KR101908280B1 - 수성 연마 조성물 및 전기, 기계 및 광학 소자용 기판의 화학적 기계적 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은,
(A) 전기영동 이동도에 의해 입증되는 바와 같이 3 내지 9 의 범위의 pH 를 갖고, 성분 (B) 가 없는 수성 매질에 분산될 때 양성으로 하전되는, 연마제 입자;
(B) 음이온성 포스페이트 분산제; 및
(C) 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 다가 알코올 성분:
(c1) 4 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족, 단량체성, 이량체성 및 올리고머성 폴리올;
(c2) 하기로 이루어진 혼합물:
(c21) 2 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족 폴리올; 및
(c22) 선형 및 분지형 알킬렌 옥시드 단독중합체 및 공중합체 (c221); 및 선형 및 분지형, 지방족 및 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 및 공중합체 (c222) 로부터 선택되는 수용성 또는 수분산성 중합체; 및
(c3) (c1) 및 (c2) 의 혼합물
을 포함하는, 3 내지 11 의 범위의 pH 를 갖는 수성 연마 조성물; 및 전기, 기계 및 광학 소자용 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
(A) 전기영동 이동도에 의해 입증되는 바와 같이 3 내지 9 의 범위의 pH 를 갖고, 성분 (B) 가 없는 수성 매질에 분산될 때 양성으로 하전되는, 연마제 입자;
(B) 음이온성 포스페이트 분산제; 및
(C) 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 다가 알코올 성분:
(c1) 4 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족, 단량체성, 이량체성 및 올리고머성 폴리올;
(c2) 하기로 이루어진 혼합물:
(c21) 2 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족 폴리올; 및
(c22) 선형 및 분지형 알킬렌 옥시드 단독중합체 및 공중합체 (c221); 및 선형 및 분지형, 지방족 및 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 및 공중합체 (c222) 로부터 선택되는 수용성 또는 수분산성 중합체; 및
(c3) (c1) 및 (c2) 의 혼합물
을 포함하는, 3 내지 11 의 범위의 pH 를 갖는 수성 연마 조성물; 및 전기, 기계 및 광학 소자용 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 전기, 기계 및 광학 소자용 기판을 연마하는데 특히 적합한 신규 수성 연마 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전기, 기계 및 광학 소자를 제작하기 위한 기판을 연마하는 신규한 방법에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 전기, 기계 및 광학 소자를 제작하기 위한 신규 수성 연마 조성물의 신규 용도에 관한 것이다.
인용 문헌
본원에 인용된 문헌은 그 전문이 참조로서 포함되어 있다.
화학적 기계적 평탄화 또는 연마 (CMP) 는 집적 회로 (IC) 소자의 지엽적 및 전반적 평탄도를 달성하기 위한 1차적 방법이다. 상기 기술은 전형적으로, 적용되는 하중 하에서 회전 기판 표면과 연마 패드 사이의 활성 화학으로서 연마제 및 기타 첨가제를 함유하는 CMP 조성물 또는 슬러리에 적용된다. 따라서, CMP 공정은 산화 또는 킬레이트화와 같은 화학적 공정과 마모와 같은 물리적 공정을 결합한 공정이다. 기판의 연마 또는 제거가 전적으로 물리적 작용으로 또는 전적으로 화학적 작용으로 이루어지기 보다는, 신속한 균일 제거를 달성하기 위해선 둘 모두의 상승적 조합이 바람직할 수 있다.
이러한 방식으로, 원하는 평탄도가 달성되거나 장벽 하위층 또는 중단 층이 노출될 때까지 기판이 제거된다. 결국, 후속적인 사진식각공정, 패턴화, 에칭 및 박막 가공에 의한 적절한 다중층의 IC 소자 제작을 가능하게 하는 평탄한, 결점-없는 표면이 수득된다.
쉘로우 트렌치 분리 (Shallow trench isolation; STI) 는 일반적으로 패턴화된 웨이퍼 기판 상에서 질화규소에 대한 이산화규소의 선택적 제거를 요하는 특이적 CMP 적용이다. 이 경우, 에칭된 트렌치는 유전체 물질, 예를 들어, 이산화규소로 과충전되고, 이는 중단 층으로서 질화규소 장벽 필름을 사용하여 연마된다. CMP 공정은, 노출된 질화규소 및 트렌치 산화규소의 제거를 최소화하면서 장벽 필름으로부터 이산화규소를 클리어링하는 것으로 끝난다.
이는, 당업계에서 산화물-대-질화물 선택성으로서 지칭되는 비율인, 질화규소 제거율 MRR 에 대한 이산화규소 물질 제거율 MRR 의 높은 상대적 비율을 달성할 수 있는 CMP 슬러리를 요한다.
산화세륨-기재 CMP 슬러리는, 당업계에서 산화세륨의 화학적 투쓰 작용으로서 지칭되는 이산화규소에 대한 산화세륨의 높은 화학적 친화도로 인한 상대적으로 높은 산화물-대-질화물 선택성을 달성하기 위한 이들의 능력 때문에 STI 적용에서 상당히 주목받고 있다.
그럼에도 불구하고, 산화세륨-기재 CMP 슬러리의 산화물-대-질화물 선택성은, 선택성을 "재단" 하는 첨가제에 의해 향상되어야만 한다.
산화세륨-기재 CMP 슬러리의 선택성을 재단하려는 수많은 시도가 있어 왔다.
그러므로, Jae-Don Lee 등은 문헌 [Journal of the Electrochemical Society, 149 (8), G477-G481, 2002] 에서, CMP 동안 산화물-대-폴리실리콘 선택성에 대해, 상이한 친수성-친유성-밸런스 (HLB) 값을 갖는 비이온성 계면활성제, 예컨대 폴리에틸렌옥시드, 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체 및 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드-에틸렌옥시드 트리블록 공중합체의 효과를 개시하고 있다. 그러나, 발연 실리카가 연마제로서 사용된다.
Jae-Dong Lee 등은 문헌 [Electrochemical Society, 149 (8) G477-G481, 2002, Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-To-Polysilicon Selectivity during Chemical Mechanical Polishing] 에서, 계면활성제 예컨대 폴리에틸렌옥시드 (PEO) 및 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드-에틸렌옥시드 트리블록 공중합체의 영향을 개시하고 있다. 그러나, 산화물-대-질화물 선택성에 대해선 접근하지 않고 있다.
미국 특허 출원 제 US 2002/0034875 A1 호 및 미국 특허 제 US 6,626,968 B2 호는, 계면활성제, pH 조절제, 예컨대 수산화칼륨, 황산, 질산, 염산 또는 인산, 및 친수성 관능성 기 및 소수성 관능성 기를 함유하는 중합체, 예컨대 폴리비닐 메틸 에테르 (PVME), 폴리에틸렌 글라이콜 (PEG), 폴리옥시에틸렌 23 라우릴 에테르 (POLE), 폴리프로판산 (PPA), 폴리아크릴산 (PM), 및 폴리에테르 글라이콜 비스 에테르 (PEGBE) 를 함유하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 증가된 산화물-대-폴리실리콘 선택성을 갖는다.
미국 특허 제 US 6,616,514 B1 호는, 수성 매질에 해리될 수 없는 3 개 이상의 히드록실 기를 갖는 유기 폴리올을 함유하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리; 또는 산화물-대-질화물 선택성을 개선시키기 위한 덱스트린 및 만니톨, 소르비톨, 만노오즈, 자일리톨, 소르보오스, 수크로오스와 같은 수성 매질에 해리될 수 없는 3 개 이상의 히드록실 기를 갖는 하나 이상의 단량체로부터 형성된 중합체를 개시하고 있다.
미국 특허 출원 제 US 2006/0124594 A1 호는, 폴리에틸렌 글라이콜 (PEG) 과 같은 비이온성 중합체를 포함하는 점도 증강제를 포함하고 1.5 cP 이상의 점도를 갖는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 높은 산화물-대-질화물 선택성 및 낮은 웨이퍼-내 비-균일도 WIWNU 를 갖는 것으로 여겨진다.
미국 특허 출원 제 US 2006/0207188 A1 호는, 폴리아크릴산 또는 폴리(알킬 메타크릴레이트) 와 같은 중합체 및 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 에틸-메타크릴아미드, 비닐피리딘, 또는 비닐피롤리돈과 같은 단량체의 반응 생성물을 함유하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 반응 생성물은 또한 산화물-대-질화물 선택성을 증가시키는 것으로 여겨진다.
미국 특허 출원 제 US 2006/0216935 A1 호는, 단백질, 라이신 및/또는 아르기닌 및 피롤리돈 화합물, 예컨대 폴리비닐피롤리돈 (PVP), N-옥틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-히드록시에틸-2-피롤리돈, N-시클로헥실-2-피롤리돈, N-부틸-2-피롤리돈, N-헥실-2-피롤리돈, N-데실-2-피롤리돈, N-옥타데실-2-피롤리돈, 및 N-헥사데실-2-피롤리돈을 포함하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 폴리아크릴산, 글라이콜 및 폴리글라이콜과 같은 분산제를 추가로 함유할 수 있다. 특정 예는 프롤린, 폴리비닐피롤리돈 또는 N-옥틸-2-피롤리돈, PPO/PEO 블록공중합체, 및 글루타르알데히드를 사용한다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 트렌치 이산화규소를 공격적으로 제거하지 않으며, 이로써 최소 단계 높이를 실질적으로 증가시키지 않으면서 종점을 넘어선 확장된 연마를 가능하게 하는 것으로 여겨진다.
미국 특허 출원 제 US 2007/0077865 A1 호는, 바람직하게는 Pluronic™ 패밀리 (BASF 사제) 로부터의 폴리에틸렌옥시드/폴리프로필렌옥시드 공중합체를 함유하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는, 아미노 알코올 예컨대 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 (DMAMP), 2-아미노-2-에틸-1-프로판올 (AMP), 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-(이소프로필아미노)에탄올, 2-(메틸아미노)에탄올, 2-(디에틸아미노)에탄올, 2-(2-디메틸아미노)에톡시)에탄올, 1,1'-[[3-(디메틸아미노)프로필]이미노]-비스-2-프로판올, 2-(2-부틸아미노)에탄올, 2-(tert-부틸아미노)에탄올, 2-(디이소프로필아미노)에탄올, 및 N-(3-아미노프로필)모르폴린을 추가로 함유할 수 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는, 4가 암모늄 화합물, 예컨대 테트라메틸암모늄 히드록시드, 필름 형성제 예컨대 알킬 아민, 알칸올아민, 히드록실 아민, 포스페이트 에스테르, 나트륨 라우릴 술페이트, 지방산, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐포스포네이트, 폴리말레이트, 폴리스티렌 술포네이트, 폴리비닐 술페이트, 벤조트리아졸, 트리아졸, 및 벤조이미다졸, 및 착화제 예컨대 아세틸아세톤, 아세테이트, 글라이콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 갈산, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르테이트, 말레이트, 에틸렌디아민테트라아세트산, 에틸렌 글라이콜, 피로카테콜, 피로갈롤, 타닌산, 포스포늄 염 및 포스폰산을 추가로 함유할 수 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 폴리실리콘에 대한 산화규소 및/또는 질화규소의 양호한 선택성을 제공하는 것으로 여겨진다.
미국 특허 출원 제 US 2007/0175104 A1 호는, 아크릴아미드, 메타크릴아미드 및 이의 알파-치환된 유도체; 폴리에틸렌 글라이콜; 폴리비닐피롤리돈; 아세틸렌-기재 디올의 알킬옥실화 선형 지방족 알코올 및 에틸렌옥시드 부가물로 이루어진 군으로부터 선택되는 임의의 구성원에 의해 치환된 N-일치환된 또는 N,N-이치환된 골격을 갖는 수용성 중합체로부터 선택되는 폴리실리콘 연마 저해제를 포함하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 추가의 수용성 중합체, 예컨대 폴리사카라이드, 예를 들어 알긴산, 펙틴산, 카르복시메틸셀룰로오스, 아가, 커들란, 및 풀루란; 폴리카르복실산 예컨대 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴리라이신, 폴리말산, 폴리메타크릴산, 폴리이미드산, 폴리말레산, 폴리이타콘산, 폴리푸마르산, 폴리(p-스티렌 카르복실산), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 아미노 폴리아크릴아미드, 폴리글리옥살산 및 이의 염; 및 비닐 중합체 예컨대 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크롤레인을 함유할 수 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 폴리실리콘에 대해 높은 산화규소 선택성을 갖는 것으로 여겨진다.
미국 특허 출원 제 US 2007/0191244 A1 호는, 히드록실 기 및 카르복실 기 또는 둘 모두를 함유하는 30 내지 500 의 중량-평균 분자 중량을 갖는 화합물, 예컨대 시트레이트, 말레이트, 글루코네이트, 타르트레이트, 2-히드록시이소부티레이트, 아디페이트, 옥타노에이트, 숙시네이트, EDTA-함유 화합물, 글루타레이트, 메틸렌숙시네이트, 만노오즈, 글리세로-갈락토-헵토오스, 에리트로-만노-옥토오즈, 아라비노-갈락토-노노오즈, 및 글루타민을 함유하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 알콕시폴리알킬렌 글라이콜 측쇄를 갖는 그래프트 유형 중합체 산 또는 선형 중합체 산을 추가로 함유할 수 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 연마된 웨이퍼의 전반적인 평탄도 향상을 달성하는 것으로 여겨진다.
미국 특허 출원 제 US 2008/0085602 A1 호 및 제 US 2008/0124913 A1 호는, 분산제로서 폴리아크릴산 및 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드-에틸렌옥시드 트리블록 공중합체로부터 선택되는 비이온성 계면활성제 0.001 내지 0.1 중량%를 함유하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 슬러리는 폴리실리콘에 대해 높은 산화규소 및 질화규소 선택성을 갖는 것으로 여겨진다.
전기 소자, 특히, 반도체 집적 회로 (IC) 의 제작은 그중에서도 높은 선택성의 CMP 를 포함하는 초정밀 방법을 요한다.
종래 기술의 산화세륨-기재 CMP 슬러리가 만족스러운 산화물-대-질화물 선택성을 갖고 웨이퍼-내 비균일도 (WIWNU) 및 웨이퍼-대-웨이퍼 비균일도 (WTWNU) 로 입증되는 바와 같은 양호한 전반적 및 국부적 평탄도를 갖는 연마된 웨이퍼를 수득할 수 있지만, IC 아키텍쳐, 특히 LSI (대규모 통합) 또는 VLSI (초대규모 통합) 를 갖는 IC 의 치수를 감소시키는 것, 집적 회로 소자의 제조의 기술적 및 경제적 요구의 증가를 충족시키고 이를 위한 산화세륨-기재 CMP 슬러리의 지속적인 개선을 충족시키는 것이 필요하다.
그러나, 종래 기술의 산화세륨-기재 CMP 슬러리가 개선되어, 집적 회로 소자 분야뿐 아니라 다른 전기 소자, 예컨대 액정 패널, 유기 전계발광 패널, 인쇄 회로 기판, 마이크로 머신, DNA 칩, 마이크로 플랜트, 광전압 전지, 및 자기 헤드; 및 초정밀 기계 소자 및 광학 소자, 특히, 광학 유리 예컨대 광-마스크, 렌즈 및 프리즘, 무기 전기-전도성 필름 예컨대 인듐 주석 산화물 (ITO), 광학 집적 회로, 광학 스위칭 요소, 광학 웨이브가이드, 광학 모노크리스털 예컨대 광섬유의 단면 및 신틸레이터, 고체 레이져 모노크리스털, 청색 레이져 LED 용 사파이어 기판, 반도체 모노크리스털, 및 자기 디스크용 유리 기판의 제작 분야에서도 개선된 연마 및 평탄화 효능을 갖는 것이 요구되고 있다. 그러한 전기 및 광학 소자의 제조는 초정밀 CMP 공정 단계를 요구한다.
유럽 특허 출원 제 EP 1 338 636 A1 호는, 셀룰로오스, 결정형 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 실리카, 알기네이트, 베타-나프탈렌 술포네이트 포르말린 응축물, 칼슘 2차 포스페이트, 단백질, 폴리펩티드 및 유기 고분자 응결제, 및 분산제 또는 계면활성제 예컨대 축합 포스페이트 예컨대 피로인산, 나트륨 피로포스페이트, 나트륨 트리폴리포스페이트 또는 나트륨 헥사메타포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 항고체화제를 포함하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 그러나, 오직 유리의 연마만이 개시되어 있다.
일본 특허 출원 제 JP 2005-336400 A 호는, 수용성 축합 포스페이트 예컨대 피로포스페이트, 트리폴리포스페이트 및 헥사메타인산 염, 및 수용성 카르보네이트 또는 수소카르보네이트를 포함하는 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 수용성 유기 용매 예컨대 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜 및 1,2,3-프로판트리올, 케톤 예컨대 아세톤 및 메틸에틸케톤, 테트라히드로푸란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸 술폭시드, 및 1,4-디옥산을 추가로 함유할 수 있다. 산화세륨-기재 CMP 슬러리는 연마 정확도, 세정, 초기 연마 속도 및 연마 속도에 대해 개선된 연마를 갖는 것으로 여겨진다. 그러나, 오직 유리의 연마만이 개시되어 있다.
일본 특허 출원 제 JP 2001-240850 A 호는, 알루미나, 지르코니아 또는 규소 카바이드 (연마제로서), 알킬렌 옥시드-에틸렌옥시드 블록 또는 랜덤 공중합체 (분산제로서) 및 나트륨 포스페이트 또는 나트륨 폴리포스페이트 ("부식방지" 로서) 를 함유하는 CMP 슬러리를 개시하고 있다. CMP 슬러리는 규소 웨이퍼, 유리, 알루미늄, 세라믹, 합성 실리카, 석영 및 사파이어를 연마하기 위해 사용된다.
본 발명의 목적
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 연마 조성물의 단점 및 결점을 더 이상 나타내지 않는, 신규한 수성 연마 조성물, 특히 신규한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물, 특히 신규한 산화세륨-기재 CMP 슬러리를 제공하는 것이다.
특히, 신규한 수성 연마 조성물, 특히 신규한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물, 특히 신규한 산화세륨-기재 CMP 슬러리는, 현저히 개선된 산화물-대-폴리실리콘, 산화물-대-질화물 및 질화물-대-폴리실리콘 선택성을 나타내고, 웨이퍼-내 비균일도 (WIWNU) 및 웨이퍼-대-웨이퍼 비균일도 (WTWNU) 에 의해 입증되는 바와 같이 탁월한 전반적 및 국소적 평탄도를 나타내는 연마된 웨이퍼를 수득한다. 따라서, 상기 방법은 50 nm 미만의 치수의 구조를 갖는 IC 아키텍쳐, 특히 LSI (대규모 통합) 또는 VLSI (초대규모 통합) 를 갖는 IC 를 제조하는데 매우 적합해야만 한다.
더욱이, 신규한 수성 연마 조성물, 특히 신규한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 및 특히 신규한 산화세륨-기재 CMP 슬러리는, 집적 회로 소자의 분야에 예외적으로 유용해야할 뿐 아니라, 다른 전기 소자 예컨대 액정 패널, 유기 전계발광 패널, 인쇄 회로 기판, 마이크로 머신, DNA 칩, 마이크로 플랜트 및 자기 헤드; 및 초정밀 기계 소자 및 광학 소자, 특히, 광학 유리 예컨대 광-마스크, 렌즈 및 프리즘, 무기 전기-전도성 필름 예컨대 인듐 주석 산화물 (ITO), 광학 집적 회로, 광학 스위칭 소자, 광도파관, 광학 모노크리스털 예컨대 광섬유의 단면 및 신틸레이터, 고체 레이져 모노크리스털, 청색 레이져 LED 용 사파이어 기판, 반도체 모노크리스털, 및 자기 디스크용 유리 기판을 제조하는 분야에서도 매우 효율적으로 및 유리하게 유용해야만 한다.
본 발명의 추가의 목적은 기계, 전기 및 광학 소자에 대한 기판을 연마하는 신규한 방법을 제공하는 것이며, 상기 기판은 산화규소 유전체 및 실리카 질화물 필름을 함유한다.
발명의 개요
따라서, 3 내지 11 의 범위의 pH 를 갖는 신규한 수성 연마 조성물이 밝혀졌으며, 상기 수성 연마 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 전기영동 이동도에 의해 입증되는 바와 같이 3 내지 9 의 범위의 pH 를 갖고 성분 (B) 가 없는 수성 매질에 분산될 때 양성으로 하전되는 하나 이상의 유형의 연마제 입자;
(B) 하나 이상의 음이온성 포스페이트 분산제; 및
(C) 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 다가 알코올 성분:
(c1) 수성 매질에 해리될 수 없는 4 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족, 단량체성, 이량체성 및 올리고머성 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 다가 알코올;
(c2) 하기로 이루어진 혼합물:
(c21) 수성 매질에 해리될 수 없는 2 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 다가 알코올; 및
(c22) 선형 및 분지형 알킬렌 옥시드 단독중합체 및 공중합체 (c221); 및 선형 및 분지형, 지방족 및 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 및 공중합체 (c222) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수용성 또는 수분산성 중합체; 및
(c3) 상기 (c1) 및 (c2) 의 혼합물.
이하 본원에서, 신규한 수성 연마 조성물은 "본 발명의 조성물" 로서 지칭된다.
더욱이, 원하는 평탄도가 달성될 때까지 기판을 본 발명의 조성물로 1회 이상 접촉시켜 기계, 전기 및 광학 소자에 대한 기판을 연마하는 신규한 방법이 밝혀졌다.
이하 본원에서, 기계, 전기 및 광학 소자에 대한 기판을 연마하는 신규한 방법이 "본 발명의 방법" 으로서 지칭된다.
마지막으로, 전기, 기계 및 광학 소자를 제조하기 위한 본 발명의 조성물의 신규한 용도가 밝혀졌으며, 이러한 용도는 하기에서 "본 발명의 용도" 로서 지칭된다.
본 발명의 이점
종래 기술을 고려하여, 본 발명의 목적이 본 발명의 조성물, 방법, 본 발명의 용도에 의해 해결될 수 있음이 놀랍게도 예기치 않게 밝혀졌다.
특히 놀랍게도, 본 발명의 조성물은 현저히 개선된 산화물-대-질화물 선택성을 나타내고 웨이퍼-내 비균일도 (WIWNU) 및 웨이퍼-대-웨이퍼 비균일도 (WTWNU) 에 의해 입증된 바와 같이 탁월한 전반적 및 국소적 평탄도를 갖는 연마된 웨이퍼를 산출한다. 따라서, 이는 50 nm 미만의 치수의 구조를 갖는 IC 아키텍쳐, 특히 LSI (대규모 통합) 또는 VLSI (초대규모 통합) 를 갖는 IC 를 제조하는데 탁월하게 적합하다.
또한, 본 발명의 조성물은 연장된 수송 및 저장 동안 안정적이고, 이러한 안정도는 로지스틱스 및 공정 관리를 현저히 개선시킨다.
더욱이, 본 발명의 조성물은 집적 회로 소자의 분야에서 예외적으로 유용할 뿐만 아니라, 다른 전기 소자 예컨대 액정 패널, 유기 전계발광 패널, 인쇄 회로 기판, 마이크로 머신, DNA 칩, 마이크로 플랜트 및 자기 헤드; 및 초정밀 기계 소자 및 광학 소자, 특히, 광학 유리 예컨대 광-마스크, 렌즈 및 프리즘, 무기 전기-전도성 필름 예컨대 인듐 주석 산화물 (ITO), 광학 집적 회로, 광학 스위칭 소자, 광도파관, 광학 모노크리스털 예컨대 광섬유의 단면 및 신틸레이터, 고체 레이져 모노크리스털, 청색 레이져 LED 용 사파이어 기판, 반도체 모노크리스털, 및 자기 디스크용 유리 기판을 제조하는 분야에서 가장 효율적으로 및 유리하게 유용하다.
가장 특히, 본 발명의 조성물은 본 발명의 용도에 예외적으로 잘 적합하다.
따라서, 본 발명의 조성물은 본 발명의 공정에 가장 특히 유용하다. 본 발명의 공정은 전기 소자용 기판, 예컨대 액정 패널, 유기 전계발광 패널, 인쇄 회로 기판, 마이크로 머신, DNA 칩, 마이크로 플랜트 및 자기 헤드; 및 기판 for 초정밀 기계 소자 및 광학 소자, 특히, 광학 유리 예컨대 광-마스크, 렌즈 및 프리즘, 무기 전기-전도성 필름 예컨대 인듐 주석 산화물 (ITO), 광학 집적 회로, 광학 스위칭 요소, 광도파관, 광학 모노크리스털 예컨대 광섬유의 단면 및 신틸레이터, 고체 레이져 모노크리스털, 청색 레이져 LED 용 사파이어 기판, 반도체 모노크리스털, 및 자기 디스크용 유리 기판을 연마하는데, 특히 화학적으로 및 기계적으로 연마하는데 가장 유리하게 사용된다.
그러나, 가장 특히, 본 발명의 공정은 산화규소 유전체 필름 및 실리카 질화물 필름을 함유하는 반도체 웨이퍼를 연마하는데 예외적으로 적합하다. 본 발명의 공정은 웨이퍼-내 비균일도 (WIWNU) 및 웨이퍼-대-웨이퍼 비균일도 (WTWNU) 에 의해 입증된 바와 같이 디슁, 쿠핑 또는 핫스팟 없이 탁월한 전반적 및 국부적 평탄도를 갖는 연마된 웨이퍼가 수득되게 한다. 따라서, 이들은 50 nm 미만의 치수를 갖는 구조를 갖는 IC 아키텍쳐, 특히 LSI (대규모 통합) 또는 VLSI (초대규모 통합) 를 갖는 IC 를 제조하는데 예외적으로 적합하다.
본 발명의 조성물은 수성 조성물이다. 이는 주요 용매 및 분산제로서, 물, 특히 초순수 물을 함유한다는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 조성물은 하나 이상의 수혼화성 유기 용매를 함유할 수 있으나, 연마 조성물의 수성 본질을 변화시키지 않는 오직 소량으로만 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 조성물은 60 내지 99.95중량%, 보다 바람직하게는 70 내지 99.9중량%, 심지어 보다 바람직하게는 80 내지 99.9중량% 및 가장 바람직하게는, 90 내지 99.9중량% (본 발명의 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 중량%) 의 물을 함유한다.
본 발명의 조성물의 pH 는, 하기 기술되는 pH-조절제 (E) 를 사용하여 3 내지 11, 보다 바람직하게는, 4 내지 11, 심지어 보다 바람직하게는 5 내지 11, 및, 가장 바람직하게는 6 내지 11 로 설정된다.
"수용성" 이란, 본 발명의 조성물의 성분 및 관련 성분이 분자 수준에 대해 수성 상에 용해될 수 있는 것을 의미한다.
"수분산성" 이란, 본 발명의 조성물의 성분 또는 관련 성분이 수성 상에 분산될 수 있고 안정적인 에멀젼 또는 현탁액을 형성할 수 있음을 의미한다.
"이량체" 또는 "이량체성" 은, 본 발명의 조성물의 성분 또는 관련 성분이 동일한 구조를 갖거나 서로 상이한 구조를 가질 수 있는 2 개의 연결된 단량체성 구조 단위로 이루어진다.
"올리고머" 는, 모두가 동일한 구조를 가질 수 있는 3 내지 12 개의 연결된 단량체성 구조적 단위로 이루어진다. 그러나, 구조적 단위가 2 개 이상의 상이한 구조로부터 선택되는 것이 가능하다.
"중합체" 또는 "중합성" 이란, 본 발명의 성분 또는 관련 성분 모두가 동일한 구조를 가질 수 있는 12 개 초과의 연결된 단량체성 구조 단위로 이루어진다. 그러나, 구조적 단위가 2 개 이상의 상이한 구조로부터 선택되는 것이 가능하다.
"다가" 는 "둘 이상의 히드록시 기" 를 의미한다.
본 발명의 조성물의 제 1 필수 성분은 1 개 이상, 바람직하게는 1 개의 유형의, 연마제 입자 (A) 이다.
연마제 입자 (A) 는, 이하 본원에서 기술되는 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 가 없는 수성 매질에 분산될 때 양전하를 띄고 3 내지 9 의 범위의 pH 를 갖는다. 양전하는 연마제 입자 (A) 의 전기영동 이동도 μ (μm/s) (V/cm) 에 의해 입증된다. 전기영동 이동도 μ 는 Zetasizer Nano (Malvern, Ltd) 와 같은 장치로 직접 측정될 수 있다.
연마제 입자 (A) 의 평균 입자 크기는 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서 본 발명의 소정의 연마 조성물 및 방법의 특정 요건에 맞게 가장 유리하게 조절될 수 있다. 바람직하게는, 평균 입자 크기는 역학적 레이져 광산란 기술에 의해 측정된 바와 같이 1 내지 2000 nm, 바람직하게는 1 내지 1000 nm, 보다 바람직하게는 1 내지 750, 및 가장 바람직하게는, 1 내지 500 nm 의 범위이다.
연마제 입자 (A) 의 입자 크기 분포는 단봉형, 이봉형 또는 다봉형일 수 있다. 바람직하게는, 입자 크기 분포는 연마제 입자 (A) 의 용이하게 재생할 수 있는 특성 프로파일 및 본 발명의 공정 동안 용이하게 재생가능한 조건을 갖기 위해 단봉형이다.
더욱이, 연마제 입자 (A) 의 입자 크기 분포는 폭이 좁을 수도 폭넓을 수도 있다. 바람직하게는, 입자 크기 분포는 연마제 입자 (A) 의 용이하게 재생가능한 특성 프로파일 및 본 발명의 공정 동안 용이하게 재생가능한 조건을 갖기 위해 오직 소량의 소 입자 및 대 입자를 가져 폭이 좁다.
연마제 입자 (A) 는 다양한 형상일 수 있다. 따라서, 이들은 하나 또는 본질적으로는 한 유형의 형상이다. 그러나, 연마제 입자 (A) 가 또한 상이한 형상을 갖는 것이 가능하다. 특히, 2 개의 유형의 상이하게 형상화된 연마제 입자 (A) 는 본 발명의 소정의 조성물에 존재할 수 있다. 형상 자체에 대해, 형상은 정육면체, 모서리가 깎인 정육면체, 8면체형, 20면체, 혹형 및 융기 또는 만입부를 갖거나 갖지 않는 구형일 수 있다. 가장 바람직하게는, 형상은 융기 또는 만입부를 갖지 않거나 오직 매우 적은 정도로 갖는 구형이다. 이러한 형상은, 원칙적으로, 연마제 입자 (A) 가 CMP 공정 동안 노출되는 기계적 힘에 대한 저항성을 증가시키기 때문에 바람직하다.
원칙적으로, 임의의 유형의 연마제 입자 (A) 는, 상기 기술된 특성 프로파일을 갖는 한 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 따라서, 연마제 입자 (A) 는 유기 또는 무기 입자 또는 유기-무기 혼성 입자일 수 있다. 바람직하게는, 연마제 입자 (A) 는 무기 입자이다.
원칙적으로, 임의의 유형의 무기 연마제 입자 (A) 는, 상기 기술된 특성 프로파일을 갖는 한 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 그러나, 가장 바람직하게는, 산화세륨를 함유하거나 산화세륨으로 이루어진 무기 연마제 입자 (A) 가 사용된다.
산화세륨을 함유하는 연마제 입자 (A) 는 소량의 희토류 금속 산화물을 함유할 수 있다.
바람직하게는, 산화세륨을 함유하는 연마제 입자 (A) 는 산화세륨과 상이한 하나 이상의 기타 연마 미립자 물질, 특히 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 산화아연, 및 이들의 혼합물을 함유하거나 이들로 이루어진 코어를 포함하는 복합 입자 (A) 이다.
그러한 복합 입자 (A) 는 예를 들어, 하기 문헌에 공지되어 있다: WO 2005/035688 A1, US 6,110,396, US 6,238,469 B1, US 6,645,265 B1, K. S. Choi et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 671, 2001 Materials Research Society, M5.8.1 to M5.8.10, S.-H. Lee et al., J. Mater. Res., Vol. 17, No. 10, (2002), pages 2744 to 2749, A. Jindal et al., Journal of the Electrochemical Society, 150 (5) G314-G318 (2003), Z. Lu, Journal of Materials Research, Vol. 18, No. 10, October 2003, Materials Research Society, or S. Hedge et al., Electrochemical and Solid-State Letter, 7 (12) G316-G318 (2004).
가장 바람직하게는, 복합 입자 (A) 는 20 내지 100 nm 의 코어 크기를 갖는 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 산화아연, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어를 포함하는 라즈베리-유형 코팅된 입자이다 (상기 코어는 10 nm 미만의 입자 크기를 갖는 산화세륨 입자로 코팅됨).
본 발명의 조성물에 사용되는 연마제 입자 (A) 의 양은 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서 본 발명의 소정의 조성물 및 방법의 특정 요건에 맞게 가장 유리하게 조절될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물은 0.005 내지 10중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 8중량% 및 가장 바람직하게는 0.01 내지 6중량% 의 연마제 입자 (A) (본 발명의 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 중량%) 를 함유한다.
본 발명의 조성물은 제 2 필수 성분으로서 1 개 이상, 바람직하게는 1 개의, 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 를 함유한다.
바람직하게는, 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 는 수용성 축합 포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.
수용성 축합 포스페이트 (B) 의 예는 하기 일반식 I 의 메타포스페이트의 염, 특히 암모늄, 나트륨 및 칼륨 염, 및 일반식 II 및 III 의 폴리포스페이트이다:
[M+ n(PO3)n] (I);
M+ nPnO3n+1 (II);
M+H2PnO3n +1 (III);
[식 중, M 은 암모늄, 나트륨 및 칼륨이고, 지수 n 은 2 내지 10,000 임]. 화학식 I, II, 및 III 의 폴리포스페이트에 대해, 지수 n 은 바람직하게는 2 내지 2,000, 보다 바람직하게는 2 내지 300, 가장 바람직하게는 2 내지 50, 특히 2 내지 15, 예를 들어 3 내지 8 이다.
특히 적합한 수용성 축합 포스페이트 (B) 의 예는 하기이다: Graham's 염 (NaPO3)40-50, Calgon™(NaPO3)15-20, Kurrol's 염 (NaPO3)n (식 중, n = 약 5000 임), 및 암모늄, 나트륨 및 칼륨 헥사메타포스페이트.
본 발명의 조성물 중의 수용성 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 의 농도는 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 는 산화세륨 대 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 의 중량 비가 10 내지 2000 및, 보다 바람직하게는, 20 내지 1000 결과가 되게 하는 양으로 사용된다.
제 3 의 필수 성분으로서, 본 발명의 조성물은 1 개 이상, 바람직하게는 1 개의, 다가 알코올 성분 (C) 을 함유한다.
다가 알코올 성분 (C) 은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(c1) 분자에 대해 4 개 이상, 바람직하게는 5 개 이상, 가장 바람직하게는 6 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 바람직하게는 수용성, 지방족 및 시클로지방족, 단량체성, 이량체성 및 올리고머성 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 다가 알코올 (상기 히드록시 기는 수성 매질에서 해리될 수 없음);
(c2) 하기로 이루어진 혼합물:
(c21) 분자에 대해 2 개 이상, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 바람직하게는 수용성, 지방족 및 시클로지방족 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상, 바람직하게는 1 개의, 다가 알코올 (상기 히드록시 기는 수성 매질에서 해리될 수 없음); 및
(c22) 선형 및 분지형 알킬렌 옥시드 단독중합체 및 공중합체 (c221); 및 선형 및 분지형, 지방족 및 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 및 공중합체 (c222) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상, 바람직하게는 1 개의, 수용성 또는 수분산성, 바람직하게는 수용성, 중합체; 및
(c3) 상기 (c1) 및 (c2) 의 혼합물.
"해리될 수 없는" 이란, 중성 수성 상에서 히드록시 기의 반응 R-OH → R-O- + H+ 에 대한 해리 상수가 매우 낮거나, 사실상, 실제로 거의 0 인 것을 의미한다.
바람직하게는, 다가 알코올 (c1) 은 펜타에리트리톨, 알디톨, 시클리톨, 카르보히드레이트 및 글리세롤의 이량체 및 올리고머, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 알디톨 및 시클리톨로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 알디톨 (c1) 은 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨, 헵티톨, 및 옥티톨로 이루어진 군으로부터 선택된다.
보다 바람직하게는, 테트리톨 (c1) 은 에리트리톨, 트레이톨 및 이의 혼합물로부터 선택되고; 펜티톨 (c1) 은 아라비니톨, 리비톨, 자일리톨 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고; 헥시톨 (c1) 은 갈락티톨, 만니톨, 글루시톨, 알리톨, 알트리톨, 이디톨 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 이량체 (c1) 는 글리세롤의 이량체, 트리메틸올프로판, 에리트리톨, 트레이톨 및 펜타에리트리톨 및 이의 혼합물 및 말티톨, 이소말트, 락티톨 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
보다 바람직하게는, 올리고머 (c1) 는 트리-, 테트라-, 펜타-, 헥사-, 헵타-, 옥타-, 노나-, 데카-, 운데카- 및 도데카글리세롤, -트리메틸올프로판, -에리트리톨, -트레이톨 및 -펜타에리트리톨 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 시클리톨 (c1) 은 1,2,3,4-테트라히드록시시클로헥산, 1,2,3,4,5-펜타히드록시시클로헥산, 이노시톨 및 이의 혼합물로부터 선택된다.
보다 바람직하게는, 이노시톨 (c1) 은 미오-, 실로-, 무코-, 치로-, 네오-, 알로-, 에피- 및 시스-이노시톨 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 미오-이노시톨 (c1) 이 사용된다.
바람직하게는, 카르보히드레이트 (c1) 는 모노사카라이드, 디사카라이드, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 데속시 당 및 아미노 당, 특히, 모노사카라이드 (c1) 로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 모노사카라이드 (c1) 는 알로오즈, 알트로즈, 글루코오즈, 만노오즈, 이도오즈, 갈락토오즈 및 탈로오즈, 특히 갈락토오즈로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 조성물에서 다가 알코올 (c1) 의 농도는 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물은 0.005 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 4 중량%, 가장 바람직하게는 0.05 내지 3 중량% (본 발명의 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 중량%) 의 양으로 다가 알코올 (c1) 을 함유한다.
바람직하게는, 수성 매질에 해리될 수 없는 2 내지 3 개의 히드록시 기를 갖는 수용성 또는 수분산성, 지방족 또는 시클로지방족 폴리올 (c21) 은 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 디에틸렌 글라이콜, 트리에틸렌 글라이콜, 디프로필렌 글라이콜, 트리프로필렌 글라이콜, 에틸렌 프로필렌 글라이콜, 디에틸렌 프로필렌 글라이콜, 에틸렌 디프로필렌 글라이콜, 글리세롤, 1,2,3-트리히드록시-n-부탄, 트리메틸올프로판, 및 이의 혼합물, 가장 바람직하게는, 에틸렌 글라이콜, 글리세롤 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 본 발명의 조성물에서 폴리올 (c21) 의 농도는 또한 폭넓게 다양할 수 있으며, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 폴리올 (c21) 은 0.05 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%, 가장 바람직하게는 0.5 내지 3 중량% (본 발명의 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 중량%) 의 양으로 사용된다.
바람직하게는, 알킬렌 옥시드 단독중합체 또는 공중합체 (c221) 는 선형 및 분지형 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드 단독중합체 및 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체 (c221) 는 랜덤 공중합체, 교대 공중합체 또는 폴리에틸렌옥시드 블록 및 폴리프로필렌옥시드 블록을 함유하는 블록공중합체일 수 있다. 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 블록공중합체 (c221) 에서, 폴리에틸렌옥시드 블록은 바람직하게는 10 내지 15 의 친수성-친유성-밸런스 (HLB) 값을 갖는다. 폴리프로필렌옥시드 블록은 바람직하게는 28 내지 약 32 의 HLB 값을 가질 수 있다.
바람직하게는, 알킬렌 옥시드 단독중합체 (c221) 는 에틸렌옥시드 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 글라이콜 (PEG) 이다.
바람직하게는, 수용성 중합체 (c221) 는 2000 내지 1,000,000 Dalton, 보다 바람직하게는 5000 내지 500,000 Dalton 및, 가장 바람직하게는, 10,000 내지 250,000 Dalton 의 중량 평균 분자 중량을 갖는다.
수용성 중합체 (c221) 는 통상 공지되어 있는 시판 물질이다. 적합한 수용성 중합체 (c22) 는 일본 특허 출원 제 JP 2001-240850 A 호, 단락 [0007] 내지 [0014] 와 함께 청구항 제 2 항, 미국 특허 출원 제 US 2007/0077865 A1 호, 컬럼 페이지 1, 단락 [0008] 내지 페이지 2, 단락 [0010], 미국 특허 출원 제 US 2006/0124594 A1 호, 페이지 3, 단락 [0036] 및 [0037] 및 미국 특허 출원 제 US 2008/0124913 A1 호, 청구항 제 14 항과 함께 페이지 3, 단락 [0031] 내지 [0033], (이들은 BASF Corporation "Pluronic™ & Tetronic™ 블록 공중합체 계면활성제, 1996" 의 회사 브로쇼어에서 나타내듯이 상표명 Pluronic™, Tetronic™ 및 Basensol™ (BASF Corporation 및 BASF SE) 으로 시판되고 있음), 또는 미국 특허 제 US 2006/0213780 A1 호에 기술되어 있다.
가장 바람직하게는, 폴리에틸렌 글라이콜 (PEG) 은 중합체 (c221) 로서 사용된다.
본 발명의 조성물은 또한 오직 다가 알코올 (c1) 과 조합되는 중합체 (c221) 를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물에서 중합체 (c221) 의 농도는 폭넓게 다양할 수 있으며, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 (c22) 는 0.005 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 4 중량%, 가장 바람직하게는 0.05 내지 3 중량% (본 발명의 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 중량%) 의 양으로 사용된다.
바람직하게는, 지방족 및 시클로지방족 N-비닐아미드 단량체 (이는 선형 및 분지형, 지방족 및 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 및 공중합체 (c222) 의 빌딩 블록임) 는 N-비닐아세트아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐발러로락탐, N-비닐카프로락탐, N-비닐숙신이미드 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
폴리(N-비닐아미드) 공중합체 (c222) 는 예를 들어, 비닐 에스테르 및 에테르, 아크릴 및 메타크릴 에스테르, 알릴 에스테르 및 에테르, 할로겐 원자 또는 니트릴 기에 의해 치환될 수 있는 올레핀, 및 스티렌성 단량체과 같은 N-비닐아미드 이외의 통상 공지된 올레핀성 불포화 단량체로부터 유래하는 단량체성 단위를 함유할 수 있으며, 단 그러한 단량체성 단위는 수용성이 위협받지 않는 그러한 양으로만 함유된다.
바람직하게는, 수용성 중합체 (c222) 는 2000 내지 1,000,000 Dalton, 보다 바람직하게는 5000 내지 500,000 Dalton 및, 가장 바람직하게는, 10,000 내지 250,000 Dalton 의 중량 평균 분자 중량을 갖는다.
본 발명의 조성물은 또한 오직 다가 알코올 (c1) 과 조합으로 중합체 (c222) 를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 조성물에서 중합체 (c222) 의 농도는 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 (c22) 는 0.005 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 4 중량%, 가장 바람직하게는 0.05 내지 3 중량% (본 발명의 조성물의 전체 중량을 기준으로 한 중량%) 의 양으로 사용된다.
본 발명의 조성물에서, 다가 알코올 (c1) 대 혼합물 (c2) 의 중량 비는 또한 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 중량 비 (c1):(c2) 는 100:1 내지 1:100 의 범위이다.
더욱이, 본 발명의 조성물에서, 다가 알코올 (c21) 대 중합체 (c221) 또는 (c222) 의 중량비는 또한 폭넓게 다양할 수 있고, 따라서, 주어진 조성물 및 본 발명의 방법의 특정 요건에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 중량 비 (c21):(c221) 또는 (c222) 는 100:1 내지 1:100 의 범위이다.
본 발명의 조성물은 하나 이상의 관능성 성분 (D) 를 임의 함유할 수 있고, 이는 성분 (A), (B) 및 (C) 와는 실질적으로 상이하다.
바람직하게는, 관능성 성분 (D) 은 산화세륨-기재 CMP 슬러리에서 통상 사용되는 화합물의 기로부터 선택된다.
그러한 화합물 (D) 의 예는 예를 들어 하기 문헌에 개시되어 있다: Y. N. Prasad et al. in Electrochemical and Solid-State Letter, 9 (12) G337-G339 (2006), Hyun-Goo Kang et al. in Journal of Material Research, volume 22, No. 3, 2007, pages 777 to 787, S. Kim et al. in Journal of Colloid and Interface Science, 319 (2008), pages 48 to 52, S. V. Babu et al. in Electrochemical and Solid-State Letter, 7 (12) G327-G330 (2004), Jae-Dong Lee et al. in Journal of the Electrochemical Society, 149 (8) G477-G481, 2002, 미국 특허 US 5,738,800, US 6, 042, 741, US 6,132,637, US 6,218,305 B, US 5,759,917, US 6,689,692 B1, US 6,984,588 B2, US 6,299,659 B1, US 6,626,968 B2, US 6,436,835, B1 US 6,491,843 B1, US 6,544,892 B2, US 6,627,107 B2, US 6,616,514 B1, 및 US 7,071,105 B2, 미국 특허 출원 제 US 2002/0034875 A1, US 2006/0144824 A1, US 2006/0207188 A1, US 2006/0216935 A1, US 2007/0077865 A1, US 2007/0175104 A1, US 2007/0191244 A1 및 US 2007/0218811 A1, 및 일본 특허 출원 JP 2005-336400 A.
게다가, 관능성 성분 (D) 은 입자 (D), 낮은 임계 용해 온도 LCST 또는 높은 임계 용해 온도 UCST 를 갖는 물질, 산화제, 부동화제, 전하 가역제, 착화제 또는 킬레이트화제, 마찰제, 안정화제, 유동화제, 계면활성제, 살생물제, 금속 양이온, 및 유기 용매와 상이한 유기, 무기 및 하이브리드 유기-무기 연마제 입자로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적합한 유기 연마제 입자 (D) 및 이의 유효량은 예를 들어, 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 4, 단락 [0054] 또는 국제 출원 제 WO 2005/014753 A1 호 (여기서, 멜라민 및 멜라민 유도체 예컨대 아세토구아나민, 벤조구아나민 및 디시안디아미드로 이루어진 고체 입자가 개시되어 있음) 에서 공지되어 있다.
적합한 무기 연마제 입자 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 2005/014753 A1, 페이지 12, 라인 1 내지 8 또는 미국 특허 US 6,068,787, 컬럼 6, 라인 41 내지 컬럼 7, 라인 65 에 공지되어 있다.
적합한 혼성 유기-무기 연마제 입자 (D) 및 이의 유효량은 예를 들어, 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 4, 단락 [0054] 또는 US 2009/0013609 A1, 페이지 3, 단락 [0047] 내지 페이지 6, 단락 [0087] 에 공지되어 있다.
적합한 산화제 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 유럽 특허 출원 EP 1 036 836 A1, 페이지 8, 단락 [0074] 및 [0075] 또는 미국 특허 US 6,068,787, 컬럼 4, 라인 40 내지 컬럼 7, 라인 45 또는 US 7,300,601 B2, 컬럼 4, 라인 18 내지 34 에 공지되어 있다. 바람직하게는, 유기 및 무기 과산화물, 보다 바람직하게는 무기 과산화물이 사용된다. 특히, 과산화수소가 사용된다.
적합한 부동화제 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 미국 특허 US 7,300,601 B2, 컬럼 3, 라인 59 내지 컬럼 4, 라인 9 또는 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 4 및 5 에 걸친 단락 [0058] 에 공지되어 있다.
적합한 착화제 또는 킬레이트화제 (D) (이는 종종 마찰제로서 지칭됨 (참조, 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 5, 단락 [0061]) 또는 에칭제 또는 부식액 (참조, 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 4, 단락 [0054])) 및 이의 유효량은 예를 들어, 미국 특허 US 7,300,601 B2, 컬럼 4, 라인 35 내지 48 에 공지되어 있다. 아미노 산, 특히 글리신, 및 또한, 1 개 이상, 바람직하게는 2 개, 보다 바람직하게는 3 개의 1차 아미노 기 예컨대 멜라민 및 수용성 구아나민, 특히 멜라민, 포르모구아나민, 아세토구아나민 및 2,4-디아미노-6-에틸-1,3,5-트리아진을 함유하는 디시안디아미드 및 트리아진이 특히 바람직하게는 사용된다.
적합한 안정화제 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 미국 특허 US 6,068,787, 컬럼 8, 라인 4 내지 56 에 공지되어 있다.
적합한 유동화제 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 5, 단락 [0065] 내지 페이지 6, 단락 [0069] 에 공지되어 있다.
적합한 계면활성제 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 2005/014753 A1, 페이지 8, 라인 23, 내지 페이지 10, 라인 17 또는 미국 특허 US 7,300,601 B2, 컬럼 5, 라인 4 내지 컬럼 6, 라인 8 에서 공지되어 있다.
적합한 다원자가 금속 이온 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 유럽 특허 출원 EP 1 036 836 A1, 페이지 8, 단락 [0076] 내지 페이지 9, 단락 [0078] 에 공지되어 있다.
적합한 유기 용매 (D) 및 이의 유효량은, 예를 들어, 미국 특허 US 7,361,603 B2, 컬럼 7, 라인 32 내지 48 또는 미국 특허 출원 US 2008/0254628 A1, 페이지 5, 단락 [0059] 에 공지되어 있다.
낮은 임계 용해 온도 LCST 또는 높은 임계 용해 온도 UCST 를 나타내는 적합한 물질 (D) 은 예를 들어 하기 문헌에 기술되어 있다: 논문 [H. Mori, H. Iwaya, A. Nagai and T. Endo, Controlled synthesis of thermoresponsive polymers derived from L-proline via RAFT polymerization, in Chemical Communication, 2005, 4872-4874]; 또는 논문 [D. Schmaljohann, Thermo- and pH-responsive polymers and drug delivery, Advanced Drug Delivery Reviews, volume 58 (2006), 1655-1670] 또는 미국 특허 출원 US 2002/0198328 A1, US 2004/0209095 A1, US 2004/0217009 A1, US 2006/0141254 A1, US 2007/0029198 A1, US 2007/0289875 A1, US 2008/0249210 A1, US 2008/0050435 A1 또는 US 2009/0013609 A1, 미국 특허 US 5,057,560, US 5,788,82 및 US6,682,642 B2, 국제 특허 출원 WO 01/60926 A1, WO2004/029160 A1, WO 2004/0521946 A1, WO 2006/093242 A2 또는 WO 2007/012763 A1, 유럽 특허 출원 EP 0 583 814 A1, EP 1 197 587 B1 및 EP 1 942 179 A1, 또는 독일 특허 출원 DE 26 10 705.
원칙적으로, CMP 분야에서 통상 사용되는 임의의 공지된 전하 가역제 (D) 가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 전하 가역제 (D) 는 카르복실레이트, 술포네이트, 술페이트 및 포스포네이트 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 음이온성 기를 함유하는 단량체성, 올리고머성 및 중합체성 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적합한 살생물제 (D) 는 수용성 또는 수분산성 N-치환된 디아제늄 이산화물 및 N'-히드록시-디아제늄 산화물 염으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
존재하는 경우, 관능성 성분 (D) 은 양을 다양하게 하여 함유될 수 있다. 바람직하게는, (D) 의 총량은 10중량% 이하, 보다 바람직하게는 2중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.5중량% 이하, 특히 0.1중량% 이하, 예를 들어 0.01중량% 이하 (상응하는 CMP 조성물의 총 중량 기준) 이다. 바람직하게는, (D) 의 총량은 0.0001중량% 이상, 보다 바람직하게는 0.001중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.008중량% 이상, 특히 0.05중량% 이상, 예를 들어 0.3중량% 이상 (상응하는 조성물의 총 중량 기준) 이다.
본 발명의 조성물은 하나 이상의 pH-조절제 또는 완충제 (E) 를 임의적으로 함유할 수 있으며, 이는 성분 (A), (B) 및 (C) 와는 실질적으로 상이하다.
적합한 pH-조절제 또는 완충제 (E) 및 이들의 유효량은, 예를 들어, 유럽 특허 출원 EP 1 036 836 A1, 페이지 8, 단락 [0080], [0085] 및 [0086], 국제 특허 출원 WO 2005/014753 A1, 페이지 12, 라인 19 내지 24, 미국 특허 출원 제 US 2008/0254628 A1, 페이지 6, 단락 [0073] 또는 미국 특허 US 7,300,601 B2, 컬럼 5, 라인 33 내지 63 에 공지되어 있다. pH-조절제 또는 완충제 (E) 에 대한 예는 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라메틸암모늄 히드록시드 (TMAH), 질산, 및 황산이다.
존재하는 경우, pH-조절제 또는 완충제 (E) 는 양을 다양하게 하여 함유될 수 있다. 바람직하게는, (E) 의 총량은 20중량% 이하, 보다 바람직하게는 7중량% 이하, 가장 바람직하게는 2중량% 이하, 특히 0.5중량% 이하, 예를 들어 0.1중량% 이하 (상응하는 CMP 조성물의 총 중량 기준) 이다. 바람직하게는, (E) 의 총량은 0.001중량% 이상, 보다 바람직하게는 0.01중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.05중량% 이상, 특히 0.1중량% 이상, 예를 들어 0.5중량% 이상 (상응하는 조성물의 총 중량 기준) 이다.
본 발명의 조성물의 제조는 어떤 자세한 사항들을 나타내지는 않았으나, 상기 기술된 성분 (A), (B) 및 (C) 및 임의로 (D) 및/또는 (E) 를 수성 매질, 특히, 탈이온수에 용해시키거나 분산시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위해 통상적인 표준 혼합 공정 및 혼합 장치, 예컨대 교반 관, 인라인 용해기, 고전단 임펠러, 초음파 혼합기, 균질화기 노즐 또는 역류 혼합기가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이에 따라 수득되는 본 발명의 조성물은 조질 입자, 예컨대 집합물 또는 고체 응집물, 미세 분산된 연마제 입자 (A) 를 제거하기 위해, 적절한 메쉬 틈의 필터를 통해 여과될 수 있다.
본 발명의 조성물은 본 발명의 공정에 탁월하게 적합하다.
본 발명의 공정에서, 전기, 기계 및 광학 소자, 특히, 전기 소자, 가장 바람직하게는, 집적 회로 소자용 기판을, 본 발명의 조성물과 1 회 이상 접촉시키고 원하는 평탄도가 달성될 때까지 연마하며, 특히 화학적 및 기계적으로 연마한다.
본 발명에 대한 공정은 이의 특정 이점을 나타내는데, 저-k 또는 초저-k 산화규소 물질 및 폴리실리콘 층으로 이루어진 단리 층 (임의로 질화규소 층을 함유) 을 갖는 규소 반도체 웨이퍼의 CMP 에서 이의 특히 유리한 점을 나타낸다.
절연 유전체 층을 제조하는 적합한 저-k 또는 초저-k 물질 및 적합한 방법은 예를 들어 하기 문헌에서 기술되어 있다: 미국 특허 출원 제 US 2005/0176259 A1, 페이지 2, 단락 [0025] 내지 [0027], US 2005/0014667 A1, 페이지 1, 단락 [0003], US 2005/0266683 A1, 페이지 1, 단락 [0003] 및 페이지 2, 단락 [0024] 또는 US 2008/0280452 A1, 단락 [0024] 내지 [0026] 또는 미국 특허 US 7,250,391 B2, 컬럼 1, 라인 49 내지 54 또는 유럽 특허 출원 EP 1 306 415 A2, 페이지 4, 단락 [0031].
본 발명의 공정은 패턴화 웨이퍼 기판 상에서 폴리실리콘에 대한 이산화규소의 선택적 제거를 요하는 쉘로우 트렌치 분리 (STI) 에 특히 적합하다. 이러한 공정에서, 에칭된 트렌치는 유전체 물질, 예를 들어, 이산화규소로 과충전되고, 이는 중단 층으로서 질화규소 장벽 필름을 사용하여 연마된다. 이러한 바람직한 구현예에서, 본 발명의 공정은 노출된 폴리실리콘 및 트렌치 산화규소의 제거를 최소화하면서 장벽 필름으로부터 이산화규소를 세정하는 것으로 끝난다.
그러므로, 본 발명의 공정은 50 초과, 바람직하게는 75 초과, 가장 바람직하게는 100 초과의 산화물-대-질화물 선택성을 나타낸다.
본 발명의 공정은 자세한 사항들을 나타내지 않았지만, IC 를 이용한 반도체 웨이퍼 제작에서 CMP 에 대해 통상 사용되는 공정 및 장치로 수행될 수 있다.
당업계에 공지된 바와 같이, CMP 에 대한 전형적인 장치는 연마 패드로 피복된 회전 플래튼으로 이루어진다. 웨이퍼는 윗면이 캐리어 또는 처크 상에 고정되고, 아랫면이 연마 패드를 향한다. 캐리어는 수평 위치로 웨이퍼를 고정시킨다. 이러한 연마 및 고정 장치의 특정 배치는 경질의 플래튼 도안으로서 공지되어 있다. 캐리어는 연마되지 않는 웨이퍼의 표면 및 캐리어의 보유 표면 사이에 놓여 있는 캐리어 패드를 보유할 수 있다. 이러한 패드는 웨이퍼를 위한 쿠션으로서 작동할 수 있다.
캐리어 아래에, 더욱 큰 직경의 플래튼은 또한 일반적으로 수평으로 위치하고 연마되는 웨이퍼의 표면과 평행한 표면을 제공한다. 이의 연마 패드는 평탄화 공정 동안 웨이퍼 표면과 접촉한다. 본 발명의 CMP 공정 동안, 본 발명의 조성물은 연속 스트림 또는 적하 방식으로서 연파 패드 상에 적용된다.
캐리어 및 플래튼 둘 모두는 캐리어 및 플래튼과 수직으로 연장된 각 축을 둘러서 회전하게 된다. 회전 캐리어 축은 회전 플래튼에 대한 위치에서 고정된 채로 있을 수 있거나 플래튼에 대해 수평으로 왔다갔다할 수 있다. 캐리어의 회전 방향은 전형적으로, 반드시는 아니지만, 플래튼의 회전 방향과 동일하다. 캐리어 및 플래튼에 대한 회전 속도는 일반적으로, 반드시는 아니지만, 상이한 값으로 설정된다.
통상적으로, 플래튼의 온도는 10 내지 70℃ 의 온도에 설정된다.
추가의 상세 사항에 대해선, 국제 특허 출원 WO 2004/063301 A1, 도 1 과 함께, 특히 페이지 16, 단락 [0036] 내지 페이지 18, 단락 [0040] 을 참조한다.
본 발명의 방법에 의해 탁월한 평탄도를 갖는 패턴화된 폴리실리콘 및 저-k 및 초저-k 물질 층, 특히 이산화규소 층을 포함하는 IC 를 갖는 반도체 웨이퍼가 수득될 수 있다. 따라서, 탁월한 평탄도를 가지면서 완성된 IC 에서는 탁월한 전기적 기능성을 갖는 구리 다마신 (damascene) 패턴이 수득될 수 있다.
실시예
및 비교 실험
비교 실험 C1 내지 C6
비교 수성 연마 조성물 C1 내지 C6 의 제조
비교 수성 연마 조성물 C1 내지 C6 의 제조를 위해, 산화세륨 (평균 입자 크기 d50 120 내지 140 nm 는 역학적 레이져 광산란 기술에 의해 측정됨), 나트륨 헥사메타포스페이트 (PP; 중량 비 산화세륨 대 PP = 200, 이하 본원에서 PP200 으로서 지칭됨; 중량 비 산화세륨 대 PP = 300, 이하 본원에서 PP300 으로서 지칭됨) 및 이노시톨을 초순수 물에 분산시키거나 용해시켰다. 사용되는 양을 표 1 에 나타낸다.
표 1: 비교 수성 연마 조성물 C1 내지 C6 의 조성
실시예 1 내지 11
수성 연마 조성물 1 내지 11 의 제조
수성 연마 조성물 1 내지 11 의 제조를 위해, 산화세륨 (역학적 레이져 광산란 기술에 의해 측정시 평균 입자 크기 d50 120 내지 140 nm), 나트륨 헥사메타포스페이트 (PP; 중량 비 산화세륨 대 PP = 200, 이하 본원에서 PP200 으로서 지칭됨; 중량 비 산화세륨 대 PP = 300, 이하 본원에서 PP300 으로 지칭됨) 및 이노시톨을 초순수 물에 분산시키거나 용해시켰다. 사용되는 양을 표 2 에 나타낸다.
표 2: 수성 연마 조성물 1 내지 11 의 조성
실시예 1 내지 11 의 수성 연마 조성물 1 내지 11 은, 전기, 기계 및 광학 소자에 대한 기판을 화학적 및 기계적으로 연마하는데 탁월하게 적합하였다.
실시예 12 내지 22 및 비교예 C7 내지 C12
이산화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼 및 질화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼의 CMP 및 산화물-대-질화물 선택성
표 3 은 실시예 12 내지 22 및 비교 실험 C7 내지 C12 에 대해 사용되는 수성 연마 조성물을 나타낸다.
표 3: 실시예 12 내지 22 및 비교 실험 C7 내지 C12 에 사용되는 수성 연마 조성물 및 이산화규소 층의 유형
HDP: 고 밀도 플라즈마 이산화규소,
TEOS: 테트라에틸 오르쏘실리케이트 CVD 유형 산화물
이하 본원에서, CMP 및 하기 공정 파라미터가 사용되었다.
실시예
12 및 비교 실험
C7
내지
C10
:
- 연마 장치: Strasbaugh 6EGnHance (회전 유형):
- 플레이튼 속도: 93 rpm;
- 캐리어 속도: 87 rpm;
- IC 1000/Suba 400 K-그루브 연마 패드 (Rohm & Haas 사제);
- S60 3M 다이아몬드 조건화제를 사용하는 제자리 조건화;
- 슬러리 유속: 200 ml/분;
- 기판: 이산화규소 블랭킷 웨이퍼 (참조, 표 3) 및 500 nm CVD 질화규소 블랭킷 웨이퍼 (Montco Silicon 사제);
- 다운 포스: 2.7 psi (185.143 mbar); C9: 1.5 psi (102.86 mbar);
- 연마 시간: 1 분.
실시예
13 내지 22 및 비교 실험
C11
및
C12
:
- 연마 장치: AMAT Mirra (회전 유형):
- 플레이튼 속도: 100 rpm;
- 캐리어 속도: 90 rpm;
- IC 1000/Suba 400 K-그루브 연마 패드 (Rohm & Haas 사제);
- S60 3M 다이아몬드 조건화제를 사용하는 제자리 조건화;
- 슬러리 유속: 200 ml/분;
- 기판: 이산화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼 (참조, 표 3) 및 500 nm 질화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼;
- 다운 포스: 2 psi (137.143 mbar);
- 연마 시간: 1 분.
물질 제거율 (MRR) 을 레이져 간섭측정 (FilmTek™ 2000) 에 의해 측정하였다. 표 4 를 수득된 MRR 에 대한 개요를 나타낸다.
표 4: 이산화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼 및 질화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼의 CMP 및 산화물-대-질화물 선택성
표에 나타낸 결과는, 높은 산화물-대-질화물 선택성이 산화세륨, 산화세륨 및 PP 및 산화세륨 및 이노시톨만을 함유하는 수성 연마 조성물로는 달성될 수 없음을 명백히 나타낸다. 이와는 대조적으로, 산화세륨, PP 및 이노시톨을 함유하는 연마 조성물을 이용하면 50 초과의 높은 산화물-대-질화물 선택성을 달성하는 것이 용이하게 가능하였다. 연마 조성물의 pH 가 9 로 증가되었을 때, 산화물-대-질화물 선택성은 심지어 더욱 개선될 수 있었다.
그러한 높은 산화물-대-질화물 선택성은 또한 산화세륨, 나트륨 헥사메타포스페이트 PP, 글리세롤 및 폴리에틸렌 글라이콜 PEG 및/또는 폴리비닐피롤리돈 PVP 을 함유하는 수성 연마 조성물을 이용하여 달성될 수 있었다.
실시예 23 내지 26
수성 연마 조성물 12 내지 15 의 제조
수성 연마 조성물 12 내지 15 의 제조를 위해, 산화세륨 (평균 입자 크기 d50 120 내지 140 nm (역학적 레이져 광산란 기술에 의해 측정시), 나트륨 헥사메타포스페이트 (PP; 중량 비 산화세륨 대 PP = 250, 이하 본원에서 PP250 으로서 지칭됨), 이노시톨, 갈락토오즈 및 Protectol KD (N'-히드록시-디아제늄 산화물 염; 살생물제 (BASF SE)) 를 초순수 물에 분산시키거나 용해시켰다. 사용된 양을 표 2 에 나타낸다.
표 5: 실시예 23 내지 26 의 수성 연마 조성물 1 내지 11 의 조성
실시예 23 내지 26 의 수성 연마 조성물 12 내지 15 은, 전기, 기계 및 광학 소자에 대한 기판을 화학적으로 및 기계적으로 연마하는데 탁월하게 적합하였다.
실시예 27 내지 30
이산화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼 및 질화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼의 CMP 및 산화물-대-질화물 선택성
실시예 13 내지 22 에서 기술된 바와 같이 CMP 를 수행하였다 (다만, 플레이튼 속도를 63 rpm 로 설정하고 캐리어 속도를 60 rpm 으로 설정함). 수득된 MRR 를 표 6 에 나타낸다.
표 6: 이산화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼 및 질화규소 코팅된 블랭킷 웨이퍼의 CMP 및 산화물-대-질화물 선택성
표 6 의 결과는, 시클리톨 (참조, 실시예 25) 또는 모노사카라이드 (참조, 실시예 27) 의 사용에 의해 달성된 이미 높은 산화물-대- 질화물 선택성이, 시클리톨 및 모노사카라이드 (참조, 실시예 28 및 30) 의 연합 사용에 의해 심지어 더욱 더 증강될 수 있음을 명백히 나타낸다.
Claims (19)
- 하기를 포함하는, 3 내지 11 의 범위의 pH 를 갖는 수성 연마 조성물:
(A) 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 6 중량%의 양으로 산화세륨을 함유하거나 이들로 이루어진 무기 입자;
(B) 수용성 축합 포스페이트가 일반식 I 의 메타포스페이트 및 일반식 II 및 III 의 폴리포스페이트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 음이온성 포스페이트 분산제로서:
[M+ n(PO3)n] (I);
M+ nPnO3n+1 (II);
M+H2PnO3n+1 (III);
[식 중,
M 은 암모늄, 나트륨 및 칼륨이고,
지수 n 은 2 내지 10,000 임],
(B) 는 산화세륨 대 음이온성 포스페이트 분산제 (B) 의 중량 비가 20 내지 1000 결과가 되게 하는 양으로 사용됨; 및
(C) 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 다가 알코올 성분:
(c1) 수성 매질에서 해리될 수 없는 4 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족, 단량체성, 이량체성 및 올리고머성 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 다가 알코올 (이때, 다가 알코올 (c1) 은 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.005 내지 5 중량%의 양으로 함유됨);
(c2) 하기로 이루어진 혼합물:
(c21) 수성 매질에 해리될 수 없는 2 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 다가 알코올로서, 폴리올 (c21) 은 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.05 내지 5 중량%의 양으로 사용됨; 및
(c22) 선형 및 분지형 알킬렌 옥시드 단독중합체 및 공중합체 (c221); 및 선형 및 분지형, 지방족 및 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 및 공중합체 (c222) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수용성 또는 수분산성 중합체로서, 중합체 (c22)는 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.005 내지 5 중량%의 양으로 사용됨; 및
(c3) 상기 (c1) 및 (c2) 의 혼합물. - 제 1 항에 있어서, 수성 매질에 해리될 수 없는 4 개 이상의 히드록시 기를 갖는 수용성 및 수분산성, 지방족 및 시클로지방족, 단량체성, 이량체성 및 올리고머성 폴리올 (c1) 이, 에리트리톨, 펜타에리트리톨, 알디톨, 시클리톨, 카르보히드레이트 및 글리세롤의 이량체 및 올리고머, 에리트리톨, 펜타에리트리톨, 알디톨, 시클리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 알디톨 (c1) 이 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨, 헵티톨, 및 옥티톨로 이루어진 군으로부터 선택되고; 시클리톨 (c1) 이 이노시톨로부터 선택되고; 카르보히드레이트 (c1) 가 모노사카라이드, 디사카라이드, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 데속시 당 및 아미노 당으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 3 항에 있어서, 모노사카라이드 (c1) 가 알로오즈, 알트로즈, 글루코오즈, 만노오즈, 이도오즈, 갈락토오즈 및 탈로오즈로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 수성 매질에 해리될 수 없는 2 내지 3 개의 히드록시 기를 갖는 수용성 또는 수분산성, 지방족 또는 시클로지방족 폴리올 (c21) 이 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 디에틸렌 글라이콜, 트리에틸렌 글라이콜, 디프로필렌 글라이콜, 트리프로필렌 글라이콜, 에틸렌 프로필렌 글라이콜, 디에틸렌 프로필렌 글라이콜, 에틸렌 디프로필렌 글라이콜, 글리세롤, 1,2,3-트리히드록시-n-부탄, 트리메틸올프로판, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하고; 수용성 또는 수분산성, 선형 또는 분지형 알킬렌 옥시드 단독중합체 또는 공중합체 (c221) 가 에틸렌옥시드 및 프로필렌옥시드 단독중합체 및 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하며; 선형 또는 분지형, 지방족 또는 시클로지방족 폴리(N-비닐아미드) 단독중합체 또는 공중합체 (c222) 가 N-비닐아세트아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐발러로락탐, N-비닐카프로락탐, N-비닐숙신이미드 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 지방족 및 시클로지방족 N-비닐아미드 단량체의 공중합체 및 단독중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 성분 (A), (B) 및 (C) 와는 상이한 하나 이상의 pH-조절제 또는 완충제 (E) 를 함유하는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 성분 (A), (B) 및 (C) 와는 상이한 하나 이상의 관능성 성분 (D) 을 함유하고, 관능성 성분 (D) 이 낮은 임계 용해 온도 LCST 또는 높은 임계 용해 온도 UCST, 산화제, 부동화제, 전하 가역제, 착화제 또는 킬레이트화제, 마찰제, 안정화제, 유동화제, 계면활성제, 살생물제, 금속 양이온 및 유기 용매를 갖는 물질인, 입자 (A) 와는 상이한 유기, 무기 및 하이브리드 유기-무기 연마제 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 7 항에 있어서, 살생물제 (D) 가 수용성 또는 수분산성 N-치환된 디아제늄 이산화물 및 N'-히드록시-디아제늄 산화물 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 연마 조성물.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 수성 연마 조성물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 기판을 수성 연마 조성물과 1회 이상 접촉시키고 원하는 평탄도가 달성될 때까지 기판을 연마함으로써, 전기, 기계 및 광학 소자용 기판을 연마하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 기판이, 하나 이상의 유전체 산화규소 물질을 함유하거나 이들로 이루어진 하나 이상의 층 및 질화규소를 함유하거나 이들로 이루어진 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기, 기계 및 광학 소자의 제조에 사용되기 위한 수성 연마 조성물.
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