KR20060094047A - 화학 기계 연마방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 화학 기계 연마방법은 제1 연마공정과, 이 제1 연마공정보다 연마속도가 느린 제2 연마공정을 연속해서 행함으로써, 피연마면을 화학 기계적으로 연마하는 것을 포함하고, 상기 제1 연마공정 및 상기 제2 연마공정에서 사용하는 화학 기계 연마용 수계 분산체가 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합물이고, 상기 제1 연마공정과 상기 제2 연마공정에서 상기 수계 분산체 (I)과 상기 수용액 (II)의 혼합비를 변경함으로써 연마속도를 변경한다.
화학 기계 연마방법, 수계 분산체, 수용액, 연마속도, 연마공정, 지립, 퀴놀린산, 연마속도 향상제, 산화제

Description

화학 기계 연마방법{Chemical Mechanical Polishing Method}
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명의 일 실시형태의 화학 기계 연마방법을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 본 발명의 일 실시형태의 화학 기계 연마방법을 모식적으로 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1:복합 기판 소재
11:기판
12:절연막
13:배리어 메탈막
14:금속막
본 발명은 화학 기계 연마방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 특히 구리 또는 구리합금을 배선 재료로 하는 반도체 장치의 제조에 있어서, 잉여의 배선 재료를 효율적으로 제거하고, 고품위의 피연마면을 제공할 수 있는 화학 기계 연마방 법에 관한 것이다.
반도체 장치는 최근 한층 더 고밀도화가 요구되고 있어, 형성되는 배선의 미세화가 더욱 진행되고 있다. 반도체 장치에 있어서의 배선의 더 한층의 미세화를 달성할 수 있는 기술로서 「다마신(damascene)법」이라고 칭해지는 방법이 주목받고 있다. 이 방법은 절연 재료 등에 형성된 홈 등에 배선이 되어야 할 금속 재료를 메워 넣은 후, 화학 기계 연마에 의해 잉여의 배선 재료를 제거함으로써 원하는 배선을 형성하는 것이다. 이 방법에 있어서는 연마공정의 효율화, 고처리량화라는 관점에서 높은 연마속도가 요구된다.
그런데 다마신 배선의 형성시에, 배선 부분이 과잉으로 연마됨으로써 오목한 모양이 되는 경우가 있다. 이러한 오목한 모양의 배선 형상은 「디싱(dishing)」 또는 「침식(erosion)」이라고 불리며, 반도체 장치 제조의 수율을 저하시켜 버리는 점에서 바람직하지 않다. 또한 연마시에 「스크래치」라고 불리는 긁힌 상처 모양의 표면 결함 등을 일으키는 수가 있고, 마찬가지로 반도체 장치 제조의 수율을 저하시키는 경우가 있다.
또한 화학 기계 연마공정 후에, 배선 상의 지립 잔여물이나 절연막 상의 잔여 이물질이 문제가 되는 경우도 있고, 또는 배선 부분이 부식되는 「부식(corrosion)」이라고 불리는 현상이 발생하는 수도 있고, 이것들도 반도체 장치 제조의 수율에 크게 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
상기 디싱이나 침식을 억제해서 피연마면의 표면 평탄성을 향상시키고, 스크래치나 부식의 발생을 억제하기 위해서 여러 가지 화학 기계 연마용 수계 분산체가 제안되어 있다.
예를 들면 일본 특허공개 (평)10-163141호 공보에는 연마제, 물 및 철 화합물을 포함하는 조성물이 디싱 억제에 효과가 있다는 것이 개시되어 있다. 또한 일본 특허공개 2000-160141호 공보에는 연마제, α-알라닌, 과산화수소 및 물을 포함하는 조성물이 디싱 및 침식의 억제에 유효하고, 평활성이 뛰어난 피연마면을 얻을 수 있는 취지가 개시되어 있다. 또한 일본 특허공개 (평)10-44047호 공보에는 화학 기계 연마용 수계 분산체에 계면활성제를 배합하면 피연마면의 평활성에 효과가 있는 취지가 기재되어 있다.
그러나 현실의 화학 기계 연마공정에 있어서는 피연마면의 표면 평탄성의 향상이나 표면 결함의 발생 억제와 함께 높은 연마속도가 요구되고 있고, 이것들을 양립시킬 수 있는 화학 기계 연마용 수계 분산체에 관한 검토는 거의 되어 있지 않았다.
본 발명은 표면 평탄성이 뛰어나고, 표면 결함의 발생이 억제된 고품위의 피 연마면을 얻을 수 있고, 높은 연마속도를 나타내는 화학 기계 연마방법을 제공할 수 있다.
상기 과제는 본 발명의 일 양태에 따른 화학 기계 연마방법에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따른 화학 기계 연마방법은 제1 연마공정과, 이 제1 연 마공정보다 연마속도가 느린 제2 연마공정을 연속해서 행함으로써, 피연마면을 화학 기계적으로 연마하는 것을 포함하고, 상기 제1 연마공정 및 상기 제2 연마공정에서 사용하는 화학 기계 연마용 수계 분산체가 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합물이고, 상기 제1 연마공정과 상기 제2 연마공정에서 상기 수계 분산체 (I)과 상기 수용액 (II)의 혼합비를 변경함으로써 연마속도를 변경한다.
상기 화학 기계 연마방법에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (B)퀴놀린산을 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제를 함유하며, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시킬 수 있다.
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
이 경우, 상기 수계 분산체 (I)이 (D)산화제를 더 함유할 수 있다. 또한 이 경우, 상기 수용액 (II)가 (D)산화제를 더 함유할 수 있다.
또한 상기 화학 기계 연마방법에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (D)산화제를 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (B)퀴놀린산을 함유하며, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시킬 수 있다.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
또한 상기 화학 기계 연마방법에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (B')복소환을 가지는 화합물(단, 퀴놀린산은 제외함)을 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제 및 (D)산화제를 함유하며, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시킬 수 있다.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
또한 상기 화학 기계 연마방법에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립, (B')복소환을 가지는 화합물(단, 퀴놀린산은 제외함) 및 (D)산화제를 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제를 함유하며, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시킬 수 있다.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
1. 화학 기계 연마방법
본 발명의 일 실시형태의 화학 기계 연마방법은 제1 연마공정과, 이 제1 연마공정보다도 연마속도가 느린 제2 연마공정을 연속해서 행함으로써, 피연마면을 화학 기계적으로 연마하는 것을 포함하고, 상기 제1 연마공정 및 상기 제2 연마공정에서 사용하는 화학 기계 연마용 수계 분산체가 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합물이고, 상기 제1 연마공정과 상기 제2 연마공정에서 상기 수계 분산체 (I)과 상기 수용액 (II)의 혼합비를 변경함으로써 연마속도를 변경한다.
본 실시형태의 화학 기계 연마방법은 다마신법에 따라 반도체 장치를 제조 하는 공정에 있어서 잉여의 금속 배선 재료를 제거할 때에, 그 유리한 효과를 최대한으로 발휘한다. 본 실시형태의 화학 기계 연마방법의 피연마체로서는 예를 들면 도 1(a)에 나타내는 것 같은 구조를 가지는 복합 기판 소재(1)를 들 수 있다. 이 복합 기판 소재(1)는 예를 들면 실리콘 등을 포함하는 기판(11)과, 이 기판(11)의 표면에 적층되어 홈 등의 배선용 오목부가 형성된 절연막(12)과, 절연막(12)의 표면 및 배선용 오목부의 저부 및 내벽면을 덮도록 설치된 배리어 메탈막(13)과, 상기 배선용 오목부를 충전하고, 배리어 메탈막(13) 위에 형성된 배선 재료로 이루어지는 금속막(14)을 가진다.
본 실시형태의 화학 기계 연마방법에 의해 연마되는 피연마물은 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 기판(11)과 절연막(12) 사이에 실리콘 산화물 등으로 이루어지 는 절연막(21)과, 이 절연막(21) 위에 형성된 실리콘 질화물 등으로 이루어지는 절연막(22)을 가지고 있을 수 있다.
상기 배선 재료인 금속으로서는, 예를 들면 텅스텐, 알루미늄, 구리 등 및 이것들을 함유하는 합금을 들 수 있다. 이들 중, 구리 또는 구리를 함유하는 합금을 배선 재료로 하는 경우에, 본 실시형태의 화학 기계 연마방법의 작용 효과가 가장 유효하게 발휘된다. 구리를 함유하는 합금 중의 구리 함량으로서는 95 질량％ 이상인 것이 바람직하다.
상기 배리어 메탈로서는 탄탈, 질화탄탈, 티탄, 질화티탄, 탄탈-니오브 합금 등을 들 수 있다.
상기 절연막을 구성하는 재료로서는 진공 프로세스로 형성된 산화실리콘막(예를 들면 PETEOS막(Plasma Enhanced-TEOS막), HDP막(High Density Plasma Enhanced-TEOS막), 열화학 기상 증착법에 의해 얻어지는 산화실리콘막 등), FSG(Fluorine-doped silicate glass)라고 불리는 절연막, 붕소인실리케이트막(BPSG막), SiON(Silicon oxynitride)라고 불리는 절연막, 질화실리콘, 저유전율의 절연막 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 화학 기계 연마방법은 금속막(14) 중 배선용 오목부에 매설된 금속 배선부 이외 부분의 제거해야 할 금속 재료를, 소정의 면, 예를 들면 배리어 메탈막(13)이 노출될 때까지 화학 기계 연마할 때(도 1(b) 및 도 2(b) 참조)에 채용됨으로써 그 효과를 최대한으로 발휘한다.
그 후, 공지의 방법에 의해 배리어 메탈막(13) 중, 배선용 오목부의 저부 및 내벽면 이외의 부분에 형성된 제거해야 할 배리어 메탈막이 완전하게 제거되도록 화학 기계 연마함으로써 고정밀도로 평탄화된 다마신 배선이 형성되게 된다(도 1(c) 및 도 2(c) 참조).
본 실시형태의 화학 기계 연마방법은 상기 잉여의 금속 배선 재료를 제거함에 있어서 연마속도가 빠른 제1 연마공정과, 이 제1 연마공정보다 연마속도가 느린 제2 연마공정을 연속해서 행하는 것이다. 제1 공정으로부터 제2 공정으로 바꾸는 시점은 제거해야 할 잉여의 배선 재료의 두께가, 초기의 잉여 배선 재료의 두께로부터 줄어들어 0 내지 700 ㎚가 된 시점인 것이 바람직하고, 200 내지 500 ㎚가 된 시점인 것이 보다 바람직하다.
이 시점에서 제1 연마공정으로부터 제2 연마공정으로 바꿈으로써 고도로 평탄화된 고품위의 피연마면을 효율적으로(짧은 연마 시간으로) 얻을 수 있게 된다.
제2 연마공정에 있어서의 잉여의 금속 배선 재료의 제거 속도는 제1 연마공정에 있어서의 제거 속도에 대해서 바람직하게는 90％ 이하이고, 보다 바람직하게는 10 내지 80％이고, 더욱 바람직하게는 20 내지 70％이다.
본 실시형태의 화학 기계 연마방법에서 이용하는 화학 기계 연마용 수계 분산체는 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합물이고, 상기 제1 연마공정과 상기 제2 연마공정에서 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합비를 변경함으로써 연마속도를 변경할 수 있다.
제1 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합비, 및 제2 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합비는 사용하는 수계 분 산체 (I) 및 수용액 (II)에 따라 다르지만, 예를 들면 이하와 같은 양태 (i) 내지 (iv)가 가능하다. 또한 이하는 어디까지나 본 실시형태의 실시 양태의 일례를 나타낸 것이지, 본 실시형태가 이것으로 한정되는 것은 아니다.
(i) 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (B)퀴놀린산을 함유하고, 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제를 함유하며, 제1 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 제2 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
(ii) 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (D)산화제를 함유하고, 수용액 (II)가 (B)퀴놀린산을 함유하며, 제1 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 제2 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
(iii) 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (B')복소환을 가지는 화합물(단, 퀴놀린산은 제외함)을 함유하고, 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제 및 (D)산화제를 함유하며, 제1 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 제2 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
(iv) 수계 분산체 (I)이 (A)지립, (B')복소환을 가지는 화합물(단, 퀴놀린산은 제외함) 및 (D)산화제를 함유하고, 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제를 함유하며, 제1 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 제2 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
<수학식 1>
S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
상기의 방법 (i) 내지 (iv)에 있어서의 수계 분산체 (I)이 함유할 수 있는 (A)지립으로서는 무기 입자, 유기 입자 및 유기 무기 복합 입자로 이루어지는 군 중에서 선택되는 1종 이상이다.
상기 무기 입자로서는, 예를 들면 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 세리아 등을 들 수 있다. 실리카로서는 흄드(fumed)법 실리카, 졸겔법에 의해 합성된 실리카, 콜로이달 실리카 등을 들 수 있다. 흄드법 실리카는 기상 중에서 염화규소 등을 산소 및 물과 반응시켜 얻을 수 있다. 졸겔법에 의해 합성된 실리카 는 알콕시규소 화합물을 원료로 해서 가수분해 반응 및(또는) 축합 반응에 의해 얻을 수 있다. 콜로이달 실리카는, 예를 들면 미리 정제한 원료를 사용한 무기 콜로이드법 등에 의해 얻을 수 있다.
상기 유기 입자로서는, 예를 들면 폴리염화비닐, 스티렌 (공)중합체, 폴리아세탈, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 올레핀 (공)중합체, 페녹시 수지, 아크릴 (공)중합체 등을 들 수 있다. 올레핀 (공)중합체로서는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-1-부텐, 폴리-4-메틸-1-펜텐 등을 들 수 있다. 아크릴 (공)중합체로서는, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 유기 무기 복합 입자는 상기한 바와 같은 유기 입자와 무기 입자가 화학 기계 연마공정시에 용이하게 분리되지 않을 정도로 일체로 형성되어 있으면 되고, 그 종류, 구성 등은 특별히 한정되지 않는다.
유기 무기 복합 입자로서는, 예를 들면 이하의 구성 (i) 내지 (iii)을 들 수 있다.
(i) 유기 입자의 존재하에 금속 또는 규소의 알콕시드 화합물을 중축합시켜 얻어진 유기 무기 복합 입자. 여기서 금속 또는 규소의 알콕시드 화합물로서는, 예를 들면 알콕시실란, 알루미늄알콕시드, 티탄알콕시드 등을 들 수 있다. 이 경우, 정제하는 중축합체는 유기 입자가 가지는 관능기에 직접 결합되어 있을 수 있고, 적당한 커플링제(예를 들면 실란 커플링제 등)를 개재시켜 결합되어 있을 수 있다.
(ii) 상이한 부호의 제타 전위를 가지는 유기 입자와 무기 입자가 정전력에 의해 결합하고 있는 유기 무기 복합 입자. 이 경우, 유기 입자와 무기 입자의 제타 전위의 부호가 다른 pH 영역에서 양자를 혼합하여 복합 입자를 형성할 수도 있고, 유기 입자와 무기 입자의 제타 전위의 부호가 같은 pH 영역에서 양자를 혼합한 후, 유기 입자와 무기 입자의 제타 전위의 부호가 다른 pH 영역으로 액성을 변화시킴으로써 복합 입자를 형성할 수 있다.
(iii) 상기 (ii)의 복합 입자의 존재하에, 금속 또는 규소의 알콕시드 화합물을 중축합시켜 얻어진 유기 무기 복합 입자. 여기서 금속 또는 규소의 알콕시드 화합물로서는 상기 (i)의 경우와 같은 것을 사용할 수 있다.
본 실시형태의 화학 기계 연마용 수계 분산체가 함유하는 (A)지립으로서는 상기 중, 실리카 또는 유기 무기 복합 입자가 바람직하다.
또한 (A)지립은 불순물 금속의 함유량을 바람직하게는 지립에 대해서 10 ppm 이하, 보다 바람직하게는 5 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 3 ppm 이하, 특히 바람직하게는 1 ppm 이하이다. 불순물 금속으로서는 철, 니켈, 아연 등을 들 수 있다.
(A)지립의 평균 분산 입자경은 바람직하게는 5 내지 1,000 ㎚이고, 보다 바람직하게는 7 내지 700 ㎚이고, 더욱 바람직하게는 10 내지 500 ㎚이다. 이 범위의 평균 분산 입경의 지립을 사용함으로써 양호한 피연마면과 연마속도의 밸런스를 도모할 수 있다.
상기 방법 (iii) 및 (iv)에 있어서의 수계 분산체 (I)이 함유할 수 있는 (B')복소환을 가지는 화합물은 1개 이상의 질소 원자를 가지는 복소 5원환 및 복소 6원환으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 1종 이상의 복소환을 함유하는 유기 화 합물인 것이 바람직하다. 상기 복소환으로서는 피롤 구조, 이미다졸 구조, 트리아졸 구조 등의 복소 5원환; 피리딘 구조, 피리미딘 구조, 피리다진 구조, 피라진 구조 등의 복소 6원환을 들 수 있다. 이러한 복소환은 축합환을 형성하고 있을 수 있다. 구체적으로는 인돌 구조, 이소인돌 구조, 벤조이미다졸 구조, 벤조트리아졸 구조, 퀴놀린 구조, 이소퀴놀린 구조, 퀴나졸린 구조, 신놀린 구조, 프탈라진 구조, 퀴녹살린 구조, 아크리딘 구조 등을 들 수 있다.
이러한 구조를 가지는 유기 화합물 중, 피리딘 구조, 퀴놀린 구조, 벤조이미다졸 구조, 또는 벤조트리아졸 구조를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 이러한 유기 화합물로서는 퀴날딘산, 벤조이미다졸, 벤조트리아졸이 바람직하고, 퀴날딘산이 보다 바람직하다.
단, (B')복소환을 가지는 화합물은 퀴놀린산을 포함하지 않는 것이다.
상기의 방법 (i), 방법 (iii) 및 방법 (iv)에 있어서의 수용액 (II)가 함유할 수 있는 (C)연마속도 향상제로서는, 예를 들면 아미노산, 아미노폴리카르복실산, 아민 화합물, 아미노알코올, 포스폰산, 할로겐화물 이온, 티오황산 이온 및 암모늄 이온으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
상기 아미노산으로서는, 예를 들면 글리신, 알라닌, 글루탐산 등;
상기 아미노폴리카르복실산으로서는, 예를 들면 에틸렌디아민테트라아세트산 등;
상기 아민 화합물로서는, 예를 들면 에틸렌디아민, 디에틸아민, 트리에틸아민 등;
상기 아미노알코올로서는 트리에탄올아민 등을 각각 들 수 있다. 이들 중, 암모늄 이온, 아미노산, 아민 화합물, 아미노폴리카르복실산을 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 방법 (ii) 및 방법 (iv)에 있어서의 수계 분산체 (I) 및 방법 (iii)에 있어서의 수용액 (II)가 함유할 수 있는 (D)산화제로서는 과산화수소, 유기 과산화물, 과망간산 화합물, 중크롬산 화합물, 할로겐산 화합물, 질산 화합물, 과할로겐산 화합물, 과황산염, 헤테로폴리산 등을 들 수 있다.
상기 유기 과산화물로서는, 예를 들면 과아세트산, 과벤조산, tert-부틸하이드로퍼옥사이드 등;
상기 과망간산 화합물로서는, 예를 들면 과망간산칼륨 등;
상기 중크롬산 화합물로서는, 예를 들면 중크롬산칼륨 등;
상기 할로겐산 화합물로서는, 예를 들면 요오드산칼륨 등;
상기 질산 화합물로서는, 예를 들면 질산, 질산철 등;
상기 과할로겐산 화합물로서는, 예를 들면 과염소산 등;
상기 과황산염으로서는, 예를 들면 과황산암모늄 등;
상기 헤테로폴리산으로서는, 예를 들면 실리코몰리브덴산, 실리코텅스텐산 등을 각각 들 수 있다.
상기 산화제 중, 분해 생성물이 무해하다고 하는 관점에서 과산화수소, 유기 과산화물 또는 과황산염을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 방법 (i)에 있어서 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II) 중 한쪽 이상 은 (D)산화제를 함유할 수 있다.
상기 방법 (i) 및 (ii)에 있어서의 수계 분산체 (I)은 상기한 성분 이외에, 임의적으로 방법 (iii) 및 (iv)의 수계 분산체 (I)이 함유할 수 있는 (B')복소환을 가지는 화합물을 더 함유할 수 있다.
또한 상기 모든 방법에 있어서, 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)는 상기한 성분 이외에도 산, 염기, 계면활성제, 수용성 고분자 등을 함유할 수 있다.
상기 산으로서는, 예를 들면 유기산, 무기산을 들 수 있다.
상기 유기산으로서는, 예를 들면 파라톨루엔술폰산, 도데실벤젠술폰산, 이소프렌술폰산, 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 숙신산, 푸마르산, 말레산, 프탈산 등;
상기 무기산으로서는, 예를 들면 질산, 황산, 인산 등을 각각 들 수 있다.
상기 염기로서는 유기 염기, 무기 염기를 들 수 있다. 유기 염기로서는, 예를 들면 테트라메틸히드록시드 등을 들 수 있다. 무기 염기로서는, 예를 들면 알칼리 금속의 수산화물을 들 수 있고, 이것들의 구체예로서는 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐, 수산화세슘 등을 들 수 있다.
이들 산 및 염기는 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)의 pH를 조정하기 위해서도 사용할 수 있다.
상기 계면활성제로서는 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제를 들 수 있다.
상기 양이온성 계면활성제로서는, 예를 들면 지방족 아민염, 지방족 암모늄 염 등을 들 수 있다.
상기 음이온성 계면활성제로서는, 예를 들면 카르복실산염, 술폰산염, 황산에스테르염, 인산에스테르염 등을 들 수 있다. 상기 카르복실산염으로서는 지방산 비누, 알킬에테르카르복실산염 등;
상기 술폰산염으로서는 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염, α-올레핀 술폰산염 등;
상기 황산에스테르염으로서는, 예를 들면 고급 알코올 황산에스테르염, 알킬에테르황산염 등;
상기 인산에스테르로서는, 예를 들면 알킬인산에스테르 등을 각각 들 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제로서는, 예를 들면 에테르형 계면활성제, 에테르에스테르형 계면활성제, 에스테르형 계면활성제, 아세틸렌계 계면활성제 등을 들 수 있다.
상기 에테르형 계면활성제로서는, 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등;
상기 에테르에스테르형 계면활성제로서는, 예를 들면 글리세린에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르 등;
상기 에스테르형 계면활성제로서는, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 글리세린에스테르, 소르비탄에스테르 등;
상기 아세틸렌계 계면활성제로서는, 예를 들면 아세틸렌알코올, 아세틸렌글리콜, 아세틸렌디올의 에틸렌옥사이드 부가물 등을 각각 들 수 있다.
상기 수용성 고분자로서는, 예를 들면 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로오스 등을 들 수 있다.
상기의 방법 (i) 내지 (iv)에 있어서의 수계 분산체 (I)에 함유되는 (A)지립의 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 10 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 8 질량％이고, 0.1 내지 5 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기의 방법 (i)에 있어서의 수계 분산체 (I)에 함유되는 (B)퀴놀린산의 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 10 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 5 질량％이고, 0.1 내지 2 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기의 방법 (ii)에 있어서의 수용액 (II)에 함유되는 퀴놀린산의 함유량은 수용액 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 5 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 4 질량％이고, 0.05 내지 3 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기의 방법 (iii) 및 (iv)의 수계 분산체 (I)에 함유되는 (B')복소환을 가지는 화합물의 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 10 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 5 질량％이고, 0.1 내지 2 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 방법 (i) 및 (ii)의 수계 분산체 (I)이 (B')복소환을 가지는 화합물을 함유하는 것인 경우, 그 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 10 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 5 질량％이고, 0.1 내지 2 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기의 방법 (i), 방법 (iii) 및 방법 (iv)에 있어서의 수용액 (II)에 함유되는 (C)연마속도 향상제의 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 5 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 4 질량％이고, 0.05 내지 3 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기의 방법 (ii) 및 방법 (iv)에 있어서의 수계 분산체 (I)에 함유되는 (D)산화제의 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 5 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 4 질량％이고, 0.05 내지 1 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기의 방법 (iii)에 있어서의 수용액 (II)에 함유되는 (D)산화제의 함유량은 수용액 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 10 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 8 질량％이고, 0.05 내지 5 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 방법 (i)에 있어서, 수계 분산체 (I)이 (D)산화제를 함유하는 것인 경우, 그 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 5 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 4 질량％이고, 0.05 내지 1 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
상기 방법 (i)에 있어서, 수용액 (II)가 (D)산화제를 함유하는 것인 경우, 그 함유량은 수용액의 전체에 대해서 바람직하게는 0.01 내지 10 질량％이고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 8 질량％이고, 0.05 내지 5 질량％인 것이 더욱 바람직하다.
또한 (D)산화제로서 과황산암모늄을 이용하는 경우에는 이것이 (D)산화제로서 작용하는 것 외에 수계 분산체 또는 수용액 중에서 전리되어 생성되는 암모늄 이온이 (C)연마속도 향상제로서도 작용하게 되기 때문에, 과황산암모늄 첨가량 중 암모늄 이온에 상당하는 양은 (C)연마속도 향상제로서 계산되어야 한다.
상기 모든 방법에 있어서, 수계 분산체 (I)이 계면활성제를 함유하는 것인 경우, 그 함유량은 수계 분산체 전체에 대해서 바람직하게는 0.5 질량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.5 질량％이다.
상기 모든 방법에 있어서의 수계 분산체 (I)의 pH는 바람직하게는 7 내지 12이다.
상기 모든 방법에 있어서의 수용액 (II)의 pH는 바람직하게는 3 내지 12이다.
본 실시형태의 화학 기계 연마방법에 있어서, 제1 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 제2 연마공정에 있어서의 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에, 바람직하게는 S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)를 만족시키는 것인데, 상기의 방법 (i) 내지 (iv)에 있어서의 S(I-1)/S(II-1)의 값은 바람직하게는 0.01 내지 5이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 3이다. 또한 방법 (i) 내지 (iv)에 있어서의 S(I-2)/S(II-2)의 값은 바람직하게는 0.05 이상이고, 보다 바람직하게는 0.2 이상이다. 또한 제2 연마공정에 있어서는 수용액 (II)를 공급하지 않고, 수계 분산체 (I)만으로 연마공정을 실시할 수도 있다.
또한 본 실시형태에 있어서의 화학 기계 연마용 수계 분산체는 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)가 별개로 준비·공급되고, 또한 연마시에 일체가 되어 있으면 되고, 그 혼합의 방법 및 타이밍은 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)가 따로따로 연마장치에 공급되어 정반 위에서 혼합될 수도 있고, 연마장치 바로 앞에서 또는 장치 내에서 라인 혼합되거나, 또는 혼합 탱크를 설치하여 여기서 혼합할 수도 있다. 또 라인 혼합시에 보다 균일화하기 위해서 라인 믹서 등을 이용할 수도 있다.
본 실시형태의 화학 기계 연마방법은 시판되는 화학 기계 연마장치 및 시판되는 화학 기계 연마용 패드를 이용하여 공지의 방법에 의해 실시할 수 있다.
예를 들면 화학 기계 연마장치로서 (주)에바라 세이사쿠쇼제, 형식 「EPO112」를 이용했을 경우에는 이하의 조건에 따라 본 실시형태의 방법을 실시할 수 있다.
화학 기계 연마용 수계 분산체의 공급속도(수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 합계량): 바람직하게는 100 내지 400 mL/분, 보다 바람직하게는 150 내지 350 mL/분
정반 회전수: 바람직하게는 30 내지 150 rpm, 보다 바람직하게는 50 내지 130 rpm
연마 헤드 회전수: 바람직하게는 20 내지 150 rpm, 보다 바람직하게는 30 내지 130 rpm
연마 헤드 압박압: 바람직하게는 0.1 내지 5 psi, 보다 바람직하게는 0.5 내 지 4 psi
상기한 바와 같은 본 실시형태의 화학 기계 연마방법은 표면 평탄성이 뛰어나고, 표면 결함의 발생이 억제된 고품위의 피연마면을 얻을 수 있는 동시에 높은 연마속도를 나타낸다.
2. 실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명의 화학 기계 연마방법을 보다 구체적으로 설 명하지만, 본 발명의 화학 기계 연마방법은 이하의 실시예로 한정되지 않는다. 2.1. 지립을 포함하는 수분산체의 제조
2.1.1. 흄드법 실리카 입자를 포함하는 수분산체의 제조
흄드법 실리카 입자(일본 아에로질(주)제, 상품명 「아에로질 #90」) 2 kg을 이온 교환수 6.7 kg에 초음파 분산기에 의해 분산시키고, 공경 5 ㎛의 필터에 의해 여과하여 평균 분산 입경 220 ㎚의 흄드법 실리카를 10 질량％ 함유하는 수분산체를 제조했다.
2.1.2. 콜로이달 실리카를 포함하는 수분산체의 제조
용량 2 L의 플라스크에 25 질량％ 농도의 암모니아수 70 g, 이온 교환수 40 g, 에탄올 175 g 및 테트라에톡시실란 21 g을 투입하고, 180 rpm으로 교반하면서 60 ℃로 승온시키고, 이 온도인 채로 2시간 교반을 계속한 후, 냉각시켜 평균 입자경이 97 ㎚인 콜로이달 실리카/알코올 분산체를 얻었다. 이어서 증발기를 이용해서 이 분산체에 80 ℃의 온도로 이온 교환수를 첨가하면서 알코올분을 제거하는 조작을 수회 반복해서 분산체 내의 알코올분을 제거하여, 평균 분산 입경이 97 ㎚인 콜로이달 실리카를 10 질량％ 포함하는 수분산체를 제조했다.
2.1.3. 유기 무기 복합 입자를 포함하는 수분산체의 제조
2.1.3-1. 유기 입자를 포함하는 수분산체의 제조
메틸메타크릴레이트 90 질량부, 메톡시폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트(신나카무라 가가꾸 고교(주)제, 상품명 「NK에스테르M-90 g #400」) 5 질량부, 4-비닐피리딘 5 질량부, 아조계 중합 개시제(와코우 쥰야꾸(주)제, 상품명 「V50」) 2 질량부 및 이온 교환수 400 질량부를 용량 2 L의 플라스크에 투입하고, 질소 가스 분위기 하에 교반하면서 70 ℃로 승온시켜 6시간 중합시켰다. 이것에 의해 아미노기의 양이온 및 폴리에틸렌글리콜쇄를 가지는 관능기를 구비하고, 평균 분산 입경 150 ㎚의 폴리메틸메타크릴레이트계 입자를 포함하는 수분산체를 얻었다. 또한 중합 수율은 95％였다.
2.1.3-2. 복합 입자를 포함하는 수분산체의 제조
상기 2.1.3-1.에서 얻어진 폴리메틸메타크릴레이트계 입자 10 질량％를 포함하는 수분산체 100 질량부를 용량 2 L의 플라스크에 투입하고, 메틸트리메톡시실란 1 질량부를 첨가하여 40 ℃에서 2시간 교반했다. 그 후, 질산에 의해 pH를 2로 조정해서 수분산체 (a)를 얻었다. 수분산체 (a)에 포함되는 폴리메틸메타크릴레이트계 입자의 제타 전위는 +17 mV였다.
한편, 콜로이달 실리카(닛산 가가꾸(주)제, 상품명 「스노텍스 O」)를 10 질량％ 포함하는 수분산체의 pH를 수산화칼륨에 의해 8로 조정하여 수분산체 (b)를 얻었다. 수분산체 (b)에 포함되는 실리카 입자의 제타 전위는 -40 mV였다.
상기 수분산체 (a) 100 질량부에 수분산체 (b) 50 질량부를 2시간에 걸쳐 서서히 첨가, 혼합한 후 2시간 교반하여 폴리메틸메타크릴레이트계 입자에 실리카 입자가 부착된 입자를 포함하는 수분산체를 얻었다. 그 다음에 이 수분산체에 비닐트리에톡시실란 2 질량부를 첨가하여 1시간 교반한 후, 테트라에톡시실란 1 질량부를 첨가하고, 60 ℃로 승온시켜 3시간 교반을 계속한 후 냉각함으로써 유기 무기 복합 입자를 포함하는 수분산체를 얻었다. 이 유기 무기 복합 입자의 평균 분산 입경은 180 ㎚이고, 폴리메틸메타크릴레이트계 입자 표면의 80％에 실리카 입자가 부착되어 있었다.
2.2. 실시예 1
2.2.1. 수계 분산체 (I)의 제조
폴리에틸렌제 용기에, 상기 2.1.1.에서 제조된 흄드법 실리카 입자를 포함하는 수분산체를, 흄드법 실리카가 화학 기계 연마용 수계 분산체 전체에 대해서 2 질량％에 상당하는 양을 투입하고, 이어서 퀴날딘산을 0.5 질량％ 상당량 투입하여 충분히 교반했다. 그 후, 교반을 계속하면서 도데실벤젠술폰산칼륨 0.1 질량％ 상당량 및 pH 조정제로서 수산화암모늄을 첨가한 후, 이온 교환수로 희석해서 pH 10.0의 화학 기계 연마용 수계 분산체 (I)을 얻었다.
2.2.2. 수용액 (II)의 제조
폴리에틸렌제 용기에, 퀴놀린산을 수용액 전체에 대해서 0.5 질량％에 상당하는 양을 넣고, 이어서 pH 조정제로서 수산화칼륨을 고체로 해서 첨가한 후, 소정량의 이온 교환수를 가하고, 30 질량％의 과산화수소수를 과산화수소가 수용액 전 체에 대해서 0.2 질량％가 되는 양을 가해 pH 9.1의 수용액 (II)를 얻었다.
2.2.3. 구리층을 가지는 블랭킷 웨이퍼의 연마(구리막의 연마속도의 평가)
화학 기계 연마장치로서 (주)에바라 세이사쿠쇼제의 형식 「EPO112」를, 연마 패드로서 니따 하스 인코포레이티드(Nitta Haas Incorporated)제의 형식 「IC1000-050-(603)-(P)-S400J」를 각각 이용해서 구리층을 가지는 블랭킷 웨이퍼(무패턴 웨이퍼)를 피연마물로 하고, 상기에서 합성된 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)를 사용해서 이하의 두 가지의 다른 조건하에서 각각 화학 기계 연마했다. 또한 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)는 각각을 별개로 공급하고, 정반 위에서 접촉, 혼합시켰다.
2.2.3-1. 조건 1
수계 분산체 (I)의 공급속도: 50 mL/분
수용액 (II)의 공급속도: 250 mL/분
정반 회전수: 100 rpm
헤드 회전수: 80 rpm
헤드 하중: 140 g/cm2
연마 시간: 60초
2.2.3-2. 조건 2
수계 분산체 (I)의 공급속도: 150 mL/분
수용액 (II)의 공급속도: 150 mL/분
정반 회전수, 헤드 회전수, 헤드 하중 및 연마 시간은 상기 조건 1과 같다.
상기에서 처리한 각각의 대상체에 관해, 구리막의 제거 속도를, 처리 전후의 구리막의 두께의 차이를 제1 처리 공정의 처리 시간으로 나누어 산출한 바, 조건 1로 연마한 것에 대해 12,000 Å/분이고, 조건 2로 연마한 것에 대해 6,OOO Å/분이었다. 또한 구리막의 두께는 저항률 측정기(엔피에스(주)제, 형식 「Σ-5」)를 사용해서 직류 4침법에 의해 시트 저항값을 측정하고, 이 값과 구리의 이론 저항률로부터 이하의 식에 의해 산출했다.
구리막의 두께(Å)=시트 저항값(Ω/cm2)÷구리의 이론 저항률(Ω/cm)×10-8
2.2.4. 패턴 부착 웨이퍼의 잉여 구리막의 제거
상기 「구리층을 가지는 블랭킷 웨이퍼의 연마」와 동종의 화학 기계 연마장치 및 연마 패드를 이용해서 패턴 부착 웨이퍼(인터내셔널 세마테크사(International Sematech)제, 형식 「세마테크(SEMATECH) #854」, 여러 가지 배선 패턴을 가지는 테스트용 웨이퍼이고, 구리막의 퇴적 두께는 11,000 Å임)를 피연마물로 하고, 상기에서 합성한 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)를 사용해서 상기 「구리층을 가지는 블랭킷 웨이퍼의 연마」에 있어서의 조건 1과 같은 조건으로 화학 기계 연마(제1 연마공정)를 실시한 후, 계속해서 상기 조건 2와 같은 조건으로 화학 기계 연마(제2 연마공정)를 실시했다. 단, 제1 연마공정의 연마 시간은 45초로 하고, 여기에 뒤따라 실시한 제2 연마공정은 화학 기계 연마장치의 정반 전류로부터 토크 변화를 읽어냄으로써 검출되는 연마 종점에 이른 후, 다시 30초간 계속해 서 과도하게 연마했다.
또한 상기 「구리층을 가지는 블랭킷 웨이퍼의 연마」의 조건 1에 의한 연마 실험에서 산출된 구리막의 제거 속도, 제1 연마공정의 연마 시간, 및 피연마물인 구리의 초기 퇴적 두께로부터, 제1 연마공정 후의 구리막의 잔존 두께는 2,000 Å으로 계산되었다. 단, 무패턴 웨이퍼의 구리막의 제거 속도와, 이것과 동일 조건 하에서 실시한 패턴 부착 웨이퍼의 구리막의 제거 속도는 엄밀하게 일치하는 것은 아니다.
상기 2단계 연마를 한 후의 피연마물에 관해, 정밀단차계(KLA텐콜사제, 형식 「HRP」)를 이용해서 배선 폭 100 ㎛ 부분의 디싱을 측정한 바, 600 Å으로 양호였다. 마찬가지로 배선 폭 9 ㎛/스페이스 폭 1 ㎛의 패턴이 배선과 수직 방향으로 1250 ㎛ 연속되어 있는 부분의 침식을 측정한 바, 400 Å으로 양호했다.
또한 주사형 전자 현미경에 의해 구리 배선을 관찰했지만, 부식은 볼 수 없었다.
2.3. 실시예 2 내지 5
수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)의 구성 성분의 종류 및 양을 하기 표 1에 기재한 대로 한 것 외에는 실시예 1과 같이 해서 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)를 제조했다.
이 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)를 사용해서 수계 분산체 (I) 및 수용액 (II)의 공급속도를 하기 표 2에 기재한 대로 한 것 외에는 실시예 1과 같이 해서 구리층을 가지는 블랭킷 웨이퍼의 연마 및 패턴 부착 웨이퍼의 잉여 구리막을 제거 했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 실시예 3은 연마장치의 토크 변화로부터 검출되는 연마 종점에 이를 때까지 제1 연마공정을 실시한 후, 제2 연마공정으로서 30초간의 연마를 한 것을 나타낸다.
실시예 2 내지 4에 대해서는 pH 조정제로서 암모니아를 사용하고, 암모니아는 30 질량％ 농도의 암모니아수로서 첨가했다. 또한 실시예 5에 있어서 pH 조정제로서 수산화칼륨을 사용하고, 수산화칼륨은 개체상으로 첨가했다.
표 1 중, 계면활성제 란의 약어는 각각 이하를 나타낸다.
DBS-K: 도데실벤젠술폰산칼륨
DBS-A: 도데실벤젠술폰산암모늄
SLA: 라우릴 황산암모늄
표 1 중의 「-」은 그 란에 상당하는 성분을 첨가하지 않은 것을 나타낸다.
Figure 112006012936304-PAT00001
2.4. 비교예 1
실시예 1의 「패턴 부착 웨이퍼의 잉여 구리막의 제거」에 있어서, 제1 연마공정을 실시하지 않고, 애초부터 제2 연마공정의 조건으로 화학 기계 연마를 개시하고, 연마장치의 토크 변화로부터 검출되는 연마 종점에 이른 후, 다시 30초간 과도하게 연마를 실시했다.
실시예 1과 같이 해서 디싱 및 침식의 값을 측정한 바, 각각 600 Å, 400 Å이었고, 또한 주사형 전자 현미경 관찰에 의해서도 구리 배선 부분의 침식도 보이지 않고 실시예 1과 동등했지만, 연마 개시부터 종점에 이를 때까지의 연마 시간이 115초이고, 총 연마 시간이 145초인 점에서 실시예 1의 방법에 비해 연마 시간이 오래 걸리는 것을 알 수 있었다.
2.5. 비교예 2
`실시예 2의 「패턴 부착 웨이퍼의 잉여 구리막의 제거」에 있어서, 제1 연마공정의 조건으로 화학 기계 연마를 개시하고, 도중에 조건 변경을 하지 않고, 연마장치의 토크 변화로부터 검출되는 연마 종점에 이른 후, 다시 30초간 연마를 계속했다.
실시예 1과 같이 해서 디싱 및 침식의 값을 측정한 바, 각각 1,200 Å, 700 Å으로 뒤떨어져 있었다. 또한 주사형 전자 현미경으로 관찰한바, 구리 배선 부분에 부식을 볼 수 있었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
제1 연마공정 수계 분산체(I) 공급속도(mL/분) 50 100 20 150 150
수용액(II) 공급속도(mL/분) 250 200 280 150 150
S(I-1)/S(II-1) 0.2 0.5 0.07 1.0 1.0
무패턴 구리막의 제거속도(Å/분) 12,000 18,000 21,000 15,000 13,000
제2 연마공정 수계 분산체(I) 공급속도(mL/분) 150 200 50 250 300
수용액(II) 공급속도(mL/분) 150 100 250 50 0
S(I-2)/S(II-2) 1.0 2.0 0.2 5.0 ∞
무패턴 구리막의 제거속도(Å/분) 6,000 5,500 5,500 6,000 4,000
패턴 부착 막 연마 제1 연마공정
연마시간(초) 45 30 40 35 45
제1 연마공정 후의 구리막 잔존량(계산치Å) 2,000 2,000 0(종점까지 연마) 2,250 1,250
제2 연마공정
연마 시간(종점까지, 초) 23 25 0 30 25
오버 연마 시간( 초) 30 30 30 30 30
총 연마 시간(초) 98 85 70 95 100
디싱(Å) 600 300 700 900 550
침식(Å) 400 350 450 500 380
부식 없음 없음 없음 없음 없음
본 발명의 화학 기계 연마방법에 의하면 표면 평활성이 뛰어나고, 표면 결함의 발생이 억제된 고품위의 피연마면을 얻을 수 있고, 높은 연마속도를 달성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1 연마공정과, 이 제1 연마공정보다도 연마속도가 느린 제2 연마공정을 연속해서 행함으로써, 피연마면을 화학 기계적으로 연마하는 것을 포함하고, 상기 제1 연마공정 및 상기 제2 연마공정에서 사용하는 화학 기계 연마용 수계 분산체가 수계 분산체 (I)과 수용액 (II)의 혼합물이고, 상기 제1 연마공정과 상기 제2 연마공정에서 상기 수계 분산체 (I)과 상기 수용액 (II)의 혼합비를 변경함으로써 연마속도를 변경하는 것인 화학 기계 연마방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (B)퀴놀린산을 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제를 함유하며, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
    <수학식 1>
    S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
  3. 제2항에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (D)산화제를 더 함유하는 것인 화학 기계 연마방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 수용액 (II)가 (D)산화제를 더 함유하는 것인 화학 기계 연마방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (D)산화제를 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (B)퀴놀린산을 함유하며, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
    <수학식 1>
    S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
  6. 제1항에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립 및 (B')복소환을 가지는 화합물(단, 퀴놀린산은 제외함)을 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제 및 (D)산화제를 함유하고, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
    <수학식 1>
    S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
  7. 제1항에 있어서, 상기 수계 분산체 (I)이 (A)지립, (B')복소환을 가지는 화합물(단, 퀴놀린산은 제외함) 및 (D)산화제를 함유하고, 상기 수용액 (II)가 (C)연마속도 향상제를 함유하고, 상기 제1 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-1), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-1)로 하고, 상기 제2 연마공정에 있어서의 상기 수계 분산체 (I)의 공급량을 S(I-2), 상기 수용액 (II)의 공급량을 S(II-2)로 했을 경우에 하기 수학식 1을 만족시키는 것인 화학 기계 연마방법.
    <수학식 1>
    S(I-1)/S(II-1)<S(I-2)/S(II-2)
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