JP4965451B2

JP4965451B2 - 界面活性剤を含むｃｍｐ組成物

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Publication number: JP4965451B2
Application number: JP2007539010A
Authority: JP
Inventors: サン，タオ; メドスカー，ロバート
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Current assignee: CMC Materials Inc
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: IL182536A; EP1829093A2; MY143941A; TWI313703B; EP1829093B1; IL182536A0; ATE421769T1; CN102337080A; KR101109300B1; KR20070072617A; TW200621961A; CN102337080B; WO2006049912A2; JP2008517791A; DE602005012546D1; WO2006049912A3; US7524347B2; US20060096496A1; CN101044600A

Description

本発明は研磨組成物及び同組成物を使用して基材を研磨する方法に関係する。

メモリー又はリジッドディスクにおける貯蔵容量増加の要求及び（コンピューター装置のハードディスクドライブの小型化要求による）メモリー又はリジッドディスクの小型化に向けたトレンドが、メモリー又はリジッドディスクの製造プロセスを重要なものとし続けており、これは最高の性能を確実なものにするためにこのようなディスクを平坦化又は研磨することを含む。いくつかの化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物及び半導体デバイス製造と関連して使用する方法が存在している一方で、従来型のＣＭＰ方法又は市販のＣＭＰ組成物でメモリー又はリジッドディスクの平坦化又は研磨によく適合するものはほとんどない。

貯蔵容量増加の要求が増すにつれ、このようなメモリー又はリジッドディスクの研磨プロセスの改善要求も増している。「メモリー又はリジッドディスク」という用語は情報を電磁気的な形態で保有する任意の磁気ディスク、ハードディスク、リジッドディスク、又はメモリーディスクについて言及する。このメモリー又はリジッドディスクは概してニッケル−リンを含む表面を有するが、このメモリー又はリジッドディスクの表面は任意の他の好適な材料を含んでもよい。ディスクドライブの記録ヘッドとメモリー又はリジッドディスクの表面との間の距離が小さくなってきているので、メモリー又はリジッドディスクの平坦度は改善されなければならない。メモリー又はリジッドディスクの欠陥性の低減、すなわち、表面の粗さを低減することは記録密度を増加するために必要である。記録密度を増加するために、メモリー又はリジッドディスクの単位面積あたりの記録密度も増加しなければならない。

メモリー又はリジッドディスクを研磨する間、概してリジッドディスクの端部はディスクの残りの表面エリアよりも高い圧力を研磨ツールから受ける。概して、研磨は砥材、研磨パッド、及び液体キャリアの組合せを使用して実施され、そこでは砥材が液体キャリア中に懸濁していてもよく、またはパッドの表面に添加されていてもよい。研磨プロセスが主に砥材及び／又はパッドによるディスクの機械的な磨り減らし（abrasion)からなり、そこに存在することがある化学品の反応を伴い、そして磨り減らしの速度が少なくとも部分的に適用圧力の関数であるため、ディスクの端部はディスクの残りの部分よりも速い磨り減らし速度を受ける。これはディスクの端部でカーブした、又は丸くなった輪郭を形成することにつながる。これは当該技術分野でラブオフ（rub-off）又はダブオフ(dub-off)として知られる。ディスク上のこのような丸みを帯びたエリアは記録には適合しない。従って、ラブオフの量が減れば、ディスクの記録容量が増加し得る。

従って、メモリー又はリジッドディスクの均一な研磨のための改善プロセスを探すためにかなりの努力が払われてきている。例えば、米国特許第６，４８８，７２９号は、研磨材料、研磨促進剤、ヒドロキシプロピルセルロース又はヒドロキシアルキルアルキルセルロース、及び水を含む研磨組成物を開示する。米国特許第６，６４５，０５１号ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンコポリマー、無機又は有機酸、砥材、及び水を含むメモリーハードディスク用の研磨組成物を開示する。

しかしながら、メモリー又はリジッドディスクを高速で平坦化又は研磨し一方で表面欠陥性を最小にするための他の組成物及び方法の要求があいかわらず残っている。本発明はそのような組成物及び方法を提供する。本発明のこれらの及び他の利点だけでなく、追加の発明の特徴も、ここで提供する発明についての記載から明らかになる。

本発明は（ａ）フュームドアルミナ、（ｂ）アルファアルミナ、（ｃ）シリカ、（ｄ）１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、（ｅ）金属キレート有機酸、及び（ｆ）液体キャリアを含む、研磨組成物を提供する。本発明は基材を化学機械研磨する方法であって、（ｉ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させること、（ここで化学機械研磨組成物は（ａ）フュームドアルミナ、（ｂ）アルファアルミナ、（ｃ）シリカ、（ｄ）１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、（ｅ）金属キレート有機酸、及び（ｆ）液体キャリアを含む）、（ｉｉ）基材と研磨パッドの間に化学機械研磨組成物を伴って、基材に対して研磨パッドを動かすこと、並びに（ｉｉｉ）基材を研磨するために基材の少なくとも一部を磨り減らす（abrade)こと、を含んでなる方法をさらに提供する。

本発明は（ａ）フュームドアルミナ、（ｂ）アルファアルミナ、（ｃ）シリカ、（ｄ）１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、（ｅ）金属キレート有機酸、及び（ｆ）液体キャリアを含む、研磨組成物を提供する。この研磨組成物は望ましくは端部の浸食を低減することを可能にし、一方でメモリーハードディスクのような金属表面の研磨における除去速度を増進することを可能にする。

この研磨組成物はフュームドアルミナ、アルファアルミナ、及びシリカの混合物を含む。フュームド金属酸化物、例えばフュームドアルミナ及びフュームドシリカ、は任意の好適な揮発性又は非揮発性の前駆物質から調製することができる。フュームド金属酸化物は揮発性前駆物質から製造可能であり、これは関心のある金属酸化物を製造するための高温炎（Ｈ_２／空気又はＨ_２／ＣＨ_４／空気）中で前駆物質（例えば金属塩化物）を酸化及び／又は加水分解することによる。フュームド金属酸化物は非揮発性前駆物質から製造可能であり、これは好適な溶媒、例えば水、アルコール又は酸系溶媒に前駆物質を溶解又は分散させることによる。この前駆物質を含む溶媒は液滴発生器を使用して高温炎へ噴霧可能であり、そして金属酸化物は凝集しその後集めることが可能である。典型的な液滴発生器は二液噴霧器、高圧スプレーノズル、及び超音波噴霧器を含む。

フュームドアルミナはアルミニウム酸化物のアモルファス（非晶質）形態であり、一方でアルファアルミナは１４００℃を超える高温で生成したアルミニウム酸化物の結晶性多形体を言及する。アルファアルミナは概して５０質量％またはそれより多いアルファ多形体を含むアルミナを言及する。フュームドアルミナは概してアルファアルミナよりも研磨性が低い。両形態のアルミナは当該技術分野で周知でありそして広範囲の粒子サイズ及び表面積のものが市販されている。

シリカは任意の好適なシリカであってよい。好ましくは、このシリカはコロイド状又はフュームドシリカである。フュームドシリカはここで述べられるようなプロセスによって製造した材料を言及する。

本発明の背景における好適なコロイド状シリカは湿潤プロセスタイプのシリカ粒子（例えば、縮合重合シリカ粒子）を含む。縮合重合シリカ粒子は概してＳｉ（ＯＨ）_４を凝縮しコロイド状粒子を生成することにより調製され、ここでコロイド状とは１ｎｍ〜１０００ｎｍの平均粒子サイズを有するものとして定義される。このような砥材粒子は米国特許第５，２３０，８３３号により調製されてもよく、又は任意の市販製品例えば、Ａｋｚｏ−ＮｏｂｅｌＢｉｎｄｚｉｌ５０／８０製品及びＮａｌｃｏ１０５０、２３２７及び２３２９製品、同様にＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、ＡｐｐｌｉｅｄＲｅｓｅａｒｃｈ、日産化学、及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の類似の製品として得ることもできる。

本発明において有用な砥材粒子、すなわちフュームドアルミナ、アルファアルミナ、シリカ、及び他のそのような成分、は望ましくは少なくとも３ｎｍまたはそれより大きい平均粒子サイズを有する（例えば３〜１０００ｎｍ）。好ましくは、砥材粒子は１０ｎｍまたはそれより大きい平均粒子サイズを有する（例えば１０〜５００ｎｍ、またはさらに５０〜３００ｎｍ）。概して、砥材粒子は１０００ｎｍ又はそれより小さい平均粒子サイズを有する（例えば８００ｎｍまたはそれより小さい）。好ましくは、砥材粒子は５００ｎｍまたはそれより小さい平均粒子サイズを有する（例えば３００ｎｍまたはそれより小さい）。

研磨組成物はフュームドアルミナ、アルファアルミナ、及びシリカの混合物を任意の好適な比率で含んでもよい。概して、研磨組成物は０．０１質量％またはそれより多い（例えば０．０５質量％またはそれより多い）フュームドアルミナ、０．０１質量％またはそれより多い（例えば０．０５質量％またはそれより多い）アルファアルミナ、及び０．０１質量％またはそれより多い（例えば０．０５質量％またはそれより多い）シリカを含む。好ましくはこの研磨組成物は５質量％またはそれより少ない（例えば２質量％またはそれより少ない）フュームドアルミナ、５質量％またはそれより少ない（例えば２質量％またはそれより少ない）アルファアルミナ、及び１０質量％またはそれより少ない（例えば５質量％またはそれより少ない）シリカを含む。より好ましくはこの研磨組成物は０．２質量％〜１質量％のフュームドアルミナ、０．１質量％〜１質量％のアルファアルミナ、及び０．１質量％〜４質量％のコロイド状シリカを含む。

砥材粒子は好ましくはコロイド状に安定している。コロイドという用語は液体キャリア中の砥材粒子の懸濁を言及する。コロイド状安定性とは時が経ってもこの懸濁を維持することを言及する。本発明の背景において、砥材が１００ｍｌ目盛り付きシリンダーに入れそして攪拌せずに２時間おいたときに、目盛り付きシリンダーの底部５０ｍｌの粒子濃度（［Ｂ］ｇ／ｍｌ）と目盛り付きシリンダーの上部５０ｍｌの粒子濃度（［Ｔ］ｇ／ｍｌ）との差を砥材組成物中の初期の粒子濃度（［Ｃ］ｇ／ｍｌ）で割った値が０．５以下（すなわち｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ]≦０．５）であれば、砥材はコロイド状に安定していると考えられる。より好ましくは［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ]の値は望ましくは０．３以下、そして最も好ましくは０．１以下である。

この研磨組成物は非イオン性界面活性剤を含む。この非イオン性界面活性剤の目的は金属表面の研磨において観察される端部研磨の量を低減すること及び金属表面の除去速度を増進することである。金属表面の研磨において、概して端部は研磨ツールからより大きな下向き荷重（downforce)を受ける。磨り減らし（abrasion)は部分的には表面に適用される圧力の関数だからであり、金属端部は表面の残り（端部以外）に比べてより速い金属浸食速度を受けるからである。このような金属表面の不均一な研磨の結果は端部浸食をもたらし、これは当該技術分野でラブオフ（rub-off）又はダブオフ(dub-off)として知られる。任意の特定の理論と結びつけられることは望まないが、非イオン性界面活性剤が金属表面に吸着され、これにより潤滑膜が形成されると考えられる。

界面活性剤が存在することに対する典型的な不利益は金属表面に対する全体的な除去速度が減少することである。金属表面への界面活性剤の吸着は、表面での金属と砥材粒子との接触を低減するように作用し、そして金属表面と砥材粒子との接触は金属表面が磨り減らされる主要な機構（メカニズム）であるので、除去速度が低減され、ときには有用な速度未満となり、したがって研磨組成物における界面活性剤の実用性は限定されることになる。しかしながら、本発明の研磨組成物の背景においては、非イオン性界面活性剤の存在は全体の金属除去速度を有利に増加する。

概して、研磨組成物中の非イオン性界面活性剤の量は少なくとも１０ｐｐｍ（例えば１０〜１０００ｐｐｍ）になる。好ましくは、研磨組成物中の非イオン性界面活性剤の量は１０００ｐｐｍ又はそれより小さい（例えば８００ｐｐｍ又はそれより小さい、又は６００ｐｐｍ又はそれより小さい）。非イオン性界面活性剤の量が低すぎる場合、非イオン性界面活性剤の添加によって得られる利益はない。非イオン性界面活性剤の量が過剰な場合、金属の除去速度の低減及びラブオフへの有害な影響が観察される。

非イオン性界面活性剤は任意の好適な非イオン性界面活性剤であってよい。好適な非イオン性界面活性剤はシロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤を含む。前述のコポリマー界面活性剤の構造は直鎖、側鎖、又はトリシロキサンタイプであってもよい。このようなコポリマー界面活性剤の好ましい例は市販のSilwet（商標）ファミリーの界面活性剤であって、側鎖構造を有するものである。このシロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤は、任意の好適な分子量又は構造を有してもよい。

好適な非イオン性界面活性剤はまたアクリル酸エステルを含むポリマーも含む。好ましいアクリル酸エステルを含むポリマーは、アクリル酸エステルモノマーであってそのアルコール成分がフッ素で置換されたアクリル酸エステルモノマーを含み、例えばここでアルコール成分の水素原子の少なくとも一つがフッ素で置換されたものである。このようなアクリル酸エステルを含むポリマーの好ましい例は市販のFluorad（商標）界面活性剤である。

好適な非イオン性界面活性剤は、一端に過フッ素化アルキル鎖及び他端にヒドロキシル基又はアルキル基を含むエチレン酸化物の線状ポリマーをさらに含む。このようなポリマーの好ましい例はＤｕＰｏｎｔから市販されている。

好適な非イオン性界面活性剤は、エチレンジアミンとエチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとのコポリマーを追加的に含む。このようなコポリマーを好ましい例はTetronic（商標）ファミリーのブロックコポリマー界面活性剤を含み、それらはＢＡＳＦから市販されている。

この研磨組成物は金属キレート有機酸をさらに含む。金属キレート有機酸は、少なくとも一つの金属イオンを伴う環状化合物、例えばキレート、を生成し得る有機カルボン酸である。好ましい金属キレート有機酸は、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、乳酸、マレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、グリシン、アスパラギン酸、酒石酸、グルコン酸、イミノ二酢酸、及びフマル酸からなる群から選択されるか、又は任意のカルボン酸又はアミノカルボン酸である。

この研磨組成物は任意の好適な量の金属キレート有機酸を含んでもよく、そして概して０．０００１質量％又はそれより多いこのような酸を含む。好ましくは、研磨組成物は０．００１質量％又はそれより多い（例えば０．００１質量％から０．５質量％）金属キレート有機酸を含み、そしてより好ましくは０．００５質量％又はそれより多い（例えば０．００５質量％から０．２５質量％）金属キレート有機酸を含む。概して、研磨組成物は１質量％又はそれより少ない金属キレート有機酸を含む。好ましくは、研磨組成物は０．５質量％又はそれより少ない（例えば０．２５質量％又はそれより少ない）金属キレート有機酸を含む。

前述のカルボン酸は塩（例えば金属塩、アンモニウム塩又はそれらに類するもの）、酸、又はそれらの部分塩の形態で存在し得ることが理解される。例えば、酒石酸塩は酒石酸、同様にそれらのモノ−塩及びジ−塩を含む。さらに、塩基性官能基を含むカルボン酸は塩基性官能基の酸塩の形態で存在してもよい。例えば、グリシンはグリシンを含み、同様にそれらの酸塩も含む。さらに、いくつかの化合物は酸塩及びキレート剤の両方として機能することができる（例えば、あるアミノ酸及びそれに類するもの）。

液体キャリアは、研磨又は平坦化される好適な基材の表面へ、砥材（特にフュームドアルミナ、アルファアルミナ、及びシリカ）、界面活性剤、金属キレート有機酸、及び任意の随意的な添加剤を適用することを促進する。液体キャリアは概して水性キャリアでありそして水だけであってもよく、水及び好適な水混和性の溶媒をさらに含んでもよく、又はエマルジョンであってもよい。好ましくは、水性キャリアは水からなり、より好ましくは脱イオン水からなる。

研磨組成物は任意の好適なｐＨを有してもよい。望ましくは、研磨組成物はｐＨが７又はそれより小さい（例えば６又はそれより小さい）。好ましくは、研磨組成物はｐＨが１又はそれより大きい（例えば２又はそれより大きい）。より好ましくは、研磨組成物はｐＨが２〜５となる。

この研磨組成物のｐＨは任意の好適な手段によって達成及び／又は維持されてもよい。より具体的には、研磨組成物はｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、又はそれらの組合せをさらに含む。このｐＨ調整剤は任意の好適なｐＨ調整化合物であってよい。例えば、このｐＨ調整剤は硝酸、水酸化カリウム、又はそれらの組合せでもよい。このｐＨ緩衝剤は好適な緩衝剤であってよく、例えば、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩、及びそれらに類するものである。この研磨組成物は、ここで説明した範囲内に、研磨組成物のｐＨを達成及び／又は維持するために使用するのに好適な量であれば、任意の好適な量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨ緩衝剤を含んでもよい。

この研磨組成物は酸化剤をさらに含んでもよい。好ましい酸化剤は過酸化水素、過酸化尿素、ペルオキシ硫酸、ペルオキシ酢酸、過ホウ酸、これらの塩、及びこれらの組合せからなる群から選択されている。研磨組成物中に酸化剤が存在するとき、酸化剤は好ましくは１０質量％またはそれより少ない（例えば８質量％またはそれより少ない、又は６質量％またはそれより少ない）当該成分を含む。

好ましい実施態様では、研磨組成物は（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、（ｃ）０．１〜４質量％のコロイド状シリカ、（ｄ）シリコーンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤の群から選択した１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、（ｅ）酒石酸、及び（ｆ）水を含む。別の好ましい実施態様では、研磨組成物は（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、（ｃ）０．１〜４質量％のコロイド状シリカ、（ｄ）エチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとエチレンジアミンとのコポリマーの群から選択した１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、（ｅ）酒石酸、（ｆ）水を含む。

研磨組成物は任意の好適な技術によって調製されてよく、その技術の多くは当業者に知られている。研磨組成物はバッチ又は連続プロセスで調製されてもよい。概して、研磨組成物は任意の順番でそれらの成分を混ぜ合わせることによって調製されてもよい。ここで使用される「成分」という用語は、個々の内容物（例えば酸、塩基、等）だけでなく任意の内容物の組合せ（例えば、複数の酸、複数の塩基、複数の界面活性剤、等）も含む。

例えば、砥材は好適な液体キャリア中に分散されてもよい。その後非イオン性界面活性剤及び金属キレート有機酸が添加されてもよく、そしてこれらの成分を研磨組成物に組み込むことができる任意の方法で混合されてもよい。酸化剤が望ましい場合、酸化剤は研磨組成物を調製する間のいつでも添加可能である。研磨組成物は使用に先駆けて一又は二以上の成分、例えば随意的な酸化剤を、使用の直前（例えば、使用の１分前またはそれ以内、使用の１時間前またはそれ以内、または使用の１週間前またはそれ以内）に研磨組成物に加えることによって、調製可能である。研磨組成物はまた研磨操作の間に基材の表面でこれらの成分を混合することによって調製されてもよい。

この研磨組成物は、フュームドアルミナ、アルファアルミナ、シリカ、非イオン性界面活性剤、金属キレート有機酸、及び液体キャリアを含むワンパッケージシステムとして供給されてもよい。あるいは、フュームドアルミナ、アルファアルミナ、及びシリカは第一容器に液体キャリア中の分散液として供給されてもよく、そして非イオン性界面活性剤及び金属キレート有機酸は乾燥状態かまたは液体キャリア中の溶液若しくは分散液として第二容器に供給されてもよい。随意的な成分、例えば酸化剤、は第一及び／又は第二容器または第三容器に置かれてもよい。さらに、第一または第二容器内の成分は乾燥状態にあってもよく、一方で対応する容器内の成分は水性分散液の状態であってもよい。さらに、第一または第二容器内の成分が異なるｐＨ値を有すること、あるいは実質的に同様であること、またはさらに等しいｐＨ値であることが好適である。随意的な成分、例えば酸化剤が固体である場合、それは乾燥状態または液体キャリア中の混合物として供給されてもよい。酸化剤は望ましくは研磨組成物の他の成分とは別に供給され、そして、例えばエンドユーザーによって、使用の少し前（例えば、使用の１週間前またはそれ以内、使用の１日前またはそれ以内、使用の１時間前またはそれ以内、使用の１０分前またはそれ以内、または使用の１分前またはそれ以内）に研磨組成物の他の成分と混合される。他の二つの容器で、または三つまたはそれより多い容器で研磨組成物の成分を組合せることは当業者の知識の範囲内である。

本発明の研磨組成物は濃縮物として提供されてもよく、この濃縮物は適当な量の液体キャリアで使用前に希釈されることを意図している。このような実施態様では、研磨組成物の濃縮物はフュームドアルミナ、アルファアルミナ、シリカ、非イオン性界面活性剤、金属キレート有機酸、及び液体キャリアを、含んでもよく、その含有量は濃縮物を適当な量の水で希釈した際に、研磨組成物の各成分が研磨組成物中で各成分について上述した適当な範囲内の量で存在するような量である。例えば、フュームドアルミナ、アルファアルミナ、シリカ、非イオン性界面活性剤、及び金属キレート有機酸はそれぞれ、濃縮物において、各成分について上述した濃度の２倍（例えば３倍、４倍または５倍）多い量で存在してもよい、これにより濃縮物が等体積の液体キャリア（例えばそれぞれ２倍の体積の液体キャリア、３倍の体積の液体キャリア、又は４倍の体積の液体キャリア）で希釈されたときに、各成分が研磨組成物において、各成分について上述した範囲内の量で存在するようになる。さらに、当業者なら理解できることであるが、非イオン性界面活性剤、金属キレート有機酸、及び好適な添加剤が少なくとも部分的に又は完全に濃縮物中で溶解することを確実にするために、この濃縮物は最終研磨組成物中に存在する液体キャリアを適当な僅かな量で含んでもよい。

研磨組成物は使用の十分前に又はさらには少し前に調製されてもよい一方で、この研磨組成物はまた使用箇所で又はその近くで研磨組成物の成分を混合することによって製造されてもよい。ここで使用されるとおり、「使用箇所（point-of-use）」という用語は研磨組成物が基材表面に適用される点を言及する（例えば、研磨パッド又は基材表面自体）。研磨組成物が使用箇所混合を用いて製造されるとき、研磨組成物の成分は二又は三以上の貯蔵装置に別々に貯蔵されている。

貯蔵装置に含まれる成分を混合して、使用箇所でまたはその近くで研磨組成物を製造するために、この貯蔵装置は概して一又は二以上の流路を備え、この流路は各貯蔵装置から使用箇所（例えば、定盤、研磨パッド、または基材表面）まで研磨組成物を導く。「流路」という用語は、個々の貯蔵容器に貯蔵された成分がそこから使用箇所までの流れる経路を意味する。一又は二以上の流路は各々直接に使用箇所まで通じてもよく、または二以上の流路が使用される場合、二又は三以上の流路が任意の箇所で単一の流路に合流してもよく、この単一の流路は使用箇所まで通じる。さらに、任意の一又は二以上の流路（例えば個々の流路または合流した流路）はまず一又は二以上の他の装置（例えば、ポンプ装置、測定装置、混合装置、等）に通じ、その後この成分の使用箇所に達してもよい。

研磨組成物の成分は独立に使用箇所まで配送されてもよく（例えば、この成分は基材表面に配送され、そこでこれらの成分が研磨プロセス中に混合される）、またはこの成分は使用箇所への配送の前に速やかに混合されてもよい。複数の成分が、使用箇所へ到着する１０秒未満前、好ましくは使用箇所へ到着する５秒未満前、より好ましくは使用箇所へ到着する１秒未満前、さらにはこれらの成分の使用箇所への配送と同時に、混合される場合（例えばこれらの成分は払い出し容器で混合される）、これらの成分は「使用箇所への配送の前に速やかに」混合されることになる。複数の成分が使用箇所の５ｍ以内で、例えば使用箇所の１ｍ以内または使用箇所の１０ｃｍ以内（例えば使用箇所の１ｃｍ以内）で混合される場合も、これらの成分は「使用箇所への配送の前に速やかに」混合されることになる。

研磨組成物の二又は三以上の成分が使用箇所に達する前に混合されるとき、これらの成分は混合装置を使用することなく流路で混合されてそして使用箇所へ配送されてもよい。あるいは、一又は二以上の流路は混合装置に通じてもよく、その混合装置は二又は三以上の成分の混合を促進する。任意の好適な混合装置が使用されてもよい。例えば、混合装置は二又は三以上の成分が流れるノズル又はジェット（例えば高圧ノズル又はジェット）であってもよい。あるいは、混合装置は、一又は二以上の入口、及び少なくとも一つの出口を含むコンテナ型の混合装置であってもよく、この入口によって研磨スラリーの二又は三以上の成分が混合装置に導入され、そしてこの出口を通ってこの混合成分が混合装置を出て行き使用箇所まで、直接またはこの装置の他の要素を介して（例えば一又は二以上の流路を介して）、配送される。さらに、混合装置は二以上のチャンバーを含んでもよく、各チャンバーは少なくとも一つの入口及び少なくとも一つの出口を有し、ここで二又は三以上の成分が各チャンバーで混合される。コンテナ型の混合装置が使用される場合、混合装置は好ましくは成分の混合をさらに促進する混合機構を含む。混合機構は概して当該技術分野において既知でありそして、かき混ぜ（stir)、混ぜ合わせ（blend)、攪拌（agitate)、パドルバッフル、ガス噴霧（sparge）システム、振動(vibrate)、等である。

本発明はさらに基材を化学機械研磨する方法を提供し、この方法は（ｉ）基材を研磨パッド及びここで記載された研磨組成物と接触させること、（ｉｉ）基材と研磨パッドの間に研磨組成物を伴って、基材に対して研磨パッドを動かすこと、並びに（ｉｉｉ）基材を研磨するために基材の少なくとも一部を磨り減らす（abrade)こと、を含む。

本発明の方法を使用して研磨される基材は任意の好適な基材であってもよい。好ましい基材は少なくとも一つの金属層を含む。好適な基材は、メモリー若しくはリジッドディスク、集積回路、金属、中間層誘電体（ＩＬＤ）デバイス、半導体、マイクロ電子機械システム、強誘電体、及び磁気ヘッドを含むが、これらに限定はされない。

この金属層は任意の好適な金属を含んでもよい。例えば、金属層は銅、タンタル、チタン、タングステン、アルミニウム、ニッケル、ニッケル−リン、これらの組合せ、及びこれらの合金を含んでもよい。特に好適な金属基材はアルミニウム、アルミニウムを被覆したニッケル−リン、又はアルミニウムを被覆したニッケルである。基材はさらに少なくとも一つの絶縁層を含んでもよい。この絶縁層は金属酸化物、多孔質金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素化有機ポリマー、又は任意の他の好適な高若しくは低−ｋ絶縁層であってもよい。

本発明の研磨方法は特に化学機械研磨（ＣＭＰ）装置とともに使用するのに適している。概して、この装置は定盤（ｐｌａｔｅｎ）、研磨パッド及びキャリアを含み、この定盤は使用の際に作動しておりそして軌道運動、直線運動または円形運動に起因する速度を有し、そして研磨パッドは定盤と接触しそして作動する際には定盤とともに動き、そしてキャリアは基材を支持し、研磨パッドの表面に対して接触しそして動くことにより研磨する。基材を研磨するために基材の少なくとも一部を磨り減らすように、本発明の研磨組成物及び研磨パッドと接触して基材を配置し、研磨パッドを基材に対して動かすことよって、基材の研磨は行われる。
本発明の研磨方法は同様にメモリー若しくはリジッドディスクの研磨のために設計した研磨装置とともに使用することにも非常に適合している。概して、この装置は一対の定盤（すなわち、上方の定盤及び下方の定盤）及び一対の研磨パッド（すなわち上方の定盤に取り付けた上方の研磨パッド及び下方の定盤に取り付けた下方の研磨パッド）を含む。上方の定盤及び上方の研磨パッドはそこに形成した一続きの穴（hole)又は溝（channel)を有し、これが研磨組成物又はスラリーが上方の定盤及び上方の研磨パッドを通過し研磨されるリジッドディスクの表面に達することを可能にする。下方の定盤は一続きの内側及び外側の周辺機器(gear)をさらに含み、これは一又は二以上のディスクキャリアを回転するために使用される。このキャリアは一又は二以上のリジッドディスクを、リジッドディスクの主要面（すなわち上面及び下面）が上方又は下方の研磨パッドと接触することができるように、支持する。使用時に、リジッドディスクの表面は研磨パッド及び研磨組成物又はスラリーと接触するようにされ、そして上方又は下方の定盤は共通軸のまわりを独立して回転させられている。キャリアが上方及び下方の定盤及び／又は上方及び下方の研磨パッドの範囲内で単数又は複数の軸について回転するように、下方の定盤の周辺機器も動かされる。円形運動（定盤及び研磨パッドの回転による）及び軌道運動（キャリアの回転による）の組合せの結果としてリジッドディスクの上方及び下方の表面が均等に研磨される。

基材は、任意の好適な研磨パッド（例えば研磨表面）を伴い研磨組成物を伴って、平坦化又は研磨されてもよい。好適な研磨パッドは、例えば、織った（woven）又は不織の研磨パッドを含む。さらに、好適な研磨パッドは、多様な密度、硬度、厚み、圧縮性、圧縮に対して回復する能力、及び圧縮弾性率の任意の好適なポリマーを含んでもよい。好適なポリマーは、例えば、ポリ塩化ビニル８、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、それらの共形成生成物（co-formed product）、及びそれらの混合物を含む。

望ましくは、ＣＭＰ装置は現場の（ｉｎｓｉｔｕ）研磨終点検知システム、この多くは当該技術分野で既知である、をさらに含む。加工中の製品（ワークピース)の表面から反射される光又は他の放射を分析することにより、研磨プロセスを検査し監視する技術が当該技術分野で既知である。このような方法が、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、米国特許第５，９６４，６４３号、に記載されている。望ましくは、研磨されているワークピースに関する研磨プロセスの進行の検査または監視が研磨終点の決定を可能とし、すなわち、特定のワークピースに対する研磨プロセスを終了すべきときを決定する。

以下の例はさらに本発明を説明するが、言うまでもなく、どんな方法であろうとその範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

これらの例のそれぞれにおいて、Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクを含む同様の基材を、０．２質量％のフュームドアルミナ、０．８質量％のα−アルミナ（平均粒子直径０．３５μｍ）、３質量％のコロイド状シリカ、０．８質量％の酒石酸、及び１．２質量％の過酸化水素を水中に含む研磨組成物で、研磨した。対照研磨組成物は他の成分を含まなかった（例えば界面活性剤を含まなかった）。本発明の研磨組成物はこの例で説明されるような非イオン性界面活性剤をさらに含んでいた。この研磨試験は概して研磨パッドを備えた市販の研磨装置を使用することを含み、そして研磨パラメータは全ての研磨試験で同一とした。

研磨の後に、除去速度（Å／分）を測定した、そして試験基材の端部から離れたところの材料の除去と比較できるように、端部から材料を余分に除去する技術を使用して、端部の研磨条件を測定した。数が少ないほど、端部の研磨の程度が低いこと、例えばラブオフの量が少ないことを意味する。

例１
本例は、本発明の研磨組成物を伴う場合に観察された端部研磨及び除去速度への異なるコポリマー界面活性剤の影響を示し、ここでこの界面活性剤は、シロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤であり、Silwet（商標）界面活性剤の群から選択された。Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクからなる同様の基材を、界面活性剤を含まない対照研磨組成物で、及び列挙した界面活性剤を２００ｐｐｍ含む本発明の研磨組成物で、研磨した。結果を表１に示す。

表１で示される結果から明らかなように、本発明の研磨組成物は一つを除いて全てが、対照の研磨組成物に比べて端部研磨の量が減少した。本発明の研磨組成物は全てが、対照の研磨組成物に比べて除去速度を増加させた。Silwet（商標）７２００を使用すると、顕著に端部研磨が約４６％減少し、一方で除去速度が約３２％増加した。このように、本例の結果は、シリコーンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含む非イオン性界面活性剤を含む本発明の研磨組成物をＮｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクの研磨に使用した場合に、端部研磨が減少すること及び除去速度が改善することを実証した。

例２
本例は、本発明の研磨組成物を伴う場合に観察された除去速度及び端部研磨への界面活性剤の増量の影響を示し、ここでこの界面活性剤はエチレンジアミンとエチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとのコポリマーであり、具体的にはTetronic（商標）９０４である。Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクからなる同様の基材を、界面活性剤を含まない対照研磨組成物で、及び様々な量のTetronic（商標）９０４を含む本発明の研磨組成物で、研磨した。結果を表２に示す。

表２で示される結果から明らかなように、Tetronic（商標）９０４の量を０から１０００ｐｐｍまで増加すると、結果として対照研磨組成物よりも約２９％増の除去速度の増加をもたらした。Tetronic（商標）９０４の量が２００ｐｐｍと４００ｐｐｍのときに、端部研磨の量の減少は最良であり、対照の約４３〜５０％の端部研磨であった、そして除去速度は対照研磨組成物に対して約２０％増加した。Tetronic（商標）９０４のレベルをさらに高くすると、例えば６００ｐｐｍ及び１０００ｐｐｍ、端部研磨の量は２００ｐｐｍ及び４００ｐｐｍのレベルよりいくらか増加し、一方で除去速度は対照研磨組成物に比べて増加した。このように、本例の結果は、Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクの研磨において本発明の研磨組成物中の非イオン性界面活性剤の量の制御を通じて研磨効果の改善を得ることができることを実証した。

例３
本例は、本発明の研磨組成物を伴う場合に観察された除去速度及び端部研磨へのコポリマー界面活性剤の増量の影響を示し、ここでこの界面活性剤はシリコーンユニット、エチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤であり、具体的にはSilwet（商標）７２００である。Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクからなる同様の基材を、界面活性剤を含まない対照研磨組成物で、及び様々な量のSilwet（商標）７２００を含む本発明の研磨組成物で、研磨した。結果を表３に示す。

表３で示される結果から明らかなように、Silwet（商標）７２００の量を０から１０００ｐｐｍまで増加すると、結果として端部研磨の減少をもたらし、最大の減少は２００ｐｐｍの界面活性剤の場合に観察された約４２％であり、その後は界面活性剤の量を増加するに伴って端部研磨の量は対照研磨組成物の端部研磨量に近いレベルまで増加した。同様に除去速度は、Silwet（商標）７２００を２００ｐｐｍ及び４００ｐｐｍ含む研磨組成物を使用するときに、対照研磨組成物の場合の約２１％増しの最大値に増加し、界面活性剤の増加し続けると最適量の界面活性剤の場合で観察されたものより低い除去速度を示した。このように、本例の結果は、Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクの研磨における本発明の研磨組成物中の非イオン性界面活性剤の量の影響を実証した。

例４
本例は、本発明の研磨組成物を伴う場合に観察された除去速度及び端部研磨へのコポリマー界面活性剤の増量の影響を示し、ここでこの界面活性剤は、一端に過フッ素化アルキル鎖及び他端にヒドロキシル基を含むエチレン酸化物でできた線状ポリマーを含むコポリマー界面活性剤であり、具体的にはZonyl（商標）FSOである。Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクからなる同様の基材を、界面活性剤を含まない対照研磨組成物で、及び様々な量のZonyl（商標）FSOを含む本発明の研磨組成物で、研磨した。結果を表４に示す。

表４で示される結果から明らかなように、研磨組成物中のZonyl（商標）FSOの量を０から１０００ｐｐｍまで増加すると、結果として端部研磨の減少をもたらし、最大の減少は６００ｐｐｍの界面活性剤の場合に観察され、その点では端部研磨の量は対照研磨組成物の場合に観察される研磨量よりも約４８％低かった。研磨組成物中のZonyl（商標）FSOの除去速度への影響はいくらか不規則であったが、界面活性剤が６００ｐｐｍのときに対照研磨組成物の場合に観察される除去速度よりも約７％の増加をもたらした。このように、本例の結果は、Ｎｉ−Ｐメッキアルミニウムディスクの研磨における本発明の研磨組成物中のZonyl（商標）FSOの量の影響を実証した。

Claims

（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、
（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、
（ｃ）０．１〜４質量％のコロイド状シリカ、
（ｄ）１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、
（ｅ）金属キレート有機酸、
（ｆ）過酸化水素、過酸化尿素、ペルオキシ硫酸、ペルオキシ酢酸、過ホウ酸、これらの塩、及びこれらの組合せからなる群から選択されている酸化剤、及び
（ｇ）液体キャリア
を含んでなる、研磨組成物。
非イオン性界面活性剤がシロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤の群から選択されている、請求項１に記載された研磨組成物。
非イオン性界面活性剤がポリマーを含むアクリル酸の群から選択されている、請求項１に記載された研磨組成物。
非イオン性界面活性剤が、一端に過フッ素化アルキル鎖を及び他端にヒドロキシル基又はアルキル基を含むエチレン酸化物の線状ポリマーの群から選択されている、請求項１に記載された研磨組成物。
非イオン性界面活性剤が、エチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとエチレンジアミンとのコポリマーの群から選択されている、請求項１に記載された研磨組成物。
金属キレート有機酸が、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、乳酸、マレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、グリシン、アスパラギン酸、酒石酸、グルコン酸、イミノ二酢酸、及びフマル酸からなる群から選択されている、請求項１に記載された研磨組成物。
液体キャリアが水を含んでなる、請求項１に記載された研磨組成物。
研磨組成物のｐＨが１〜７である、請求項７に記載された研磨組成物。
研磨組成物のｐＨが２〜５である、請求項８に記載された研磨組成物。
（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、
（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、
（ｃ）０．１〜４質量％のシリカ、
（ｄ）シロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤の群から選択した１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、
（ｅ）酒石酸、及び
（ｆ）水、
を含む研磨組成物であって、ここで研磨組成物のｐＨが２〜５である、請求項１に記載された研磨組成物。
（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、
（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、
（ｃ）０．１〜４質量％のシリカ、
（ｄ）エチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとエチレンジアミンとのコポリマーの群から選択した１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、
（ｅ）酒石酸、
（ｆ）過酸化水素、及び
（ｇ）水、
を含む研磨組成物であって、ここで研磨組成物のｐＨが２〜５である、請求項１に記載された研磨組成物。
基材を化学機械研磨する方法であって：
（ｉ）基材を研磨パッド及び以下を含む化学機械研磨組成物と接触させること：
（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、
（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、
（ｃ）０．１〜４質量％のコロイド状シリカ、
（ｄ）１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、
（ｅ）金属キレート有機酸、
（ｆ）過酸化水素、過酸化尿素、ペルオキシ硫酸、ペルオキシ酢酸、過ホウ酸、これらの塩、及びこれらの組合せからなる群から選択されている酸化剤、及び
（ｇ）液体キャリア、
（ｉｉ）基材と研磨パッドの間に化学機械研磨組成物を伴って、基材に対して研磨パッドを動かすこと、及び
（ｉｉｉ）基材を研磨するために基材の少なくとも一部を磨り減らすこと、を含んでなる方法。
非イオン性界面活性剤がシロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤の群から選択されている、請求項１２に記載された方法。
非イオン性界面活性剤がアクリル酸エステルのターポリマーの群から選択されている、請求項１２に記載された方法。
非イオン性界面活性剤が、一端に過フッ素化アルキル鎖を及び他端にヒドロキシル基又はアルキル基を含むエチレン酸化物の線状ポリマーの群から選択されている、請求項１２に記載された方法。
非イオン性界面活性剤が、エチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとエチレンジアミンとのコポリマーの群から選択されている、請求項１２に記載された方法。
金属キレート有機酸が、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、グリシン、アスパラギン酸、酒石酸、グルコン酸、イミノ二酢酸、及びフマル酸からなる群から選択されている、請求項１２に記載された方法。
液体キャリアが水を含んでなる、請求項１２に記載された方法。
研磨組成物のｐＨが１〜７である、請求項１８に記載された方法。
研磨組成物のｐＨが２〜５である、請求項１９に記載された方法。
化学機械研磨組成物が：
（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、
（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、
（ｃ）０．１〜４質量％のコロイド状シリカ、
（ｄ）シロキサンユニット、エチレン酸化物ユニット、及びプロピレン酸化物ユニットを含むコポリマー界面活性剤の群から選択した１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、
（ｅ）酒石酸、及び
（ｆ）水、
を含み、ここで研磨組成物のｐＨが２〜５である、請求項１２に記載された方法。
化学機械研磨組成物が：
（ａ）０．２〜１質量％のフュームドアルミナ、
（ｂ）０．１〜１質量％のアルファアルミナ、
（ｃ）０．１〜４質量％のコロイド状シリカ、
（ｄ）エチレン酸化物ユニット及びプロピレン酸化物ユニットとエチレンジアミンとのコポリマーの群から選択した１０〜１０００ｐｐｍの非イオン性界面活性剤、
（ｅ）酒石酸、
（ｆ）過酸化水素、及び
（ｇ）水、
を含み、ここで研磨組成物のｐＨが２〜５である、請求項１２に記載された方法。