KR20150024275A - 사파이어 표면 연마용 화학적 기계적 연마 조성물 및 그의 사용방법 - Google Patents
사파이어 표면 연마용 화학적 기계적 연마 조성물 및 그의 사용방법 Download PDFInfo
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Abstract
노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 음 표면 전하를 가지며, 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 임의로, 살생물제; 임의로, 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하는 것을 포함하는, 사파이어 기판의 연마 방법이 제공된다. 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 화학적 기계적 연마 조성물이 또한 제공된다.
Description
본 발명은 화학적 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 기계적 연마 조성물 및 사파이어 기판의 연마 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 초기 성분으로서, 음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 살생물제; 임의로, 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 화학적 기계적 연마 슬러리를 사용하여 사파이어 기판을 연마하는 방법에 관한 것이다.
단결정형 산화알루미늄(사파이어)는 특출한 광학, 기계 및 화학적 성질을 지닌다. 그 때문에, 사파이어는 다양한 전자 및 광학 장치에서 용도가 광범위하다.
사파이어는 사방육면체 결정 구조 및 고도의 비등방성을 나타낸다. 드러내는 성질은 결정학상 배향에 좌우된다. 따라서, 반도체 공정에 사용되는 사파이어 웨이퍼는 전형적으로 최종 용도에 따라 특정 결정학상 축으로 절단된다. 예를 들어, C-면 사파이어 물질은 0°면을 따라 절단된다. C-면 사파이어 물질은 III-V 및 II-VI 화합물(예를 들면, 블루 LED 및 레이저 다이오드의 제조를 위한 GaN)의 성장을 포함한 처리에 특정 유용성을 가진다.
후속 공정(예를 들면, 금속화)은 사파이어 웨이퍼가 평탄한 표면을 가질 것을 요하기 때문에, 사파이어 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 원치않는 표면 토포그래피 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 응집 물질, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 층 또는 물질 오염의 제거에 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)는 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼를 평탄화하기 위해 사용되는 흔한 기술이다. 통상적인 CMP에서, 웨이퍼는 캐리어 어셈블리에 놓여지고, CMP 장치 내의 연마 패드와 접촉하여 위치한다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼가 연마 패드에 밀착되도록 웨이퍼에 제어가능한 압력을 제공한다. 패드는 외부 구동력에 의해 웨이퍼에 대해서 이동한다(예를 들면 회전한다). 이와 동시, 연마 조성물("슬러리") 또는 다른 연마 용액이 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제공된다. 이에 따라, 웨이퍼 표면이 연마되고, 패드 표면 및 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 평탄화된다.
사파이어의 성질은 최종 용도에 많은 이점을 제공하지만, 사파이어의 경도와 화학적 공격에 대한 저항성은 효과적인 연마 및 평탄화를 어렵게 만든다.
사파이어 표면의 연마를 위한 연마 조성물 1종이 체리안(Cherian) 등에 의한 미국 특허 출원 공개 제20090104851호에 기술되었다. 체리안 등은 수성 매질 내에 분산된 제1 타입의 연마제 입자 및 제2 타입의 연마제 입자의 혼합물을 포함하는 사파이어 연마용 화학적 기계적 연마 조성물을 개시하였고, 여기서, 제1 타입의 연마제 입자는 연마되는 표면보다 더 단단하고, 제2 타입의 연마제 입자는 연마되는 표면보다 더 연한 경도를 가진다.
사파이어 표면의 연마를 위한 다른 연마 조성물이 뫼겐보그(Moeggenborg) 등에 의한 미국 특허 출원 공개 제20060196849호에 기술되었다. 뫼겐보그 등은 염 화합물이 용해되어 있으며 염기 pH를 갖고 염 화합물의 부재 하에 동일한 무기 연마제를 사용하여 동일한 연마 조건 하에서 이뤄질 수 있는 제거율에 비해 사파이어 제거율을 향상시키기에 충분한 양으로 염 화합물을 포함하는 수성 매질 내에 분산된 콜로이드성 실리카와 같은 연마량의 무기 연마 물질을 포함하는 슬러리로 사파이어 표면, 예컨대 사파이어 웨이퍼의 C-면 또는 R-면 표면을 연마하는 것을 포함하는, 사파이어 표면의 연마를 위한 조성물 및 방법을 개시하였다.
그럼에도 불구하고, 높은 사파이어 제거율(즉, ≥14,000 Å/hr)을 포함하여, 설계 변경 요구에 적합하게 연마 특성이 원하는 균형을 이루도록 제제화된 화학적 기계적 연마 조성물 및 방법이 여전히 필요하다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 임의로, 살생물제; 임의로, 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 pH >8 내지 12의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm(revolutions per minute)의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥14,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 연마 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제 10 내지 40 wt%; 임의로, 살생물제; 임의로, 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 pH >8 내지 12의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥14,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 연마 패드인 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 185 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 임의로, 살생물제; 임의로, 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 pH >8 내지 12의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥14,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 연마 패드인 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 평균 입자 크기가 10 내지 25 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군(first population)과 평균 입자 크기가 90 내지 110 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군(second population)의 혼합물이며, 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 1 내지 25 wt% 함유하는 콜로이드성 실리카 연마제 10 내지 30 wt%; 살생물제; 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제 0.2 내지 1.5 wt%; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 pH >8 내지 12의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥15,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내고; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 평균 입자 크기가 10 내지 21 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이고, 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 1 내지 25 wt% 함유하는 콜로이드성 실리카 연마제 10 내지 30 wt%; 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제 0.45 내지 1.05 wt%; 살생물제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 pH 9 내지 10의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; 초기 성분으로서, 평균 입자 크기가 14 내지 16 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이고, 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 1 내지 25 wt% 함유하는 콜로이드성 실리카 연마제 10 내지 30 wt%; 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제 0.45 내지 1.05 wt%; 살생물제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는 pH 9 내지 10의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; pH 9 내지 10의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고(여기서, 화학적 기계적 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제; 비이온성 소포제; 살생물제; 및, 임의로, pH 조절제로 이루어지고; 콜로이드성 실리카 연마제 10 내지 30 wt%를 포함하며; 여기서 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 10 내지 21 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이고, 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 1 내지 25 wt% 함유하며; 여기서 화학적 기계적 연마 슬러리는 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 0.45 내지 1.05 wt% 포함한다); 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고; pH 9 내지 10의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고(여기서, 화학적 기계적 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제; 비이온성 소포제; 살생물제; 및, 임의로, pH 조절제로 이루어지고, 화학적 기계적 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제를 10 내지 30 wt%로 포함하며; 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 14 내지 16 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이고; 콜로이드성 실리카 연마제는 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 1 내지 25 wt% 함유하며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 0.45 내지 1.05 wt% 함유한다); 화학적 기계적 연마 패드를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 초기 성분으로서, 음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 비이온성 폴리디메틸실록산계 소포제; 임의로, 살생물제; 및, 임의로, pH 조절제를 포함하는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공한다.
상세한 설명
본 출원인은 사파이어 제거율에 상승효과를 나타내는 화학적 기계적 연마 슬러리를 사용하여 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 연마하기 위한 독자적인 화학적 기계적 연마 조성물 및 방법을 개발하였다. 특히, 본 출원인은 콜로이드성 실리카 연마제; 및, 임의로, 비이온성 소포제를 함유하고; 여기서 콜로이드성 실리카 연마제는 다모드성 입자 크기 분포를 나타내며; 상기 다모드성 입자 크기 분포는 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm인 제1 모드 및 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 제2 모드를 형성하는 입자의 조합을 포함하고; 제1 모드를 형성하는 입자와 제2 모드를 형성하는 입자의 조합이 제1 사파이어 제거율 상승효과를 나타내며; 임의적인 비이온성 소포제와 다모드성 입자 크기 분포를 가지는 콜로이드성 실리카 연마제의 조합이 제2 사파이어 제거율 상승효과를 나타내고; 여기서 화학적 기계적 연마 슬러리는 실시예에 기술된 바와 같은 연마 조건 하에서 향상된 사파이어 제거율(즉, ≥14,000 Å/hr)을 나타내는 화학적 기계적 연마 슬러리를 사용하여 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 화학적 기계적으로 연마하는 방법을 개발하였다.
바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 초기 성분으로서, 탈이온수에 단독 분산되는 경우 음 표면 전하를 나타내고, 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)이고, 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 다모드성 입자 크기 분포(바람직하게는 이모드성 입자 크기 분포)를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 살생물제(바람직하게는, 과산화수소); 임의로, 비이온성 소포제(바람직하게는, 0.1 내지 2.0 wt%; 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.5 wt%; 가장 바람직하게는 0.45 내지 1.05 wt%)(바람직하게는, 여기서 비이온성 소포제는 비이온성 실리콘계 소포제이고; 더욱 바람직하게는, 비이온성 소포제는 비이온성 폴리디메틸실록산계 소포제이다); 및, 임의로, pH 조절제를 포함한다(로 구성된다).
바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리에 사용되는 콜로이드성 실리카 연마제는 화학적 기계적 연마 슬러리의 다른 성분과 배합되기 전, 탈이온수에 단독 분산되는 경우 음 표면 전하를 가진다.
바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 5 내지 45 wt%(바람직하게는, 10 내지 30 wt%; 더욱 바람직하게는, 15 내지 25 wt%; 가장 바람직하게는 18 내지 22 wt%)의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유한다. 바람직하게는, 콜로이드성 실리카 연마제는 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)이고; 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 다모드성 입자 크기 분포(바람직하게는, 이모드성 입자 크기 분포)를 나타낸다. 더욱 바람직하게는, 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이며; 여기서 화학적 기계적 연마 슬러리는 1 내지 25 wt%(바람직하게는, 1 내지 15 wt%; 더욱 바람직하게는, 1 내지 10 wt%; 가장 바람직하게는, 3 내지 5 wt%)의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유한다.
바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.0001 내지 1 wt%의 살생물제를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.001 내지 0.01 wt%(가장 바람직하게는, 0.004 내지 0.006 wt%)의 살생물제를 포함한다. 바람직하게는, 여기서 살생물제는 과산화수소이다.
노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 0 내지 5 wt%의 비이온성 소포제를 포함한다. 바람직하게는, 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.1 내지 2.0 wt%(더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.5 wt%; 가장 바람직하게는 0.45 내지 1.05 wt%)의 비이온성 소포제를 포함한다. 바람직하게는, 비이온성 소포제는 비이온성 실리콘계 소포제이다. 더욱 바람직하게는, 비이온성 소포제는 비이온성 폴리디메틸실록산계 소포제(예를 들면, Senka Corporation 제인 HS-06 실리콘계 소포제)이다.
바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리에 함유된 물은 우발적 불순물을 제한하기 위해 탈이온수 및 증류수의 적어도 하나이다.
노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 >8 내지 12의 pH에 걸쳐 효과를 제공한다. 바람직하게는, 화학적 기계적 연마 슬러리는 8.5 내지 10.5의 pH에 걸쳐 효과를 제공한다. 화학적 기계적 연마 슬러리의 pH를 조절하기 위해 사용하기에 적합한 산은 예를 들어, 질산, 황산 및 염산을 포함한다. 화학적 기계적 연마 슬러리의 pH를 조절하기 위해 사용하기에 적합한 염기는 예를 들어, 수산화암모늄 및 수산화칼륨을 포함한다.
바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 본원 실시예에 기술된 바와 같은 연마 조건 하에서 ≥14,000 Å/hr(바람직하게는, ≥15,000 Å/hr, 더욱 바람직하게는, ≥20,000 Å/hr; 가장 바람직하게는, ≥21,000 Å/hr)의 사파이어 제거율을 나타낸다.
본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 기판은 노출된 사파이어 표면을 지닌다. 바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 지니는 기판은 사파이어 웨이퍼이다. 바람직하게는, 사파이어 웨이퍼는 C-면 사파이어 웨이퍼, A-면 사파이어 웨이퍼, M-면 사파이어 웨이퍼 및 R-면 사파이어 웨이퍼로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 노출된 사파이어 표면을 지니는 기판은 C-면 사파이어 웨이퍼이다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 초기 성분으로서, 탈이온수에 단독 분산되는 경우 음 표면 전하를 나타내고, 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 다모드성 입자 크기 분포(바람직하게는 이모드성 입자 크기 분포)를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제; 살생물제(바람직하게는, 살생물제는 과산화수소이다); 임의로, 비이온성 소포제(바람직하게는, 0.1 내지 2.0 wt%; 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.5 wt%; 가장 바람직하게는 0.45 내지 1.05 wt%)(바람직하게는, 비이온성 소포제는 비이온성 실리콘계 소포제; 더욱 바람직하게는, 비이온성 폴리디메틸실록산계 소포제이다); 및, 임의로, pH 조절제를 포함하고(로 구성되고); 화학적 기계적 연마 패드(바람직하게는, 폴리우레탄 함침 부직 연마 패드)를 제공하고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고; 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고; 여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거된다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 콜로이드성 실리카 연마제는 화학적 기계적 연마 슬러리의 다른 성분과 조합되기 전, 탈이온수에 단독 분산되는 경우 음 표면 전하를 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 5 내지 45 wt%(바람직하게는, 10 내지 30 wt%; 더욱 바람직하게는, 15 내지 25 wt%; 가장 바람직하게는 18 내지 22 wt%)의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유한다. 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 콜로이드성 실리카 연마제는 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)이고, 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 다모드성 입자 크기 분포(바람직하게는, 이모드성 입자 크기 분포)를 나타낸다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 2 내지 25 nm(바람직하게는, 3 내지 25 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 21 nm; 가장 바람직하게는, 14 내지 16 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 75 내지 200 nm(바람직하게는, 75 내지 185 nm; 더욱 바람직하게는, 75 내지 125 nm; 더욱더 바람직하게는, 90 내지 110 nm; 가장 바람직하게는, 95 내지 105 nm)인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이며; 여기서 화학적 기계적 연마 슬러리는 1 내지 25 wt%(바람직하게는, 1 내지 15 wt%; 더욱 바람직하게는, 1 내지 10 wt%; 가장 바람직하게는, 3 내지 5 wt%)의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.0001 내지 1 wt%의 살생물제를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.001 내지 0.01 wt%(가장 바람직하게는, 0.004 내지 0.006 wt%)의 살생물제를 포함한다. 바람직하게는, 살생물제는 과산화수소이다.
본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 0 내지 5 wt%의 비이온성 소포제를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.1 내지 2.0 wt% (더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.5 wt%; 가장 바람직하게는 0.45 내지 1.05 wt%)의 비이온성 소포제를 포함한다. 바람직하게는, 비이온성 소포제는 비이온성 실리콘계 소포제이다. 더욱 바람직하게는, 비이온성 소포제는 비이온성 폴리디메틸실록산계 소포제(예를 들면, Senka Corporation에서 구입할 수 있는 HS-06 실리콘계 소포제)이다.
바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리에 함유되는 물은 우발적 불순물을 제한하기 위해 탈이온수 및 증류수의 적어도 하나이다.
본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 >8 내지 12의 pH에 걸쳐 효과를 제공한다. 바람직하게는, 사용된 화학적 기계적 연마 슬러리는 8.5 내지 10.5의 pH에 걸쳐 효과를 제공한다. 화학적 기계적 연마 슬러리의 pH를 조절하기 위해 사용하기에 적합한 산은 예를 들어, 질산, 황산 및 염산을 포함한다. 화학적 기계적 연마 슬러리의 pH를 조절하기 위해 사용하기에 적합한 염기는 예를 들어, 수산화암모늄 및 수산화칼륨을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리는 본원 실시예에 기술된 바와 같은 연마 조건 하에서 ≥14,000 Å/hr(바람직하게는, ≥15,000 Å/hr, 더욱 바람직하게는, ≥20,000 Å/hr; 가장 바람직하게는, ≥21,000 Å/hr)의 사파이어 제거율을 나타낸다.
이제, 본 발명의 일부 구체예가 다음 실시예에서 상세히 설명될 것이다.
실시예
슬러리 제제의 화학적 기계적 연마
시험되는 화학적 기계적 연마 슬러리 제제(CMPS's)가 표 1에 나타나 있다. 화학적 기계적 연마 슬러리 C1-C26은 청구된 본 발명의 범위에 속하지 않는 비교 제제이다.
연마 시험
Buehler EcoMet® 300/AutoMet® 300 그라인더-연마기/5 인치 단일 헤드 및 12 인치 플래튼 크기를 갖춘 파워 헤드 및 너비 2.5 mm, 피치 15.75 mm 및 깊이 0.8 mm의 X-Y 그루브 패턴을 가지는 Suba TM 600 연마 패드(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.로부터 상업적으로 입수가능)를 34.3 kPa 다운 포스, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 120 rpm의 플래튼 속도 및 120 rpm의 캐리어 속도 하에 사용하여 표 1에 나타낸 화학적 기계적 연마 슬러리(CMCS's)를 시험하였다. Monocrystal로부터의 사파이어 웨이퍼(4" C-면)를 먼저 단면화하여 5 nm의 평균 표면 조도로 다이아몬드 랩 처리하고(diamond lapped), 언급된 조건 하에 연마하였다. 연마 패드를 나일론 브러쉬를 사용하여 수동 다듬질하였다. 표 1에 제시된 CMCS's(C1-C26 및 1-12)를 사용한 사파이어 제거율 결과를 표 2에 나타내었다(각각 PC1-PC26 및 P1-P12). 표 2에 나타낸 사파이어 제거율은 연마 전과 후의 웨이퍼 무게를 비교하고 표면 제거율로 환산하여 결정된 것이다. 연마 웨이퍼를 탈이온수에서 30 초동안 초음파처리하고, 무게를 달기 전에 질소로 취입 건조하였다.
Claims (10)
- 노출된 사파이어 표면을 가지는 기판을 제공하고;
초기 성분으로서,
음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제;
임의로, 살생물제;
임의로, 비이온성 소포제; 및
임의로, pH 조절제를 포함하는 pH >8 내지 12의 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하고;
화학적 기계적 연마 패드를 제공하고;
화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키고;
화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에서 또는 그 부근에서 화학적 기계적 연마 패드 상에 화학적 기계적 연마 슬러리를 분배하는 것을 포함하고;
여기에서 적어도 일부의 사파이어가 기판의 노출된 사파이어 표면에서 제거되고, 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥14,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 연마 패드인, 사파이어 기판의 연마 방법. - 제1항에 있어서, 화학적 기계적 연마 슬러리가 5 내지 40 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하는 방법.
- 제1항에 있어서, 콜로이드성 실리카 연마제가 2 내지 25 nm의 평균 입자 크기를 가지는 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 75 내지 185 nm의 평균 입자 크기를 가지는 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물인 방법.
- 제3항에 있어서, 콜로이드성 실리카 연마제가 1 내지 25 wt%의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유하는 방법.
- 제1항에 있어서, 화학적 기계적 연마 슬러리가 10 내지 30 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하고; 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 10 내지 25 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 90 내지 110 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이며; 콜로이드성 실리카 연마제는 1 내지 25 wt%의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유하고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.2 내지 1.5 wt%의 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 함유하며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥15,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인 방법.
- 제1항에 있어서, 화학적 기계적 연마 슬러리는 pH가 9 내지 10이고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 10 내지 30 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하며; 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 10 내지 21 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이며; 콜로이드성 실리카 연마제는 1 내지 25 wt%의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유하고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.45 내지 1.05 wt%의 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 함유하며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내고; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인 방법.
- 제1항에 있어서, 화학적 기계적 연마 슬러리는 pH가 9 내지 10이고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 10 내지 30 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하며; 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 14 내지 16 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이며; 콜로이드성 실리카 연마제는 1 내지 25 wt%의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유하고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.45 내지 1.05 wt%의 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 함유하며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내고; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인 방법.
- 제1항에 있어서, 화학적 기계적 연마 슬러리는 pH가 9 내지 10이고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제; 살생물제; 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제로 이루어지며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 10 내지 30 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하고; 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 10 내지 21 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이고; 콜로이드성 실리카 연마제는 1 내지 25 wt%의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유하며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.45 내지 1.05 wt%의 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 함유하고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내며; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인 방법.
- 제1항에 있어서, 화학적 기계적 연마 슬러리는 pH가 9 내지 10이고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제; 살생물제; 비이온성 소포제; 및, 임의로, pH 조절제로 이루어지며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 10 내지 30 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하고; 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 14 내지 16 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군과 평균 입자 크기가 95 내지 105 nm인 콜로이드성 실리카 입자의 제2 군의 혼합물이며; 콜로이드성 실리카 연마제는 1 내지 25 wt%의 콜로이드성 실리카 입자의 제1 군을 함유하고; 화학적 기계적 연마 슬러리는 0.45 내지 1.05 wt%의 실리콘계 소포제인 비이온성 소포제를 함유하며; 화학적 기계적 연마 슬러리는 300 mm 연마 기계에서 120 rpm의 플래튼 속도, 120 rpm의 캐리어 속도, 400 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 유속, 34.3 kPa의 공칭 다운포스로 ≥20,000 Å/hr의 사파이어 제거율을 나타내고; 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 함침 부직 패드인 방법.
- 초기 성분으로서,
음 표면 전하를 가지며 제1 입자 크기 최대치가 2 내지 25 nm이고 제2 입자 크기 최대치가 75 내지 200 nm인 다모드성 입자 크기 분포를 나타내는 콜로이드성 실리카 연마제;
비이온성 폴리디메틸실록산계 소포제;
임의로, 살생물제; 및,
임의로, pH 조절제를 포함하는,
노출된 사파이어 표면을 연마하기 위한 화학적 기계적 연마 슬러리.
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