JP6542760B2

JP6542760B2 - 高分子フィルムの化学的−機械的平坦化

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Publication number: JP6542760B2
Application number: JP2016516571A
Authority: JP
Inventors: パリッカラクッティアトールサディープ; ジアレンホー; ダイサードジェフリー
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Current assignee: CMC Materials Inc
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2034-09-23
Also published as: WO2015047970A1; JP2016537438A; EP3049216A1; TWI513807B; US9434859B2; KR102267841B1; KR20160060117A; US20150083689A1; EP3049216A4; EP3049216B1; CN105579196B; CN105579196A; TW201512385A

Description

本発明は、化学−機械研磨組成物、および、基板に対して化学的−機械的な研磨を行う際の当該組成物の使用に関する。

集積回路やその他の電子機器の製造において、導電性、半導電性、および、誘電性の材料からなる多層膜が、基板表面に対して蒸着されたり、あるいは、それらが基板表面から剥がされたりする。導電性、半導電性、および、誘電性の材料からなる薄層を、数多くの蒸着技術によって、基板表面に対して蒸着することができる。現代のマイクロエレクトロニクス加工技術における一般的な蒸着技術として、スパッタ法としても知られている物理的蒸着法（ＰＶＤ）の他に、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、そして、電気化学的メッキ法（ＥＣＰ）などがある。

基板に対して複数の材料の層が連続的に蒸着されたり、あるいは、基板表面からそれらが剥がされたりすると、基板の最上層の表面は凸凹になるため、平坦化の処理が必要となる。表面の平坦化や表面の「研磨」とは、一般的に、滑らかで平坦な表面を形成するために、基板の表面から材料を剥がすためのプロセスのことである。平坦化を行うことによって、粗面の形成、造粒物の発生、結晶格子の損傷、擦過痕の形成、それに、材料層または材料の汚染といった好ましくない表面形状や表面欠陥が解消されるので有用である。また、基板の表面の特徴形状を埋めるために用いられ、なおかつ、以後の金属化や加工に供する滑らかな表面を実現するために用いられた過剰の材料を除去することによって、基板の表面に特徴形状を形成するためにも平坦化は有用である。

基板の表面を平坦化または研磨する方法は、当該技術分野において周知である。化学的−機械的平坦化または化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために用いられている一般的な技術である。ＣＭＰは、基板から材料を選択的に除去する化学組成物を利用しており、それら組成物は、ＣＭＰ組成物または単に研磨組成物（研磨スラリーとも呼ばれている）としても知られている。通常は、研磨組成物を染み込ませた研磨パッド（例えば、磨き布または研磨板）を基板の表面に接触させることで、基板に対して研磨組成物が塗布される。加えて、基板の研磨は、一般的には、研磨組成物の化学的作用、および／または、研磨組成物に懸濁された研削材または研磨パッド（例えば、固定式砥粒研磨パッド）に染み込ませた研削材が奏する機械的作用の恩恵も受けている。

二酸化ケイ素を主成分とする誘電層は、基板上に設けられた回路線から金属を取り出すためによく利用されている。二酸化ケイ素を主成分とする誘電材料の誘電率は、（残留含水量などの成分にもよるが）約３．９またはそれ以上という比較的に大きい数値なので、導電層の間での静電容量も比較的に大きいものとなり、回路が作動可能な速度（周波数）を制限することとなる。電気的に分離をし、なおかつ回路が作動可能な周波数を高めるために、二酸化ケイ素と比較して小さな誘電率を示す層間誘電（ＩＬＤ）材料を用いることができる。高分子フィルムは、比較的に小さな誘電率と低レベルの固有応力を示すことから、ＩＬＤ材料としての利用が考慮されてきた。また、高分子フィルムは、シリコン（Ｓｉ）貫通電極（ＴＳＶ）の用途においても重要である。

高分子フィルムを研磨する方法では、高分子化合物を研磨する研磨粒子の機械的特性を利用している。したがって、除去速度は、研磨粒子の硬さ、研磨組成物での固形分含有レベル、および、利用した特定の研磨条件と密接に関連する。高分子フィルムの除去速度を高めるためには、硬い研磨粒子、大きめの固形分含有量、そして、侵攻的な研磨条件が必要となる。しかしながら、研磨粒子は、研磨をしている最中に高分子フィルムの表面に擦過痕を形成して、フィルムの機能を損なうなどの幾つかの不都合な現象を招くことがある。

したがって、高分子フィルムを相当の程度にまで研磨する化学的特性を備えた化学−機械研磨組成物を得ることが非常に望ましく、そうすることで、大きめの固形分含有量を不要としながらも、高分子フィルムの除去速度を高め、そして、良好な欠陥性能をも示すこととなる。高分子フィルムを含んだ基板を研磨および平坦化している間に、望ましい平坦化効率、均一性、および、除去速度を示しながらも、その一方で、研磨および平坦化を行っている間に、表面欠陥、それに、基礎構造や表面形状の損傷といった不都合を最小限にする研磨組成物と研磨方法が依然として待望されている。本発明は、そのような研磨組成物と方法を提供する。このような本発明の利点およびその他の利点、ならびに、本発明の別の特徴部分を、本明細書に記載した本発明に関する詳細な説明で明らかにする。

本発明は、（ａ）セリア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、または、これらの組み合わせを含む研磨粒子、（ｂ）ルイス酸である金属イオン、（ｃ）芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ−置換Ｎ−複素環であるリガンド、および、（ｄ）水性担体を含む、化学−機械研磨組成物であって、当該化学−機械研磨組成物のｐＨが、１〜４の範囲内にある化学−機械研磨組成物を提供する。

また、本発明は、基板を研磨する方法であって、（ｉ）高分子フィルムを含む基板などの基板を準備し、（ｉｉ）研磨パッドを準備し、（ｉｉｉ）化学−機械研磨組成物、すなわち、（ａ）セリア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、または、これらの組み合わせを含む研磨粒子、（ｂ）ルイス酸である金属イオン、（ｃ）芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ−置換Ｎ−複素環であるリガンド、および、（ｄ）水性担体を含み、当該化学−機械研磨組成物のｐＨが、１〜４の範囲内にある、化学−機械研磨組成物を準備し、（ｉｖ）当該基板を、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物と接触せしめ、および、（ｖ）当該基板を研磨するために、当該基板の表面にある高分子フィルムの少なくとも一部を摩耗させるために、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物を、当該基板に対して移動させる、ことを含む基板の研磨方法も提供する。

研磨粒子は、好適な濃度であれば、いずれの濃度でも研磨組成物に取り込むことができる。望ましくは、研磨組成物は、研磨粒子を低含有量で（すなわち、低固形分含量で）含む。低固形分含量とすることで、研磨をしている基板の望ましい有効除去速度を実現しながらも、高濃度の（例えば、２重量％を超える）研削材を用いて得た場合に基板で認められた不都合や、その他の構成成分に対する過剰な除去速度を最小限にできる。例えば、研磨粒子は、０．０１重量％以上、例えば、０．０２重量％以上、０．０２５重量％以上、０．０３重量％以上、０．０４重量％以上、０．０５重量％以上、０．０７５重量％以上、０．１重量％以上、０．２５重量％以上、０．５重量％以上、または、０．７５重量％以上の濃度で研磨組成物に取り込むことができる。あるいは、または、これに加えて、研磨粒子は、２重量％以下、例えば、１．７５重量％以下、１．５重量％以下、１．２５重量％以下、または、１重量％以下の濃度で研磨組成物に取り込むことができる。好ましくは、研磨粒子は、０．０１重量％〜１重量％、または、０．０１重量％〜０．０５重量％の濃度で研磨組成物に取り込まれる。さらに好ましくは、研磨粒子は、０．０５重量％の濃度で研磨組成物に取り込まれる。

研磨粒子は、好適な研磨粒子であれば、どのようなものでも使用できる。好ましくは、このような研磨粒子としては、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）、アルミナの酸化物（例えば、酸化アルミニウム）、チタニア（例えば、二酸化チタニウム）、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）からなる酸化物研磨粒子、これらの共生成物、または、これらの組み合わせなどがある。さらに好ましくは、研磨粒子は、セリア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、または、これらの組み合わせを含み、これらから実質的になり、または、これらからなる。それ以上に好ましくは、研磨粒子は、セリアを含む。最も好ましくは、研磨粒子は、セリアからなり、そして、化学−機械研磨組成物は、その他の研磨粒子を含まない。

金属酸化物粒子は、好適なものであれば、どのようなタイプの金属酸化物粒子でも使用でき、例えば、フュームド金属酸化物粒子、沈降金属酸化物粒子、または、縮重合金属酸化物粒子（例えば、コロイド金属酸化物粒子）などが使用できる。好ましくは、金属酸化物粒子、特に、セリア粒子とは、湿式粒子（例えば、縮重合粒子または沈降粒子）であって、焼成粒子ではない。

金属酸化物粒子、特に、セリア粒子、ジルコニア粒子、シリカ粒子、および、アルミナ粒子は、好適なものであれば、どのような粒径の粒子でもよい。粒子の粒径とは、当該粒子を包囲する最も小さな球体の直径である。金属酸化物粒子には、１０ｎｍ以上の平均粒径のもの、例えば、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、２５ｎｍ以上、３５ｎｍ以上、４５ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、５５ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７５ｎｍ以上、または、１００ｎｍ以上の平均粒径のものがある。あるいは、または、これに加えて、金属酸化物粒子には、２５０ｎｍ以下の平均粒径のもの、例えば、２２５ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１７５ｎｍ以下、１６０ｎｍ以下、１５０ｎｍ以下、１２５ｎｍ以下、１１５ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、または、８０ｎｍ以下の平均粒径のものがある。例えば、セリア粒子、ジルコニア粒子、シリカ粒子、および、アルミナ粒子では、２５ｎｍ〜２５０ｎｍの平均粒径のもの、例えば、３５ｎｍ〜２００ｎｍ、４５ｎｍ〜１５０ｎｍ、５０ｎｍ〜１２５ｎｍ、５５ｎｍ〜１２０ｎｍ、または、６０ｎｍ〜１１５ｎｍの平均粒径のものがある。

研磨粒子を、望ましくは、研磨組成物に懸濁させ、さらに具体的には、研磨組成物の水性担体に懸濁させる。研磨粒子を研磨組成物に懸濁すると、研磨粒子は、好ましくは、コロイド状で安定となる。「コロイド」とは、水性担体に研磨粒子を懸濁させることを指す用語である。コロイド安定性とは、長期間にわたって、かような懸濁が維持されることを指す。本発明に照らすと、研磨粒子を１００ｍｌのメスシリンダーにとり、そして、攪拌をせずに、２時間、静置した場合に、メスシリンダーの底部側の５０ｍｌに含まれる粒子の濃度（［Ｂ］、単位はｇ／ｍｌ）とメスシリンダーの頂部側の５０ｍｌに含まれる粒子の濃度（［Ｔ］、単位はｇ／ｍｌ）との差異を、研削材組成物に含まれる粒子の当初の濃度（［Ｃ］、単位はｇ／ｍｌ）で割って得た数値が、０．５未満または０．５と等しければ（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５であれば）、その研磨粒子は、コロイド状に安定であると考えられる。［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の数値は、望ましくは、０．３未満または０．３と等しく、そして、好ましくは、０．１未満または０．１と等しい。

研磨組成物は、ルイス酸である金属イオンを含む。特に、研磨組成物は、ルイス酸である一つ以上の金属イオンを含む。「ルイス酸である金属イオン」とは、電子を受け入れて、還元状態に移行する能力を金属イオンが有している、ことを意味するものである。換言すれば、ルイス酸である金属イオンとは、電子親和力を有しているものとも言える。例えば、ルイス酸である金属イオンとしては、Ｆｅ³⁺、Ａｌ³⁺、Ｃｕ²⁺、Ｚｎ²⁺、または、これらの組み合わせがある。ルイス酸である金属イオンとしては、Ｆｅ³⁺、Ａｌ³⁺、または、これらの組み合わせが好ましい。

ルイス酸である金属イオンは、好適なものであれば、どのような濃度で研磨組成物に含まれていてもよく、また、好適なものであれば、どのような形状のものでもよい。例えば、ルイス酸である金属イオン（すなわち、ルイス酸であるすべての金属イオンを合計したもの）は、０．０５ｍＭ以上の濃度、例えば、０．０７５ｍＭ以上、０．１ｍＭ以上、０．１５ｍＭ以上、０．２ｍＭ以上、０．３ｍＭ以上、０．４ｍＭ以上、０．５ｍＭ以上、０．７５ｍＭ以上、１ｍＭ以上、２ｍＭ以上、３ｍＭ以上、４ｍＭ以上、または、５ｍＭ以上の濃度で研磨組成物に含有することができる。あるいは、または、これに加えて、ルイス酸である金属イオン（すなわち、ルイス酸であるすべての金属イオンを合計したもの）は、５０ｍＭ以下の濃度、例えば、４５ｍＭ以下、４０ｍＭ以下、３５ｍＭ以下、３０ｍＭ以下、２５ｍＭ以下、２０ｍＭ以下、１５ｍＭ以下、１０ｍＭ以下、５ｍＭ以下、４ｍＭ以下、３ｍＭ以下、または、２．５ｍＭ以下の濃度で研磨組成物に含有することができる。好ましくは、ルイス酸である金属イオン（すなわち、ルイス酸であるすべての金属イオンを合計したもの）は、０．０５ｍＭ〜５０ｍＭの濃度、例えば、１ｍＭ〜４５ｍＭ、２ｍＭ〜３５ｍＭ、３ｍＭ〜２５ｍＭ、４ｍＭ〜１５ｍＭ、または、５ｍＭ〜１０ｍＭの濃度で研磨組成物に含有される。

研磨組成物は、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドをさらに含む。特に、研磨組成物は、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環である一つ以上のリガンドを含む。リガンドは、除去対象となっている基板層の除去速度を高めるものであれば、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環のいずれのものでもよい。リガンドを、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、または、芳香族酸アミドとする場合には、好ましくは、リガンドの酸官能基は、リガンドの芳香族環に直接に結合される。いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、酸官能基が、芳香族環に直接に結合される場合には、リガンドの活性レベルは増大し、それにより、研磨を受ける基板の除去速度も増すものと考えられる。

例えば、リガンドには、ピコリン酸（例えば、２−ピコリン酸）、イソニコチン酸、ニコチン酸、ピリジンジカルボン酸（例えば、２，６−ピリジンジカルボン酸）、ピリジンスルホン酸（例えば、２−ピリジンスルホン酸）、ｐ−トルエンスルホン酸、サリチルアミド、アニリンスルホン酸、メチルグリシン、フェニルグリシン（例えば、２−フェニルグリシン）、ジメチルグリシン（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルグリシンまたは２−ジメチルグリシン）、アミノ安息香酸（例えば、４−アミノ安息香酸）、ピペコリン酸、プロリン、２−ヒドロキシピリジン、８−ヒドロキシキノリン、２−ヒドロキシキノリン、または、これらの組み合わせなどがある。好ましくは、リガンドは、ピコリン酸である。当然のことながら、本発明における使用に適したリガンドであれば、本明細書に開示した実施例に限定されない。例えば、本明細書に開示したヒドロキシ置換Ｎ−複素環の結合定数に類似する結合定数を示す他の複素環化合物（すなわち、２−ヒドロキシキノリン、８−ヒドロキシキノリン、および、２−ヒドロキシピリジンに類似する結合定数を示す複素環化合物）も、本発明における使用に適している。

芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドは、好適なものであれば、どのような濃度で研磨組成物に含まれていてもよい。例えば、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるすべてのリガンドを合計したもの）は、０．１ｍＭ以上の濃度、例えば、０．５ｍＭ以上、１ｍＭ以上、１．５ｍＭ以上、２ｍＭ以上、２．５ｍＭ以上、３ｍＭ以上、４ｍＭ以上、５ｍＭ以上、７．５ｍＭ以上、または、１０ｍＭ以上の濃度で研磨組成物に含有することができる。あるいは、または、これに加えて、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるすべてのリガンドを合計したもの）は、１００ｍＭ以下の濃度、例えば、９０ｍＭ以下、８０ｍＭ以下、７５ｍＭ以下、６５ｍＭ以下、５０ｍＭ以下、４０ｍＭ以下、３５ｍＭ以下、２５ｍＭ以下、２０ｍＭ以下、または、１５ｍＭ以下の濃度で研磨組成物に含有することができる。好ましくは、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるすべてのリガンドを合計したもの）は、０．１ｍＭ〜１００ｍＭの濃度、例えば、０．５ｍＭ〜７５ｍＭ、１ｍＭ〜５０ｍＭ、５ｍＭ〜２５ｍＭ、１０ｍＭ〜２０ｍＭ、または、１０ｍＭ〜１５ｍＭの濃度で研磨組成物に含有される。

望ましくは、ルイス酸である金属イオン（すなわち、ルイス酸であるすべての金属イオンを合計したもの）と芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるすべてのリガンドを合計したもの）とのモル濃度比は、１：２と１：０．５との間にある。換言すれば、ルイス酸である金属イオン（すなわち、ルイス酸であるすべての金属イオンを合計したもの）と芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるすべてのリガンドを合計したもの）とのモル濃度比は、１：２、１：１．５、１：１、または、１：０．５とすることができる。好ましくは、ルイス酸である金属イオン（すなわち、ルイス酸であるすべての金属イオンを合計したもの）と芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるすべてのリガンドを合計したもの）とのモル濃度比は、１：２である。

いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、ルイス酸である金属イオンと芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドとは、ＣＭＰプロセスが進行している間に、高分子フィルムの表面に相互作用し、そして、高分子フィルムの除去速度を高める酸化プロセスを開始する弱い金属錯体を形成するものと考えられる。具体的には、金属イオン、リガンド、および、高分子フィルムの間での相互作用は、次のように表されるものと考えられる。

上記の説明図において、Ｍ⁽ⁿ⁺¹⁾⁺は、電子を受け取る以前の金属イオンを表しており、また、Ｍⁿ⁺は、電子を受け取った後に還元状態にある金属イオンを表している。ポリマー−金属複合体は、共有結合、配位結合、錯体結合、イオン結合、および、ｐ結合の一つ以上を含むことができる。上記した反応スキームにしたがって形成された酸化されたポリマー−金属複合体は、化学−機械研磨による除去が非常に容易であり、固形含量が小さくとも、除去速度を高めることに成功している。

上記の説明図から明らかなように、金属錯体それ自体は、高分子フィルムの研磨を行っている間は酸化剤として機能するものと考えられる。したがって、研磨組成物にさらに別の酸化剤（例えば、過酸化物タイプの酸化剤）を任意に含ませることはできるが、望ましくは、本発明では、研磨組成物に他の酸化剤（例えば、過酸化物タイプの酸化剤）を必要とすることが無いようにしたい。過酸化物タイプの酸化剤とは、少なくとも一つのペルオキシ（−Ｏ−Ｏ−）基を有する酸化剤である。例えば、過酸化物タイプの酸化剤として、有機過酸化物、無機過酸化物、または、これらの組み合わせなどがある。少なくとも一つのペルオキシ基を含む化合物の例として、過酸化水素とその付加体、例えば、過酸化尿素、そして、過炭酸塩（例えば、過炭酸ナトリウム）、有機過酸化物、例えば、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過ホウ酸、それに、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩（ＳＯ₅ ^2-）、二過硫酸塩（Ｓ₂Ｏ₈ ^2-）、および、過酸化ナトリウムなどがあるが、これらに限定されない。好ましくは、化学−機械研磨組成物は、過酸化物タイプの酸化剤を含まない。

研磨組成物は、水性担体を含む。水性担体は、水（例えば、脱イオン水）を含んでおり、また、一種以上の水−混和性の有機溶媒を含むこともできる。使用可能な有機溶媒の例として、アルコール類、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、アルデヒド類、例えば、アセチルアルデヒドなど、ケトン類、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、エステル類、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、スルホキシドを含むエーテル類、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグリムなど、アミド類、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、多価アルコール類およびその誘導体、例えば、エチレングリコール、グリセロール、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、および、窒素含有有機化合物、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がある。好ましくは、水性担体は、水のみとし、すなわち、有機溶媒が存在しないようにする。

研磨組成物は、好適なｐＨであれば、どのようなｐＨを示していてもよい。通常、研磨組成物は、１またはそれを超えるｐＨを示す。通常、研磨組成物のｐＨは、４以下である。好ましくは、ｐＨは、１〜４の範囲であって、例えば、１．５のｐＨ、２のｐＨ、２．５のｐＨ、３のｐＨ、３．５のｐＨ、または、これらのｐＨ値のいずれか二つによって定義された範囲のｐＨとする。

好ましくは、リガンドが、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環である場合には、研磨組成物のｐＨは、２〜３の範囲にある（例えば、研磨組成物のｐＨは２．３であり、または、研磨組成物のｐＨは２．５である）。好ましくは、リガンドが、アミノ酸である場合には、研磨組成物のｐＨは、２〜３の範囲にあり（例えば、研磨組成物のｐＨは、２．３、２．５、２．６、または、２．７であり）、または、２．５〜３．５の範囲にある。さらに好ましくは、リガンドが、アミノ酸である場合には、研磨組成物のｐＨは、３〜３．５の範囲にある。

研磨組成物のｐＨは、好適な手段であれば、どのような手段を用いて到達および／または維持してもよい。具体的には、研磨組成物は、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、または、これらの組み合わせをさらに含むことができる。ｐＨ調整剤は、好適なものであれば、どのようなｐＨ調整化合物でもよい。例えば、ｐＨ調整剤を、酸とすることができる。この酸は、好適なものであれば、どのような酸でもよい。通常、酸は、酢酸、硝酸、リン酸、シュウ酸、および、これらの組み合わせである。好ましくは、酸は、硝酸である。あるいは、ｐＨ調整剤を、塩基とすることができる。この塩基は、好適なものであれば、どのような塩基でもよい。通常、塩基は、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、および、これらの組み合わせである。好ましくは、塩基は、水酸化アンモニウムである。ｐＨ緩衝剤は、好適なものであれば、どのような緩衝剤でもよい。例えば、ｐＨ緩衝剤を、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などとすることができる。研磨組成物は、本明細書に記載したｐＨ範囲内に研磨組成物のｐＨを到達および／または維持する上で好適な量であれば、どのような量のｐＨ調整剤および／またはｐＨ緩衝剤でも含むことができる。

研磨組成物は、一つ以上の防錆剤（すなわち、造膜剤）をさらに任意に含むことができる。この防錆剤は、基板のいずれの成分に対して好適なものであれば、どのような防錆剤であってもよい。好ましくは、防錆剤は、銅−防錆剤である。本発明の目的に関して、防錆剤は、研磨される表面の少なくとも一部に保護層（すなわち、崩壊阻止層）の形成を促す化合物、または、かような化合物の混合物である。好適な防錆剤として、リジン、および、アゾール化合物、例えば、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メチル−ベンゾトリアゾール（ｍ−ＢＴＡ）、および、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）などがあるが、これらに限定されない。好ましくは、防錆剤は、ＢＴＡまたはリジンである。

研磨組成物は、好適な量であれば、いかなる量の防錆剤でも含むことができる。一般的に、研磨組成物は、０．００５重量％〜１重量％（例えば、０．０１〜０．５重量％、または、０．０２〜０．２重量％）の防錆剤を含む。

研磨組成物は、一つ以上のその他の添加物をさらに任意に含む。研磨組成物は、界面活性剤、および／または、レオロジー調整剤、例えば、増粘剤ならびに凝固剤（例えば、高分子レオロジー調整剤、例えば、ウレタンポリマー）、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。好ましい界面活性剤として、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、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、これらの混合物などがある。

研磨組成物は、大半が当業者に周知ではある好適な方法であれば、いずれの方法によっても調製することができる。研磨組成物は、バッチプロセス、または、連続プロセスのいずれでも調製することができる。一般的に、研磨組成物は、本明細書に記載した成分を、順序を問わずに、組み合わせることによって調製することができる。本明細書で用いる「成分」の用語は、個々の成分（例えば、研磨粒子、ルイス酸である金属イオン、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、または、アミノ酸であるリガンドなど）ならびに、成分（例えば、研磨粒子、ルイス酸である金属イオン、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、または、アミノ酸であるリガンドなど）の組み合わせ、も含めた意味で使用されている。

例えば、ルイス酸である金属イオン、および、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドは、所望の濃度で、水中で混合することができる。次いで、ｐＨを、（必要に応じて）１〜４の範囲内に調整することができ、そして、研磨組成物を形成するために、得られた混合物に対して、所望の濃度になるように研磨粒子（例えば、セリア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、または、これらの組み合わせ）を加えることができる。研磨組成物を、使用前に調製することができ、例えば、使用直前（例えば、使用前の１分以内、または、使用前の１時間以内、または、使用前の７日以内）に、一つ以上の成分を研磨組成物に加えて調製することができる。研磨組成物は、研磨作業を行っている間に基板の表面で、これらの成分を混合して調製することも可能である。

本発明の研磨組成物は、使用前に適量の水性担体、特に、水で希釈することが意図された濃縮物として提供することもできる。このような実施態様において、濃縮した研磨組成物は、研磨粒子、ルイス酸である金属イオン、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド、および、水を含むことができ、研磨組成物のこれら成分は、適量の水で濃縮物が希釈され次第に、各成分に関して前述した適切な範囲内の量に収まるような量で含まれる。さらに、当業者であれば理解できる事項であるが、最終産物である研磨組成物に、ごく少量の水を含ませて、濃縮物に対して、その他の成分を、少なくとも部分的に、あるいは、完全に溶解させることもできる。

研磨組成物は、使用に先駆けて余裕をもって調製することは勿論、使用の直前に調製することも可能ではあるが、研磨組成物は、使用場所において、または、使用場所の近くで、研磨組成物の成分を混合することによって製造することも可能である。本明細書で使用する「使用場所」の用語は、研磨組成物を、基板表面（例えば、研磨パッド、または、基板表面それ自体）に対して塗布する場所を指す。研磨組成物が、使用場所で混合して製造される場合、研磨組成物を構成する成分は、二つ以上の貯留槽で別々に貯蔵される。

貯留槽に収容された成分を混合して、使用場所において、または、使用場所の近くで、研磨組成物を製造するために、貯留槽は、通常は、各貯留槽から研磨組成物の使用場所（例えば、プラテン、研磨パッド、または、基板表面）にまで至る一つ以上の流動経路を具備している。「流動経路」という用語は、各貯蔵容器から当該貯蔵容器に貯蔵された成分の使用場所にまで至る移動の経路を指す。一つ以上の流動経路が、使用場所にまで直接に案内することができ、または、二つ以上の流動経路が使用される状況下では、いずれの箇所であっても、二つ以上の流動経路を、使用場所にまで案内する単一の流動経路に合流させることができる。さらに、一つ以上の流動経路（例えば、各々の流動経路、または、合流した流動経路）のいずれもが、成分を、その使用場所に送る以前に、まずは、一つ以上のその他の機器（例えば、ポンプ装置、計測装置、混合装置など）に案内することができる。

研磨組成物の成分を、別々に、使用場所へと送る（例えば、研磨プロセスが行われている間に成分が混合され次第に、成分を基板表面へ送る）ことが可能であり、あるいは、成分が使用場所に送られる直前に成分を混合することが可能である。成分が使用場所に到達する１０秒未満以内、好ましくは、成分が使用場所に到達する５秒未満以内、さらに好ましくは、成分が使用場所に到達する１秒未満以内、あるいは、使用場所に成分が送られるのと同時（例えば、成分が、ディスペンサーで混合される場合）であっても、成分が「使用場所に送られる直前に」成分は混合される。成分が使用場所から５ｍ以内、例えば、使用場所から１ｍ以内、または、使用場所からほんの１０ｃｍ以内（例えば、使用場所から１ｃｍ以内）で混合される場合でも、成分が「使用場所に送られる直前に」成分は混合されることとなる。

成分が使用場所に到達する以前に、研磨組成物の二つ以上の成分を混合する場合、それら成分は、混合装置を用いずに、流動経路で混合されて、そのまま使用場所へと送られる。あるいは、二つ以上の成分の混合を促すために、一つ以上の流動経路を混合装置へと案内することもできる。好適なものであれば、いずれの混合装置でも使用できる。例えば、二つ以上の成分が流し込まれるノズルまたはジェット（例えば、高圧ノズルまたはジェット）を混合装置とすることができる。あるいは、研磨組成物の二つ以上の成分を混合機へと案内する一つ以上の取込口と、混合した成分を排出して直接に使用場所へと案内するか、または、装置のその他の要素（例えば、一つ以上の流動経路）を介して使用場所へと案内する少なくとも一つの排出口を含む容器型混合装置を混合装置とすることができる。さらに、それら混合装置は、二つ以上のチャンバーを含むことができ、各々のチャンバーは、少なくとも一つの取込口と少なくとも一つの排出口とを有しており、各チャンバーにおいて、二つ以上の成分が混合される。容器型混合装置を使用する場合にあっては、混合装置は、好ましくは、成分の混合をさらに円滑にするための混合機構を含む。混合機構とは、当該技術分野において一般的に公知のものであって、撹拌機、混合器、撹拌器、パドル翼邪魔板、ガススパージャーシステム、振動機などを含む。

また、本発明は、本明細書に記載の研磨組成物を用いて基板を研磨する方法も提供する。基板を研磨する当該方法は、（ｉ）基板を準備し、（ｉｉ）研磨パッドを準備し、（ｉｉｉ）前述した化学−機械研磨組成物を準備し、（ｉｖ）当該基板を、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物と接触せしめ、および、（ｖ）当該基板を研磨するために、当該基板の少なくとも一部を摩耗させるために、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物を、当該基板に対して移動させる、ことを含む。

具体的には、本発明は、基板を化学的−機械的に研磨する方法であって、（ｉ）基板を準備し、（ｉｉ）研磨パッドを準備し、（ｉｉｉ）化学−機械研磨組成物、すなわち、（ａ）セリア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、または、これらの組み合わせを含む研磨粒子、（ｂ）ルイス酸である金属イオン、（ｃ）芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ−置換Ｎ−複素環であるリガンド、および、（ｄ）水性担体を含み、当該化学−機械研磨組成物のｐＨが、１〜４の範囲内にある、化学−機械研磨組成物を準備し、（ｉｖ）当該基板を、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物と接触せしめ、および、（ｖ）当該基板を研磨するために、当該基板の少なくとも一部を摩耗させるために、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物を、当該基板に対して移動させる、ことを含む基板を化学的−機械的に研磨する方法も提供する。

本発明の研磨組成物は、どのような基板の研磨においても有用である。特に、本発明の研磨組成物は、高分子フィルムを含む基板の研磨に適している。好適な基板として、半導体、層間誘電（ＩＬＤ）層、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）やＮＡＮＤメモリなどの記憶素子、光波長板、および、反射防止膜（ＡＲＣ）を含む基板などがある。好適な高分子フィルムとして、例えば、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、スピン−オンカーボン（ＳｏＣ）ポリマー、ポリアリーレンおよびポリアリーレンエーテル（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社のＳｉＬＫ（商標）、ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社のＦＬＡＲＥ（商標）、Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ社のＶＥＬＯＸ（商標）など）、ポリベンゾキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾシクロブテン、ジビニルシロキサンビスベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリシロキサン、ポリナフチレンエーテル、ポリキノリン、パラリン（ＰａｒｙｌｅｎｅＡＦ４、脂肪族テトラフッ素化ポリ−ｐ−キシリレンなど）などのポリマー、これらのコポリマー、および、これらの組み合わせを含むことができる。

基板は、高分子フィルム層と当該高分子フィルム層とは異なる一つ以上の別の層を含むことができる。この一つ以上の別の層は、一般的には、酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂））、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、窒化ケイ素、銅、タンタル、タングステン、チタン、白金、ルテニウム、イリジウム、アルミニウム、ニッケル、または、これらの組み合わせ、あるいは、その他の高−または低−κ誘電材料を含む。望ましくは、本発明の研磨組成物は、高分子フィルム層については有効な除去速度を示す一方で、単一または複数の二酸化ケイ素層、ＴＥＯＳ層、および、窒化ケイ素層のような基板のその他の層の除去速度を最小限に止める。特に、高分子フィルム層が、層間誘電体（ＩＬＤ）に蒸着されている場合には、本発明の研磨組成物は、望ましくは、高分子フィルム層を研磨する一方で、酸化物層、ＴＥＯＳ層、または、窒化ケイ素層の研磨を最小限に止める（または、研磨をしない）。

本発明に基づいて、本明細書に記載の研磨組成物を用いて、適切な技術によって、基板を平坦化することができる。本発明の研磨方法は、とりわけ、化学−機械研磨（ＣＭＰ）装置との併用に適している。通常、このＣＭＰ装置は、使用時に作動し、そして、軌道運動、直線運動、または、円運動によって速度を得るプラテン、このプラテンと連絡し、そして、作動時に、このプラテンによって駆動をする研磨パッド、および、この研磨パッドの表面に対して接触および移動することによって、研磨される基板を保持する支持手段を含む。基板の研磨は、本発明の研磨組成物、一般的には、研磨パッドと接触状態にある基板を用いて行われるものであって、次いで、基板の表面の少なくとも一部分、例えば、高分子フィルム、または、本明細書に記載の一つ以上の基板材料が、基板を研磨するための研磨組成物、通常は、研磨パッドを用いて研削される。好適な研磨条件であれば、どのような条件であっても、本発明にしたがって基板を研磨するために利用することができる。望ましくは、本発明は、侵攻的な研磨条件を用いずとも、高度なポリマー除去速度の実現を可能にする。好ましくは、押圧力、すなわち、研磨組成物を染み込ませた研磨パッドが基板に接触して作用する力を６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）〜４１．３７ｋＰａ（６ｐｓｉ）とし、プラテンの速度を１５ｒｐｍ〜１２０ｒｐｍとし、ヘッド速度を１０ｒｐｍ〜１１５ｒｐｍとし、そして、研磨組成物の流量を１００ｍｌ／分〜４００ｍｌ／分とすることができる。

化学−機械研磨組成物と共に好適な（例えば、表面を研磨する）研磨パッドを用いて、基板の平坦化または研磨を行うことができる。好適な研磨パッドとして、例えば、織物の研磨パッドまたは不織の研磨パッドがある。加えて、好適な研磨パッドは、様々な密度、硬度、厚み、圧縮率、押圧時の復元性、および、圧縮係数を備えた好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーとして、例えば、ポリ塩化ビニル、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、これらの共生成物、および、これらの混合物などがある。

望ましくは、ＣＭＰ装置は、その実体が概ね当該技術分野において公知であるｉｎｓｉｔｕ研磨終点検出システムをさらに含む。加工対象物の表面から反射した光線またはその他の放射物を解析することによって、研磨プロセスを検査および監視する技術は、当該技術分野において公知である。そのような方法は、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、および、米国特許第５，９６４，６４３号に開示されている。望ましくは、加工対象物に関する研磨プロセスの進捗具合の検査または監視は、研磨終点の決定、すなわち、特定の加工対象物に関する研磨プロセスを終了する時点の決定を可能にする。

以下の実施例は、本発明をさらに例示するものでしかなく、当然のことながら、本発明の範囲に対していかなる限定も加えるものではない。

（実施例１）
この実施例は、高分子フィルムの除去速度に関する、ルイス酸である金属イオンと、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドとの組み合わせの有効性を実証する。

スピン−オンカーボン（ＳｏＣ）ポリマーウエハーを、従来のＣＭＰ装置を用いて、異なる研磨組成物で研磨をした。これらのウエハーを、７個の研磨組成物（研磨組成物１Ａ〜１Ｇ）で研磨した。各研磨組成物には、以下の表１に示したように、金属イオンのみ、リガンドのみ、または、金属イオンとリガンドの双方が含まれている。

研磨組成物１Ａ〜１Ｇの各々には、水性担体に０．０５重量％のセリア粒子が含まれており、また、必要に応じて、水酸化アンモニウムでｐＨ２．３に調整がされた。研磨組成物１Ａと１Ｂは、５ｍＭＡｌ³⁺を含んでおり、研磨組成物１Ｃと１Ｄは、５ｍＭＦｅ³⁺を含んでおり、そして、研磨組成物１Ｅと１Ｆは、５ｍＭＣｕ²⁺を含んでいた。研磨組成物１Ｂ、１Ｄ、１Ｆおよび１Ｇは、１０ｍＭピコリン酸を含んでいた。

基板を、ＥＰＩＣ（商標）Ｄ２００パッド（ＣａｂｏｔＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社、Ａｕｒｏｒａ、イリノイ州）を装着したＬｏｇｉｔｅｃｈ卓上研磨機で研磨した。研磨パラメーターは次の通りである。１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）の押圧力、４７ｒｐｍのプラテン速度、５０ｒｐｍのヘッド速度、および、１２０ｍｌ／分の研磨組成物流量。研磨を行った後に、ポリマーの除去速度を、オングストローム／分の単位で決定した。その結果が、表１にまとめられている。

これらの結果は、ルイス酸である金属イオン（例えば、Ａｌ³⁺、Ｆｅ³⁺、または、Ｃｕ²⁺）と、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（例えば、ピコリン酸）との組み合わせが、高分子フィルム（例えば、スピン−オンカーボンポリマー）を含む基板の研磨に関して特に効果的である、ことを実証している。特に、Ａｌ³⁺とピコリン酸とを含む研磨組成物１Ｂは、１１００オングストローム／分を超えるポリマー除去速度を示しており、これは、リガンドを含まずにＡｌ³⁺を含んでいた研磨組成物１Ａのポリマー除去速度の少なくとも１１倍の数値である。同様に、Ｆｅ³⁺とピコリン酸とを含む研磨組成物１Ｄは、１２００オングストローム／分のポリマー除去速度を示しており、これは、リガンドを含まずにＦｅ³⁺を含んでいた研磨組成物１Ｃのポリマー除去速度の少なくとも１７倍の数値である。加えて、Ｃｕ²⁺とピコリン酸とを含む研磨組成物１Ｆは、２６０オングストローム／分のポリマー除去速度を示しており、これは、リガンドを含まずにＣｕ²⁺を含んでいた研磨組成物１Ｅのポリマー除去速度の少なくとも６倍の数値である。本発明の研磨組成物１Ｂ、１Ｄおよび１Ｆの各々は、ルイス酸である金属イオンを含まずにピコリン酸を含んでおり、かつ、ポリマーの除去が認められなかった研磨組成物１Ｇよりも遥かに効果的であった。

（実施例２）
この実施例は、ルイス酸である金属イオンと、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドとの組み合わせが、高分子フィルムを効果的に除去する一方で、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）の除去を最小限にする（または、全く除去しない）ことを実証している。

スピン−オンカーボン（ＳｏＣ）ポリマーウエハーとテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ウエハーとを、従来のＣＭＰ装置を用いて、異なる研磨組成物で研磨をした。これらのウエハーを、表２に記載した９個の研磨組成物（研磨組成物２Ａ〜２Ｉ）で研磨した。研磨組成物２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｇ、２Ｈおよび２Ｉは、ＳｏＣポリマーウエハーを研磨するために使用したが、ＴＥＯＳウエハーの研磨には使用しなかった。研磨組成物２Ａ〜２Ｉの各々には、水性担体に０．０５重量％のセリア粒子と５ｍＭＦｅ³⁺が含まれており、また、必要に応じて、水酸化アンモニウムでｐＨ２．３に調整がされた。各研磨組成物には、以下の表２に示したように、リガンドも含まれていた。

基板を、ＥＰＩＣ（商標）Ｄ２００パッド（ＣａｂｏｔＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社、Ａｕｒｏｒａ、イリノイ州）を装着したＬｏｇｉｔｅｃｈ卓上研磨機で研磨した。研磨パラメーターは次の通りである。１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）の押圧力、３５ｒｐｍのプラテン速度、３２ｒｐｍのヘッド速度、および、１２０ｍｌ／分の研磨組成物流量。研磨を行った後に、ポリマーとＴＥＯＳの除去速度を、オングストローム／分の単位で決定した。その結果が、表２にまとめられている。

これらの結果は、ルイス酸である金属イオン（例えば、Ｆｅ³⁺）と、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（例えば、ピコリン酸、イソニコチン酸、ニコチン酸、ピリジンジカルボン酸、ピリジンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、または、サリチルアミド）との組み合わせが、高分子フィルム（例えば、スピン−オンカーボンポリマー）を含む基板の研磨に関して特に効果的である、ことを実証している。

これらの結果は、芳香族環に直接に結合した酸官能基を含むリガンドが、離間した酸官能基を含むリガンドと比較して（例えば、離間した酸官能基を有するリガンドを含む研磨組成物２Ｉのポリマー除去速度と、芳香族環に直接に結合した酸官能基を有するリガンドを含む研磨組成物２Ａ、２Ｂおよび２Ｃのポリマー除去速度とを比較して）、高分子フィルムの除去速度が大きかったことも実証している。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、高分子フィルムを効率良く除去する一方で、基板のその他の層、例えば、ＴＥＯＳの除去を最小限に止めたり、あるいは、防止したりすることをさらに実証している。例えば、研磨組成物２Ａは、２０００オングストローム／分のポリマー除去速度を示したが、ＴＥＯＳの除去速度は、わずかに１０オングストローム／分であった。同様に、研磨組成物２Ｅおよび２Ｆは、それぞれ、３３００オングストローム／分と３２００オングストローム／分のポリマー除去速度を示したが、それらのＴＥＯＳ除去速度は、それぞれ、−１０オングストローム／分と３０オングストローム／分であった。望ましくは、本発明の研磨組成物は、高分子フィルムに対しては有効な除去速度を示す一方で、基板に含まれるその他の成分、例えば、ＴＥＯＳの除去を最小限にすることによって、高分子フィルムの選択的研磨を提供する。

（実施例３）
この実施例は、ルイス酸である金属イオンと、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドとの組み合わせが、高分子フィルムを効果的に除去することを実証している。

スピン−オンカーボン（ＳｏＣ）ポリマーウエハーを、従来のＣＭＰ装置を用いて、異なる研磨組成物で研磨をした。これらのウエハーを、表３に記載した１４個の研磨組成物（研磨組成物３Ａ〜３Ｎ）で研磨した。研磨組成物３Ａ〜３Ｎの各々には、水性担体に０．０５重量％のセリア粒子と５ｍＭＦｅ³⁺が含まれており、また、必要に応じて、水酸化アンモニウムで表３に報告されたｐＨ値にまで調整がされた。各研磨組成物で用いた水性担体は、水であった。各研磨組成物には、以下の表３に示したように、リガンドも含まれていた。

基板を、ＥＰＩＣ（商標）Ｄ２００パッド（ＣａｂｏｔＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社、Ａｕｒｏｒａ、イリノイ州）を装着したＬｏｇｉｔｅｃｈ卓上研磨機で研磨した。研磨パラメーターは次の通りである。１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）の押圧力、３５ｒｐｍのプラテン速度、３２ｒｐｍのヘッド速度、および、１２０ｍｌ／分の研磨組成物流量。研磨を行った後に、ポリマーの除去速度を、オングストローム／分の単位で決定した。その結果が、表３にまとめられている。

これらの結果は、ルイス酸である金属イオン（例えば、Ｆｅ³⁺）と、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（例えば、メチルグリシン、フェニルグリシン、ジメチルグリシン、アミノ安息香酸、ピペコリン酸、または、プロリン）との組み合わせが、高分子フィルム（例えば、スピン−オンカーボンポリマー）を含む基板の研磨に関して特に効果的である、ことを実証している。

これらの結果は、研磨組成物のｐＨを３よりも大きくした場合、例えば、研磨組成物のｐＨを３〜３．５とした場合に、高分子フィルムを研磨するにあたって、アミノ酸をリガンドとした研磨組成物が特に効果的であったことも実証している。例えば、研磨組成物３Ｉ（ｐＨが３未満、すなわち、ｐＨが２．６である組成物）でのポリマー除去速度は、研磨組成物３Ｊ（ｐＨが３である組成物）でのポリマー除去速度よりも小さく、研磨組成物３Ｋ（ｐＨが３．５である組成物）でのポリマー除去速度よりもさらに小さい。具体的には、研磨組成物３Ｋのポリマー除去速度は、研磨組成物３Ｊのポリマー除去速度の３倍以上の大きさであり、また、研磨組成物３Ｉのポリマー除去速度の５倍以上の大きさでもある。

同様に、研磨組成物３Ｌ（ｐＨが３未満、すなわち、ｐＨが２．６である組成物）でのポリマー除去速度は、研磨組成物３Ｎ（ｐＨが３．５である組成物）でのポリマー除去速度よりも小さい。研磨組成物３Ｍ（ｐＨが３である組成物）でのポリマー除去速度も、研磨組成物３Ｎでのポリマー除去速度よりも小さい。具体的には、研磨組成物３Ｎでのポリマー除去速度は、研磨組成物３Ｍのポリマー除去速度の３倍強の大きさであり、また、研磨組成物３Ｌのポリマー除去速度よりも著しく大きいものであった。

（実施例４）
この実施例は、ルイス酸である金属イオンと、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンドとの組み合わせが、酸化物（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂））の除去を最小限にする（または、全く除去しない）ことを実証する。

スピン−オンカーボン（ＳｏＣ）ポリマーウエハー、蒸着したポリイミドウエハー、および、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）ウエハーを、従来のＣＭＰ装置を用いて研磨をした。

具体的には、８枚の基板を研磨するために、表４に記載をした４つの研磨組成物（研磨組成物４Ａ〜４Ｄ）を用いた。研磨組成物４Ａ〜４Ｄの各々には、水性担体に０．０５重量％のセリア粒子、５ｍＭＦｅ³⁺、それに、１０ｍＭピコリン酸が含まれており、また、必要に応じて、各組成物を、水酸化アンモニウムでｐＨ２．３にまで調整をした。３種類のスピン−オンカーボン（ＳｏＣ）ポリマーウエハー、ならびに、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）ウエハーを研磨するために、研磨組成物４Ａ〜４Ｃを用いた。蒸着したポリイミドポリマーウエハーおよびＳｉＯ₂ウエハーを研磨するために、研磨組成物４Ｄを用いた。

基板を、ＥＰＩＣ（商標）Ｄ２００パッド（ＣａｂｏｔＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社、Ａｕｒｏｒａ、イリノイ州）を装着したＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社の３００ｍｍＲｅｆｌｅｘｉｏｎ（商標）研磨機で研磨するために、研磨組成物４Ａ〜４Ｃを用いた。研磨組成物４Ａ〜４Ｃに関する研磨パラメーターは次の通りである。６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）の押圧力、５０ｒｐｍのプラテン速度、４７ｒｐｍのヘッド速度、および、３００ｍｌ／分の研磨組成物流量。基板を、ＩＣ１０１０（商標）パッド（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社）を装着したＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社の３００ｍｍＲｅｆｌｅｘｉｏｎ（商標）研磨機で研磨するために、研磨組成物４Ｄを用いた。研磨組成物４Ｄに関する研磨パラメーターは次の通りである。１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）の押圧力、９０ｒｐｍのプラテン速度、８５ｒｐｍのヘッド速度、および、３００ｍｌ／分の研磨組成物流量。研磨を行った後に、様々なＳｏＣポリマーとＳｉＯ₂の除去速度を、オングストローム／分の単位で決定した。その結果が、表４にまとめられている。

これらの結果は、ルイス酸である金属イオン（例えば、Ｆｅ³⁺）と、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、アミノ酸、または、ヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド（例えば、ピコリン酸）との組み合わせが、高分子フィルム（例えば、スピン−オンカーボン高分子フィルム、または、蒸着したポリイミドフィルム）を含む基板の研磨に関して特に効果的である、ことを実証している。

これらの結果は、本発明の研磨組成物が、高分子フィルムを効率良く除去する一方で、基板のその他の層、例えば、酸化物（例えば、ＳｉＯ₂）の層の除去を最小限に止めたり、あるいは、防止したりすることをさらに実証している。具体的には、研磨組成物４Ａ〜４Ｄの各々は、１０００オングストローム／分を超えるポリマー除去速度を示したが、酸化物の除去速度は、ほとんど認められなかった。望ましくは、本発明の研磨組成物は、高分子フィルムに対しては有効な除去速度を示す一方で、基板に含まれるその他の成分、例えば、酸化物の除去を最小限にすることによって、高分子フィルムの選択的研磨を提供する。

本明細書において引用した刊行物、特許出願、および、特許を含むすべての文献の内容を、各文献が、援用されることを個別かつ具体的に明示されており、しかも、その全内容が本明細書において記載されているものと同然に、本明細書の一部を構成するものとして援用する。

本発明の説明（特に、以下の特許請求の範囲）において用いられている「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも一つ（at least one）」という用語の使用は、本明細書において断りがなく、あるいは、本発明の説明と明らかに矛盾をしていない限りは、単数形および複数形の双方の要素を含むものと解釈される。一つ以上の要素の列挙を伴った「少なくとも一つ（at least one）」という用語（例えば、「ＡおよびＢの少なくとも一つ（at least one of A and B）」の使用は、本明細書において断りがなく、あるいは、本発明の説明と明らかに矛盾をしていない限りは、提示された要素から選択された一方の要素（ＡまたはＢ）、あるいは、提示された要素の二つ以上の要素の組み合わせ（ＡおよびＢ）であると解釈される。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」は、断りの記載が無ければ、制限を受けない用語（すなわち、「を含むが、これらに限定されない（including, but not limited to,）」の意味）として解釈される。本明細書における数値範囲の記載は、断りの記載が無ければ、その範囲内に属する別個の数値の各々を個別に示すための簡便な方法を意図したものに過ぎず、また、これらの別個の数値は個別に本明細書に記載されたものとして、本明細書の一部を構成するものとして援用する。本明細書に記載されたすべての方法は、本明細書において断りがなく、あるいは、本発明の説明と明らかに矛盾をしていない限りは、適切であれば、いかなる順序でも実施することができる。本明細書に記載の一部およびすべての実施例、あるいは、例示的用語（例えば、「のような（such as）」）の使用は、本発明をさらに詳細に説明するためのものに他ならず、特許請求の範囲で請求されていない限りは、本発明の範囲を限定的に解釈すべきではない。本明細書における用語は、特許請求されていない要素が、本発明を実施する上で必須のものであることを示すものではない。

本発明の好適な実施態様が、本発明を実施するにあたって本発明者らが知得しているベストモードをも含めて、本明細書に記載されている。本発明の好適な実施態様に対して修正を加えることは、本明細書に接した当業者に自明の事項である。本発明者らは、当業者が適切にそのような修正を行うものと考えており、そして、本発明者らは、本明細書に具体的に記載された以外の発明の実施までをも意図している。したがって、本発明は、適用法により許容される範囲において、特許請求の範囲に記載された発明を修正してなる発明とそれらと等価の発明までをも含む。さらに、本明細書において断りがなく、あるいは、本発明の説明と明らかに矛盾をしていない限りは、本発明を修正して得られるすべての発明における上記した要素のいかなる組み合わせも本発明に含まれる。

Claims

（ａ）セリアを含む研磨粒子、
（ｂ）Ｆｅ ³⁺ 、Ａｌ ³⁺ 、Ｃｕ ²⁺ 、Ｚｎ ²⁺ 、またはこれらの組み合わせである金属イオン、
（ｃ）芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、またはヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド、および
（ｄ）水性担体
を含む化学−機械研磨組成物であって、
当該化学−機械研磨組成物のｐＨが２〜３の範囲内にあり、金属イオンとリガンドとのモル濃度比が１：２である、化学−機械研磨組成物。
前記研磨粒子がセリアからなり、および前記化学−機械研磨組成物がその他の研磨粒子を含まない、請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
前記金属イオンがＦｅ³⁺である、請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
前記金属イオンがＡｌ³⁺である、請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
前記リガンドが、ピコリン酸、イソニコチン酸、ニコチン酸、ピリジンジカルボン酸、ピリジンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、サリチルアミド、アニリンスルホン酸、アミノ安息香酸、ピペコリン酸、２−ヒドロキシピリジン、８−ヒドロキシキノリン、２−ヒドロキシキノリン、またはこ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。
前記リガンドがピコリン酸である、請求項５に記載の化学−機械研磨組成物。
前記化学−機械研磨組成物が過酸化物タイプの酸化剤を含まない、請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
前記化学−機械研磨組成物が、研磨粒子を０．０１重量％〜１重量％の総濃度で含む請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
前記化学−機械研磨組成物が研磨粒子を０．０１重量％〜０．０５重量％の総濃度で含む、請求項８に記載の化学−機械研磨組成物。
前記化学−機械研磨組成物が、前記金属イオンを０．０５ｍＭ〜５０ｍＭの総濃度で含む、請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
前記化学−機械研磨組成物が、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、またはヒドロキシ置換Ｎ−複素環である一つ以上のリガンドを０．１ｍＭ〜１００ｍＭの総濃度で含む、請求項１に記載の化学−機械研磨組成物。
基板を研磨する方法であって、
（ｉ）基板を準備し、
（ｉｉ）研磨パッドを準備し、
（ｉｉｉ）請求項１に記載の化学−機械研磨組成物を準備し、
（ｉｖ）当該基板を、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物と接触せしめ、および
（ｖ）当該基板を研磨するために、当該基板の少なくとも一部を摩耗させるために、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物を、当該基板に対して移動させる、工程を含むことを特徴とする基板を研磨する方法。
基板を研磨する方法であって、
（ｉ）高分子フィルムを含む基板を準備し、
（ｉｉ）研磨パッドを準備し、
（ｉｉｉ）（ａ）セリアを含む研磨粒子、（ｂ）Ｆｅ ³⁺ 、Ａｌ ³⁺ 、Ｃｕ ²⁺ 、Ｚｎ ²⁺ 、またはこれらの組み合わせである金属イオン、（ｃ）芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、またはヒドロキシ置換Ｎ−複素環であるリガンド、および（ｄ）水性担体を含む化学−機械研磨組成物であって、当該化学−機械研磨組成物のｐＨが２〜３の範囲内にあり、金属イオンとリガンドとのモル濃度比が１：２である、化学−機械研磨組成物を準備し、
（ｉｖ）当該基板を、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物と接触せしめ、および
（ｖ）当該基板を研磨するために、当該基板の表面にある高分子フィルムの少なくとも一部を摩耗させるために、当該研磨パッドおよび当該化学−機械研磨組成物を、当該基板に対して移動させる、工程を含むことを特徴とする基板の研磨方法。
前記研磨粒子がセリアからなり、および前記化学−機械研磨組成物がその他の研磨粒子を含まない、請求項１３に記載の方法。
前記金属イオンがＦｅ³⁺である、請求項１３に記載の方法。
前記金属イオンがＡｌ³⁺である、請求項１３に記載の方法。
前記リガンドが、ピコリン酸、イソニコチン酸、ニコチン酸、ピリジンジカルボン酸、ピリジンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、サリチルアミド、アニリンスルホン酸、アミノ安息香酸、ピペコリン酸、２−ヒドロキシピリジン、８−ヒドロキシキノリン、２−ヒドロキシキノリン、またはこれらの組み合わせである、請求項１３に記載の方法。
前記リガンドがピコリン酸である、請求項１７に記載の方法。
前記化学−機械研磨組成物が過酸化物タイプの酸化剤を含まない、請求項１３に記載の方法。
前記化学−機械研磨組成物が研磨粒子を０．０１重量％〜１重量％の総濃度で含む、請求項１３に記載の方法。
前記化学−機械研磨組成物が研磨粒子を０．０１重量％〜０．０５重量％の総濃度で含む、請求項２０に記載の方法。
前記化学−機械研磨組成物が、前記金属イオンを０．０５ｍＭ〜５０ｍＭの総濃度で含む、請求項１３に記載の方法。
前記化学−機械研磨組成物が、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族酸アミド、またはヒドロキシ置換Ｎ−複素環である一つ以上のリガンドを０．１ｍＭ〜１００ｍＭの総濃度で含む、請求項１３に記載の方法。