KR101073800B1 - 혼합 연마제의 연마 조성물 및 그의 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (i) (a) 모스 경도가 8 이상인 제1 연마제 입자 5 내지 45 중량％, (b) 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는 제2 연마제 입자 1 내지 45 중량％, 및 (c) 실리카를 포함하는 제3 연마제 입자 10 내지 90 중량％, 및 (ii) 액체 담체를 포함하는 연마 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 (i) 상기 연마 조성물을 제공하고, (ii) 표면을 갖는 기판을 제공하고, (iii) 연마 조성물로 기판 표면의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판의 연마 방법을 제공한다.

연마, 연마제 입자, 실리카, 알루미나

Description

혼합 연마제의 연마 조성물 및 그의 사용 방법{MIXED-ABRASIVE POLISHING COMPOSITION AND METHOD FOR USING THE SAME}

본 발명은 혼합된 연마제를 함유하는 화학적-기계적 연마 조성물 및 기판, 특히 니켈-함유 기판을 연마하기 위한 그의 용도에 관한 것이다.

기판의 표면을 평탄화하거나 연마하기 위한 조성물 및 그 방법은 당분야에 널리 알려져 있다. 연마 조성물 (연마 슬러리라고도 알려짐)은 전형적으로 수용액 중에 연마재를 함유하고 표면을 연마 조성물로 포화된 연마 패드와 접촉시킴으로써 표면에 적용된다. 전형적인 연마재로는 이산화규소, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄 및 산화주석이 포함된다. 예를 들어, 미국 특허 제5,527,423호에는 표면을 수성 매질 중에 고 순도의 미세한 연마제 입자를 포함하는 연마 조성물과 접촉시킴으로써 금속층을 화학적-기계적으로 연마하는 방법이 개시되어 있다. 연마 조성물은 전형적으로 연마 패드 (예, 연마천 또는 연마 디스크)와 함께 사용된다. 적합한 연마 패드는, 개방-셀화(open-celled) 다공성 네트워크를 갖는 소결된 폴리우레탄 연마 패드를 사용하는 것에 대해 기술하고 있는, 미국 특허 제6,062,968호, 미국 특허 제6,117,000호 및 미국 특허 제6,126,532호, 및 표면 텍스쳐(texture) 또는 패턴이 있는 고상 연마 패드를 사용하는 것에 대해 기술하고 있는, 미국 특허 제5,489,233호에 개시되어 있다. 별법으로, 연마재는 연마 패드에 혼입될 수 있다. 미국 특허 제5,958,794호에는 고정된 연마제 연마 패드가 개시되어 있다.

통상의 연마 시스템 및 연마 방법은 전형적으로 기판, 특히 메모리 디스크를 평탄화하는 데 있어서 매우 만족스럽지는 않다. 특히, 이러한 연마 시스템 및 연마 방법은 메모리 디스크 또는 하드 디스크(rigid disk)에 적용되었을 때 목적하는 연마율보다 낮은 연마율 및 높은 표면 결함을 초래할 수 있다. 메모리 디스크와 같은 수많은 기판의 성능이 그 표면의 평탄도와 직접적으로 관련있기 때문에, 높은 연마 효율성, 선택성, 균일성 및 제거율을 초래하고 표면 결함을 최소화하면서 고급의 연마를 초래하는 연마 시스템 및 방법을 사용하는 것이 중요하다.

연마 중에 연마된 표면의 결함을 최소로 하면서, 연마 중에 메모리 디스크 또는 하드 디스크의 제거율을 개선하기 위한 수많은 시도가 있었다. 예를 들어, 미국 특허 제4,769,046호에는 알루미나 연마제 및 니켈 질산염, 알루미늄 질산염, 또는 이들의 혼합물과 같은 연마 촉진제를 포함하는 조성물을 사용하여 하드 디스크 상에서 니켈-도금한 층을 연마하는 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 제6,015,506호에는 연마제, 산화제, 및 여러가지 산화 상태를 갖는 촉매의 분산액을 포함하는 연마 조성물을 사용하여 하드 디스크를 연마하는 방법이 개시되어 있다. WO 02/20214에는 산화된 할라이드 및 아미노산을 포함하는 연마 조성물을 사용하여 메모리 디스크 또는 하드 디스크 기판을 연마하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 연마 및 평탄화 중에 표면 불량 및 기본 구조와 형상에의 손상과 같은 결함을 최소로 하면서, 기판, 특히 메모리 디스크의 연마 및 평탄화 중에 목적 하는 평탄화 효율성, 선택성, 균일성 및 제거율을 나타낼 연마 시스템 및 연마 방법을 여전히 필요로 한다.

본 발명은 이러한 연마 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 이점 및 그 외의 이점 뿐만 아니라, 또다른 본 발명의 특징은 본원의 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.

<기술적 해결책>

본 발명은 (i) (a) 모스 경도(Mohs' hardness)가 8 이상인 제1 연마제 입자 5 내지 45 중량％, (b) 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는 제2 연마제 입자 1 내지 45 중량％, 및 (c) 실리카를 포함하는 제3 연마제 입자 10 내지 90 중량％를 포함하는 연마제, 및 (ii) 액체 담체를 포함하는 연마 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 (i) 전술한 연마 조성물을 제공하며, (ii) 표면을 갖는 기판을 제공하고, (iii) 연마 조성물로 기판 표면의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판의 연마 방법을 제공한다.

<최상의 실시양태>

본 발명은 (i) 연마제 및 (ii) 액체 담체를 포함하는 연마 조성물을 제공한다. 연마제는 (a) 모스 경도가 8 이상인 제1 연마제 입자 5 내지 45 중량％, (b) 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는 제2 연마제 입자 1 내지 45 중량％, 및 (c) 실리카를 포함하는 제3 연마제 입자 10 내지 90 중량％를 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 제1 연마제 입자는 모스 경도가 8 이상이다. 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 모스 경도가 8.5 이상, 보다 바람직하게는 9 이상이다. 본원에서 사용되는, "모스 경도"라는 용어는 물질 (예, 광물)의 상대적인 긁기 경도를 비교하기 위해 사용되는 상대적인 경도의 등급을 지칭한다. 모스 경도 등급은 특정한 통상의 광물의 경도 값을 정하여 등급을 매기고, 모스 경도 값은 해당 물질의 긁기 경도를 기준의 긁기 경도와 비교함으로써 결정된다. 특히, 모스 등급은 활석의 경도 값을 1로 정하고 다이아몬드의 경도 값을 10으로 정하여 등급을 매긴다.

제1 연마제 입자의 경도는 또한 다른 수단으로 측정할 수도 있다. 예를 들면, 제1 연마제 입자의 경도를 누프 경도(Knoop hardness) 등급을 사용하여 측정할 수 있다. 일반적으로, 누프 경도는 피라미드형의 다이아몬드 압입자(indenter)를 소정의 하중 (예, 100 g)하에서 시험 물질에 눌러서 측정한다. 물질의 누프 경도를 측정하기 위한 적합한 방법은 표제 "Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials"의 미국 재료 시험 협회(American Society for Testing and Materials) (ASTM) 표준 E384-99e1에 상술되어 있다. 특정 연마제의 누프 경도 값은 ASTM 표준 E384-99e1에 상술되어 있는 누프 경도 측정 기술 중 어느 하나에 의해 측정하였을 때 본원에 상술되어 있는 범위에 포함되는 것으로 생각된다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 제1 연마제 입자는 전형적으로 누프 경도 (kN/m²)가 15 이상, 보다 바람직하게는 17 이상, 가장 바람직하게는 20 이상이다.

본 발명에서 사용하기에 적합한 제1 연마제 입자는 전술한 경도 성질을 갖는 임의의 적합한 연마제 입자일 수 있다. 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 산화알루미늄 (예, α-알루미나), 카바이드, 다이아몬드 (천연 및 합성), 니트라이드, 산화지르코늄, 이들의 코폼드 입자(coformed particle), 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된다. 가장 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 α-알루미나 입자이다.

제1 연마제 입자는 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 제1 연마제 입자는 평균 입자 크기가 1 ㎛ 이하, 바람직하게는 500 nm 이하, 보다 바람직하게는 400 nm 이하, 가장 바람직하게는 300 nm 이하이다.

제1 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로 5 내지 45 중량％의 양으로 연마제 중에 존재한다. 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로 10 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 15 중량％ 이상의 양으로 연마제 중에 존재한다. 또한, 제1 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 40 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 30 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 25 중량％ 이하의 양으로 연마제 중에 존재한다.

본 발명에서 사용되는 제2 연마제 입자는 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는다. 보다 작은 1차 입자들의 응집체 입자는 비교적 강한 응집력으로 집합하여, 응집체 입자가 액체 (예, 수성) 매질에 분산될 때 1차 입자들로 파괴되지 않는다. 이러한 면에서, 응집체 입자는 덩어리(agglomerate)와 상이하다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 제2 연마제 입자로는 퓸드(fumed) 금속 산화물 입자가 포함되나, 이로 한정하지는 않는다. 본원에서 사용되는 "퓸드 금속 산화물 입자"란 용어는 금속 산화물 전구체의 증기상 가수분해와 같은 화성 공정(pyrogenic process)에 의해 제조되는 금속 산화물 입자를 지칭한다. 바람직하게는, 제2 연마제 입자는 퓸드 알루미나, 퓸드 실리카, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된다. 보다 바람직하게는, 제2 연마제 입자는 퓸드 알루미나 입자이다.

본 발명에서 사용되는 제2 연마제 입자는 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2 연마제 입자는 평균 응집체 입자 크기가 300 nm 이하, 보다 바람직하게는 250 nm 이하, 가장 바람직하게는 200 nm 이하이다. 또한, 제2 연마제 입자는 평균 1차 입자 크기가 바람직하게는 100 nm 이하, 보다 바람직하게는 50 nm 이하, 가장 바람직하게는 40 nm 이하이다.

제2 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로 1 내지 45 중량％의 양으로 연마제 중에 존재한다. 바람직하게는, 제2 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로, 40 중량％ 이하 (예, 15 내지 40 중량％), 보다 바람직하게는 30 중량％ 이하, 보다 더욱 바람직하게는 20 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 10 중량％ 이하 (예, 1 내지 10 중량％)의 양으로 연마제 중에 존재한다.

본 발명에서 사용되는 제3 연마제 입자는 임의의 적합한 실리카를 포함할 수 있다. 적합한 실리카에는 침강 실리카, 축합-중합된 실리카, 콜로이드 실리카, 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이들로 한정하지는 않는다. 바람직하게는, 실리카는 콜로이드 실리카이다. 본원에서 사용되는 "콜로이드 실리카"란 용어는 이들의 작은 입자 크기 (예, 1 ㎛ 이하, 또는 500 nm 이하)로 인해 수중에서 안정한 분산액을 형성할 수 있는 (즉, 입자가 현탁액으로부터 뭉쳐 분리되지 않음) 실리카 입자를 지칭한다. 일반적으로, 콜로이드 실리카 입자는 내측 표면적을 갖지 않는 이산성의 실질적인 구형 실리카 입자이다. 콜로이드 실리카는 전형적으로 알칼리 금속 실리케이트-함유 용액의 산성화와 같은 습식-화학 공정에 의해 제조된다. 제3 연마제 입자는 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제3 연마제 입자는 평균 입자 크기가 200 nm 이하, 보다 바람직하게는 150 nm 이하, 가장 바람직하게는 130 nm 이하이다.

제3 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량％의 양으로 연마제 중에 존재한다. 바람직하게는, 제3 연마제 입자는 20 중량％ 이상의 양으로 연마제 중에 존재한다. 또한, 제3 연마제 입자는 연마제의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 85 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 80 중량％ 이하 (예, 70 내지 80 중량％), 가장 바람직하게는 70 중량％ 이하 (예, 20 내지 70 중량％)의 양으로 연마제 중에 존재한다.

연마제는 임의의 적합한 양으로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 연마 조성물 중에 존재하는 연마제의 총량은 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, 전형적으로 0.1 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 가장 바람직하게는 1 중량％ 이상이다. 연마 조성물 중에 존재하는 연마제의 총량은 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, 전형적으로 20 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 10 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 6 중량％ 이하이다.

이와 달리, 연마 조성물을 다량의 연마제 및 다른 임의의 성분을 함유하는 전구 조성물로서 제형할 수 있다. 이 실시양태에서, 연마 조성물 중에 존재하는 연마제의 총량은 전형적으로 80 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 50 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 30 중량％ 이하이다.

액체 담체는 임의의 적합한 담체 (예, 용매)일 수 있다. 적합한 액체 담체로는, 예를 들면 수성 담체 (예, 물) 및 비수성 담체가 포함된다. 바람직하게는, 액체 담체는 물, 보다 바람직하게는 탈이온수이다.

연마 조성물은 산을 더 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 산은 무기산이다. 바람직하게는, 무기산은 질산, 인산, 황산, 이들의 염 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된다. 산은 또한 유기산일 수도 있다. 바람직하게는, 유기산은 옥살산, 말론산, 타르타르산, 아세트산, 락트산, 프로피온산, 프탈산, 벤조산, 시트르산, 숙신산, 이들의 염 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된다.

연마 조성물은 임의의 적합한 pH를 가질 수 있다. 전형적으로, 연마 조성물은 pH가 0 이상, 바람직하게는 1 이상이다. 연마 조성물의 pH는 전형적으로 7 이하, 바람직하게는 6 이하, 보다 바람직하게는 5 이하이다. 바람직한 실시양태에서, 연마 조성물은 pH가 1 내지 4 (예를 들면, 2 내지 3, 또는 2 내지 2.5)이다.

연마 조성물은 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제로는 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 불소화된 계면활성제 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이들로 한정하지는 않는다.

연마 조성물은 화학적 산화제를 더 포함할 수 있다. 화학적 산화제는 임의의 적합한 산화제일 수 있다. 적합한 산화제로는 무기 및 유기 퍼-화합물(per-compound), 브롬산염, 질산염, 염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 철 및 구리 염 (예, 질산염, 황산염, EDTA, 및 시트레이트), 희토류 및 전이 연마제 (예, 사산화오스뮴), 칼륨 페리시아니드, 칼륨 중크롬산염, 요오드산 등이 포함된다. 퍼-화합물 (문헌 [Hawley's Condensed Chemical Dictionary]에서 정의됨)은 하나 이상의 퍼옥시기 (-O-O-)를 함유하는 화합물 또는 원소를 그의 최고 산화 상태로 함유하는 화합물이다. 하나 이상의 퍼옥시기를 함유하는 화합물의 예로는 과산화수소 및 우레아 과산화수소 및 과탄산염과 같은 이의 부가물, 벤조일 퍼옥시드, 퍼아세트산, 및 디-tert-부틸 퍼옥시드와 같은 유기 퍼옥시드, 모노퍼술페이트 (SO₅ ^{2 -}), 디퍼술페이트 (S₂O₈ ^2-), 및 나트륨 퍼옥시드가 포함되나, 이들로 한정하지는 않는다. 원소를 그의 최고 산화 상태로 함유하는 화합물의 예로는 과요오드산, 과요오드산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과염소산, 과염소산염, 과붕산, 과붕산염, 및 과망간산염이 포함되나, 이들로 한정하지는 않는다. 산화제는 바람직하게는 과산화수소이다.

산화제의 임의의 적합한 양이 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 산화제는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.01 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.3 중량％ 이상, 가장 바람직하게는 0.5 중량％ 이상의 양으로 연마 조성물 중에 존재한다. 또한, 산화제는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 30 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 20 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 10 중량％ 이하의 양으로 연마 조성물 중에 존재한다.

연마 조성물은 킬레이트제 또는 착화제를 더 포함할 수 있다. 착화제는 제거되고 있는 기판 층의 제거율을 개선하는 임의의 적합한 화학적 첨가제일 수 있다. 적합한 킬레이트제 또는 착화제로는, 예를 들면 카르보닐 화합물 (예, 아세틸아세토네이트 등), 간단한 카르복실레이트 (예, 아세테이트, 아릴 카르복실레이트 등), 하나 이상의 히드록실기를 함유하는 카르복실레이트 (예, 글리콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 갈산 및 이들의 염 등), 디-, 트리-, 및 폴리-카르복실레이트 (예, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트 (예, 디칼륨 EDTA), 폴리아크릴레이트, 이들의 혼합물 등), 하나 이상의 술폰기 및(또는) 포스폰기를 함유하는 카르복실레이트 등이 포함될 수 있다. 또한 적합한 킬레이트제 또는 착화제로, 예를 들면 디-, 트리-, 또는 폴리알콜 (예, 에틸렌 글리콜, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닌산 등) 및 아민-함유 화합물 (예, 암모니아, 아미노산, 아미노 알콜, 디-, 트리-, 및 폴리아민 등)도 포함될 수 있다. 바람직하게는, 킬레이트제는 카르복실레이트 염, 보다 바람직하게는 옥살레이트 염이다. 킬레이트제 또는 착화제는 제거되는 기판 층의 유형에 따라 선택될 것이다.

킬레이트제 또는 착화제는 임의의 적합한 양으로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 킬레이트제 또는 착화제는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.1 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 가장 바람직하게는 1 중량％ 이상의 양으로 연마 조성물 중에 존재한다. 또한, 킬레이트제 또는 착화제는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 20 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 15 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 10 중량％ 이하의 양으로 연마 조성물 중에 존재한다.

본 발명의 연마 조성물은 임의의 적합한 방법으로 제조할 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 (i) 적절한 양의 액체 담체를 제공하고, (ii) 임의로는 적합한 양의 산, 계면활성제, 산화제, 킬레이트제 또는 착화제, 또는 이들의 조합물을 첨가하고, (iii) 목적하는 양의 제1 연마제 입자, 제2 연마제 입자, 및 제3 연마제 입자를 생성된 혼합물에 분산시킴으로써 제조한다. 제1 연마제 입자, 제2 연마제 입자, 및 제3 연마제 입자를 임의의 적합한 장치 (예, 고전단 믹서(high-shear mixer))를 사용하여 액체 담체에 분산시킬 수 있다. 전술한 방법은 또한 연마 조성물을 제조하기 위해 그 연마 조성물이 전구 조성물로서 제형될 때도 사용할 수 있다. 전형적으로, 이러한 전구 조성물을, 기판을 연마하는 데 사용하기 전에 적절한 양의 적합한 액체 담체 (예, 전구 조성물 1부당 탈이온수 3부)를 사용하여 희석한다.

본 발명은 본원에 기술되어 있는 연마 조성물을 사용하여 기판을 연마하는 방법도 제공한다. 특히, 본 발명은 (i) (a) (I) 모스 경도가 8 이상인 제1 연마제 입자 5 내지 45 중량％, (II) 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는 제2 연마제 입자 1 내지 45 중량％, 및 (III) 실리카를 포함하는 제3 연마제 입자 10 내지 90 중량％를 포함하는 연마제, 및 (b) 액체 담체를 포함하는 연마 조성물을 제공하고, (ii) 표면을 갖는 기판을 제공하고, (iii) 연마 조성물로 기판 표면의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판의 연마 방법을 제공한다.

상기 연마 조성물 및 방법을 사용하여 임의의 적합한 기판을 연마할 수 있다. 바람직하게는, 기판은 하나 이상의 금속층을 포함한다. 적합한 기판으로는 집적회로, 메모리 디스크 또는 하드 디스크, 금속, 층간 절연막(ILD) 장치, 반도체, 미세-전자-기계 시스템(micro-electro-mechanical system), 강유전체, 및 자기 헤드(magnetic head)가 포함되나, 이들로 한정하지는 않는다. 금속층은 임의의 적합한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속층은 구리, 탄탈륨, 티탄, 알루미늄, 니켈, 백금, 루테늄, 이리듐, 또는 로듐을 포함할 수 있다. 기판은 하나 이상의 절연층을 더 포함할 수 있다. 절연층은 연마제, 다공성 연마제, 유리, 유기 중합체, 불소화된 유기 중합체, 또는 임의의 다른 적합한 고 또는 저-유전율(k) 절연층일 수 있다. 바람직하게는, 기판은 니켈-인 층 (예, 메모리 디스크 또는 하드 디스크)을 포함한다.

본 발명의 연마 방법은 화학적-기계적 연마 (CMP) 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 상기 장치는, 사용할 때 움직이고 궤도형, 선형 또는 원형으로 움직여 발생하는 속도를 갖는 평판, 평판과 접촉해 있고 움직일 때 평판과 함께 움직이는 연마 패드, 및 연마 패드의 표면과 접촉시켜 이에 대해 움직임으로써 연마될 기판을 보유하는 캐리어(carrier)를 포함한다. 기판의 연마는 기판의 적어도 일부를 마모시키기 위해 기판을 연마 패드 및 본 발명의 연마 조성물과 접촉하게 두고 그 후에 연마 패드를 기판에 대해 움직여, 기판을 연마시킴으로써 시행된다.

바람직하게는, CMP 장치는 원위치에서 연마 종점 탐지 시스템을 더 포함하고, 이들 중 여러가지가 당분야에 알려져 있다. 물건(workpiece)의 표면으로부터 반사되는 광선 또는 다른 복사선을 분석함으로써 연마 공정을 관찰하고 모니터링하기 위한 기술이 당분야에 알려져 있다. 이러한 방법은, 예를 들면 미국 특허 제5,196,353호, 미국 특허 제5,433,651호, 미국 특허 제5,609,511호, 미국 특허 제5,643,046호, 미국 특허 제5,658,183호, 미국 특허 제5,730,642호, 미국 특허 제 5,838,447호, 미국 특허 제5,872,633호, 미국 특허 제5,893,796호, 미국 특허 제5,949,927호, 및 미국 특허 제5,964,643호에 개시되어 있다. 바람직하게는, 연마되고 있는 물건에 대해서 연마 공정의 과정을 관찰하고 모니터링함으로써 연마 종점을 결정할 수 있다. 즉, 특정 물건에 대해서 연마 공정을 언제 종결해야 할지를 결정할 수 있다.

본 발명의 연마 방법은 메모리 디스크 또는 하드 디스크를 연마하기 위해 설계된 연마 장치와 함께 사용하기에도 마찬가지로 적합하다. 전형적으로, 상기 장치는 한 쌍의 평판 (즉, 상단 평판 및 하단 평판) 및 한 쌍의 연마 패드 (즉, 상단 평판에 탑재된 상단의 연마 패드 및 하단 평판에 탑재된 하단의 연마 패드)를 포함한다. 상단 평판 및 상단의 연마 패드는 그 안에 일련의 구멍 또는 채널이 형성되어 있어서 연마 조성물 또는 슬러리가 상단 평판 및 상단의 연마 패드를 통해 연마되고 있는 하드 디스크의 표면으로 통하게 된다. 하단 평판은, 하나 이상의 디스크 캐리어를 회전시키는 데 사용되는 일련의 내측 및 외측 기어(gear)를 더 포함한다. 캐리어는 하나 이상의 하드 디스크를 보유하여 하드 디스크의 각 주 표면 (즉, 상면 및 하면)이 상단 또는 하단의 연마 패드와 접촉할 수 있다. 사용할 때, 하드 디스크의 표면은 연마 패드 및 연마 조성물 또는 슬러리와 접촉하게 하고, 상단 및 하단의 평판은 독립적으로 동축을 회전한다. 또한 하단 평판의 기어는 상단 및 하단의 평판 및(또는) 상단 및 하단의 연마 패드의 표면에서 캐리어가 축(들) 주변을 회전하도록 구동된다. 원형으로 움직이는 것 (평판 및 연마 패드의 회전 때문임)과 궤도로 움직이는 것 (캐리어의 회전 때문임)의 조합으로 하드 디스크의 상면과 하면을 평탄하게 연마한다.

CMP 장치는 기판을 산화시키기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 전기화학적 연마 시스템에서, 기판을 산화시키기 위한 수단은 바람직하게는 시변 전위 (time-varying potential) (예, 애노드 전위)를 기판 (예, 전자 전위차계)에 인가하기 위한 장치를 포함한다. 시변 전위를 기판에 인가하기 위한 장치는 임의의 적합한 장치일 수 있다. 기판을 산화시키는 수단은 바람직하게는 연마 초기 단계 동안에 제1 전위 (예, 보다 산화성인 전위)를 인가하고 연마의 말기 단계에 또는 그 동안에 제2 전위 (예, 덜 산화성인 전위)를 인가하기 위한 장치를 포함하거나, 또는 연마의 중간 단계 동안에 제1 전위를 제2 전위로 변화시키는 장치, 예를 들면 중간 단계 동안에 전위를 연속적으로 낮추거나 제1의 보다 높은 산화성 전위에서 예정된 간격 후에 제1의 보다 높은 산화성 전위를 제2의 보다 낮은 산화성 전위로 전위를 신속하게 낮추기 위한 장치를 포함한다. 예를 들면, 연마의 초기 단계(들) 동안에, 비교적 높은 산화성 전위를 기판에 인가하여 비교적 높은 기판의 산화/용해/제거율을 촉진한다. 연마하는 것이 후기 단계일 때, 예를 들면 기본 장벽 층에 도달할 때, 인가된 전위를 실질적으로 낮거나 무시할 정도의 기판의 산화/용해/제거율을 초래하는 수준으로 낮추고, 그 결과 디싱(dishing), 부식 및 침식을 제거하거나 실질적으로 감소시킨다. 시변 전기화학적 전위는 바람직하게는 제어가능한 변동성 DC 전력원, 예를 들면 전자 전위차계를 사용하여 인가된다. 미국 특허 제6,379,223호에는 전위를 인가함으로써 기판을 산화시키기 위한 수단에 대해 보다 자세히 개시되어 있다.

본 실시예는 본 발명을 보다 자세히 예시하지만, 물론 어떤 식으로든 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다. 특히, 본 실시예는 본 발명에 따라 기판을 연마하는 방법을 설명하고 있다.

니켈-인 층을 포함하는 유사한 기판을 6가지의 연마 조성물 (연마 조성물 A, B, C, D, E, 및 F)로 연마하였고, 조성물은 각각 타르타르산 0.8 중량％ 및 과산화수소 1 중량％를 함유하였고, 동일한 연마 장치 및 연마 패드와 함께 사용되었다. 연마 조성물 A (비교용)는 모스 경도가 8 이상인 α-알루미나 입자 (평균 입자 크기 250 nm)를 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 0.8 중량％ 함유하였다. 연마 조성물 B (비교용)는 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는, 퓸드 알루미나 입자를 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 중량％ 함유하였다. 연마 조성물 C (비교용)는 콜로이드 실리카 입자를 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 3 중량％ 함유하였다. 연마 조성물 D (비교용)는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, α-알루미나 입자 (평균 입자 크기 250 nm) 0.8 중량％ 및 퓸드 알루미나 입자 0.2 중량％를 함유하였다. 연마 조성물 E (본 발명)는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, α-알루미나 입자 (평균 입자 크기 250 nm) 0.8 중량％, 퓸드 알루미나 입자 0.2 중량％, 및 콜로이드 실리카 입자 3 중량％를 함유하였다. 연마 조성물 F (본 발명)는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로, α-알루미나 입자 (평균 입자 크기 350 nm) 0.8 중량％, 퓸드 알루미나 입자 0.2 중량％, 및 콜로이드 실리카 입자 3 중량％를 함유하였다.

각 연마 조성물에 대해 기판의 제거율, 뿐만 아니라 표면 거칠기(roughness) 및 전체 표면 파상도 (컷오프 5 mm)를 연마한 후에 측정하였다. 각 연마된 기판의 표면 거칠기를 슈미트 메줘먼트 시스템즈(Schmitt Measurement Systems)에서 입수가능한 TMS 2000 텍스쳐 측정 시스템 (39 ㎛)을 사용하여 측정하였고, 전체 표면 파상도를 페이스 시프트 테크놀러지(Phase Shift Technology)로부터 입수가능한 옵티플랫 시스템(Optiflat system)을 사용하여 측정하였다. 각 연마 조성물에 대한 결과를 하기 표 1에 요약하였다.

제거율, 표면 거칠기, 및 전체 표면 파상도 (컷오프 5 mm)

연마 조성물	제거율 (mg/분)	표면 거칠기 (Ra) (Å)	전체 표면 파상도 (Wa) (Å)
A	18.20	19.7	21.54
B	22.13	6.79	13.13
C	12.23	1.95	8.2
D	29.47	8.05	288.01
E	29.35	5.02	5.63
F	33.5	6.37	4.14

상기 표 1에서 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 연마 조성물은 다른 연마 조성물과 비교하여 높은 제거율, 낮은 표면 거칠기, 및 낮은 전체 표면 파상도를 나타냈다. 특히, 연마 조성물 E (본 발명) 및 F (본 발명)가 각 비교용 연마 조성물보다 낮은 전체 표면 파상도를 나타냈고 연마 조성물 D (비교용)를 제외한 각 비교용 연마 조성물보다 높은 제거율을 나타냈다. 그러나, 연마 조성물 D에 대한 표면 거칠기 및 전체 표면 파상도 값은 연마 조성물 E 및 F를 사용하여 얻어진 값보다 훨씬 컸다. 연마 조성물 C (비교용)가 비교적 낮은 표면 거칠기 값을 나타내는 반면, 제거율은 연마 조성물 E 및 F에 대한 제거율의 절반값보다 낮았으며, 전체 표면 파상도 또한 연마 조성물 E 및 F를 사용하여 얻어진 값보다 컸다.

Claims (39)

1. (i) (a) 모스 경도가 8 이상인 제1 연마제 입자 5 내지 45 중량％, (b) 보다 작은 1차 입자들의 응집체를 포함하는 3차원 구조를 갖는 제2 연마제 입자 1 내지 45 중량％, 및 (c) 실리카를 포함하는 제3 연마제 입자 10 내지 90 중량％를 포함하는 연마제, 및

   (ii) 액체 담체를 포함하는 연마 조성물.
2. 제1항에 있어서, 제1 연마제 입자가 α-알루미나 입자인 연마 조성물.
3. 제1항에 있어서, 제2 연마제 입자가 퓸드 알루미나 입자인 연마 조성물.
4. 제1항에 있어서, 실리카가 콜로이드 실리카인 연마 조성물.
5. 제1항에 있어서, 액체 담체가 물을 포함하는 연마 조성물.
6. 제1항에 있어서, 연마제가 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량％의 양으로 존재하는 연마 조성물.
7. 제1항에 있어서, 연마제가 (a) 제1 연마제 입자 15 내지 40 중량％, (b) 제2 연마제 입자 15 내지 40 중량％, 및 (c) 제3 연마제 입자 20 내지 70 중량％를 포함하는 연마 조성물.
8. 제1항에 있어서, 연마제가 (a) 제1 연마제 입자 15 내지 25 중량％, (b) 제2 연마제 입자 1 내지 10 중량％, 및 (c) 제3 연마제 입자 70 내지 80 중량％를 포함하는 연마 조성물.
9. 제1항에 있어서, 제1 연마제 입자의 평균 입자 크기가 1 ㎛ 이하인 연마 조성물.
10. 제1항에 있어서, 제2 연마제 입자의 평균 응집체 입자 크기가 200 nm 이하인 연마 조성물.
11. 제1항에 있어서, 제3 연마제 입자의 평균 입자 크기가 150 nm 이하인 연마 조성물.
12. 제1항에 있어서, 산화제 또는 산을 더 포함하는 연마 조성물.
13. 제12항에 있어서, 산화제가 과산화수소를 포함하는 연마 조성물.
14. 제12항에 있어서, 산이 유기산인 연마 조성물.
15. 제14항에 있어서, 유기산이 옥살산, 말론산, 타르타르산, 아세트산, 락트산, 프로피온산, 프탈산, 벤조산, 시트르산, 숙신산, 이들의 염 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 연마 조성물.
16. 제1항에 있어서, 연마 조성물의 pH가 1 내지 4인 연마 조성물.
17. (i) 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 연마 조성물을 제공하며,

    (ii) 표면을 갖는 기판을 제공하고,

    (iii) 연마 조성물로 기판 표면의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판의 연마 방법.
18. 제17항에 있어서, 기판이 니켈-인 층을 포함하는 방법.
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