KR101503127B1 - 벌크 규소를 연마하기 위한 조성물 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 실리카, (b) 규소의 제거 속도를 증가시키는 하나 이상의 화합물, (c) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염, 및 (d) 물을 포함하며 pH가 7 내지 11인 연마 조성물을 제공한다. 본 발명은 추가적으로 상기 연마 조성물로 기판을 연마하는 방법을 제공한다.

Description

벌크 규소를 연마하기 위한 조성물 및 방법{COMPOSITION AND METHOD FOR POLISHING BULK SILICON}
본 발명은, 규소를 연마하기 위한 연마 조성물 및 방법에 관한 것이다.
전자 장치에 사용되는 규소 웨이퍼는, 통상적으로 우선 다이아몬드 소우(saw)를 이용하여 단결정 규소 잉곳(ingot)을 얇은 웨이퍼로 슬라이스하고, 평탄도를 향상시키기 위하여 랩핑하고, 랩핑에 의해 야기된 표면 손상부를 제거하기 위하여 에칭하여 제조된다. 이후 상기 규소 웨이퍼는 통상적으로 두 단계 공정으로 연마되어 에칭에 의해 야기된 나노토포그라피(nanotopography)를 제거하고 웨이퍼를 전자 장치에 사용하기 전의 원하는 두께를 얻는다.
첫 번째 연마 단계에서는, 높은 제거 속도가 요구되며, 이상적으로 이 단계 동안 나노토포그라피가 악화되지 않는다. 나노토포그라피는 면적의 앞면 토포로지(topology)를 측정하는 변수이며, 대략 0.2 내지 20 mm의 공간 파장 내 표면의 편차로서 정의된다. 나노토포그라피의 경우, 웨이퍼 표면의 평탄도는 웨이퍼 표면 자체에 대하여 측정되는데 반하여, 표면 평탄도의 경우는, 웨이퍼 표면의 평탄도가 웨이퍼를 지지하는데 사용되는 평탄한 척(chuck)에 대해 측정된다는 점에서, 나노토포그라피는 표면 평탄도와 다르다. 따라서, 웨이퍼는 완전한 평탄도를 가지면서도 나노토포그라피를 갖는다. 웨이퍼가 웨이퍼의 앞면 및 뒷면 상에 표면 불규칙성을 갖지만 앞면 및 뒷면이 평행하다면, 이 웨이퍼는 완전한 평탄도를 갖는다. 그러나, 상기 웨이퍼는 나노토포그라피를 나타낼 것이다. 나노토포그라피는 공간 진동수 내에서 웨이퍼 표면 불규칙성의 토폴로지 맵 내의 조도와 평탄도 사이의 갭을 연결한다.
규소 웨이퍼를 위한 통상의 연마 조성물은 규소에 대해 높은 제거 속도를 나타내지만 규소 웨이퍼의 나노토포그라피의 증가를 야기한다. 증가된 나노토포그라피는 반도체 기판으로 추가로 가공하기에 적합한 규소 웨이퍼를 생산하기 위한 제2, 마지막 연마 단계에 대한 요구 사항을 증대시킨다. 따라서, 규소 웨이퍼를 위한 향상된 연마 조성물에 대한 요구가 당업계에 남아있다.
본 발명은, (a) 실리카, (b) 규소의 제거 속도를 증가시키는 화합물 또는 화합물들, (c) 테트라알킬암모늄 염, 및 (d) 물을 포함하며, pH가 7 내지 11인 연마 조성물을 제공한다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 첫 번째 양태는 (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 유기 카복실 산 0.02 중량% 내지 5 중량%, (c) 하나 이상의 아미노포스폰 산 0.02 중량% 내지 2 중량%, (d) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, (f) 선택적으로, 수산화 칼륨, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 포함한다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 두 번째 양태는, (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 폴리아미노카복실 산 0.01 중량% 내지 2 중량%, (c) 하나 이상의 아민 0.05 중량% 내지 5 중량%, (d) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 하나 이상의 1,3-다이올 화합물 0.001 중량% 내지 1 중량%, (f) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 포함한다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 세 번째 양태는, (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 폴리아미노카복실 산 0.01 중량% 내지 2 중량%, (c) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (d) 하나 이상의 유기 카복실 산 0.01 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 하나 이상의 아민 0.1 중량% 내지 5 중량%, (f) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 포함한다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 네 번째 양태는, (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물 0.02 중량% 내지 5 중량%, (c) 하나 이상의 아미노포스폰 산 0.05 중량% 내지 2 중량%, (d) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, 및 (f) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물을 이용한 기판의 화학적-기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 기판을 화학적-기계적으로 연마하는 방법의 첫 번째 양태는, (i) 기판을 연마 패드 및 (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 유기 카복실산 0.02 중량% 내지 5 중량%, (c) 아미노포스폰 산 0.02 중량% 내지 2 중량%, (d) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, (f) 선택적으로, 수산화 칼륨, 및 (g) 물로 이루어지거나 필수적으로 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 화학적-기계적 연마 조성물이 연마 패드와 기판 사이에 위치한 상태에서 기판에 대하여 연마 패드를 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 연삭하여 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기판을 화학적-기계적으로 연마하는 방법의 두 번째 양태는, (i) 기판을 연마 패드 및 (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 폴리아미노카복실 산 0.01 중량% 내지 2 중량%, (c) 하나 이상의 아민 0.05 중량% 내지 5 중량%, (d) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 하나 이상의 다이올 화합물 0.001 중량% 내지 1 중량%, (f) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 화학적-기계적 연마 조성물이 연마 패드와 기판 사이에 위치한 상태에서 기판에 대하여 연마 패드를 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 연삭하여 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기판을 화학적-기계적으로 연마하는 방법의 세 번째 양태는, (i) 기판을 연마 패드 및 (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 폴리아미노카복실 산 0.01 중량% 내지 2 중량%, (c) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (d) 하나 이상의 유기 카복실 산 0.01 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 하나 이상의 아민 0.1 중량% 내지 5 중량%, (f) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 화학적-기계적 연마 조성물이 연마 패드와 기판 사이에 위치한 상태에서 기판에 대하여 연마 패드를 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 연삭하여 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기판을 화학적-기계적으로 연마하는 방법의 네 번째 양태는, (i) 기판을 연마 패드 및 (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 하나 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물 0.02 중량% 내지 5 중량%, (c) 하나 이상의 아미노포스폰 산 0.05 중량% 내지 2 중량%, (d) 하나 이상의 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염, 및 (f) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 화학적-기계적 연마 조성물이 연마 패드와 기판 사이에 위치한 상태에서 기판에 대하여 연마 패드를 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 연삭하여 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
도 1은 표면 변수 Rmax를 나타내는 개략도이다.
본 발명은, (a) 실리카, (b) 규소의 제거 속도를 증가시키는 화합물, (c) 테트라알킬암모늄 염, 및 (d) 물을 포함하고 pH가 7 내지 11인 연마 조성물을 제공한다.
상기 실리카는, 습식-가공된(wet-process) 유형 실리카, 건식-가공된(fumed) 실리카, 또는 이들의 조합과 같은, 임의의 적절한 형태의 실리카일 수 있다. 예를 들어, 실리카는 습식-가공된 실리카 입자(예를 들어, 축-중합된 또는 침전된 실리카 입자)를 포함할 수 있다. 축-중합된 실리카 입자는 통상적으로 Si(OH)4를 축합하여 콜로이드 입자로 형성함으로써 제조되고, 상기 콜로이드 입자는 1 nm 내지 1000 nm의 평균 입자 크기를 갖는 것으로 정의된다. 이러한 연마제 입자는 미국 특허 제5,230,833호에 따라 제조될 수 있거나, 아크조-노벨 빈드질(Akzo-Nobel Bindzil) 50/80 제품, 날코(Nalco) DVSTS006 제품, 및 푸소(Fuso) PL-2제품 뿐 아니라, 듀퐁, 바이엘, 어플라이드 리서치, 니싼 케미컬, 및 클라리언트로부터 입수 가능한 다른 유사 제품과 같은 다양한 상업적으로 입수 가능한 제품으로부터 수득될 수 있다.
상기 실리카는 건식-가공된 실리카 입자를 포함할 수 있다. 건식-가공된 실리카는, 휘발성 전구체(예를 들어, 실리카 할라이드)로부터 제조될 수 있는데, 건식-가공된 실리카 제조를 위한 고온 불꽃(H2/공기 또는 H2/CH4/공기) 중에서 전구체의 가수분해 및/또는 산화에 의해 발열 공정으로 실리카가 제조된다. 상기 전구체를 함유한 용액은 액적 발생기(droplet generator)를 이용하여 고온 불꽃 내로 분사될 수 있고, 이후 금속 산화물이 수거될 수 있다. 전형적인 액적 발생기는 이액 분무기(bi-fluid atomizer), 고압 스프레이 노즐, 및 초음파 분무기를 포함한다. 적합한 건식-가공된 실리카 생성물은 캐봇, 토쿠야마, 및 데구사와 같은 생산자로부터 상업적으로 얻을 수 있다.
상기 실리카는 임의의 적합한 평균 입자 크기(예를 들어, 평균 입자 직경)을 가질 수 있다. 실리카는 10 nm 이상, 예를 들어, 15 nm 이상, 20 nm 이상, 또는 25 nm 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 실리카는 120 nm 이하, 예를 들어, 110 nm 이하, 100 nm 이하, 90 nm 이하, 80 nm 이하, 70 nm 이하, 60 nm 이하, 50 nm 이하, 또는 40 nm 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 실리카는 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 실리카는 10 nm 내지 100 nm, 20 nm 내지 100 nm, 20 nm 내지 80 nm, 20 nm 내지 60 nm, 또는 20 nm 내지 40 nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 비-구형의 실리카 입자의 경우, 입자 크기는 입자를 둘러싸는 최소 구의 직경이다.
상기 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 실리카를 포함할 수 있다. 통상적으로, 연마 조성물은 0.5 중량% 이상, 예를 들어 1 중량% 이상, 2 중량% 이상, 또는 5 중량% 이상의 실리카를 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 연마 조성물은 20 중량% 이하, 예를 들어, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 8 중량% 이하, 6 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하의 실리카를 함유할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양의 실리카를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 0.5 중량% 내지 20 중량%, 1 중량% 내지 15 중량%, 5 중량% 내지 15 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 실리카를 포함할 수 있다.
상기 실리카 입자는 바람직하게 콜로이드로 안정성이다. 용어 콜로이드는 액체 담체 내의 실리카 입자의 현탁액을 나타낸다. 콜로이드 안정성은 시간 경과에 따른 현탁액 유지성을 나타낸다. 본 발명의 명세서에서, 연마제는, 연마제를 100 ml 눈금 실린더에 넣고, 2시간 동안 비교반된 상태로 정치시켰을 때에, 상기 눈금 실린더의 하부 50 ml 내의 입자 농도([B] g/ml)와 상기 눈금 실린더의 상부 50 ml 내의 입자 농도([T] g/ml) 간의 차를 연마제 조성물 중의 초기 입자 농도([C] g/ml)로 나눈 것이 0.5 이하(즉, {[B]-[T]}/[C] ≤ 0.5)일 경우에 콜로이드 안정성인 것으로 고려된다. 더욱 바람직하게, [B]-[T]/[C] 값은 0.3 이하이고, 가장 바람직하게는 0.1 이하이다.
상기 연마 조성물은 물을 포함한다. 물은, 연마 또는 평탄화시킬 적합한 기판의 표면에, 연마제 입자, 규소의 제거 속도를 증가시키는 화합물(들) 및 다른 첨가제의 적용을 용이하게 하기 위해 사용된다. 바람직하게, 물은 탈이온수이다.
상기 연마 조성물은 11 이하(예를 들어, 10 이하)의 pH를 갖는다. 바람직하게, 상기 연마 조성물은 7 이상(예를 들어, 8 이상)의 pH를 갖는다. 더욱 바람직하게, 상기 연마 조성물은 7 내지 11(예를 들어, 8 내지 10)의 pH를 갖는다. 상기 연마 조성물은 선택적으로, pH 조절제, 예를 들어, 수산화 칼륨, 수산화 암모늄, 및/또는 질산을 함유한다. 상기 연마 조성물은 또한 선택적으로, pH 완충 시스템을 포함한다. 다수의 이러한 pH 완충 시스템은 당업계에 공지되어 있다. 상기 pH 완충제는 임의의 적합한 완충제일 수 있고, 예를 들어, 중탄산염-탄산염 완충 시스템, 아미노알킬술폰 산 등일 수 있다. 상기 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 pH 조절제 및/또는 pH 완충제를 포함할 수 있지만, 단 적합한 범위 내에서 연마 조성물의 pH를 얻고/얻거나 유지하도록 적절량이 사용된다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 첫 번째 양태는 (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 유기 카복실 산 0.02 중량% 내지 5 중량%, (c) 아미노포스폰 산 0.02 중량% 내지 2 중량%, (d) 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 중탄산 염, (f) 선택적으로, 수산화 칼륨, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지며, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 제공한다.
상기 첫 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 유기 카복실 산 또는 이의 염을 함유한다. 유기 카복실 산은 알킬 카복실 산 또는 아릴 카복실 산일 수 있고, C1-C12 알킬, 아미노, 치환된 아미노(예를 들어, 메틸아미노, 다이메틸 아미노 등), 하이드록실, 할로겐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 기로 선택적으로, 치환될 수 있다. 바람직하게, 유기 카복실 산은 하이드록시카복실 산(예를 들어, 지방족 하이드록시카복실 산 또는 하이드록시벤조 산), 아미노 산, 아미노 하이드록시벤조 산, 또는 피리딘 카복실 산이다. 적합한 하이드록시카복실 산의 비-제한적인 예는, 말론 산, 락트 산, 말산, 타르타르 산, 아세토하이드록삼 산, 글리콜 산, 2-하이드록시부티르 산, 벤질 산, 살리실 산, 2,6-다이하이드록시벤조 산을 포함한다. 적합한 아미노 산의 비-제한적인 예는, 글라이신, 알라닌, 프롤린, 라이신, 시스테인, 류신, 아스파르트 산, 글루탐 산, 및 2-아미노-4-싸이아졸아세트 산을 포함한다. 아미노 하이드록시벤조 산의 비-제한적인 예로서, 3-아미노살리실 산 및 3-아미노-4-하이드록시벤조 산을 들 수 있다. 피리딘 카복실 산의 비-제한적인 예는 피콜린 산 및 피코틴 산을 들 수 있다.
상기 첫 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 유기 카복실 산을 함유한다. 상기 연마 조성물은 0.02 중량% 이상, 예를 들어, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 유기 카복실 산을 함유한다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 유기 카복실 산을 함유한다. 따라서, 상기 연마 조성물은 유기 카복실 산을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 0.02 중량% 내지 5 중량%, 0.05 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 3 중량%의 유기 카복실 산을 포함할 수 있다.
상기 첫 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 아미노포스폰 산을 함유한다. 바람직하게, 상기 아미노포스폰 산은 에틸렌다이아민테트라(메틸렌 포스폰 산), 아미노 트라이(메틸렌 포스폰 산), 다이에틸렌트라이아민펜타(메틸렌 포스폰 산), 이들의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게, 상기 아미노포스폰 산은 아미노 트라이(메틸렌 포스폰 산)이다.
상기 첫 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 아미노포스폰 산을 함유할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.02 중량% 이상, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 아미노포스폰 산을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 2 중량% 이하, 예를 들어, 1.5 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 아미노포스폰 산을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 아미노포스폰 산을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 0.02 중량% 내지 2 중량%, 0.1 중량% 내지 1.5 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 1 중량%의 아미노포스폰 산을 포함할 수 있다.
상기 첫 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 테트라일킬암모늄 염을 포함한다. 상기 테트라알킬암모늄 염은 바람직하게 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 및 테트라부틸암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 양이온을 포함한다. 상기 테트라알킬암모늄 염은 수산화물, 염화물, 브롬화물, 황산염, 또는 황산수소염을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 양이온을 갖는다. 일 양태에 있어서, 상기 테트라알킬암모늄 염은 테트라알킬암모늄 수산화물(예를 들어, 테트라메틸암모늄 수산화물)이다.
상기 첫 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 테트라알킬암모늄 염을 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.1 중량% 이상, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 테트라알킬암모늄 염을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하 또는 1 중량% 이하의 테트라알킬암모늄 염을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 테트라알킬암모늄 염을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 0.1 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%의 테트라알킬암모늄 염을 포함할 수 있다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 두 번째 양태는, (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 폴리아미노카복실 산 0.01 중량% 내지 2 중량%, (c) 아민 0.1 중량% 내지 5 중량%, (d) 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 다이올 화합물 0.001 중량% 내지 1 중량%, (f) 선택적으로, 중탄산 염, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지고 pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 제공한다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 폴리아미노카복실 산을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 폴리아미노카복실 산은 두 개 이상의 아미노 기 및 두 개 이상의 카복실 산 기를 갖는 화합물을 나타낸다. 바람직하게, 상기 폴리아미노카복실 산은 에틸렌다이아민테트라아세트 산, 다이에틸렌트라이아민펜타아세트 산, N-(하이드록시에틸)에틸렌다이아민트라이아세트 산, 나이트릴로트라이아세트 산, 메틸글라이신다이아세트 산, 이들의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게, 상기 폴리아민카복실 산은 에틸렌다이아민테트라아세트 산 또는 이들의 염(예를 들어, 이들의 모노-, 다이-, 트라이-, 또는 테트라나트륨 염)으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 폴리아미노카복실 산을 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.01 중량% 이상, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 폴리아미노카복실 산을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 2 중량% 이하, 예를 들어, 1.5 중량% 이하, 또는 1.0 중량% 이하의 폴리아미노카복실 산을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 폴리아미노카복실 산을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 0.01 중량% 내지 2 중량%, 0.1 중량% 내지 1.5 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 1 중량%의 폴리아미노카복실 산을 포함할 수 있다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 아민을 포함한다. 적합한 아민의 비 제한적인 예로는, 피페라진, 아미노에틸피페라진, 2-메틸-2-아미노에탄올, (2-아미노에틸)-2-아미노에탄올, 에탄올아민, 다이에탄올아민, 트라이에탄올아민, 에틸렌다이아민, 다이에틸렌트라이아민, 테트라에틸렌펜트아민, 하이드라진, 2-하이드록시에틸하이드라진, 세미카바자이드, 하이드록실아민, N-메틸하이드록실아민, O-메틸하이드록실아민, 및 O-카르복시메틸하이드록실아민이 포함된다. 더욱 바람직하게, 상기 아민은 피페라진 또는 아미노에틸피페라진이다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 아민을 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.05 중량% 이상, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 아민을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 아민을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 아민을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 연마 조성물은 0.05 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%의 아민을 포함할 수 있다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 테트라알킬암모늄 염을 포함한다. 상기 테트라알킬암모늄 염 및 이의 양은 상기 첫 번째 양태의 연마 조성물에 기재된 것일 수 있다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 다이올 화합물을 포함한다. 상기 다이올 화합물은 임의의 적합한 다이올 화합물일 수 있고, 통상적으로 1,2-다이올 화합물 또는 1,3-다이올 화합물이다. 통상적으로, 상기 다이올 화합물은 선형 또는 분지형-쇄 C2-C10 다이올 화합물이다. 적합한 1,2-다이올 화합물의 비-제한적인 예는, 1,2-프로판 다이올, 1,2-부탄 다이올, 1,2-펜탄 다이올, 2,3-펜탄 다이올, 및 이의 조합을 포함한다. 적합한 1,3-다이올 화합물의 비-제한적인 예는, 1,3-프로판 다이올, 1,3-부탄 다이올, 1,3-펜탄 다이올, 2,4-펜탄 다이올, 및 이의 조합을 포함한다.
상기 두 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 다이올 화합물을 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.001 중량% 이상, 예를 들어, 0.005 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 또는 0.05 중량% 이상의 다이올 화합물을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 1 중량% 이하, 예를 들어 0.75 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 0.25 중량% 이하, 또는 0.1 중량% 이하의 다이올 화합물을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 다이올 화합물을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 연마 조성물은 0.001 중량% 내지 1 중량%, 0.005 중량% 내지 0.75 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 다이올 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 세 번째 양태는, (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 폴리아미노카복실 산 0.01 중량% 내지 2 중량%, (c) 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (d) 유기 카복실 산 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 아민 0.1 중량% 내지 5 중량%, (f) 선택적으로, 중탄산 염, 및 (g) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지고, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 포함한다. 본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 세 번째 양태에 함유된 상기 폴리아미노카복실 산, 테트라알킬암모늄 염, 유기 카복실 산, 아민, 및 이들의 양은 본 발명 연마 조성물의 첫 번째 및 두 번째 양태에서 기재된 것들일 수 있다.
본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 네 번째 양태는, (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%, (b) 질소-함유 헤테로고리 화합물 0.02 중량% 내지 5 중량%, (c) 아미노포스폰 산 0.05 중량% 내지 2 중량%, (d) 테트라알킬암모늄 염 0.1 중량% 내지 5 중량%, (e) 선택적으로, 중탄산 염, 및 (f) 물로 필수적으로 이루어지거나 이루어지고, pH가 7 내지 11인 화학적-기계적 연마 조성물을 제공한다. 본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물의 네 번째 양태에 함유된 상기 아미노포스폰 산, 테트라알킬암모늄 염, 및 이들의 양은 본 발명 연마 조성물의 첫 번째 양태에서 기재된 것일 수 있다.
상기 네 번째 양태의 연마 조성물은 하나 이상의 적합한 질소-함유 헤테로고리 화합물을 포함한다. 본원에서 사용된 용어 질소-함유 헤테로고리 화합물은, 고리 시스템의 일부로서 하나 이상의 질소 원자를 갖는 5-, 6-, 또는 7-원자 고리 화합물을 나타낸다. 일 양태에 있어서, 상기 질소-함유 헤테로고리 화합물은 트라이아졸이다. 바람직한 양태에 있어서, 상기 질소-함유 헤테로고리 화합물은 아미노트라이아졸이다. 적합한 아미노트라이아졸의 비-제한적인 예로서, 3-아미노-1,2,4-트라이아졸, 3-아미노-1,2,4-트라이아졸-5-카복실 산, 3-아미노-5-머캅토-1,2,4-트라이아졸, 및 4-아미노-5-하이드라지노-1,2,4-트라이아졸-3-싸이올을 포함한다. 다른 양태에 있어서, 상기 질소-함유 헤테로고리 화합물은 싸이아졸이다. 적합한 싸이아졸의 비-제한적인 예는, 2-아미노-5-메틸싸이아졸, 2-아미노-4-싸이아졸아세트 산, 및 싸이아졸을 포함한다. 다른 양태에 있어서, 상기 질소-함유 헤테로고리 화합물은 헤테로고리 N-옥사이드이다. 적합한 헤테로고리 N-옥사이드의 비-제한적인 예는, 2-하이드록시피리딘-N-옥사이드, 4-메틸모폴린-N-옥사이드, 및 피콜린 산 N- 옥사이드를 포함한다.
상기 네 번째 양태의 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 질소-함유 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다. 상기 연마 조성물은 0.02 중량% 이상, 예를 들어, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 5 중량% 이하, 예를 들어 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 질소-함유 헤테로고리 화합물을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 질소-함유 헤테로고리 화합물을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 연마 조성물은 0.02 중량% 내지 5 중량%, 0.05 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 3 중량%의 질소-함유 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다.
상기 연마 조성물은 선택적으로, 하나 이상의 중탄산 염을 추가적으로 함유할 수 있다. 상기 중탄산 염은 임의의 적합한 중탄산 염일 수 있고, 예를 들어, 중탄산 칼륨, 중탄산 나트륨, 중탄산 암모늄 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 중탄산 염을 함유할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.05 중량% 이상, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 0.25 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 중탄산 염을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 중탄산 염을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 중탄산 염을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 연마 조성물은 0.05 중량% 내지 1 중량%, 0.1 중량% 내지 4 중량% , 0.25 중량% 내지 3 중량% 또는 0.5 중량% 내지 2 중량%의 중탄산 염을 포함할 수 있다.
상기 연마 조성물은 선택적으로, 수산화 칼륨을 추가적으로 함유한다. 상기 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 수산화 칼륨을 함유할 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 조성물은 0.05 중량% 이상, 예를 들어, 0.1 중량% 이상, 또는 0.25 중량% 이상의 수산화 칼륨을 함유할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 연마 조성물은 2 중량% 이하, 예를 들어, 1.5 중량% 이하, 1 중량% 이하, 0.8 중량% 이하, 또는 0.6 중량% 이하의 수산화 칼륨을 함유할 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물은 수산화 칼륨을 상기 한계점 중 임의의 두 점에 의해 제한되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 연마 조성물은 0.05 중량% 내지 1 중량%, 0.1 중량% 내지 2 중량%, 0.1 중량% 내지 1 중량%, 또는 0.25 중량% 내지 0.8 중량%의 수산화 칼륨을 포함할 수 있다.
상기 연마 조성물은 선택적으로, 하나 이상의 다른 첨가제를 추가로 포함한다. 이러한 첨가제는 임의의 적합한 분산제, 예컨대, 예를 들어 하나 이상의 아크릴계 단량체를 포함하는 단독중합체 또는 랜덤, 블록 또는 그래디언트(gradient) 아크릴레이트 공중합체(예를 들어, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 비닐 아크릴레이트 및 스타이렌 아크릴레이트), 이들의 조합 및 이들의 염을 포함한다. 다른 적합한 첨가제는 살생물제(biocide)를 포함한다. 상기 살생물제는 임의의 적합한 살생물제, 예를 들어, 이소티아졸리논 살생물제일 수 있다.
상기 본 발명의 연마 조성물은 당업계에 많은 것들이 잘 알려진 임의의 적합한 기술로 제조될 수 있다. 상기 연마 조성물은 회분식 또는 연속 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 상기 연마 조성물은 임의의 순서로 이들의 구성성분을 조합하여 제조될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "구성성분"은 개별적 구성 요소(예를 들어, 실리카, 규소의 제거 속도를 증가시키는 화합물, 테트라알킬암모늄 염 등)뿐 아니라 구성 요소의 임의의 조합물(예를 들어, 실리카, 규소의 제거 속도를 증가시키는 화합물, 테트라알킬암모늄 염, 완충제 등)을 포함한다.
예를 들어, 일 양태에 있어서, 상기 실리카는 물에 분산될 수 있다. 이후, 상기 유기 카복실 산, 아미노포스폰 산, 및 테트라알킬암모늄 염이 추가되고, 연마 조성물 내로 상기 구성성분을 혼입시킬 수 있는 임의의 방법에 의해 혼합될 수 있다. 규소의 제거 속도를 증가시킬 수 있는 다른 화합물이 유사하게 상기 연마 조성물 제조에 사용될 수 있다. 상기 연마 조성물은 사용하기 전에 제조될 수 있고, 예컨대 pH 조절제와 같은 하나 이상의 구성성분이 연마 조성물 사용 바로 전(예를 들어, 사용하기 전 7일 내, 또는 사용하기 전 1시간 내, 또는 사용하기 전 1분 내)에 연마 조성물에 추가될 수 있다. 상기 연마 조성물은 또한, 연마 공정 중에 기판의 표면에서 구성성분을 혼합함으로써 제조될 수도 있다.
상기 연마 조성물은 또한, 사용하기 전에 적합한 양의 물로 희석된 되도록 의도된 농축물로서 제공될 수 있다. 이러한 양태에 있어서, 상기 연마 조성물 농축물은, 예를 들어, 실리카, 규소 제거 속도를 증가시키는 화합물, 테트라알킬암모늄 염, 및 물을, 적합한 양의 물로 농축물을 희석할 때, 연마 조성물의 각 구성성분이 상기 각 구성성분에 기재된 적합한 범위의 양으로 연마 조성물 내에 존재하도록 하는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마제, 규소의 제거 속도를 증가시키는 화합물, 및 테트라알킬암모늄 염은, 농축물이 동 부피의 물(예컨대, 2배 부피의 물, 3배 부피의 물, 4배 부피의 물, 9배 부피의 물, 14배 부피의 물)로 희석되는 경우 각 성분이 각 성분에 대해 상기 기재된 범위 내의 양으로 연마 조성물 내에 존재하게 되도록, 각 성분에 대해 상기 기재된 농도보다 2배(예컨대, 3배, 4배, 5배, 10배, 또는 15배)인 양으로 상기 농축물에 존재할 수 있다. 또한, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 농축물은 규소 제거 속도를 증가시키는 화합물, 및 다른 적합한 첨가제가 농축물 내에 적어도 부분적으로 또는 완전히 용해되도록, 최종 연마 조성물 내에 존재하는 적정 분율의 물을 함유할 수 있다.
본 발명은 추가적으로 (i) 기판을 연마 패드 및 본원에 기재된 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 화학적-기계적 연마 조성물이 연마 패드와 기판 사이에 위치한 상태에서 기판에 대하여 연마 패드를 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 연삭하여 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판을 화학적-기계적으로 연마하는 방법을 제공한다.
본 발명의 연마 조성물은 모든 기판 연마에 사용될 수 있지만, 규소를 포함하는 기판, 예를 들어 전자 산업에서 사용되는 규소 웨이퍼의 연마에 특히 유용하다. 이와 관련하여, 규소는 비도핑된 규소일 수 있거나, 도핑된 규소, 예컨대, 붕소 또는 알루미늄으로 도핑된 p-형 규소일 수 있다. 또한, 상기 규소는 폴리실리콘일 수 있다. 본 발명의 연마 조성물 및 그의 사용 방법은, 다이아몬드 소잉(sawing) 및 러프(rough) 그라인딩에 의해 규소 단결정으로부터 제조된 규소 웨이퍼의 예비-연마 또는 최종 연마뿐만 아니라 규소 웨이퍼의 엣지 연마 및 연마에 의한 규소 웨이퍼의 리클레메이션(reclamation)에 사용하기에 적합하다.
유리하게, 본 발명의 연마 방법은, 다이아몬드 소잉된(sawed) 규소 웨이퍼를 랩핑(lapping) 및 에칭한 후 규소 웨이퍼를 연마시키는데 사용될 때, 나노토포그라피(nanotopography)를 향상시킨다. 화학적-기계적 연마 동안의 나노토포그라피의 변화를 측정하기 위한 한가지 방법은 변수 ΔRz / d의 값을 측정하는 것이다: 이때, 상기 Rz은 프로필의 평균 최대 높이이고, ΔRz은 일정 시점으로부터 다른 시점까지, 예를 들어, 화학적-기계적 연마 전 및 후의 Rz의 변화이고, d는 동일한 기간 동안에 걸쳐 마이크론 단위의 제거된 물질의 양이고, 그 결과는 나노미터로 나타내어진다. 도 1을 참조하면, Rmax는 주어진 샘플 길이 L에서의 피크(peak)에서 골짜기(valley)까지의 최대 높이를 나타내고, Rz는 5개의 인접 샘플 길이에서 5개의 Rmax 값의 평균을 나타낸다. 샘플 길이 L은 대략 5 mm이다. (Rz의 계산이 가능하도록) Rmax를 측정하기 위한 적합한 기술은 스타일러스 프로필측정법(stylus profilometry), 광학 프로필측정법(optical profilometry), 및 원자간력 현미경법을 포함한다. 스타일러스 프로필측정법 및 광학 프로필측정법에 적합한 장비는 예를 들어, 베코 인스트루먼츠(Veeco Instruments) (미국 뉴욕 플레인뷰 소재)으로부터 구입할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 연마 방법은, 0 이하의 ΔRz / d를 생성한다. 즉, 본 발명의 연마 방법을 사용 시 기판 나노토포그라피는 불변이거나 또는 향상된다.
본 발명의 연마 방법은 화학적-기계적 연마 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 통상적으로, 상기 장치는, 사용 시에 움직이며 궤도운동, 선운동 또는 원운동에 기인된 속도를 갖는 평판(platen), 상기 평판과 접촉하며 움직일 때에 상기 평판과 함께 움직이는 연마 패드, 및 상기 연마 패드의 표면과 접촉되어 그 표면에 대해 움직임으로써 연마할 기판을 고정시키는 담체를 포함한다. 상기 기판의 연마는, 기판을 상기 연마 패드 및 본 발명의 연마 조성물과 접촉하도록 위치시킨 후 상기 연마 패드를 기판에 대해 움직이게 하여 상기 기판의 적어도 일부를 연삭하여 기판을 연마함으로써 수행된다.
기판은 임의의 적합한 연마 패드(예를 들어, 연마 표면)를 사용하여 화학적-기계적 연마 조성물로 연마될 수 있다. 적합한 연마 패드는 예컨대 제직 및 부직 연마 패드를 포함한다. 또한, 적합한 연마 패드는 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축능, 압축 시의 반탄능, 및 압축 모듈러스를 갖는 임의의 적합한 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체는, 예컨대 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 플루오로카본, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에터, 폴리에틸렌, 폴리아마이드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 이들의 공성형된 제품 및 이들의 혼합물을 포함한다. 경질 폴리우레탄 연마 패드가 본 발명의 연마 방법과 연계 시에 특히 유용하다.
바람직하게는, 상기 화학적-기계적 연마 장치는 동일 반응계 내 연마 종점(endpoint) 검출 시스템을 추가로 포함하며, 이 중 다수는 당업계에 공지되어 있다. 연마되는 기판의 표면으로부터 반사되는 광 또는 다른 복사선을 분석함으로써 연마 공정을 조사 및 모니터링하는 기법이 당업계에 공지되어 있다. 이런 방법은, 예를 들어 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 제5,838,447호, 미국 특허 제5,872,633호, 미국 특허 제5,893,796호, 미국 특허 제5,949,927호, 및 미국 특허 제5,964,643호에 기재되어 있다. 바람직하게는, 연마되는 기판에 대한 연마 공정의 진행의 조사 및 모니터링은 연마 종점의 결정, 즉 특정 기판에 대한 연마 공정의 종결 시점의 결정을 가능케 한다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하지만, 당연히 어떠한 경우에도 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
이 실시예는, 유기 카복실산, 아미노포스폰 산 및 테트라알킬암모늄 염이, 본 발명의 연마 조성물에 의해 성취 가능한 규소 기판에 대해 관찰되는 제거 속도 및 표면 조도에 미치는 효과를 입증한다.
102 cm(4 인치) 직경의 원형 규소 웨이퍼를 포함하는 7개의 유사한 기판들을 7가지의 상이한 연마 조성물(연마 조성물 1A-1G)로 연마하였다. 상기 연마 조성물 모두는 물 중에 1 중량%의 실리카 (습식-가공된 실리카(연마 조성물 1A, 1B, 1D 및 1F) 또는 건식-가공된 실리카(연마 조성물 1C, 1E 및 1G)), 0.27 중량%의 테트라메틸암모늄 수산화물, 및 0.05 중량%의 중탄산 칼륨을 함유하였고, pH는 10.5였다. 연마 조성물 1A(비교예)는 추가적으로 0.017 중량%의 에틸렌다이아민테트라아세트 산 및 0.067 중량%의 피페라진을 함유하였다. 연마 조성물 1B 내지 1G는 추가적으로 유기 카복실 산을 함유하였다: 0.033 중량%의 다이에틸렌트라이아민펜타(메틸렌 포스폰 산), 및 0.08 중량%의 말론 산(연마 조성물 1B 및 1C), 0.067 중량% 락트 산(연마 조성물 1D 및 1E), 또는 0.107 중량% 말 산(연마 조성물 1F 및 1G)
연마 후, 각 연마 조성물에 대해 규소에 대한 제거 속도 및 나노토포그라피의 변화 정도(ΔRz/d)를 결정하였다. 그 결과를 표 1에 요약하였다.
Figure 112012029540715-pct00001
표 1에 개시된 결과로부터 자명한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물은 비교예 연마 조성물이 나타내는 제거 속도의 약 79% 내지 88%의 제거 속도를 나타냈으며, 본 발명의 연마 조성물은, 비교예 연마 조성물이 약 6 nm의 표면 조도 증가를 나타낸 것에 반하여, 약 0.2 nm의 표면 조도의 감소(연마 조성물 1F)로부터 약 0.4 nm의 표면 조도의 증가(연마 조성물 1D 및 1E)까지의 연마에 의해 야기된 표면 조도의 변화를 나타냈다.
실시예 2
이 실시예는, 유기 카복실산, 폴리아미노카복실 산, 및 테트라알킬암모늄 염이, 본 발명의 연마 조성물에 의해 성취가능한 규소 기판에 대해 관찰되는 제거 속도 및 표면 조도에 미치는 효과를 입증한다.
102 cm(4 인치) 직경의 원형 규소 웨이퍼를 포함하는 3개의 유사한 기판들을 3가지의 상이한 연마 조성물(연마 조성물 2A-2C)로 연마하였다. 연마 조성물 2A(비교예)는 1 중량%의 습식-가공된 실리카, 0.0167 중량%의 에틸렌다이아민테트라아세트 산, 0.067 중량%의 피페라진, 0.27 중량%의 테트라메틸암모늄 수산화물, 및 0.05 중량% 탄산수소 칼륨을 함유하였다. 연마 조성물 2B(본발명)는 0.85 중량%의 습식-가공된 실리카, 0.02 중량%의 에틸렌다이아민테트라아세트 산, 0,083 중량%의 옥살 산, 0.2 중량%의 테트라메틸암모늄 수산화물, 및 0.1 중량%의 탄산수소 칼륨을 함유하였다. 연마 조성물 2C(본발명)는 0.53 중량% 습식-가공된 실리카, 0.0167 중량% 에틸렌다이아민테트라아세트 산, 0.007 중량%의 옥살 산, 0.067 중량%의 테트라메틸암모늄 수산화물, 및 0.05 중량%의 탄산수소 칼륨을 함유하였다.
연마 후, 각 연마 조성물에 대해 규소에 대한 제거 속도 및 나노토포그라피의 변화 정도(ΔRz/d)를 결정하였다. 그 결과를 표 2에 요약하였다.
Figure 112012029540715-pct00002
표 2에 개시된 결과로부터 자명한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물은 비교예 연마 조성물이 나타내는 제거 속도의 약 82% 내지 88%의 제거 속도를 나타냈으며, 본 발명의 연마 조성물은, 비교예 연마 조성물이 연마에 의해 약 4 nm의 표면 조도 증가를 야기하는 것에 반하여, 연마에 의해 약 4 nm 및 7 nm의 표면 조도 감소를 나타냈다.
실시예 3
이 실시예는, 유기 카복실산, 폴리아미노카복실 산, 아민 및 테트라알킬암모늄 염이, 본 발명의 연마 조성물에 의해 성취가능한 규소 기판에 대해 관찰되는 제거 속도 및 표면 조도에 미치는 효과를 입증한다.
102 cm(4 인치) 직경의 원형 규소 웨이퍼를 포함하는 2개의 유사한 기판들을 2가지의 상이한 연마 조성물(연마 조성물 3A-3B)로 연마하였다. 연마 조성물 3A 및 3B는 1 중량%의 습식-가공된 실리카, 0.0167 중량%의 에틸렌다이아민테트라아세트 산, 0.067 중량%의 피페라진, 0.27 중량%의 테트라메틸암모늄 수산화물 및 0.05 중량%의 탄산수소 칼륨을 함유하였다. 연마 조성물 3B(본발명)은 추가적으로 0.033 중량%의 벤질 산을 함유하였다.
연마 후, 각 연마 조성물에 대해 규소에 대한 제거 속도 및 나노토포그라피의 변화 정도(ΔRz/d)를 결정하였다. 그 결과를 표 3에 요약하였다.
Figure 112012029540715-pct00003
표 3에 개시된 결과로부터 자명한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물은 비교예 연마 조성물이 나타내는 제거 속도의 약 42%의 제거 속도를 나타냈으며, 본 발명의 연마 조성물은, 비교예 연마 조성물이 연마에 의해 약 6 nm의 표면 조도 증가를 야기하는 것에 반하여, 연마에 의해 약 6 nm의 표면 조도의 감소를 나타냈다.
실시예 4
이 실시예는, 다이올 화합물, 폴리아미노카복실 산, 아민 및 테트라알킬암모늄 염이, 본 발명의 연마 조성물에 의해 성취가능한 규소 기판에 대해 관찰되는 제거 속도 및 표면 조도에 미치는 효과를 입증한다.
102 cm(4 인치) 직경의 원형 규소 웨이퍼를 포함하는 2개의 유사한 기판들을 2가지의 상이한 연마 조성물(연마 조성물 4A-4B)로 연마하였다. 연마 조성물 4A 및 4B는 1 중량%의 습식-가공된 실리카, 0.0167 중량%의 에틸렌다이아민테트라아세트 산, 0.067 중량%의 피페라진, 0.27 중량%의 테트라메틸암모늄 수산화물, 및 0.05 중량%의 탄산수소 칼륨을 함유하였다. 연마 조성물 3B(본발명)은 추가적으로 0.033 중량%의 2,4-펜탄다이올(예를 들어, 다이올 화합물)을 함유하였다.
연마 후, 각 연마 조성물에 대해 규소에 대한 제거 속도 및 나노토포그라피의 변화 정도(ΔRz/d)를 결정하였다. 그 결과를 표 4에 요약하였다.
Figure 112012029540715-pct00004
표 4에 개시된 결과로부터 자명한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물은 비교예 연마 조성물에 의한 제거 속도의 약 82%의 제거 속도를 나타냈으며, 본 발명의 연마 조성물은, 비교예 연마 조성물이 연마에 의해 약 -0.5 nm의 표면 조도 감소를 나타낸 것에 반하여, 연마에 의해 약 5 nm의 표면 조도의 감소를 나타냈다.
본 발명을 수행하기 위한 잘 알려진 최적의 모드를 비롯하여 본 발명의 바람직한 양태가 본원에 기재되어 있다. 상기 바람직한 양태의 변경은 앞서 기재된 설명을 참조하면 당업자에게 자명하다. 본 발명자들은 당업자들이 이러한 변경을 적합하게 이용할 것으로 기대하며, 본 발명이 본원에 구체적으로 기재된 것과 다르게 달리 실시될 것으로도 기대한다. 따라서, 본 발명은, 적용 가능한 법이 허용하는 첨부된 청구범위에 기재된 발명의 청구 대상의 모든 변형 및 균등물을 포함한다. 또한, 본원에서 다르게 기재되거나 본문과 명백히 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형에서의 상기 기재된 요소들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

Claims (66)

  1. (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%,
    (b) 1종 이상의 유기 카복실산 0.02 중량% 내지 5 중량%,
    (c) 1종 이상의 아미노포스폰산 0.05 중량% 내지 2 중량%,
    (d) 테트라알킬암모늄 수산화물, 염화물, 브롬화물, 황산염 및 황산수소염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 테트라알킬암모늄염 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (e) 중탄산 칼륨,
    (f) 선택적으로, 수산화칼륨, 및
    (g) 물
    을 포함하고, pH가 8 내지 11인, 화학적-기계적 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 연마 조성물이 5 중량% 내지 20 중량%의 실리카를 포함하거나;
    (b) 실리카가 습식-가공된(wet-process) 실리카이거나;
    (c) 실리카가 건식-가공된(fumed) 실리카이거나;
    (d) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 2 중량%의 유기 카복실산을 포함하거나;
    (e) 1종 이상의 유기 카복실산이 하이드록시카복실산이거나;
    (f) 1종 이상의 유기 카복실산이 하이드록시벤조산이거나;
    (g) 1종 이상의 카복실산이 아미노산이거나;
    (h) 연마 조성물이 1종 이상의 아미노포스폰산 0.1 중량% 내지 1 중량%를 포함하거나;
    (i) 연마 조성물 중에 1종 이상의 중탄산염이 존재하고, 상기 중탄산염이 중탄산칼륨이거나;
    (j) 연마 조성물 중에 수산화칼륨이 존재하거나;
    (k) 연마 조성물이 pH 8 내지 10의 pH를 갖는 것
    중 어느 하나 이상을 충족하는, 연마 조성물.
  3. (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%,
    (b) 1종 이상의 폴리아미노카복실산 0.1 중량% 내지 2 중량%,
    (c) 1종 이상의 아민 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (d) 1종 이상의 테트라알킬암모늄염 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (e) 1종 이상의 1,3-다이올 화합물 0.001 중량% 내지 1 중량%,
    (f) 선택적으로, 1종 이상의 중탄산염, 및
    (g) 물
    로 필수적으로 이루어지고, pH가 7 내지 11인, 화학적-기계적 연마 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    (a) 연마 조성물이 5 중량% 내지 20 중량%의 실리카를 포함하거나;
    (b) 연마 조성물이 10 중량% 내지 15 중량%의 실리카를 포함하거나;
    (c) 실리카가 습식-가공된 실리카이거나;
    (d) 실리카가 건식-가공된 실리카이거나;
    (e) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 1 중량%의 폴리아미노카복실산을 포함하거나;
    (f) 상기 폴리아미노카복실산이 에틸렌다이아민테트라아세트산, 다이에틸렌트리아민펜타아세트산, N-(하이드록시에틸)에틸렌다이아민트라이아세트산, 니트릴로트라이아세트산, 이들의 염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나;
    (g) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 2 중량%의 아민을 포함하거나;
    (h) 상기 아민이 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진, 2-메틸-1-아미노에탄올, (2-아미노에틸)아미노에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나;
    (i) 상기 1,3-다이올 화합물이 1,3-부탄다이올, 2,4-펜탄다이올, 2,4-헥산다이올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나;
    (j) 연마 조성물 중에 1종 이상의 중탄산염이 존재하고, 상기 중탄산염이 중탄산칼륨이거나;
    (k) 연마 조성물이 pH 8 내지 10의 pH를 갖는 것
    중 어느 하나 이상을 충족하는, 연마 조성물.
  5. (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%,
    (b) 1종 이상의 폴리아미노카복실산 0.1 중량% 내지 2 중량%,
    (c) 1종 이상의 테트라알킬암모늄염 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (d) 1종 이상의 유기 카복실산 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (e) 선택적으로, 1종 이상의 아민 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (f) 선택적으로, 1종 이상의 중탄산염, 및
    (g) 물
    로 필수적으로 이루어지고, pH가 7 내지 11인, 화학적-기계적 연마 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    (a) 연마 조성물이 5 중량% 내지 20 중량%의 실리카를 포함하거나;
    (b) 연마 조성물이 10 중량% 내지 15 중량%의 실리카를 포함하거나;
    (c) 실리카가 습식-가공된 실리카이거나;
    (d) 실리카가 건식-가공된 실리카이거나;
    (e) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 1 중량%의 폴리아미노카복실산을 포함하거나;
    (f) 상기 폴리아미노카복실산이 에틸렌다이아민테트라아세트산, 다이에틸렌트라이아민펜타아세트산, N-(하이드록시에틸)에틸렌다이아민트라이아세트산, 니트릴로트라이아세트산, 이들의 염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나;
    (g) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 2 중량%의 유기 카복실산을 포함하거나;
    (h) 1종 이상의 유기 카복실산이 다이카복실산이거나;
    (i) 상기 유기 카복실산이 옥살산 또는 벤질산이거나;
    (j) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 2 중량%의 아민을 포함하거나;
    (k) 상기 아민이 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진, 2-메틸-1-아미노에탄올, (2-아미노에틸)아미노에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나;
    (l) 연마 조성물 중에 1종 이상의 중탄산염이 존재하고, 상기 중탄산염이 중탄산칼륨이거나;
    (m) 연마 조성물이 pH 8 내지 10의 pH를 갖는 것
    중 어느 하나 이상을 충족하는, 연마 조성물.
  7. (a) 실리카 0.5 중량% 내지 20 중량%,
    (b) 1종 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물 0.02 중량% 내지 5 중량%,
    (c) 1종 이상의 아미노포스폰산 0.05 중량% 내지 2 중량%,
    (d) 1종 이상의 테트라알킬암모늄염 0.1 중량% 내지 5 중량%,
    (e) 선택적으로, 1종 이상의 중탄산염, 및
    (f) 물
    로 필수적으로 이루어지고, pH가 7 내지 11인, 화학적-기계적 연마 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    (a) 연마 조성물이 5 중량% 내지 20 중량%의 실리카를 포함하거나;
    (b) 실리카가 습식-가공된 실리카이거나;
    (c) 실리카가 건식-가공된 실리카이거나;
    (d) 연마 조성물이 0.1 중량% 내지 2 중량%의 질소-함유 헤테로고리 화합물을 포함하거나;
    (e) 1종 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물이 트라이아졸이거나;
    (f) 1종 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물이 싸이아졸이거나;
    (g) 1종 이상의 질소-함유 헤테로고리 화합물이 헤테로고리 N-옥사이드이거나;
    (h) 연마 조성물이 1종 이상의 아미노포스폰산 0.1 중량% 내지 1 중량%를 포함하거나;
    (i) 연마 조성물 중에 1종 이상의 중탄산염이 존재하고, 상기 중탄산염이 중탄산칼륨이거나;
    (j) 연마 조성물이 pH 8 내지 10의 pH를 갖는 것
    중 어느 하나 이상을 충족하는, 연마 조성물.
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