KR20220136256A - 속도가 향상된 cmp 폴리싱 패드 - Google Patents

Abstract

중합체 매트릭스, 및 III-A 족 또는 IV-A 족 금속의 포스페이트 또는 아르세네이트를 포함하는 속도 향상 라멜라 입자를 포함하는 폴리싱 부분을 갖는 폴리싱 패드는, 특히 슬러리 상태에서 양전하를 갖는 입자를 포함하는 슬러리를 사용하는 경우, 화학 기계적 폴리싱에 효과적일 수 있다.

Description

속도가 향상된 CMP 폴리싱 패드{CMP POLISHING PAD WITH ENHANCED RATE}

본 발명은 일반적으로 금속전 유전체(pre-metal dielectric)의 형성 동안과 같이 세리아계 슬러리를 사용한 폴리싱을 포함하는, 기판의 화학 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 패드에 관한 것이다.

집적 회로 및 기타 전자 디바이스의 제작에서, 도체, 반도체 및 유전체 재료의 다중 층은 반도체 웨이퍼의 표면 상에 증착되고 그로부터 부분적으로 또는 선택적으로 제거된다. 도체, 반도체 및 유전체 재료의 얇은 층은 다수의 증착 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 또한, 다마신 공정에서, 트렌치 및 비아의 패턴화된 에칭에 의해 생성된 함몰부 영역을 충전하기 위해서, 재료가 증착된다. 충전은 컨포멀하기 때문에, 이는 불규칙한 표면 토포그래피(topography)를 초래할 수 있다. 또한, 저충전을 피하기 위해 추가 재료가 증착될 수 있다. 따라서, 함몰부 바깥쪽 재료는 제거될 필요가 있다. 최신 웨이퍼 공정의 일반적인 증착 기술은 특히, 스퍼터링으로도 알려진 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 플라스마-강화 화학 기상 증착(PECVD) 및 전기화학 증착(ECD)을 포함한다. 일반적인 제거 기술은 습식 및 건식 에칭; 특히 등방성 및 이방성 에칭을 포함한다.

재료가 순차적으로 증착되고 제거됨에 따라, 기판의 토포그래피가 불균일해지거나 비-평면적이 된다. 후속 반도체 공정(예를 들어, 포토리소그래피, 금속 배선 공정 등)은 편평한 표면을 갖는 웨이퍼를 필요로 하므로, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 원하지 않는 표면 토포그래피(topography) 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염된 층 또는 재료를 제거하는 데 유용하다.

화학 기계적 폴리싱(CMP)으로도 지칭되는 화학 기계적 평탄화는, 반도체 웨이퍼와 같은 공작물을 평탄화 또는 폴리싱하기 위해서 그리고 다마신 공정, 프론트 엔드 라인(FEOL) 공정 또는 백 엔드 라인(BEOL) 공정에서 과잉 재료를 제거하기 위해서 사용되는 일반적인 기술이다. 통상적인 CMP에서, 웨이퍼 캐리어 또는 폴리싱 헤드가 캐리어 조립체에 장착된다. 폴리싱 헤드는 웨이퍼를 파지하여 웨이퍼를 CMP 장치 내의 테이블 또는 압반에 장착된 폴리싱 패드의 폴리싱 표면과 접촉하도록 위치시킨다. 캐리어 조립체는 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 제어 가능한 압력을 제공한다. 동시에, 슬러리 또는 다른 폴리싱 매체가 폴리싱 패드 상에 분배되고 웨이퍼와 폴리싱 층 사이의 간극으로 흡인된다. 폴리싱을 수행하기 위해, 폴리싱 패드와 웨이퍼는 전형적으로 서로에 대해 회전한다. 폴리싱 패드가 웨이퍼 아래에서 회전됨에 따라, 웨이퍼는 전형적으로 환형 폴리싱 트랙 또는 폴리싱 영역을 횡단하고, 웨이퍼의 표면은 폴리싱 층과 직접 대면한다. 웨이퍼 표면은 폴리싱 표면과 표면 상의 폴리싱 매체(예를 들어, 슬러리)의 화학 및 기계적 작용에 의해, 폴리싱되고 평면으로 만들어진다.

제거 속도는 전자 디바이스를 제조하는 공정의 효율성에 중요하다. 예를 들어, 고용량 다층 메모리 디바이스(예를 들어, 3D NAND 플래시 메모리)에서, 제조 공정은 피라미드 계단 방식으로 교번하는 방식으로 SiO₂ 및 Si₃N₄ 막의 다층 스택을 구축하는 것을 포함할 수 있다. 일단 완성되면, 스택은 두꺼운 SiO₂ 덧층(overlayer)으로 캡핑된다. 이는 디바이스 구조체의 완성 전에 평탄화되어야 한다. 디바이스 용량은 층상 스택 내의 층의 개수에 비례한다. 시판 디바이스는 일반적으로 32개의 층 또는 64개의 층을 사용하며, 업계는 128개의 층으로 급속히 이동하고 있다. 스택 내의 각각의 산화물/질화물 쌍의 두께는 약 125 nm이다. 따라서, 스택의 두께는 층의 개수에 정비례하여 증가한다(약 4,000 nm의 두께를 갖는 32개의 층, 약 8,000 nm의 두께를 갖는 64개의 층, 약 16,000 nm의 두께를 갖는 128개의 층). 제거될 캡핑 유전체의 총량은 스택 두께의 약 1.5 배(예를 들어 약 24,000 nm 이하)일 수 있다. 통상적인 유전체 CMP 슬러리는 제거 속도가 약 250 nm/min이어서, 바람직하게 않게 긴 CMP 공정 시간을 초래하며, 이는 3D NAND 제조 공정에서 병목 현상을 생성할 수 있다. 더 빠른 CMP 공정의 개발에 대한 많은 작업은 공정 조건에 초점을 맞추었다 - 예를 들어, 더 높은 압력, 더 빠른 접촉 속도, 패드 컨디셔닝, 슬러리 조성. 그러나, 제거 속도 개선은 폴리싱되는 기판의 결함율 증가를 희생시키면서 이루어질 수는 없다. 따라서, 바람직하게는 결함을 증가시키지 않으면서 제거 속도를 개선하는 수단이 요구된다.

중합체 매트릭스 재료; 및 폴리싱 속도를 향상시키기 위한 라멜라 입자를 포함하는 폴리싱 재료를 갖는, 화학 기계적 폴리싱에 유용한 폴리싱 패드가 본원에 개시되며, 라멜라 입자는 바람직하게는 하기 화학식의, III-A 족 또는 IV-A 족 금속의 히드로겐포스페이트 또는 히드로겐아르세네이트를 포함한다:

M(HYO₄)₂n(H₂O)

여기서, M은 III-A 족 또는 IV-A 족 금속 이온, 바람직하게는 Zr⁺⁴, Ti⁺⁴ 또는 Ce⁺⁴, 가장 바람직하게는 Zr⁺⁴이고, Y는 P 또는 As, 바람직하게는 P이고, n은 0, 1, 또는 2, 바람직하게는 1이다.

기판을 제공하는 단계, 제1항의 폴리싱 패드를 제공하는 단계, 폴리싱 패드와 기판 사이에 슬러리를 제공하는 단계, 기판을 패드 및 슬러리로 폴리싱하는 단계를 포함하는 방법이 또한 본원에 개시되며, 바람직하게는 폴리싱은 탈이온수와 같은 수성 매질에서 집합적으로 양의 표면 전하를 갖는 입자를 슬러리가 포함하는 pH에서 일어난다. 본 명세서의 목적상, 양의 표면 전하는 폴리싱 슬러리의 pH가 등전점 미만임을 의미한다.

도 1은 본원에 개시된 바와 같은 속도 향상 라멜라 입자 첨가제의 일례의 화학 구조를 나타내는 개략도이다.

중합체 매트릭스 및 속도 향상 라멜라 입자를 포함하는 폴리싱 부분을 갖는 폴리싱 패드가 본원에 개시된다.

속도 향상 라멜라 입자는 금속 히드로겐 포스페이트 또는 금속 히드로겐 아르세네이트일 수 있다. 속도 향상 라멜라 입자는 층상 구조를 가질 수 있다. 구애되고자 함이 없이, 층상 구조는 폴리싱될 기판에 스크래치를 내고 결함을 형성할 수 있는 큰 입자의 가능성을 감소시킬 수 있다고 가정된다. 속도 향상 라멜라 입자는 소판 구조(특히, 층상 소판 구조)를 가질 수 있다. 주 방향으로의 입자의 평균 치수(즉, 두께에 실질적으로 수직인 길이 및/또는 폭)는 적어도 0.5 미크론, 또는 적어도 1 미크론, 또는 적어도 2 미크론일 수 있는 동시에 최대 20 미크론, 또는 최대 10 미크론, 또는 최대 5 미크론일 수 있다. 입자는 종횡비(길이 또는 폭:두께)가 3 내지 20 또는 3 내지 10일 수 있다.

속도 향상 라멜라 입자는 결정 구조를 가질 수 있다. 도 1은 금속으로서의 지르코늄 및 포스페이트 기를 나타내는 그러한 라멜라 입자의 분자 구조의 예를 나타낸다. 각 층은 금속 이온 평면 위 및 아래에 히드로겐 포스페이트(또는 아르세네이트) 기와 결합된(예를 들어, 가교된) 금속 이온의 평면을 가질 수 있다. 히드로겐 포스페이트(또는 아르세네이트) 가교 층의 외측 표면은 P-OH 기(또는 As-OH 기)로 종결될 수 있다. 금속 이온(Zr⁺⁴가 도시됨)은 포스페이트 또는 아르세네이트 기(포스페이트 기가 도시됨), 바람직하게는 포스페이트와 결합되어, 양측에서 교번 또는 라멜라 구조를 형성할 수 있다. 물은 히드록실 기와 결합될 수 있다. 금속 이온은 III-A 족 또는 IV-A 족 금속 이온, 예컨대 지르코늄 이온(예컨대 Zr⁺⁴), 티타늄 이온(예컨대 Ti⁺⁴), 또는 세륨 이온(예컨대 Ce⁺⁴)일 수 있다.

입자는, 전형적으로 금속 산화물 형태의 금속 이온(예컨대 Zr⁺⁴) 및 결합된 포스페이트 기(또는 아르세네이트 기)의 여러 개의 층을 가질 수 있다. 수용액에서 등전 pH(지르코늄 히드로겐 포스페이트에 대해 약 3)를 초과하면, 다량의 표면 히드록실 기로 인해 표면이 고도로 음으로 된다. 입자는 또한 친수성이지만 화학적으로 불활성이고 물에 불용성이다. 입자는 매우 부서지기 쉬우므로 큰 입자는 폴리싱 시에 스크래치 결함을 생성할 가능성이 없다. 게다가, 이러한 입자는 쪼개져서 소판을 형성할 수 있으며, 소판은 예를 들어 제거 속도를 증가시킴으로써 폴리싱 성능을 개선할 수 있다.

금속 포스페이트 또는 금속 아르세네이트는 하기 화학식을 가질 수 있다:

M(HYO₄)₂n(H₂O)

여기서, M은 III-A 족 또는 IV-A 족 금속 이온, 바람직하게는 Zr⁺⁴, Ti⁺⁴ 또는 Ce⁺⁴, 가장 바람직하게는 Zr⁺⁴이고, Y는 P 또는 As, 바람직하게는 P이고, n은 0, 1, 또는 2, 바람직하게는 1이다.

패드의 폴리싱 부분에 사용되는 본원에 개시된 바와 같은 속도 향상 라멜라 입자의 양은 폴리싱 부분의 총 중량을 기준으로 적어도 0.1 중량%, 또는 적어도 1 중량%, 또는 적어도 2 중량%, 또는 적어도 3 중량%, 또는 적어도 5 중량%일 수 있으며 최대 20 중량%, 또는 최대 15 중량%, 또는 최대 10 중량%일 수 있다. 속도 향상 라멜라 입자의 양은 폴리싱 부분의 총 부피를 기준으로 0.1 내지 20 부피%, 또는 1 내지 18 부피%, 또는 2 내지 15 부피%일 수 있다.

폴리싱 부분은 폴리싱 패드에서 보통 사용되는 임의의 중합체 매트릭스 재료를 포함할 수 있다. 폴리싱 부분은 열가소성 또는 열경화성 중합체를 포함할 수 있다. 기부 패드 또는 폴리싱 부분에서 사용될 수 있는 중합체성 재료의 폴리싱 부분에서 사용될 수 있는 중합체의 예는, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 나일론, 에폭시 수지, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 아크릴 중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 이민, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리아미드, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 에폭시, 실리콘, 이들의 공중합체(예를 들어, 폴리에테르-폴리에스테르 공중합체), 및 이들의 조합물 또는 블렌드를 포함한다. 중합체는 폴리우레탄일 수 있다.

폴리싱 부분은 적어도 2 MPa, 적어도 2.5 MPa, 적어도 5 MPa, 적어도 10 MPa, 또는 적어도 50 MPa, 최대 900 MPa, 최대 700 MPa, 최대 600 MPa, 최대 500 MPa, 최대 400 MPa, 최대 300 MPa, 또는 최대 200 MPa의 ASTM D412-16에 따른 영률(Young's modulus)을 가질 수 있다. 폴리싱 부분은 종점 검출에 사용되는 신호에 불투명할 수 있다.

폴리싱 부분은 또한 다른 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특히 중공 마이크로요소, 특히, 가요성 중공 중합체 마이크로요소, 예를 들어, 미소구체. 예를 들어, 복수의 마이크로요소는 폴리싱 층 전반에 걸쳐 균일하게 분산될 수 있다. 복수의 마이크로요소는 단순히 매트릭스 내의 기공(예를 들어 갇힌 기포)일 수 있거나, 중공 코어 중합체성 재료, 액체 충전된 중공 코어 중합체성 재료, 수용성 재료 또는 불용성 상 재료(예를 들어, 광유)일 수 있다. 예를 들어, 마이크로요소가 폴리싱 층 전반에 걸쳐 균일하게 분포된 갇힌 기포 및 중공 코어 중합체성 재료로부터 선택되는 경우에, 복수의 마이크로요소는 폴리싱 요소에 다공성을 제공한다. 마이크로요소는 중량 평균 직경이 최대 150 미크론 또는 최대 50 미크론일 수 있지만, 직경은 적어도 10 미크론이다. 중량 평균 직경은 레이저 회절 - 예컨대 저각 레이저 광 산란(LALLS)을 사용하여 측정될 수 있다. 복수의 마이크로요소는 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리아크릴로니트릴 공중합체(예를 들어, Akzo Nobel로부터의 Expancel® 미소구체)의 쉘 벽을 갖는 중합체성 마이크로벌룬을 포함할 수 있다. 복수의 마이크로요소는 0 부피%, 또는 적어도 5 부피% 또는 적어도 10 부피%, 최대 50 부피%, 최대 45 부피%, 최대 40 부피%, 또는 최대 35 부피%의 양으로 폴리싱 층에 포함될 수 있다. 마이크로요소가 다공성을 제공하는 경우, 폴리싱 부분의 다공도는 0 내지 50, 5 내지 45 또는 10 내지 35 부피% 다공도일 수 있다. 다공도의 부피%는 충전되지 않은 폴리싱 층의 비중과 마이크로요소 함유 폴리싱 층의 비중 사이의 차이를 충전되지 않은 폴리싱 층의 비중으로 나눔으로써 결정될 수 있다. 대안적으로, 퍼센트 다공도는 폴리싱 층의 밀도를 폴리싱 층의 충전되지 않은 구성요소의 가중 평균 밀도로 나누어서 결정된다. 금속 포스페이트는 비다공성 폴리싱 패드를 기계가공하는 데 특히 유용하다. 예를 들어, 금속 포스페이트 입자는 고정 절삭 공구와 함께 작동하는 수직 선반으로부터 홈을 기계가공하거나 회전 공구 비트로 홈을 절삭하는 것을 개선할 수 있다.

폴리싱 부분은 ASTM D1622 (2014)에 따라 측정할 때 0.4 내지 1.15 g/cm³, 또는 0.7 내지 1.0 g/cm³의 밀도를 가질 수 있다.

폴리싱 부분은 ASTM D2240 (2015)에 따라 측정할 때 28 내지 75의 쇼어(Shore) D 경도를 가질 수 있다.

폴리싱 부분은 20 내지 150 mil, 30 내지 125 mil, 40 내지 120 mil, 또는 50 내지 100 mil(0.5~4 mm, 0.7~3 mm, 1~3 mm, 또는 1.3~2.5 mm)의 평균 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 폴리싱 패드는 선택적으로 폴리싱 층과 인터페이싱하는 적어도 하나의 추가 층을 추가로 포함한다. 예를 들어, 폴리싱 패드는 폴리싱 층에 접착된 압축성 베이스 층을 추가로 포함할 수 있다. 압축성 기부 층은 바람직하게는 폴리싱되는 기판의 표면에 대한 폴리싱 층의 부합성(conformance)을 개선한다. (하위 층 또는 기부 층으로도 지칭되는) 기부 패드가 폴리싱 부분 아래에서 사용될 수 있다. 기부 패드는 단일 층일 수 있거나, 하나 초과의 층을 포함할 수 있다. 기부 패드의 상단 표면은 x-y 데카르트 좌표로 평면을 규정할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 부분은 기계식 파스너(fastener)를 통해서 또는 접착제에 의해 기부 패드에 부착될 수 있다. 기부 층은 적어도 0.5 mm 또는 적어도 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 기부 층은 5 mm 이하, 3 mm 이하, 또는 2 mm 이하의 두께를 가질 수 있다.

기부 패드 또는 기부 층은, 폴리싱 패드를 위한 기부 층으로 사용하기 위해 알려진 임의의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 중합체, 중합체 블렌드, 또는 중합체성 재료와 다른 재료, 예컨대 세라믹, 유리, 금속, 또는 석재의 복합재를 포함할 수 있다. 중합체 및 중합체 복합체는, 폴리싱 부분을 형성할 수 있는 재료와의 양립성으로 인해서, 하나 초과의 층이 있는 경우에, 구체적으로 상단 층에 대한 기부 패드로서 사용될 수 있다. 이러한 복합재의 예는 카본 또는 무기 충전제로 채워진 중합체, 및 중합체로 함침된, 예를 들어 유리 또는 탄소 섬유의 섬유질 매트를 포함한다. 패드의 기부는 다음 특성 중 하나 이상을 갖는 재료로 만들어질 수 있다: 예를 들어 ASTM D412-16에 의해서 결정되는 바와 같은, 적어도 2 MPa, 적어도 2.5 MPa, 적어도 5 MPa, 적어도 10 MPa, 또는 적어도 50 MPa, 최대 900 MPa, 최대 700 MPa, 최대 600 MPa, 최대 500 MPa, 최대 400 MPa, 최대 300 MPa, 또는 최대 200 MPa 범위의 영률; 예를 들어 ASTM E132에 의해서 결정되는 바와 같은, 적어도 0.05, 적어도 0.08, 또는 적어도 0.1, 최대 0.6 또는 최대 0.5의 푸아송비(Poisson's ratio); 적어도 0.4 그램/세제곱센티미터(g/cm³) 또는 적어도 0.5 g/cm³, 최대 1.7 g/cm³, 최대 1.5 g/cm³ 또는 최대 1.3 g/cm³의 밀도.

기부 패드 또는 폴리싱 부분에서 사용될 수 있는 그러한 중합체성 재료의 예는, 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 나일론, 에폭시 수지, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 아크릴 중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 이민, 폴리우레탄, 폴리에테르 술폰, 폴리아미드, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 에폭시, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA 또는 PEVA), 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체 고무(EPDM 고무), 실리콘, 이들의 공중합체(예를 들어, 폴리에테르-폴리에스테르 공중합체), 또는 이들의 조합물 또는 블렌드를 포함한다.

중합체는 폴리우레탄일 수 있다. 폴리우레탄은 단독으로 사용될 수 있거나, 예를 들어 유리 또는 탄소 섬유의 섬유질 매트 및 카본 또는 무기 충전제를 위한 매트릭스일 수 있다.

본 명세서의 목적상, "폴리우레탄"은 이작용성 또는 다작용성 이소시아네이트로부터 유도된 생성물, 예를 들어 폴리에테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물이다. 이에 따른 CMP 폴리싱 패드는 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체를 제공하는 단계; 별개로 경화제 성분을 제공하는 단계; 및 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체와 경화제 성분을 조합하여 조합물을 형성하는 단계, 이어서 조합물을 반응하게 하여 생성물을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 캐스트 폴리우레탄 케이크(cake)를 원하는 두께로 스키빙(skiving)함으로써, 기부 패드 또는 기부 층을 형성할 수 있다. 선택적으로, 케이크 몰드를 IR 방사선, 유도, 또는 직류 예열하면 다공성 폴리우레탄 매트릭스의 캐스팅시 제품 변동성을 줄일 수 있다. 선택적으로, 열가소성 또는 열경화성 중합체를 사용할 수 있다. 중합체는 가교결합된 열경화성 중합체일 수 있다.

폴리우레탄이 기부 패드 및/또는 폴리싱 층에서 사용되는 경우, 이는 다작용성 이소시아네이트와 폴리올의 반응 생성물일 수 있다. 예를 들어, 폴리이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체가 사용될 수 있다. 본 발명의 화학적 기계적 폴리싱 패드의 폴리싱 층의 형성에 사용되는 다작용성 이소시아네이트는, 지방족 다작용성 이소시아네이트, 방향족 다작용성 이소시아네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 화학 기계적 폴리싱 패드의 폴리싱 층의 형성에 사용되는 다작용성 이소시아네이트는, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트; 2,6-톨루엔 디이소시아네이트; 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트; 나프탈렌 1,5-디이소시아네이트; 톨리딘 디이소시아네이트; 파라-페닐렌 디이소시아네이트; 자일렌 디이소시아네이트; 이소포론 디이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트; 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트; 시클로헥산디이소시아네이트; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 디이소시아네이트일 수 있다. 다작용성 이소시아네이트는, 예비중합체 폴리올과 디이소시아네이트의 반응에 의해 형성되는 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체일 수 있다. 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체는, 2 내지 12 중량%, 2 내지 10 중량%, 4 내지 8 중량%, 또는 5 내지 7 중량%의 미반응 이소시아네이트(NCO) 기를 가질 수 있다. 다작용성 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체를 형성하기 위해 사용되는 예비중합체 폴리올은, 디올, 폴리올, 폴리올 디올, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 예비중합체 폴리올은 폴리에테르 폴리올(예를 들어, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 및 이들의 혼합물); 폴리카르보네이트 폴리올; 폴리에스테르 폴리올; 폴리카프로락톤 폴리올; 이들의 혼합물; 및 이들과, 에틸렌 글리콜; 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올; 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 및 트리프로필렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 저분자량 폴리올과의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 예비중합체 폴리올은, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG); 에스테르계 폴리올(예를 들어, 에틸렌 아디페이트, 부틸렌 아디페이트); 폴리프로필렌 에테르 글리콜(PPG); 폴리카프로락톤 폴리올; 이들의 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 예비중합체 폴리올은 PTMEG 및 PPG로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예비중합체 폴리올이 PTMEG인 경우, 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체는, 4 내지 12 중량%(더욱 바람직하게는 6 내지 10 중량%; 가장 바람직하게는 8 내지 10 중량%)의 미반응 이소시아네이트(NCO) 농도를 가질 수 있다. 구매가능한 PTMEG계 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체의 예는 Imuthane® 예비중합체(COIM USA, Inc.에서 입수 가능, 예를 들어 PET 80A, PET 85A, PET 90A, PET 93A, PET 95A, PET 60D, PET 70D, PET 75D); Adiprene® 예비중합체(Chemtura에서 입수 가능, 예를 들어 LF 800A, LF 900A, LF 910A, LF 930A, LF 931A, LF 939A, LF 950A, LF 952A, LF 600D, LF 601D, LF 650D, LF 667, LF 700D, LF750D, LF751D, LF752D, LF753D 및 L325); Andur® 예비중합체(Anderson Development Company에서 입수 가능, 예를 들어 70APLF, 80APLF, 85APLF, 90APLF, 95APLF, 60DPLF, 70APLF, 75APLF)를 포함한다. 예비중합체 폴리올이 PPG인 경우, 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체는, 3 내지 9 중량%(더욱 바람직하게는 4 내지 8 중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 6 중량%)의 미반응 이소시아네이트(NCO) 농도를 가질 수 있다. 구매가능한 PPG계 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체의 예는 Imuthane® 예비중합체(COIM USA, Inc.에서 입수 가능, 예컨대 PPT 80A, PPT 90A, PPT 95A, PPT 65D, PPT 75D); Adiprene® 예비중합체(Lanxess에서 입수 가능, 예컨대 LFG 963A, LFG 964A, LFG 740D); 및 Andur® 예비중합체(Anderson Development Company에서 입수 가능, 예컨대 8000APLF, 9500APLF, 6500DPLF, 7501DPLF)를 포함한다. 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체는, 0.1 중량% 미만의 유리(free) 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 단량체 함량을 갖는 저-유리 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체일 수 있다. 비TDI계 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)와 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMEG)과 같은 폴리올의 반응에 의해 형성된 것들을 포함하고, 1,4-부탄디올(BDO)과 같은 선택적 디올이 허용가능하다. 그러한 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체가 사용되는 경우, 미반응 이소시아네이트(NCO) 농도는 바람직하게는 3 내지 10 중량%(더욱 바람직하게는 4 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 10 중량%)이다. 이러한 카테고리 내의 구매가능한 이소시아네이트 말단형 우레탄 예비중합체의 예는 Imuthane® 예비중합체(COIM USA, Inc.에서 입수 가능, 예컨대 27 85A, 27 90A, 27 95A); Andur® 예비중합체(Anderson Development Company에서 입수 가능, 예컨대 IE75AP, IE80AP, IE85AP, IE90AP, IE95AP, IE98AP); 및 Vibrathane® 예비중합체(Chemtura에서 입수 가능, 예컨대 B625, B635, B821)를 포함한다.

최종 형태의 본 발명의 폴리싱 패드는 그의 상부 표면에 하나 이상의 치수의 텍스처의 혼입을 포함할 수 있다. 이는 그의 크기에 의해 마크로텍스처 또는 마이크로텍스처로 분류될 수 있다. 수력학적 반응 및/또는 슬러리 수송을 제어하도록 CMP에 이용되는 일반적인 유형의 마크로텍스처는 제한 없이, 환형, 방사형, 및 크로스-해칭과 같은 다수의 구성 및 설계의 홈을 포함한다. 이들은 기계가공 공정을 통해 얇은 균일한 시트로 형성될 수 있거나, 정형(net shape) 성형 공정을 통해 패드 표면 상에 직접 형성될 수 있다. 일반적인 유형의 마이크로텍스처는 폴리싱이 일어나는 기판 웨이퍼와의 접촉점인 표면 요철의 집단을 생성하는 더 미세한 스케일의 특징부이다. 일반적인 유형의 마이크로텍스처에는, 제한 없이, 사용 전, 사용 동안 또는 사용 후 중 어느 하나에, 다이아몬드와 같은 경질 입자의 어레이를 이용한 연마(흔히 패드 컨디셔닝으로 지칭됨)에 의해 형성된 텍스처, 및 패드 제작 공정 동안 형성된 마이크로텍스처가 포함된다.

본 발명의 폴리싱 패드는 화학 기계적 폴리싱 기계의 압반과 인터페이싱되기에 적합할 수 있다. 폴리싱 패드는 폴리싱 기계의 압반에 부착될 수 있다. 폴리싱 패드는 감압 접착제 및 진공 중 적어도 하나를 사용하여 압반에 부착될 수 있다.

본 발명의 CMP 패드는 사용되는 패드 중합체의 특성과 양립성인 다양한 공정에 의해 제조될 수 있다. 이는 전술된 바와 같은 성분들을 혼합하는 단계 및 몰드 내에 캐스팅하고, 어닐링하고, 원하는 두께의 시트로 슬라이싱하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 이는 더 정밀한 정형 형태로 제조될 수 있다. 제조 공정은 다음을 포함한다: 1. 열경화성 사출 성형(보통 "반응 사출 성형" 또는 "RIM"으로 지칭됨), 2. 열가소성 또는 열경화성 사출 블로우 성형, 3. 압축 성형, 또는 4. 유동성 재료를 배치하고 응고시켜 패드의 마크로텍스처 또는 마이크로텍스처의 적어도 일부를 생성하는 임의의 유사한-유형의 공정. 폴리싱 패드를 성형하는 예에서, 1. 유동성 재료는 구조체 또는 기판 내에 또는 상에 가압되고; 2. 구조체 또는 기판은 재료가 응고될 때 재료에 표면 텍스처를 부여할 수 있고, 3. 그 후에 구조체 또는 기판은 응고된 재료로부터 분리된다.

방법

본원에 개시된 바와 같은 폴리싱 패드는 기판을 폴리싱하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 방법은, 폴리싱될 기판을 제공하는 단계, 및 이어서, 본원에 개시된 패드를 사용하여 폴리싱하는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 폴리싱 및/또는 평탄화가 요구되는 임의의 기판일 수 있다. 그러한 기판의 예는 자기, 광학 및 반도체 기판을 포함한다. 구체적인 예는 금속전 유전체 스택(pre-metal dielectric stack)이다. 기판 상의 폴리싱될 특정 재료는 산화규소 층일 수 있다. 방법은, 집적 회로를 위한 프론트 엔드 라인 또는 백 엔드 라인 공정의 일부일 수 있다. 예를 들어, 공정은 원하지 않는 표면 토포그래피 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층 또는 재료를 제거하는 데 사용될 수 있다. 또한, 다마신 공정에서, 포토리소그래피, 패터닝된 에칭, 및 금속 배선 중 하나 이상의 단계에 의해 생성된 함몰부 영역을 충전하기 위해서, 재료가 증착된다. 소정의 단계는 부정확할 수 있다(예를 들어, 함몰부의 과다 충전이 있을 수 있다). 본원에 개시된 방법은 함몰부 바깥쪽 재료를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 공정은 화학 기계적 평탄화 또는 화학 기계적 폴리싱(이 둘 모두는 CMP로 지칭될 수 있음)일 수 있다. 캐리어는, 폴리싱 패드의 폴리싱 요소와 접촉되는 (리소그래피 및 금속 배선에 의해 형성된 층이 있거나 없는) 폴리싱될 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼)을 파지할 수 있다. 슬러리 또는 다른 폴리싱 매체가 기판과 폴리싱 패드 사이의 간극 내로 분배될 수 있다. 폴리싱 패드 및 기판은 서로에 대하여 이동(예를 들어, 회전)된다. 폴리싱 패드는 전형적으로 폴리싱될 기판 아래에 위치된다. 폴리싱 패드는 회전될 수 있다. 또한, 폴리싱될 기판은 (예를 들어, 환형 형상과 같은 폴리싱 트랙 상에서) 이동될 수 있다. 상대적인 이동으로 인해, 폴리싱 패드가 기판의 표면에 접근하여 접촉하게 된다.

본원에 개시된 바와 같은 패드는 임의의 슬러리와 함께 사용될 수 있다. 본 발명자들은, 폴리싱 조건 동안 양으로 하전된(또는 양의 표면 전하를 갖는) 입자를 갖는 슬러리와 함께 본원에 개시된 바와 같은 패드를 사용하는 것이 제거 속도의 현저한 개선을 제공할 수 있음을 알아내었다. 구애되고자 함이 없이, 속도 향상 라멜라 입자는 폴리싱 동안 양으로 하전된 입자가 결합할 수 있는 비교적 고농도의 음이온성 히드록실 부위를 패드 표면에 제공할 수 있는 것으로 가정된다.

압반의 압력은 1 내지 5 파운드/제곱인치(psi), 1.5 내지 4.5 psi, 또는 2 내지 4 psi(약 6 내지 35 킬로파스칼(KPa), 10 내지 30 KPa, 또는 13 내지 28 KPa)일 수 있다. 압반의 속도는 40 내지 150 rpm, 또는 50 내지 130 rpm일 수 있다. 첨가되는 슬러리의 양은, 예를 들어, 50 내지 500 밀리리터/분일 수 있다. 폴리싱 동안 슬러리의 pH는 최대 7, 또는 최대 6.8일 수 있으며 2, 2.5, 또는 3만큼 낮을 수 있다.

예를 들어, 제거 속도의 개선의 이점은 세리아계 슬러리에서 특히 두드러진다. 세리아계 슬러리에서, CeO₂는 약 6.5 미만의 pH에서 입자가 양전하(또는 양의 표면 전하)를 갖게 할 수 있다. 예를 들어, 그러한 세리아계 슬러리는 슬러리의 총 중량을 기준으로 적어도 0.01 중량%, 또는 적어도 0.1 중량%의 세리아 입자, 최대 20 중량%, 또는 최대 15 중량%, 또는 최대 10 중량%, 또는 최대 5 중량% 또는 최대 2 중량%의 세리아 입자를 포함할 수 있다. 세리아계 슬러리는 유일한 입자로서 오직 세리아만 포함할 수 있거나, 추가적인 다른 입자를 또한 포함할 수 있다. 이러한 다른 입자는, 예를 들어, 폴리싱이 일어나는 pH에서 양의 (표면) 전하를 갖는 다른 입자일 수 있다. 다른 입자는, 예를 들어, 바람직하게는 폴리싱이 일어나는 pH에서 양의 표면 전하를 갖는, 실리카 입자 또는 알루미늄 입자일 수 있다. 제거 속도의 개선은 또한 소정 실리카계 슬러리에서, 특히 폴리싱이 일어나는 pH에서 양의 (표면) 전하를 갖는 입자를 갖는 슬러리에서 관찰될 수 있다.

예를 들어, 본 방법은 압반 또는 캐리어 조립체를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치를 제공하는 단계; 폴리싱될 적어도 하나의 기판을 제공하는 단계; 본원에서 개시된 바와 같은 화학 기계적 폴리싱 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 폴리싱 패드를 압반 상에 설치하는 단계; 선택적으로, 화학 기계적 폴리싱 패드의 폴리싱 부분과 기판 사이의 계면에서, 폴리싱 매체(예를 들어, 연마재 함유 슬러리 및/또는 연마재를 함유하지 않는 반응 액체 조성물)를 제공하는 단계; 폴리싱 패드의 폴리싱 부분과 기판 사이에서 동적인 접촉을 생성하는 단계로서, 적어도 일부의 재료가 기판으로부터 제거되는, 단계를 포함한다. 캐리어 조립체는 폴리싱되는 기판(예를 들어, 웨이퍼)과 폴리싱 패드 사이의 제어 가능한 압력을 제공할 수 있다. 폴리싱 매체가 폴리싱 패드 상에 분배될 수 있고, 웨이퍼와 폴리싱 층 사이의 간극 내로 흡입될 수 있다. 폴리싱 매체는 물, pH 조정제, 및 선택적으로, 그러나 이에 한정되지 않고, 연마재 입자, 산화제, 억제제, 살생물제, 가용성 중합체, 및 염 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 연마재 입자는 산화물, 금속, 세라믹, 또는 다른 적절한 경질 재료일 수 있다. 전형적인 연마재 입자는 콜로이드성 실리카, 건식 실리카, 세리아, 및 알루미나이다. 폴리싱 패드와 기판은 서로에 대해 회전될 수 있다. 폴리싱 패드가 기판 아래에서 회전됨에 따라, 기판은 전형적으로 환형 폴리싱 트랙 또는 폴리싱 영역을 휩쓸고 지나갈 수 있으며, 웨이퍼의 표면은 폴리싱 패드의 폴리싱 부분과 직접 대면한다. 웨이퍼 표면은 표면 상에서 폴리싱 층과 폴리싱 매체의 화학 및 기계적 작용에 의해, 폴리싱되고 평면으로 만들어진다. 선택적으로, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면은, 폴리싱을 시작하기 전에 연마재 컨디셔너로 컨디셔닝될 수 있다.

본원에 기술된 바와 같은 속도 향상 라멜라 입자를 포함하는 패드를 사용하는 것은 결함을 피하면서 제거 속도를 개선하는 데 특히 효과적일 수 있다. 예를 들어, 양으로 하전된 입자를 갖는 슬러리(예컨대 최대 7 또는 최대 6.5 또는 최대 6의 pH에서의 세리아계 슬러리)를 사용하면, 속도 향상 라멜라 입자(예컨대 ZHP)가 결여된 등가의 패드로 폴리싱하는 경우와 비교하여 제거 속도(예컨대 테트라에틸 오르토 실리케이트(TEOS) 제거 속도)가 10% 이상, 15% 이상 또는 20% 이상만큼 개선될 수 있지만, 결함율은 10% 이상, 30% 이상, 또는 50% 이상만큼 감소될 수 있다.

선택적으로, 패드는 종점 검출을 위한 윈도우를 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 본 발명의 방법, 제공된 화학 기계적 폴리싱 장치는 신호원(예를 들어, 광원) 및 신호 검출기(예를 들어, 광센서(바람직하게는, 다중센서 분광기))를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 본 방법은 추가로 윈도우를 통해서 신호(예를 들어, 광원으로부터의 광)를 투과시키는 것 그리고 센서(예를 들어, 광센서)에 입사되는, 종료점 검출 윈도우를 통해서 다시 기판의 표면으로부터 반사된 신호(예를 들어, 광)를 분석하는 것에 의해서 폴리싱 종료점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 기판은, 구리 또는 텅스텐을 함유하는 것과 같은, 금속 또는 금속 배선된 표면을 가질 수 있다. 기판은 자기 기판, 광학 기판 및 반도체 기판일 수 있다.

실시예

재료

PTMEG 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 블렌드.

8.95 내지 9.25 중량%의 NCO를 갖는 예비중합체 H₁₂MDI/TDI-PTMEG 블렌드. Dow로부터의 TDI(톨루엔 디이소시아네이트) 브랜드 Voranate T-80™.

H₁₂MDI(지환족 디-이소시아네이트).

MBOCA(4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린).

인산수소지르코늄 분말(ZHP, 1~6 미크론의 평균 입자 크기의 소판).

Nouryon(구 Akzo Nobel)으로부터의 Expancel™ 미세다공성 입자 551DE40d42.

예비중합체의 합성

예비 중합체를 배치로 합성할 수 있다(예를 들어 200~1000 g). PTMEG 성분들을 함께 블렌딩하여 폴리올 혼합물을 제조한다. TDI 및 H₁₂MDI를 80:20의 비로 혼합한 후 폴리올 혼합물에 첨가한다. 이어서, 원하는 NCO 중량%를 달성하기 위해 충분한 이소시아네이트 혼합물을 폴리올 혼합물에 첨가한다. 전체 혼합물을 다시 혼합하고, 그 후, 사용 전 4시간 동안 65℃로 예열된 오븐에 둔다. 모든 샘플을 합성과 같은 날에 사용하였다. 대안적으로, 예비중합체 H₁₂MDI/TDI-PTMEG 블렌드를 직접적으로 사용하여 패드를 제조할 수 있다.

패드 생성

합성된 예비중합체 또는 L-325를 65℃까지 가열한다. Mboca를 미리 칭량하고, 95℃의 오븐에서 용융시킨다. ZHP를 예비중합체에 첨가하여 다양한 수준의 라멜라 입자를 생성한다. ZHP 및 예비중합체를 기계적으로 혼합한다. 이어서 Expancel™ 551DE40d42 미세다공성 입자를 예비중합체-ZHP 블렌드에 첨가한다. 예비중합체, ZHP 및 Expancel 중공 미소구체 블렌드를 잘 혼합하고, 진공을 사용하여 탈기시킨다. 모든 샘플에는 원하는 최종 밀도에 도달하기에 충분한 Expancel이 첨가되었다. 탈기 후 MBOCA를 예비중합체, ZHP 및 Expancel 블렌드에 첨가하고, 잘 혼합한다. 이어서 샘플을 가열 플레이트에 붓고, 175 mil로 설정된 스페이서를 갖춘 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 코팅 바아(bar)를 사용하여 드로잉한다. 이어서 플레이트를 오븐으로 옮기고, 104℃까지 가열하고, 이 온도에서 16시간 동안 유지한다. 이어서 드로우다운(drawdown)을 탈형시키고, 페이싱하고, 직경 22 인치(55.9 cm)로 펀칭하고, 이를 사용하여 폴리싱용 적층 패드를 제조한다. 모든 패드는 직경이 20 인치(50.8 cm)이었으며, 80 mil(0.2 cm) 두께의 톱 패드, 원형(30 mil 깊이, 20 mil 폭 및 120 mil 피치 또는 0.76 mm 깊이, 0.51 mm 폭 및 3 mm 피치) 홈, 감압 접착제, Suba IV 서브 패드 및 CR-II 압반 접착제를 가졌다. 유사한 공정을 사용하여 ZHP 첨가제 없이 대조 패드를 제조하였다. 각 재료 세트를 또한 특성 테스트를 위해 Expancel 충전제를 사용하여 그리고 이를 사용하지 않고서 특성 테스트용 플라크로 만들었다.

실시예 1

다양한 정도의 ZHP 첨가에 의해 상기 절차에 따라 폴리우레탄 제형의 샘플을 제조하였다. 상기 3가지 재료에 대한 재료 특성 요약이 표 1에 주어져 있다. 첨가량에 따라, 경도 또는 탄성 계수(G')는 작동 범위 내에서 유지되지만, 인장 강도는 직접적으로 감소되었다. 폴리싱 공정에 대한 바람직하지 않은 영향 없이 연신율 및 인성의 감소의 기능적 한계치가 중량 기준으로 약 15 중량%의 첨가까지 나타나는 것으로 추정되었다.

실시예 2

ZHP가 10 중량%인 패드 및 ZHP가 없는 패드를 사용하여, 구매가능한 CeO₂계 슬러리(Asahi CES333)를 사용하여 TEOS 웨이퍼를 폴리싱하였다. 제조업체의 지침을 사용하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리 pH는 5.5였다. 이전 데이터에 기초하면, 사용 pH는 입자가 적어도 약간의 양전하를 운반하도록 사용되는 입자의 등전 pH보다 훨씬 낮았다. 각 패드를 사용하여, 단일 공정 조건 세트를 사용하여 200 mm TEOS 웨이퍼를 폴리싱하였다. 각 테스트에 사용된 폴리싱 조건은 93 rpm 압반 속도, 87 rpm 웨이퍼 캐리어 속도 및 200 ml/분 슬러리 유동이었다. 사용된 폴리싱 장비는 Applied Materials Mirra CMP 폴리싱 도구였다. ZHP가 없는 패드의 경우 1604 옹스트롬/분과 비교하여 1930 옹스트롬/분의 제거 속도를 갖는 ZHP-10 패드에서 폴리싱 속도의 상당한 개선이 관찰되었다. 폴리싱 결함의 감소는 ZHP가 없는 패드의 경우 웨이퍼당 평균 62개의 스크래치 결함 대 10 중량% ZHP가 있는 패드의 경우 단지 15개로 관찰되었다. 이들 결과는 본 발명의 인산수소 라멜라 입자를 본 발명의 패드에 도입하는 것이 입자가 적어도 부분적으로 양이온성인 pH에서 폴리싱이 일어날 때 속도를 증가시키는 데 효과적이었을 입증한다.

실시예 3

ZHP가 10 중량%인 패드 및 ZHP가 없는 패드를 사용하여, 구매가능한 3가지 CeO₂계 슬러리(Hitachi H8005, Versum STI2100F, 및 Asahi CES333)를 사용하여 TEOS 웨이퍼를 폴리싱하였다. 제조업체의 지침을 사용하여 모든 슬러리를 제조하였다. 사용 동안의 pH는 5.5였다. 이전 데이터에 기초하면, 사용 pH는 입자가 적어도 약간의 양전하를 운반하도록 사용되는 입자의 등전 pH보다 훨씬 낮다. 각 패드를 사용하여, 단일 공정 조건 세트를 사용하여 200 mm TEOS 웨이퍼를 폴리싱하였다. 각 테스트에 사용된 폴리싱 조건은 93 rpm 압반 속도, 87 rpm 웨이퍼 캐리어 속도 및 150 ml/분 슬러리 유동이었다. 사용된 폴리싱 장비는 Applied Materials Mirra CMP 폴리싱 도구였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 테스트된 모든 슬러리에 대해 ZHP 무함유 기준에 비해 본 발명의 패드에 대해 폴리싱 속도의 상당한 향상이 관찰되었다. 이러한 결과는 본 발명의 패드에 인산수소 첨가제를 도입하는 것이 세리아 슬러리의 다중 제형에 대해 본 발명에 제시된 pH 기준이 충족될 때 속도를 증가시키는 데 효과적임을 입증하였다.

또한, 질화규소 선택도는 ZHP가 없는 대조 패드와 비교하여 ZHP-10 패드에 대한 상기 3가지의 슬러리에 있어서 평균 12% 증가하였다.

실시예 4

ZHP가 10 중량%인 패드 및 ZHP가 없는 패드를 사용하여, 구매가능한 CeO₂계 슬러리(Asahi CES333) 및 시판 SiO₂계 슬러리(Dow K1730)를 사용하여 TEOS 웨이퍼를 폴리싱하였다. 제조업체의 지침을 사용하여 슬러리를 제조하였다. CeO₂계 슬러리의 pH는 5.5였으며, 이때 사용시 고형물 함량은 1 중량%였다. SiO₂ 슬러리 pH는 10.5이고(입자가 양전하를 운반하지 않도록 슬러리의 등전 pH보다 높음), 이때 사용시 고형물 함량은 16 중량%였다. 상기 4가지의 슬러리/패드 조합 각각은 1.5~4 psi의 범위의 다양한 하향력에서 2가지 다른 폴리싱 속도에서 폴리싱되었다. 각 조합에 대해 다수의 TEOS 웨이퍼를 폴리싱하고, 폴리싱 동안의 마찰 계수와 제거율을 측정하였다.

또한 실험은 압력, 속도 및 벨로시티(velocity) 데이터를 사용하여, 각 샘플의 폴리싱 속도를 테스트를 위한 압력과 벨로시티의 곱으로 나누어 Preston 계수 k를 결정하는 데 사용될 수 있다. 사용된 2가지의 슬러리는 고형물 함량이 매우 다르기 때문에 k를 폴리싱되는 각 샘플의 고형물 퍼센트로 나누어 폴리싱 효율의 추가 척도를 결정할 수 있다. SiO₂계 슬러리의 폴리싱 효율은 ZHP가 있는 패드와 ZHP가 없는 패드 모두 0.5로 동일하였다. CeO₂계 슬러리의 폴리싱 효율은 ZHP가 없는 패드의 경우 4.9이고, ZHP가 있는 패드의 경우 6.5였다.

폴리싱 테이블의 모터 토크 및 슬러리 온도로부터 계산된 마찰 계수(COF) 데이터는 본 발명의 패드에 의해 이루어지는 개선에 대한 추가적인 통찰력을 제공하였다. 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 CeO₂계 슬러리 데이터는 SiO₂계 슬러리 데이터보다 유의하게 더 높은 COF를 나타냈다. 또한, ZHP가 포함된 패드의 COF는 ZHP가 포함되지 않은 패드보다 유의하게 더 높았다. 이것은 금속 히드로겐포스페이트 입자의 존재로 인해 ZHP를 포함하는 패드의 패드 표면 상에 더 높은 농도의 CeO₂ 입자가 있다는 증거였다. 속도와 마찬가지로, 음으로 하전된 입자 슬러리(예를 들어, 음으로 하전된 SiO₂ 입자)를 사용할 때 이러한 효과는 관찰되지 않았다.

실시예 5

입자가 음전하를 갖도록 등전위보다 높은 pH에서 실리카계 슬러리 및 ZHP가 없는 패드 및 10 중량% ZHP가 있는 패드를 사용하여 폴리싱을 수행하였다. TEOS의 제거율은 ZHP가 없는 패드와 비교하여 ZHP가 포함된 패드에서 평균 1.7% 이하로 더 낮았으며 대략 동일하였다. SiN 선택도는 ZHP가 있는 패드보다 ZHP가 없는 패드에서 2배 더 높았다. 또한, ZHP가 있는 패드는 상당히 더 높은 결함(스크래치 및 채터(chatter))을 나타냈다.

실시예 6

입자가 양전하를 갖도록 등전위보다 낮은 pH에서 실리카계 슬러리 및 ZHP가 없는 패드 및 10 중량% ZHP가 있는 패드를 사용하여 폴리싱을 수행하였다. TEOS 제거율은 ZHP가 없는 패드보다 ZHP가 있는 패드에서 18% 더 높았다(2278 Å/분 대 1922 Å/분).

이러한 개시내용은 이하의 양태를 추가로 포함한다:

양태 1: 중합체 매트릭스, 및 III-A 족 또는 IV-A 족 금속의 포스페이트 또는 아르세네이트를 포함하는 속도 향상 라멜라 입자를 포함하는 폴리싱 부분을 갖는, 화학 기계적 폴리싱에 유용한 폴리싱 패드.

양태 2: 속도 향상 라멜라 입자는 화학식 M(HYO₄)₂n(H₂O)(여기서, M은 III-A 족 또는 IV-A 족 금속 이온이고, Y는 P 또는 As, 바람직하게는 P이고, n은 0, 1, 또는 2임)을 갖는 재료를 포함하는, 양태 1의 폴리싱 패드.

양태 3: M은 Zr⁺⁴, Ti⁺⁴ 또는 Ce⁺⁴이고, Y는 P이고, n은 1인, 양태 2의 폴리싱 패드.

양태 4: 속도 향상 라멜라 입자는 층상 결정 구조를 갖는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 5: 속도 향상 라멜라 입자는 지르코늄 히드로겐 포스페이트인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 6: 중합체 매트릭스는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에테르, 나일론, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아미드, 나일론, 폴리이미드, 폴리에테르 케톤, 폴리술폰, 및 플루오로중합체, 이들의 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 바람직하게는 폴리우레탄을 포함하는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 7: 속도 향상 라멜라 입자의 양은 폴리싱 부분의 총 중량을 기준으로 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 1 중량%, 더 바람직하게는 적어도 2 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 3 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 5 중량% 그리고 최대 20 중량%, 바람직하게는 최대 15 중량%, 더 바람직하게는 최대 10 중량%인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 8: 속도 향상 라멜라 입자의 양은 폴리싱 층의 총 부피를 기준으로 0.1 내지 20 부피%, 또는 1 내지 18 부피%, 또는 2 내지 15 부피%인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 9: 속도 향상 라멜라 입자는 소판의 형태인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 10: 소판은 두께에 수직인(또는 실질적으로 수직인) 방향의 평균 치수가 적어도 0.5 미크론, 바람직하게는 적어도 1 미크론, 더 바람직하게는 적어도 2 미크론이고, 때때로 최대 20 미크론, 바람직하게는 최대 10 미크론, 더 바람직하게는 최대 7 미크론, 또는 가장 바람직하게는 최대 5 미크론일 수 있는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 11: 소판은 종횡비가 3 내지 20, 바람직하게는 3 내지 10인, 양태 9 또는 10의 폴리싱 패드.

양태 12: 폴리싱 부분은 하나 이상의 마이크로요소를 추가로 포함하는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 13: 마이크로요소는 폴리싱 부분에 다공성을 제공하는, 양태 12의 폴리싱 패드.

양태 14: 하나 이상의 마이크로요소는 중공 마이크로요소를 포함하는, 양태 13의 폴리싱 패드.

양태 15: 하나 이상의 중공 마이크로요소의 부피%의 양은 0 내지 50 부피%, 바람직하게는 5 내지 45 부피%, 더 바람직하게는 10 내지 35 부피%인, 양태 14의 폴리싱 패드.

양태 16: 마이크로요소는 레이저 회절에 의해 측정할 때 최대 150 미크론 또는 최대 50 미크론의 중량 평균 직경을 갖지만, 적어도 10 미크론의 직경을 갖는, 양태 14 또는 15의 폴리싱 패드.

양태 17: 폴리싱 부분은 ASTM D1622 (2014)에 따라 측정할 때 밀도가 0.4 내지 1.15 g/cm³, 바람직하게는 0.7 내지 1.0 g/cm³인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 18: 폴리싱 부분은 ASTM D2240 (2015)에 따라 측정할 때 쇼어 D 경도가 28 내지 75인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 19: 폴리싱 부분은 평균 두께가 0.5 내지 4 mm, 바람직하게는 0.7 내지 3 mm, 더 바람직하게는 1 내지 3 mm, 더욱 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5 mm인, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 20: 폴리싱 층과 접하는 적어도 하나의 추가 층을 추가로 포함하는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 21: 적어도 하나의 추가 층은 기부 층을 포함하는, 양태 20의 폴리싱 패드.

양태 22: 기부 층은 폴리싱 부분의 후면에 접착되는, 양태 20 또는 21의 폴리싱 패드.

양태 23: 기부 층은 압축 가능한, 양태 20 내지 22 중 임의의 양태의 폴리싱 패드.

양태 24: 폴리싱 부분 내의 부피 다공도는 0 내지 50%, 바람직하게는 5 내지 45%, 더 바람직하게는 10 내지 35%일 수 있는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 25:

중합체 매트릭스는 폴리우레탄을 포함하는, 선행 양태들 중 어느 하나의 폴리싱 패드.

양태 26: 기판을 제공하는 단계, 양태 1 내지 25 중 어느 하나의 폴리싱 패드를 제공하는 단계, 폴리싱 패드와 기판 사이에 슬러리를 제공하는 단계, 기판을 패드 및 슬러리로 폴리싱하는 단계를 포함하는, 방법.

양태 27:

슬러리는 입자를 포함하고, 폴리싱은 입자의 일부가 양전하 또는 양의 표면 전하를 갖는 pH에서 일어나는, 양태 26의 방법.

양태 28: 슬러리는 산화세륨 입자를 포함하는, 양태 26 또는 27의 방법.

양태 29: 슬러리는 슬러리의 총 중량을 기준으로 적어도 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 0.1 중량%, 최대 20 중량%, 바람직하게는 최대 10 중량%, 또는 더욱 더 바람직하게는 최대 5 중량%의 세리아 입자를 포함하는, 양태 28의 방법.

양태 30: 슬러리는 산화규소 입자를 포함하는, 양태 26 내지 29 중 어느 하나의 방법.

양태 31: 폴리싱 패드는 압반 상에 있고 압반의 압력은 6 내지 35 킬로파스칼(kPa), 바람직하게는 10 내지 30 kPa인, 양태 26 내지 30 중 어느 하나의 방법.

양태 32:

압반의 속도는 40 내지 100 rpm, 바람직하게는 50 내지 90 rpm인, 양태 31의 방법.

양태 33: 폴리싱 동안 슬러리의 pH는 2 내지 7, 바람직하게는 2.5 내지 6.8인, 양태 26 내지 32 중 어느 하나의 방법.

조성물, 방법, 및 물품은, 본원에 개시된 임의의 적절한 재료, 단계, 또는 구성 요소를 대안적으로 포함할 수 있거나, 이로 구성될 수 있거나, 본질적으로 이로 구성될 수 있다. 조성물, 방법, 및 물품의 기능 또는 목적의 달성에 달리 필요하지 않는 임의의 재료(또는 종), 단계, 또는 구성 요소가 없거나 실질적으로 없도록, 조성물, 방법, 및 물품이 추가적으로 또는 대안적으로 안출될 수 있다.

본원에서 개시된 모든 범위는 종료점을 포함하고, 종료점들은 서로 독립적으로 조합될 수 있다(예를 들어, "최대 25 중량%, 또는 더 구체적으로, 5 중량% 내지 20 중량%"의 범위는, "5 중량% 내지 25 중량%" 범위의 종료점 및 모든 중간 값을 포함한다). 또한, 상술된 상한 및 하한은 범위를 형성하도록 조합될 수 있다(예를 들어, "적어도 1 또는 적어도 2 중량%" 및 "최대 10 또는 5 중량%"는 "1 내지 10 중량%", 또는 "1 내지 5 중량%" 또는 "2 내지 10 중량%" 또는 "2 내지 5 중량%"의 범위로 조합될 수 있다). "조합물"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다. "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서, 수량, 또는 중요도를 의미하는 것이 아니라, 오히려 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다. "하나(a)" 및 "일(an)" 및 "상기(the)"라는 용어는 수량의 제한을 의미하지 않으며, 본원에 달리 명시되지 않거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한, 단수형 및 복수형 둘 모두를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. "또는"은 달리 명확하게 상술되지 않는 한, "및/또는"을 의미한다. "일부 실시 형태", "일 실시 형태" 등에 대한 본 명세서에 걸친 언급은, 실시 형태와 관련하여 설명된 구체적인 요소가 본원에 설명된 적어도 하나의 실시 형태에 포함되고, 다른 실시 형태에 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 설명된 요소는 다양한 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. "이의 조합물"은 개방적인 것이며, 선택적으로, 열거되지 않은 유사한 또는 동일한 구성 요소 또는 특성과 함께, 열거된 구성 요소 또는 특성 중 적어도 하나를 포함하는 임의의 조합물을 포함한다.

본원에 달리 명시되지 않는 한, 모든 시험 표준은, 본 출원의 출원일, 또는 우선권이 주장되는 경우, 시험 표준이 언급된 최초 우선권 출원의 출원일에 유효한 가장 최근의 표준이다.

Claims (10)

1. 화학 기계적 폴리싱에 유용한 폴리싱 패드로서, 중합체 매트릭스, 및 폴리싱 속도를 향상시키기 위한 라멜라 입자를 포함하는 폴리싱 부분을 가지며, 라멜라 입자는 III-A 족 또는 IV-A 족 금속의 포스페이트 또는 아르세네이트를 포함하는, 폴리싱 패드.
2. 제1항에 있어서, 라멜라 입자는 화학식 M(HYO₄)₂n(H₂O)(여기서, M은 Zr⁺⁴, Ti⁺⁴ 또는 Ce⁺⁴이고, Y는 P 또는 As이고, n은 0, 1, 또는 2임)을 갖는 재료를 포함하는, 폴리싱 패드.
3. 제1항에 있어서, 라멜라 입자는 소판으로 쪼개지는 교번 결정 구조를 갖는, 폴리싱 패드.
4. 제1항에 있어서, 라멜라 입자는 지르코늄 히드로겐 포스페이트 입자인, 폴리싱 패드.
5. 제1항에 있어서, 중합체 매트릭스는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에테르, 나일론, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아미드, 나일론, 폴리이미드, 폴리에테르 케톤, 폴리술폰, 및 플루오로중합체, 이들의 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 폴리싱 패드.
6. 제1항에 있어서, 라멜라 입자의 양은 폴리싱 층의 총 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%인, 폴리싱 패드.
7. 제1항에 있어서, 라멜라 입자는 0.5 내지 20 미크론의 평균 길이를 갖는 소판 형태인, 폴리싱 패드.
8. 제1항에 있어서, 다공도가 최대 50 부피%인, 폴리싱 패드.
9. 기판을 제공하는 단계, 제1항의 폴리싱 패드를 제공하는 단계, 폴리싱 패드와 기판 사이에 입자를 포함하는 슬러리를 제공하는 단계, 기판을 소정 pH에서 패드 및 슬러리로 폴리싱하는 단계를 포함하며, 슬러리 내의 입자의 적어도 일부는 양전하를 갖는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 입자는 산화세륨 입자를 포함하고 pH는 6.5 미만인, 방법.

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