子化合物）
高分子化合物は、アクリル酸系重合体である。ここで、アクリル酸系重合体とは、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも１種を重合させて得られる構造を有する重合体として定義され、その製造方法は特に制限されない。

高分子化合物は、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体であってもよく、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体（アクリル酸及びメタクリル酸を除く）との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。共重合体における「他の共重合可能な単量体」としては、アクリル酸及び／又はメタクリル酸と共重合可能な単量体であればよく、スチレン、エチレン、プロピレン等が挙げられる。

高分子化合物は、アクリル酸の単独重合体であることが好ましい。高分子化合物は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

高分子化合物の含有量は、研磨液全質量基準で０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が更に好ましい。高分子化合物の含有量は、研磨液全質量基準で１．０質量％以下が好ましく、０．７５質量％以下がより好ましく、０．５質量％以下が更に好ましい。高分子化合物の含有量が０．０１質量％以上であり且つ１．０質量％以下であれば、被研磨材料の研磨速度を向上させ、且つ研磨後の表面平坦性を向上させることができる。

高分子化合物の重量平均分子量は、特に制限はないが、１００〜１５００００であることが好ましく、１０００〜８００００であることがより好ましい。高分子化合物の重量平均分子量が１００以上であれば、酸化珪素膜又は窒化珪素膜等の被研磨材料を研磨するときに、良好な研磨速度が得られやすい傾向がある。なお、重量平均分子量は、ＧＰＣ（Ｇｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ゲル浸透クロマトグラフィー）で測定し、ポリアクリル酸ナトリウム標準物質で作成した検量線を用いて算出した値である。

（有機酸）
本実施形態に係る研磨液は、有機酸を含有することが好ましく、有機酸として有機酸及び／又はその塩を含有する。これにより、研磨速度を向上させ、かつ研磨終了後の被研磨材料（例えば、酸化珪素）の平坦性を向上させることができる。より詳細には、凹凸を有する被研磨面を研磨した場合に、研磨時間を短縮できることに加え、一部が過剰に研磨されて皿のように凹む現象、いわゆるディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）が生じることを抑制できる。また、トレンチ密度の異なる部分における被研磨材料の残膜厚差を低減できる。この効果は、有機酸及び／又はその塩と酸化セリウム粒子とを併用することにより、より効率的に得られる。

有機酸及び／又はその塩は、−ＣＯＯＭ基、−Ｐｈ−ＯＭ基（フェノール性−ＯＭ基）、−ＳＯ_３Ｍ基及び−ＰＯ_３Ｍ_２基（式中、ＭはＨ、ＮＨ_４、Ｎａ及びＫからなる群より選択されるいずれか一種であり、Ｐｈは置換基を有していてもよいフェニル基を示す）からなる群より選択される少なくとも一つの基を有するものであり、水溶性の有機化合物であることが好ましい。

有機酸は、室温（２５℃）における酸解離定数ｐＫａ（ｐＫａが２つ以上ある場合は一番低い第一段階のｐＫａ_１）が９未満であるが、ｐＫａとしては、８未満であることが好ましく、７未満であることがより好ましく、６未満であることが更に好ましく、５未満であることが特に好ましく、３未満であることが極めて好ましい。有機酸ＡのｐＫａが９未満であれば、研磨液中で少なくともその一部以上が有機酸イオンとなって水素イオンを放出し、所望するｐＨ領域にｐＨを保つことができる。なお、ｐＫａの下限値は、例えば−１０であることが好ましい。

有機酸としては、
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、シクロヘキサンカルボン酸、フェニル酢酸、安息香酸、ｏ−トルイル酸、ｍ−トルイル酸、ｐ−トルイル酸、ｏ−メトキシ安息香酸、ｍ−メトキシ安息香酸、ｐ−メトキシ安息香酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ペンテン酸、ヘキセン酸、ヘプテン酸、オクテン酸、ノネン酸、デセン酸、ウンデセン酸、ドデセン酸、トリデセン酸、テトラデセン酸、ペンタデセン酸、ヘキサデセン酸、ヘプタデセン酸、イソ酪酸、イソ吉草酸、ケイ皮酸、キナルジン酸、ニコチン酸、１−ナフトエ酸、２−ナフトエ酸、ピコリン酸、ビニル酢酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸、２−フランカルボン酸、メルカプト酢酸、レブリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，９−ノナンジカルボン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、１，１１−ウンデカンジカルボン酸、１，１２−ドデカンジカルボン酸、１，１３−トリデカンジカルボン酸、１，１４−テトラデカンジカルボン酸、１，１５−ペンタデカンジカルボン酸、１，１６−ヘキサデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、キノリン酸、キニン酸、ナフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、グリコール酸、乳酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、２−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ吉草酸、５−ヒドロキシ吉草酸、キナ酸、キヌレン酸、サリチル酸、酒石酸、アコニット酸、アスコルビン酸、アセチルサリチル酸、アセチルリンゴ酸、アセチレンジカルボン酸、アセトキシコハク酸、アセト酢酸、３−オキソグルタル酸、アトロパ酸、アトロラクチン酸、アントラキノンカルボン酸、アントラセンカルボン酸、イソカプロン酸、イソカンホロン酸、イソクロトン酸、２−エチル−２−ヒドロキシ酪酸、エチルマロン酸、エトキシ酢酸、オキサロ酢酸、オキシ二酢酸、２−オキソ酪酸、カンホロン酸、クエン酸、グリオキシル酸、グリシド酸、グリセリン酸、グルカル酸、グルコン酸、クロコン酸、シクロブタンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、ジフェニル酢酸、ジ−Ｏ−ベンゾイル酒石酸、ジメチルコハク酸、ジメトキシフタル酸、タルトロン酸、タンニン酸、チオフェンカルボン酸、チグリン酸、デソキサル酸、テトラヒドロキシコハク酸、テトラメチルコハク酸、テトロン酸、デヒドロアセト酸、テレビン酸、トロパ酸、バニリン酸、パラコン酸、ヒドロキシイソフタル酸、ヒドロキシケイ皮酸、ヒドロキシナフトエ酸、ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸、ｍ−ヒドロキシフェニル酢酸、ｐ−ヒドロキシフェニル酢酸、３−ヒドロキシ−３−フェニルプロピオン酸、ピバル酸、ピリジンジカルボン酸、ピリジントリカルボン酸、ピルビン酸、α−フェニルケイ皮酸、フェニルグリシド酸、フェニルコハク酸、フェニル酢酸、フェニル乳酸、プロピオル酸、ソルビン酸、２，４−ヘキサジエン二酸、２−ベンジリデンプロピオン酸、３−ベンジリデンプロピオン酸、ベンジリデンマロン酸、ベンジル酸、ベンゼントリカルボン酸、１，２−ベンゼンジ酢酸、ベンゾイルオキシ酢酸、ベンゾイルオキシプロピオン酸、ベンゾイルギ酸、ベンゾイル酢酸、Ｏ−ベンゾイル乳酸、３−ベンゾイルプロピオン酸、没食子酸、メソシュウ酸、５−メチルイソフタル酸、２−メチルクロトン酸、α−メチルケイ皮酸、メチルコハク酸、メチルマロン酸、２−メチル酪酸、ｏ−メトキシケイ皮酸、ｐ−メトキシケイ皮酸、メルカプトコハク酸、メルカプト酢酸、Ｏ−ラクトイル乳酸、リンゴ酸、ロイコン酸、ロイシン酸、ロジゾン酸、ロゾール酸、α−ケトグルタル酸、Ｌ−アルコルビン酸、イズロン酸、ガラクツロン酸、グルクロン酸、ピログルタミン酸、エチレンジアミン四酢酸、シアン化三酢酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、Ｎ´−ヒドロキシエチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ´−トリ酢酸及びニトリロトリ酢酸等のカルボン酸；
メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ノナンスルホン酸、デカンスルホン酸、ウンデカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、トリデカンスルホン酸、テトラデカンスルホン酸、ペンタデカンスルホン酸、ヘキサデカンスルホン酸、ヘプタデカンスルホン酸、オクタデカンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ヒドロキシエタンスルホン酸、ヒドロキシフェノールスルホン酸及びアントラセンスルホン酸等のスルホン酸；
デシルホスホン酸及びフェニルホスホン酸等のホスホン酸、などが挙げられる。さらに、前記のカルボン酸、スルホン酸及びホスホン酸については、これらの主鎖のプロトンを１つ又は２つ以上、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＯＨ、ＣＮ及びＮＯ_２等の原子又は原子団で置換した誘導体であってもよい。これらは１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて使用できる。

有機酸（有機酸及び又はその塩）の含有量は、研磨液全質量基準で０．００１〜１質量％であることが好ましい。有機酸及び／又はその塩の含有量が０．００１質量％以上であれば、研磨終了後の被研磨材料（例えば、酸化珪素）の平坦性を向上させることができる傾向があり、この観点で、有機酸及び／又はその塩の含有量は０．００５質量％以上がより好ましく、０．０１質量％以上が更に好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましく、０．１質量％以上が非常に好ましい。一方、含有量が１質量％以下であれば、被研磨材料の研磨速度が充分に向上する傾向があり、また酸化セリウム粒子の凝集が抑制される傾向があり、この観点で、有機酸及び／又はその塩の含有量は０．７質量％以下がより好ましく、０．５質量％以下が更に好ましい。

（ｐＨ調整剤）
本実施形態に係る研磨液は、所望のｐＨに調整して研磨に供することができる。ｐＨ調整剤としては特に制限はないが、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸及び酢酸等の酸、並びに水酸化ナトリウム、アンモニア水、水酸化カリウム及び水酸化カルシウム等の塩基が挙げられる。研磨液が半導体研磨に使用される場合には、アンモニア水、酸成分が好適に使用される。ｐＨ調整剤としては、予めアンモニアで部分的に中和された水溶性高分子のアンモニウム塩を使用できる。

なお、室温（２５℃）における研磨液のｐＨは４．０以上、６．０以下である。ｐＨが４．０以上であることにより研磨液の保存安定性が向上する傾向があり、被研磨材料の傷の発生数が減少する傾向があり、同様の観点で、前記ｐＨは、４．３以上がより好ましく、４．５以上が更に好ましい。また、ｐＨが６．０以下であることにより、平坦性の向上効果を充分に発揮できる傾向があり、同様の観点で、前記ｐＨは５．７以下がより好ましく、５．５以下が更に好ましい。研磨液のｐＨは、ｐＨメータ（例えば、横河電機株式会社製のＭｏｄｅｌ ＰＨ８１（商品名））で測定できる。例えば、標準緩衝液（フタル酸塩ｐＨ緩衝液ｐＨ：４．２１（２５℃）、中性リン酸塩ｐＨ緩衝液ｐＨ６．８６（２５℃））を用いて２点校正した後、電極を研磨液に入れて、２５℃で２分以上経過して安定した後の値を測定することで、研磨液のｐＨを測定できる。

（水）
水としては、特に制限されないが、脱イオン水、イオン交換水及び超純水等が好ましい。水の含有量は、前記各含有成分の含有量の残部でよく、研磨液中に含有されていれば特に限定されない。なお、研磨液は、必要に応じて水以外の溶媒、例えば、エタノール、アセトン等の極性溶媒を更に含有してもよい。

（分散剤）
本実施形態に係る研磨液には、酸化セリウム粒子を分散させるための分散剤を含有させることができる。分散剤としては、水溶性陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散剤、水溶性陽イオン性分散剤及び水溶性両性分散剤等が挙げられ、中でも、水溶性陰イオン性分散剤が好ましい。これらは一種類を単独で又は二種類以上を組み合わせて使用できる。なお、高分子化合物として例示された前記高分子化合物の塩（例えば、ポリアクリル酸アンモニウム）を分散剤として使用することもできる。

水溶性陰イオン性分散剤としては、共重合成分としてアクリル酸を含む高分子及びその塩が好ましく、当該高分子の塩がより好ましい。共重合成分としてアクリル酸を含む高分子及びその塩としては、例えば、ポリアクリル酸及びそのアンモニウム塩、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体及びそのアンモニウム塩、並びに、アクリル酸アミドとアクリル酸との共重合体及びそのアンモニウム塩が挙げられる。

その他の水溶性陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン及び特殊ポリカルボン酸型高分子分散剤が挙げられる。

また、水溶性非イオン性分散剤としては、例えば、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、２−ヒドロキシエチルメタクリレート及びアルキルアルカノールアミドが挙げられる。

水溶性陽イオン性分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテート及びステアリルアミンアセテートが挙げられる。

水溶性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド及び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が挙げられる。

分散剤の含有量は、酸化セリウム粒子の分散性を向上させて沈降を抑制し、被研磨材料の研磨傷を更に減らす観点から、研磨液全質量基準で０．００１〜１０質量％の範囲が好ましい。

分散剤の重量平均分子量は、特に制限はないが、１００〜１５００００が好ましく、１０００〜２００００がより好ましい。分散剤の分子量が１００以上であれば、酸化珪素又は窒化珪素等の被研磨材料を研磨するときに、良好な研磨速度が得られやすい傾向がある。分散剤の分子量が１５００００以下であれば、研磨液の保存安定性が低下しにくい傾向がある。なお、重量平均分子量は、ＧＰＣで測定し、ポリアクリル酸ナトリウム標準物質で作成した検量線を用いて算出した値である。

（その他の添加剤）
本実施形態に係る研磨液は、有機酸及び／又はその塩、並びにカルボン酸基又はカルボン酸塩基及び亜硫酸基又は亜硫酸塩基を有する水溶性有機高分子とは別の添加剤として水溶性高分子を使用できる。このような水溶性高分子としては、アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン及びプルラン等の多糖類；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマなどが挙げられる。

これら水溶性高分子の重量平均分子量は、５００以上が好ましい。また、これら水溶性高分子の含有量は、研磨液全質量基準で０．０１〜５質量％が好ましい。

（研磨液の調製・保存方法）
本実施形態に係る研磨液は、例えば、酸化セリウム粒子、水及び必要に応じ分散剤を配合して酸化セリウム粒子を分散させた後に、さらに高分子化合物及び必要に応じ有機酸を添加し、ｐＨを調整することによって得ることができる。なお、本実施形態に係る研磨液は、酸化セリウム粒子、高分子化合物、水、必要に応じ分散剤有機酸及び任意に水溶性高分子を含む一液式研磨液として保存してもよく、酸化セリウム粒子、水及び必要に応じ分散剤を含む酸化セリウムスラリ（第１の液）と、高分子化合物、水、必要に応じ有機酸及び任意に水溶性高分子を含む添加液（第２の液）と、から構成される二液式研磨液として保存してもよい。

なお、二液式研磨液の場合は、高分子化合物及び有機酸以外の添加剤は、酸化セリウムスラリと添加液のいずれに含まれてもよいが、酸化セリウム粒子の分散安定性に影響がない点で、添加液に含まれることが好ましい。

酸化セリウムスラリ（第１の液）と添加液（第２の液）とを分けた二液式研磨液として保存する場合、これら二液の配合を任意に変えることにより平坦化特性と研磨速度の調整が可能となる。二液式研磨液を用いて研磨する場合、酸化セリウムスラリ及び添加液をそれぞれ別の配管で送液し、これらの配管を供給配管出口の直前で合流させて両液を混合して研磨パッド上に供給する方法や、研磨直前に酸化セリウムスラリと添加液とを混合する方法を用いることができる。

本実施形態に係る研磨液及びスラリは、貯蔵・運搬・保管等に係るコストを抑制できる観点で、使用時に水等の液状媒体で例えば２倍以上に希釈されて使用される、研磨液用貯蔵液又はスラリ用貯蔵液として保管できる。前記各貯蔵液は、研磨の直前に液状媒体で希釈されてもよいし、研磨パッド上に貯蔵液と液状媒体を供給し、研磨パッド上で希釈されてもよい。

前記貯蔵液の希釈倍率としては、倍率が高いほど貯蔵・運搬・保管等に係るコストの抑制効果が高いため、２倍以上が好ましく、３倍以上がより好ましい。また、上限としては特に制限はないが、倍率が高いほど貯蔵液に含まれる成分の量が多く（濃度が高く）なり、保管中の安定性が低下する傾向があるため、一般的には１０倍以下が好ましく、７倍以下がより好ましく、５倍以下が更に好ましい。なお、三液以上に構成成分を分けてもよく、その場合についても同様である。なお、希釈倍率がＸ倍であるとは、貯蔵液が貯蔵液の質量の（Ｘ−１）倍の質量の液状媒体と混合され、最終的に全質量が貯蔵液のＸ倍になることを意味する。

本実施形態に係る研磨液は、所望のｐＨに調整して研磨に供することができる。ｐＨ調整剤としては特に制限はないが、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸及び酢酸等の酸、並びに水酸化ナトリウム、アンモニア水、水酸化カリウム及び水酸化カルシウム等の塩基が挙げられる。研磨液が半導体研磨に使用される場合には、アンモニア水、酸成分が好適に使用される。ｐＨ調整剤としては、予めアンモニアで部分的に中和された水溶性高分子のアンモニウム塩を使用できる。

なお、室温（２５℃）における研磨液のｐＨは４．０以上、６．０以下である。ｐＨが４．０以上であることにより研磨液の保存安定性が向上する傾向があり、被研磨材料の傷の発生数が減少する傾向があり、同様の観点で、前記ｐＨは、４．３以上がより好ましく、４．５以上が更に好ましい。また、ｐＨが６．０以下であることにより、平坦性の向上効果を充分に発揮できる傾向があり、同様の観点で、前記ｐＨは５．７以下がより好ましく、５．５以下が更に好ましい。研磨液のｐＨは、ｐＨメータ（例えば、横河電機株式会社製のＭｏｄｅｌ ＰＨ８１（商品名））で測定できる。例えば、標準緩衝液（フタル酸塩ｐＨ緩衝液ｐＨ：４．２１（２５℃）、中性リン酸塩ｐＨ緩衝液ｐＨ６．８６（２５℃））を用いて２点校正した後、電極を研磨液に入れて、２５℃で２分以上経過して安定した後の値を測定することで、研磨液のｐＨを測定できる。

次に、本実施形態に係る研磨液の、基板表面に形成された被研磨材料の研磨への応用（Ｕｓｅ）について説明する。

（研磨方法）
本実施形態に係る基板の研磨方法は、基板表面に形成された被研磨材料を前記研磨液を用いて研磨する。より詳しくは、例えば、基板表面に形成された被研磨材料を研磨定盤の研磨パッドに押圧した状態で、前記研磨液を被研磨材料と研磨パッドとの間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨材料を研磨する。

基板としては、回路素子及び配線パターンが形成された段階の半導体基板や、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絶縁材料が形成された基板等の半導体素子製造に係る基板などが挙げられる。

前記被研磨材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化珪素の複合材料等の無機絶縁材料などが挙げられる。このような基板上に形成された無機絶縁材料を、本実施形態に係る研磨液で研磨することによって、絶縁材料表面の凹凸を解消し、基板全面にわたって平滑な面にできる。また、本実施形態に係る研磨液は、シャロートレンチ分離にも使用できる。

以下、絶縁材料として、無機絶縁材料の膜が形成された半導体基板の場合を例に挙げて、基板の研磨方法を更に詳細に説明する。

研磨装置としては、被研磨材料を有する半導体基板等の基板を保持するホルダーと、回転数を変更可能なモータ等が取り付けてあり、研磨パッド（研磨布）を貼り付け可能な研磨定盤と、を有する一般的な研磨装置を使用できる。研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所製の研磨装置：型番ＥＰＯ−１１１、ＡＭＡＴ（アプライド マテリアルズ社）製ＭＩＲＲＡ，Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ等を使用できる。

研磨パッドとしては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン及び多孔質フッ素樹脂等を特に制限なく使用できる。また、研磨パッドには、研磨液が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。

研磨条件に制限はないが、定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さないように２００回転／分（ｍｉｎ^−１）以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力（加工荷重）は、研磨後に傷が発生しないように１００ｋＰａ以下が好ましい。研磨している間は、研磨パッドに研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨液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、乾燥させることが好ましい。

このように被研磨材料である無機絶縁膜を研磨液で研磨することによって、表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面が得られる。平坦化されたシャロートレンチを形成した後は、無機絶縁膜の上にアルミニウム配線を形成し、その配線間及び配線上に再度無機絶縁膜を形成後、研磨液を用いて当該無機絶縁膜を研磨して平滑な面を得る。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数を有する半導体基板を製造できる。

本実施形態に係る研磨液により研磨される無機絶縁材料としては、例えば、酸化珪素及び窒化珪素が挙げられる。酸化珪素は、リン及びホウ素等の元素がドープされていても良い。無機絶縁材料の作製方法としては、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。

低圧ＣＶＤ法による酸化珪素膜形成は、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℃以下の低温で行うことにより酸化珪素膜が得られる。場合によっては、ＣＶＤにより得られた酸化珪素膜は、１０００℃又はそれ以下の温度で熱処理される。高温リフローによる表面平坦化を図るために、酸化珪素膜にリン：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が好ましい。

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窒化珪素膜が得られる。プラズマＣＶＤ法による窒化珪素膜形成は、反応ガスとしては、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。

本実施形態に係る研磨液及び基板の研磨方法は、半導体基板に形成された無機絶縁膜だけでなく、各種半導体装置の製造プロセス等にも適用できる。本実施形態に係る研磨液及び基板の研磨方法は、所定の配線を有する配線板に形成された酸化珪素材料、ガラス及び窒化珪素等の無機絶縁材料、ポリシリコン、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｔａ及びＴａＮ等を主として含有する材料、フォトマスク・レンズ・プリズム等の光学ガラス、ＩＴＯ等の無機導電材料、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波路、光ファイバーの端面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザＬＥＤ用サファイヤ基板、ＳｉＣ、ＧａＰ及びＧａＡｓ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、並びに磁気ヘッドなどを研磨することにも適用できる。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

（酸化セリウム粒子の作製）
市販の炭酸セリウム水和物２ｋｇを純水の蒸気で加湿した１００℃のオーブンで８時間処理した後、アルミナ製容器に入れ、８３０℃、空気中で２時間焼成することにより黄白色の粉末を１ｋｇ得た。この粉末の相同定をＸ線回折法で行ったところ酸化セリウムであることを確認した。得られた粉末状の酸化セリウムを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、結晶子サイズの粒子と、２個以上の結晶子から構成され結晶粒界を有する粒子とが含まれていた。得られたＳＥＭ画像から任意に５０個の結晶子を選択し、それぞれについて長径と短径との積の平方根から粒子径を求めたところ、結晶子径はいずれも１〜３００ｎｍの範囲に含まれていた。

（高分子化合物の合成）
脱イオン水１６０ｇと２−プロパノール１４０ｇとを、撹拌機、温度計及び空気導入口を備えた１Ｌの合成用フラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら液温を８０℃に昇温した。そして、アクリル酸２３４．６ｇと、２，２´−アゾビス〔２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二硫酸塩二水和物６４．８ｇを脱イオン水１６９．８ｇに溶解させたものとを、それぞれ別々の投入口にセットし、２時間かけて滴下が完了する滴下速度で、両者を同時に滴下した。その後、液温を８０℃〜８５℃で３時間保温後、室温まで冷却した後、不揮発分が４０質量％となるように調整して、高分子化合物の水溶液を得た。高分子化合物は、末端に２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパンを有するポリアクリル酸であり、重量平均分子量は３０００であった。

（実施例１）
前記で作製した酸化セリウム粒子２００．０ｇと、脱イオン水７９５．０ｇとを混合し、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム水溶液（重量平均分子量：８０００、４０質量％）５ｇを添加して、攪拌しながら超音波分散を行い、酸化セリウム分散液を得た。超音波分散は、超音波周波数４００ｋＨｚ、分散時間３０分で行った。得られた酸化セリウム分散液を分級及び希釈し、平均粒径（Ｄ５０）が１５０ｎｍ、固形分濃度が５質量％の酸化セリウムスラリを得た。平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装株式会社製 商品名：Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ ＭＴ３３００ＥＸII）で測定した。

有機酸としてｐ−トルエンスルホン酸一水和物２ｇと、脱イオン水８００ｇとを混合し、高分子化合物として前記ポリアクリル酸（重量平均分子量：３０００、４０質量％）を２．５ｇ加えた後、アンモニア水（２５質量％）を加えてｐＨ５．０（２５℃）に調整した。さらに脱イオン水を加えて、全体量８５０ｇとして添加液とした。

ここに、前記の酸化セリウムスラリ１００ｇを添加して、アンモニア水（２５質量％水溶液）を加えて、ｐＨ５．６（２５℃）に調整し、さらに脱イオン水を加えて、全量を１０００ｇとし、酸化セリウム研磨液（酸化セリウム粒子含有量：０．５質量％）を作製した。

酸化セリウム研磨液中の粒子の平均粒径をレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置で測定した結果、Ｄ５０の値は１５０ｎｍであった。また酸化セリウム研磨液中の粒子のＳＥＭ画像から任意に２０個の粒子を選択し、それぞれについて長辺と短辺を測定した結果、アスペクト比の平均値は２．１であった。

（研磨速度の評価）
ブランケットウエハの研磨速度の評価は、以下の基板（ａ）及び（ｂ）をそれぞれ使用した。
ブランケットウエハ（ａ）：ＣＶＤ法で酸化珪素（厚さ：１０００ｎｍ）を形成した直径２００ｍｍのシリコンウエハ。
ブランケットウエハ（ｂ）：ＣＶＤ法で窒化珪素（厚さ：２００ｎｍ）を形成した直径２００ｍｍのシリコンウエハ。

上記ブランケットウエハ（ａ）及び（ｂ）を下記研磨条件で６０秒間研磨を行い、研磨後の各ウエハは、純水で良く洗浄後、乾燥した。洗浄されたブランケットウエハ（ａ）及び（ｂ）は、膜厚測定装置（大日本スクリーン製造株式会社製 製品名：ラムダエース ＶＬ−Ｍ８０００ＬＳ）を用いて研磨前後での膜厚差を測定し、得られた結果から研磨速度を求めた。

（平坦性の評価）
研磨試験ウエハとして、ＳＥＭＡＴＥＣＨ社製のパタンウエハ（商品名：８６４ウエハ、直径：２００ｍｍ）を用いた。この研磨試験ウエハとこれを用いた研磨特性の評価方法を、図１を用いて説明する。

図１（ａ）は、研磨試験ウエハの一部分を拡大した模式断面図である。ウエハ１の表面には複数の溝が形成されていて、ウエハ１の凸部表面には厚さ１５０ｎｍ（１５００Å）の窒化珪素膜２が形成されている。溝の深さ（凸部の表面から凹部の底面までの段差）は５００ｎｍ（５０００Å）である。以下、凸部をアクティブ部、凹部をトレンチ部という。なお、図１には明示されていないが、ウエハ１には、トレンチ部／アクティブ部の断面幅が１００μｍ／１００μｍ、２０μｍ／８０μｍ及び８０μｍ／２０μｍである３つの領域が形成されている。

図１（ｂ）は、研磨試験ウエハの一部分を拡大した模式断面図である。研磨試験ウエハは、アクティブ部の表面からの酸化珪素膜３の厚さが６００ｎｍ（６０００Å）となるように、プラズマＴＥＯＳ法によってアクティブ部及びトレンチ部に酸化珪素膜３が形成されている。研磨試験では、研磨試験ウエハの酸化珪素膜３を研磨して平坦化を行う。

図１（ｃ）は、酸化珪素膜３を研磨した後の研磨試験ウエハの一部分を拡大した模式断面図である。アクティブ部の窒化珪素膜２表面で研磨を終了し、このときの研磨に要した時間を研磨時間とし、トレンチ部の深さ４からトレンチ部内の酸化珪素膜３の厚さ（酸化珪素膜の残膜厚）５を引いた値をディッシング量６とする。なお、研磨時間は短いほうが良く、ディッシング量６は小さい方が良い。

このような研磨試験ウエハの研磨には研磨装置（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、製品名：Ｍｉｒｒａ）を用いた。基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに研磨試験ウエハをセットした。研磨装置の直径６００ｍｍの研磨定盤に、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッド（溝形状＝パーフォレートタイプ：Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製、型番ＩＣ１０１０）を貼り付けた。更に、被研磨膜である絶縁材料（酸化珪素膜）面を下にして前記ホルダーを研磨定盤上に載せ、加工荷重を２１４ｇｆ／ｃｍ^２（２１．０ｋＰａ）に設定した。

前記研磨パッド上に前記酸化セリウム研磨液を１５０ｍＬ／分の速度で滴下しながら、研磨定盤と研磨試験ウエハとをそれぞれ９０回転／分で作動させて、研磨試験ウエハを研磨した。１００μｍ／１００μｍ領域のアクティブ部の窒化珪素膜が表面に露出したときの研磨時間を研磨終了時間とした。研磨後の研磨試験ウエハは、純水で良く洗浄後、乾燥した。

平坦性の評価項目として、以下の２項目について評価した。
項目１：１００μｍ／１００μｍ領域のトレンチ部のディッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）量：触針式段差計（型番Ｐ１６ ＫＬＡ−ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて測定した。
項目２：２０μｍ／８０μｍ領域及び８０μｍ／２０μｍ領域のトレンチ部のＳｉＯ_２残膜厚差（ＳｉＯ_２密度差）：ナノメトリクス社製の干渉式膜厚測定装置ナノスペック／ＡＦＴ５１００（商品名）を用いて、それぞれの領域における酸化珪素膜（ＳｉＯ_２膜）の残膜厚を測定し、その差を求めた。

（実施例２）
前記で作製した酸化セリウム粒子２００．０ｇと、脱イオン水７９５．０ｇとを混合し、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム水溶液（重量平均分子量：８０００、４０質量％）５ｇを添加して、攪拌しながら超音波分散を行い、酸化セリウム分散液を得た。超音波分散は、超音波周波数４００ｋＨｚ、分散時間３０分で行った。得られた酸化セリウム分散液を分級及び希釈し、平均粒径（Ｄ５０）が１７０ｎｍ、固形分濃度が５質量％の酸化セリウムスラリを得た。平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装株式会社品名：Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ ＭＴ３３００ＥＸII）で測定した。

有機酸としてｐ−トルエンスルホン酸一水和物０．５ｇと、脱イオン水８５０ｇとを混合し、高分子化合物として前記ポリアクリル酸（重量平均分子量：３０００、４０質量％）を３．５ｇ加えた後、アンモニア水（２５質量％）を加えてｐＨ５．０（２５℃）に調整した。さらに脱イオン水を加えて、全体量９００ｇとして添加液とした。

ここに、前記の酸化セリウムスラリ６０ｇを添加して、アンモニア水（２５質量％水溶液）を加えて、ｐＨ５．４（２５℃）に調整し、さらに脱イオン水を加えて、全量を１０００ｇとし、酸化セリウム研磨液（酸化セリウム粒子含有量：０．３質量％）を作製した。

酸化セリウム研磨液中の粒子の平均粒径をレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置で測定した結果、Ｄ５０の値は１７０ｎｍであった。また酸化セリウム研磨液中の粒子のＳＥＭ画像から任意に２０個の粒子を選択し、それぞれについて長辺と短辺を測定した結果、アスペクト比の平均値は２．５であった。

（比較例１）
（酸化セリウム粒子の作製）
市販の炭酸セリウム水和物２ｋｇをアルミナ製容器に入れ、８３０℃、空気中で２時間焼成することにより黄白色の粉末を１ｋｇ得た。この粉末の相同定をＸ線回折法で行ったところ酸化セリウムであることを確認した。得られた粉末状の酸化セリウムを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、結晶子サイズの粒子と、２個以上の結晶子から構成され結晶粒界を有する粒子とが含まれていた。得られたＳＥＭ画像から任意に５０個の結晶子を選択し、それぞれについて長径と短径との積の平方根から粒子径を求めたところ、結晶子径はいずれも１〜３００ｎｍの範囲に含まれていた。

前記で作製した酸化セリウム粒子２００．０ｇと、脱イオン水７９５．０ｇとを混合し、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム水溶液（重量平均分子量：８０００、４０質量％）５ｇを添加して、攪拌しながら超音波分散を行い、酸化セリウム分散液を得た。超音波分散は、超音波周波数４００ｋＨｚ、分散時間３０分で行った。得られた酸化セリウム分散液を分級及び希釈し、平均粒径（Ｄ５０）が１５０ｎｍ、固形分濃度が５質量％の酸化セリウムスラリを得た。平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装株式会社品名：Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ ＭＴ３３００ＥＸII）で測定した。

有機酸としてｐ−トルエンスルホン酸一水和物２ｇと、脱イオン水８００ｇとを混合し、高分子化合物として前記ポリアクリル酸（重量平均分子量：３０００、４０質量％）を２．５ｇ加えた後、アンモニア水（２５質量％）を加えてｐＨ５．０（２５℃）に調整した。さらに脱イオン水を加えて、全体量８５０ｇとして添加液とした。

ここに、前記の酸化セリウムスラリ１００ｇを添加して、アンモニア水（２５質量％水溶液）を加えて、ｐＨ５．５（２５℃）に調整し、さらに脱イオン水を加えて、全量を１０００ｇとし、酸化セリウム研磨液（酸化セリウム粒子含有量：０．５質量％）を作製した。

酸化セリウム研磨液中の粒子の平均粒径をレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置で測定した結果、Ｄ５０の値は１５０ｎｍであった。また酸化セリウム研磨液中の粒子のＳＥＭ画像から任意に２０個の粒子を選択し、それぞれについて長辺と短辺を測定した結果、アスペクト比の平均値は１．３であった。

実施例１、２及び比較例１の研磨特性の評価結果を表1に示した。表1から、本発明により提供される研磨液により平坦性が向上し、ディッシングの低減及びＳｉＯ_２膜の残膜厚差の低減が達成されることが明らかとなった。

１…ウエハ、２…窒化珪素膜、３…プラズマＴＥＯＳ法によって形成された酸化珪素膜、４…トレンチ部の深さ、５…研磨後のトレンチ部の酸化珪素膜厚、６…ディッシング量。

Claims (9)

1. 酸化セリウム粒子、高分子化合物及び水を含むＣＭＰ用の研磨液であって、
   前記酸化セリウム粒子は、粒子の長辺と短辺の比を指すアスペクト比の平均値が、１．５〜６．０の粒子であり、
   前記高分子化合物は、アクリル酸系重合体であり、
   ｐＨが４．０以上、６．０以下である研磨液。
2. 前記酸化セリウム粒子の含有量が、研磨液全質量に対して、０．０５〜５．０質量％である、請求項１に記載の研磨液。
3. 前記高分子化合物の含有量が、研磨液全質量に対して０．０１〜１．０質量％である、請求項１又は２に記載の研磨液。
4. 前記高分子化合物は、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨液。
5. 前記高分子化合物は、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨液。
6. さらに、有機酸を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨液。
7. さらに、ｐＨ調整剤を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の研磨液。
8. 前記酸化セリウム粒子及び水を含む第１の液と、前記高分子化合物及び水を含む第２の液と、から構成される二液式研磨液として保存される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の研磨液。
9. 基板表面に形成された被研磨材料を請求項１〜８のいずれか一項に記載の研磨液を用い、被研磨材料を研磨定盤の研磨パッドに押圧した状態で、前記研磨液を被研磨材料と研磨パッドとの間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨材料を研磨する、基板の研磨方法。

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