KR20240054386A - 양이온성 중합체 첨가제를 포함하는 연마 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학 기계적 연마 조성물 및 기판, 특히 실리콘 산화물 층을 포함하는 기판을 상기 화학 기계적 연마 조성물로 화학 기계적으로 연마하는 방법을 제공한다. 상기 연마 조성물은 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이며, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, 작용화 헤테로환, 4급 아민, 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되는 양이온성 중합체, 경우에 따라 카르복실산, pH 조절제 및 수성 담체를 포함하며, 약 1 내지 약 6의 pH를 가진다.
Description
집적 회로 및 다른 전자 디바이스의 제조에 있어서, 전도성, 반도체성 및 유전성 재료의 복수의 층이 기판 표면 상에 증착되거나 기판 표면으로부터 제거된다. 재료 층이 기판 상에 순차적으로 증착되고 기판으로부터 제거됨에 따라, 기판의 최상면은 비평면이 되어 평탄화를 필요로 할 수 있다. 표면을 평탄화하거나 표면을 "연마한다"는 것은 기판의 표면에서 재료를 제거하여 일반적으로 고르고 평탄한 표면을 형성하는 공정이다. 평탄화(planarization)는 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자의 손상, 스크래치 및 오염된 층 또는 재료와 같은 원하지 않는 표면 토포그래피(topography) 및 표면 결함을 제거하는 데 유용하다. 평탄화는 또한 특징부를 충진하고 그 후의 금속화 및 처리 레벨을 위한 평활한 표면을 제공하기 위해 사용된 과도하게 증착된 재료를 제거함으로써 기판상에 특징부를 형성하는데 유용하다.
기판의 표면을 평탄화 또는 연마하기 위한 조성물 및 방법은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 화학 기계적 평탄화 또는 화학 기계적 연마(CMP)는 기판을 평탄화하기 위해 사용되는 일반적인 기술이다. CMP는 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해 CMP 조성물 또는 보다 간단하게는 연마 조성물(연마 슬러리로도 지칭됨)로 알려져 있는 화학 조성물을 이용한다. 연마 조성물은 전형적으로 기판의 표면을 연마 조성물로 포화된 연마 패드(예를 들어, 연마포 또는 연마 디스크)와 접촉시킴으로써 기판에 도포된다. 기판의 연마는 전형적으로 연마 조성물의 화학적 활성 및/또는 연마 조성물 중에 현탁되거나 연마 패드(예를 들어, 고정 연마제 연마 패드)에 혼입된 연마제의 기계적 활성에 의해 추가로 보조된다.
집적 회로의 크기가 축소되고 칩상의 집적 회로의 수가 증가함에 따라, 회로를 구성하는 구성 요소들은 전형적인 칩에서 이용 가능한 제한된 공간에 적합하도록, 서로 더욱 근접하여 배치되어야 한다. 최적의 반도체 성능을 보장하기 위해서는 회로 간의 효과적인 분리가 중요하다. 이를 위해, 얕은 트렌치가 반도체 기판 내로 에칭되어, 집적 회로의 활성 영역을 분리시키는 절연재료로 충전된다. 보다 구체적으로, 얕은 트렌치 분리(STI)는 실리콘 기판 상에 실리콘 질화물 층을 형성하고, 에칭 또는 포토리소그래피를 통해 얕은 트렌치를 형성하고, 트렌치를 충전하기 위해 유전체 층을 증착하는 공정이다. 이와 같이 하여 형성된 트렌치 깊이의 변화로 인해, 통상적으로, 모든 트렌치의 완전한 충전을 보장하기 위해 기판의 상부에 과량의 유전체 재료를 증착하는 것이 필요하다. 유전체 재료(예를 들어, 실리콘 산화물)는 기판의 하부에 있는 토포그래피에 일치한다. 따라서, 기판의 표면은, 산화물 패턴이라고 불리는, 트렌치 사이의 상부에 있는 산화물의 융기된 영역으로 특징화된다. 산화물 패턴은 트렌치 외부에 있는 과잉 산화물 유전체 재료의 단계 높이에 의해 특징화된다. 과잉의 유전체 재료는 전형적으로 CMP 공정에 의해 제거되며, 이것은 추가 공정을 위한 평탄한 표면을 부가적으로 제공한다. 패턴 산화물이 연마되고 표면의 평탄성이 가까워짐에 따라, 산화물 층은 블랭킷 산화물로 언급된다.
연마 조성물은 연마 속도(즉, 제거 속도) 및 그 평탄화 효율에 따라 특징화될 수 있다. 연마 속도는 기판의 표면으로부터 재료를 제거하는 속도를 말하며, 통상 단위 시간당 길이(두께)(예를 들어, 분당 옹스트롬(Å)) 단위로 표현된다. 평탄화 효율은 기판으로부터 제거된 재료의 양에 대한 단계 높이 감소와 관련한다. 구체적으로, 연마 표면, 예컨대 연마 패드는 우선 그 표면의 "높은 지점"에 접촉하고 평탄한 표면을 형성하기 위해 재료를 제거해야 한다. 보다 적은 재료의 제거로 평탄한 표면을 달성하는 공정은 평탄성을 달성하기 위해 더 많은 재료의 제거를 요구하는 공정보다 더 효율적이라고 여겨진다.
종종, 실리콘 산화물 패턴의 제거 속도는 STI 프로세스에서 유전체 연마 단계에 대한 속도를 제한할 수 있으며, 따라서 실리콘 산화물 패턴의 높은 제거속도가 디바이스 처리량을 증가시키는데 바람직하다. 그러나, 블랭킷 제거 속도가 너무 빠르면, 노출된 트렌치에서 산화물의 과다 연마로 인하여 트렌치 부식 및 디바이스 결함을 증가시킨다.
개선된 평탄화 효율을 제공하면서 유용한 제거 속도를 제공할, 실리콘 산화물 함유 기판의 화학 기계적 연마를 위한 조성물 및 방법이 여전히 필요하다. 본 발명은 이러한 연마 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 장점뿐만 아니라 추가의 발명적 특징은 본 명세서에 제공된 본 발명의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 화학 기계적 연마 조성물에 있어서, (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 그의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체, (d) 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는 것인 카르복실산, (e) pH 조절제, 및 (f) 수성 담체를 포함하며, pH가 약 1 내지 약 6이고 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 이내인 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 화학 기계적 연마 조성물에 있어서, (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 그의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택된 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체, (d) pH 조절제, 및 (e) 수성 담체를 포함하며, pH가 약 1 내지 약 6인 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 (ⅰ) 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판이 실리콘 산화물 층을 포함하는 것인 단계; (ii) 연마 패드를 제공하는 단계; (ⅲ) (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 그의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체, (d) 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는 것인 카르복실산, (e) pH 조절제, 및 (f) 수성 담체를 포함하며, pH가 약 1 내지 약 6이고 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 이내인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; (iv) 기판을 상기 연마 패드 및 상기 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 (v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대하여 이동시켜, 상기 기판의 표면상의 실리콘 산화물 층의 적어도 일부분을 연마하여 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 (ⅰ) 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판이 실리콘 산화물 층을 포함하는 것인 단계; (ii) 연마 패드를 제공하는 단계; (ⅲ) (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 그의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체, (d) pH 조절제, 및 (e) 수성 담체를 포함하는, pH가 약 1 내지 약 6인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; (iv) 기판을 상기 연마 패드 및 상기 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 (v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대하여 이동시켜, 상기 기판의 표면상의 실리콘 산화물 층의 적어도 일부분을 연마하여 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법을 제공한다.
도 1은 4급 아민인 양이온성 중합체 및 카르복실산을 포함하는 연마 조성물 (즉, 연마 조성물 4B 내지 4F)뿐만 아니라, 양이온성 중합체 또는 카르복실산을 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 4A)에 대한 잔여 단계 높이(Å) 대 트렌치 손실(Å)을 나타낸다.
도 2는 (1) 양이온성 중합체 또는 카르복실산을 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5A), (2) 양이온성 중합체를 포함하지 않지만, 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5B 및 5C) 및 (3) 4급 아민인 양이온성 중합체 및 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5D 및 5E)에 대한 잔여 단계 높이(Å) 대 트렌치 손실(Å)을 나타낸다.
도 3은 (1) 양이온성 중합체 또는 카르복실산을 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5A), (2) 양이온성 중합체를 포함하지 않지만, 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5B 및 5C) 및 (3) 4급 아민인 양이온성 중합체 및 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5D 및 5E)에 대한 블랭킷 TEOS 제거 속도(RR)(Å/min)를 나타낸다.
도 4는 양이온성 중합체를 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6A)뿐만 아니라, 양이온성 폴리비닐알코올인 양이온성 중합체를 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6B 내지 6D)에 대한 50% 밀도의 500 μm 피처상의 잔여 단계 높이(Å) 대 트렌치 손실(Å)을 나타낸다.
도 5는 양이온성 중합체를 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6A)뿐만 아니라, 양이온성 폴리비닐알코올인 양이온성 중합체를 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6B 내지 6D)에 대한 70% 밀도의 100 μm 피처상의 잔여 단계 높이 (Å) 대 트렌치 손실 (Å)을 나타낸다.
도 2는 (1) 양이온성 중합체 또는 카르복실산을 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5A), (2) 양이온성 중합체를 포함하지 않지만, 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5B 및 5C) 및 (3) 4급 아민인 양이온성 중합체 및 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5D 및 5E)에 대한 잔여 단계 높이(Å) 대 트렌치 손실(Å)을 나타낸다.
도 3은 (1) 양이온성 중합체 또는 카르복실산을 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5A), (2) 양이온성 중합체를 포함하지 않지만, 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5B 및 5C) 및 (3) 4급 아민인 양이온성 중합체 및 카르복실산을 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5D 및 5E)에 대한 블랭킷 TEOS 제거 속도(RR)(Å/min)를 나타낸다.
도 4는 양이온성 중합체를 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6A)뿐만 아니라, 양이온성 폴리비닐알코올인 양이온성 중합체를 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6B 내지 6D)에 대한 50% 밀도의 500 μm 피처상의 잔여 단계 높이(Å) 대 트렌치 손실(Å)을 나타낸다.
도 5는 양이온성 중합체를 포함하지 않는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6A)뿐만 아니라, 양이온성 폴리비닐알코올인 양이온성 중합체를 포함하는 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6B 내지 6D)에 대한 70% 밀도의 100 μm 피처상의 잔여 단계 높이 (Å) 대 트렌치 손실 (Å)을 나타낸다.
본 발명은 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다. 일 구현예에서, 상기 연마 조성물은 (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체, (d) 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25ppm 내지 약 500ppm의 농도로 존재하는 것인 카르복실산, (e) pH 조절제, 및 (f) 수성 담체를 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나 또는 이들로 구성될 수 있으며, 상기 연마 조성물의 pH는 약 1 내지 약 6이고 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 이내이다.
또 다른 구현예에서, 상기 연마 조성물은 (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체, (d) pH 조절제, 및 (e) 수성 담체를 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나 또는 이들로 구성될 수 있으며, 상기 연마 조성물의 pH는 약 1 내지 약 6이다.
상기 연마 조성물은 제1 연마 입자를 포함한다. 제1 연마 입자는 습식 세리아 입자이다. 예를 들어, 제1 연마 입자는 콜로이드상 세리아 입자를 포함하는 침전된 세리아 입자 또는 축합-중합된 세리아 입자일 수 있다.
상기 제1 연마 입자는 약 75 ㎚ 내지 약 200 ㎚의 메디언 입자 크기를 가진다. 일 입자의 입자 크기는 상기 입자를 포괄하는 최소 구의 직경이다. 제1 연마 입자의 입자 크기는 임의의 적절한 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 제1 연마 입자의 입자 크기는 디스크 원심분리기, 즉 차동 원심분리 침전(differential centrifugal sedimentation; DCS)을 사용하여 측정될 수 있다. 적절한 디스크 원심분리 입자 크기 측정 기구는, 예를 들어, CPS 인스트루먼츠(CPS Instruments) (미국 루이지애나주 프레리빌)로부터 상업적으로 입수가능하며, 예컨대 CPS 디스크 원심분리기 모델 DC24000UHR이다. 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 보고되고 청구된 메디언 입자 크기 값은 디스크 원심분리 측정에 기초한다.
예를 들어, 제1 연마 입자는 약 75 ㎚ 이상, 예를 들어, 약 80 ㎚ 이상, 약 85 ㎚ 이상, 약 90 ㎚ 이상, 약 95 ㎚ 이상, 약 100 ㎚ 이상, 약 115 ㎚ 이상, 약 120 ㎚ 이상, 또는 약 125 ㎚ 이상의 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로는, 제1 연마 입자는 약 200 ㎚ 이하, 예를 들어, 약 185 ㎚ 이하, 약 175 ㎚ 이하, 약 165 ㎚ 이하, 약 160 ㎚ 이하, 약 150 ㎚ 이하, 약 140 ㎚ 이하, 또는 약 135 ㎚ 이하의 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제1 연마 입자는 전술한 종말점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 연마 입자는 약 75 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 예를 들어, 약 75 ㎚ 내지 약 175 ㎚, 약 75 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 약 75 ㎚ 내지 약 125 ㎚, 약 75 ㎚ 내지 약 115 ㎚, 약 90 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 약 90 ㎚ 내지 약 120 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 또는 약 100 ㎚ 내지 약 175 ㎚의 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 연마 입자는 약 75 ㎚ 내지 약 125 ㎚의 메디언 입자 크기, 예를 들어 약 80 ㎚의 메디언 입자 크기, 약 85 ㎚의 메디언 입자 크기, 약 95㎚의 메디언 입자 크기, 약 100㎚의 메디안 입자 크기, 약 105㎚의 메디안 입자 크기 또는 약 115 ㎚의 메디안 입자 크기를 가진다.
제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재한다. 예를 들어, 제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.0075 중량% 이상, 약 0.01 중량% 이상, 약 0.025 중량% 이상, 약 0.05 중량% 이상, 약 0.075 중량% 이상, 약 0.1 중량% 이상, 또는 약 0.25 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로는, 제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 2 중량% 이하, 예를 들어, 약 1.75 중량% 이하, 약 1.5 중량% 이하, 약 1.25 중량% 이하, 약 1 중량% 이하, 약 0.75 중량% 이하, 약 0.5 중량% 이하, 또는 약 0.25 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다. 따라서, 제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 전술한 종말점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%, 예를 들어, 약 0.005 중량% 내지 약 1.75 중량%, 약 0.005 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 0.005 중량% 내지 약 1.25 중량%, 약 0.005 중량% 내지 약 1 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 0.05 중량% 내지 약 2 중량%, 약 0.05 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 농도로 존재할 수 있다.
바람직하게는, 제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%, 예를 들어, 약 0.15 중량% 내지 약 0.4 중량%, 약 0.15 중량% 내지 약 0.35 중량%, 또는 약 0.2 중량% 내지 약 0.3 중량%의 농도로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 제1 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.1 중량% 내지 약 0.3 중량%, 예를 들어, 약 0.1 중량%, 약 0.15 중량%, 약 0.2 중량%, 약 0.25 중량%, 또는 약 0.28 중량%의 농도로 존재한다.
상기 연마 조성물은 경우에 따라 추가 연마 입자(예를 들어, 제2 연마 입자, 제3 연마 입자 등)를 포함할 수 있다. 상기 추가 연마 입자는, 예를 들어, 지르코니아(예를 들어, 산화지르코늄), 티타니아(예를 들어, 이산화티타늄), 게르마니아(예를 들어, 이산화게르마늄, 산화게르마늄), 마그네시아(예를 들어, 산화마그네슘), 산화니켈, 이들의 공성형물 또는 이들의 조합의 금속 산화물 연마 입자와 같은 제1 연마 입자와 다른 금속의 금속 산화물 연마 입자일 수 있다. 상기 추가 연마 입자는 또한 젤라틴, 라텍스, 셀룰로스, 폴리스티렌 또는 폴리아크릴레이트의 유기 입자일 수 있다.
상기 추가 연마 입자는 또한 제1 연마 입자와 다른 유형의 세리아인 세리아(예를 들어, 산화세륨)의 금속 산화물 연마 입자, 즉, 습식 세리아 입자가 아닌 세리아 입자, 예를 들어 퓸드 세리아 입자(fumed ceria particle)일 수 있다.
상기 추가 연마 입자는 또한 제1 연마 입자의 메디언 입자 크기와 상이한 메디언 입자 크기를 가지는 습식 세리아 입자일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연마 조성물이 제2 연마 입자를 포함하는 경우, 제2 연마 입자는 습식 세리아 입자이고, 제2 연마 입자는 제1 연마 입자의 메디언 입자 크기와 상이한 메디언 입자 크기를 가진다.
상기 연마 조성물이 추가 연마 입자(예를 들어, 제2 연마 입자, 제3 연마 입자 등)를 포함하는 경우, 상기 추가 연마 입자는 임의의 적절한 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 제2 연마 입자를 포함할 수 있고, 제2 연마 입자는 제1 연마 입자의 메디언 입자 크기보다 작은 메디언 입자 크기를 가질 수 있으며, 예를 들어, 제2 연마 입자는 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 예를 들어, 약 15 ㎚ 내지 약 95 ㎚, 약 20 ㎚ 내지 약 90 ㎚, 약 25 ㎚ 내지 약 85 ㎚, 약 25 ㎚ 내지 약 80 ㎚, 약 25 ㎚ 내지 약 75 ㎚, 또는 약 35 ㎚ 내지 약 75 ㎚의 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2 연마 입자는 약 1 ㎚ 내지 약 60 ㎚, 예를 들어, 약 1 ㎚ 내지 약 55 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 25 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 60 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 55 ㎚, 약 25 ㎚ 내지 약 60 ㎚, 약 30 ㎚ 내지 약 60 ㎚, 또는 약 35 ㎚ 내지 약 60 ㎚의 메디언 입자 크기를 가진다. 더욱 바람직하게는, 제2 연마 입자는 약 40 ㎚ 내지 약 60 ㎚, 예를 들어, 약 50 ㎚, 약 52 ㎚, 약 54 ㎚, 약 55 ㎚, 또는 약 58 ㎚의 메디언 입자 크기를 가진다.
대안적으로는, 상기 연마 조성물은 추가 연마 입자(예를 들어, 제2 연마 입자, 제3 연마 입자 등)를 포함할 수 있으며, 상기 추가 연마 입자는 제1 연마 입자의 메디언 입자 크기보다 큰 메디언 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 제2 연마 입자를 포함할 수 있고, 제2 연마 입자는 약 125 ㎚ 내지 약 1 μm, 예를 들면, 약 125 ㎚ 내지 약 850 ㎚, 약 125 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 약 150 ㎚ 내지 약 600 ㎚, 약 150 ㎚ 내지 약 550 ㎚, 약 175 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 200 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 225 ㎚ 내지 약 450 ㎚, 또는 약 250 ㎚ 내지 약 400 ㎚의 메디언 입자 크기를 가질 수 있다.
상기 추가 연마 입자(즉, 통틀어 제2 연마 입자, 제3 연마 입자 등)는 상기 연마 조성물 중에 임의의 적절한 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 추가 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재한다. 예를 들어, 상기 연마 조성물은 제2 연마 입자를 포함할 수 있고, 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.0075 중량% 이상, 약 0.01 중량% 이상, 약 0.025 중량% 이상, 약 0.05 중량% 이상, 약 0.075 중량% 이상, 약 0.1 중량% 이상, 또는 약 0.25 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로는, 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 2 중량% 이하, 예를 들어, 약 1.75 중량% 이하, 약 1.5 중량% 이하, 약 1.25 중량% 이하, 약 1 중량% 이하, 약 0.75 중량% 이하, 약 0.5 중량% 이하, 또는 약 0.25 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다. 따라서, 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 전술한 종말점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%, 예를 들어, 약 0.005 중량% 내지 약 1.75 중량%, 약 0.005 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 0.005 중량% 내지 약 1.25 중량%, 약 0.005 중량% 내지 약 1 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 1.75 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 0.05 중량% 내지 약 2 중량%, 약 0.05 중량% 내지 약 1.5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 약 0.01 중량% 내지 약 0.5 중량%, 예를 들어, 약 0.025 중량%, 약 0.035 중량%, 약 0.05 중량%, 약 0.075 중량%, 약 0.1 중량%, 약 0.15 중량%, 약 0.25 중량%, 약 0.3 중량%, 또는 약 0.4 중량%의 농도로 존재한다.
바람직하게는, 상기 연마 조성물이 제2 연마 입자를 포함하는 경우, 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 총량으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재한다. 예를 들어, 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자는 상기 연마 조성물 중에 총량으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%, 예를 들어, 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 0.3 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 0.25 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 0.5 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 0.4 중량%, 또는 약 0.3 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재할 수 있다.
상기 연마 조성물은 바람직하게는 적어도 약 100 ㎚의 입자 크기 분포를 가진다. 더욱 구체적으로는, 상기 연마 조성물 중에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자(예를 들어, 제1 연마 입자; 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자; 제1 연마 입자, 제2 연마 입자 및 제3 연마 입자 등)는 바람직하게는 적어도 약 100 ㎚의 입자 크기 분포를 가진다. 상기 입자 크기 분포는 가장 큰 입자의 입자 크기와 가장 작은 입자의 입자 크기 간의 차이를 지칭한다. 예를 들어, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 적어도 약 115 ㎚, 예를 들어, 적어도 약 125 ㎚, 적어도 약 135 ㎚, 적어도 약 150 nm, 적어도 약 160 ㎚, 적어도 약 175 ㎚, 적어도 약 180 ㎚, 적어도 약 185 ㎚, 적어도 약 190 ㎚, 적어도 약 200 ㎚, 또는 적어도 약 225 ㎚의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 전형적으로는, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 약 500 ㎚ 이하, 예를 들어, 약 475 ㎚ 이하, 약 450 ㎚ 이하, 약 425 ㎚ 이하, 또는 약 415 ㎚ 이하의 입자 크기 분포를 가질 것이다. 따라서, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 전술한 종말점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 약 100 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 예를 들어, 약 100 ㎚ 내지 약 400 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 350 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 또는 약 115 ㎚ 내지 약 175 ㎚의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 적어도 약 115 ㎚, 예를 들어, 적어도 약 120 ㎚, 적어도 약 125 ㎚, 적어도 약 130 ㎚, 적어도 약 140 ㎚, 적어도 약 150 ㎚, 또는 적어도 약 170 ㎚의 입자 크기 분포를 가진다.
상기 연마 조성물은 임의의 적절한 최대 입자 크기 및 임의의 적절한 최소 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자(예를 들어, 제1 연마 입자; 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자; 제1 연마 입자, 제2 연마 입자 및 제3 연마 입자 등)는 임의의 적절한 최대 입자 크기 및 임의의 적절한 최소 입자 크기를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 약 1 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 예를 들어, 약 1 ㎚ 내지 약 125 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 80 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 75 ㎚, 약 25 ㎚ 내지 약 125 ㎚, 또는 약 50 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 최소 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 약 10 ㎚ 내지 약 75 ㎚, 예를 들어, 약 15 ㎚, 약 25 ㎚, 또는 약 40 ㎚, 약 50 ㎚, 약 60 ㎚, 또는 약 70 ㎚의 최소 입자 크기를 가진다.
상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 약 250 ㎚ 내지 약 1 μm, 예를 들어, 약 250 ㎚ 내지 약 800 ㎚, 약 250 ㎚ 내지 약 600 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 750 ㎚, 또는 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 최대 연마 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 연마 조성물에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 약 350 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 예를 들어, 약 375 ㎚, 약 400 ㎚, 약 500 ㎚, 또는 약 600 ㎚의 최대 입자 크기를 가진다.
상기 연마 조성물이 추가 연마 입자(예를 들어, 제2 연마 입자, 제3 연마 입자 등)를 포함하는 경우, 상기 연마 조성물은 경우에 따라 다중 모드 입자 크기 분포를 나타낼 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "다중 모드(multimodal)"는 상기 연마 조성물이 적어도 2개의 최대치(예를 들어, 2개 이상의 최대치, 3개 이상의 최대치, 4개 이상의 최대치 또는 5개 이상의 최대치)를 가지는 메디언 입자 크기 분포를 나타내는 것을 의미한다. 특히, 상기 연마 조성물이 제2 연마 입자를 포함하는 경우, 상기 연마 조성물은 2중 모드 입자 크기 분포를 나타낼 수 있으며, 즉, 상기 연마 조성물은 2개의 메디언 입자 크기 최대치를 가지는 입자 크기 분포를 나타낸다. 용어 "최대치" 및 "최대치들"은 입자 크기 분포의 피크 또는 피크들을 의미한다. 상기 피크 또는 피크들은 제1, 제2 및 임의의 추가 연마 입자에 대한 본 명세서에서 기술된 메디언 입자 크기에 상응한다. 따라서, 예를 들어, 상기 연마 조성물이 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자를 포함하고, 추가 연마 입자를 포함하지 않는 경우, 입자 수 대 입자 크기의 플롯은, 약 75 ㎚ 내지 약 200 ㎚의 입자 크기 범위의 제1 피크 및 약 1 ㎚ 내지 약 60 ㎚의 입자 크기 범위의 제2 피크를 가지는 2중 모드 입자 크기 분포를 반영할 수 있다.
상기 연마 조성물 중에 존재하는 제1 연마 입자 및 임의의 추가 연마 입자는 바람직하게는 연마 조성물 중에, 더욱 구체적으로는 연마 조성물의 수성 담체 중에 현탁된다. 상기 연마 입자가 연마 조성물 중에 현탁되는 경우, 상기 연마 입자는 바람직하게는 콜로이드적으로 안정하다. 콜로이드라는 용어는 수성 담체 중 연마 입자의 현탁을 지칭한다. 콜로이드 안정성은 시간 경과에 따른 현탁액의 유지를 지칭한다. 본 발명의 문맥에서, 연마 입자를 100 ml 눈금 실린더에 넣고, 2시간 동안 교반하지 않고 방치되도록 하는 경우, 상기 눈금 실린더의 하부 50 ml의 입자 농도([B], g/ml)와 상기 눈금 실린더의 상부 50 ml의 입자 농도([T], g/ml) 사이의 차를 상기 연마 조성물의 초기 입자 농도([C], g/ml)로 나눈 값이 0.5 이하이면(즉, {[B]-[T]}/[C] ≤ 0.5), 연마 조성물은 콜로이드적으로 안정한 것으로 간주된다. [B]-[T]/[C]의 값은 바람직하게는 0.3 이하이고, 바람직하게는 0.1 이하이다.
상기 연마 조성물은 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환을 추가로 포함한다. 상기 작용화 헤테로환은 임의의 적절한 작용기로 작용화될 수 있다. 예를 들어, 상기 작용화 헤테로환은 카르복실산, 술폰산, 인산, 아민 또는 이들의 조합으로 작용화될 수 있다. 바람직하게는, 상기 작용화 헤테로환은 카르복실산으로 작용화된다.
상기 작용화 질소 함유 헤테로환은 임의의 적절한 작용화 질소 함유 헤테로환일 수 있다. 예를 들어, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환은 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 퀴놀린, 벤조트리아졸, 벤조티아졸, 트리아졸, 인돌, 벤즈이미다졸 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 특히, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환은 피콜린산, 피콜릴아민, 퀴날딘산 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 작용화 질소 함유 헤테로환의 질소는 임의의 적절한 pKa를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환의 질소는 약 5 이상, 예를 들어, 약 6 이상, 약 8 이상, 약 10 이상, 또는 약 15 이상의 pKa를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환의 질소는 연마 조성물의 pH보다 큰 pKa를 가진다. 예를 들어, 상기 연마 조성물의 pH가 약 1인 경우, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환의 질소는 약 1 초과, 예를 들어, 약 2 초과, 약 3 초과, 약 3.5 초과, 약 4 초과, 약 4.5 초과, 약 5 초과, 또는 약 5.5 초과의 pKa를 가질 수 있다.
상기 작용화 황 함유 헤테로환은 임의의 적절한 작용화 황 함유 헤테로환일 수 있다. 예를 들어, 상기 작용화 황 함유 헤테로환은 티오펜일 수 있다. 특히, 상기 작용화 황 함유 헤테로환은 2-카복시티오펜일 수 있다.
상기 작용화 헤테로환은 임의의 적절한 나프토산일 수 있다. 예를 들어, 상기 작용화 헤테로환은 2-하이드록시-1-나프토산, 3-하이드록시-2-나프토산, 3,5-디하이드록시-2-나프토산, 1,4-디하이드록시-2-나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 나프토산일 수 있다.
바람직하게는, 상기 연마 조성물은 작용화 질소 함유 헤테로환인 작용화 헤테로환을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 연마 조성물은 피리딘, 퀴놀린 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함한다. 보다 더욱 바람직하게는, 상기 연마 조성물은 피콜린산, 퀴날딘산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함한다.
따라서, 상기 작용화 헤테로환은 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함할 수 있으며, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환은 피콜린산이다. 또한, 상기 연마 조성물은 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함할 수 있으며, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환은 퀴날딘산이다.
상기 작용화 헤테로환은 상기 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재한다. 예를 들어, 상기 작용화 헤테로환은 상기 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1300 ppm, 예를 들어, 약 100 ppm 내지 약 1200 ppm, 약 100 ppm 내지 약 1000 ppm, 약 100 ppm 내지 약 800 ppm, 약 100 ppm 내지 약 750 ppm, 약 100 ppm 내지 약 650 ppm, 약 100 ppm 내지 약 500 ppm, 약 250 ppm 내지 약 1000 ppm, 약 250 ppm 내지 약 800 ppm, 약 500 ppm 내지 약 1000 ppm, 또는 약 500 ppm 내지 약 800 ppm의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 작용화 헤테로환은 상기 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 800 ppm, 예를 들어, 약 200 ppm, 약 300 ppm, 약 450 ppm, 약 500 ppm, 약 600 ppm, 약 700 ppm, 또는 약 750 ppm의 농도로 존재한다.
상기 연마 조성물은 양이온성 중합체를 추가로 포함한다. 상기 양이온성 중합체는 4급 아민, 양이온성 폴리비닐 알코올, 양이온성 셀룰로스 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 특히, 상기 연마 조성물은 (a) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 양이온성 중합체, 및 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는 카르복실산, 또는 (b) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되며, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 양이온성 중합체를 추가로 포함한다.
상기 양이온성 중합체는 임의의 적절한 4급 아민일 수 있다. 예를 들어, 상기 양이온성 중합체는 폴리(비닐이미다졸륨), 폴리(메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄) 할로겐화물, 예를 들어 폴리(메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄) 클로라이드(폴리MADQUAT)), 폴리(디알릴디메틸암모늄) 할로겐화물, 예를 들어 폴리(디알릴디메틸암모늄) 클로라이드(폴리DADMAC) 및 폴리쿼터늄-2로부터 선택되는 4급 아민일 수 있다. 바람직하게는, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민인 경우, 상기 양이온성 중합체는 폴리(비닐이미다졸륨)이다.
상기 양이온성 중합체는 임의의 적절한 양이온성 폴리비닐 알코올 또는 양이온성 셀룰로스일 수 있다. 바람직하게는, 상기 양이온성 중합체는 양이온성 폴리비닐 알코올이다. 예를 들어, 상기 양이온성 폴리비닐 알코올은 니폰 고세이 고흐세파이머(Nippon Gosei GOHSEFIMER) K210™ 폴리비닐 알코올 제품일 수 있다.
상기 양이온성 중합체(즉, 통틀어 4급 아민, 양이온성 폴리비닐 알코올, 양이온성 셀룰로즈 또는 이들의 조합)는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재한다. 예를 들어, 상기 양이온성 중합체는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 이상, 예를 들어, 약 5 ppm 이상, 약 10 ppm 이상, 약 25 ppm 이상, 약 40 ppm 이상, 약 50 ppm 이상, 또는 약 60 ppm 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 양이온성 중합체는 상기 연마 조성물 중에 약 250 ppm 이하, 예를 들어, 약 225 ppm 이하, 약 215 ppm 이하, 약 200 ppm 이하, 약 175 ppm 이하, 약 160 ppm 이하, 약 150 ppm 이하, 약 125 ppm 이하, 약 115 ppm 이하, 또는 약 100 ppm 이하의 농도로 존재할 수 있다. 따라서, 상기 양이온성 중합체는 상기 연마 조성물 중에 전술한 종말점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 양이온성 중합체는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 100 ppm, 약 1 ppm 내지 약 50 ppm, 약 1 ppm 내지 약 40 ppm, 약 1 ppm 내지 약 25 ppm, 약 5 ppm 내지 약 225 ppm, 약 5 ppm 내지 약 100 ppm, 약 5 ppm 내지 약 50 ppm, 약 10 ppm 내지 약 215 ppm, 약 10 ppm 내지 약 100 ppm, 약 15 ppm 내지 약 200 ppm, 약 25 ppm 내지 약 175 ppm, 약 25 ppm 내지 약 100 ppm, 또는 약 30 ppm 내지 약 150 ppm의 농도로 존재할 수 있다.
상기 양이온성 중합체가 폴리(비닐이미다졸륨)인 경우, 상기 양이온성 중합체는 바람직하게는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 10 ppm, 예를 들어, 약 2 ppm, 약 4 ppm, 약 5 ppm, 약 6 ppm, 약 7 ppm, 약 8 ppm, 또는 약 9 ppm의 농도로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 상기 양이온성 중합체가 폴리(비닐이미다졸륨)인 경우, 상기 양이온성 중합체는 바람직하게는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 5 ppm, 예를 들어, 약 2 ppm, 약 3 ppm, 또는 약 4 ppm의 농도로 존재한다.
상기 양이온성 중합체가 4급 아민인 경우, 상기 연마 조성물은 카르복실산을 추가로 포함한다. 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되는 경우, 상기 연마 조성물은 경우에 따라 카르복실산을 추가로 포함한다. 카르복실산의 pKa는 약 1 내지 약 6이다. 바람직하게는, 카르복실산의 pKa는 약 2 내지 약 6이다. 더욱 바람직하게는, 카르복실산의 pKa는 약 3.5 내지 약 5이다.
카르복실산은 약 1 내지 약 6의 pKa를 가지는 임의의 적절한 카르복실산일 수 있다. 예를 들어, 카르복실산은 아세트산, 프로피온산 및 부탄산으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 카르복실산은 아세트산이다.
카르복실산은 상기 연마 조성물 중에 임의의 적절한 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 카르복실산은 상기 연마 조성물 중에 약 10 ppm 내지 약 1000 ppm, 예를 들어, 약 10 ppm 내지 약 500 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 25 ppm 내지 약 750 ppm, 약 25 ppm 내지 약 500 ppm, 약 25 ppm 내지 약 250 ppm, 약 30 ppm 내지 약 250 ppm, 약 35 ppm 내지 약 350 ppm, 약 50 ppm 내지 약 425 ppm, 약 55 ppm 내지 약 400 ppm, 또는 약 75 ppm 내지 약 350 ppm의 농도로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 카르복실산은 상기 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 150 ppm, 예를 들어, 약 40 ppm, 약 50 ppm, 약 60 ppm, 약 75 ppm, 약 100 ppm, 또는 약 125 ppm의 농도로 존재한다.
상기 연마 조성물의 pH는 약 1 내지 약 6이다. 전형적으로는, 상기 연마 조성물은 약 3 이상의 pH를 가진다. 또한, 상기 연마 조성물의 pH는 전형적으로 약 6 이하이다. 예를 들어, pH는 약 3.5 내지 약 6의 범위, 예를 들어 약 3.5의 pH, 약 4의 pH, 약 4.5의 pH, 약 5의 pH, 약 5.5의 pH, 약 6의 pH, 또는 이들 pH 값 중 임의의 2개의 값으로 정의되는 범위의 pH를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 연마 조성물의 pH는 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 이내이다. 일 예로서, 상기 연마 조성물의 pH가 약 3.5인 경우, 카르복실산의 pKa는 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5.5이다.
상기 연마 조성물의 pH는 임의의 적절한 수단에 의해 달성 및/또는 유지될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 연마제 조성물은 pH 조절제, pH 완충제 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 연마 조성물은 pH 조절제를 포함한다. 상기 pH 조절제는 임의의 적절한 pH 조절제일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH 조절제는 알킬 아민, 알코올 아민, 4급 아민 하이드록사이드, 암모니아 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH 조절제는 트리에탄올아민, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH 또는 TMA-OH) 또는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAH 또는 TEA-OH)일 수 있다. 바람직하게는, 상기 pH 조절제는 트리에탄올아민이다.
pH 조절제는 상기 연마 조성물 중에 임의의 적절한 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, pH 조절제는 본 명세서에 기재된 pH 범위, 예를 들어 약 1 내지 약 6의 범위 또는 약 3.5 내지 약 5의 범위 내에서 상기 연마 조성물의 pH를 달성 및/또는 유지하기에 충분한 농도로 연마 조성물 중에 존재한다. 예를 들어, pH 조절제는 상기 연마 조성물 중에 약 10 ppm 내지 약 300 ppm, 예를 들어, 약 50 ppm 내지 약 200 ppm, 또는 약 100 ppm 내지 약 150 ppm의 농도로 존재할 수 있다.
상기 연마 조성물은 수성 담체를 포함한다. 상기 수성 담체는 물(예를 들어, 탈 이온수)을 포함하고, 하나 이상의 수혼화성 유기 용매를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 유기 용매의 예로는 알코올, 예를 들어 프로페닐 알코올, 이소프로필 알코올, 에탄올, 1-프로판올, 메탄올, 1-헥사놀 등; 알데히드, 예를 들어 아세틸알데히드 등; 케톤, 예를 들어 아세톤, 디아세톤 알코올, 메틸 에틸 케톤 등; 에스테르, 예를 들어 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 메틸 락테이트, 부틸 락테이트, 에틸 락테이트 등; 술폭사이드, 예를 들어 디메틸 술폭사이드(DMSO), 테트라히드로푸란, 디옥산, 디글림 등을 포함한 에테르; 아미드, 예를 들어 N,N-디메틸포름아미드, 디메틸이미다졸리디논, N-메틸피롤리돈 등; 다가 알코올 및 이들의 유도체, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 등; 및 질소 함유 유기 화합물, 예를 들어 아세토니트릴, 아밀아민, 이소프로필아민, 이미다졸, 디메틸아민 등이 포함된다. 바람직하게는, 상기 수성 담체는 물만이고, 즉 유기 용매가 존재하지 않는 것이다.
상기 연마 조성물은 또한 카르복실산 단량체, 술폰화 단량체 또는 포스폰화 단량체의 음이온성 공중합체 및 아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리비닐알코올(예를 들어, 2-하이드록시에틸메타크릴산과 메타크릴산의 공중합체); 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리에틸렌 글리콜인 비이온성 중합체; 아미노 실란, 우레이도 실란 또는 글리시딜 실란인 실란; 작용화 피리딘의 N-옥사이드(예를 들어, 피콜린산 N-옥사이드); 전분; 사이클로덱스트린(예를 들어, 알파-사이클로덱스트린 또는 베타-사이클로덱스트린) 및 이들의 조합으로부터 선택된 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 첨가제가 비이온성 중합체이고, 상기 비이온성 중합체가 폴리비닐피롤리돈인 경우, 폴리비닐피롤리돈은 임의의 적절한 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈은 약 10,000 g/몰 내지 약 1,000,000 g/몰, 예를 들어, 약 20,000 g/몰, 약 30,000 g/몰, 약 40,000 g/몰, 약 50,000 g/몰, 또는 약 60,000 g/몰의 분자량을 가질 수 있다. 상기 첨가제가 비이온성 중합체이고, 상기 비이온성 중합체가 폴리에틸렌 글리콜인 경우, 폴리에틸렌 글리콜은 임의의 적절한 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜은 약 200 g/몰 내지 약 200,000 g/몰, 예를 들어, 약 8000 g/몰, 약 100,000 g/몰의 분자량을 가질 수 있다.
상기 첨가제가 실란인 경우, 실란은 임의의 적절한 아미노 실란, 우레이도 실란 또는 글리시딜 실란일 수 있다. 예를 들어, 실란은 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필실란트리올, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란트리올, (N,N-디메틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 우레이도프로필트리에톡시실란 또는 3-글리시도프로필디메틸에톡시실란일 수 있다.
바람직하게는, 상기 연마 조성물이 첨가제를 포함하는 경우, 상기 첨가제는 2-하이드록시에틸메타크릴산과 메타크릴산의 공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 아미노프로필실란트리올, 피콜린산 N-옥사이드, 전분, 알파-사이클로덱스트린, 베타-사이클로덱스트린 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
상기 첨가제(즉, 통틀어 카르복실산 단량체, 술폰화 단량체 또는 포스폰화 단량체의 음이온성 공중합체 및 아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리비닐알코올; 실란; 작용화 피리딘의 N-옥사이드; 전분, 사이클로덱스트린 또는 이들의 조합)는 상기 화학 기계적 연마 조성물 중에 임의의 적절한 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 첨가제는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 500 ppm, 예를 들어, 약 5 ppm 내지 약 400 ppm, 약 10 ppm 내지 약 400 ppm, 약 15 ppm 내지 약 400 ppm, 약 20 ppm 내지 약 400 ppm, 약 25 ppm 내지 약 400 ppm, 약 10 ppm 내지 약 300 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 30 ppm 내지 약 350 ppm, 약 30 ppm 내지 약 275 ppm, 약 50 ppm 내지 약 350 ppm, 또는 약 100 ppm 내지 약 300 ppm의 농도로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 상기 첨가제는 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 300 ppm, 예를 들어, 약 1 ppm 내지 약 275 ppm, 약 1 ppm 내지 약 250 ppm, 약 1 ppm 내지 약 100 ppm, 약 1 ppm 내지 약 50 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 10 ppm 내지 약 100 ppm, 또는 약 35 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재한다.
상기 연마 조성물은 경우에 따라 하나 이상의 다른 첨가제를 추가로 포함한다. 상기 연마 조성물은 점도 증진제 및 응고제(예를 들어, 우레탄 중합체와 같은 고분자 레올로지 조절제)를 비롯한 계면 활성제 및/또는 레올로지 조절제, 분산제, 살생제(예를 들어, 카톤(KATHON)™ LX) 등을 포함할 수 있다. 적절한 계면 활성제에는, 예를 들어, 양이온성 계면 활성제, 음이온성 계면 활성제, 음이온성 고분자 전해질, 비이온성 계면 활성제, 양쪽성 계면 활성제, 플루오르화 계면 활성제, 이들의 혼합물 등이 포함된다.
상기 연마 조성물은, 다수의 기술이 당업자에 공지되어 있는 임의의 적절한 기술에 의해 제조될 수 있다. 상기 연마 조성물은 배치 또는 연속 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 상기 연마 조성물은 임의의 순서로 본 명세서의 성분을 조합하여 제조될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "구성 성분"에는 개별 성분(예를 들어, 제1 연마 입자, 작용화 헤테로환, 양이온성 중합체, 카르복실산, pH 조절제 등)뿐만 아니라, 성분(예를 들어, 제1 연마 입자, 작용화 헤테로환, 양이온성 중합체, 카르복실산, pH 조절제 등)의 임의의 조합이 포함된다.
예를 들어, 상기 작용화 헤테로환, 양이온성 중합체 및 카르복실산 (포함될 경우)은 원하는 농도(들)로 물에 첨가될 수 있다. 이어서, pH를 (원하는 대로) 조절할 수 있으며, 제1 연마 입자를 원하는 농도로 혼합물에 첨가하여, 연마 조성물을 형성할 수 있다. 상기 연마 조성물은, 사용 직전(예를 들어, 사용 전 약 1분 이내, 또는 사용 전 약 1시간 이내, 또는 사용 전 약 7일 이내)에 상기 연마 조성물에 첨가된 하나 이상의 구성 성분들을 사용하여 사용 전에 제조될 수 있다. 상기 연마 조성물은 또한 연마 작업 동안 기판의 표면에서 구성 성분들을 혼합함으로써 제조될 수 있다.
상기 연마 조성물은 또한 사용 전에 적정량의 수성 담체, 특히 물로 희석하도록 의도된 농축물로서 제공될 수 있다. 이러한 구현예에서, 상기 연마 조성물 농축물은, 적정량의 물로 농축물을 희석하는 경우, 상기 연마 조성물의 각 구성 요소가 각 구성 요소에 대해 상기에서 열거된 적정 범위 내의 양으로 상기 연마 조성물 중에 존재하도록 하는 양으로 제1 연마 입자, 작용화 헤테로환, 양이온성 중합체, 카르복실산 (상기 연마 조성물 중에 포함되는 경우), pH 조절제 및 물을 포함할 수 있다. 또한, 당업자가 이해할 바와 같이, 상기 농축물은, 다른 구성 요소가 상기 농축물에 적어도 부분적으로 또는 완전히 용해되도록 하기 위해, 최종 연마 조성물 중에 존재하는 물의 적정한 분획을 포함할 수 있다.
상기 연마 조성물은 사용 전에 또는 심지어 사용 직전에 제조될 수 있으며, 상기 연마 조성물은 또한 사용 지점 또는 그 부근에서 상기 연마 조성물의 구성 성분들을 혼합함으로써 생성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "사용 지점"은 연마 조성물이 기판 표면(예를 들어, 연마 패드 또는 기판 표면 자체)에 적용되는 지점을 지칭한다. 상기 연마 조성물이 사용 지점의 혼합 과정을 사용하여 제조하는 경우, 상기 연마 조성물의 구성 요소들은 2개 이상의 저장 장치에 개별적으로 저장된다.
사용 지점에서 또는 그 부근에서 상기 연마 조성물을 제조하기 위해 저장 장치에 포함된 구성 요소를 혼합하기 위해, 상기 저장 장치에는 전형적으로 각각의 저장 장치로부터 상기 연마 조성물의 사용 지점(예를 들어, 플래턴(platen), 연마 패드 또는 기판 표면)으로 연결되는 하나 이상의 유선(flow line)이 제공된다. 용어 "유선"은 개별 저장 용기로부터 그 내부에 저장된 구성 요소의 사용 지점까지의 유동 경로를 의미한다. 상기 하나 이상의 유선은 각각 사용 지점으로 직접 연결될 수 있거나, 또는, 하나 초과의 유선이 사용되는 상황의 경우, 2개 이상의 유선이, 사용 지점에 연결된 단일 유선으로 임의의 지점에서 합쳐질 수 있다. 또한, 상기 하나 이상의 유선(예를 들어, 개별 유선 또는 합쳐진 유선) 중 임의의 하나는 상기 구성 요소(들)의 사용 지점에 도달되기 전에, 우선 하나 이상의 다른 장치(예를 들어, 펌핑 장치, 측정 장치, 혼합 장치 등)에 연결될 수 있다.
상기 연마 조성물의 구성 성분들은 독립적으로 사용 지점으로 전달될 수 있거나(예를 들어, 연마 과정 동안 상기 구성 성분들이 혼합되는 기판 표면으로 상기 구성 성분들이 전달되거나), 또는 상기 구성 성분들이 사용 지점으로 전달되기 직전에 조합될 수 있다. 구성 성분들은, 이들이 사용 지점에 도달되기 10초 미만 전에, 바람직하게는 사용 지점에 도달되기 5초 미만 전에, 더욱 바람직하게는 사용 지점에 도달되기 1초 미만 전에 또는 심지어 상기 구성 요소의 사용 지점에의 전달과 동시에(예를 들어, 상기 구성 성분들은 디스펜서에서 조합됨) 조합되는 경우, "사용 지점으로의 전달 직전"에 조합된다. 구성 성분들은 또한, 이들이 사용 지점 5 m 이내에, 예를 들어 사용 지점 1 m 이내에 또는 심지어 사용 지점 10 cm 이내에(예를 들어, 사용 지점 1 cm 이내에) 조합되는 경우, "사용 지점으로의 전달 직전에" 조합된다.
상기 연마 조성물의 2개 이상의 구성 성분들이 사용 지점에 도달되기 전에 조합되는 경우, 상기 구성 성분들은 유선에서 조합될 수 있으며, 혼합 장치를 사용하는 일 없이, 사용 지점에 전달될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 유선은 2개 이상의 구성 성분들의 조합을 용이하게 하는 혼합 장치로 연결될 수 있다. 임의의 적절한 혼합 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 장치는 2개 이상의 구성 성분들이 흐르는 노즐 또는 분출구(jet)(예를 들어, 고압 노즐 또는 분출구)일 수 있다. 대안적으로, 상기 혼합 장치는, 상기 연마 조성물의 2개 이상의 구성 성분들이 혼합기에 도입되는 하나 이상의 유입구 및 혼합된 구성 성분이 상기 혼합기로부터 유출되어 직접적으로 또는 상기 장치의 다른 요소를 통하여(예를 들어, 하나 이상의 유선을 통하여) 사용 지점에 전달되는 적어도 하나의 유출구를 포함하는 용기형 혼합 장치일 수 있다. 또한, 상기 혼합 장치는, 각각의 챔버가 적어도 하나의 유입구 및 적어도 하나의 유출구를 가지고, 두 개 이상의 구성 성분들이 각 챔버에서 조합되는, 하나 초과의 챔버를 포함할 수 있다. 용기형 혼합 장치가 사용되는 경우, 상기 혼합 장치는 바람직하게는 구성 요소들의 조합을 더욱 용이하게 하기 위한 혼합 메커니즘을 포함한다. 혼합 메커니즘은 당 업계에 일반적으로 공지되어 있으며, 교반기, 분쇄기, 교반기, 패들 배플(paddled baffles), 가스 분출 시스템, 진동기 등을 포함한다.
본 발명은 또한 본 명세서에 기술된 연마 조성물로 기판을 연마하는 방법을 제공한다. 기판의 연마 방법은 (i) 기판을 제공하는 단계; (ii) 연마 패드를 제공하는 단계; (iii) 전술한 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; (iv) 상기 기판을 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 (v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대하여 이동시켜, 기판의 적어도 일부분을 연마하여 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 (i) 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판이 실리콘 산화물 층을 포함하는 단계; (ii) 연마 패드를 제공하는 단계; (iii) 전술한 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; (iv) 상기 기판을 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 (v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대하여 이동시켜, 상기 기판의 표면상의 실리콘 산화물 층의 적어도 일부분을 연마하여 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판 연마 방법을 제공한다.
더욱 구체적으로는, 본 발명은 (ⅰ) 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판이 실리콘 산화물 층을 포함하는 단계; (ii) 연마 패드를 제공하는 단계; (ⅲ) (a) 제1 연마 입자로서, 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 양이온성 중합체, (d) 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는 카르복실산, (e) pH 조절제 및 (f) 수성 담체를 포함하며, pH가 약 1 내지 약 6이고 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 내인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; (iv) 기판을 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 (v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대하여 이동시켜, 상기 기판의 표면상의 실리콘 산화물 층의 적어도 일부분을 연마하여 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 (ⅰ) 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판이 실리콘 산화물 층을 포함하는 단계; (ii) 연마 패드를 제공하는 단계; (ⅲ) (a) 제1 연마 입자로서, 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 제1 연마 입자, (b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환, (c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 양이온성 중합체, (d) pH 조절제 및 (e) 수성 담체를 포함하며, pH가 약 1 내지 약 6인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; (iv) 상기 기판을 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 (v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대하여 이동시켜, 상기 기판의 표면상의 실리콘 산화물 층의 적어도 일부분을 연마하여 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 연마 조성물은 임의의 적절한 기판을 연마하는데 유용하다. 상기 연마 조성물은 실리콘 산화물 층을 포함하는 기판의 연마에 특히 유용하다. 적절한 기판에는, 이로 제한되는 것은 아니나, 평면 패널 디스플레이, 집적 회로, 메모리 또는 강성 디스크, 금속, 반도체, 층간 절연막(inter-layer dielectric, ILD) 장치, 마이크로전기기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS), 강유전체 및 자기 헤드(magnetic head)가 포함된다. 상기 연마 조성물은 얕은 트렌치 분리(shallow trench isolation, STI) 공정을 거친 기판을 평탄화 또는 연마하는 데 특히 적합하다. 기판은 적어도 하나의 다른 층, 예를 들어, 절연 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연 층은 금속 산화물, 다공성 금속 산화물, 유리, 유기 중합체, 플루오르화 유기 중합체 또는 임의의 다른 적절한 고-κ 또는 저-κ 절연 층일 수 있다. 상기 절연 층에는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 조합이 포함되거나, 이들로 필수적으로 구성되거나 또는 이들로 구성될 수 있다. 상기 실리콘 산화물 층에는 많은 것들이 당 업계에 공지되어 있는 임의의 적절한 실리콘 산화물이 포함되거나, 이들로 필수적으로 구성되거나 또는 이들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 산화물 층에는 테트라에톡시실란(TEOS), 고밀도 플라즈마(HDP) 산화물, 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 고 종횡비 공정(HARP) 산화물, 스핀 온 유전체(SOD) 산화물, 화학 기상 증착(CVD) 산화물, 플라즈마 강화 테트라에틸 오르소 실리케이트(PETEOS), 열 산화물 또는 비 도핑 규산염 유리가 포함될 수 있다. 상기 기판에는 금속 층이 추가로 포함될 수 있다. 상기 금속에는, 예를 들어, 구리, 탄탈, 텅스텐, 티탄, 백금, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합과 같이 많은 것들이 당 업계에 공지된 임의의 적절한 금속이 포함되거나, 이들로 필수적으로 구성되거나 또는 이들로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판은 임의의 적절한 기술에 의해 본 명세서에 기술된 연마 조성물을 사용하여 평탄화되거나 연마될 수 있다. 본 발명의 연마 방법은 특히 화학 기계적 연마(CMP) 장치와 함께 사용하기에 적합하다. 전형적으로, CMP 장치에는, 사용시에 운동 중에 있고 궤도, 선형 또는 원운동으로부터 발생하는 속도를 가지는 플래턴, 플래턴과 접촉되어 있고, 운동 중에 플래턴과 함께 이동하는 연마 패드, 및 상기 연마 패드의 표면에 접촉하여 이에 대해 이동함으로써 연마될 기판을 유지하는 캐리어가 포함된다. 기판의 연마는, 상기 기판을 본 발명의 연마 조성물 및 전형적으로 연마 패드와 접촉되도록 배치시킨 다음, 상기 연마 조성물 및 전형적으로 상기 연마 패드를 사용하여, 기판의 표면, 예를 들어 실리콘 산화물 또는 본 발명에 기술된 하나 이상의 기판 재료의 적어도 일부분을 연마시킴으로써, 이루어진다. 본 발명에 따른 기판의 연마를 위해, 임의의 적절한 연마 조건이 사용될 수 있다.
기판은 임의의 적절한 연마 패드(예를 들어, 연마 표면)와 함께 상기 화학 기계적 연마 조성물을 이용하여 평탄화되거나 연마될 수 있다. 적절한 연마 패드에는, 예를 들어, 직포 및 부직포 연마 패드가 포함된다. 또한, 적절한 연마 패드에는 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축률, 압축시 반발력 및 압축 탄성률의 임의의 적절한 중합체가 포함될 수 있다. 적절한 중합체에는, 예를 들어, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 플루오로카본, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 이들의 공성형물 및 이들의 혼합물이 포함된다.
바람직하게는, CMP 장치에는, 많은 것들이 당 업계에 공지되어 있는 현장 연마 종말점 검출 시스템이 추가로 포함된다. 가공물의 표면으로부터 반사된 빛 또는 다른 방사선을 분석함으로써 연마 공정을 검사 및 모니터링하기 위한 기술은 당 업계에 공지되어 있다. 이러한 방법은, 예를 들어, 미국 특허 제5,196,353호, 미국 특허 제5,433,651호, 미국 특허 제5,609,511호, 미국 특허 제5,643,046호, 미국 특허 제5,658,183호, 미국 특허 제5,730,642호, 미국 특허 제5,838,447호, 미국 특허 제5,872,633호, 미국 특허 제5,893,796호, 미국 특허 제5,949,927, 및 미국 특허 제5,964,643호에 기술되어 있다. 바람직하게는, 연마되는 가공물에 대한 연마 공정의 진행의 검사 또는 모니터링은 연마 종말점의 측정, 즉 특정 가공물에 대한 연마 공정이 종료되는 시점의 측정을 가능하게 한다.
구현예
(1) 구현예 (1)에서는,
(a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자,
(b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환,
(c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체,
(d) 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는 것인 카르복실산,
(e) pH 조절제, 및
(f) 수성 담체를 포함하고,
pH가 약 1 내지 약 6이고 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 이내인 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(2) 구현예 (2)에서는, 제1 연마 입자가 연마 조성물 중에 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재하는, 구현예 (1)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(3) 구현예 (3)에서는, 상기 연마 조성물이 제2 연마 입자를 추가로 포함하고, 상기 제2 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 1 ㎚ 내지 약 60 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는, 구현예 (1) 또는 (2)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(4) 구현예 (4)에서는, 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자가 연마 조성물 중에 총량으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재하는, 구현예 (3)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(5) 구현예 (5)에서는, 상기 작용화 헤테로환이 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함하고, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환이 피콜린산인, 구현예 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(6) 구현예 (6)에서는, 상기 작용화 헤테로환이 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함하고, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환이 퀴날딘산인, 구현예 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(7) 구현예 (7)에서는, 상기 양이온성 중합체가 폴리(비닐이미다졸륨)인, 구현예 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(8) 구현예 (8)에서는, 상기 폴리(비닐이미다졸륨)이 상기 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 5 ppm의 농도로 존재하는, 구현예 (7)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(9) 구현예 (9)에서는, 카르복실산의 pKa가 약 3.5 내지 약 5인, 구현예 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(10) 구현예 (10)에서는, 카르복실산이 아세트산인, 구현예 (9)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(11) 구현예 (11)에서는, pH 조절제가 알킬 아민, 알코올 아민, 4급 아민 하이드록사이드, 암모니아 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 구현예 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(12) 구현예 (12)에서는, pH 조절제가 트리에탄올아민인, 구현예 (11)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(13) 구현예 (13)에서는, pH가 약 3.5 내지 약 5인, 구현예 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(14) 구현예 (14)에서는,
(a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자,
(b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 이들의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 작용화 헤테로환,
(c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체,
(d) pH 조절제, 및
(e) 수성 담체를 포함하고,
pH가 약 1 내지 약 6인 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(15) 구현예 (15)에서는, 제1 연마 입자가 연마 조성물 중에 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재하는, 구현예 (14)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(16) 구현예 (16)에서는, 제2 연마 입자를 추가로 포함하고, 상기 제2 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 1 ㎚ 내지 약 60 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는, 구현예 (14) 또는 (15)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(17) 구현예 (17)에서는, 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자가 연마 조성물 중에 총량으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 농도로 존재하는, 구현예 (16)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(18) 구현예 (18)에서는, 상기 작용화 헤테로환이 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함하고, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환이 피콜린산인, 구현예 (14) 내지 (17) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(19) 구현예 (19)에서는, 상기 작용화 헤테로환이 작용화 질소 함유 헤테로환을 포함하고, 상기 작용화 질소 함유 헤테로환이 퀴날딘산인, 구현예 (14) 내지 (17) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(20) 구현예 (20)에서는, 상기 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알코올인, 구현예 (14) 내지 (19) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(21) 구현예 (21)에서는, 상기 양이온성 폴리비닐 알코올이 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 40 ppm의 농도로 존재하는, 구현예 (20)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(22) 구현예 (22)에서는, 카르복실산을 추가로 포함하며, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는, 구현예 (14) 내지 (21) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(23) 구현예 (23)에서는, 카르복실산의 pKa가 약 3.5 내지 약 5인, 구현예 (22)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(24) 구현예 (24)에서는, 카르복실산이 아세트산인, 구현예 (22) 또는 (23)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(25) 구현예 (25)에서는, pH 조절제가 알킬 아민, 알코올 아민, 4급 아민 하이드록사이드, 암모니아 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 구현예 (14) 내지 (24) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(26) 구현예 (26)에서는, pH 조절제가 트리에탄올아민인, 구현예 (25)의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(27) 구현예 (27)에서는, pH가 약 3.5 내지 약 5인, 구현예 (14) 내지 (26) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다.
(28) 구현예 (28)에서는,
(i) 기판을 제공하는 단계;
(ii) 연마 패드를 제공하는 단계;
(iii) 구현예 (1) 내지 (27) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
(iv) 상기 기판을 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
(v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대해 이동시켜, 기판의 적어도 일부분을 연마하여, 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법이 제공된다.
(29) 구현예 (29)에서는,
(i) 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판이 실리콘 산화물 층을 포함하는 것인 단계;
(ii) 연마 패드를 제공하는 단계;
(iii) 구현예 (1) 내지 (27) 중 어느 하나의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
(iv) 상기 기판을 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
(v) 상기 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대해 이동시켜, 기판 표면상의 실리콘 산화물 층의 적어도 일부분을 연마하여, 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법이 제공된다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하지만, 물론, 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예 1
본 실시예에서는 4급 아민인 양이온성 중합체의 실리콘 산화물의 제거 속도에 대한 효과가 입증된다.
테트라에톡시실란(TEOS) 블랭킷 웨이퍼를 4종의 연마 조성물(즉, 연마 조성물 1A 내지 1D)로 연마하였다. 각각의 연마 조성물 1A 내지 1D는 0.2 중량%의 습식 세리아 입자, 500 ppm의 피콜린산 및 물을 포함하였으며, 트리에탄올아민을 사용하여 pH 4.0으로 pH 조절하였다. 특히, 각각의 연마 조성물 1A 내지 1D는 약 103 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.1 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제1 연마 입자) 및 약 54 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.1 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제2 연마 입자)를 포함하였다. 각각의 연마 조성물 1B 내지 1D는 또한 폴리(비닐이미다졸륨)을 표 1에 열거된 양으로 포함하였다.
TEOS 블랭킷 웨이퍼를 동일한 연마 조건하에서 연마 조성물 1A 내지 1D를 사용하여 연마하였다. 특히, 상기 웨이퍼를 미라(Mirra)™ 연마기 (어플라이드 머테리얼스(Applied Materials))에서 IC 1010™ 패드(다우 케미칼(Dow Chemical))로 연마하였다. 연마 파라미터는 하기와 같았다: 20.68 kPa(3psi)의 다운포스, 100 rpm의 플래턴 속도, 85 rpm의 헤드 속도, 및 150 mL/min의 연마 흐름. 연마 후, 블랭킷 TEOS의 제거 속도를 Å/min으로 측정하였다. 결과는 표 1에 요약되어 있다.
이들 결과는, 4급 아민, 즉, 폴리(비닐이미다졸륨)인 양이온성 중합체는 소량으로도 TEOS 웨이퍼의 표면에 강하게 결합하여, 웨이퍼의 표면을 보호하고, 제거 속도를 억제한다는 것을 입증한다. 이들 결과는 양이온성 중합체의 충격을 조절하기 위한 것, 즉 양이온성 중합체의 보호 효과를 무력화시키지 않으면서, 실리콘 산화물의 제거 속도를 증가시키기 위한 추가의 첨가제의 필요성을 추가로 입증한다.
실시예 2
본 실시예에서는 4급 아민인 양이온성 중합체 및 약 1 내지 약 6의 pKa를 가지는 카르복실산을 포함하는 연마 조성물로서, 상기 연마 조성물의 pH가 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 내인 연마 조성물의 유효성이 입증된다.
테트라에톡시실란(TEOS) 블랭킷 웨이퍼를 4종의 연마 조성물(즉, 연마 조성물 2A 내지 2D)을 사용하여 연마하였다. 각각의 연마 조성물 2A 내지 2D는 0.285 중량%의 습식 세리아 입자, 715 ppm의 피콜린산 및 물을 포함하였으며, 트리에탄올아민을 사용하여 pH를 4.0으로 pH 조절하였다. 특히, 각각의 연마 조성물 2A 내지 2D는 약 103 nm의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제1 연마 입자) 및 약 54 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제2 연마 입자)를 포함하였다. 각각의 연마 조성물 2B 내지 2D는 또한 1 ppm의 폴리(비닐이미다졸륨) 및 아세트산을 표 2에 열거된 양으로 포함하였다.
TEOS 블랭킷 웨이퍼를 동일한 연마 조건하에 연마 조성물 2A 내지 2D를 사용하여 연마하였다. 특히, 상기 웨이퍼를 미라™ 연마기(어플라이드 머테리얼스)에서 IC 1010™ 패드(다우 케미칼)로 연마하였다. 연마 파라미터는 하기와 같았다: 20.68 kPa(3 psi)의 다운포스, 100 rpm의 플래턴 속도, 85 rpm의 헤드 속도, 및 150 mL/min의 연마 흐름. 연마 후, 블랭킷 TEOS의 제거 속도를 Å/min으로 측정하였다. 결과는 표 2에 요약되어 있다.
이들 결과는 약 1 내지 6인 pKa를 가지고, 또한, 연마 조성물의 pH의 약 2 단위 내인 카르복실산, 즉, 아세트산을 양이온성 중합체, 즉, 폴리(비닐이미다졸륨)을 포함하는 연마 조성물에 첨가하는 경우, 높은 실리콘 산화물 제거 속도가 제공된다는 것을 입증한다. 특히, 각각의 연마 조성물 2B 내지 2D는, 아세트산을 포함하지 않은 연마 조성물 1A 내지 1D에 의해 제공되는 블랭킷 TEOS 제거 속도보다 현저히 높은 블랭킷 TEOS 제거 속도를 제공하였다. 또한, 각각의 연마 조성물 2B 내지 2D는 연마 조성물 2A에 의해 제공된 블랭킷 TEOS 제거 속도와 유사한 블랭킷 TEOS 제거 속도를 제공하였다. 따라서, 이들 결과는 약 1 내지 약 6의 pKa를 가지며, 연마 조성물의 pH의 약 2 단위 내인 카르복실산이 양이온성 중합체의 충격을 조절하여, 실리콘 산화물에 대한 높은 제거 속도를 제공한다는 것을 입증한다.
실시예 3
본 실시예에서는 4급 아민인 양이온성 중합체 및 약 1 내지 약 6의 pKa를 가지는 카르복실산을 포함하는 연마 조성물로서, 상기 연마 조성물의 pH가 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 내인 연마 조성물의 유효성이 입증된다.
테트라에톡시실란(TEOS) 블랭킷 웨이퍼를 6종의 연마 조성물(즉, 연마 조성물 3A 내지 3F)을 사용하여 연마하였다. 각각의 연마 조성물 3A 내지 3F는 0.285 중량%의 습식 세리아 입자, 715 ppm의 피콜린산 및 물을 포함하였고, 트리에탄올아민을 사용하여 pH를 4.0으로 pH 조절하였다. 특히, 각각의 연마 조성물 3A 내지 3F는 약 103 nm의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제1 연마 입자) 및 약 54 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제2 연마 입자)를 포함하였다. 각각의 연마 조성물 3B 내지 3F는 또한 폴리(비닐이미다졸륨) 및 아세트산을 표 3에 열거된 양으로 포함하였다.
TEOS 패턴 웨이퍼를 또한 연마 조성물 3A 내지 3F를 사용하여 60초 동안 연마하였다. TEOS 패턴 웨이퍼는 50% 밀도와 500 μm 피처 크기를 가졌다. TEOS 블랭킷 웨이퍼 및 TEOS 패턴 웨이퍼를 동일한 연마 조건하에 연마 조성물 3A 내지 3F를 사용하여 연마하였다. 특히, 상기 웨이퍼를 미라™ 연마기(어플라이드 머테리얼스)에서 IC 1010™ 패드(다우 케미칼)로 연마하였다. 연마 파라미터는 하기와 같았다: 20.68 kPa(3 psi)의 다운포스, 100 rpm의 플래턴 속도, 85 rpm의 헤드 속도, 및 150 ml/min의 연마 흐름. 연마 후, 블랭킷 및 패턴 TEOS의 제거 속도(Å/min) 및 트렌치 손실(Å)을 측정하였다. 결과는 표 3에 요약되어 있다.
이들 결과는 4급 아민, 즉, 폴리(비닐이미다졸륨)인 양이온성 중합체 및 카르복실산, 즉, 아세트산을 비교적 소량으로 포함하는 연마 조성물이 높은 블랭킷 및 패턴 TEOS 제거 속도를 제공한다는 것을 입증한다(연마 조성물 3B 내지 3F 참조). 이들 결과는 심지어 소량의 양이온성 중합체, 즉 폴리(비닐이미다졸륨)을 첨가하는 경우, 트렌치 손실에서 상당한 개선이 제공된다는 것을 추가로 입증한다. 특히, 상기 연마 조성물 3B 및 3C는 연마 조성물 3A에 의해 제공된 제거 속도보다 단지 약간 낮은 블랭킷 및 패턴 TEOS 제거 속도를 제공하였지만, 연마 조성물 3B 및 3C는 연마 조성물 3A에 비해 트렌치 손실에서 상당한 개선을 나타냈다. 유사하게, 연마 조성물 3F는 효과적인 블랭킷 및 패턴 TEOS 제거 속도를 제공하였고, 연마 조성물 3A에 비해 트렌치 손실에서 상당한 개선을 나타냈다. 따라서, 이들 결과는 양이온성 중합체, 즉 폴리(비닐이미다졸륨) 및 카르복실산, 즉 아세트산의 조합이 양이온성 중합체의 보호 효과를 무력화시키지 않으면서 효과적인 실리콘 산화물 제거 속도를 제공한다는 것을 입증한다.
이들 결과는 연마 조성물 3A에 비해 높은 패턴 TEOS 제거 속도를 제공하나, 또한 느린 블랭킷 TEOS 제거 속도를 제공한 연마 조성물 3D 및 3E의 "자기-정지(self-stopping)" 특성을 추가로 입증한다. 따라서, 연마 조성물 3D 및 3E는 먼저 높은 제거 속도로 패턴 TEOS를 연마하고, 블랭킷 TEOS에 도달되면, 감소된 제거 속도를 나타내어, 바람직하지 않은 트렌치 손실을 방지한다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 연마 조성물 3D 및 3E는 연마 조성물 3A보다 상당히 낮은 트렌치 손실을 나타냈다. 실제로, 연마 조성물 3D 및 3E는 측정 가능한 트렌치 손실을 나타내지 않았다.
실시예 4
본 실시예에서는 4급 아민인 양이온성 중합체 및 약 1 내지 약 6의 pKa를 가지는 카르복실산을 포함하는 연마 조성물로서, 상기 연마 조성물의 pH가 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 내인 연마 조성물의 유효성이 입증된다.
테트라에톡시실란 (TEOS) 패턴 웨이퍼를 6종의 연마 조성물(즉, 연마 조성물 4A 내지 4F)를 사용하여 연마하였다. TEOS 패턴 웨이퍼는 50% 밀도와 500 μm 피처 크기를 가졌다. 각각의 연마 조성물 4A 내지 4F는 0.285 중량%의 습식 세리아 입자, 715 ppm의 피콜린산 및 물을 포함하였고, 트리에탄올아민을 사용하여 pH를 4.0으로 pH 조절하였다. 특히, 각각의 연마 조성물 4A 내지 4F는 약 103 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량% 습식 세리아 입자(즉, 제1 연마 입자) 및 약 54 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제2 연마 입자)를 포함하였다. 각각의 연마 조성물 4B 내지 4F는 또한 폴리(비닐이미다졸륨) 및 아세트산을 표 4에 열거된 양으로 포함하였다.
TEOS 패턴 웨이퍼를 동일한 연마 조건하에 연마 조성물 4A 내지 4F를 사용하여 연마하였다. 특히, 상기 웨이퍼를 레플렉시온(Reflexion)™ 연마기(어플라이드 머테리얼스)에서 IC 1010™ 패드(다우 케미칼)로 연마했다. 연마 파라미터는 하기와 같았다: 20.68 kPa(3 psi)의 다운포스, 93 rpm의 플래턴 속도, 87 rpm의 헤드 속도, 및 250 ml/min의 연마 흐름. 잔여 TEOS 단계 높이(Å)와 트렌치 손실(Å)을 연마 0초 후("0s"), 연마 50초 후("50s"), 및 연마 75초 후("75s") 측정하였다. 결과는 표 4에 요약되어 있다.
도 1 및 표 4는 연마 조성물 4A 내지 4F에 대한 트렌치 손실(Å) 및 잔여 단계 높이(Å) 사이의 관계를 나타낸다. 특히, 도 1은 양이온성 중합체 또는 카르복실산을 포함하지 않는 연마 조성물 4A 뿐만 아니라, 양이온성 중합체 및 카르복실산을 포함하는 연마 조성물 4B 내지 4F에 대한 잔여 단계 높이(Å) 대 트렌치 손실(Å)을 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 조성물 4B 내지 4F는 연마가 진행되고, 잔여 단계 높이가 감소함에 따라, 더욱 낮은 트렌치 손실을 나타냈다. 또한, 유사한 단계 높이에서, 연마 조성물 4B 내지 4F는 연마 조성물 4A에 비해 개선된 트렌치 손실을 나타냈다. 따라서, 이들 결과는 연마 조성물 4B 내지 4F가 연마 조성물 4A에 비해 평탄화 효율에서의 개선을 제공한다는 것을 입증한다.
실시예 5
본 실시예에서는 4급 아민인 양이온성 중합체 및 약 1 내지 약 6의 pKa를 가지는 카르복실산을 포함하는 연마 조성물로서, 상기 연마 조성물의 pH가 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 내인 연마 조성물의 유효성이 입증된다.
테트라에톡시실란(TEOS) 블랭킷 웨이퍼를 5종의 연마 조성물(즉, 연마 조성물 5A 내지 5E)을 사용하여 연마하였다. 각각의 연마 조성물 5A 내지 5E는 0.285 중량%의 습식 세리아 입자 및 물을 포함하였고, 트리에탄올아민을 사용하여 pH 4.0으로 pH 조절하였다. 특히, 각각의 연마 조성물 5A 내지 5E는 약 103 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량% 습식 세리아 입자(즉, 제1 연마 입자) 및 약 54 ㎚의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량% 습식 세리아 입자(즉, 제2 연마 입자)를 포함하였다. 각각의 연마 조성물은 또한 피콜린산 또는 퀴날딘산을 표 5에 열거된 양으로 포함하였다. 상기 연마 조성물 중 일부는 또한 폴리(비닐이미다졸륨) 및/또는 아세트산을 표 5에 열거된 양으로 포함하였다.
TEOS 패턴 웨이퍼를 또한 연마 조성물 5A 내지 5E를 사용하여 연마하였다. TEOS 패턴 웨이퍼는 50% 밀도와 500 μm 피처 크기를 가졌다. TEOS 블랭킷 웨이퍼 및 TEOS 패턴 웨이퍼를 동일한 연마 조건하에서 연마 조성물 5A 내지 5E를 사용하여 연마하였다. 특히, 상기 웨이퍼를 레플렉시온™ 연마기(어플라이드 머테리얼스)에서 IC 1010™ 패드(다우 케미칼)로 연마했다. 연마 파라미터는 하기와 같았다: 20.68 kPa(3 psi)의 다운포스, 93 rpm의 플래턴 속도, 87 rpm의 헤드 속도, 및 250 ml/min의 연마 흐름. 연마 후, 블랭킷 TEOS의 제거 속도를 Å/min으로 측정하였다. 결과는 표 5에 요약되어 있다.
또한, 잔여 TEOS 단계 높이(Å)와 트렌치 손실(Å)을 연마 0초 후("0s"), 연마 45초 후("45s"), 및 연마 55초 후("55s") 측정하였다. 결과는 표 6에 요약되어 있다.
도 2 및 표 6은 연마 조성물 5A 내지 5E에 대한 트렌치 손실(Å)과 잔여 단계 높이(Å) 사이의 관계를 나타낸다. 특히, 도 2에 나타낸 바와 같이, 연마 조성물 5D 및 5E는 연마 조성물 5A 내지 5C에 비해, 연마가 진행되고, 잔여 단계 높이가 감소함에 따라, 상당히 낮은 트렌치 손실을 나타냈다. 또한, 유사한 단계 높이에서, 연마 조성물 5D 및 5E는 연마 조성물 5A 내지 5C에 비해 개선된 트렌치 손실을 나타내었다. 따라서, 이들 결과는 연마 조성물 5D 및 5E가 연마 조성물 5A 내지 5C에 비해 평탄화 효율에서의 개선을 제공한다는 것을 입증한다.
도 3 및 표 5는 연마 조성물 5A 내지 5E에 대한 블랭킷 TEOS 제거 속도(Å/min)를 나타낸다. 특히, 도 3은 연마 조성물 5D 및 5E가 연마 조성물 5A 내지 5C에 의해 제공된 블랭킷 TEOS 제거 속도보다 느린 블랭킷 TEOS 제거 속도를 나타낸다는 것을 나타낸다. 따라서, 도 2 및 3은 연마 조성물 5A 내지 5C에 비해 개선된 평탄화 효율을 제공하지만, 연마 조성물 5A 내지 5C에 비해 느린 블랭킷 TEOS 제거 속도를 나타내는 연마 조성물 5D 및 5E의 "자가-정지" 특성을 입증한다. 달리 말하면, 연마 조성물 5D 및 5E는 먼저 패턴 TEOS를 효과적으로 연마하고, 블랭킷 TEOS에 도달되면, 감소된 제거 속도를 나타내어, 바람직하지 않은 트렌치 손실을 방지한다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 각각의 연마 조성물 5D 및 5E는 연마 조성물 5A 내지 5C보다 더욱 낮은 트렌치 손실을 나타냈다.
실시예 6
본 실시예에서는 양이온성 폴리비닐알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택된 양이온성 중합체를 포함하는 연마 조성물의 유효성이 입증된다.
테트라에톡시실란(TEOS) 패턴 웨이퍼를 4종의 연마 조성물(즉, 연마 조성물 6A 내지 6D)을 사용하여 연마하였다. TEOS 패턴 웨이퍼는 50% 밀도와 500 μm 피처 크기 또는 70% 밀도와 100 μm 피처 크기를 가졌다. 각각의 연마 조성물 6A 내지 6D는 0.285 중량%의 습식 세리아 입자, 500 ppm의 피콜린산 및 물을 포함하였고, 트리에탄올아민을 사용하여 pH 4.0으로 pH 조절하였다. 특히, 각각의 연마 조성물 6A 내지 6D는 약 103 nm의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제1 연마 입자) 및 약 54 nm의 메디언 입자 크기를 가지는 0.14 중량%의 습식 세리아 입자(즉, 제2 연마 입자)를 포함하였다. 연마 조성물 6B 내지 6D는 또한 고흐세파이머 K210™ 폴리비닐 알코올 제품을 표 7에 열거된 양으로 포함하였다.
TEOS 패턴 웨이퍼를 동일한 연마 조건하에서 연마 조성물 6A 내지 6D를 사용하여 연마하였다. 특히, 상기 웨이퍼를 미라™ 연마기(어플라이드 머테리얼스)에서 IC 1010™ 패드(다우 케미칼)로 연마하였다. 연마 파라미터는 하기와 같았다: 20.68 kPa(3 psi)의 다운포스, 100 rpm의 플래턴 속도, 85 rpm의 헤드 속도, 및 150 ml/min의 연마 흐름. 연마 후에, 패턴 TEOS의 제거 속도를 Å/min으로 측정하였다. 50%의 500 μm 피처(표 8에 제시된 바와 같음) 및 70%의 100 μm 피처(표 9에 제시된 바와 같음) 둘 모두에서, 잔여 TEOS 단계 높이(Å) 및 트렌치 손실(Å)을 연마 0초 후("0s"), 연마 30초 후("30s"), 연마 45초 후("45s"), 연마 60초 후("60s"), 및 연마 75초 후("75s") 측정하였다. 결과는 표 8 및 표 9에 요약되어 있다.
이들 결과는 양이온성 폴리비닐알코올 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되는 양이온성 중합체(즉, 고흐세파이머 K210™ 폴리비닐알코올 제품)를 포함하는 연마 조성물이 개선된 평탄화 효율을 제공한다는 것을 입증한다. 도 4 및 도 5는 양이온성 중합체를 포함하지 않는 연마 조성물 6A 및 고흐세파이머 K210™ 폴리비닐 알코올 제품을 포함하는 연마 조성물 6B 내지 6D에 대한 트렌치 손실(Å) 및 잔여 단계 높이(Å) 사이의 관계를 나타낸다. 도 4 (50%의 500 μm 피처에서의 연마 결과를 나타냄) 및 도 5(70%의 100 μm 피처에서의 연마 결과를 나타냄)에 나타낸 바와 같이, 연마 조성물 6B 내지 6D는 연마가 진행되고, 잔여 단계 높이가 감소함에 따라, 더욱 낮은 트렌치 손실을 나타냈다. 또한, 표 7에 나타낸 바와 같이, 연마 조성물 6B 내지 6D는 연마 조성물 6A의 패턴 TEOS 제거 속도에 비해 개선된 패턴 TEOS 제거 속도를 제공하였다. 따라서, 이들 결과는 연마 조성물 6B 내지 6D가 피처 크기의 범위에 걸쳐 연마 조성물 6A에 비해 개선된 평탄화 효율을 제공한다는 것을 입증한다.
본 명세서에 인용된 특허공보, 특허 출원 및 특허를 포함한 모든 참조 문헌은, 각각의 참조 문헌이 본 명세서에서 개별적이고 구체적으로 그 전문이 참조로서 포함되는 것으로 지정되고, 설명된 것과 같이, 동일한 정도로 본 명세서에서 참조로서 포함된다.
본 발명을 기술하는 맥락에서 (특히, 하기의 청구 범위의 맥락에서), 용어 "관사"(a, an) 및 "상기"(the) 및 "적어도 하나의" 및 유사한 지시 대상물이 사용된 경우, 본 명세서에서 달리 지정되거나 맥락상 명백히 모순되지 않는 한, 단수 및 복수 형태를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 하나 이상의 항목의 목록 앞에 용어 "적어도 하나의"가 사용된 경우(예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나")에는 본 명세서에서 달리 지정되거나 맥락상 명백히 모순되지 않는 한, 열거 항목으로부터 선택되는 하나의 항목(A 또는 B) 또는 2개 이상의 열거 항목의 임의의 조합(A 및 B)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "~를 포함하는", "~를 가지는", "~를 비롯한" 및 "~를 함유하는"은 달리 언급되지 않는 한, 개방형 용어로서 이해되어야 한다(즉, "이로 제한되는 것은 아니나, ~를 포함한다"를 의미함). 본 명세서에서 값의 범위가 열거된 경우, 이는 본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 단지, 상기 범위 내에 속하는 각각의 개개의 값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로 제공되는 것이며, 각각의 개개의 값은 본 명세서에서 개별적으로 열거된 것과 같이, 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은 본 명세서에서 달리 지시되거나 맥락상 명백하게 모순되지 않는 한, 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 임의의 예 및 모든 예 또는 예시적 용어(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서 내의 어떠한 용어도, 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 지정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명의 실시를 위해, 본 발명자들이 알고 있는 최상의 방식을 포함하여, 본 발명의 바람직한 구현예가 본 명세서에서 기술된다. 전술된 설명을 읽는다면, 당업자에게 이러한 바람직한 구현예의 변형이 명백해질 것이다. 본 발명자들은 당업자가 이러한 변형을 적절하게 사용할 수 있을 것으로 기대하며, 본 발명자들은 본 명세서에서 구체적으로 기술된 것과 다르게 본 발명이 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용 법규에 의해 허용되는 바와 같이, 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 열거되는 청구객체의 모든 변형 형태 및 등가물을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 달리 지시되거나 맥락상 명백하게 모순되지 않는 한, 전술된 요소의 모든 가능한 변형에서 임의의 조합이 본 발명에 포괄된다.
Claims (1)
- (a) 제1 연마 입자로서, 상기 제1 연마 입자가 습식 세리아 입자이고, 약 75 nm 내지 약 200 nm의 메디언 입자 크기를 가지며, 연마 조성물 중에 약 0.005 중량% 내지 약 2 중량%의 농도로 존재하는 것인 제1 연마 입자,
(b) 작용화 질소 함유 헤테로환, 작용화 황 함유 헤테로환, 나프토산 및 그의 조합으로부터 선택된 작용화 헤테로환으로서, 상기 작용화 헤테로환이 연마 조성물 중에 약 100 ppm 내지 약 1500 ppm의 농도로 존재하는 것인 작용화 헤테로환,
(c) 양이온성 중합체로서, 상기 양이온성 중합체가 4급 아민이고, 연마 조성물 중에 약 1 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 존재하는 것인 양이온성 중합체,
(d) 카르복실산으로서, 상기 카르복실산의 pKa가 약 1 내지 약 6이고, 상기 카르복실산이 연마 조성물 중에 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 농도로 존재하는 것인 카르복실산,
(e) pH 조절제, 및
(f) 수성 담체를 포함하며,
pH가 약 1 내지 약 6이고 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 이내인 화학 기계적 연마 조성물.
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