JP6542761B2 - 混合研磨材の研磨組成物 - Google Patents

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Description

集積回路及び他の電子デバイスの製造においては、導電材料、半導体材料、及び誘電材料の複数の層が、基材の表面に堆積されるか又は基材の表面から除去される。これらの材料の層が連続的に基材に堆積されそして基材から除去されると、基材の最上面が非平面的になることがあり、平坦化が要求されることがある。表面の平坦化又は表面の「研磨」は、材料を基材の表面から除去して、一般的に均一で平坦な表面を形成するプロセスである。平坦化は、例えば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料のような、望ましくない表面のトポグラフィ及び表面欠陥の除去において有用である。平坦化はまた、特徴部を満たしそして次のレベルのメタライゼーション及び処理のための均一な表面を提供するのに使用される過剰に堆積した材料を除去することで、基材上に特徴部を形成する場合にも有用である。
基材の表面を平坦化又は研磨するための組成物及び方法が、当技術分野においてよく知られている。化学機械平坦化又は化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基材を平坦化するために使用される一般的な技術である。ＣＭＰは、基材から材料を選択的に除去するための、ＣＭＰ組成物又はより単純には研磨組成物（研磨スラリーとも称される）として知られる化学組成物を利用する。研磨組成物は、典型的には、基材の表面を研磨組成物で満たされた研磨パッド（例えば、研磨布又は研磨ディスク）に接触させることにより基材に適用される。基材の研磨は、典型的に、研磨組成物の化学的作用及び／又は研磨組成物中に懸濁された研磨剤若しくは研磨パッドに組み込まれた研磨剤（例えば、固定砥粒研磨パッド）の機械的作用によりさらに助けられる。
集積回路のサイズが縮小され、チップ上の集積回路の数が増加するにつれ、回路を構成する部材は、典型的なチップ上の利用可能な限られたスペースに適合するために、互いにより近づいて配置されなければならない。回路間の効果的な絶縁が、最適な半導体性能を確保するために重要である。そのために、シャロートレンチが半導体基材にエッチングされ、集積回路の活性領域を絶縁するために絶縁材料で満たされる。より具体的には、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）は、窒化ケイ素の層をシリコン基材上に形成して、シャロートレンチをエッチング又はフォトリソグラフィーにより形成し、そして誘電層を堆積して当該トレンチを充填するプロセスである。このようにして形成されるトレンチの深さは様々であるため、全てのトレンチを完全に充填することを確実にするためには、基材の上部に過剰な誘電材料を堆積することが典型的に必要である。誘電材料（例えば、酸化ケイ素）は、下地の基材のトポグラフィ−に従う。したがって、基材の表面はトレンチ間を覆っている酸化物の隆起した領域により特徴づけられ、これはパターン酸化物と称される。そのパターン酸化物は、トレンチの外にある過剰な酸化物誘電材料の段差により特徴づけられる。その過剰な誘電材料が、典型的にＣＭＰプロセスにより除去され、それは更なる処理のための平坦な表面を追加的に提供する。パターン酸化物がすり減らされそして表面の平坦化が達成されると、この場合、酸化物の層はブランケット酸化物と称される。
研磨組成物は、その研磨速度（すなわち、除去速度）及びその平坦化効率によって特徴づけることができる。研磨速度とは、基材の表面から材料を除去する速度を言うものであり、通常、単位時間あたりの長さ（厚さ）の単位（例えば、オングストローム（Å）／分）で表現される。平坦化効率は、基材から除去された材料の量に対する段差の減少と関連する。具体的には、平坦な表面を形成するためには、まず研磨表面が表面の「高い点」に接触して材料を除去しなければならない。より少ない材料の除去で平坦な表面の達成をもたらすプロセスは、平坦化を達成するためにより多くの材料の除去が要求されるプロセスに比べ、より効率的であるとみなされる。
しばしば、シリコン酸化物パターンの除去速度は、ＳＴＩプロセスにおいて誘電体の研磨工程の律速になることがあり、それゆえ、高い除去速度がデバイスのスループットを増加させるのに要求される。しかしながら、ブランケットの除去速度が速すぎる場合は、露出したトレンチ内の酸化物の過剰研磨が、トレンチのエロージョン及びデバイスの欠陥の増加をもたらす。
トレンチ内の酸化ケイ素の過剰なエロージョンなしに、有用な研磨速度及び望ましい平坦化効率を提供する、酸化ケイ素を含有する基材の化学機械研磨のための組成物及び方法に対するニーズが存在する。本発明は、このような研磨組成物及び方法を提供するものである。本発明のこれら及び他の利点、並びに追加の発明の特徴は、本明細書において提供される発明の説明から明らかになるであろう。
本発明は、化学機械研磨組成物であって、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせと、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含み、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが３．５〜９である、化学機械研磨組成物を提供する。
本発明はまた、化学機械研磨組成物であって、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）のコポリマー、セルロース、カチオン性デンドリマー、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマー若しくはホモポリマー、又はそれらの組み合わせから選択されるポリマー添加物と、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含み、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが６〜９である、化学機械研磨組成物を提供する。
本発明は、（ｉ）酸化ケイ素の層のような基材を提供する工程、（ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせと、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含み、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが３．５〜９である化学機械研磨組成物を提供する工程、（ｉｖ）前記基材を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに（ｖ）前記基材、例えば基材の表面の酸化ケイ素の層に対して、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を動かし、前記基材の少なくとも一部をすり減らして、前記基材を研磨する工程を含む、基材の研磨方法をさらに提供する。
本発明は、（ｉ）酸化ケイ素の層のような基材を提供する工程、（ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）のコポリマー、セルロース、カチオン性デンドリマー、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマー若しくはホモポリマー、又はそれらの組み合わせから選択されるポリマー添加物と、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含み、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが６〜９である、化学機械研磨組成物を提供する工程、（ｉｖ）前記基材を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに（ｖ）前記基材、例えば基材の表面の酸化ケイ素の層に対して、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を動かし、前記基材表面の酸化ケイ素の層の少なくとも一部をすり減らして、前記基材を研磨する工程を含む基材の研磨方法をさらに提供する。
本発明は、化学機械研磨組成物を提供する。１つの実施形態では、研磨組成物は、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせと、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができ、その研磨組成物は多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが３．５〜９である。
別の実施形態では、研磨組成物は、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）のコポリマー、セルロース、カチオン性デンドリマー、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマー若しくはホモポリマー、又はそれらの組み合わせから選択されるポリマー添加物と、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができ、その研磨組成物は多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが６〜９である。
研磨組成物は、第１の研磨粒子を含む。第１の研磨粒子は任意の適切な研磨粒子であることができる。好ましくは、第１の研磨粒子はセリア（例えば、酸化セリア）粒子である。第１の研磨粒子は任意の適切な種類のセリア粒子、例えばヒュームドセリア粒子、焼成セリア粒子、又は湿式セリア粒子（例えば、コロイダルセリア粒子を含む沈降したセリア粒子又は縮合重合したセリア粒子）であることができる。好ましくは、第１の研磨粒子は、湿式セリア粒子又は焼成セリア粒子である。より好ましくは、第１の研磨粒子は、湿式セリア粒子である。
第１の研磨粒子は、任意の適切な平均粒子サイズを有することができる。粒子の粒子サイズは、その粒子を取り囲む最小の球体の直径である。第１の研磨粒子の粒子サイズは任意の適切な技術、例えば、レーザー回折技術を用いて測定することができる。適切な粒子サイズの測定装置は商業的に入手可能であり、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＵＫ）から商業的に入手可能である。第１の研磨粒子は、３０ｎｍ以上、例えば３５ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、４５ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、５５ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、６５ｎｍ以上、又は７０ｎｍ以上の平均粒子サイズを有することができる。あるいはまた、又はそれに加えて、第１の研磨粒子は、１μｍ以下、例えば９００ｎｍ以下、８００ｎｍ以下、７５０ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、７５ｎｍ以下、又は７０ｎｍ以下の平均粒子サイズを有することができる。したがって、第１の研磨粒子は、前述した端点のうちいずれか２つにより規定される範囲内の平均粒子サイズを有することができる。例えば、第１の研磨粒子は、３０ｎｍ〜１μｍ、例えば、３０ｎｍ〜７５０ｎｍ、３０ｎｍ〜５００ｎｍ、３０ｎｍ〜２５０ｎｍ、３０ｎｍ〜１００ｎｍ、３０ｎｍ〜７５ｎｍ、５０ｎｍ〜５００ｎｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜７５ｎｍ、又は５０ｎｍ〜７０ｎｍの平均粒子サイズを有することができる。好ましくは、第１の研磨粒子は、５０ｎｍ〜７０ｎｍの平均粒子サイズ、例えば５０ｎｍの平均粒子サイズ、５５ｎｍの平均粒子サイズ、６０ｎｍの平均粒子サイズ、６５ｎｍの平均粒子サイズ、又は７０ｎｍの平均粒子サイズを有する。
第１の研磨粒子は、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。例えば、第１の研磨粒子は０．００５ｗｔ％以上、例えば０．０１ｗｔ％以上、０．０１５ｗｔ％以上、０．０２ｗｔ％以上、０．０２５ｗｔ％以上、０．０３ｗｔ％以上、０．０３５ｗｔ％以上、０．０４ｗｔ％以上、０．０５ｗｔ％以上、０．０７５ｗｔ％以上、０．１ｗｔ％以上、０．１５ｗｔ％以上、０．２ｗｔ％以上、０．２５ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以上、又は０．７５ｗｔ％以上の濃度で研磨組成物中に存在することができる。あるいはまた、又はそれに加えて、第１の研磨粒子は、２ｗｔ％以下、例えば１．７５ｗｔ％以下、１．６ｗｔ％以下、１．５ｗｔ％以下、１．４ｗｔ％以下、１．３ｗｔ％以下、１．２５ｗｔ％以下、１．２ｗｔ％以下、１．１５ｗｔ％以下、１ｗｔ％以下、０．７５ｗｔ％以下、０．５ｗｔ％以下、０．２５ｗｔ％以下、又は０．０５ｗｔ％以下の濃度で研磨組成物中に存在することができる。したがって、第１の研磨粒子は、前述した端点のうちいずれか２つにより規定される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在することができる。好ましくは、第１の研磨粒子は０．００５〜２ｗｔ％、例えば０．０１〜１ｗｔ％、０．０１〜０．７５ｗｔ％、０．０１〜０．５ｗｔ％、０．０１〜０．２５ｗｔ％、又は０．０１〜０．０５ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する。例えば、第１の研磨粒子は、０．０２５ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．０７５ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．１５ｗｔ％、０．２ｗｔ％、又は０．２５ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在することができる。
研磨組成物はまた、第２の研磨粒子を含む。第２の研磨粒子は任意の適切な研磨粒子であることができる。好ましくは、第２の研磨粒子は、金属酸化物粒子又は有機粒子である。例えば、第２の研磨粒子は金属酸化物、例えば、セリア（例えば、酸化セリウム）、シリカ（例えば、二酸化ケイ素）、アルミナ（例えば、酸化アルミニウム）、ジルコニア（例えば、酸化ジルコニウム）、チタニア（例えば、二酸化チタン）、酸化ニッケル、それらの共成形体、又はそれらの組み合わせであることができる。金属酸化物粒子は、任意の適切な種類の金属酸化物粒子、例えば、ヒュームド金属酸化物粒子、焼成金属酸化物粒子、又は湿式金属酸化物粒子（例えば、コロイダル金属酸化物粒子を含む沈降した金属酸化物粒子又は縮合重合した金属酸化物粒子）であることができる。好ましくは、第２の研磨粒子が金属酸化物である場合、第２の研磨粒子は、湿式セリア粒子、焼成セリア粒子、又はコロイダルシリカ粒子である。
第２の研磨粒子は、任意の適切な有機粒子であることができる。例えば、第２の研磨粒子は、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、又はポリアクリレートであることができる。好ましくは、第２の研磨粒子が有機粒子である場合、第２の研磨粒子はゼラチン粒子である。
第２の研磨粒子は、表面が修飾された研磨粒子であることができる。例えば、第２の研磨粒子は表面が修飾された粒子、例えば、表面が修飾されたシリカ粒子、又は表面が修飾されたゼラチン粒子を含む表面が修飾された有機粒子であることができる。第２の研磨粒子は任意の表面電荷を有することができる。例えば、第２の研磨粒子はカチオン性の粒子であることができる。「カチオン性」とは、第２の研磨粒子が、研磨組成物のｐＨにおいて正の表面電荷を有することを意味する。好ましくは、第２の研磨粒子がカチオン性の粒子である場合、第２の研磨粒子はカチオン性のシリカ粒子又はカチオン性のゼラチン粒子である。
第２の研磨粒子は、任意の適切な平均粒子サイズを有することができる。粒子の粒子サイズは、その粒子を取り囲む最小の球体の直径である。第２の研磨粒子の粒子サイズは任意の適切な技術、例えば、レーザー回折技術を用いて測定することができる。適切な粒子サイズの測定装置は商業的に入手可能であり、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＵＫ）から商業的に入手可能である。第２の研磨粒子は、１ｎｍ以上、例えば２ｎｍ以上、３ｎｍ以上、４ｎｍ以上、５ｎｍ以上、６ｎｍ以上、７ｎｍ以上、８ｎｍ以上、９ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、２５ｎｍ以上、又は３０ｎｍ以上の平均粒子サイズを有することができる。あるいはまた、又はそれに加えて、第２の研磨粒子は、６０ｎｍ以下、例えば５５ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３５ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２５ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下の平均粒子サイズを有することができる。したがって、第２の研磨粒子は、前述した端点のうちいずれか２つにより規定される範囲内の平均粒子サイズを有することができる。例えば、第２の研磨粒子は、１ｎｍ〜６０ｎｍ、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍ、１ｎｍ〜４０ｎｍ、１ｎｍ〜３０ｎｍ、１ｎｍ〜２５ｎｍ、１ｎｍ〜２０ｎｍ、１ｎｍ〜１０ｎｍ、１ｎｍ〜５ｎｍ、５ｎｍ〜４０ｎｍ、５ｎｍ〜３０ｎｍ、５ｎｍ〜２０ｎｍ、又は５ｎｍ〜１０ｎｍの平均粒子サイズを有することができる。好ましくは、第２の研磨粒子は、１０ｎｍ〜４０ｎｍの平均粒子サイズ、例えば１０ｎｍの平均粒子サイズ、１５ｎｍの平均粒子サイズ、２０ｎｍの平均粒子サイズ、２５ｎｍの平均粒子サイズ、３０ｎｍの平均粒子サイズ、又は３５ｎｍの平均粒子サイズを有する。あるいはまた、第２の研磨粒子は６０ｎｍの平均粒子サイズを有することができる。
第２の研磨粒子は、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。例えば、第２の研磨粒子は０．００５ｗｔ％以上、例えば０．０１ｗｔ％以上、０．０１５ｗｔ％以上、０．０２ｗｔ％以上、０．０２５ｗｔ％以上、０．０３ｗｔ％以上、０．０３５ｗｔ％以上、０．０４ｗｔ％以上、０．０５ｗｔ％以上、０．０７５ｗｔ％以上、０．１ｗｔ％以上、０．１５ｗｔ％以上、０．２ｗｔ％以上、０．２５ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以上、又は０．７５ｗｔ％以上の濃度で研磨組成物中に存在することができる。あるいはまた、又はそれに加えて、第２の研磨粒子は２ｗｔ％以下、例えば１．７５ｗｔ％以下、１．６ｗｔ％以下、１．５ｗｔ％以下、１．４ｗｔ％以下、１．３ｗｔ％以下、１．２５ｗｔ％以下、１．２ｗｔ％以下、１．１５ｗｔ％以下、１ｗｔ％以下、０．７５ｗｔ％以下、０．５ｗｔ％以下、０．２５ｗｔ％以下、又は０．０５ｗｔ％以下の濃度で研磨組成物中に存在することができる。したがって、第２の研磨粒子は、前述した端点のうちいずれか２つにより規定される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在することができる。好ましくは、第２の研磨粒子は０．００５〜２ｗｔ％、例えば０．０１〜１ｗｔ％、０．０１〜０．７５ｗｔ％、０．０１〜０．５ｗｔ％、０．０１〜０．２５ｗｔ％、又は０．０１〜０．０５ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する。例えば、第２の研磨粒子は、０．０２５ｗｔ％、０．０５ｗｔ％、０．０７５ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．１５ｗｔ％、０．２ｗｔ％、又は０．２５ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在することができる。
研磨組成物は、任意選択で、追加の研磨粒子（例えば、第３の研磨粒子、第４の研磨粒子、第５の研磨粒子など）を含有してもよい。追加の研磨粒子は、任意の適切な研磨粒子であることができる。例えば、追加の研磨粒子は、セリア（例えば、酸化セリウム）、ジルコニア（例えば、酸化ジルコニウム）、シリカ（例えば、二酸化ケイ素）、アルミナ（例えば、酸化アルミニウム）、チタニア（例えば、二酸化チタン）、ゲルマニア（例えば、二酸化ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム）、マグネシア（例えば、酸化マグネシウム）、酸化ニッケル、それらの共成形体、又はそれらの組み合わせの金属酸化物研磨粒子であることができる。あるいはまた、追加の研磨粒子は、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、又はポリアクリレートの有機粒子であることができる。
追加の研磨粒子は、任意の適切な粒子サイズを有することができる。粒子の粒子サイズは、その粒子を取り囲む最小の球体の直径である。追加の研磨粒子の粒子サイズは任意の適切な技術、例えば、レーザー回折技術を用いて測定することができる。適切な粒子サイズの測定装置は商業的に入手可能であり、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＵＫ）から商業的に入手可能である。例えば、追加の研磨粒子は、１ｎｍ〜１μｍ、例えば、１ｎｍ〜５００ｎｍ、１ｎｍ〜３００ｎｍ、１ｎｍ〜１５０ｎｍ、１ｎｍ〜１００ｎｍ、１ｎｍ〜５０ｎｍ、１ｎｍ〜３０ｎｍ、３０ｎｍ〜１μｍ、３０ｎｍ〜５００ｎｍ、３０ｎｍ〜２５０ｎｍ、３０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜２５０ｎｍ、又は５０ｎｍ〜５００ｎｍの平均粒子サイズを有することができる。
追加の研磨粒子は、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。例えば、追加の研磨粒子（すなわち、第３の研磨粒子、第４の研磨粒子、第５の研磨粒子など全体）が、０．００５〜２ｗｔ％、例えば０．０１〜１ｗｔ％、０．０１〜０．５ｗｔ％、０．０１〜０．２５ｗｔ％、又は０．０１〜０．０５ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在することができる。
望ましくは、研磨組成物は低含有量の研磨粒子（すなわち、低固形分）を含有する。低固形分により、研磨されるべき基材の有用な除去速度が望ましくは可能となり、高い（例えば、５ｗｔ％の固形分より多い）研磨レベルで測定される基材の他の成分の欠陥と過剰な除去速度を最小化することが可能となる。したがって、研磨組成物は、望ましくは、０．０１〜５ｗｔ％、例えば、０．０５〜４ｗｔ％、０．０７５〜３ｗｔ％、又は０．１〜２ｗｔ％の結合（全体）濃度で、第１の研磨粒子、第２の研磨粒子、及び任意の追加の研磨粒子を含む。好ましくは、研磨組成物は、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子を含み、追加の粒子を含まない。
第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子は、任意の適切な比で研磨組成物中に存在することができる。第１の研磨粒子と第２の研磨粒子の比は、質量（濃度）基準で決定される。特に、その比は、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の質量比と比較した研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の質量比を示す。研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、１：１０以上、例えば、１：５以上、１：３以上、１：２以上、又は１：１以上であることができる。あるいはまた、又はそれに加えて、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、３０：１以下、例えば、２０：１以下、１５：１以下、１０：１以下、５：１以下、２：１以下、１．５：１以下、１：１以下、又は１：５以下であることができる。したがって、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、前述した端点のうちいずれか２つにより規定される範囲内であることができる。例えば、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、１：１０〜１：１、１：１０〜１：５、１：１０〜１：３、１：５〜１：１、１：３〜１：１、１：５〜１：３、１：１〜３０：１、１：１〜２０：１、１：１〜１５：１、１：１〜１０：１、１：１〜５：１、１：１〜２：１、又は１：１〜１．５：１であることができる。
第２の研磨粒子がセリカ粒子であり、かつ、第２の研磨粒子が２０ｎｍ〜４０ｎｍの粒子サイズを有する場合、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、好ましくは１：１〜５：１、より好ましくは１：１〜１．５：１である。
第２の研磨粒子がセリカ粒子であり、かつ、第２の研磨粒子が１ｎｍ〜１５ｎｍの粒子サイズを有する場合、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、好ましくは１：１〜１０：１、より好ましくは３：１〜６：１、最も好ましくは５：１である。
第２の研磨粒子がシリカ粒子（例えば、表面が修飾されたシリカ粒子又はカチオン性のシリカ粒子）である場合、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比は、好ましくは１：１〜１５：１、より好ましくは１０：１である。
第２の研磨粒子が有機粒子（例えば、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、又はポリアクリレート粒子）である場合、研磨組成物中に存在する第１の研磨粒子の濃度と、研磨組成物中に存在する第２の研磨粒子の濃度の比が、好ましくは１：１〜３０：１、より好ましくは２０：１である。
第１の研磨粒子、第２の研磨粒子、及び任意の追加の研磨粒子は、望ましくは研磨組成物中に、より具体的には研磨組成物の水性キャリヤー中に懸濁される。第１、第２、及び追加の研磨粒子が研磨組成物中に懸濁される場合、第１、第２、及び追加の研磨粒子は好ましくはコロイド状で安定である。コロイドという用語は、水性キャリヤー中における研磨粒子の懸濁を言うものである。コロイド安定性とは、時間を通しての懸濁の維持を言うものである。本発明の範囲内で、研磨粒子を１００ｍｌのメスシリンダーの中に入れて、２時間撹拌しないまま放置したときに、メスシリンダーの下部５０ｍｌの粒子濃度（[Ｂ]、単位はｇ／ｍｌ）とメスシリンダーの上部５０ｍｌの粒子濃度（[Ｔ]、単位はｇ／ｍｌ）の差を、研磨組成物中の粒子の初期濃度（[Ｃ]、単位はｇ／ｍｌ）で除した値が０．５以下（すなわち、｛[Ｂ]−[Ｔ]｝／[Ｃ]≦０．５）である場合、研磨粒子はコロイド状で安定であるとみなされる。[Ｂ]−[Ｔ]／[Ｃ]の値は、望ましくは０．３以下であり、好ましくは０．１以下である。
研磨組成物は、多峰性の粒度分布を示す。本明細書で用いられる場合には「多峰性」という用語は、研磨組成物が少なくとも２つの極大値（例えば、２以上の極大値、３以上の極大値、４以上の極大値、又は５以上の極大値）を有する平均粒度分布を示すことを意味する。好ましくは、研磨組成物は二峰性の粒度分布、すなわち、研磨組成物が２つの平均粒子サイズの極大値を有する粒度分布を示す。「１つの極大値」及び「複数の極大値」という用語は、粒度分布における１つのピーク又は複数のピークを意味する。その１つのピーク又は複数のピークは、本明細書に記載された第１、第２、及び任意の追加の研磨粒子の平均粒子サイズに対応する。したがって、例えば、研磨組成物が第１の研磨粒子と第２の研磨粒子を含み、追加の研磨粒子を含まない場合、粒子サイズに対する粒子数のプロットは、３０ｎｍ〜１μｍの粒子サイズ範囲の第１ピークと１〜６０ｎｍの粒子サイズ範囲の第２ピークを持つ、二峰性の粒度分布を反映する。
研磨組成物は任意の適切なｐＨを有することができる。典型的には、研磨組成物は３以上のｐＨを有する。また、研磨組成物のｐＨは典型的に９以下である。例えば、そのｐＨは３．５〜９、例えばｐＨ３．５、ｐＨ４、ｐＨ４．５、ｐＨ５、ｐＨ５．５、ｐＨ６、ｐＨ７、ｐＨ８、ｐＨ９、又はこれらのｐＨ値の任意の２つにより画定される範囲内のｐＨであることができる。あるいはまた、そのｐＨは６〜９、例えばｐＨ６．５、ｐＨ７、ｐＨ７．５、ｐＨ８、ｐＨ８．５、ｐＨ９、又はこれらのｐＨ値の任意の２つにより画定される範囲内のｐＨであることができる。
研磨組成物のｐＨは、任意の適切な手段により達成され及び／又は維持することができる。より具体的には、研磨組成物は、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、又はそれらの組み合わせをさらに含むことができる。望ましくは、研磨組成物はｐＨ調整剤を含む。ｐＨ調整剤は、任意の適切なｐＨ調整剤であることができる。例えば、ｐＨ調整剤は、アルキルアミン、アルコールアミン、第四級水酸化アミン、アンモニア、又はそれらの組み合わせであることができる。例えば、ｐＨ調整剤は、トリエタノールアミン、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ若しくはＴＭＡ−ＯＨ）、又はテトラエチル水酸化アンモニウム（ＴＥＡＨ若しくはＴＥＡ−ＯＨ）であることができる。好ましくは、ｐＨ調整剤は、トリエタノールアミンである。
ｐＨ調整剤は、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。望ましくは、ｐＨ調整剤は、本明細書に述べられるｐＨ範囲内、例えば、３〜９、３．５〜９、又は６〜９の範囲で、研磨組成物のｐＨを達成し及び／又は維持するために十分な濃度で研磨組成物中に存在する。例えば、ｐＨ調整剤は１０〜３００ｐｐｍ、例えば、５０〜２００ｐｐｍ、又は１００〜１５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在することができる。
ｐＨ緩衝剤は、任意の適切な緩衝剤であることができる。例えば、ｐＨ緩衝剤は、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などであることができる。研磨組成物は任意の適切な濃度のｐＨ緩衝剤を含むことができ、ただし、その適切な濃度は本明細書に述べられるｐＨ範囲内、例えば、３〜９、３．５〜９、又は６〜９範囲で、研磨組成物のｐＨを達成又は／及び維持するために使用される。
研磨組成物は、水性キャリヤーを含む。水性キャリヤーは、水（例えば、非イオン水）を含有し、１つ又は複数の水溶性の有機溶剤を含有してもよい。使用することができる有機溶剤の例は、アルコール、例えばプロペニルアルコール、イソプロピルアルコール、エタノール、１−プロパノール、メタノール、１−ヘキサノールなど、アルデヒド、例えばアセチルアルデヒドなど、ケトン、例えばアセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトンなど、エステル、例えば、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、乳酸エチルなど、スルフォキシドを含むエーテル、例えばジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグリムなど、アミド、例えばＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドンなど、多価アルコールとその同じ誘導体、例えばエチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテルなど、及び窒素を含有する有機混合物、例えばアセトニトリル、アミルアミン、イソプロピルアミン、イミダゾール、ジメチルアミンなどを含む。好ましくは、水性キャリヤーは水のみ、すなわち有機溶媒の存在しない水である。
研磨組成物は、（ａ）官能性ピリジン、安息香酸、アミノ酸、若しくはそれらの組み合わせ、及び／又は（ｂ）ポリマー添加物を、さらに含む。
官能性ピリジン、安息香酸、又はアミノ酸は、任意の適切な官能性ピリジン、安息香酸、又はアミノ酸であることができる。例えば、研磨組成物は官能性ピリジン、例えばピコリン酸、若しくはピコリルアミン、安息香酸、例えば４−ヒドロキシ安息香酸、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，４，６−トリヒドロキシ安息香酸、サリチル酸、若しくは４−アミノサリチル酸、アミノ酸、例えば、プロリン、グルタミン酸、若しくはアスパラギン酸、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。好ましくは、官能性ピリジン、安息香酸、又はアミノ酸はピコリン酸である。
官能性ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせは、任意の適切な濃度で研磨組成物中に存在することができる。例えば、官能性ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせは２０００ｐｐｍ以下、例えば１７５０ｐｐｍ以下、１５００ｐｐｍ以下、１２５０ｐｐｍ以下、１０００ｐｐｍ以下、７５０ｐｐｍ以下、５００ｐｐｍ以下、４００ｐｐｍ以下、又は３００ｐｐｍ以下の濃度で研磨組成物中に存在することができる。あるいはまた、又はそれに加えて、官能性ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせは、５０ｐｐｍ以上、例えば６０ｐｐｍ以上、７０ｐｐｍ以上、７５ｐｐｍ以上、８５ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以上、１１５ｐｐｍ以上、１２５ｐｐｍ以上、１５０ｐｐｍ以上、１７５ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以上、２２５ｐｐｍ以上、又は２５０ｐｐｍ以上の濃度で研磨組成物中に存在することができる。したがって、官能性ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせは、前述した端点のうちいずれか２つにより規定される範囲内の濃度で研磨組成物中に存在することができる。好ましくは、官能性ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせは、５０〜２０００ｐｐｍ、例えば５０〜１５００ｐｐｍ、１００〜１０００ｐｐｍ、１００〜７５０ｐｐｍ、１００〜５００ｐｐｍ、２５０〜５００ｐｐｍ、又は２５０〜７５０ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在する。
ポリマー添加物は、任意の適切なポリマー添加物であることができる。例えば、ポリマー添加物は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、例えば官能化ＰＥＧ若しくは疎水的に修飾されたＰＥＧ、ポリビニルアルコール、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）のコポリマー、セルロース、例えばヒドロキシプロピルセルロース若しくはヒドロキシエチルセルロース、カチオン性デンドリマー、メタクロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマー若しくはホモポリマー、又はそれらの組み合わせであることができる。望ましくは、ポリマー添加物は、ＰＥＧ８０００又はメタクロイルオキシエチルトリメチル塩化アンモニウム（例えば、ポリＭＡＤＱＵＡＴ）のホモポリマーである。
研磨組成物は、任意の適切な濃度の１つ又は複数のポリマー添加物を含むことができる。好ましくは、研磨組成物は、約５〜２０００ｐｐｍの１つ又は複数のポリマー添加物を含む。例えば、１つ又は複数のポリマー添加物は１０〜２０００ｐｐｍ、例えば１５〜１７５０ｐｐｍ、２０〜１５００ｐｐｍ、又は２０〜１０００ｐｐｍの濃度で研磨組成物中に存在することができる。
研磨組成物は、任意選択で、１つ又は複数の腐食抑制剤（すなわち、皮膜形成材）をさらに含む。腐食抑制剤は、基材の任意の１つ又は複数の成分に対する任意の適切な腐食抑制剤であることができる。本発明の目的のために、腐食抑制剤は、研磨されるべき基材の少なくとも一部の不活性化層（すなわち、溶解抑制層）の形成を容易にする任意の組成物又は組成物の混合物である。適切な腐食抑制剤は、限定されないが、リジン並びに、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メチルベンゾトリアゾール（ｍ−ＢＴＡ）、及び１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）のようなアゾール混合物を含む。好ましくは、腐食抑制剤が研磨組成物中に含まれる場合は、腐食抑制剤はＢＴＡ又はリジンである。
研磨組成物は、任意の適切な濃度の１つ又は複数の腐食抑制剤を含むことができる。一般的に、研磨組成物は０．００５〜１ｗｔ％（例えば、０．０１〜０．５ｗｔ％又は０．０２〜０．２ｗｔ％）の１つ又は複数の腐食抑制剤を含む。
研磨組成物は、任意選択で、１つ又は複数の他の添加物をさらに含む。研磨組成物は、粘度増強剤及び凝固剤（例えば、ウレタンポリマーのような重合体レオロジー調整剤）を含む界面活性剤及び／又はレオロジー調整剤、分散剤、殺生物剤（例えば、ＫＡＴＨＯＮ（商標）ＬＸ）などを含むことができる。適切な界面活性剤は、例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、アニオン性高分子電解質、非イオン性の界面活性剤、両性の界面活性剤、フッ素化界面活性剤、それらの混合物などを含む。
研磨組成物は、任意の適切な技術により調製することができ、その多くが当業者に知られている。研磨組成物は、バッチ法か又は連続法で調製することができる。一般的に、研磨組成物は、任意の順序でこれらの成分を混合することで調製することができる。本明細書で用いられる「成分」という用語は、個々の成分（例えば、第１の粒子、第２の粒子、官能化ピリジン、安息香酸又はアミノ酸、ポリマー添加物、ｐＨ調整剤など）、並びに任意の組み合わせの成分（例えば、第１の粒子、第２の粒子、官能性ピリジン、安息香酸又はアミノ酸、ポリマー添加物、ｐＨ調整剤など）を含む。
例えば、官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせを、要求された濃度で水に加えることができる。次いで、ｐＨを（必要に応じて）３．５〜９となるように調整し、第１及び第２の研磨粒子をその混合物に要求された濃度で加え、研磨組成物を生成することができる。あるいはまた、ポリマー添加物を要求された濃度で水に加え、次いで、ｐＨを（必要に応じて）６〜９となるように調整し、そして第１及び第２の研磨粒子をその混合物に要求された濃度で加えて、研磨組成物を生成することができる。研磨組成物は、使用する直前（例えば、使用前１分以内、使用前１時間以内、又は使用前７日以内）に研磨組成物に添加された１つ又は複数の成分と共に、使用前に調製することができる。研磨組成物はまた、研磨操作の際に基材の表面で成分を混合することで製造することができる。
研磨組成物はまた、使用前に適切な量の水性キャリヤー、特に水で薄めることを意図した濃縮物として供給することができる。そのような実施形態において、研磨組成物の濃縮物は、適切な量の水でその濃縮物を希釈した際に研磨組成物の各成分が上記の各成分の適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在するような量で、第１及び第２の研磨粒子、官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はその組み合わせ、ｐＨ調整剤並びに水を含むことができる。あるいはまた、研磨組成物の濃縮物は、適切な量の水でその濃縮物を希釈した際に研磨組成物の各成分が上記の各成分の適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在するような量で、第１及び第２の研磨粒子、ポリマー添加物、ｐＨ調整剤並びに水を含むことができる。さらに、当業者によって理解されるように、他の成分を少なくとも部分的に又は完全に濃縮物に溶解することを確実にするために、濃縮物が最終的な研磨組成物中に存在する適切な少量の水を含有することができる。
研磨組成物は、使用の十分前又は使用の直前でさえ調製することができるが、研磨組成物は使用場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り製造することもできる。本明細書で用いられる場合には、「使用場所」という用語は、研磨組成物が基材表面（例えば、研磨パッド又は基材表面自体）に適用される場所を指す。研磨組成物が使用場所での混合を用いて製造される場合、その研磨組成物の成分は２以上の貯蔵デバイス中に別々に貯蔵される。
使用場所で又はその近くで貯蔵デバイス中に含まれる成分を混合して研磨組成物を製造するために、その貯蔵デバイスは、典型的には、各貯蔵デバイスから研磨組成物の使用場所（例えば、定盤、研磨パッド、又は基材表面）まで導く１本又は複数本の流路を備えている。「流路」という用語は、個々の貯蔵容器からそこに貯蔵されている成分の使用場所までの流れの経路を意味する。１本又は複数本の流路はそれぞれ、使用場所に直接通じていてもよいし又は、２本以上の流路が使用される状況では、流路の２本以上を任意の場所で結合して使用場所へ通じる１本の流路にすることもできる。さらに、１つ又は複数の成分が使用場所に到達する前に、１本又は複数本の流路のいずれか（例えば、個々の流路又は結合された流路）を、まず１つ又は複数の他のデバイス（例えばポンピングデバイス、測定デバイス、混合デバイスなど）に導くことができる。
研磨組成物の成分は、独立して使用場所に供給することができるか（例えば、成分を基材の表面に供給し、そこで成分が研磨プロセスの際に混合されるか）、又は成分は使用場所に供給する直前に組み合わせることができる。もし、成分が使用場所に到達する前１０秒以内、好ましくは使用場所に到達する前５秒以内、より好ましくは使用場所に到達する前１秒以内、又は使用場所への成分の供給と同時に組み合わせられる（例えば、成分がディスペンサーで組み合わせられる）場合、成分は「使用場所への供給の直前」に組み合わせられる。もし、成分が使用場所の５ｍ以内、例えば、使用場所の１ｍ以内又は使用場所の１０ｃｍ以内（例えば、使用場所の１ｃｍ以内）で組み合わせられる場合、成分は「使用場所への供給の直前」に組み合わせられる。
研磨組成物の２以上の成分が使用場所に到達する前に組み合わせられる場合、成分は流路内で組み合わせることもできるし、混合デバイスを使用せずに使用場所に供給することもできる。あるいはまた、２以上の成分の組み合わせを容易にするために、１本又は複数本の流路を混合デバイスまで導くことができる。任意の適切な混合デバイスを使用することができる。例えば、混合デバイスは、２つ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）であることができる。あるいはまた、混合デバイスは、研磨組成物の２つ以上の成分をミキサーに導入する１つ又は複数の入口と、混合された成分がミキサーを出て、直接又は装置の他の要素を介して（例えば、１本又は複数本の流路を介して）使用場所に供給される少なくとも１つの出口とを備えた、容器型混合デバイスであることができる。さらに、混合デバイスは、２つ以上のチャンバーを備えることができ、各チャンバーは少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有し、２以上の成分が各チャンバーで組み合わせられる。容器型混合デバイスが使用される場合、混合デバイスは、好ましくは、成分の組み合わせをさらに容易にする混合機構を備える。混合機構は当技術分野で一般的に知られており、スターラー、ブレンダー、撹拌機、パドルバッフル、ガススパージャシステム、振動器などを含む。
本発明はまた、本明細書に記載される研磨組成物を用いた基材の研磨方法を提供する。基材の研磨方法は、（ｉ）基材を提供する工程、（ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、（ｉｉｉ）先述した化学機械研磨組成物を提供する工程、（ｉｖ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに（ｖ）基材に対して、研磨パッド及び化学機械研磨組成物を動かし、基材の少なくとも一部をすり減らして、基材を研磨する工程を含む。
特に、本発明は、（ｉ）基材を提供する工程、（ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせと、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができ、かつ、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが３．５〜９である化学機械研磨組成物を提供する工程、（ｉｖ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに（ｖ）基材に対して、研磨パッド及び化学機械研磨組成物を動かし、基材の少なくとも一部をすり減らして、基材を研磨する工程を含む基材の化学機械研磨の方法をさらに提供する。
本発明はまた、（ｉ）基材を提供する工程、（ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物であって、（ａ）セリア粒子であり、３０ｎｍ〜１μｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、（ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜６０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、（ｃ）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）のコポリマー、セルロース、カチオン性デンドリマー、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマー若しくはホモポリマー、又はそれらの組み合わせから選択されるポリマー添加物と、（ｄ）ｐＨ調整剤と、（ｅ）水性キャリヤーとを含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができ、かつ、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが６〜９である化学機械研磨組成物を提供する工程、（ｉｖ）基材を研磨パッド及び化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに（ｖ）基材に対して、研磨パッド及び化学機械研磨組成物を動かし、基材の少なくとも一部をすり減らして、基材を研磨する工程を含む基材の化学機械研磨の方法を提供する。
本発明の研磨組成物は、任意の適切な基材の研磨に対して有用である。研磨組成物は酸化ケイ素の層を含む基材の研磨に特に有用である。適切な基材は、限定されないが、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリー又はリジットディスク、金属、半導体、層間誘電体（ＩＬＤ）デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、強誘電体、及び磁気ヘッドを含む。基材は、少なくとも１つの他の層、例えば絶縁層をさらに含むことができる。絶縁層は、金属酸化物、多孔性金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素化有機ポリマー、又は任意の他の適切な高ｋ又は低ｋ絶縁層であることができる。絶縁層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はそれらの組み合わせを含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができる。酸化ケイ素の層は、任意の適切な酸化ケイ素を含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができ、その多くは当技術分野で公知である。例えば、酸化ケイ素の層は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、ボロフォスフォシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）酸化物、化学気相成長（ＣＶＤ）酸化物、プラズマテトラエトキシシラン（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、又は不純物を含まないシリコン酸化物を含むことができる。基材は金属層をさらに含むことができる。金属層は、その多くは当技術分野で公知である任意の適切な金属、例えば銅、タンタル、タングステン、チタン、プラチナ、ルテニウム、イリジウム、アルミニウム、ニッケル、又はそれらの組み合わせを含むことができ、それらから本質的になることができ、又はそれらからなることができる。
本発明によれば、任意の適切な技術により本明細書に記載された研磨組成物で基材を平坦化又は研磨することができる。本発明の研磨方法は化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と共に使用することに特に適している。典型的には、ＣＭＰ装置は、使用中、動いていてかつ軌道運動、直線運動又は円運動から生ずる速度を有する定盤と、この定盤と接触し定盤が動くとそれと共に動く研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して接触し動くことにより研磨されるべき基材に保持されるキャリヤーとを含む。基材の研磨は、基材を本発明の研磨組成物及び典型的に研磨パッドと接触させて配置し、次いで基材、例えば酸化ケイ素又は本明細書に記載される１つ若しくは複数の基材材料の表面の少なくとも一部を研磨組成物及び典型的に研磨パッドですり減らして、基材を研磨することによって行われる。本発明によれば、任意の適切な研磨条件を、基材を研磨するために使用することができる。好ましくは、下向きの力、すなわち基材が研磨組成物と共に研磨パッドに接触する力は６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）〜４１．３７ｋＰａ（６ｐｓｉ）であることができ、定盤速度は１５〜１２０ｒｍｐであることができ、ヘッド速度は１０〜１１５ｒｐｍであることができ、及び研磨組成物の流量は１００〜４００ｍＬ／分であることができる。
基材を、任意の適切な研磨パッド（例えば、研磨表面）と共に化学機械研磨組成物で平坦化又は研磨することができる。適切な研磨パッドは、例えば、織物状か又は不織布の研磨パッドを含む。さらに、適切な研磨パッドは、様々な密度、硬度、厚み、圧縮性、圧縮に対する跳ね返り能力、及び圧縮弾性率を持つ、任意の適切なポリマーを含むことができる。適切なポリマーは、例えば、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニル、ナイロン、フッ化炭素、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、それらの共成形体、及びそれらの混合物を含む。
望ましくは、ＣＭＰ装置は、現場研磨終点検出システムさらに含み、その多くは当技術分野で公知である。ワークピースの表面から反射する光又は他の放射線の分析により研磨プロセスを点検及び監視する技術が当技術分野で公知である。そのような方法は、例えば、米国特許第５１９６３５３号明細書、同第５４３３６５１号明細書、同第５６０９５１１号明細書、同第５６４３０４６号明細書、同第５６５８１８３号明細書、同第５７３０６４２号明細書、同第５８３８４４７号明細書、同第５８７２６３３号明細書、同第５８９３７９６号明細書、同第５９４９９２７号明細書、及び銅第５９６４６４３号明細書に記載されている。望ましくは、研磨されるべきワークピースに対して研磨プロセスの進行を点検又は監視することは、研磨終点の決定、すなわち特定のワークピースに対して研磨プロセスを終了する時期の決定を可能にする。
以下の実施例によって本発明をさらに説明するが、当然ながら、これらの実施例は何ら本発明の範囲を限定するものとして解されるべきではない。
［実施例１］
本実施例は、酸化ケイ素の除去速度、平坦化効率、ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）、及び段差減少に対する、第１の及び第２の研磨粒子を有し並びに多峰性の粒度分布を有する研磨組成物の有効性を実証するものである。
従来のＣＭＰ装置を用いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物のブランケットウエハを、６つの研磨組成物（すなわち、研磨組成物１Ａ〜１Ｆ）で研磨した。研磨組成物１Ａ〜１Ｄのそれぞれは、表１に示された量で、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第１の研磨粒子）及び３０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第２の研磨粒子）を含有していた。研磨組成物１Ａ〜１Ｄはまた、５００ｐｐｍのピコリン酸及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。研磨組成物１Ｅは、１２．５ｗｔ％のヒュームドシリカ及び水を含有し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてｐＨ１０〜１１に調整した。研磨組成物１Ｆは、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する０．２８ｗｔ％の湿式セリア、２１６ｐｐｍのピコリン酸、１０００ｐｐｍのポリエチレングリコール（ＰＥＧ８０００）及び水を含有し、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いてｐＨ４に調整した。
テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）パターンウエハもまた、研磨組成物１Ａ〜１Ｆで４５秒間研磨した。ＴＥＯＳパターンウエハは、５０％の密度で５００μｍの特徴サイズを有していた。
基材を、同じ研磨条件の下で、研磨組成物１Ａ〜１Ｆで研磨した。特に、基材をＭｉｒｒａ（商標）研磨機（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でＩＣ１０１０（商標）パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）で研磨した。研磨パラメータは以下のとおりであり、すなわち下向きの力が２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）、定盤速度が１００ｒｍｐ、ヘッド速度が８５ｒｍｐ、研磨組成物の流量が１５０ｍＬ／分であった。研磨に続いて、ブランケット酸化ケイ素、具体的にはＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度をÅ／分により決定し、ＴＥＯＳの残段差をÅにより決定した。その結果を表１にまとめる。表１に示される除去速度及び残段差は、研磨組成物１Ｅの除去速度及び段差により規格化されている。
ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）もまた、研磨の均一性の尺度として化学機械研磨組成物について決定した。ＷＩＷＮＵは、除去速度の標準偏差を基材についての平均の除去速度で除して、１００を掛けることにより算出した割合である。その結果を表１にまとめる。
Figure 0006542761
これらの結果は、第１の研磨粒子（すなわち、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）及び第２の研磨粒子（すなわち、３０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）を含み、かつ、多峰性の粒度分布（すなわち、６０ｎｍと３０ｎｍに極大値を有する二峰性の粒度分布）を有する研磨組成物が、酸化ケイ素の層（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）を含む基材を研磨するのに特に効果的であることを実証するものである。特に、研磨組成物１Ａ及び１Ｃは、より多くの量の研磨粒子を含有するが第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物１Ｅ及び１Ｆにより示されたＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度よりも、高いＴＥＯＳ及びＨＤＰに関するブランケット除去速度を示した。研磨組成物１Ａ〜１Ｄのそれぞれが研磨組成物１Ｆに比べ、ＴＥＯＳにおける減少したＷＩＷＮＵも示し、かつ、研磨組成物１Ａ〜１Ｃが研磨組成物１Ｆに比べ、ＨＤＰにおける減少したＷＩＷＮＵを示した。研磨組成物１Ａ及び１Ｃもまた、研磨組成物１Ｅに比べ、ＴＥＯＳにおける減少したＷＩＷＮＵを示した。加えて、研磨組成物１Ａ〜１Ｃが、研磨組成物１Ｅ及び１Ｆに比べ低い固体濃度（すなわち、より低い研磨粒子の全体濃度）を有するにも関わらず、研磨組成物１Ａ〜１Ｃは、研磨中、より多くのＴＥＯＳの段差を望ましく除去した。（すなわち、研磨組成物１Ａ〜１Ｃは研磨後に残っている、ＴＥＯＳの段差が少なかった。）
［実施例２］
本実施例は、酸化ケイ素の除去速度、平坦化効率、ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）、及び段差減少に対する、第１の及び第２の研磨粒子を有し並びに多峰性の粒度分布を有する研磨組成物の有効性を実証するものである。
従来のＣＭＰ装置を用いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物のブランケットウエハを、４つの研磨組成物（すなわち、研磨組成物２Ａ〜２Ｄ）で研磨した。研磨組成物２Ａ〜２Ｂのそれぞれは、表２に示された量で、９０ｎｍの平均粒子サイズを有する焼成セリア（すなわち、第１の研磨粒子）及び６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第２の研磨粒子）を含有していた。研磨組成物２Ａ〜２Ｂはまた５００ｐｐｍのピコリン酸及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。研磨組成物２Ｃは、１２．５ｗｔ％のヒュームドシリカ及び水を含有し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてｐＨ１０〜１１に調整した。研磨組成物２Ｄは、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する０．２ｗｔ％の湿式セリア、２００ｐｐｍのピコリン酸、５０ｐｐｍのポリエチレングリコール（ＰＥＧ８０００）及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。
高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物パターンウエハもまた、研磨組成物２Ａ〜２Ｄで６０秒間研磨した。ＨＤＰパターンウエハは、５０％の密度で１８００μｍの特徴サイズを有していた。
基材を、同じ研磨条件の下で、研磨組成物２Ａ〜２Ｄで研磨した。特に、基材をＭｉｒｒａ（商標）研磨機（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でＩＣ１０１０（商標）パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）で研磨した。研磨パラメータは以下のとおりであり、すなわち下向きの力が２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）、定盤速度が１００ｒｍｐ、ヘッド速度が８５ｒｍｐ、研磨組成物の流量が１５０ｍＬ／分であった。研磨に続いて、ブランケット酸化ケイ素、具体的にはＴＥＯＳ及びＨＤＰ除去速度をÅ／分により決定し、ＨＤＰの残段差をÅにより決定した。その結果を表２にまとめる。表２に示される除去速度及び残段差は、研磨組成物２Ｃの除去速度及び段差により規格化されている。
ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）もまた、化学機械研磨組成物に対し決定し、その結果を表２にまとめる。
Figure 0006542761
これらの結果は、第１の研磨粒子（すなわち、９０ｎｍの平均粒子サイズを有する焼成セリア粒子）及び第２の研磨粒子（すなわち、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）を含み、かつ、多峰性の粒度分布（すなわち、９０ｎｍと６０ｎｍに極大値を有する二峰性の粒度分布）を有する研磨組成物が、酸化ケイ素の層（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）を含む基材を研磨するのに特に効果的であることを実証するものである。特に、研磨組成物２Ａ及び２Ｂは、同量か又はより多くの量の研磨粒子を含有するが第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物２Ｄ及び２Ｃにより示されたＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度よりも、高いＴＥＯＳ及びＨＤＰに関するブランケット除去速度を示した。研磨組成物２Ａ及び２Ｂは、研磨組成物２Ｃ及び２Ｄに比べ、ＨＤＰにおける減少したＷＩＷＮＵを示した。研磨組成物２Ａが研磨組成物２Ｃ及び２Ｄに比べ、ＴＥＯＳにおける減少したＷＩＷＮＵをも示し、研磨組成物２Ｂが研磨組成物２Ｄに比べ、ＴＥＯＳにおける減少したＷＩＷＮＵを示した。加えて、研磨組成物２Ａが、研磨組成物２Ｃ比べ低い固体濃度（すなわち、より低い研磨粒子の全体濃度）を有するにも関わらず、研磨組成物２Ａは、研磨中、より多くのＨＤＰの段差を望ましく除去した。（すなわち、研磨組成物２Ａは研磨後に残っている、ＴＥＯＳの段差が少なかった。）
［実施例３］
本実施例は、酸化ケイ素の除去速度、平坦化効率、ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）、及び段差減少に対する、第１の及び第２の研磨粒子を有し並びに多峰性の粒度分布を有する研磨組成物の有効性を実証するものである。
従来のＣＭＰ装置を用いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物のブランケットウエハを、４つの研磨組成物（すなわち、研磨組成物３Ａ〜３Ｄ）で研磨した。研磨組成物３Ａ〜３Ｂのそれぞれは、表３に示された量で、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第１の研磨粒子）及び１０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第２の研磨粒子）を含有していた。研磨組成物３Ａ〜３Ｂはまた５００ｐｐｍのピコリン酸及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。研磨組成物３Ｃは、１２．５ｗｔ％のヒュームドシリカ及び水を含有し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてｐＨ１０〜１１に調整した。研磨組成物３Ｄは、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する０．２ｗｔ％の湿式セリア、２００ｐｐｍのピコリン酸、５０ｐｐｍのポリエチレングリコール（ＰＥＧ８０００）及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。
高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物パターンウエハもまた、研磨組成物３Ａ〜３Ｄで６０秒間研磨した。ＨＤＰパターンウエハは、５０％の密度で１００μｍの特徴サイズを有していた。
基材を、同じ研磨条件の下で、研磨組成物３Ａ〜３Ｄで研磨した。特に、基材をＭｉｒｒａ（商標）研磨機（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でＩＣ１０１０（商標）パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）で研磨した。研磨パラメータは以下のとおりであり、すなわち下向きの力が２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）、定盤速度が１００ｒｍｐ、ヘッド速度が８５ｒｍｐ、研磨組成物の流量が１５０ｍＬ／分であった。研磨に続いて、ブランケット酸化ケイ素、具体的にはＴＥＯＳ及びＨＤＰ除去速度をÅ／分により決定し、ＨＤＰの残段差をÅにより決定した。その結果を表３にまとめる。表３に示される除去速度及び残段差は、研磨組成物３Ｃの除去速度及び段差により規格化されている。
ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）もまた、化学機械研磨組成物に対し決定し、その結果を表３にまとめる。
Figure 0006542761
これらの結果は、第１の研磨粒子（すなわち、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）及び第２の研磨粒子（すなわち、１０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）を含み、かつ、多峰性の粒度分布（すなわち、６０ｎｍと１０ｎｍに極大値を有する二峰性の粒度分布）を有する研磨組成物が、酸化ケイ素の層（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）を含む基材を研磨するのに特に効果的であることを実証するものである。特に、研磨組成物３Ａ及び３Ｂは、より多くの量の研磨粒子を含有するが第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物３Ｃにより示されたＴＥＯＳの除去速度よりも、高いＴＥＯＳに関するブランケット除去速度を示した。研磨組成物３Ｂもまた、第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物３Ｄの除去速度よりも高いブランケットＴＥＯＳの除去速度も示した。研磨組成物３Ｂが、研磨組成物３Ｃの除去速度に比べ、ＨＤＰに対し高いブランケット除去速度を示した。研磨組成物３Ａ及び３Ｂもまた、研磨組成物３Ｄに比べ、ＴＥＯＳ及びＨＤＰの両方における減少したＷＩＷＮＵを示した。加えて、研磨組成物３Ｂは、研磨組成物３Ｄに比べ、研磨中より多くのＨＤＰの段差を望ましく除去した。（すなわち、研磨組成物３Ｂは研磨後に残っている、ＴＥＯＳの段差が少なかった。）研磨組成物３Ｂは研磨組成物３Ｃに比べ低い固体濃度を有するにも関わらず、研磨組成物３ＢのＨＤＰの残段差もまた、研磨組成物３ＣのＨＤＰの残段差に匹敵した。
［実施例４］
本実施例は、酸化ケイ素の除去速度、平坦化効率、ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）、及び段差減少に対する、第１の及び第２の研磨粒子を有し並びに多峰性の粒度分布を有する研磨組成物の有効性を実証するものである。
従来のＣＭＰ装置を用いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物のブランケットウエハを、３つの研磨組成物（すなわち、研磨組成物４Ａ〜４Ｃ）で研磨した。研磨組成物４Ａ及び４Ｂが、表４に示された量で、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第１の研磨粒子）及び１０ｎｍの平均粒子サイズを有するカチオン性のシリカ（すなわち、第２の研磨粒子）を含有していた。研磨組成物４Ａ〜４Ｂはまた５００ｐｐｍのピコリン酸及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。研磨組成物４Ｃは、１２．５ｗｔ％のヒュームドシリカ及び水を含有し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてｐＨ１０〜１１に調整した。
ＴＥＯＳパターンウエハもまた、研磨組成物４Ａ〜４Ｄで３０秒間研磨した。ＴＥＯＳパターンウエハは、５０％の密度で４００μｍの特徴サイズを有していた。
基材を、同じ研磨条件の下で、研磨組成物４Ａ〜４Ｄで研磨した。特に、基材をＭｉｒｒａ（商標）研磨機（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でＩＣ１０１０（商標）パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）で研磨した。研磨パラメータは以下のとおりであり、すなわち下向きの力が２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）、定盤速度が１００ｒｍｐ、ヘッド速度が８５ｒｍｐ、研磨組成物の流量が１５０ｍＬ／分であった。研磨に続いて、ブランケット酸化ケイ素、具体的にはＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度をÅ／分により決定し、ＨＤＰの残段差をÅにより決定した。その結果を表４にまとめる。表４に示される除去速度及び残段差は、研磨組成物４Ｃの除去速度及び段差により規格化されている。
ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）もまた、化学機械研磨組成物に対し決定し、その結果を表４にまとめる。
Figure 0006542761
これらの結果は、第１の研磨粒子（すなわち、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）及び第２の研磨粒子（すなわち、１０ｎｍの平均粒子サイズを有するカチオン性のシリカ）を含み、かつ、多峰性の粒度分布（すなわち、６０ｎｍと１０ｎｍに極大値を有する二峰性の粒度分布）を有する研磨組成物が、酸化ケイ素の層（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）を含む基材を研磨するのに特に効果的であることを実証するものである。特に、研磨組成物４Ａは、より多くの量の研磨粒子を含有するが第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物４Ｃにより示されたＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度よりも、高いＴＥＯＳ及びＨＤＰに関するブランケット除去速度を示した。加えて、研磨組成物４Ａは研磨組成物４Ｃに比べ低い固体濃度を有するにも関わらず、研磨組成物４Ａは、研磨組成物４Ｃに比べ、研磨中より多くのＴＥＯＳの段差を望ましく除去した。（すなわち、研磨組成物４Ａは研磨後に残っている、ＴＥＯＳの段差が少なかった。）
［実施例５］
本実施例は、酸化ケイ素の除去速度、平坦化効率、ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）、及び段差減少に対する、第１の及び第２の研磨粒子を有し並びに多峰性の粒度分布を有する研磨組成物の有効性を実証するものである。
従来のＣＭＰ装置を用いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物のブランケットウエハを、３つの研磨組成物（すなわち、研磨組成物５Ａ〜５Ｃ）で研磨した。研磨組成物５Ａ〜５Ｂが、表５に示された量で、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第１の研磨粒子）及び４ｎｍの平均粒子サイズを有するカチオン性のゼラチン（すなわち、第２の研磨粒子）を含有していた。研磨組成物５Ａ〜５Ｂはまた５００ｐｐｍのピコリン酸及び水を含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ４に調整した。研磨組成物５Ｃが１２．５ｗｔ％のヒュームドシリカ及び水を含有し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてｐＨ１０〜１１に調整した。
高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物パターンウエハもまた、研磨組成物５Ａ〜５Ｃで３０秒間研磨した。ＨＤＰパターンウエハは、５０％の密度で２００μｍの特徴サイズを有していた。
基材を、同じ研磨条件の下で、研磨組成物５Ａ〜５Ｃで研磨した。特に、基材をＭｉｒｒａ（商標）研磨機（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でＩＣ１０１０（商標）パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）で研磨した。研磨パラメータは以下のとおりであり、すなわち下向きの力が２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）、定盤速度が１００ｒｍｐ、ヘッド速度が８５ｒｍｐ、研磨組成物の流量が１５０ｍＬ／分であった。研磨に続いて、ブランケット酸化ケイ素、具体的にはＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度をÅ／分により決定し、ＨＤＰの残段差をÅにより決定した。その結果を表５にまとめる。表５に示される除去速度及び残段差は、研磨組成物５Ｃの除去速度及び段差により規格化されている。
ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）もまた、化学機械研磨組成物に対し決定し、その結果を表５にまとめる。
Figure 0006542761
これらの結果は、第１の研磨粒子（すなわち、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）及び第２の研磨粒子（すなわち、４ｎｍの平均粒子サイズを有するカチオン性のゼラチン粒子）を含み、かつ、多峰性の粒度分布（すなわち、６０ｎｍと４ｎｍに極大値を有する二峰性の粒度分布）を有する研磨組成物が、酸化ケイ素の層（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）を含む基材を研磨するのに特に効果的であることを実証するものである。特に、研磨組成物５Ａは、ＴＥＯＳ及びＨＤＰに対し効果的なブランケット除去速度を示し、かつ、ＨＤＰに対しより高い段差除去を示した。（すなわち、研磨組成物５Ａは、より多くの量の研磨粒子を含有するが第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物５ＣのＨＤＰの残段差に比べ、３０秒のみの研磨後に極めて減少したＨＤＰの段差を有した。）望ましくは、研磨組成物５Ａは、ブランケット酸化ケイ素（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）に効果的であるが、少し低い除去速度を示し、そしてパターン化された酸化ケイ素（すなわち、ＨＤＰ）に高い除去速度を示した。
［実施例６］
本実施例は、酸化ケイ素の除去速度、平坦化効率、ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）、及び段差減少に対する、第１の及び第２の研磨粒子を有し並びに多峰性の粒度分布を有する研磨組成物の有効性を実証するものである。
従来のＣＭＰ装置を用いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物ブランケットウエハを、２つの研磨組成物（すなわち、研磨組成物６Ａ〜６Ｂ）で研磨した。研磨組成物６Ａは、表６に示された量で、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第１の研磨粒子）及び３０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア（すなわち、第２の研磨粒子）を含む。研磨組成物６Ａが、５０ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴ及び水もまた含有し、トリエタノールアミンを用いてｐＨ８に調整した。研磨組成物６Ｂは、１２．５ｗｔ％のヒュームドシリカ及び水を含有し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてｐＨ１０〜１１に調整した。
高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物パターンウエハもまた、研磨組成物６Ａ及び６Ｂで６０秒間研磨した。ＨＤＰパターンウエハは、５０％の密度で２００μｍの特徴サイズを有していた。
基材を、同じ研磨条件の下で、研磨組成物６Ａ及び６Ｂで研磨した。特に、基材をＭｉｒｒａ（商標）研磨機（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）でＩＣ１０１０（商標）パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）で研磨した。研磨パラメータは以下のとおりであり、すなわち下向きの力が２０．６８ｋＰａ（３ｐｓｉ）、定盤速度が１００ｒｍｐ、ヘッド速度が８５ｒｍｐ、研磨組成物の流量が１５０ｍＬ／分であった。研磨に続いて、ブランケット酸化ケイ素、具体的にはＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度をÅ／分により決定し、ＨＤＰの残段差をÅにより決定した。その結果を表６にまとめる。表６に示される除去速度及び残段差は、研磨組成物６Ｂの除去速度及び段差により規格化されている。
ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）もまた、化学機械研磨組成物に対し決定し、その結果を表６にまとめる。
Figure 0006542761
これらの結果は、第１の研磨粒子（すなわち、６０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）及び第２の研磨粒子（すなわち、３０ｎｍの平均粒子サイズを有する湿式セリア粒子）を含み、かつ、多峰性の粒度分布（すなわち、６０ｎｍと３０ｎｍに極大値を有する二峰性の粒度分布）を有する研磨組成物が、酸化ケイ素の層（すなわち、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ）を含む基材を研磨するのに特に効果的であることを実証するものである。特に、研磨組成物６Ａは、より多くの量の研磨粒子を含有するが第２の研磨粒子を含有せず、多峰性の粒度分布を示していない研磨組成物６Ｂにより示されたＴＥＯＳ及びＨＤＰの除去速度よりも、速いＴＥＯＳ及びＨＤＰに関するブランケット除去速度を示した。研磨組成物６Ａが、研磨組成物６Ｂに比べて、ＴＥＯＳ及びＨＤＰにおける減少したＷＩＷＮＵをも示した。加えて、研磨組成物６Ａが研磨組成物６Ｂに比べ低い固体濃度を有するにも関わらず、研磨組成物６Ａは、研磨組成物６Ｂに比べ、研磨中より多くのＨＤＰの段差を望ましく除去した。（すなわち、研磨組成物６Ａは研磨後に残っている、ＨＤＰの段差が少なかった。）
本明細書で引用された刊行物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、それぞれの参考文献が個別及び具体的に示されてその参照により組み込まれ、全体として本明細書に記載されているのと同じ程度に、その参照により本明細書に組み込まれる。
本発明を説明する中での（特に特許請求の範囲の中での）「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」及び「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」という用語並びに同様の指示語の使用は、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、単数及び複数の両方を包含すると解されるべきである。１つ又は複数の項目の列挙が続く「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」という用語の使用（例えば、「ＡとＢの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ）」）は、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、列挙した項目（Ａ又はＢ）又は列挙した項目の２つ以上の任意の組み合わせ（Ａ及びＢ）から選択される１つの項目を意味すると解されるべきである。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り、制限のない用語（すなわち、「含むが、限定されない」ことを意味する）として解されるべきである。本明細書における値の範囲の記載は、本明細書で別段の指摘がない限り、単に範囲内に入っているそれぞれ独立した値を個々に言及することの省略方法として機能することを意図しており、それぞれの独立した値は、まるでそれが本明細書で個々に列挙されたかのように本明細書中に組み込まれる。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で実施することができる。本明細書で提供される任意の及び全ての例又は例示的な語（例えば、「のような（ｓｕｃｈ ａｓ）」）の使用は、単に本発明をより明らかにすることを意図しており、特許請求の範囲に別段の記載がない限り、本発明の範囲に関する限定をもたらすものではない。本明細書中の如何なる言語も、特許請求の範囲に記載されていない任意の要素を本発明の実施に必須であるものとして示すと解されるべきではない。
本発明を実施するために、発明者らが知っている最良の形態を含めて、本発明の好ましい実施形態が本明細書において記載されている。それらの好ましい実施形態の変形態様は、前述の説明を読めば当業者には明らかになるであろう。発明者らは、当業者がそのような変形態様を適宜利用すると予期しており、発明者らは本明細書に具体的に記載したのと別の方法で、本発明が実施されることを意図している。したがって、本発明は、準拠法によって容認されているように、特許請求の範囲に記載される主題の全ての改良及びそれと同等なものを包含する。さらに、それらの全ての可能な変形態様における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、本発明によって包含される。

Claims (18)

  1. 化学機械研磨組成物であって、
    （ａ）セリア粒子であり、５０ｎｍ〜７０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、
    （ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜４０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、
    （ｃ）官能化ピリジン、安息香酸、アミノ酸、又はそれらの組み合わせと、
    （ｄ）ｐＨ調整剤と、
    （ｅ）水性キャリヤーと
    を含み、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが３．５〜９である、化学機械研磨組成物。
  2. 前記第２の研磨粒子がセリア粒子であり、２０ｎｍ〜４０ｎｍの平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  3. 前記研磨組成物中に存在する、前記第１の研磨粒子の濃度と前記第２の研磨粒子の濃度の比が１：１〜５：１である、請求項２に記載の化学機械研磨組成物。
  4. 前記第２の研磨粒子がセリア粒子であり、１ｎｍ〜１５ｎｍの平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  5. 前記研磨組成物中に存在する、前記第１の研磨粒子の濃度と前記第２の研磨粒子の濃度の比が３：１〜６：１である、請求項４に記載の化学機械研磨組成物。
  6. 前記第２の研磨粒子が、表面が修飾されたシリカ粒子である、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  7. 前記第２の研磨粒子がカチオン性のシリカ粒子である、請求項６に記載の化学機械研磨組成物。
  8. 前記研磨組成物中に存在する、前記第１の研磨粒子の濃度と前記第２の研磨粒子の濃度の比が１：１〜１５：１である、請求項６に記載の化学機械研磨組成物。
  9. 前記第２の研磨粒子が、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、及びポリアクリレートから選択される有機粒子である、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  10. 前記第２の研磨粒子がゼラチン粒子である、請求項９に記載の化学機械研磨組成物。
  11. 前記研磨組成物中に存在する、前記第１の研磨粒子の濃度と前記第２の研磨粒子の濃度の比が１：１〜３０：１である、請求項９に記載の化学機械研磨組成物。
  12. 前記官能化ピリジン、安息香酸、又はアミノ酸がピコリン酸である、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  13. 前記ｐＨ調整剤が、アルキルアミン、アルコールアミン、第四級水酸化アミン、アンモニア、又はそれらの組み合わせである、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  14. 前記ｐＨ調整剤がトリエタノールアミンである、請求項１３に記載の化学機械研磨組成物。
  15. 前記研磨組成物のｐＨが３．５〜５である、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  16. 化学機械研磨組成物であって、
    （ａ）セリア粒子であり、５０ｎｍ〜７０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第１の研磨粒子と、
    （ｂ）セリア粒子、表面が修飾されたシリカ粒子、又は有機粒子であり、１ｎｍ〜４０ｎｍの平均粒子サイズを有し、０．００５〜２ｗｔ％の濃度で前記研磨組成物中に存在する、第２の研磨粒子と、
    （ｃ）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）のコポリマー、セルロース、カチオン性デンドリマー、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムのモノマー若しくはホモポリマー、又はそれらの組み合わせから選択されるポリマー添加物と、
    （ｄ）ｐＨ調整剤と、
    （ｅ）水性キャリヤーと
    を含み、多峰性の粒度分布を示し、ｐＨが６〜９である、化学機械研磨組成物。
  17. （ｉ）基材を提供する工程、
    （ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、
    （ｉｉｉ）請求項１に記載の化学機械研磨組成物を提供する工程、
    （ｉｖ）前記基材を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに、
    （ｖ）前記基材に対して、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を動かし、前記基材の少なくとも一部をすり減らして、前記基材を研磨する工程
    を含む、基材の研磨方法。
  18. （ｉ）酸化ケイ素の層を含む基材を提供する工程、
    （ｉｉ）研磨パッドを提供する工程、
    （ｉｉｉ）請求項１〜１５のいずれか１項に記載の化学機械研磨組成物を提供する工程、
    （ｉｖ）前記基材を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物に接触させる工程、並びに、
    （ｖ）前記基材に対して、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を動かし、前記基材の表面の酸化ケイ素の層の少なくとも一部をすり減らして、前記基材を研磨する工程
    を含む、基材の研磨方法。
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