KR20000033394A - Cmp polishing material and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연마제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 자세하게는 표면이 가공된 CMP용 연마제 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an abrasive and a method for producing the same, and more particularly, to an abrasive for CMP having a surface processed and a method for producing the same.
전자기술의 발전에 따라 반도체 장치의 집적도가 급속히 증가되고 있다. 이에 따라 기판의 단위 면적에 형성되는 반도체 소자의 수, 즉 반도체 소자의 밀도도 급격히 높아지고 있다. 반도체 소자의 밀도가 높아질수록 소자들간의 선폭은 좁아질 수밖에 없으며, 소자들 자체의 물리적 크기도 작아질 수밖에 없다. 그렇더라도, 소자, 예컨대 커패시터의 기능은 정상적으로 유지되어야 하므로, 그 영역이 수직방향으로 확장되고 있다. 이에 따라, 기판 상에 형성되는 반도체 소자들의 수직 단차는 매우 높아진다.BACKGROUND With the development of electronic technology, the degree of integration of semiconductor devices is rapidly increasing. As a result, the number of semiconductor elements formed in the unit area of the substrate, that is, the density of the semiconductor elements is also rapidly increasing. As the density of semiconductor devices increases, the line width between the devices becomes narrower, and the physical size of the devices themselves becomes smaller. Nevertheless, the area of the device, for example the capacitor, must be maintained normally, so that the area is expanding in the vertical direction. Accordingly, the vertical step of the semiconductor elements formed on the substrate is very high.
기판 상에는 다양한 패턴들이 형성되는데, 패턴들의 높이가 서로 다르고 그 차이가 심하다면, 후속 공정을 진행하기 어려워질 뿐만 아니라 사진식각공정에서 미세한 패턴을 형성하기 어려워진다. 이를 해소하기 위해, 평탄화 물질을 상기 패턴들 사이에 채워서 결과물의 표면을 평평하게 한다.Various patterns are formed on the substrate, and if the heights of the patterns are different from each other and the differences are severe, it becomes difficult to proceed with the subsequent process as well as to form a fine pattern in the photolithography process. To solve this, a flattening material is filled between the patterns to level the surface of the resultant.
어떤 결과면을 평탄화하기 위한 대표적인 방법으로 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하, CMP라 한다) 및 에치 백이 있다. 이중에, 반도체 장치의 고집적화와 기판의 대구경화 추세에 따라, 넓은 면적을 평탄화할 수 있는 CMP방법이 널리 사용되고 있다.Representative methods for planarizing certain resultant surfaces include chemical mechanical polishing (CMP) and etch back. Among them, the CMP method which can flatten a large area is widely used according to the trend of high integration of semiconductor devices and large diameters of substrates.
CMP는 다음과 같은 과정으로 설명될 수 있다. 연마제 입자와 막질의 산화막 표면간의 수소결합이 형성되어 슬러리 입자와 막질간에 분자결합이 형성된다. 슬러리 입자의 이동에 따라 막질 표면의 상기 분자결합된 부분이 제거된다.CMP can be described by the following process. Hydrogen bonds are formed between the abrasive particles and the film oxide surface to form molecular bonds between the slurry particles and the film. Movement of the slurry particles removes the molecularly bonded portion of the membrane surface.
그런데, 이 과정에서 연마제의 입자가 고르지 않을 경우, 화학적 및 기계적인 연마보다는 기계적인 마찰(mechanical abrasion)이 우세하게 되어 막질 표면이 손상될 수 있고, 그 결과, 미크론 스크래치(μ-scratch) 현상이 나타날 수 있다.However, in this process, if the abrasive particles are uneven, mechanical abrasion will prevail over chemical and mechanical polishing, resulting in damage to the film surface. As a result, the micro-scratch phenomenon may occur. May appear.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 CMP의 연마제 입자인 퓸드 실리카(fumed silica)(10)는 실리콘원자(Si)와 산소원자(O)로 이루어진 구형의 입자로서, 그 표면에 수산화기(OH)가 결합되어 있다.Referring to FIG. 1, fumed silica 10, which is an abrasive particle of CMP according to the prior art, is a spherical particle composed of silicon atom (Si) and oxygen atom (O), and has a hydroxyl group (OH) on the surface thereof. Is combined.
이와 같은 연마제를 이용한 CMP방법을 설명한다.The CMP method using such an abrasive will be described.
먼저, 도 2를 참조하면, 연마제(10)는 이동되면서 그 표면의 수산화기(OH)와 막질(12) 표면의 수산화기(OH) 사이에 수소결합(H-H)을 형성한다. 화살표(←)는 연마제(10)의 이동방향을 나타낸다.First, referring to FIG. 2, the abrasive 10 is moved to form a hydrogen bond (H—H) between the hydroxyl group (OH) on the surface thereof and the hydroxyl group (OH) on the surface of the membrane 12. An arrow ← indicates a moving direction of the abrasive 10.
도 3을 참조하면, 수소결합을 이루는 두 개의 수소원자는 그에 결합되어 있는 상기 연마제(10) 표면에 있는 산소 또는 상기 막질(12) 표면에 있는 산소중 어느 하나와 물 분자(H2O)를 이루어서 상기 막질(12)과 상기 연마제(10) 사이의 반응에서 벗어난다. 이와 같이, 상기 연마제(10)와 상기 막질(12) 사이의 이루어지는 상기 수소결합(H-H)은 물분자의 형성과 함께 제거되고 상기 수소 결합은 산소원자(O)를 매개체로 하는 실리콘과 실리콘 사이의 분자결합으로 전환된다. 이렇게 하여 상기 연마제(10)와 상기 막질(12) 사이에 상기 수소결합보다 강한 분자결합이 형성된다.Referring to FIG. 3, two hydrogen atoms that form hydrogen bonds form water molecules (H 2 O) with either oxygen on the surface of the abrasive 10 or oxygen on the surface of the membrane 12 bonded thereto. Departure from the reaction between the film quality 12 and the abrasive 10. As such, the hydrogen bond (HH) formed between the abrasive 10 and the film quality 12 is removed together with the formation of water molecules, and the hydrogen bond is formed between the silicon and the silicon via the oxygen atom (O). Converted to molecular bonds. In this way, a stronger molecular bond is formed between the abrasive 10 and the film 12 than the hydrogen bond.
도 4를 참조하면, 상기 연마제(10)와 상기 막질(12) 사이의 강한 분자결합과 상기 연마제(10)의 이동에 의해, 상기 막질(12) 표면으로부터 상기 연마제(10)와 결합된 실리콘이 이탈된다.Referring to FIG. 4, due to the strong molecular bond between the abrasive 10 and the film 12 and the movement of the abrasive 10, silicon bonded to the abrasive 10 from the surface of the film 12 is formed. Departure.
상기 도 2 내지 도 4의 과정이 반복됨으로써 상기 막질(12)의 상기 연마제(10)와 접촉되는 부분은 점차적으로 제거된다. 따라서, 상기 연마제(10)를 이용한 CMP가 완료되면, 상기 막질(12) 표면은 평탄화된 면이 된다.By repeating the process of FIGS. 2 to 4, the portion of the film 12 that comes into contact with the abrasive 10 is gradually removed. Therefore, when CMP using the abrasive 10 is completed, the surface of the film quality 12 becomes a flattened surface.
그러나, 종래 기술에 의한 연마제(10)는 상술한 바와 같이, 실리콘원자(Si)와 산소원자(O)로 이루어지는 구형의 입자이고, 그 표면이 수산화기(OH)로 이루어져 있다. 따라서, 분산액 형태인 연마제 사이의 수소결합을 피할 수 없다. 연마제 사이의 수소결합은 연마제의 뭉침을 유발하게 된다. 이 결과, 연마제내의 구성 입자들의 크기가 달라지고, 이 상태로 CMP공정을 진행할 경우, 막질에 미크론 스크래치를 유발하는 문제가 있다.However, as described above, the abrasive 10 according to the prior art is a spherical particle made of silicon atom Si and oxygen atom O, and the surface thereof is made of hydroxyl group OH. Therefore, hydrogen bonding between the abrasives in the form of dispersion is inevitable. Hydrogen bonds between the abrasives cause agglomeration of the abrasive. As a result, the size of the constituent particles in the abrasive is changed, when the CMP process in this state, there is a problem causing micron scratches on the film quality.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 입자간 수소결합을 최소화하여 평탄화과정에서 평탄화되는 막질이 손상(damage)되는 것을 방지할 수 있는 연마제를 제공함에 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the problems of the prior art described above, to minimize the hydrogen bonding between particles to provide an abrasive that can prevent the film quality to be flattened during the planarization process (damage). have.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 입자간 수소결합을 최소화할 수 있는 상기 연마제의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing the abrasive, which can minimize the hydrogen bonding between particles.
도 1은 종래 기술에 의한 CMP 연마제 표면을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a CMP abrasive surface according to the prior art.
도 2 내지 도 4는 종래 기술에 의한 CMP연마제를 이용한 연마과정을 단계별로 나타낸 단면도이다.2 to 4 are cross-sectional views showing a polishing process using a CMP polishing agent according to the prior art step by step.
도 5는 본 발명에 의한 CMP 연마제 표면을 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the surface of the CMP abrasive according to the present invention.
도 6 내지 도 9는 각각 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 의한 CMP연마제 표면을 나타낸 단면도들이다.6 to 9 are cross-sectional views showing the surface of the CMP polishing agent according to the first to fourth embodiments of the present invention, respectively.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의한 CMP 연마제 제조방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.10 and 11 are block diagrams illustrating step-by-step method for manufacturing CMP abrasive according to the first and second embodiments of the present invention, respectively.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 의한 연마제를 이용한 연마과정을 단계적으로 나타낸 단면도이다.12 to 14 are cross-sectional views showing a polishing process using an abrasive according to an embodiment of the present invention step by step.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Major Parts of Drawings *
40, 70:퓸드 실리카(fumed silica).40, 70: fumed silica.
42:하이드록시알킬 실레인(hydroxalkyl silane).42: hydroxyalkyl silane.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 실리카(silica), 물 및 계면활성제(sufactant)를 포함하는 연마제에 있어서, 상기 실리카 표면에 하이드록시알킬 실레인(hydroxyalkyl silane)이 결합되어 있어 상기 실리카 사이에 수소결합을 최소활 수 있는 것을 특징으로 하는 연마제를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is an abrasive comprising silica (silica), water and a surfactant (sufactant), hydroxyalkyl silane (hydroxyalkyl silane) is bonded to the silica surface between the silica Provided is an abrasive, which can minimize hydrogen bonding.
여기서, 상기 하이드록시알킬 실레인은 Si(CH3)2-(CH2)n-OH, Si(CH2)n-OH, Si(CH3)-(CH2)n-OH 및 Si-Si-(CH2)n-OH로 이루어진 군중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Wherein the hydroxyalkyl silane is Si (CH 3 ) 2- (CH 2 ) n -OH, Si (CH 2 ) n -OH, Si (CH 3 )-(CH 2 ) n -OH and Si-Si -(CH 2 ) n -OH, characterized in that any one selected from the crowd.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 순서의 연마제 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides a method for producing an abrasive in the following order.
(a) 퓸드 실리카(foumed silica)를 준비한다. (b) 하이드록시알킬 실레인을 포함하는 용질이 용해된 수용액을 제조한다. (c) 상기 퓸드 실리카를 상기 수용액에 넣은 다음 상온에서 1시간 정도 반응시킨다. (d) 상기 반응후에 남아 있는 미 반응용질을 추출하는 단계를 포함한다.(a) Prepare fumed silica. (b) An aqueous solution containing a solute containing hydroxyalkyl silane is prepared. (c) The fumed silica is added to the aqueous solution and reacted at room temperature for about 1 hour. (d) extracting the unreacted solute remaining after the reaction.
이 과정에서, 상기 하이드록시알킬 실레인으로 (CH3)2Si(CH2)nOH를 사용한다.In this process, (CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH is used as the hydroxyalkyl silane.
상기 (CH3)2Si(CH2)nOH를 포함하는 용질로서 Cl(CH3)2Si(CH2)nOH(Chloro- hydroxyalkyl-dimethyl-silane, 이하, CHDS라 한다) 및 CH3O(CH3)2Si(CH2)nOH (Hydroxyalkyl-methoxy-dimethyl-silane, 이하, HMDS라 한다)중 선택된 어느 하나를 사용한다.As the solute containing (CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH, Cl (CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH (hereinafter referred to as CHDS) and CH 3 O (CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH (Hydroxyalkyl-methoxy-dimethyl-silane, hereinafter referred to as HMDS) is used.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 순서로 진행되는 연마제 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, in order to achieve the above another technical problem, the present invention provides a method for producing an abrasive proceeding in the following order.
(e) 퓸드 실리카(silica)를 준비한다. (f)하이드록시알킬 실레인을 포함하는 용질을 유기 용제에 용해한다. (g) 상기 퓸드 실리카를 상기 유기용제에 넣은 다음 상온에서 1시간 정도 반응시킨다. (h) 상기 반응후에 남아 있는 미 반응 용질을 추출한다.(e) A fumed silica is prepared. (f) A solute containing hydroxyalkyl silane is dissolved in an organic solvent. (g) The fumed silica is added to the organic solvent and then reacted at room temperature for about 1 hour. (h) The unreacted solute remaining after the reaction is extracted.
이 과정에서, 상기 하이드록시알킬 실레인으로 CH3Si(CH2)nOH, SiSi (CH2)nOH, CH3Si(CH2)nOH 및 Si (CH2)nOH로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용한다.In this process, the hydroxyalkyl silane is selected from the group consisting of CH 3 Si (CH 2 ) n OH, SiSi (CH 2 ) n OH, CH 3 Si (CH 2 ) n OH and Si (CH 2 ) n OH. Use either.
상기 CH3Si(CH2)nOH, SiSi (CH2)nOH, CH3Si(CH2)nOH 및 Si (CH2)nOH을 포함하는 용질은 각각 Cl2CH3Si(CH2)nOH(Dichloro-hydroxyalkyl-methyl-silane, 이하, DHMS라 한다), Cl3SiSi (CH2)nOH(Trichloro-hydroxya lkyl-silane, 이하, THS라 한다), (CH3O)2CH3Si(CH2)nOH(Hydroxyalkyl -dimethoxy-methyl-silane, 이하, HDMS라 한다) 및 (CH3O)3Si(CH2)nOH(Hydroxyalkyl-trimethyl -silane, 이하, HTS라 한다)이다.The solute comprising CH 3 Si (CH 2 ) n OH, SiSi (CH 2 ) n OH, CH 3 Si (CH 2 ) n OH, and Si (CH 2 ) n OH is Cl 2 CH 3 Si (CH 2). ) n OH (Dichloro-hydroxyalkyl-methyl-silane, hereinafter referred to as DHMS), Cl 3 SiSi (CH 2 ) n OH (Trichloro-hydroxya lkyl-silane, hereinafter referred to as THS), (CH 3 O) 2 CH 3 Si (CH 2 ) n OH (Hydroxyalkyl-dimethoxy-methyl-silane, hereinafter referred to as HDMS) and (CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) n OH (Hydroxyalkyl-trimethyl-silane, hereinafter referred to as HTS) to be.
상기 용질은 100ppm정도의 농도로 상기 유기용제에 용해한다.The solute is dissolved in the organic solvent at a concentration of about 100 ppm.
상기 유기용제로 CH3Cl(Methylenchloride, MC)를 사용한다.CH 3 Cl (Methylenchloride, MC) is used as the organic solvent.
상기 (h) 단계는 상기 유기용제를 건조시켜 상기 미 반응용질을 추출한다.In the step (h), the organic solvent is dried to extract the unreacted solute.
본 발명은 실리카입자들 사이에서 수소결합을 최소화할 수 있는 CMP용 연마제를 제공한다. 이를 사용하면 실리카 입자들간에 수소결합이 최대한 억제될 수 있다. 따라서, 연마제내에서 실리카들의 뭉침이 방지됨으로 연마제의 입자균일성을 극대화할 수 있다. 따라서, 연마과정에서 연마제를 구성하는 입자들의 비균질로 인해 발생되는 미크론 스크래치와 같은 연마 부작용을 방지할 수 있다.The present invention provides an abrasive for CMP capable of minimizing hydrogen bonding between silica particles. Using this, hydrogen bonding between silica particles can be suppressed as much as possible. Therefore, the agglomeration of silicas in the abrasive may be prevented, thereby maximizing particle uniformity of the abrasive. Therefore, it is possible to prevent polishing side effects such as micron scratches caused by the inhomogeneity of the particles constituting the abrasive during the polishing process.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 CMP용 연마제와 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a CMP abrasive and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.However, embodiments of the present invention can be modified in many different forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers or regions are exaggerated for clarity. In the drawings like reference numerals refer to like elements.
첨부된 도면들 중, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 CMP 연마제 표면을 나타낸 단면도이고, 도 6 내지 도 9는 각각 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 의한 CMP연마제 표면을 나타낸 단면도들이며, 도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의한 CMP 연마제 제조방법을 단계별로 나타낸 블록도이다. 또한, 도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 의한 연마제를 이용한 연마과정을 단계적으로 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a CMP abrasive surface according to an embodiment of the present invention, Figures 6 to 9 are cross-sectional views showing a CMP abrasive surface according to the first to fourth embodiments of the present invention, respectively. 10 and 11 are block diagrams illustrating step-by-step methods of manufacturing CMP abrasives according to the first and second embodiments of the present invention, respectively. 12 to 14 are cross-sectional views illustrating a polishing process using an abrasive according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마에 사용되는 연마제에 관해 상세하게 설명한다.First, with reference to FIG. 5, the abrasive used for chemical mechanical polishing by this invention is demonstrated in detail.
구체적으로, CMP연마제, 즉 슬러리(surry)용액은 실리카(silica)와 물(water)과 계면활성제(surfactant)로 이루어진다.Specifically, the CMP polishing agent, that is, a slurry solution is composed of silica, water, and a surfactant.
도 5에서 참조번호 40은 상기 연마제를 구성하는 물질의 하나인 퓸드 실리카(fumed silica)이다. 상기 퓸드 실리카(40)는 실리콘원자(Si)와 산소원자(O)로 이루어진 구형 물질이다. 상기 퓸드 실리카(40) 표면의 산소원자(O)에 하이드록시알킬 실레인(hydroxyalkyl silane)(42)이 결합되어 있다. 상기 하이드록시알킬 실레인(42)은 용질에 따라 다양하다.In FIG. 5, reference numeral 40 denotes fumed silica, which is one of materials constituting the abrasive. The fumed silica 40 is a spherical material consisting of silicon atoms (Si) and oxygen atoms (O). Hydroxyalkyl silane (42) is bonded to the oxygen atom (O) on the surface of the fumed silica (40). The hydroxyalkyl silanes 42 vary with solute.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 퓸드 실리카(40) 표면의 산소원자에 결합되어 있는 상기 하이드록시알킬 실레인(42)은 Si(CH3)2-(CH2)n-OH이다. 상기 Si(CH3)2-(CH2)n-OH는 용질, HMDS 및 CHDS중 선택된 어느 하나에 포함되어 있다.According to the first embodiment of the present invention, as shown in Fig. 6, the hydroxyalkyl silane 42 bonded to the oxygen atom on the surface of the fumed silica 40 is Si (CH 3 ) 2- ( CH 2 ) n -OH. The Si (CH 3 ) 2- (CH 2 ) n -OH is included in any one selected from solute, HMDS and CHDS.
본 발명의 제2 실시예에 의하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 퓸드 실리카(40) 표면의 산소원자에 결합되어 있는 상기 하이드록시알킬 실레인(42)은 Si(CH2)n-OH이다. 상기 Si(CH2)n-OH는 용질, HTS에 포함되어 있다.According to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the hydroxyalkyl silane 42 bonded to the oxygen atom on the surface of the fumed silica 40 is Si (CH 2 ) n -OH to be. The Si (CH 2 ) n -OH is contained in the solute, HTS.
본 발명의 제3 실시예에 의하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 퓸드 실리카(40) 표면의 산소원자에 결합되어 있는 상기 하이드록시알킬 실레인(42)은 Si(CH3)-(CH2)n-OH이다. 상기 Si(CH3)-(CH2)n-OH는 용질들, DHMS 및 HDMS중 선택된 어느 하나에 포함되어 있다.According to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the hydroxyalkyl silane 42 bonded to the oxygen atom on the surface of the fumed silica 40 is Si (CH 3 ) — (CH 2 ) n- OH. The Si (CH 3 ) — (CH 2 ) n —OH is included in any one selected from solutes, DHMS and HDMS.
본 발명의 제4 실시예에 의하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 퓸드 실리카(40) 표면의 산소원자에 결합되어 있는 상기 하이드록시알킬 실레인(42)은 Si-Si-(CH2)n-OH이다. 상기 Si-Si-(CH2)n-OH는 용질, THS에 포함되어 있다.According to the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 9, the hydroxyalkyl silane 42 bonded to the oxygen atom on the surface of the fumed silica 40 is Si-Si- (CH 2 ). n- OH. The Si-Si- (CH 2 ) n -OH is contained in the solute, THS.
다음에는 본 발명의 실시예에 의한 연마제 제조방법을 설명하는데, 본 발명의 실시예에 의한 연마제 제조방법은 연마제의 표면을 가공하는 방법으로서, 셀프 어셈블리(self-assembly)라 불리는 방법을 이용한다.Next, an abrasive manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described. The abrasive manufacturing method according to an embodiment of the present invention uses a method called self-assembly as a method of processing the surface of the abrasive.
상기 셀프 어셈블리 방법은 표면에 정해진 치환기(functional group)를 갖는 시료를 특정한 치환기를 갖는 용질이 포함된 용액에 용해시켜 상기 용질과 상기 시료 표면의 치환기간의 반응을 통해 상기 시료 표면의 치환기를 상기 용질성분으로 대체시키는 방법이다.The self-assembly method dissolves a sample having a functional group on the surface in a solution containing a solute having a specific substituent and the substituent on the surface of the sample by reacting the solute and the substitution period of the surface of the sample. It is a method of replacing with an ingredient.
본 발명은 이와 같은 셀프 어셈블리 방법을 이용하여 연마제 표면을 가공함으로써 연마제간에 수소결합을 최소화할 수 있는 연마제 제조방법을 달성한다.The present invention achieves an abrasive production method that can minimize the hydrogen bonding between the abrasive by processing the abrasive surface using such a self-assembly method.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 의한 연마제 제조방법을 상세하게 설명한다.First, the abrasive manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
도 10을 참조하면, 제1 단계(52)는 퓸드 실리카(fumed silica)를 준비하는 단계이고, 제2 단계(54)는 상기 퓸드 실리카와 반응시킬 수용액을 제조하는 단계이다.Referring to FIG. 10, a first step 52 is preparing fumed silica, and a second step 54 is preparing an aqueous solution to react with the fumed silica.
구체적으로, 하이드록시알킬 실레인을 포함하는 용질을 수용액에 용해시킨다. 이때, 상기 수용액에서 상기 용질의 농도가 100ppm 정도가 되게 용해시키는 것이 바람직하다.Specifically, the solute containing hydroxyalkyl silane is dissolved in an aqueous solution. At this time, it is preferable to dissolve so that the concentration of the solute in the aqueous solution is about 100ppm.
상기 하이드록시알킬 실레인으로 (CH3)2Si(CH2)nOH를 사용한다. 그리고 상기 하이드록시알킬 실레인, (CH3)2Si(CH2)nOH을 포함하는 상기 용질은 CHDS 및 HMDS중 선택된 어느 하나를 사용한다. 상기 CHDS 및 HMDS는 치환기로써 모노 할로겐 기(mono-halogen group) 및 모노 메톡시 기(mono-methoxy group)를 포함한다.(CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH is used as the hydroxyalkyl silane. And the solute comprising the hydroxyalkyl silane, (CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH, uses any one selected from CHDS and HMDS. The CHDS and HMDS include a mono-halogen group and a mono-methoxy group as substituents.
제 3 단계(56)는 상기 퓸드 실리카 표면의 산소에 상기 하이드록시알킬 실레인을 연결시키는 단계이다.The third step 56 is to connect the hydroxyalkyl silane to oxygen on the fumed silica surface.
구체적으로, 상기 수용액에 적당량의 상기 퓸드 실리카를 섞은 다음, 약 1시간 정도 상기 수용액을 상온에서 반응시킨다. 이렇게 하면, 상기 수용액에 용해된 상기 용질은 할로겐 기 또는 메톡시 기 같은 치환기와 상기 하이드록시알킬 실레인으로 분리된다. 분리된 하이드록시알킬 실레인과 상기 퓸드 실리카 표면의 OH기 사이에 반응이 일어나게된다. 이 결과, 상기 퓸드 실리카 표면의 산소원자에 도 5 또는 도 6 내지 도 9에 도시한 바와 같은 하이드록시알킬 실레인이 결합된다.Specifically, the appropriate amount of fumed silica is mixed with the aqueous solution, and the aqueous solution is allowed to react at room temperature for about 1 hour. In this way, the solute dissolved in the aqueous solution is separated into a substituent such as a halogen group or a methoxy group and the hydroxyalkyl silane. A reaction occurs between the separated hydroxyalkyl silane and the OH group on the fumed silica surface. As a result, hydroxyalkyl silane as shown in Figs. 5 or 6 to 9 is bonded to the oxygen atom on the fumed silica surface.
제4 단계(58)는 상기 수용액에서 반응하지 않고 남아있는 용질을 추출하는 단계이다.The fourth step 58 is to extract the remaining solute without reacting in the aqueous solution.
계속해서, 본 발명의 제2 실시예에 의한 연마제 제조방법을 설명한다.Subsequently, an abrasive production method according to a second embodiment of the present invention will be described.
도 11을 참조하면, 제2 실시예에 의한 연마제 제조방법이 상기 제1 실시예에 의한 연마제 제조방법과 다른 것은 제2 단계(64)의 유기용제 형성단계 및 제4 단계(68)의 미 반응용질 추출단계이다. 제1 단계(62)와 제3 단계(66)는 상기 제1 실시예와 동일하다.Referring to FIG. 11, the method of manufacturing the abrasive according to the second embodiment is different from the method of manufacturing the abrasive according to the first embodiment, in which the organic solvent forming step and the fourth step 68 of the second step 64 are not reacted. Solute extraction step. The first step 62 and the third step 66 are the same as in the first embodiment.
구체적으로, 상기 제1 실시예의 상기 제2 단계(54)와 상기 제2 실시예의 상기 제2 단계(64)사이의 차이점은 다음과 같다.Specifically, the difference between the second step 54 of the first embodiment and the second step 64 of the second embodiment is as follows.
첫째, 서로 다른 용질을 사용한다. 즉, 상기 제1 실시예는 치환기로서 모노 할로겐 기 또는 모노 메톡시 기를 사용하나, 상기 제2 실시예는 다이(di-) 및 트리(tri-) 메톡시 기 또는 할로겐 기, 예컨대 Cl2-, Cl3-, (CH3O)2- 및 (CH3O)3-로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용한다. 또한, 하이드록시알킬 실레인도 상기 제1 실시예에서는 (CH3)2Si(CH2)nOH를 사용하였으나, 상기 제2 실시예에서는 CH3Si(CH2)nOH, SiSi (CH2)nOH, CH3Si(CH2)nOH 및 Si (CH2)nOH로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용한다.First, use different solutes. That is, the first embodiment uses a mono halogen group or a mono methoxy group as a substituent, but the second embodiment uses a di- and tri- methoxy group or a halogen group such as Cl 2- , A crowd selected one consisting of Cl 3- , (CH 3 O) 2 -and (CH 3 O) 3 -is used. In addition, hydroxyalkyl silane also used (CH 3 ) 2 Si (CH 2 ) n OH in the first embodiment, but in the second embodiment, CH 3 Si (CH 2 ) n OH, SiSi (CH 2 ) A crowd selected one consisting of n OH, CH 3 Si (CH 2 ) n OH and Si (CH 2 ) n OH is used.
둘째 사용하는 용질이 달라짐에 따라, 용질간의 자체반응을 억제하기 위해 사용되는 용매도 달라진다.Secondly, as the solute used varies, the solvent used to suppress the self-reaction between the solutes also varies.
구체적으로, 상기 제1 실시예에서는 용질 용해를 위해 수용액을 사용하였으나, 제2 실시예에서는 용질을 용해를 위해 유기 용제를 사용한다. 즉, 메틸렌클로라이드(methylenchloride)를 유기용제로 사용한다.Specifically, in the first embodiment, an aqueous solution is used for dissolving the solute. In the second embodiment, an organic solvent is used for dissolving the solute. That is, methylene chloride is used as an organic solvent.
셋째, 상기 퓸드 실리카와 반응하지 않은 용질의 추출방법이 다르다.Third, the extraction method of the solute that does not react with the fumed silica is different.
구체적으로, 상기 제1 실시예는 수용액을 이용하여 반응하지 않은 용질을 추출하였으나, 상기 제2 실시예는 유기용제를 건조하는 방법으로 반응하지 않은 용질을 추출한다.Specifically, the first embodiment extracts the unreacted solute using an aqueous solution, but the second embodiment extracts the unreacted solute by drying the organic solvent.
상기 제1 및 제2 실시예에 의한 연마제 제조방법으로 제조된 연마제의 표면은 도 5 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 가공전의 퓸드 실리카의 표면과 마찬가지로 표면에 OH-기가 균일하게 결합되어 있다. 따라서, 평탄화 공정 능력이 유지될 수 있다. 또한, 알킬기의 영향으로 산소원자의 전자를 끌어당기는 힘에 대한 보상능력이 있으므로, 인접한 실리카들간의 수소결합 가능성이 현저히 낮아진다. 따라서, 실리카들간의 결합으로 인한 뭉침으로 연마제의 입자 균일성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.As shown in FIGS. 5 to 9, the surface of the abrasive prepared by the method of manufacturing the abrasive according to the first and second embodiments has OH-groups uniformly bonded to the surface, similar to the surface of the fumed silica before processing. Thus, the planarization process capability can be maintained. In addition, since the effect of the alkyl group has the ability to compensate for the force of attracting the electrons of oxygen atoms, the possibility of hydrogen bonding between adjacent silicas is significantly lowered. Therefore, it is possible to prevent the particle uniformity of the abrasive from deteriorating due to agglomeration due to the bonding between the silicas.
다음에는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 연마제를 이용한 연마과정을 설명한다.Next, a polishing process using an abrasive prepared according to an embodiment of the present invention will be described.
도 12를 참조하면, 표면이 가공되어 표면의 산소원자(O)에 하이드록시알킬 실레인, 예컨대 Si(CH3)2(CH2)nOH가 결합되어 있는 퓸드 실리카(70)는 막질(72) 표면을 따라 이동하면서 상기 막질(72) 표면에 결합되어 있는 수산화기(OH) 사이에 수소결합(H-H)을 형성한다. 화살표는 상기 퓸드 실리카(70)가 이동되는 방향을 나타낸다.Referring to FIG. 12, a fumed silica 70 having a surface processed and having a hydroxyalkyl silane such as Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) n OH bonded to an oxygen atom (O) on the surface thereof may be formed of a film quality 72. The hydrogen bond (HH) is formed between the hydroxyl groups (OH) bonded to the surface of the membrane 72 while moving along the surface. The arrow indicates the direction in which the fumed silica 70 is moved.
도 13을 참조하면, 상기 퓸드 실리카(70)와 상기 막질(72) 사이에 형성된 수소결합은 물 분자(H20)의 생성과 함께 분자결합으로 전환된다. 상기 분자결합과 상기 퓸드 실리카(70)의 계속적인 이동에 따라 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 막질(72) 표면으로부터 실리콘원자(Si)가 이탈된다.Referring to FIG. 13, the hydrogen bond formed between the fumed silica 70 and the film 72 is converted into a molecular bond with the generation of water molecules H20. As shown in FIG. 14, the silicon atoms (Si) are released from the surface of the film 72 as the molecular bond and the continuous movement of the fumed silica 70.
화학적 기계적 연마과정 내내 이와 같은 과정이 상기 퓸드 실리카(70)와 상기 막질(72) 사이에 반복된다. 따라서 상기 막질(72)의 평탄화가 이루어진다.This process is repeated between the fumed silica 70 and the film 72 throughout the chemical mechanical polishing process. Therefore, the film quality is flattened.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다른 용질로서 상기 실리카 표면을 가공하거나, 본 발명의 사상을 다른 입자 표면의 가공에 적용하는 실시예를 실시할 수 있음이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, it will be apparent to those skilled in the art that embodiments of the present invention may be used to process the silica surface as another solute or to apply the idea of the present invention to the processing of other particle surfaces. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명은 실리카입자들 사이에서 수소결합을 최소화할 수 있는 CMP용 연마제를 제공한다. 이를 사용하면 실리카 입자들간에 수소결합이 최대한 억제될 수 있다. 따라서, 연마제내에서 실리카들의 뭉침이 방지됨으로 연마제의 입자균일성을 극대화할 수 있다. 따라서, 연마과정에서 연마제를 구성하는 입자들의 비균질로 인해 발생되는 미크론 스크래치와 같은 연마 부작용을 방지할 수 있다.As described above, the present invention provides an abrasive for CMP capable of minimizing hydrogen bonding between silica particles. Using this, hydrogen bonding between silica particles can be suppressed as much as possible. Therefore, the agglomeration of silicas in the abrasive may be prevented, thereby maximizing particle uniformity of the abrasive. Therefore, it is possible to prevent polishing side effects such as micron scratches caused by the inhomogeneity of the particles constituting the abrasive during the polishing process.
Claims (13)
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| KR1019980050238A KR20000033394A (en) | 1998-11-23 | 1998-11-23 | Cmp polishing material and method for manufacturing the same |
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| KR (1) | KR20000033394A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100483411B1 (en) * | 2000-06-01 | 2005-04-15 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Abrasive Agent, Method for Polishing and Method for Production of Semiconductor Devices |
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- 1998-11-23 KR KR1019980050238A patent/KR20000033394A/en not_active Application Discontinuation
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