JP6965996B2 - スラリ及び研磨方法 - Google Patents

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Description

本発明は、スラリ及び研磨方法に関する。
近年の半導体素子の製造工程では、高密度化及び微細化のための加工技術の重要性がますます高まっている。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）技術は、半導体素子の製造工程において、シャロートレンチ分離（シャロー・トレンチ・アイソレーション。以下「ＳＴＩ」という。）の形成、プリメタル絶縁材料又は層間絶縁材料の平坦化、プラグ又は埋め込み金属配線の形成等に必須の技術となっている。
最も多用されている研磨液としては、例えば、砥粒として、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ（酸化珪素）粒子を含むシリカ系研磨液が挙げられる。シリカ系研磨液は、汎用性が高いことが特徴であり、砥粒含有量、ｐＨ、添加剤等を適切に選択することで、絶縁材料及び導電材料を問わず幅広い種類の材料を研磨できる。
一方で、主に酸化珪素等の絶縁材料を対象とした研磨液として、セリウム化合物粒子を砥粒として含む研磨液の需要も拡大している。例えば、セリウム酸化物粒子を砥粒として含むセリウム酸化物系研磨液は、シリカ系研磨液よりも低い砥粒含有量でも高速に酸化珪素を研磨できる（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
特開平１０−１０６９９４号公報 特開平０８−０２２９７０号公報
ところで、近年、デバイスのセル部を縦方向に積層させる３Ｄ−ＮＡＮＤデバイスが台頭してきている。本技術では、セル形成時の絶縁材料の段差が従来のプレーナ型と比べて数倍高くなっている。それに伴い、デバイス製造のスループットを維持するためには、前記のとおりの高い段差をＣＭＰ工程等において素早く解消する必要があり、絶縁材料の研磨速度を向上させる必要がある。
本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、絶縁材料の研磨速度を向上させることが可能なスラリ、及び、当該スラリを用いた研磨方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係るスラリは、砥粒と、液状媒体と、を含有し、前記砥粒が、第１の粒子と、当該第１の粒子に接触した第２の粒子と、を含み、前記第２の粒子が、金属酸化物及び金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属化合物を含み、前記金属化合物が、複数の価数を取り得る金属を含み、前記金属の前記複数の価数の中で最も小さい価数の割合がＸ線光電子分光法において０．１０以上である。
本発明の一側面に係るスラリによれば、絶縁材料の研磨速度を向上させることが可能であり、絶縁材料を高い研磨速度で研磨できる。
本発明の他の一側面に係る研磨方法は、前記スラリを用いて被研磨面を研磨する工程を備える。このような研磨方法によれば、前記スラリを用いることにより、前記スラリと同様の前記効果を得ることができる。
本発明によれば、絶縁材料の研磨速度を向上させることが可能なスラリ、及び、当該スラリを用いた研磨方法を提供することができる。
本発明によれば、絶縁材料を含む被研磨面の研磨へのスラリの使用を提供することができる。本発明によれば、半導体素子の製造技術である基体表面の平坦化工程へのスラリの使用を提供することができる。本発明によれば、ＳＴＩ絶縁材料、プリメタル絶縁材料又は層間絶縁材料の平坦化工程へのスラリの使用を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
＜定義＞
本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「Ａ又はＢ」とは、Ａ及びＢのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
後述するように、本実施形態に係るスラリは砥粒（abrasive grain）を含有する。砥粒は、「研磨粒子」（abrasive particle）ともいわれるが、本明細書では「砥粒」という。砥粒は、一般的には固体粒子であって、研磨時に、砥粒が有する機械的作用（物理的作用）、及び、砥粒（主に砥粒の表面）の化学的作用によって、除去対象物が除去（remove）されると考えられるが、これに限定されない。本実施形態に係るスラリを用いた場合の研磨速度は、例えば、砥粒の含有量（粒子の合計量）をスラリの全質量を基準として０．１質量％に調整したときに得られる研磨速度に基づき比較することができる。
本明細書において、「研磨液」（polishing liquid、abrasive）とは、研磨時に被研磨面に触れる組成物として定義される。「研磨液」という語句自体は、研磨液に含有される成分を何ら限定しない。
本明細書における重量平均分子量は、例えば、標準ポリスチレンの検量線を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ）により下記の条件で測定することができる。
使用機器：日立Ｌ−６０００型［株式会社日立製作所製］
カラム：ゲルパックＧＬ−Ｒ４２０＋ゲルパックＧＬ−Ｒ４３０＋ゲルパックＧＬ−Ｒ４４０［日立化成株式会社製 商品名、計３本］
溶離液：テトラヒドロフラン
測定温度：４０℃
流量：１．７５ｍＬ／ｍｉｎ
検出器：Ｌ−３３００ＲＩ［株式会社日立製作所製］
＜スラリ＞
本実施形態に係るスラリは、必須成分として砥粒と液状媒体とを含有する。本実施形態に係るスラリは、例えば、研磨液（ＣＭＰ研磨液）として用いることができる。
砥粒は、第１の粒子と、当該第１の粒子に接触した第２の粒子と、を含む複合粒子を含有する。第２の粒子は、金属酸化物及び金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属化合物を含み、前記金属化合物が、複数の価数（原子価）を取り得る金属を含む。また、当該金属の複数の価数の中で最も小さい価数の割合は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）において０．１０以上である。
本実施形態に係るスラリを用いることにより絶縁材料（例えば酸化珪素）の研磨速度を向上させることができる。このように絶縁材料の研磨速度が向上する理由としては、例えば、酸化珪素を一例として下記の理由が挙げられる。但し、理由は下記に限定されない。
すなわち、酸化珪素の研磨に際しては、砥粒中の金属原子と酸化珪素の珪素原子とが酸素原子を介して結合する第１段階（例えば、金属原子がセリウムである場合にＣｅ−Ｏ−Ｓｉ結合が生成する段階）と、金属原子−酸素原子−珪素原子の結合を保持したまま、被研磨面における珪素原子と他の酸素原子との結合が切断されることにより珪素原子が被研磨面から除去される第２段階とが生じる。そして、砥粒が酸化珪素に接触した際に、砥粒中の金属の価数のうち、最も小さい価数の割合が大きいほど上記第１段階が進行しやすいことから酸化珪素の研磨が全体として進行しやすい。このような観点から、砥粒に含まれる金属の複数の価数の中で最も小さい価数の割合が上記所定値以上である場合には、上記第１段階が進行しやすいことから酸化珪素の研磨が全体として進行しやすい。以上より、酸化珪素の研磨速度が向上する。
（砥粒）
本実施形態に係るスラリの砥粒は、上述のとおり、第１の粒子と、当該第１の粒子に接触した第２の粒子と、を含む複合粒子を含有する。第２の粒子は、金属酸化物及び金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属化合物を含み、前記金属化合物が、複数の価数を取り得る金属（以下、「金属Ｍ」という）を含む。すなわち、第２の粒子は、金属Ｍを含む酸化物、及び、金属Ｍを含む水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む。
本実施形態に係るスラリにおいて、金属Ｍの複数の価数の中で最も小さい価数の割合は、絶縁材料の研磨速度が向上する観点から、Ｘ線光電子分光法において０．１０以上である。前記価数の割合は、金属Ｍの全量（全原子）を１とした場合の割合であり、対象の価数を有する原子の数の割合（単位：ａｔ％）である。前記価数の割合は、実施例に記載の方法により測定できる。Ｘ線光電子分光スペクトルのピーク位置は、化学シフトに起因して、価数に応じて異なる。一方、それぞれのピークの原子数と、ピークの面積とは比例する。従って、スペクトルの形状に基づき、各価数の原子の個数の比が得られる。金属Ｍの価数の調整方法としては、砥粒に酸化処理又は還元処理を施す方法等が挙げられる。酸化処理の方法としては、酸化作用を有する試薬で砥粒を処理する方法；空気中又は酸素雰囲気下で高温処理する方法等が挙げられる。還元処理の方法としては、還元作用を有する試薬で砥粒を処理する方法；水素等の還元雰囲気下で高温処理する方法などが挙げられる。金属Ｍは、複数の価数を有していてよい。最も小さい価数は、例えば３価であってよい。
前記価数の割合は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、０．１２以上が好ましく、０．１４以上がより好ましく、０．１５以上が更に好ましく、０．１６以上が特に好ましい。前記価数の割合は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、０．５０以下が好ましい。
第２の粒子の粒径は、第１の粒子の粒径よりも小さいことが好ましい。第１の粒子及び第２の粒子の粒径の大小関係は、複合粒子のＳＥＭ画像等から判別することができる。一般的に、粒径が小さい粒子では、粒径が大きい粒子に比べて単位質量当たりの表面積が大きいことから反応活性が高い。一方、粒径が小さい粒子の機械的作用（機械的研磨力）は、粒径が大きい粒子に比べて小さい。しかしながら、本実施形態においては、第２の粒子の粒径が第１の粒子の粒径より小さい場合であっても、第１の粒子及び第２の粒子の相乗効果を発現させることが可能であり、優れた反応活性及び機械的作用を容易に両立することができる。
第１の粒子の粒径の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、１５ｎｍ以上が好ましく、２５ｎｍ以上がより好ましく、３５ｎｍ以上が更に好ましく、４０ｎｍ以上が特に好ましく、５０ｎｍ以上が極めて好ましく、８０ｎｍ以上が非常に好ましく、１００ｎｍ以上がより一層好ましい。第１の粒子の粒径の上限は、砥粒の分散性が向上する観点、及び、被研磨面に傷がつくことが抑制されやすい観点から、１０００ｎｍ以下が好ましく、８００ｎｍ以下がより好ましく、６００ｎｍ以下が更に好ましく、４００ｎｍ以下が特に好ましく、３００ｎｍ以下が極めて好ましく、２００ｎｍ以下が非常に好ましく、１５０ｎｍ以下がより一層好ましい。前記観点から、第１の粒子の粒径は、１５〜１０００ｎｍであることがより好ましい。第１の粒子の平均粒径（平均二次粒径）が上述の範囲であってもよい。
第２の粒子の粒径の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましく、３ｎｍ以上が更に好ましい。第２の粒子の粒径の上限は、砥粒の分散性が向上する観点、及び、被研磨面に傷がつくことが抑制されやすい観点から、５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましく、２５ｎｍ以下が更に好ましく、２０ｎｍ以下が特に好ましく、１５ｎｍ以下が極めて好ましく、１０ｎｍ以下が非常に好ましい。前記観点から、第２の粒子の粒径は、１〜５０ｎｍであることがより好ましい。第２の粒子の平均粒径（平均二次粒径）が上述の範囲であってもよい。
スラリ中の砥粒（複合粒子及び遊離粒子を含む砥粒全体）の平均粒径（平均二次粒径）は、下記の範囲が好ましい。砥粒の平均粒径の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、１６ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ以上がより好ましく、３０ｎｍ以上が更に好ましく、４０ｎｍ以上が特に好ましく、５０ｎｍ以上が極めて好ましく、１００ｎｍ以上が非常に好ましく、１２０ｎｍ以上がより一層好ましく、１４０ｎｍ以上が更に好ましい。砥粒の平均粒径の上限は、砥粒の分散性が向上する観点、及び、被研磨面に傷がつくことが抑制されやすい観点から、１０５０ｎｍ以下が好ましく、１０００ｎｍ以下がより好ましく、８００ｎｍ以下が更に好ましく、６００ｎｍ以下が特に好ましく、５００ｎｍ以下が極めて好ましく、４００ｎｍ以下が非常に好ましく、３００ｎｍ以下がより一層好ましく、２００ｎｍ以下が更に好ましく、１６０ｎｍ以下が特に好ましく、１５５ｎｍ以下が極めて好ましい。前記観点から、砥粒の平均粒径は、１６〜１０５０ｎｍであることがより好ましい。
平均粒径は、例えば、光回折散乱式粒度分布計（例えば、ベックマン・コールター株式会社製、商品名：Ｎ５、又は、マイクロトラック・ベル株式会社製、商品名：マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ）を用いて測定することができる。
スラリ中における砥粒のゼータ電位（砥粒全体のゼータ電位）は、下記の範囲が好ましい。砥粒のゼータ電位は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、＋１０ｍＶ以上が好ましく、＋２０ｍＶ以上がより好ましく、＋２５ｍＶ以上が更に好ましく、＋３０ｍＶ以上が特に好ましく、＋４０ｍＶ以上が極めて好ましく、＋５０ｍＶ以上が非常に好ましい。砥粒のゼータ電位の上限は、特に限定されず、例えば＋２００ｍＶ以下である。
第１の粒子は、負のゼータ電位を有することができる。第２の粒子は、正のゼータ電位を有することができる。
ゼータ電位とは、粒子の表面電位を表す。ゼータ電位は、例えば、動的光散乱式ゼータ電位測定装置（例えば、ベックマン・コールター株式会社製、商品名：ＤｅｌｓａＮａｎｏ Ｃ）を用いて測定することができる。粒子のゼータ電位は、添加剤を用いて調整できる。例えば、セリウム酸化物を含有する粒子にモノカルボン酸（例えば酢酸）を接触させることにより、正のゼータ電位を有する粒子を得ることができる。また、セリウム酸化物を含有する粒子に、リン酸二水素アンモニウム、カルボキシル基を有する材料（例えばポリアクリル酸）等を接触させることにより、負のゼータ電位を有する粒子を得ることができる。
第１の粒子は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、珪素（Ｓｉ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、希土類元素（希土類金属元素）、タングステン（Ｗ）、及び、ビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属（以下、「金属ｍ」という）を含むことが好ましい。金属ｍは、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、希土類元素として、スカンジウム（Ｓｃ）及びランタノイドからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。金属ｍは、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、ランタノイドとして、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、及び、イッテルビウム（Ｙｂ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。金属ｍは、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、希土類元素を含むことが好ましく、ランタノイドを含むことがより好ましく、セリウムを含むことが更に好ましい。
第１の粒子は、有機化合物を含んでよく、高分子化合物（ポリマー）を含んでよい。高分子化合物としては、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリエーテルサルフォン、ポリ乳酸、エチルセルロース樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
第２の粒子の金属Ｍは、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、希土類金属を含むことが好ましく、ランタノイドを含むことがより好ましく、セリウムを含むことが更に好ましい。ランタノイドとしては、セリウム、プラセオジム、ユウロピウム、テルビウム、イッテルビウム、及び、ルテチウムからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
第２の粒子は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、金属水酸化物を含むことが好ましく、セリウムを含む水酸化物（セリウム水酸化物）を含むことがより好ましい。セリウム水酸化物を含む砥粒は、シリカ、セリウム酸化物等からなる粒子と比較して、水酸基の作用によって絶縁材料（例えば酸化珪素）との反応性（化学的作用）が高く、絶縁材料を更に高い研磨速度で研磨することができる。セリウム水酸化物は、例えば、セリウムイオンと、少なくとも１つの水酸化物イオン（ＯＨ−）とを含む化合物である。セリウム水酸化物は、水酸化物イオン以外の陰イオン（例えば、硝酸イオンＮＯ３ −及び硫酸イオンＳＯ４ ２−）を含んでいてもよい。例えば、セリウム水酸化物は、セリウムイオンに結合した陰イオン（例えば、硝酸イオンＮＯ３ −及び硫酸イオンＳＯ４ ２−）を含んでいてもよい。
セリウム水酸化物は、セリウム塩と、アルカリ源（塩基）とを反応させることにより作製できる。セリウム水酸化物は、セリウム塩とアルカリ液（例えばアルカリ水溶液）とを混合することにより作製できる。セリウム水酸化物は、セリウム塩溶液（例えばセリウム塩水溶液）とアルカリ液とを混合することにより得ることができる。セリウム塩としては、Ｃｅ（ＮＯ３）４、Ｃｅ（ＳＯ４）２、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６、Ｃｅ（ＮＨ４）４（ＳＯ４）４等が挙げられる。
セリウム水酸化物の製造条件等に応じて、セリウムイオン、１〜３個の水酸化物イオン（ＯＨ−）及び１〜３個の陰イオン（Ｘｃ−）からなるＣｅ（ＯＨ）ａＸｂ（式中、ａ＋ｂ×ｃ＝４である）を含む粒子が生成すると考えられる（なお、このような粒子もセリウム水酸化物である）。Ｃｅ（ＯＨ）ａＸｂでは、電子吸引性の陰イオン（Ｘｃ−）が作用して水酸化物イオンの反応性が向上しており、Ｃｅ（ＯＨ）ａＸｂの存在量が増加するに伴い研磨速度が向上すると考えられる。陰イオン（Ｘｃ−）としては、例えば、ＮＯ３ −及びＳＯ４ ２−が挙げられる。セリウム水酸化物を含む粒子は、Ｃｅ（ＯＨ）ａＸｂだけでなく、Ｃｅ（ＯＨ）４、ＣｅＯ２等も含み得ると考えられる。
セリウム水酸化物を含む粒子がＣｅ（ＯＨ）ａＸｂを含むことは、粒子を純水でよく洗浄した後に、ＦＴ−ＩＲ ＡＴＲ法（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａ Ｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ法、フーリエ変換赤外分光光度計全反射測定法）で、陰イオン（Ｘｃ−）に該当するピークを検出する方法により確認できる。Ｘ線光電子分光法により、陰イオン（Ｘｃ−）の存在を確認することもできる。
本実施形態に係るスラリの砥粒は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第２の粒子の粒径が第１の粒子の粒径よりも小さく、第１の粒子がセリウム酸化物を含有し、第２の粒子が、セリウム酸化物及びセリウム水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種のセリウム化合物を含有する態様であることが好ましい。このように絶縁材料の研磨速度が向上する理由としては、例えば、下記の理由が挙げられる。但し、理由は下記に限定されない。
すなわち、セリウム酸化物を含有すると共に、第２の粒子よりも大きい粒径を有する第１の粒子は、第２の粒子と比較して、絶縁材料に対する機械的作用（メカニカル性）が強い。一方、セリウム化合物を含有すると共に、第１の粒子よりも小さい粒径を有する第２の粒子は、第１の粒子と比較して、絶縁材料に対する機械的作用は小さいものの、粒子全体における比表面積（単位質量当たりの表面積）が大きいため、絶縁材料に対する化学的作用（ケミカル性）が強い。このように、機械的作用が強い第１の粒子と、化学的作用が強い第２の粒子と、を併用することにより研磨速度向上の相乗効果が得られやすい。
第１の粒子及び第２の粒子を含む複合粒子は、ホモジナイザー、ナノマイザー、ボールミル、ビーズミル、超音波処理機等を用いて第１の粒子と第２の粒子とを接触させること、互いに相反する電荷を有する第１の粒子と第２の粒子とを接触させること、粒子の含有量が少ない状態で第１の粒子と第２の粒子とを接触させることなどにより得ることができる。
第１の粒子におけるセリウム酸化物の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第１の粒子の全体（スラリに含まれる第１の粒子の全体。以下同様）を基準として、５０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上が更に好ましく、９５質量％以上が特に好ましい。第１の粒子は、実質的にセリウム酸化物からなる態様（実質的に第１の粒子の１００質量％がセリウム酸化物である態様）であってもよい。
第２の粒子におけるセリウム化合物の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第２の粒子の全体（スラリに含まれる第２の粒子の全体。以下同様）を基準として、５０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上が更に好ましく、９５質量％以上が特に好ましい。第２の粒子は、実質的にセリウム化合物からなる態様（実質的に第２の粒子の１００質量％がセリウム化合物である態様）であってもよい。
スラリに特定の波長の光を透過させた際に分光光度計によって得られる下記式の吸光度の値により第２の粒子の含有量を推定することができる。すなわち、粒子が特定の波長の光を吸収する場合、当該粒子を含む領域の光透過率が減少する。光透過率は、粒子による吸収だけでなく、散乱によっても減少するが、第２の粒子では、散乱の影響が小さい。そのため、本実施形態では、下記式によって算出される吸光度の値により第２の粒子の含有量を推定することができる。
吸光度 ＝−ＬＯＧ１０（光透過率［％］／１００）
砥粒における第１の粒子の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体（スラリに含まれる砥粒全体。以下同様）を基準として、５０質量％以上が好ましく、５０質量％を超えることがより好ましく、６０質量％以上が更に好ましく、７０質量％以上が特に好ましく、７５質量％以上が極めて好ましく、８０質量％以上が非常に好ましく、８５質量％以上がより一層好ましく、９０質量％以上が更に好ましい。砥粒における第１の粒子の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体を基準として、９５質量％以下が好ましく、９３質量％以下がより好ましく、９１質量％以下が更に好ましい。前記観点から、砥粒における第１の粒子の含有量は、砥粒全体を基準として５０〜９５質量％であることがより好ましい。
砥粒における第２の粒子の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体（スラリに含まれる砥粒全体）を基準として、５質量％以上が好ましく、７質量％以上がより好ましく、９質量％以上が更に好ましい。砥粒における第２の粒子の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体を基準として、５０質量％以下が好ましく、５０質量％未満がより好ましく、４０質量％以下が更に好ましく、３０質量％以下が特に好ましく、２０質量％以下が極めて好ましく、１０質量％以下が非常に好ましい。前記観点から、砥粒における第２の粒子の含有量は、砥粒全体を基準として５〜５０質量％であることがより好ましい。
砥粒におけるセリウム酸化物の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体（スラリに含まれる砥粒全体）を基準として、５０質量％以上が好ましく、５０質量％を超えることがより好ましく、６０質量％以上が更に好ましく、７０質量％以上が特に好ましく、７５質量％以上が極めて好ましく、８０質量％以上が非常に好ましく、８５質量％以上がより一層好ましく、９０質量％以上が更に好ましい。砥粒におけるセリウム酸化物の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体を基準として、９５質量％以下が好ましく、９３質量％以下がより好ましく、９１質量％以下が更に好ましい。前記観点から、砥粒におけるセリウム酸化物の含有量は、砥粒全体を基準として５０〜９５質量％であることがより好ましい。
砥粒におけるセリウム水酸化物の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体（スラリに含まれる砥粒全体）を基準として、５質量％以上が好ましく、７質量％以上がより好ましく、９質量％以上が更に好ましい。砥粒におけるセリウム水酸化物の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、砥粒全体を基準として、５０質量％以下が好ましく、５０質量％未満がより好ましく、４０質量％以下が更に好ましく、３０質量％以下が特に好ましく、２０質量％以下が極めて好ましく、１０質量％以下が非常に好ましい。前記観点から、砥粒におけるセリウム水酸化物の含有量は、砥粒全体を基準として５〜５０質量％であることがより好ましい。
第１の粒子の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第１の粒子及び第２の粒子の合計量を基準として、５０質量％以上が好ましく、５０質量％を超えることがより好ましく、６０質量％以上が更に好ましく、７０質量％以上が特に好ましく、７５質量％以上が極めて好ましく、８０質量％以上が非常に好ましく、８５質量％以上がより一層好ましく、９０質量％以上が更に好ましい。第１の粒子の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第１の粒子及び第２の粒子の合計量を基準として、９５質量％以下が好ましく、９３質量％以下がより好ましく、９１質量％以下が更に好ましい。前記観点から、第１の粒子の含有量は、第１の粒子及び第２の粒子の合計量を基準として５０〜９５質量％であることがより好ましい。
第２の粒子の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第１の粒子及び第２の粒子の合計量を基準として、５質量％以上が好ましく、７質量％以上がより好ましく、９質量％以上が更に好ましい。第２の粒子の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、第１の粒子及び第２の粒子の合計量を基準として、５０質量％以下が好ましく、５０質量％未満がより好ましく、４０質量％以下が更に好ましく、３０質量％以下が特に好ましく、２０質量％以下が極めて好ましく、１０質量％以下が非常に好ましい。前記観点から、第２の粒子の含有量は、第１の粒子及び第２の粒子の合計量を基準として５〜５０質量％であることがより好ましい。
スラリにおける第１の粒子の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、スラリの全質量を基準として、０．００５質量％以上が好ましく、０．００８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、０．０７質量％以上が極めて好ましく、０．０８質量％以上が非常に好ましい。スラリにおける第１の粒子の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点、及び、スラリの保存安定性を高くする観点から、スラリの全質量を基準として、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が更に好ましく、０．５質量％以下が特に好ましく、０．３質量％以下が極めて好ましく、０．１質量％以下が非常に好ましく、０．０９質量％以下がより一層好ましく、０．０８５質量％以下が更に好ましい。前記観点から、スラリにおける第１の粒子の含有量は、スラリの全質量を基準として０．００５〜５質量％であることがより好ましい。
スラリにおける第２の粒子の含有量の下限は、砥粒と被研磨面との化学的な相互作用が更に向上して絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、スラリの全質量を基準として、０．００５質量％以上が好ましく、０．００８質量％以上がより好ましく、０．０１質量％以上が更に好ましく、０．０１２質量％以上が特に好ましく、０．０１５質量％以上が極めて好ましく、０．０１６質量％以上が非常に好ましい。スラリにおける第２の粒子の含有量の上限は、砥粒の凝集を避けることが容易になると共に、砥粒と被研磨面との化学的な相互作用が更に良好となり、砥粒の特性を有効に活用しやすい観点から、スラリの全質量を基準として、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が更に好ましく、０．５質量％以下が特に好ましく、０．１質量％以下が極めて好ましく、０．０５質量％以下が非常に好ましく、０．０４質量％以下がより一層好ましく、０．０３５質量％以下が更に好ましく、０．０３質量％以下が更に好ましく、０．０２質量％以下が特に好ましく、０．０１８質量％以下が極めて好ましい。前記観点から、スラリにおける第２の粒子の含有量は、スラリの全質量を基準として０．００５〜５質量％であることがより好ましい。
スラリにおけるセリウム酸化物の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、スラリの全質量を基準として、０．００５質量％以上が好ましく、０．００８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、０．０７質量％以上が極めて好ましく、０．０８質量％以上が非常に好ましい。スラリにおけるセリウム酸化物の含有量の上限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点、及び、スラリの保存安定性を高くする観点から、スラリの全質量を基準として、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が更に好ましく、０．５質量％以下が特に好ましく、０．３質量％以下が極めて好ましく、０．１質量％以下が非常に好ましく、０．０９質量％以下がより一層好ましく、０．０８５質量％以下が更に好ましい。前記観点から、スラリにおけるセリウム酸化物の含有量は、スラリの全質量を基準として０．００５〜５質量％であることがより好ましい。
スラリにおけるセリウム水酸化物の含有量の下限は、砥粒と被研磨面との化学的な相互作用が更に向上して絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、スラリの全質量を基準として、０．００５質量％以上が好ましく、０．００８質量％以上がより好ましく、０．０１質量％以上が更に好ましく、０．０１２質量％以上が特に好ましく、０．０１５質量％以上が極めて好ましく、０．０１６質量％以上が非常に好ましい。スラリにおけるセリウム水酸化物の含有量の上限は、砥粒の凝集を避けることが容易になると共に、砥粒と被研磨面との化学的な相互作用が更に良好となり、砥粒の特性を有効に活用しやすい観点から、スラリの全質量を基準として、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が更に好ましく、０．５質量％以下が特に好ましく、０．１質量％以下が極めて好ましく、０．０５質量％以下が非常に好ましく、０．０４質量％以下がより一層好ましく、０．０３５質量％以下が更に好ましく、０．０３質量％以下が更に好ましく、０．０２質量％以下が特に好ましく、０．０１８質量％以下が極めて好ましい。前記観点から、スラリにおけるセリウム水酸化物の含有量は、スラリの全質量を基準として、０．００５〜５質量％であることがより好ましい。
スラリにおける砥粒の含有量の下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、スラリの全質量を基準として、０．０１質量％以上が好ましく、０．０５質量％以上がより好ましく、０．０８質量％以上が更に好ましく、０．１質量％以上が特に好ましい。スラリにおける砥粒の含有量の上限は、スラリの保存安定性を高くする観点から、スラリの全質量を基準として、１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましく、１質量％以下が更に好ましく、０．５質量％以下が特に好ましく、０．１質量％以下が極めて好ましく、０．２質量％以下が非常に好ましく、０．１５質量％以下がより一層好ましく、０．１３５質量％以下が更に好ましく、０．１３質量％以下が特に好ましい。前記観点から、スラリにおける砥粒の含有量は、スラリの全質量を基準として０．０１〜１０質量％であることがより好ましい。
本実施形態に係るスラリは、前記第１の粒子及び前記第２の粒子を含む複合粒子以外の他の粒子を含有していてもよい。このような他の粒子としては、例えば、前記第２の粒子に接触していない前記第１の粒子；前記第１の粒子に接触していない前記第２の粒子；シリカ、アルミナ、ジルコニア、イットリア等からなる第３の粒子（第１の粒子及び第２の粒子を含まない粒子）が挙げられる。
（液状媒体）
液状媒体としては、特に制限はないが、脱イオン水、超純水等の水が好ましい。液状媒体の含有量は、他の構成成分の含有量を除いたスラリの残部でよく、特に限定されない。
（任意成分）
本実施形態に係るスラリは、任意の添加剤を更に含有していてもよい。任意の添加剤としては、カルボキシル基を有する材料（ポリオキシアルキレン化合物又は水溶性高分子に該当する化合物を除く）、ポリオキシアルキレン化合物、水溶性高分子、酸化剤（例えば過酸化水素）、分散剤（例えばリン酸系無機塩）等が挙げられる。添加剤のそれぞれは、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
カルボキシル基を有する材料としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等のモノカルボン酸；乳酸、リンゴ酸、クエン酸等のヒドロキシ酸；マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸等のジカルボン酸；ポリアクリル酸、ポリマレイン酸等のポリカルボン酸；アルギニン、ヒスチジン、リシン等のアミノ酸などが挙げられる。
ポリオキシアルキレン化合物としては、ポリアルキレングリコール、ポリオキシアルキレン誘導体等が挙げられる。
ポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等が挙げられる。ポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールからなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、ポリエチレングリコールがより好ましい。
ポリオキシアルキレン誘導体は、例えば、ポリアルキレングリコールに官能基若しくは置換基を導入した化合物、又は、有機化合物にポリアルキレンオキシドを付加した化合物である。前記官能基又は置換基としては、例えば、アルキルエーテル基、アルキルフェニルエーテル基、フェニルエーテル基、スチレン化フェニルエーテル基、グリセリルエーテル基、アルキルアミン基、脂肪酸エステル基、及び、グリコールエステル基が挙げられる。ポリオキシアルキレン誘導体としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンビスフェノールエーテル（例えば、日本乳化剤株式会社製、ＢＡグリコールシリーズ）、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル（例えば、花王株式会社製、エマルゲンシリーズ）、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（例えば、第一工業製薬株式会社製、ノイゲンＥＡシリーズ）、ポリオキシアルキレンポリグリセリルエーテル（例えば、阪本薬品工業株式会社製、ＳＣ−Ｅシリーズ及びＳＣ−Ｐシリーズ）、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（例えば、第一工業製薬株式会社製、ソルゲンＴＷシリーズ）、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル（例えば、花王株式会社製、エマノーンシリーズ）、ポリオキシエチレンアルキルアミン（例えば、第一工業製薬株式会社製、アミラヂンＤ）、並びに、ポリアルキレンオキシドを付加したその他の化合物（例えば、日信化学工業株式会社製、サーフィノール４６５、及び、日本乳化剤株式会社製、ＴＭＰシリーズ）が挙げられる。
「水溶性高分子」とは、水１００ｇに対して０．１ｇ以上溶解する高分子として定義する。前記ポリオキシアルキレン化合物に該当する高分子は「水溶性高分子」に含まれないものとする。水溶性高分子としては、特に制限はなく、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド等のアクリル系ポリマ；カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン、デキストリン、シクロデキストリン、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、ポリアクロレイン等のビニル系ポリマ；ポリグリセリン、ポリグリセリン誘導体等のグリセリン系ポリマ；ポリエチレングリコールなどが挙げられる。
（スラリの特性）
本実施形態に係るスラリのｐＨの下限は、絶縁材料の研磨速度が更に向上する観点から、２．０以上が好ましく、２．５以上がより好ましく、２．８以上が更に好ましく、３．０以上が特に好ましく、３．２以上が極めて好ましく、３．５以上が非常に好ましく、４．０以上がより一層好ましく、４．１以上が更に好ましい。ｐＨの上限は、スラリの保存安定性が更に向上する観点から、７．０以下が好ましく、６．５以下がより好ましく、６．０以下が更に好ましく、５．０以下が特に好ましく、４．８以下が極めて好ましく、４．７以下が非常に好ましく、４．６以下がより一層好ましく、４．５以下が更に好ましく、４．４以下が特に好ましい。前記観点から、ｐＨは、２．０〜７．０であることがより好ましい。スラリのｐＨは、液温２５℃におけるｐＨと定義する。
スラリのｐＨは、無機酸、有機酸等の酸成分；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（ＴＭＡＨ）、イミダゾール、アルカノールアミン等のアルカリ成分などによって調整できる。また、ｐＨを安定化させるため、緩衝剤を添加してもよい。また、緩衝液（緩衝剤を含む液）として緩衝剤を添加してもよい。このような緩衝液としては、酢酸塩緩衝液、フタル酸塩緩衝液等が挙げられる。
本実施形態に係るスラリのｐＨは、ｐＨメータ（例えば、東亜ディーケーケー株式会社製の型番ＰＨＬ−４０）で測定することができる。具体的には例えば、フタル酸塩ｐＨ緩衝液（ｐＨ：４．０１）及び中性リン酸塩ｐＨ緩衝液（ｐＨ：６．８６）を標準緩衝液として用いてｐＨメータを２点校正した後、ｐＨメータの電極をスラリに入れて、２分以上経過して安定した後の値を測定する。標準緩衝液及びスラリの液温は、共に２５℃とする。
本実施形態に係るスラリをＣＭＰ研磨液として用いる場合、研磨液の構成成分を一液式研磨液として保存してもよく、砥粒及び液状媒体を含むスラリ（第１の液）と、添加剤及び液状媒体を含む添加液（第２の液）とを混合して前記研磨液となるように前記研磨液の構成成分をスラリと添加液とに分けた複数液式（例えば二液式）の研磨液セットとして保存してもよい。添加液は、例えば酸化剤を含んでいてもよい。前記研磨液の構成成分は、三液以上に分けた研磨液セットとして保存してもよい。
前記研磨液セットにおいては、研磨直前又は研磨時に、スラリ及び添加液が混合されて研磨液が作製される。また、一液式研磨液は、液状媒体の含有量を減じた研磨液用貯蔵液として保存されると共に、研磨時に液状媒体で希釈して用いられてもよい。複数液式の研磨液セットは、液状媒体の含有量を減じたスラリ用貯蔵液及び添加液用貯蔵液として保存されると共に、研磨時に液状媒体で希釈して用いられてもよい。
＜研磨方法＞
本実施形態に係る研磨方法（基体の研磨方法等）は、前記スラリを用いて被研磨面（基体の被研磨面等）を研磨する研磨工程を備えている。研磨工程におけるスラリは、前記研磨液セットにおけるスラリと添加液とを混合して得られる研磨液であってもよい。
研磨工程では、例えば、被研磨材料を有する基体の当該被研磨材料を研磨定盤の研磨パッド（研磨布）に押圧した状態で、前記スラリを被研磨材料と研磨パッドとの間に供給し、基体と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨材料の被研磨面を研磨する。研磨工程では、例えば、被研磨材料の少なくとも一部を研磨により除去する。
研磨対象である基体としては、被研磨基板等が挙げられる。被研磨基板としては、例えば、半導体素子製造に係る基板（例えば、ＳＴＩパターン、ゲートパターン、配線パターン等が形成された半導体基板）上に被研磨材料が形成された基体が挙げられる。被研磨材料としては、酸化珪素等の絶縁材料などが挙げられる。被研磨材料は、単一の材料であってもよく、複数の材料であってもよい。複数の材料が被研磨面に露出している場合、それらを被研磨材料と見なすことができる。被研磨材料は、膜状（被研磨膜）であってもよく、酸化珪素膜等の絶縁膜などであってもよい。
このような基板上に形成された被研磨材料（例えば、酸化珪素等の絶縁材料）を前記スラリで研磨し、余分な部分を除去することによって、被研磨材料の表面の凹凸を解消し、被研磨材料の表面全体にわたって平滑な面を得ることができる。
本実施形態に係る研磨方法において、研磨装置としては、被研磨面を有する基体を保持可能なホルダーと、研磨パッド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。ホルダー及び研磨定盤のそれぞれには、回転数が変更可能なモータ等が取り付けてある。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：Ｆ−ＲＥＸ３００、又は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製の研磨装置：ＭＩＲＲＡを使用できる。
研磨パッドとしては、一般的な不織布、発泡体、非発泡体等が使用できる。研磨パッドの材質としては、ポリウレタン、アクリル樹脂、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、ポリアミド（例えば、ナイロン（商標名）及びアラミド）、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、エポキシ樹脂等の樹脂が使用できる。研磨パッドの材質としては、特に、研磨速度及び平坦性に更に優れる観点から、発泡ポリウレタン及び非発泡ポリウレタンからなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。研磨パッドには、スラリがた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、研磨定盤の回転速度の上限は、基体が飛び出さないように２００ｍｉｎ−１（ｍｉｎ−１＝ｒｐｍ）以下が好ましく、基体にかける研磨圧力（加工荷重）の上限は、研磨傷が発生することを抑制しやすい観点から、１００ｋＰａ以下が好ましい。研磨している間、ポンプ等で連続的にスラリを研磨パッドに供給することが好ましい。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常にスラリで覆われていることが好ましい。
本実施形態は、酸化珪素を含む被研磨面を研磨するために使用されることが好ましい。本実施形態によれば、酸化珪素を含む被研磨面の研磨へのスラリの使用を提供することができる。本実施形態は、ＳＴＩの形成及び層間絶縁材料の高速研磨に好適に使用できる。絶縁材料（例えば酸化珪素）の研磨速度の下限は、８５０ｎｍ／ｍｉｎ以上が好ましく、９００ｎｍ／ｍｉｎ以上がより好ましく、１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上が更に好ましい。
本実施形態は、プリメタル絶縁材料の研磨にも使用できる。プリメタル絶縁材料としては、酸化珪素、リン−シリケートガラス、ボロン−リン−シリケートガラス、シリコンオキシフロリド、フッ化アモルファスカーボン等が挙げられる。
本実施形態は、酸化珪素等の絶縁材料以外の材料にも適用できる。このような材料としては、Ｈｆ系、Ｔｉ系、Ｔａ系酸化物等の高誘電率材料；シリコン、アモルファスシリコン、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、有機半導体等の半導体材料；ＧｅＳｂＴｅ等の相変化材料；ＩＴＯ等の無機導電材料；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材料などが挙げられる。
本実施形態は、膜状の研磨対象だけでなく、ガラス、シリコン、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、サファイヤ、プラスチック等から構成される各種基板にも適用できる。
本実施形態は、半導体素子の製造だけでなく、ＴＦＴ、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、青色レーザ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などの製造に用いることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜セリウム酸化物スラリの準備＞
セリウム酸化物を含む粒子（第１の粒子。以下、「セリウム酸化物粒子」という）と、和光純薬工業株式会社製の商品名：リン酸二水素アンモニウム（分子量：９７．９９）とを混合して、セリウム酸化物粒子を５．０質量％（固形分含量）含有するセリウム酸化物スラリ（ｐＨ：７）を調製した。リン酸二水素アンモニウムの配合量は、セリウム酸化物粒子の全量を基準として１質量％に調整した。
マイクロトラック・ベル株式会社製の商品名：マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ内にセリウム酸化物スラリを適量投入し、セリウム酸化物粒子の平均粒径を測定した。表示された平均粒径値を平均粒径（平均二次粒径）として得た。セリウム酸化物スラリにおけるセリウム酸化物粒子の平均粒径は１４５ｎｍであった。
ベックマン・コールター株式会社製の商品名：ＤｅｌｓａＮａｎｏ Ｃ内に適量のセリウム酸化物スラリを投入し、２５℃において測定を２回行った。表示されたゼータ電位の平均値をゼータ電位として得た。セリウム酸化物スラリにおけるセリウム酸化物粒子のゼータ電位は−５５ｍＶであった。
＜セリウム水酸化物スラリの準備＞
（セリウム水酸化物の合成）
４８０ｇのＣｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６５０質量％水溶液（日本化学産業株式会社製、商品名：ＣＡＮ５０液）を７４５０ｇの純水と混合して溶液を得た。次いで、この溶液を撹拌しながら、７５０ｇのイミダゾール水溶液（１０質量％水溶液、１．４７ｍｏｌ／Ｌ）を５ｍＬ／ｍｉｎの混合速度で滴下して、セリウム水酸化物を含む沈殿物を得た。セリウム水酸化物の合成は、温度２０℃、撹拌速度５００ｍｉｎ−１で行った。撹拌は、羽根部全長５ｃｍの３枚羽根ピッチパドルを用いて行った。
得られた沈殿物（セリウム水酸化物を含む沈殿物）を遠心分離（４０００ｍｉｎ−１、５分間）した後にデカンテーションで液相を除去することによって固液分離を施した。固液分離により得られた粒子１０ｇと、水９９０ｇと、を混合した後、超音波洗浄機を用いて粒子を水に分散させて、セリウム水酸化物を含む粒子（第２の粒子。以下、「セリウム水酸化物粒子」という）を含有するセリウム水酸化物スラリ（粒子の含有量：１．０質量％）を調製した。
（平均粒径の測定）
ベックマン・コールター株式会社製、商品名：Ｎ５を用いてセリウム水酸化物スラリにおけるセリウム水酸化物粒子の平均粒径（平均二次粒径）を測定したところ、１０ｎｍであった。測定法は次のとおりである。まず、１．０質量％のセリウム水酸化物粒子を含む測定サンプル（セリウム水酸化物スラリ。水分散液）を１ｃｍ角のセルに約１ｍＬ入れた後、Ｎ５内にセルを設置した。Ｎ５のソフトの測定サンプル情報の屈折率を１．３３３、粘度を０．８８７ｍＰａ・ｓに設定し、２５℃において測定を行い、Ｕｎｉｍｏｄａｌ Ｓｉｚｅ Ｍｅａｎとして表示される値を読み取った。
（ゼータ電位の測定）
ベックマン・コールター株式会社製の商品名：ＤｅｌｓａＮａｎｏ Ｃ内に適量のセリウム水酸化物スラリを投入し、２５℃において測定を２回行った。表示されたゼータ電位の平均値をゼータ電位として得た。セリウム水酸化物スラリにおけるセリウム水酸化物粒子のゼータ電位は＋５０ｍＶであった。
（セリウム水酸化物粒子の構造分析）
セリウム水酸化物スラリを適量採取し、真空乾燥してセリウム水酸化物粒子を単離した後に純水で充分に洗浄して試料を得た。得られた試料について、ＦＴ−ＩＲ ＡＴＲ法による測定を行ったところ、水酸化物イオン（ＯＨ−）に基づくピークの他に、硝酸イオン（ＮＯ３ −）に基づくピークが観測された。また、同試料について、窒素に対するＸＰＳ（Ｎ−ＸＰＳ）測定を行ったところ、ＮＨ４ ＋に基づくピークは観測されず、硝酸イオンに基づくピークが観測された。これらの結果より、セリウム水酸化物粒子は、セリウム元素に結合した硝酸イオンを有する粒子を少なくとも一部含有することが確認された。また、セリウム元素に結合した水酸化物イオンを有する粒子がセリウム水酸化物粒子の少なくとも一部に含有されることから、セリウム水酸化物粒子がセリウム水酸化物を含有することが確認された。これらの結果より、セリウムの水酸化物が、セリウム元素に結合した水酸化物イオンを含むことが確認された。
＜スラリの調製＞
（実施例１）
２枚羽根の撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、前記セリウム水酸化物スラリ２５ｇと、イオン交換水１９３５ｇとを混合して混合液を得た。続いて、前記混合液を撹拌しながら前記セリウム酸化物スラリ４０ｇを前記混合液に混合した後、株式会社エスエヌディ製の超音波洗浄機（装置名：ＵＳ−１０５）を用いて超音波を照射しながら撹拌した。これにより、セリウム酸化物粒子と、当該セリウム酸化物粒子に接触したセリウム水酸化物粒子と、を含む複合粒子を含有する試験用スラリ（セリウム酸化物粒子の含有量：０．１質量％、セリウム水酸化物粒子の含有量：０．０１２５質量％）を調製した。
（実施例２）
２枚羽根の撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、前記セリウム水酸化物スラリ３０ｇと、イオン交換水１９３０ｇとを混合して混合液を得た。続いて、前記混合液を撹拌しながら前記セリウム酸化物スラリ４０ｇを前記混合液に混合した後、株式会社エスエヌディ製の超音波洗浄機（装置名：ＵＳ−１０５）を用いて超音波を照射しながら撹拌した。これにより、セリウム酸化物粒子と、当該セリウム酸化物粒子に接触したセリウム水酸化物粒子と、を含む複合粒子に加えて、セリウム酸化物粒子に接触していないセリウム水酸化物粒子（遊離粒子）を含有する試験用スラリ（セリウム酸化物粒子の含有量：０．１質量％、セリウム水酸化物粒子の含有量：０．０１５質量％）を調製した。
（実施例３）
２枚羽根の撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、前記セリウム水酸化物スラリ３５ｇと、イオン交換水１９２５ｇとを混合して混合液を得た。続いて、前記混合液を撹拌しながら前記セリウム酸化物スラリ４０ｇを前記混合液に混合した後、株式会社エスエヌディ製の超音波洗浄機（装置名：ＵＳ−１０５）を用いて超音波を照射しながら撹拌した。これにより、セリウム酸化物粒子と、当該セリウム酸化物粒子に接触したセリウム水酸化物粒子と、を含む複合粒子に加えて、セリウム酸化物粒子に接触していないセリウム水酸化物粒子（遊離粒子）を含有する試験用スラリ（セリウム酸化物粒子の含有量：０．１質量％、セリウム水酸化物粒子の含有量：０．０１７５質量％）を調製した。
（実施例４）
２枚羽根の撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、前記セリウム水酸化物スラリ４０ｇと、イオン交換水１９２０ｇとを混合して混合液を得た。続いて、前記混合液を撹拌しながら前記セリウム酸化物スラリ４０ｇを前記混合液に混合した後、株式会社エスエヌディ製の超音波洗浄機（装置名：ＵＳ−１０５）を用いて超音波を照射しながら撹拌した。これにより、セリウム酸化物粒子と、当該セリウム酸化物粒子に接触したセリウム水酸化物粒子と、を含む複合粒子に加えて、セリウム酸化物粒子に接触していないセリウム水酸化物粒子（遊離粒子）を含有する試験用スラリ（セリウム酸化物粒子の含有量：０．１質量％、セリウム水酸化物粒子の含有量：０．０２質量％）を調製した。
（比較例１）
２枚羽根の撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら前記セリウム酸化物スラリ４０ｇとイオン交換水１９６０ｇとを混合した後、株式会社エスエヌディ製の超音波洗浄機（装置名：ＵＳ−１０５）を用いて超音波を照射しながら撹拌した。これにより、セリウム酸化物粒子を含有する試験用スラリ（セリウム酸化物粒子の含有量：０．１質量％）を調製した。
（比較例２）
２枚羽根の撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら前記セリウム水酸化物スラリ２００ｇとイオン交換水１８００ｇとを混合した後、株式会社エスエヌディ製の超音波洗浄機（装置名：ＵＳ−１０５）を用いて超音波を照射しながら撹拌した。これにより、セリウム水酸化物粒子を含有する試験用スラリ（セリウム水酸化物粒子の含有量：０．１質量％）を調製した。
＜価数の測定＞
ベックマン・コールター株式会社製の遠心分離機（商品名：Ｏｐｔｉｍａ ＭＡＸ−ＴＬ）を用いて試験用スラリを遠心加速度１．１×１０４Ｇで３０分間処理することにより固相及び液相（上澄み液）を分離した。液相を除去した後、固相を２５℃で２４時間真空乾燥することにより測定試料を得た。この測定試料中の砥粒に含まれるセリウムの価数をＸ線光電子分光法により測定した。
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）の測定装置としてサーモフィッシャーサイエンティフィック製の商品名「Ｋ−Ａｌｐｈａ」を用いた。測定条件は以下のとおりである。
［ＸＰＳ条件］
パスエネルギー：１００ｅＶ
積算回数：１０回
結合エネルギー：８７０〜９３０ｅＶの範囲
励起Ｘ線：ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ａｌ Ｋα１，２線（１４８６．６ｅＶ）
Ｘ線径：２００μｍ
光電子脱出角度：４５°
次に、セリウムの価数について、装置に付属の解析ソフトを用いて、３価に起因する波形と、４価に起因する波形とを分離した。波形分離は、文献「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｖｏｌ．５６３（２００４）ｐ．７４−８２」に記載の方法に準じて行った。そして、下記式に基づき３価の割合を求めた。測定結果を表１に示す。
３価の割合 ＝ （３価の量［ａｔ％］／（３価の量［ａｔ％］＋４価の量［ａｔ％］）
＜ｐＨの測定＞
試験用スラリのｐＨを東亜ディーケーケー株式会社製の型番ＰＨＬ−４０を用いて測定した。測定結果を表１に示す。
＜砥粒のゼータ電位の測定＞
ベックマン・コールター株式会社製の商品名「ＤｅｌｓａＮａｎｏ Ｃ」内に適量の試験用スラリを投入した。２５℃において測定を２回行い、表示されたゼータ電位の平均値を採用した。測定結果を表１に示す。
＜砥粒の平均粒径の測定＞
マイクロトラック・ベル株式会社製の商品名：マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ内に実施例１〜４及び比較例１の各試験用スラリを適量投入し、砥粒の平均粒径の測定を行った。また、ベックマン・コールター株式会社製の商品名：Ｎ５内に比較例２の試験用スラリを適量投入し、砥粒の平均粒径の測定を行った。表示されたそれぞれの平均粒径値を砥粒の平均粒径（平均二次粒径）として得た。測定結果を表１に示す。
＜研磨速度の測定＞
前記試験用スラリにおける砥粒の含有量（粒子の合計量）を０．１質量％に調整（イオン交換水で希釈）してＣＭＰ研磨液を得た。このＣＭＰ研磨液を用いて下記研磨条件で被研磨基板を研磨した。ＣＭＰ研磨液における価数、ｐＨ、砥粒のゼータ電位及び平均粒径の値は、上述の試験用スラリの値と同等であった。
［ＣＭＰ研磨条件］
研磨装置：ＭＩＲＲＡ（ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製）
ＣＭＰ研磨液の流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ
被研磨基板：パターンが形成されていないブランケットウエハとして、プラズマＣＶＤ法で形成された厚さ２μｍの酸化珪素膜をシリコン基板上に有する被研磨基板を用いた。
研磨パッド：独立気泡を有する発泡ポリウレタン樹脂（ダウ・ケミカル日本株式会社製、型番ＩＣ１０１０）
研磨圧力：１３ｋＰａ（２．０ｐｓｉ）
被研磨基板及び研磨定盤の回転数：被研磨基板／研磨定盤＝９３／８７ｒｐｍ
研磨時間：１ｍｉｎ
ウエハの洗浄：ＣＭＰ処理後、超音波を印加しながら水で洗浄し、さらに、スピンドライヤで乾燥させた。
前記条件で研磨及び洗浄した酸化珪素膜の研磨速度（ＳｉＯ２ＲＲ）を下記式より求めた。測定結果を表１に示す。研磨前後における酸化珪素膜の膜厚差は、光干渉式膜厚測定装置（フィルメトリクス株式会社製、商品名：Ｆ８０）を用いて求めた。
研磨速度（ＲＲ）＝（研磨前後での酸化珪素膜の膜厚差［ｎｍ］）／（研磨時間：１［ｍｉｎ］）
Figure 0006965996

Claims (8)

  1. 砥粒と、液状媒体と、を含有し、
    前記砥粒が、第１の粒子と、当該第１の粒子に接触した第２の粒子と、を含み、
    前記第２の粒子が、金属酸化物及び金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属化合物を含み、
    前記金属化合物が、複数の価数を取り得る金属を含み、
    前記金属の前記複数の価数の中で最も小さい価数の割合がＸ線光電子分光法において０．１０以上である、スラリ。
  2. 前記最も小さい価数が３価である、請求項１に記載のスラリ。
  3. 前記金属が希土類金属を含む、請求項１又は２に記載のスラリ。
  4. 前記金属がセリウムを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスラリ。
  5. 前記第１の粒子が、珪素、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、インジウム、スズ、希土類元素、タングステン、及び、ビスマスからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスラリ。
  6. 前記第１の粒子がセリウム酸化物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスラリ。
  7. 前記砥粒のゼータ電位が＋１０ｍＶ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスラリ。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のスラリを用いて被研磨面を研磨する工程を備える、研磨方法。
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