KR20080108562A - 금속 제거 속도 조절을 위한 할라이드 음이온 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 화학적-기계적 연마 시스템은 연마 성분, 액체 캐리어, 산화제 및 할로겐 음이온을 포함한다. 본 발명의 방법은 상기 연마 시스템으로 기판을 화학적으로-기계적으로 연마하는 것을 포함한다.
화학적-기계적 연마 시스템, 연마 성분, 액체 캐리어, 산화제, 할로겐 음이온

Description

금속 제거 속도 조절을 위한 할라이드 음이온 {HALIDE ANIONS FOR METAL REMOVAL RATE CONTROL}
본 발명은, 연마 조성물 및 이를 사용한 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
기판 표면의 평탄화 또는 연마, 특히 화학적-기계적 연마 (CMP)를 위한 조성물, 시스템 및 방법은 당업계에 공지되어 있다. 연마 조성물 (또한, 연마 슬러리로서 공지됨)은 전형적으로 수용액 중의 연마재를 함유하며, 표면을 연마 조성물로 포화된 연마 패드와 접촉시킴으로써 표면에 적용된다. 연마 조성물이 금속을 포함하는 기판의 연마에 사용되는 경우, 이는 흔히 산화제를 포함한다. 산화제의 목적은, 금속 표면을 금속 자체에 비해 더 연성이고, 더 용이하게 연마가능한 물질로 전환시키는 것이다. 따라서, 연마재와 함께 산화제를 포함하는 연마 조성물에서는 일반적으로, 보다 덜 공격적인 기판의 기계적 연마가 요구되고, 이는 연마 공정에 의해 발생되는 기판에 대한 기계적 손상을 감소시킨다. 또한, 산화제의 존재는 빈번히 금속의 제거 속도를 증가시키고, 제조 셋팅에 있어 처리량을 증가시킨다.
차세대 반도체 장치의 개발에서는, 장치 상의 전도체층 사이의 정전용량을 감소시키고, 회로가 작동될 수 있는 빈도를 증가시키기 위하여 알루미늄과 같은 이전 세대 금속에 비해 구리와 같은 보다 낮은 비저항값을 갖는 금속의 사용이 강조 되어 왔다. 이산화규소 기판 상에 평면형 구리 회로 추적기를 제작하기 위한 한가지 방법은, 다마신(damascene) 공정으로서 언급된다. 이 공정에 따르면, 이산화규소 유전체 표면을 통상의 건조 에칭 공정에 의해 패턴화하여 수직 및 수평 상호연결체에 대해 홀 및 트렌치(trench)를 형성한다. 패턴화된 표면을 접착-촉진층, 예컨대 탄탈 또는 티타늄 및/또는 확산 배리어층, 예컨대 질화탄탈 또는 질화티타늄으로 코팅한다. 이어서, 접착-촉진층 및/또는 확산 배리어층을 구리층으로 오버코팅한다. 화학적-기계적 연마를 이용하여, 이산화규소 표면의 상승된 부분을 노출시키는 평면형 표면이 얻어질 때까지, 구리 상부층의 두께 뿐만 아니라 임의의 접착-촉진층 및/또는 확산 배리어층의 두께를 감소시킨다. 비아(via) 및 트렌치는 회로 상호연결체를 형성하는 전기 전도성 구리로 충전되어 유지된다.
탄탈 및 구리층 둘 다를 함유하는 기판의 연마에는 전형적으로, 구리층의 제거 속도를 제한하기 위해 벤조트리아졸 (BTA) 또는 메틸-벤조트리아졸 (m-BTA) 등의 통상의 구리 억제제를 연마 슬러리에 첨가하는 것이 요구된다. 탄탈층의 연마에는 전형적으로, 유용한 제거 속도를 달성하기 위해 과산화물 (예를 들어, 과산화수소) 또는 요오드산칼륨 등의 산화제가 요구된다. 탄탈층은 전형적으로 높은 pH에서 연마된다. 그러나, 구리 제거 속도는 낮은 pH를 가지며 과산화수소 또는 요오드산칼륨 등의 산화제를 함유하는 슬러리에서도 높게 유지된다. 또한, 과산화물은 연마 조성물의 다른 성분과 반응할 수 있는 강한 산화제이고, 이는 연마 조성물의 안정성, 또한 그에 따른 그의 유용한 가사 시간(pot-life)을 제한한다. 예를 들어, 과산화수소는 화학적 에칭에 의해 기판 표면 상의 구리선을 부식시키는 데 기여하는 것에 추가로 BTA를 분해시킨다.
따라서, 탄탈 및 구리를 포함하는 기판의 연마를 위한 대안적인 연마 시스템 및 방법에 대한 필요성이 남아있다.
<발명의 요약>
본 발명은 기판의 연마를 위한 화학적-기계적 연마 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 (a) 연마 패드, 연마재 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 성분, (b) 액체 캐리어, (c) 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는, 기판의 적어도 일부를 산화시키는 산화제, 및 (d) 염화물, 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 할로겐 음이온을 포함하며, 임의의 성분이 용해되거나 현탁된 액체 캐리어가 3 이하의 pH를 갖는다.
본 발명은 또한, 기판의 화학적-기계적 연마 방법을 제공한다. 상기 방법은, (i) 기판을, (a) 연마 패드, 연마재 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 성분, (b) 액체 캐리어, (c) 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는, 기판의 적어도 일부를 산화시키는 산화제, 및 (d) 염화물, 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 할로겐 음이온을 포함하며, 임의의 성분이 용해되거나 현탁된 액체 캐리어가 3 이하의 pH를 갖는 화학적-기계적 연마 시스템과 접촉시키는 단계, (ii) 연마 성분을 기판에 대해 상대적으로 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
도 1은, 낮은 pH에서의 다양한 조성물에 대한 구리 제거 속도 (Å/분)의 그래프이다.
도 2는, 낮은 pH에서의, 알루미나 및 BTA, KCl 또는 KBr을 함유하는 다양한 조성물의 염 농도 (mM)에 대한 구리 제거 속도 (Å/분)의 그래프이다.
도 3은, 낮은 pH에서의, 실리카 및 BTA, KCl, KBr 또는 KNO3를 함유하는 다양한 조성물의 염 농도 (mM)에 대한 구리 제거 속도 (Å/분)의 그래프이다.
도 4는, 낮은 pH에서의, 실리카 및 과산화수소, 및 BTA, KCl 또는 KBr을 함유하는 다양한 조성물의 염 농도 (mM)에 대한 구리 제거 속도 (Å/분)의 그래프이다.
본 발명은 기판을 연마하기 위한 화학적-기계적 연마 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 (a) 연마 패드, 연마재 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 성분, (b) 액체 캐리어, (c) 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는, 기판의 적어도 일부를 산화시키는 산화제, 및 (d) 염화물, 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 할로겐 음이온을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 또는 이들을 주성분으로 하며, 임의의 성분이 용해되거나 현탁된 액체 캐리어가 3 이하의 pH를 갖는다. 액체 캐리어, 산화제, 할로겐 음이온 및 액체 캐리어 중에 용해되거나 현탁된 임의의 다른 성분 (예를 들어, 연마재)은 연마 조성물을 구성한다. 본원에 기재된 성분들의 양은 본원에서 달리 특정되지 않는 한 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이다.
연마되는 기판은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 적합한 기판으로는, 집적 회로, 메모리 또는 경질 디스크, 금속, 층간 유전체 (ILD) 장치, 반도체, 미소 전기 기계(micro-electro-mechanical) 부품, 강유전체 및 자기 헤드가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 기판은 금속층을 포함할 수 있다. 금속층은 임의의 적합한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속층은 구리, 탄탈 (예를 들어, 질화탄탈), 티타늄, 알루미늄, 니켈, 백금, 루테늄, 이리듐 또는 로듐을 포함할 수 있다. 기판은 하나 이상의 다른 층, 예를 들어 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 절연층은 금속 산화물, 다공성 금속 산화물, 유리, 유기 중합체, 플루오르화된 유기 중합체 또는 임의의 다른 적합한 고- 또는 저-κ 절연층일 수 있다. 금속층은 다른 층 위에 배치될 수 있다. 보다 바람직하게는, 기판은 하나 이상의 탄탈층 및 하나 이상의 구리층을 갖는다.
연마 성분은 연마 패드 (예를 들어, 연마 표면)을 포함하거나, 이로 구성되거나, 또는 이를 주성분으로 할 수 있다. 연마 패드는 임의의 적합한 연마 패드일 수 있고, 이들 다수는 당업계에 공지되어 있다. 적합한 연마 패드로는, 예를 들어 제직 및 부직 연마 패드가 포함된다. 또한, 적합한 연마 패드는, 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축률, 압축시 반동 능력 및 압축 모듈러스를 갖는 임의의 적합한 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체로는, 예를 들어 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 플루오로카본, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 이들의 코포밍된(coformed) 생성물, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
연마 패드는 연마 패드의 연마 표면 상에 또는 그 안에 고정된 연마재 입자를 포함할 수 있거나, 또는 연마 패드는 고정된 연마재 입자를 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 고정된 연마재 연마 패드는, 접착제, 결합제, 세라머(ceramer), 수지 등에 의해 연마 패드의 연마 표면에 부착된 연마재 입자, 또는 연마 패드 내에 함침되어 연마 패드의 일체 부분을 형성하는 연마재를 갖는 패드, 예컨대 연마재 함유 폴리우레탄 분산액으로 함침된 섬유 배트(batt)를 포함한다. 고정된 연마재 패드는 연마 조성물 중에 연마재 성분을 제공할 필요성을 없앨 수 있다.
연마 패드는 임의의 적합한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 원형일 수 있고, 이는 사용시 전형적으로 패드의 표면에 의해 형성된 평면에 수직인 축 주위로 회전 운동한다. 연마 패드는 그의 표면이 연마 표면으로서 작용하는 실린더형일 수 있고, 이는 사용시 전형적으로 실린더의 중심축 주위에서 회전 운동한다. 연마 패드는 무단 벨트의 형태로 존재할 수 있고, 이는 사용시 전형적으로 연마되는 절단 연부에 대해 직선 운동한다. 연마 패드는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있고, 이는 사용시 평면 또는 반원을 따라 왕복 또는 궤도 운동한다. 많은 다른 변형이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
연마 성분은, 상기한 바와 같이 연마 패드에 고정될 수 있거나 액체 캐리어 (예를 들어, 물) 중에 현탁될 수 있는 연마재를 포함할 수 있다. 연마재는 임의의 적합한 형태 (예를 들어, 연마재 입자)로 존재할 수 있다. 연마재는 전형적으로 미립자 형태로 존재하고, 액체 캐리어 (예를 들어, 물) 중에 현탁된다. 연마재는 임의의 적합한 연마재일 수 있다. 예를 들어, 연마재는 천연 또는 합성 연마재일 수 있고, 이는 금속 산화물, 탄화물, 질화물, 카보런덤(carborundum) 등을 포함하거나, 이를 주성분으로 하거나, 또는 이로 구성될 수 있다. 연마재는 중합체 입자 또는 코팅된 입자일 수도 있다. 연마재는 전형적으로 금속 산화물 입자를 포함한다. 바람직하게는, 연마재는 알루미나, 세리아, 실리카, 지르코니아, 이들의 코포밍된 생성물, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 금속 산화물이다. 연마재 입자는 전형적으로 20 nm 내지 500 nm의 평균 입도 (예를 들어, 평균 입경)을 갖는다. 바람직하게는, 연마재 입자는 20 nm 내지 300 nm (예를 들어, 70 nm 내지 300 nm, 또는 100 nm 내지 200 nm)의 평균 입도를 갖는다. 임의의 적합한 양의 연마재가 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 전형적으로, 0.01 중량% 이상 (예를 들어, 0.05 중량% 이상)의 연마재가 연마 조성물 중에 존재한다. 보다 전형적으로는, 0.1 중량% 이상의 연마재가 연마 조성물 중에 존재한다. 연마 조성물 중의 연마재의 양은 전형적으로 20 중량% 이하이고, 보다 전형적으로는 15 중량% 이하 (예를 들어, 10 중량% 이하)이다. 바람직하게는, 연마 조성물 중의 연마재의 양은 0.1 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 이하이다. 이러한 저농도의 연마재의 사용은 연마 조성물의 제조 비용을 현저히 감소시키며, 스크래칭 또는 다른 방식으로 결함있는 기판을 형성할 가능성을 감소시킨다.
액체 캐리어를 사용하여 연마재 (존재하는 경우, 액체 캐리어 중에 현탁됨), 산화제, 할로겐 음이온 및 임의의 임의적 첨가제가 연마되는 (예를 들어, 평탄화되는) 적합한 기판 표면에 적용되는 것을 용이하게 한다. 액체 캐리어는 저급 알콜 (예를 들어, 메탄올, 에탄올 등), 에테르 (예를 들어, 디옥산, 테트라히드로푸란 등), 물 및 이들의 혼합물을 비롯한 임의의 적합한 용매일 수 있다. 바람직하게는, 액체 캐리어는 물, 보다 바람직하게는 탈이온수를 포함하거나, 이를 주성분으로 하거나, 또는 이로 구성된다.
산화제는 임의의 적합한 산화제일 수 이다. 바람직하게는, 산화제는 브로메이트, 브로마이트, 클로레이트, 클로라이트, 과산화수소, 하이포클로라이트, 요오데이트, 모노퍼옥시 술페이트, 모노퍼옥시 술파이트, 모노퍼옥시포스페이트, 모노퍼옥시하이포포스페이트, 모노퍼옥시피로포스페이트, 오르가노-할로-옥시 화합물, 퍼요오데이트, 퍼망가네이트, 퍼옥시아세트산 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 산화제는 과산화수소, 요오드산칼륨 또는 이들의 조합이다.
산화제는 0.5 중량% 이하의 양으로 연마 조성물 중에 존재한다. 전형적으로, 연마 조성물은 0.1 중량% 이상 (예를 들어, 0.2 중량% 이상)의 산화제를 포함한다. 연마 조성물은 바람직하게는 0.45 중량% 이하 (예를 들어, 0.4 중량% 이하, 또는 0.3 중량% 이하)의 산화제를 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 산화제는 0.2 중량% 이하의 양으로 연마 조성물 중에 존재한다. 예상외로, 연마 시스템에 의해 나타난 구리 제거 속도는 비교적 저농도의 산화제를 사용하여 탄탈 제거 속도의 유의한 감소 없이 성공적으로 감소되었다.
할로겐 음이온은 임의의 공급원에 의해 생성될 수 있다. 바람직하게는, 공급원은 산 염화물 또는 브롬화물, 알칼리 금속 염화물 또는 브롬화물, IIIA족 염화물 또는 브롬화물, 염화물 또는 브롬화물 염의 암모늄 또는 암모늄 유도체, 전이 금속 염화물 또는 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 공급원은 염화수소, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화스트론튬, 염화바륨, 염화칼륨, 염화세슘, 염화리튬, 염화나트륨, 염화루비듐, 테트라부틸 암모늄 클로라이드, 테트라메틸 암모늄 클로라이드, 테트라에틸 암모늄 클로라이드, 테트라프로필 암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드 (여기서, 알킬은 C1-C2O 알킬임), 염화알루미늄, 염화갈륨, 염화인듐, 염화탈륨, 염화아연, 염화구리, 염화제2철, 염화제1철, 테트라부틸 암모늄 브로마이드, 테트라메틸 암모늄 브로마이드, 테트라에틸 암모늄 브로마이드, 테트라프로필 암모늄 브로마이드, 알킬벤질디메틸암모늄 브로마이드 (여기서, 알킬은 C1-C2O 알킬임), 브롬화수소, 브롬화세슘, 브롬화리튬, 브롬화칼륨, 브롬화루비듐, 브롬화나트륨, 브롬화마그네슘, 브롬화칼슘, 브롬화스트론튬, 브롬화바륨, 브롬화알루미늄, 브롬화갈륨, 브롬화인듐, 브롬화탈륨, 브롬화아연, 브롬화구리, 브롬화제2철, 브롬화제1철 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다.
할로겐 음이온은 연마 조성물 중에서 임의의 적합한 농도를 가질 수 있다. 전형적으로, 할로겐 음이온의 농도는 연마 조성물 중에서 0.5 mM 내지 50 mM이다. 연마 조성물 중의 할로겐 음이온의 농도는 바람직하게는 7 mM 이하, 보다 바람직하게는 2 mM 이하 (예를 들어, 1.5 mM 이하, 또는 1 mM 이하)이다. 연마 조성물 중의 할로겐 음이온의 농도는 바람직하게는 0.1 mM 이상, 보다 바람직하게는 0.2 mM 이상 (예를 들어, 0.3 mM 이상, 또는 0.4 mM 이상)이다.
임의의 성분이 용해되거나 현탁된 액체 캐리어는 임의의 적합한 pH를 가질 수 있다. 연마 조성물의 실제 pH는 부분적으로 연마되는 기판의 유형에 따라 달라진다. 연마 조성물은 3 이하 (예를 들어, 2.2 이하, 또는 2 이하)의 pH를 갖는다. 전형적으로, 연마 조성물은 1 이상 (예를 들어, 1 내지 3, 1 내지 2.2, 또는 1 내지 2)의 pH를 갖는다.
연마 조성물의 pH는 임의의 적합한 수단에 의해 달성하고/거나 유지할 수 있다. 보다 구체적으로, 연마 조성물은 pH 조정제, pH 완충제, 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. pH 조정제는 임의의 적합한 pH 조정 화합물일 수 있다. 예를 들어, pH 조정제는 임의의 적합한 산, 예컨대 무기산, 유기산 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 산은 질산일 수 있다. pH 완충제는 임의의 적합한 완충제, 예를 들어 포스페이트, 아세테이트, 보레이트, 술포네이트, 카르복실레이트, 암모늄염 등일 수 있다. 연마 조성물은, 연마 조성물의 요망되는 pH, 예를 들어 본원에 기재된 범위 내의 pH를 달성하고/거나 유지하기에 충분한 양이기만 하면, 임의의 적합한 양의 pH 조정제 및/또는 pH 완충제를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 연마 조성물의 pH는 상기한 할로겐 음이온 공급원을 사용하여 조정하고/거나 유지할 수 있다.
연마 조성물은 부식 억제제 (즉, 필름 형성제)를 포함할 수 있다. 부식 억제제는 임의의 적합한 부식 억제제일 수 있다. 전형적으로, 부식 억제제는 헤테로원자 함유 관능기를 함유하는 유기 화합물이다. 예를 들어, 부식 억제제는 활성 관능기로서 1개 이상의 질소 원자를 함유하는 1개 이상의 5 또는 6원 헤테로시클릭 고리를 갖는 헤테로시클릭 유기 화합물, 예를 들어 아졸 화합물일 수 있다. 바람직하게는, 부식 억제제는 1개 이상의 아졸기를 함유한다. 보다 바람직하게는, 부식 억제제는 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 벤조트리아졸, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 연마 조성물 중의 부식 억제제의 양은 전형적으로 0.0001 중량% 내지 3 중량% (바람직하게는 0.001 중량% 내지 2 중량%)이다.
연마 조성물은 킬레이트화 또는 착화제를 포함할 수 있다. 착화제는 제거되는 기판층의 제거 속도를 향상시키는 임의의 적합한 화학적 첨가제이다. 적합한 킬레이트화 또는 착화제는, 예를 들어, 카르보닐 화합물 (예를 들어, 아세틸아세토네이트 등), 단순 카르복실레이트 (예를 들어, 아세테이트, 아릴 카르복실레이트 등), 1개 이상의 히드록실기를 함유하는 카르복실레이트 (예를 들어, 글리콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 갈산 및 이들의 염 등), 디-, 트리- 및 폴리-카르복실레이트 (예를 들어, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트 (예를 들어, 이칼륨 EDTA), 이들의 혼합물 등), 1개 이상의 술폰 및/또는 포스폰기를 함유하는 카르복실레이트 등을 포함할 수 있다. 적합한 킬레이트화 또는 착화제는 또한, 예를 들어, 2가, 3가 또는 다가 알콜 (예를 들어, 에틸렌 글리콜, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닌산 등) 및 아민 함유 화합물 (예를 들어, 암모니아, 아미노산, 아미노 알콜, 디-, 트리- 및 폴리아민 등)을 포함할 수 있다. 킬레이트화 또는 착화제의 선택은 제거되는 기판층의 유형에 따라 달라진다.
다수의 상기 화합물은 염 (예를 들어, 금속염, 암모늄염 등) 또는 산의 형태로, 또는 부분 염으로서 존재할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 시트레이트는 시트르산 뿐만 아니라 이들의 1가, 2가 및 3가 염을 포함하며; 프탈레이트는 프탈산 뿐만 아니라 이들의 1가 염 (예를 들어, 프탈산수소칼륨) 및 2가 염을 포함하며; 퍼클로레이트는 상응하는 산 (즉, 과염소산) 뿐만 아니라 이들의 염을 포함한다. 또한, 특정 화합물 또는 시약은 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 일부 화합물은 킬레이트화제 및 산화제 둘 다로서 기능할 수 있다 (예를 들어, 특정 질산제2철 등).
연마 조성물은 임의로 1종 이상의 다른 첨가제를 추가로 포함한다. 이러한 첨가제는 1개 이상의 아크릴 서브유닛을 포함하는 아크릴레이트 (예를 들어, 비닐 아크릴레이트 및 스티렌 아크릴레이트) 및 이들의 중합체, 공중합체 및 올리고머, 및 이들의 염을 포함한다.
연마 조성물은 계면활성제 및/또는 레올로지 조절제, 예컨대 점도 향상제 및 응고제 (예를 들어, 중합체 레올로지 조절제, 예컨대 우레탄 중합체)를 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제로는, 예를 들어 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 이들의 혼합물 등이 포함될 수 있다. 바람직하게는, 연마 조성물은 비이온성 계면활성제를 포함한다. 적합한 비이온성 계면활성제의 일례는 에틸렌디아민 폴리옥시에틸렌 계면활성제이다. 연마 조성물 중의 계면활성제의 양은 전형적으로 0.0001 중량% 내지 1 중량% (바람직하게는 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 보다 바람직하게는 0.005 중량% 내지 0.05 중량%)이다.
연마 조성물은 소포제를 포함할 수 있다. 소포제는 임의의 적합한 소포제일 수 있다. 적합한 소포제로는, 규소 기재의 소포제 및 아세틸렌계 디올 기재의 소포제가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 연마 조성물 중의 소포제의 양은 전형적으로 10 ppm 내지 140 ppm이다.
연마 조성물은 살생제를 포함할 수 있다. 살생제는 임의의 적합한 살생제, 예를 들어 이소티아졸리논 살생제일 수 있다. 연마 조성물 중의 살생제의 양은 전형적으로 1 내지 50 ppm, 바람직하게는 10 내지 20 ppm이다.
연마 조성물은 바람직하게는 콜로이드 안정성이다. 용어 "콜로이드"는 액체 캐리어 중의 입자의 현탁액을 나타낸다. 콜로이드 안정성은 시간에 따른 그 현탁액의 유지성을 나타낸다. 연마 조성물은 그것을 100 mL 눈금 실린더 내에 넣고 2시간 동안 교반하지 않고 방치하였을 때 눈금 실린더의 저부 50 mL에서의 입자 농도 ([B], g/mL로 나타냄)와 눈금 실린더의 상부 50 mL에서의 입자 농도 ([T], g/mL로 나타냄) 사이의 차를 연마 조성물 중의 입자의 초기 농도 ([C], g/mL로 나타냄)로 나눈 값이 0.5 이하 (즉, {[B]-[T]}/[C] ≤ 0.5)인 경우에, 콜로이드 안정성인 것으로 간주된다. ([B]-[T])/[C]의 값은, 바람직하게는 0.3 이하, 보다 바람직하게는 0.1 이하, 더욱 더 바람직하게는 0.05 이하, 가장 바람직하게는 0.01 이하이다.
연마 조성물은 임의의 적합한 기술에 의해 제조할 수 있고, 이들 다수는 당업자에게 공지되어 있다. 연마 조성물은 배치식 또는 연속식 방법으로 제조할 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 이들의 성분을 임의의 순서로 조합함으로써 제조할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "성분"은 개별 성분 (예를 들어, 산화제, 연마재 등) 뿐만 아니라 성분 (예를 들어, 액체 캐리어, 할로겐 음이온, 계면활성제 등)의 임의의 조합을 포함한다.
연마 조성물은 산화제, 할로겐 음이온, 액체 캐리어 및 임의로는 연마재를 포함하는 1-패키지 시스템으로서 공급될 수 있다. 별법으로, 산화제는 제1 용기 내에서 건조 형태로, 또는 액체 캐리어 중의 용액 또는 분산액으로서 공급될 수 있고, 할로겐 음이온, 액체 캐리어, 및 임의로는 연마재 및 다른 첨가제는 제2 용기 내에서 공급될 수 있다. 요오드산칼륨 등의 안정한 산화제의 사용은 이것이 다른 성분과 반응할 가능성이 보다 적기 때문에 산화제가 연마 조성물의 다른 성분과 함께 용기 내에서 제공될 수 있게 한다. 이러한 접근은 연마 조성물을 제조하고 사용하는 비용을 실질적으로 감소시킬 수 있다.
연마재와 같은 임의의 성분은, 건조 형태로, 또는 액체 캐리어 중의 용액으로서 제1 및/또는 제2 용기 내에 또는 제3 용기내에 배치될 수 있다. 또한, 제1 또는 제2 용기 내의 성분이 상이한 pH 값을 갖거나, 또는 별법으로 실질적으로 유사한, 또는 심지어 동일한 pH 값을 갖는 것이 적합하다. 임의의 성분이 고체인 경우, 이는 건조 형태로 또는 액체 캐리어 중의 혼합물로서 공급될 수 있다. 임의의 성분은 연마 시스템의 다른 성분들과 별도로 공급될 수 있고, 예를 들어, 최종 사용자에 의해, 연마 조성물의 다른 성분과 사용 직전에 (예를 들어, 사용 전 1주 이내에, 사용 전 1일 이내에, 사용 전 1시간 이내에, 사용 전 10분 이내에, 또는 사용 전 1분 이내에) 조합될 수 있다. 다른 2-용기 또는 3 이상의 용기의 연마 조성물 성분의 조합은 당업자의 지식 내에 있다.
연마 조성물은 농축물로서 제공될 수도 있으며, 이는 사용 전에 적절한 양의 액체 캐리어로 희석되도록 의도된다. 이러한 실시양태에서, 연마 조성물 농축물은, 산화제, 할로겐 음이온 및 액체 캐리어를, 농축물을 적절한 양의 액체 캐리어로 희석함에 따라 각 성분이 각 성분에 대해 상기에 언급된 적절한 범위 내의 양으로 연마 조성물 중에 존재하도록 하는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화제는, 농축물을 적절한 부피의 액체 캐리어 (예를 들어, 각각 2 등부피의 액체 캐리어, 3 등부피의 액체 캐리어 또는 4 등부피의 액체 캐리어)로 희석하는 경우 각 성분이 각 성분에 대해 상기한 범위 내의 양으로 연마 조성물 중에 존재하도록, 각 성분에 대해 상기에 언급된 농도의 2배 (예를 들어, 각각 3배, 4배 또는 5배) 더 많은 양으로 농축물 중에 각각 존재할 수 있다. 또한, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 농축물은 최종 연마 조성물 중에 존재하는 액체 캐리어를 적절한 분율로 함유하여 산화제, 할로겐 음이온 및 다른 적합한 첨가제, 예컨대 연마재가 농축물 중에 적어도 부분적으로 또는 완전히 용해되거나 현탁되는 것을 보장할 수 있다.
본 발명은 또한, 기판의 화학적-기계적 연마 방법을 제공한다. 방법은, (i)기판을 본원에 기재된 바와 같은 화학적-기계적 연마 시스템과 접촉시키는 단계, (ii) 연마 성분을 기판에 대해 상대적으로 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기판 연마 방법은 화학적-기계적 연마 (CMP) 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 상기 장치는, 사용시 운동하여 궤도, 직선 또는 원 운동으로부터 형성된 일정 속도를 갖는 플래튼, 플래튼과 접촉되어 운동시 플래튼과 함께 이동되는 연마 패드, 및 연마 패드의 표면과 접촉되고 그에 대해 상대적으로 운동함으로써 연마되는 기판을 유지하는 캐리어를 포함한다. 기판의 연마는, 기판을 연마 패드 및 본 발명의 화학적-기계적 연마 조성물과 접촉하여 배치하고, 연마 패드를 기판에 대해 상대적으로 이동시켜 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마함으로써 수행된다.
바람직하게는, CMP 장치는 동일계 연마 종점 검출 시스템을 추가로 포함하며, 이들 다수는 당업계에 공지되어 있다. 작업편의 표면으로부터 반사된 빛 또는 다른 방사선을 분석함으로써 연마 공정을 검사하고 모니터링하는 기술은 당업계에 공지되어 있다. 이러한 방법은, 예를 들어 미국 특허 제5,196,353호, 동 제5,433,651호, 동 제5,609,511호, 동 제5,643,046호, 동 제5,658,183호, 동 제5,730,642호, 동 제5,838,447호, 동 제5,872,633호, 동 제5,893,796호, 동 제5,949,927호 및 동 제5,964,643호에 기재되어 있다.
연마는 표면의 적어도 일부를 제거하여 표면을 연마하는 것을 나타낸다. 연마를 수행하여 가우지, 크레이트, 피트 등을 제거함으로써 감소된 표면 조도를 갖는 표면을 제공할 수 있으나, 연마를 수행하여 평면 세그먼트의 교차를 특징으로 하는 표면 기하구조를 도입하거나 회복시킬 수도 있다. 예를 들어, 두 표면이 교차되어 연부가 형성되는 경우, 표면의 적어도 일부를 마모시킴으로써 적어도 하나의 표면을 연마하여 연부의 기하구조의 변경을 제공할 수 있다. 하나 이상의 표면이 절단 작업에 (예를 들어, 절단 도구의 연마에) 사용되는 연부를 형성하는 실시양태에서, 표면의 연마는 연부의 재형성 또는 재연삭(resharpening)을 제공할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 기판은 바람직하게는 하나 이상의 탄탈층 및 하나 이상의 구리층을 갖는다. 구리층은 바람직하게는 1000 Å/분 이하 (예를 들어, 800 Å/분 이하, 500 Å/분 이하, 또는 300 Å/분 이하)의 속도로 기판으로부터 제거된다. 예상외로, 염화물 또는 브롬화물 등의 할로겐 음이온의 존재는, 탄탈 제거 속도를 실질적으로 감소시키지 않으면서 구리 제거 속도를 효과적으로 감소시켰고, 이는 기판의 연마가 다단계 공정보다는 단일 단계 공정으로 일어날 수 있게 한다. 이는, 구리 제거 속도 감소에 있어 비교적 효과가 없고 과산화수소와 같은 연마 시스템의 다른 성분에 의해 용이하게 분해될 수 있는 BTA 및 m-BTA 등의 통상의 구리 억제제의 사용에 비해 현저한 개선이다. 임의의 특정 이론에 의해 국한되길 바라지는 않지만, CuCl 또는 CuBr의 낮은 용해도는 Cu+ 자리에 대한 염화물 또는 브롬화물 음이온의 우선적인 흡착을 초래하고, 이에 따라 산화제에 의한 계속적인 구리 산화를 막을 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하나, 이는 물론 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않아야 한다.
실시예 1
본 실시예에는, 실리카 및 산화제를 함유하는 연마 조성물 중의 염화물 음이온 및 다른 물질의 존재에 의한 구리 제거 속도에 대한 효과를 나타내었다.
8종의 상이한 연마 조성물을 구리 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 축중합 실리카 (직경 25 nm) 및 0.2 중량%의 KIO3을 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 2.2로 조정하였다 (베이스 조성물). 추가의 성분을 베이스 조성물에 첨가하여 다른 조성물을 형성하였다. 특히, 다른 조성물은 추가로 300 ppm의 HCl 및 pH 조정제, 10 mM의 BTA, 20 mM의 BTA, 10 mM의 m-BTA, 5 mM의 m-BTA, 800 ppm의 H3PO4 및 pH 조정제, 및 0.5 중량%의 KCl을 각각 포함하였다.
구리층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스(Politex) 패드와 로지텍(Logitech) 연마기를 사용하여 각각의 조성물로 연마하였다. 로지텍 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 제거 속도 (Å/분)를 측정하고, 그 결과를 도 1의 막대 그래프로 도시하였다.
도 1에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 베이스 조성물은 높은 구리 제거 속도를 가졌다. 염화물 이온을 함유하는 본 발명의 조성물은 베이스 조성물의 속도에 비해 대략 10배 더 낮은 구리 제거 속도를 나타내었다. 반면, BTA, m-BTA 또는 H3PO4를 함유하는 비교예 조성물은 염화물 이온을 함유하는 본 발명의 조성물에 비해 더 높은 구리 제거 속도를 나타내었다.
실시예 2
본 실시예에는, 실리카 및 산화제를 함유하는 연마 조성물 중의 할로겐 음이온의 존재에 의한 구리 및 탄탈 제거 속도에 대한 효과를 나타내었다.
다양한 연마 조성물을 구리 및 탄탈 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 축중합 실리카 (직경 25 nm) 및 0.2 중량%의 KIO3을 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 2.2로 조정하였다 (베이스 조성물). 조성물은 상이한 농도의 플루오르화칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨 또는 요오드화칼륨의 존재에 의해 서로 상이하였다.
구리층 및 탄탈층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스 패드와 로지텍 연마기를 사용하여 각각의 조성물로 연마하였다. 로지텍 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다. KF, KCl, KBr 및 KI의 염 용액을 로지텍 연마기 내에 장착된 인라인(in-line) 혼합 시스템을 통해 지정된 농도로 베이스 조성물에 혼합하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 및 탄탈 제거 속도 (Å/분)를 측정하였다. 염 유형, 염 농도 및 연마 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
Figure 112008073279224-PCT00001
Figure 112008073279224-PCT00002
표 1에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 132 ppm의 농도에서, KCl 및 KBr의 존재는 구리 제거 속도를 3000 Å/분으로부터 500 Å/분 미만으로 감소시켰다. 또한, 구리 제거 속도를 400 Å/분 미만으로 감소시키기 위해서는 단지 66 ppm의 KBr의 존재가 요구되었다. 표 1에 나타낸 데이타는 또한, KF 및 KI의 존재는 구리 제거 속도 감소에 있어 효과적이지 않음을 입증한다. 표 2에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 염화물 및 브롬화물의 존재는 탄탈 제거 속도는 감소시키지 않았다. 오히려, 132 ppm의 농도의 KCl 및 KBr의 존재는 베이스 조성물에 비해 탄탈 제거 속도를 각각 46% 및 9% 증가시켰다.
실시예 3
본 실시예에서는, 실리카 및 산화제를 함유하는 연마 조성물 중의 다양한 화합물의 존재에 의한 구리 제거 속도에 대한 효과를 비교하였다.
다양한 연마 조성물을 구리 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 축중합 실리카 (직경 25 nm) 및 0.2 중량%의 KIO3을 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 2.2로 조정하였다 (베이스 조성물). 조성물은 상이한 농도의 BTA, KBr, NaBr, KCl, CsCl, HCl, 테트라부틸암모늄 클로라이드 (TBACl), KI, KNO3, KAc, K2SO4, K2CO3 또는 K3PO4의 존재에 의해 서로 상이하였다.
구리층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스 패드와 로지텍 연마기를 사용하여 각각의 조성물로 연마하였다. 로지텍 연마기를 9.3 kPa (1.35 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다. 희석 염 용액을 로지텍 연마기 내에 장착된 인라인 혼합 시스템을 통해 베이스 조성물에 혼합하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 제거 속도 (Å/분)를 측정하였다. 첨가제 유형, 첨가제 농도 및 연마 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112008073279224-PCT00003
표 3에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 베이스 조성물은 4384 Å/분의 구리 제거 속도를 가졌다. 구리 제거 속도는 BTA의 존재에 의해서는 감소되지 않았다. 니트레이트, 아세테이트, 카르보네이트, 술페이트 및 포스페이트 음이온의 존재는 구리 제거 속도를 1000 Å/분 미만으로 감소시키지 않았다. 그러나, 브롬화물 및 염화물 음이온의 존재는 구리 제거 속도를 1000 Å/분 미만으로 감소시켰다. 양이온의 유형은 구리 제거 속도에 있어 중요한 인자가 아니었다.
실시예 4
본 실시예에는, 세륨 안정화된 실리카 및 요오데이트를 포함하는 연마 조성물 중의 다양한 첨가제의 존재에 의한 구리 및 탄탈 제거 속도에 대한 효과를 나타내었다.
9종의 상이한 연마 조성물을 구리 및 탄탈 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 세륨(IV) 안정화된 축중합 실리카 (직경 28 nm, 500 ppm의 Ce (IV)) 및 0.20 중량%의 KIO3 산화제를 포함하였고, 이는 pH가 2.1 ± 0.1이었다 (베이스 조성물). 베이스 조성물을 2개의 배치에서 제조하였고, 이는 조성물 A 및 F를 형성하였다. 1,2,4-트리아졸 (TAZ), CsCl, BTA, Cs2CO3, KCl 및 이들의 조합을 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 베이스 조성물의 2개의 배치에 첨가하여 조성물 B 내지 E 및 G 내지 I를 형성하였다.
구리층 및 탄탈층을 함유하는 기판을 A110 경질 패드와 CETR 연마기를 사용하여 연마하였다. CETR 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 133 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도 및 60 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 및 탄탈 제거 속도 (Å/분)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112008073279224-PCT00004
표 4에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 염화물 음이온을 함유하는 모든 조성물 (조성물 C, E, G 및 I)은 각각의 염화물 비함유 조성물 (각각 조성물 B, D, F 및 H)에 비해 5 내지 10배 더 낮은 구리 제거 속도를 가졌다. 탄탈 제거 속도는 일반적으로 염화물 음이온의 존재에 의해 영향받지 않았다. 다른 유형의 음이온, 예컨대 CO3 2 - (조성물 H)의 존재는 구리 제거 속도에 영향을 주지 않았다. 표 4에 나타낸 데이타는 또한, BTA 및 1,2,4-트리아졸 등의 통상의 구리 억제제는 구리 제거 속도를 효과적으로 감소시키지 않음을 입증한다 (조성물 B 및 D와 조성물 A를 비교).
실시예 5
본 실시예에는, 흄드 알루미나 및 요오데이트를 포함하는 연마 조성물 중의 염화물 또는 브롬화물 음이온의 존재에 의한 구리 제거 속도에 대한 효과를 나타내었다.
다양한 조성물을 구리 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 흄드 알루미나 및 0.2 중량%의 KIO3를 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 2.2로 조정하였다 (베이스 조성물). 다양한 양의 BTA, 염화칼륨 및 브롬화칼륨을 베이스 조성물에 첨가하여 3종의 일련의 조성물을 형성하였다.
구리층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스 패드와 로지텍 연마기를 사용하여 각각의 조성물로 연마하였다. 로지텍 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 제거 속도 (Å/분)를 측정하였고, 그 결과를 도 2의 그래프에 도시하였다.
도 2에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 베이스 조성물 (즉, BTA, KCl 또는 KBr이 첨가되지 않음)은 높은 구리 제거 속도를 나타내었다. BTA를 함유하는 일련의 조성물은 높은 구리 제거 속도를 나타낸 반면, 염화물 또는 브롬화물 음이온을 포함하는 일련의 조성물은 감소된 구리 제거 속도를 나타내었다.
실시예 6
본 실시예에는, 흄드 실리카 및 요오데이트를 포함하는 연마 조성물 중의 염화물 또는 브롬화물 음이온의 존재에 의한 구리 제거 속도에 대한 효과를 나타내었다.
다양한 조성물을 구리 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 흄드 실리카 및 0.2 중량%의 KIO3를 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 2.2로 조정하였다 (베이스 조성물). 다양한 양의 BTA, 질산칼륨 및 염화칼륨 및 브롬화칼륨을 베이스 조성물에 첨가하여 4종의 일련의 연마 조성물을 형성하였다.
구리층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스 패드와 로지텍 연마기를 사용하여 연마하였다. 로지텍 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 제거 속도 (Å/분)를 측정하였고, 그 결과를 도 3의 그래프에 도시하였다.
도 3에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 베이스 조성물 (즉, BTA, KNO3, KCl 또는 KBr이 첨가되지 않음)은 높은 구리 제거 속도를 나타내었다. BTA를 함유하는, 또한 KNO3을 함유하는 일련의 조성물은 둘 다 높은 구리 제거 속도를 나타낸 반면, 염화물 또는 브롬화물 음이온을 포함하는 조성물은 감소된 구리 제거 속도를 나타내었다.
실시예 7
본 실시예에는, 흄드 실리카 및 과산화수소를 포함하는 연마 조성물 중의 염화물 또는 브롬화물 음이온의 존재에 의한 구리 제거 속도에 대한 효과를 나타내었다.
다양한 조성물을 구리 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 흄드 실리카 및 0.5 중량%의 H2O2를 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 2.2로 조정하였다 (베이스 조성물). 다양한 양의 BTA, 염화칼륨 및 브롬화칼륨을 베이스 조성물에 첨가하여 3종의 일련의 조성물을 형성하였다.
구리층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스 패드와 로지텍 연마기를 사용하여 연마하였다. 로지텍 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 제거 속도 (Å/분)를 측정하였고, 그 결과를 도 4의 그래프에 도시하였다.
도 4에 나타낸 데이타로부터 명백한 바와 같이, 베이스 조성물 (즉, BTA, KCl 또는 KBr이 첨가되지 않음)은 높은 구리 제거 속도를 나타내었다. BTA를 함유하는 조성물은 감소된 구리 제거 속도를 나타내었으며, 염화물 또는 브롬화물 음이온을 포함하는 조성물은 보다 낮은 구리 제거 속도를 나타내었다.
실시예 8
본 실시예에는, 구리 제거 속도에 대한 연마 조성물의 pH의 효과를 나타내었다.
다양한 연마 조성물을 구리 제거 속도에 대해 평가하였다. 각각의 조성물은 물, 0.5 중량%의 축중합 실리카 (직경 25 nm) 및 0.2 중량%의 요오드산칼륨을 포함하였고, 이를 질산을 사용하여 pH 1.8, 2.2 또는 2.6으로 조정하였다 (베이스 조성물). 다양한 양의 BTA, 브롬화칼륨, 염화칼륨 또는 질산칼륨을 베이스 조성물에 첨가하여 4종의 일련의 조성물을 형성하였다.
구리층을 함유하는 기판을 연질 폴리텍스 패드와 로지텍 연마기를 사용하여 연마하였다. 로지텍 연마기를 10.3 kPa (1.5 psi)의 하향압, 110 rpm의 플래튼 속도, 102 rpm의 캐리어 속도 및 150 ml/분의 조성물 유속으로 셋팅하였다. BTA 및 염을 로지텍 연마기 내에 장착된 인라인 혼합 시스템을 통해 베이스 조성물에 첨가하였다.
각각의 조성물에 대해 구리 제거 속도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
Figure 112008073279224-PCT00005
표 5에 나타낸 데이타는, 구리 제거 속도가 각각의 pH에서 염화물 또는 브롬화물 음이온의 존재에 의해 현저히 감소된 반면, BTA 또는 KNO3을 함유하는 조성물은 각각의 pH에서 높은 구리 제거 속도를 나타냄을 보여준다. 베이스 조성물 자체의 구리 제거 속도는 pH에 강하게 의존하였다. 베이스 조성물에 의해 나타난 구리 제거 속도는 pH 3 초과에서 크게 감소하였다. 특히, 구리 제거 속도는 pH 3.04에서 805 Å/분, pH 3.44에서 219 Å/분, 또한 pH 3.84에서 168 Å/분이었다.

Claims (30)

  1. (a) 연마 패드, 연마재 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 성분,
    (b) 액체 캐리어,
    (c) 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는, 기판의 적어도 일부를 산화시키는 산화제, 및
    (d) 염화물, 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 할로겐 음이온
    을 포함하며, 임의의 성분이 용해되거나 현탁된 액체 캐리어가 3 이하의 pH를 갖는, 기판의 연마를 위한 화학적-기계적 연마 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 액체 캐리어가 물을 포함하는 연마 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 기판이 하나 이상의 탄탈층 및 하나 이상의 구리층을 포함하는 연마 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 액체 캐리어 중에 현탁된 연마재를 포함하는 연마 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 연마재가 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 연마 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 연마재가 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는 연마 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 연마재가 알루미나, 세리아, 실리카, 지르코니아 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 연마 패드 및 연마 패드에 고정된 연마재를 포함하는 연마 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 산화제가 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.2 중량% 이하의 양으로 존재하는 연마 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 산화제가 과산화수소, 요오드산칼륨 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 할로겐 음이온이 산 염화물 또는 브롬화물, 알칼리 금속 염화물 또는 브롬화물, IIIA족 염화물 또는 브롬화물, 염화물 또는 브롬화물 염의 암모늄 또는 암모늄 유도체, 전이 금속 염화물 또는 브롬화물 및 이들의 조합으로 구 성된 군으로부터 선택된 공급원에 의해 생성된 연마 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 할로겐 음이온이 염화수소, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화스트론튬, 염화바륨, 염화칼륨, 염화세슘, 염화리튬, 염화나트륨, 염화루비듐, 테트라부틸 암모늄 클로라이드, 테트라메틸 암모늄 클로라이드, 테트라에틸 암모늄 클로라이드, 테트라프로필 암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드 (여기서, 알킬은 C1-C2O 알킬임), 염화알루미늄, 염화갈륨, 염화인듐, 염화탈륨, 염화아연, 염화구리, 염화제2철, 염화제1철, 테트라부틸 암모늄 브로마이드, 테트라메틸 암모늄 브로마이드, 테트라에틸 암모늄 브로마이드, 테트라프로필 암모늄 브로마이드, 알킬벤질디메틸암모늄 브로마이드 (여기서, 알킬은 C1-C2O 알킬임), 브롬화수소, 브롬화리튬, 브롬화칼륨, 브롬화세슘, 브롬화루비듐, 브롬화나트륨, 브롬화마그네슘, 브롬화칼슘, 브롬화스트론튬, 브롬화바륨, 브롬화알루미늄, 브롬화갈륨, 브롬화인듐, 브롬화탈륨, 브롬화아연, 브롬화구리, 브롬화제2철, 브롬화제1철 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원에 의해 생성된 연마 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 할로겐 음이온의 농도가 0.5 mM 내지 50 mM인 연마 시스템.
  14. (i) 기판을,
    (a) 연마 패드, 연마재 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 연마 성분,
    (b) 액체 캐리어,
    (c) 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는, 기판의 적어도 일부를 산화시키는 산화제, 및
    (d) 염화물, 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 할로겐 음이온
    을 포함하며, 임의의 성분이 용해되거나 현탁된 액체 캐리어가 3 이하의 pH를 갖는 화학적-기계적 연마 시스템과 접촉시키는 단계,
    (ii) 연마 성분을 기판에 대해 상대적으로 이동시키는 단계, 및
    (iii) 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는, 기판의 화학적-기계적 연마 방법.
  15. 제14항에 있어서, 액체 캐리어가 물을 포함하는 것인 방법.
  16. 제14항에 있어서, 연마 시스템이 액체 캐리어 중에 현탁된 연마재를 포함하는 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 연마재가 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 것인 방법.
  18. 제16항에 있어서, 연마재가 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 양으로 존재하는 것인 방법.
  19. 제16항에 있어서, 연마재가 알루미나, 세리아, 실리카, 지르코니아 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 방법.
  20. 제14항에 있어서, 연마 시스템이 연마 패드 및 연마 패드에 고정된 연마재를 포함하는 것인 방법.
  21. 제14항에 있어서, 산화제가 액체 캐리어 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.2 중량% 이하의 양으로 존재하는 것인 방법.
  22. 제14항에 있어서, 산화제가 과산화수소, 요오드산칼륨 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 방법.
  23. 제14항에 있어서, 할로겐 음이온이 산 염화물 또는 브롬화물, 알칼리 금속 염화물 또는 브롬화물, IIIA족 염화물 또는 브롬화물, 염화물 또는 브롬화물 염의 암모늄 또는 암모늄 유도체, 전이 금속 염화물 또는 브롬화물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원에 의해 생성된 것인 연마 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 할로겐 음이온이 염화수소, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화스트론튬, 염화바륨, 염화칼륨, 염화세슘, 염화리튬, 염화나트륨, 염화루비듐, 테트라부틸 암모늄 클로라이드, 테트라메틸 암모늄 클로라이드, 테트라에틸 암모늄 클로라이드, 테트라프로필 암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드 (여기서, 알킬은 C1-C2O 알킬임), 염화알루미늄, 염화갈륨, 염화인듐, 염화탈륨, 염화아연, 염화구리, 염화제2철, 염화제1철, 테트라부틸 암모늄 브로마이드, 테트라메틸 암모늄 브로마이드, 테트라에틸 암모늄 브로마이드, 테트라프로필 암모늄 브로마이드, 알킬벤질디메틸암모늄 브로마이드 (여기서, 알킬은 C1-C2O 알킬임), 브롬화수소, 브롬화리튬, 브롬화칼륨, 브롬화세슘, 브롬화루비듐, 브롬화나트륨, 브롬화마그네슘, 브롬화칼슘, 브롬화스트론튬, 브롬화바륨, 브롬화알루미늄, 브롬화갈륨, 브롬화인듐, 브롬화탈륨, 브롬화아연, 브롬화구리, 브롬화제2철, 브롬화제1철 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원에 의해 생성된 것인 연마 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 할로겐 음이온의 농도가 0.5 mM 내지 50 mM인 방법.
  26. 제14항에 있어서, 기판이 하나 이상의 탄탈층 및 하나 이상의 구리층을 포함하는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 구리층이 1000 Å/분 이하의 속도로 기판으로부터 제거되는 것인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 구리층이 800 Å/분 이하의 속도로 기판으로부터 제거되는 것인 방법.
  29. 제26항에 있어서, 구리층이 500 Å/분 이하의 속도로 기판으로부터 제거되는 것인 방법.
  30. 제26항에 있어서, 구리층이 300 Å/분 이하의 속도로 기판으로부터 제거되는 것인 방법.
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