WO2022260433A1 - 유기막 연마 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 - Google Patents

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    • H10P95/06—Planarisation of inorganic insulating materials
    • H10P95/062—Planarisation of inorganic insulating materials involving a dielectric removal step

Definitions

  • the present invention relates to an organic film polishing composition and a polishing method using the same.
  • PR is patterned using a hardmask using SOC (Spin on Carbon) or SOH (Spin on Hardmask) and ACL (Amorphous Carbon Layer) as a sacrificial film, but SOC and SOH has poor etch resistance compared to CVD (Chemical Vapor Deposition) deposition method ACL, and is not suitable for devices requiring increasingly thick hard masks.
  • SOC Spin on Carbon
  • SOH Spin on Hardmask
  • ACL Amorphous Carbon Layer
  • the CVD method uses chemical vapor, so that clusters or carbon particles generated by their aggregation form ACL It is formed on the surface, and these particles consequently cause a drop in yield and productivity.
  • ACL is chemically inactive due to a very strong carbon-carbon bond, and polishing of ACL having high hardness becomes more difficult as the CVD deposition temperature increases.
  • an object of the present invention is to provide an organic film polishing composition capable of realizing a high polishing rate with excellent polishing quality even in a very hard carbon-based film such as ACL.
  • Another object of the present invention is to provide a polishing method capable of realizing a high polishing rate with excellent polishing quality using the organic film polishing composition.
  • an organic film polishing composition includes abrasive particles, a polishing accelerator, and a solvent, wherein the polishing accelerator includes a hydrophilic group and a hydrophobic group having 5 to 30 carbon atoms, and the surface of the abrasive particle It is characterized in that the electric charge and the electric charge of the hydrophilic group of the polishing accelerator are opposite.
  • the abrasive particles may contain silica and may have a modified surface.
  • the surface of the abrasive particle may include aluminum, and specifically, the abrasive particle may be coated with aluminum clusters on the surface of the abrasive particle.
  • the organic film polishing composition may include 1 to 20% by weight of abrasive particles.
  • the hydrophobic group of the polishing accelerator may include a carbon backbone having 7 to 28 carbon atoms, and may be included in an amount of 5 to 200 ppm with respect to the organic film polishing composition.
  • a polishing method according to another aspect of the present invention is a polishing method using the organic film polishing composition.
  • the organic film polishing composition according to the present invention not only a polymer, SOC, and SOH, but also an organic film that is strongly bound by a covalent bond such as an amorphous carbon film (ACL) or DLC (Diamond-Like Carbon)
  • a high polishing rate can be implemented even though defects or scratches in the quality of the polishing film are slightly generated.
  • an organic film strongly bonded by a covalent bond such as ACL or DLC, can have excellent polishing quality and a high polishing rate even under low pressure.
  • FIG. 1 schematically shows a surface-modified structure of an embodiment of an abrasive particle 10.
  • FIG 2 schematically shows an embodiment of the polishing accelerator of the present invention.
  • FIG. 3 schematically illustrates a mechanism for polishing an organic layer using an organic layer polishing composition according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a CMP waste solution after polishing an amorphous carbon film (ACL) with organic film polishing compositions according to Examples and Comparative Examples of the present invention, respectively.
  • ACL amorphous carbon film
  • An organic film polishing composition includes abrasive particles, a polishing accelerator, and a solvent, wherein the polishing accelerator includes a hydrophilic group and a hydrophobic group having 5 to 30 carbon atoms, and the surface charge of the abrasive particles and the polishing accelerator There is a characteristic that the charge of the hydrophilic group of is opposite.
  • the surface charge of the abrasive particles can be measured by measuring the zeta potential of a dispersion in which the abrasive particles are dispersed in an aqueous solution at a specific pH using a zeta potential meter (eg, litesizer 500 from Anton cit).
  • the charge of the hydrophilic group of the polishing accelerator is measured by loading a solution obtained by adding the polishing accelerator in the same content as the polishing accelerator in the organic film polishing composition (slurry) to an aqueous solution on the surface of the polishing target film to induce the polishing accelerator to be adsorbed to the polishing target film.
  • a zeta potential measuring device eg, Anton pen's Surpass3 targeting the polishing target film (flat sample) to which the polishing accelerator is adsorbed.
  • the abrasive particle may use a conventional abrasive that performs chemical mechanical polishing (CMP), and the abrasive particle is a particle having a surface charge, and may have a modified surface, but the surface It may be unmodified.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the type of abrasive particles is not particularly limited, but examples thereof may include alumina, ceria, titania, zirconia, silica, and the like. Among them, it may be preferable to include silica, which has a thermodynamically stable surface and is easy to modify the surface by strong adsorption or covalent bonding, and examples of the silica include colloidal silica and fumed silica.
  • An abrasive particle is a material that has an electric charge on its surface, and the surface of the abrasive particle has an electric charge opposite to that of the hydrophilic group of the abrasive accelerator, which will be described later, so that the abrasive particle can more easily approach the polishing target by electrostatic attraction. .
  • the surface of the abrasive particles may be modified. Specifically, the zeta potential of the surface-modified abrasive particles may be greatly improved compared to that of the non-surface-modified state, which may act as a factor in improving polishing performance.
  • FIG. 1 schematically shows a surface-modified structure of an embodiment of an abrasive particle 10.
  • the surface-modified abrasive particles 10 may be largely divided into a central portion 11 and a surface portion 12 surrounding the surface of the central portion 11 .
  • the surface portion 12 does not necessarily cover all surfaces of the central portion 11, and a portion of the central portion 11 may be partially exposed to the outside.
  • the central part 11 of the surface-modified abrasive particles 10 may be a conventional abrasive for performing chemical mechanical polishing (CMP), for example, silica-based, including silica. It may be an abrasive, and as a specific example, colloidal silica or fumed silica may be used, but is not limited to the above example.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the surface portion 12 of the surface-modified abrasive particle 10 may be modified with a modifier containing various metal compounds to increase the surface charge, and a modifier containing an aluminum compound is used to make the surface have a strong positive charge.
  • the abrasive grain surface portion 12 may include aluminum.
  • the abrasive particle surface portion 12 includes aluminum, it has a positive charge (+), and at this time, the hydrophilic group of the polishing accelerator has a negative charge (-), which is effective for organic film polishing.
  • the aluminum of the abrasive particle surface portion 12 may be in the form of an aluminum cluster, and more specifically, the abrasive particle may have an aluminum cluster coated on the surface.
  • the abrasive particles surface-modified to include the aluminum on the surface may have a strong positive charge on the surface of the particle, and when the aluminum is coated on the surface of the abrasive particle in the form of a cluster, a stronger positive charge may be expressed, and through the surface modification It can have a higher polishing rate, good polishing quality with fewer defects or scratches, and higher polishing selectivity.
  • aluminum chloride aluminum sulfate, aluminum ammonium sulfate, aluminum potassium sulfate, aluminum nitrate, trimethylaluminium ), aluminum phosphide, etc. may be used, and at least one or more of the above examples may be selected and used, but the present invention is not limited to the above examples.
  • the aluminum cluster is not limited to a type, but may include a cationic complex including aluminum.
  • Aluminum clusters are especially [Al(OH)] 2+ , [Al(OH) 2 ] + , [Al 2 (OH) 2 (H 2 O) 8 ] 4+ , [Al 13 O 4 (OH) 24 (H 2 O) 12 ] 7+ , and [Al 2 O 8 Al 28 (OH) 56 (H 2 O) 26 ] 18+ may include one or more cation complex structures, and may include two or more types of aluminum cluster cation complexes. In this case, polishing performance can be significantly improved.
  • the counter anion of the cation complex is not limited and may be, for example, Cl - , SO 4 2 - , NO 3 - , P - and the like.
  • the content of the modifier may be 0.02 to 5% by weight based on the total weight of the organic film polishing composition when the abrasive particles are 0.1 to 20% by weight of the total weight of the organic film polishing composition. Specifically, the abrasive particles polish the organic film. In the case of 0.5 to 10% by weight of the total weight of the composition, the content of the modifier may be 0.03 to 4% by weight based on the total weight of the organic film polishing composition, but is not particularly limited to the above examples. However, within the above weight range, the polishing uniformity of the polishing composition may be particularly excellent and the polishing amount may be further improved.
  • the surface-modified abrasive particles 10 may be formed by coating, for example, the aluminum clusters on a part or all of the material surface of the center 11 of the abrasive particles.
  • the form of the coating is not limited, and covalent bonding between the material of the center of the abrasive particle 11 and the aluminum cluster (condensation bond between the hydroxyl group of the material of the center of the abrasive particle 11 and the hydroxyl group of the aluminum cluster, etc.), ionic bond, physical It can be made by combining, etc.
  • a method of forming the surface-modified abrasive particles 10 by coating the aluminum clusters on the center 11 of the abrasive particles preparing an aqueous dispersion by putting an aluminum compound and silica particles in water, and preparing the aqueous dispersion It may include a step of surface modification reaction with the aluminum cluster-coated abrasive particles 10 by stirring.
  • the water may be deionized water.
  • An aqueous dispersion in which the silica particles are dispersed may be prepared by adding an aluminum compound to deionized water to prepare a solution and adding silica particles to the solution.
  • the aqueous dispersion includes a form in which the abrasive particles are uniformly dispersed in water as well as a form in which the abrasive particles are non-uniformly dispersed in water.
  • the pH of the reforming reaction may be 3.0 to 6, specifically, the pH may be 3.0 to 5.7, more specifically 4.0 to 5.5.
  • the type of aluminum cluster obtained may vary, and the structure of the surface-modified abrasive particles may vary.
  • the pH adjusting agent for adjusting the pH of the abrasive particle modification reaction is not limited, and two or more types of pH adjusting agents may be used together.
  • the pH adjusting agent include acidic adjusting agents such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, and citric acid, and basic adjusting agents such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide.
  • the pH adjusting agent can be used for pH control during the reforming reaction, and can also be used to adjust the pH of the final "polishing" composition to suit the "polishing" process.
  • the content of the abrasive particles is not particularly limited, but specifically, the abrasive particles are 0.1 to 20% by weight, specifically 1 to 20% by weight, more specifically 3 to 15% by weight, more specifically, based on the total organic film polishing composition. More specifically, it may be included in 5 to 10% by weight.
  • the total weight of the polishing composition when the content of the abrasive particles is 0.1% by weight or more, the polishing profile (uniformity) can be greatly improved, a particularly excellent profile can be realized at 1% by weight or more, and when the content is 20% by weight or less, the polishing film quality Since defects and scratches are insignificant, polishing quality and polishing amount can be excellent.
  • the polishing accelerator includes a hydrophilic group having an electric charge and a hydrophobic group having 5 to 30 carbon atoms.
  • polishing accelerator of the present invention.
  • the polishing accelerator is not limited to the form disclosed in FIG. 2 .
  • the polishing accelerator 20 can be divided into a hydrophilic group 21 and a hydrophobic group 22, and the hydrophobic group 22 has 5 to 30 carbon atoms in order to more effectively electrostatically attract the polishing accelerator. It may include 7 to 28, more specifically 7 to 16, and more specifically 8 to 13.
  • the structure of the hydrophobic group is not particularly limited, but may be, for example, in the form of a carbon chain. In addition, the chain may have a branched form. If the carbon number of the hydrophobic group 22 is less than 5, the hydrophobic interaction of the hydrophobic group is poor, and it is difficult for the polishing accelerator to be stably located on the surface of the organic film to be polished.
  • polishing speed improvement by the polishing accelerator 20 is expected There may be problems that are difficult to do. Conversely, when the number of carbon atoms in the hydrophobic group exceeds 30, the specific gravity of the hydrophobic group 22, which can move freely in the polishing accelerator, becomes too large, so that the solubility and dispersibility of the polishing accelerator 20 in the polishing composition decreases, and the surface of the organic film of the polishing accelerator Even if it is located at , there may be a problem that the polishing speed is not improved due to steric hindrance.
  • the hydrophobic group 22 of the polishing accelerator 20 has, for example, a chain structure and may include a carbon backbone having 7 to 28 carbon atoms. In particular, it may be high, and as a result, the stability of the organic film polishing composition may be increased to provide an excellent polishing rate.
  • the hydrophobic group 22 of the polishing accelerator 20 is specifically a carbon backbone having 7 to 16 carbon atoms, more specifically a carbon backbone having 8 to 14 carbon atoms, and more specifically carbon atoms having 8 to 12 carbon atoms. It may have a carbon backbone, and the polishing accelerator having a carbon backbone having a specific number of carbon atoms has a particularly excellent hydrophobic interaction in the polishing composition, thereby further improving the polishing rate.
  • the polishing accelerator may be specifically an oligomer type polishing accelerator.
  • the oligomeric polishing accelerator 20 may be shown as shown in FIG. 2 as an example, and may include a hydrophilic head portion and a hydrophobic tail portion.
  • the organic film polishing composition not only has a high polishing rate, but also the polishing accelerator may have an effect of more smoothly discharging the organic film fragments (CMP, 41).
  • CMP, 41 organic film fragments
  • organic film debris ACL debris
  • ACL debris is more easily dispersed in the composition because the hydrophobic group of the polishing accelerator forms a bond with the surface of the organic film debris through hydrophobic interaction, exposing the hydrophilic group to the surface of the debris. Through this, the organic film fragments can be discharged more smoothly.
  • the electrostatic attraction between the hydrophilic groups 21 of the polishing accelerator and the charges of the abrasive particles 10, which have opposite charges, can improve polishing efficiency.
  • the hydrophilic group 21 may be a head portion of the polishing accelerator.
  • the hydrophilic group 21 of the polishing accelerator is not particularly limited in type, except for the charge relationship with the abrasive particles, but, for example, sulfate, sulfonate, phosphate, carboxylate ) or one or more of their derivatives.
  • the surface of the abrasive particles 10 may be positively charged and the hydrophilic group 21 of the polishing accelerator may be negatively charged, or the surface of the abrasive particles 10 may be negatively charged and the hydrophilic group of the polishing accelerator (21) can be positively charged.
  • the polishing accelerator having a positive charge of the hydrophilic group is, for example, pentylammonium bromide, pentyltriethylammonium, triethylhexylammonium bromide, trimethyloctylammonium bromide, decyl It may be one or two or more selected from the group consisting of trimethylammonium bromide and trimethyl-tetradecylammonium chloride.
  • the hydrophilic groups 21 of the polishing accelerator When the hydrophobic groups 22 of the polishing accelerator are oriented in the direction of the organic film, the hydrophilic groups 21 of the polishing accelerator may be oriented outward of the organic film, and the hydrophilic groups 21 of the polishing accelerator may be exposed to the outside. Therefore, when the surface charge of the polishing accelerator hydrophilic group 21 and the abrasive particle 10 are opposite, the abrasive particle can more easily approach the organic film surface using the electrostatic attraction, so that the polishing efficiency using the composition can be improved.
  • the content of the polishing accelerator 20 is preferably 5 to 200 ppm with respect to the organic film polishing composition, and may be, for example, 30 to 160 ppm, 30 to 120 ppm, 50 to 100 ppm, or 50 to 90 ppm. .
  • the content of the polishing accelerator 20 is 5 ppm or more, deterioration in polishing efficiency can be prevented, and when the content of the polishing accelerator 20 is 200 ppm or less, instability of the abrasive particles can be prevented, resulting in a decrease in the polishing rate or , the problem of surface scratches can be prevented.
  • the absolute value of the difference in zeta potential between the surface of the abrasive particle and the surface of the organic film containing the polishing accelerator is more important than the zeta potential of the abrasive particle 10 alone.
  • the organic film surface containing the polishing accelerator means the surface of the organic film induced to have a stronger charge by the hydrophilic group of the polishing accelerator in the state where the polishing accelerator is located on the organic film surface, and the zeta potential of the organic film surface is It can be induced to have a stronger negative charge by polishing accelerators.
  • the zeta potential of an abrasive particle or an organic film generally changes sensitively to a change in pH.
  • the positive charge (+) of the zeta potential increases toward an acidic pH range before reaching equilibrium, and the negative charge ( ⁇ ) increases toward a basic pH range before reaching equilibrium.
  • IEP isoelectric point
  • the zeta potentials of the abrasive particles and the organic film are opposite, and the greater the difference in magnitude, the higher the polishing speed.
  • the zeta potential of the abrasive particles and the zeta potential of the surface of the organic layer including the polishing accelerator can be controlled by the pH of the polishing composition.
  • the pH of the organic film polishing composition is 3 to 7
  • the polishing efficiency of the polishing composition may be excellent.
  • the polishing efficiency may be particularly high when an organic film polishing composition having a pH of 3 to 5.5, more specifically, 3.5 to 4.5 is used.
  • the pH of the polishing composition is 7 or less, it is possible to prevent a decrease in stability of the composition due to a decrease in the dispersibility of the abrasive, so that the stability of the polishing composition can be excellently maintained by setting the pH to 7 or less.
  • the polishing composition has a pH of 3 or higher.
  • an acidic or basic pH adjusting agent may be used.
  • the acidity regulator may be, for example, one or more of nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, phosphoric acid, formic acid, and citric acid, but is not limited to the above examples.
  • the basicity regulator may be, for example, one or more of potassium hydroxide, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide, but is not limited to the above examples.
  • the zeta potential of the abrasive particles 10 is 10 to 80 mV, specifically 10 to 60 mV, and more specifically 30 to 60 mV through the surface modification and pH control is the optimal range to improve the polishing efficiency.
  • the zeta potential of the abrasive particle is 10 to 80 mV
  • the zeta potential of the surface of the organic film containing the polishing accelerator is -60 to 0 mV
  • the absolute value of the difference between the zeta potential of the abrasive particle and the surface of the organic film is 10 to 120 mV, excellent polishing efficiency can be realized.
  • the zeta potential of the abrasive particles is 20 to 60 mV
  • the zeta potential of the surface of the organic film containing the polishing accelerator is -60 to -10 mV
  • the absolute value of the difference in zeta potential between the abrasive particles and the surface of the organic film It can be adjusted from 30 to 120 mV.
  • the zeta potential of the abrasive particles is 30 to 60 mV
  • the zeta potential of the surface of the organic film containing the polishing accelerator is -60 to -30 mV
  • the absolute value of the zeta potential difference between the abrasive particles and the surface of the organic film is 60 to 120 mV.
  • more excellent polishing efficiency can be implemented.
  • the organic film polishing composition according to an embodiment of the present invention may further include various additives to improve performance.
  • biocide may be included to prevent microbial contamination.
  • isothiazolinone or its derivatives methyl isothiazolinone (MIT, MI), chloromethyl isothiazolinone (CMIT, CMI, MCI), benzisothiazoline Benzothiazolinone (BIT), Octylisothiazolinone (OIT, OI), Dichlorooctylisothiazolinone (DCOIT, DCOI), Butylbenzisothiazolinone (BBIT) or polyhexamethylene guanidine (PHMG).
  • the content of the biocide is not limited, and may be 0.0001 to 0.05% by weight, specifically 0.005 to 0.03% by weight based on the total weight of the organic film polishing composition.
  • a dispersion stabilizer may be included.
  • a polishing agent may be included.
  • a profile improver may be included.
  • Dispersion stabilizers include, for example, a combination of sodium acetate and acetic acid, a combination of sodium sulfate and sulfuric acid, citric acid, glycine, imidazole ( imidazole) and potassium phosphate (Potassium Phosphate).
  • a combination of sodium acetate and acetic acid or a combination of sodium sulfate and sulfuric acid has excellent pH stability due to the presence of a conjugate acid and a conjugate base, and is advantageous in maintaining dispersibility.
  • the content of the dispersion stabilizer may be 500 to 8000 ppm, specifically 600 to 5000 ppm.
  • the polishing "profile improver” may be included to improve the flatness of the "polishing" target film after "polishing".
  • Examples include Picolinic Acid, Picoline, Dipicolinic Acid, Pyridine, Pipecolic acid, Quinolinic Acid, etc., and the amount used is 100 to 1000 It can be used in the ppm range.
  • the solvent 30 of the organic film polishing composition according to an embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the composition, but may be, for example, distilled water.
  • the "polishing" target of the "polishing" composition according to an embodiment of the present invention is not limited, and a polymer layer such as epoxy, acrylate, polyimide, polybenzoxazole, Examples include a carbon-containing film such as SOC (Spin on Carbon), SOH (Spin on Hardmask), and an amorphous carbon layer (ACL), metal wiring such as copper, aluminum, and tungsten, and a composite film in which these coexist. In the case of the composite film, polishing may be performed simultaneously. In particular, a high polishing rate can be implemented for a very hard carbon-based film such as an amorphous carbon film formed by chemical vapor deposition (CVD) or diamond-like carbon (DLC).
  • CVD chemical vapor deposition
  • DLC diamond-like carbon
  • a polishing method is a method of polishing using the organic film polishing composition, and specifically, uniformly applying the polishing composition according to an embodiment of the present invention to a polishing pad; and bringing the substrate on which the polishing target film is formed into contact with a polishing pad uniformly coated with the polishing composition to remove at least a portion of the polishing target film by friction.
  • the film to be polished is an organic film, and a polishing method generally used may be used, except that the organic film polishing composition according to the present invention is used as an abrasive, but is not limited to the above examples.
  • a polymer layer such as epoxy, acrylate, polyimide, polybenzoxazole, etc.
  • ACL amorphous carbon layer
  • the polishing speed rises in proportion to the pressure and rotational RPM of the polishing equipment.
  • ACL due to very hard carbon covalent bonds, conventionally, a high pressure of about 3 psi is used for polishing, and there is a problem in that polishing is not performed well at a pressure lower than this.
  • the polishing composition according to the present invention can realize a high polishing rate even at a pressure of 3 psi or less, specifically, a very low pressure of 0.5 to 1 psi, and can show a very high polishing rate at a pressure of 3 psi or more.
  • FIG. 3 shows an organic film polishing composition according to an embodiment of the present invention in which the organic film is ACL, the hydrophilic group of the polishing accelerator is negatively charged, the polishing accelerator is an oligomer type as shown in FIG. 2, and the surface of the abrasive particles is positively charged.
  • the mechanism of polishing the organic film is briefly shown. Referring to FIG. 3, the abrasive particles 10 approach the organic film 40 with the help of electrostatic attraction using ACL as the organic film 40 to be polished, polish the organic film 40, and perform polishing. It will be shown that the organic film fragments 41 and the abrasive particles 10 are combined to form the abrasive particles 50 combined with the organic film fragments.
  • the hydrophobic groups 22 of the polishing accelerator 20 may be oriented in the plane direction of the organic film 40 .
  • Organic films of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 15 were polished by mixing at room temperature and normal pressure conditions according to the type of abrasive particles and the content of the polishing accelerator shown in Table 2, and adding a pH adjuster under a stirring environment using a mechanical stirrer. A composition was prepared. At this time, any one of the surface-modified abrasive particles of Preparation Example 1, alumina, zirconia, and ceria was used as the abrasive particles, and an anionic polishing accelerator having 8 carbon atoms in the hydrophobic group was used as the polishing accelerator.
  • the experiment wafer used an amorphous carbon film (ACL) 12-inch blanket, the polisher used AP-300 (CTS Co.), and the polishing pad used IC-1010 (Rohm & Haas Co.) , M-2000 (JA Woollam) and CMT-SR5000 (AIT) were used to measure the polishing rate and are shown in Table 3 below. Referring to Tables 2 and 3, it can be seen that the polishing rate is greatly improved in the case of the embodiment including the polishing accelerator. In addition, when comparing Example 8 and Examples 13 to 15, it can be confirmed that the polishing rate is remarkably improved by using the abrasive particles having modified surfaces.
  • Example 1 CMP pressure (psi) Polishing speed ( ⁇ /min) Comparative Example 1 0.5 685 Comparative Example 2 0.5 542 Example 1 0.5 817 Example 2 0.5 883 Example 3 0.5 1070 Example 4 0.5 1423 Example 5 0.5 1598 Example 6 0.5 1531 Example 7 0.5 1473 Example 8 0.5 1454 Example 9 0.5 1432 Example 10 0.5 1402 Example 11 0.5 1358 Example 12 0.5 841 Example 13 0.5 999 Example 14 0.5 812 Example 15 0.5 784
  • Example 4 shows Comparative Example 1 (a), Example 3 (b), Example 4 (c), Example 6 (d), and Example 7 (e) prepared in Preparation Example 2 using an amorphous carbon film (ACL). and the color of the CMP waste solution after polishing with the organic film polishing composition of Example 8(f), respectively.
  • ACL amorphous carbon film
  • the color of the CMP waste solution using the organic film polishing composition (b, c, d, e, f) according to the present invention is very cloudy, whereas the color of the CMP waste solution (a) without using the polishing accelerator It can be seen that is relatively clear, and through this, it can be seen that the ACL polishing effect of the organic film polishing composition of the present invention is excellent.
  • the polishing rate of the ACL increases as the concentration of the polishing accelerator increases, and it can be seen that it is maintained at a similar polishing rate above a certain concentration.
  • the color of the CMP waste liquid is the polishing accelerator It can be seen that the concentration continuously increases with the increase in concentration.
  • the ACL fragments polished by CMP have a hydrophobic surface characteristic, they are not well dispersed in the hydrophilic slurry solution and are difficult to discharge into the CMP waste liquid.
  • an abrasive accelerator is added, the ACL fragments after CMP are changed to a hydrophilic surface by the abrasive accelerator, and the effect of being discharged into the CMP waste liquid may be increased.
  • the effect of discharging ACL fragments may be more effective as the concentration of the polishing accelerator increases, a preferred concentration may be selected in consideration of the stability of the slurry solution according to the concentration of the polishing accelerator.
  • An organic film polishing composition was prepared in the same manner as in Preparation Example 2, but the polishing accelerator was an anionic polishing accelerator, and the carbon number of the hydrophobic group of the polishing accelerator was the same as the carbon backbone of the polishing accelerator.
  • the ACL polishing rate according to was measured and shown in Table 4 below. Referring to Table 4, it can be seen that Example 8 and Examples 16 to 21, in which the carbon number of the polishing accelerator is within the range of 5 to 30, have higher polishing rates than Comparative Examples 3 and 4, which do not have the carbon number range. .
  • abrasive grain type polishing accelerator Content (ppm) Abrasive accelerator carbon number Abrasive Grain TS (weight%) CMP pressure (psi) polishing speed ( ⁇ /min)
  • Example 16 abrasive grain 2 100 7 5 0.5 1157
  • Example 8 abrasive grain 2 100 8 5 0.5 1454
  • Example 17 abrasive grain 2 100 12 5 0.5 1403
  • Example 18 abrasive grain 1 100 13 5 0.5 1322
  • Example 20 abrasive grain 1 100 20 5 0.5 818
  • Example 21 abrasive grain 1 100 28 5 0.5 753 Comparative Example 3 abrasive grain 2 100 2 5 0.5 693 Comparative Example 4 abrasive grain 2 100 34 5 0.5 321
  • An organic film polishing composition was prepared in the same manner as in Preparation Example 2, but the case where the charge of the abrasive particles and the charge of the hydrophilic group of the polishing accelerator were opposite (Example 17) and the case where the charge was not opposite (Comparative Example 5) , 6) are shown in Table 5 by comparing the ACL polishing rates. Referring to Table 5, when the charges of the abrasive particles and the hydrophilic group of the polishing accelerator have the same polarity (Comparative Examples 5 and 6), the ACL polishing rate is remarkably low, but the charges have different polarities (Example 17) ACL polishing It can be seen that the speed is greatly improved.
  • Example 17 Comparative Example 5 Comparative Example 6 abrasive grain type abrasive grain 2 abrasive grain 2 silica particles abrasive grain surface charge + + - Abrasive accelerator content (ppm) 100 100 100 100 Grinding accelerator hydrophilic group charge - + 1) - 2) Abrasive accelerator carbon number 12 12 12 Abrasive grain TS (% by weight) 5 5 5 CMP pressure (psi) 0.5 0.5 0.5 Polishing speed ( ⁇ /min) 1403 117 19
  • Example 8 shows an excellent polishing rate of 1454 ⁇ /min even at a low pressure of 0.5 psi, and other factors except for the CMP pressure are the same as Example 8, and the CMP pressure is 3 psi
  • Example 22 showed a very fast polishing rate of 5089 ⁇ /min.
  • abrasive grain type Abrasive accelerator content (ppm) Abrasive accelerator carbon number Abrasive Grain TS (weight%) CMP pressure (psi) polishing speed ( ⁇ /min)
  • ppm Abrasive accelerator content
  • Abrasive accelerator carbon number Abrasive Grain TS (weight%)
  • CMP pressure psi
  • polishing speed ⁇ /min
  • Example 8 abrasive grain 2 100 8 5 0.5 1454
  • Table 7 below is a table showing the comparative measurement of the ACL polishing rate according to the abrasive particle content. Referring to Table 7, even though there is a difference in the abrasive particle content (abrasive particle TS) for ACL polishing, all exhibited excellent polishing rates.
  • abrasive grain type Abrasive accelerator content (ppm) polishing accelerator carbon number Abrasive Grain TS (weight%) CMP pressure (psi) polishing speed ( ⁇ /min)
  • Example 23 abrasive grain 2 100 8 One 0.5 893
  • Example 24 abrasive grain 1 100 8 3 0.5 1274
  • Example 25 abrasive grain 2 100 12 3 0.5 832
  • Example 8 abrasive grain 2 100 8 5 0.5 1454
  • Example 17 abrasive grain 2 100 12 5 0.5 1403
  • Example 26 abrasive grain 2 100 8 7 0.5 1484
  • Example 28 abrasive grain 2 100 8 15 0.5 1153
  • Example 29 abrasive grain 1 100 8 20 0.5 943
  • Example 30 abrasive grain 2 100 8 22 0.5 832

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Abstract

본 발명은 친수성기와 소수성기를 모두 포함하고 있는 연마촉진제를 포함하여 폴리머(Polymer), SOC, SOH 뿐만 아니라, 무정형 탄소막(ACL) 또는 DLC(Diamond-Like Carbon)와 같이 공유결합으로 강하게 결합되어 있는 유기막에 대하여도 연마 속도가 높게 유지되는 유기막 연마 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.

Description

유기막 연마 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
본 발명은 유기막 연마 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 장치가 발전함에 따라 디바이스의 크기는 점점 작아지고 요구되는 성능은 높아지면서, 선폭의 미세화 및 소자의 고집적도를 요구하는 연구가 급속히 진행되고 있다.
반도체 소자의 고집적화를 위해서는 회로를 위로 쌓아 올리는 다층의 적층 기술과 더욱 높은 두께의 하드마스크가 필요해지는데, 이는 기존처럼 두꺼운 두께의 PR(photoresist)을 사용하여 높은 구조물을 만들게 될 경우, 종횡비(aspect ratio)가 높아져 PR 패턴(pattern)의 붕괴가 일어나기 때문이다
상기 문제를 해결하고자 희생막으로서 SOC(Spin on Carbon) 또는 SOH(Spin on Hardmask)와 ACL(Amorphous Carbon Layer)을 이용한 하드마스크(Hardmask)를 사용하여 PR을 패터닝하고 있으나, 스핀 코팅을 이용하는 SOC 및 SOH는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 증착 방식의 ACL에 비해 에치 내성이 좋지 못하고, 점점 더 두꺼운 하드마스크를 요구하는 디바이스에서는 적절하지 않다.
따라서, 고집적화 된 차세대 디바이스의 공정에서는 CVD 증착 방식의 ACL 하드마스크를 활용하는 요구가 늘어나고 있으나, CVD 방식은 화학증기를 사용함으로써, 이들이 뭉쳐서 발생하는 클러스터(Cluster) 또는 탄소입자(carbon particle)들이 ACL 표면에 형성되게 되고, 이러한 입자들은 결과적으로 수율과 생산성을 떨어뜨리는 원인이 된다.
상기 문제점을 해결하기 위해 ACL 표면을 연마하여 균일한 평탄도를 가지는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 기술이 요구되고 있지만, 아직 ACL을 효과적으로 연마할 수 있는 CMP 슬러리 조성물이 개발되지 못하고 있는 실정이다.
통상, ACL은 탄소-탄소의 결합이 매우 강해 화학적으로 비활성을 보이며, CVD 증착 온도가 높아질수록 높은 경도를 가지는 ACL의 연마는 더욱 어려워지는 문제가 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 ACL과 같이 매우 단단한 카본계 막에서도 우수한 연마 품질과 함께 높은 연마 속도가 구현될 수 있는 유기막 연마 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유기막 연마 조성물을 이용하여 우수한 연마 품질과 함께 높은 연마 속도가 구현 가능한 연마 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 유기막 연마 조성물은 연마입자, 연마촉진제 및 용매를 포함하며, 상기 연마촉진제는 친수성기와 탄소수 5 내지 30의 소수성기를 포함하고, 상기 연마입자의 표면 전하와 상기 연마촉진제의 친수성기의 전하가 상반되는 것을 특징으로 한다.
상기 연마입자는 실리카를 포함할 수 있으며, 표면이 개질될 수 있다. 이때 연마입자의 표면은 알루미늄을 포함할 수 있는데, 구체적으로 연마입자는 알루미늄 클러스터가 연마입자 표면에 코팅된 것일 수 있다.
상기 유기막 연마 조성물은 연마 입자를 1 내지 20 중량%로 포함할 수 있다.
상기 연마촉진제의 소수성기는 탄소수 7 내지 28의 카본백본(Carbon backbone)을 포함할 수 있으며, 유기막 연마 조성물에 대하여 5 내지 200 ppm으로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 연마 방법은 상기 유기막 연마 조성물을 이용하여 연마하는 방법이다.
본 발명에 따른 유기막 연마 조성물을 이용하면, 폴리머(Polymer), SOC, SOH 뿐만 아니라, 무정형 탄소막(ACL) 또는 DLC(Diamond-Like Carbon)와 같이 공유결합으로 강하게 결합되어 있는 유기막에 대하여도 연마 막질의 결점 또는 스크레치 등이 미미하게 발생하면서도 높은 연마 속도가 구현될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유기막 연마 조성물을 이용하면, 연마막의 파편이 다시 연마막 표면에 쉽게 결합되지 않아, 연마막 파편을 용이하게 배출할 수 있고 공정 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한 상기 유기막 연마 조성물을 이용하면, ACL 또는 DLC와 같이 공유결합으로 강하게 결합되어 있는 유기막을 낮은 압력 하에서도 우수한 품질의 연마 품질과 함께 높은 연마속도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 연마입자(10)의 일 실시예로서 표면이 개질된 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 연마촉진제의 일 실시 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기막 연마 조성물을 이용하여 유기막을 연마하는 메커니즘을 간략히 나타낸 것이다.
도 4는 무정형 탄소막(ACL)을 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유기막 연마 조성물로 각각 연마한 후의 CMP 폐액을 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 제조예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 제조예 및 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기막 연마 조성물은 연마입자, 연마촉진제 및 용매를 포함하며, 상기 연마촉진제는 친수성기와 탄소수 5 내지 30의 소수성기를 포함하고, 상기 연마입자의 표면 전하와 상기 연마촉진제의 친수성기의 전하가 상반되는 특징이 있다. 상기 연마입자의 표면 전하는 제타전위측정기(예: Anton paar 사의 litesizer 500)를 이용하여 특정 pH의 수용액에 연마입자가 분산된 분산액의 제타 포텐셜을 측정함으로써, 측정될 수 있다. 상기 연마촉진제의 친수성기의 전하는 유기막 연마 조성물(슬러리) 내의 연마촉진제와 동일한 함량의 연마촉진제를 수용액에 첨가한 측정용액을 연마 대상막의 표면에 로딩하여 연마촉진제가 연마 대상막에 흡착되도록 유도한 후, 상기 연마촉진제가 흡착된 연마 대상막(평판 시료)을 대상으로 하는 제타전위측정기(예: Anton paar사의 Surpass3)를 이용하여 측정될 수 있다.
연마입자는 화학-기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)를 수행하는 통상의 연마제(Abrasive)를 사용할 수 있으며, 연마입자는 표면의 전하를 띄고 있는 입자로서, 표면이 개질된 것일 수도 있으나, 표면이 개질되지 않은 것일 수도 있다.　연마입자의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 일례로 알루미나, 세리아, 타이타니아, 지르코니아, 실리카 등을 포함할 수 있다. 그 중에서 표면이 열역학적으로 안정하여 강한 흡착 혹은 공유결합에 의한 표면 개질이 용이한 실리카가 포함되는 것이 선호될 수 있으며, 실리카의 종류로는 콜로이달 실리카, 흄드 실리카 등을 들 수 있다.
연마입자는 표면에 전하를 띄는 물질이며, 연마입자 표면은 후술하게 될 연마촉진제의 친수성기의 전하와 상반되는 전하를 띄고 있어 정전기적 인력에 의해 연마입자가 연마 대상에 보다 용이하게 접근할 수 있도록 한다.
연마입자가 정전기적 인력을 이용하여 연마 대상에 더욱 용이하게 접근할 수 있도록 하기 위하여, 연마입자는 표면이 개질될 수 있다. 구체적으로 표면 개질된 연마입자는 표면 개질되지 않은 상태보다 제타 포텐셜이 크게 향상될 수 있고, 이는 연마 성능 향상의 요인으로 작용할 수 있다.
도 1은 연마입자(10)의 일 실시예로서 표면이 개질된 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 표면이 개질된 연마입자(10)는 크게 중심부(11)와 상기 중심부(11)의 표면을 감싸는 표면부(12)로 구분될 수 있다. 이때 반드시 표면부(12)가 중심부(11)의 모든 표면을 감싸고 있을 필요는 없으며, 부분적으로 중심부(11)의 일부가 외부로 노출될 수 있다.
표면이 개질된 연마입자(10)의 중심부(11)는 화학-기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)를 수행하는 통상의 연마제(Abrasive)일 수 있으며, 예를 들어 실리카를 포함하는, 실리카 계열의 연마제일 수 있으며, 구체적인 예로, 콜로이달 실리카 또는 흄드 실리카를 사용할 수 있으나, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
표면이 개질된 연마입자(10)의 표면부(12)는 표면 전하를 높이기 위하여 여러가지 금속 화합물을 포함한 개질제로 개질될 수 있으며, 표면이 강한 양전하를 띄도록 하기 위하여, 알루미늄 화합물을 포함한 개질제를 이용하여 연마입자 표면부(12)가 알루미늄을 포함하도록 할 수 있다.
연마입자 표면부(12)가 알루미늄을 포함하는 경우 양전하(+)를 띄게 되며, 이때 연마촉진제의 친수성기는 음전하(-)를 띄는 것이 유기막 연마에 효과적이다.
구체적으로 상기 연마입자 표면부(12)의 알루미늄은 알루미늄 클러스터 형태일 수 있으며, 보다 구체적으로 연마입자는 표면에 알루미늄 클러스터가 코팅된 형태일 수 있다. 상기 알루미늄을 표면에 포함하도록 표면개질된 연마입자는 입자표면에서 강한 양전하를 띌 수 있으며, 상기 알루미늄이 클러스터 형태로 연마 입자 표면에 코팅된 경우 더욱 강한 양전하가 발현될 수 있고, 상기 표면개질을 통해 더욱 높은 연마 속도, 결점이나 스크래치가 적은 양질의 연마 품질, 높은 연마 선택성을 가질 수 있다.
상기 개질제로서 알루미늄 화합물 이외에도, 염화알루미늄 (Aluminium Chloride), 황산알루미늄 (Aluminium Sulfate), 황산알루미늄암모늄 (Ammonium Aluminium Sulfate), 황산알루미늄칼륨 (Aluminium Potassium Sulfate), 질산알루미늄 (Aluminium Nitrate), 트리메틸알루미늄 (Trimethylaluminium), 인화알루미늄 (Aluminium phosphide) 등을 사용할 수 있으며, 상기 예시 중 적어도 하나 이상 선택하여 사용할 수 있으나, 본 발명이 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
상기 알루미늄 클러스터는 종류에 제한되지 않으나 알루미늄을 포함하는 양이온 복합체를 포함할 수 있다. 알루미늄 클러스터는 특히 [Al(OH)]2+, [Al(OH)2]+, [Al2(OH)2(H2O)8]4+, [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+, 및 [Al2O8Al28(OH)56(H2O)26]18+　중에서 하나 이상의 양이온 복합체 구조가 포함될 수 있으며, 두 종류 이상의 알루미늄 클러스터 양이온 복합체를 포함할 경우,　연마　성능이 현저히 향상될 수 있다. 양이온 복합체의 카운터 음이온은 제한되지 않으며 예를 들어, Cl-, SO4 2-, NO3 -, P-　등일 수 있다.
상기 개질제의 함량은, 연마입자가 유기막 연마 조성물 전체 중량의 0.1 내지 20 중량%인 경우, 유기막 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.02 내지 5 중량% 로 사용될 수 있으며, 구체적으로 연마입자가 유기막 연마 조성물 전체 중량의 0.5 내지 10 중량%인 경우, 개질제의 함량은 유기막 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.03 내지 4 중량%로 사용될 수 있으나, 상기 예시에 특별히 한정되지 않는다. 하지만 상기 중량 범위 내에서 연마 조성물의 연마 균일도가 특히 우수하면서도 연마량이 더욱 향상될 수 있다.
표면이 개질된 연마입자(10)는 예를 들어, 상기 알루미늄 클러스터가 연마입자 중심부(11) 물질 표면의 일부 또는 전부에 코팅되어 형성될 수 있다. 코팅의 형태는 제한되지 않으며, 연마입자 중심부(11) 물질과 알루미늄 클러스터와의 공유 결합(연마 입자 중심부(11) 물질의 하이드록시기와 알루미늄 클러스터의 하이드록시기의 축합 결합 등), 이온 결합, 물리적 결합 등으로 이루어질 수 있다.
알루미늄 클러스터를 연마입자 중심부(11)에 코팅하여 표면이 개질된 연마입자(10)를 형성하는 방법의 일 예로서, 알루미늄 화합물 및 실리카 입자를 물에 넣어 수분산액을 제조하는 단계 및 상기 수분산액을 교반하여 알루미늄 클러스터가 코팅된 연마입자(10)로 표면 개질 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 물은 탈이온수일 수 있다. 알루미늄 화합물을 탈이온수에 첨가하여 용액을 제조하고 상기 용액에 실리카 입자를 첨가하여 실리카 입자가 분산된 수분산액을 제조할 수 있다. 여기서 수분산액이란 연마입자가 물에 균일하게 분산된 형태뿐만 아니라 불균일하게 분산된 형태도 포함한다. 여기서, 상기 개질 반응의 pH는 3.0 내지 6일 수 있으며, 구체적으로 pH는 3.0 내지 5.7, 보다 구체적으로는 4.0 내지 5.5일 수 있다. 개질 반응의 pH 값에 따라 얻어지는 알루미늄 클러스터의 종류가 달라지고, 표면 개질된 연마입자의 구조가 달라질 수 있다.
연마입자 개질 반응의 pH를 조절하기 위한 pH 조절제는 제한되지 않으며, 2종 이상의 pH 조절제를 함께 사용할 수도 있다. 상기 pH 조절제의 종류로는 질산, 염산, 황산, 아세트산, 포름산, 시트르산 등의 산성 조절제와, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라부틸암모늄 등의 염기성 조절제를 예로 들 수 있다. 상기 pH 조절제는 개질 반응시의 pH 제어를 위해 사용될 수 있으며, 최종　연마　조성물의 pH를　연마　공정에 맞게 조정하기 위해서도 사용될 수 있다.
연마입자의 함량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 구체적으로, 상기 연마입자는, 유기막 연마 조성물 전체에 대하여 0.1 내지 20 중량%, 구체적으로 1 내지 20 중량%, 보다 구체적으로 3 내지 15 중량%, 보다 더 구체적으로 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 연마 조성물 전체 중량에 대하여 연마입자의 함량이 0.1 중량% 이상인 경우 연마 프로파일(균일도)이 크게 향상될 수 있으며, 1 중량% 이상에서 특히 우수한 프로파일이 구현될 수 있고, 20 중량% 이하인 경우 연마 막질의 결점 및 스크레치가 미미하여 연마품질과 연마량이 우수할 수 있다.
상기 연마촉진제는 전하를 갖는 친수성기와 탄소수 5 내지 30의 소수성기를 포함한다.
도 2는 본 발명의 연마촉진제의 일 실시 형태를 개략적으로 나타낸 것이다. 하지만, 상기 연마 촉진제가 도 2에서 개시하고 있는 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면 연마촉진제(20)는 친수성기(21)와 소수성기(22)로 구분될 수 있으며, 연마촉진제의 정전기적 인력을 더욱 효과적으로 하기 위하여 소수성기(22)가 탄소원자를 5 내지 30개, 구체적으로 7 내지 28개, 보다 구체적으로 7 내지 16개, 더욱 구체적으로 8 내지 13개 포함할 수 있다. 이때 소수성기의 구조는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 탄소 사슬 형태일 수 있다. 그리고, 상기 사슬은 가지를 형성한 형태일 수 있다. 소수성기(22)의 탄소수가 5 미만인 경우 소수성기의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)이 떨어져, 연마촉진제가 연마 대상인 유기막 표면에 안정적으로 위치하기 어렵기 때문에 연마촉진제(20)에 의한 연마 속도 향상을 기대하기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 소수성기의 탄소수가 30 초과인 경우, 연마촉진제에서 자유롭게 움직일 수 있는 소수성기(22)의 비중이 너무 커지면서 연마 조성물 내에서 연마촉진제(20)의 용해도 및 분산도가 저하되고, 연마촉진제 유기막 표면에 위치하더라도 입체 장애(Steric hindrance)로 인해 연마 속도가 개선되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
연마촉진제(20)의 소수성기(22)는 예를 들어 사슬구조로서, 탄소수 7 내지 28의 카본백본(Carbone backbone)을 포함할 수 있으며, 상기 탄소수 범위의 카본백본은 조성물 내에서 연마촉진제의 용해도가 특히 높을 수 있으며, 이로 인하여 유기막 연마 조성물의 안정성이 높아져 우수한 연마 속도를 제공할 수 있다. 연마촉진제(20)의 소수성기(22)는 구체적으로 탄소수 7 내지 16의 카본백본(Carbone backbone), 보다 구체적으로 탄소수 8 내지 14의 카본백본(Carbone backbone), 보다 더 구체적으로 탄소수 8 내지 12의 카본백본(Carbone backbone)을 가질 수 있으며, 상기 구체적인 탄소수를 가진 카본백본을 가진 연마촉진제는 연마 조성물 내에서 소수성 상호작용이 특히 우수하여 연마 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
연마촉진제는 구체적으로 올리고머형 연마촉진제일 수 있다. 올리고머형 연마촉진제(20)는 일 실시예로서 도 2와 같이 도시할 수 있으며, 친수성기의 머리(head)부와 소수성기의 꼬리(tail)부로 이루어질 수 있다. 올리고머형 연마촉진제(20)의 경우, 유기막 연마 조성물이 높은 연마 속도를 가질 뿐 아니라, 연마촉진제가 유기막 파편(CMP, 41) 배출을 보다 원활하게 하는 효과를 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, 유기막 파편(ACL debris)은 연마촉진제의 소수성기가 유기막 파편 표면과 소수성 상호작용을 통한 결합을 형성하여, 친수성기를 파편 표면에 노출하게 되므로, 조성물 내에서 더욱 분산이 용이하게 되고, 이를 통해 유기막 파편은 더욱 원활하게 배출될 수 있다.
서로 상반된 전하를 갖는 연마촉진제의 친수성기(21)와 연마입자(10)의 전하는 정전기적 인력이 작용하고 이를 이용하여 연마효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 연마촉진제가 도 2와 같이 올리고머형 연마촉진제의 형태인 경우, 친수성기(21)는 연마촉진제의 머리(head)부가 될 수 있다. 연마촉진제의 친수성기(21)는 연마입자와의 전하 관계를 제외하고는, 특별히 종류에 한정되지 않으나, 예를 들어, 설페이트(Sulfate), 설포네이트(Sulfonate), 포스페이트(Phospate), 카복실레이트(Carboxylate) 또는 이들의 유도체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
정전기적 인력을 이용하여 연마효율을 향상시키기 위해서 연마입자(10)의 표면은 양전하이고, 연마촉진제 친수성기(21)는 음전하일 수 있으며, 또는, 연마입자(10) 표면이 음전하이고, 연마촉진제 친수성기(21)가 양전하일 수 있다. 상기 친수성기가 양전하를 갖는 연마촉진제는 예를 들어, 펜틸암모늄 브로마이드(Pentylammonium bromide), 펜틸트리에틸암모늄(Pentyltriethylammonium), 트리에틸헥실암모늄 브로마이드(Triethylhexylammonium bromide), 트리메틸옥틸암모늄 브로마이드(Trimethyloctylammonium bromide), 데실트리메틸암모늄 브로마이드(Decyltrimethylammonium bromide) 및 트리메틸-테트라데실암모늄클로라이드(Trimethyl-tetradecylammonium chloride)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 상기 친수성기가 음전하를 갖는 연마촉진제는 예를 들어, 소듐 1-헵테인설포네이트 모노하이드레이트(Sodium 1-heptanesulfonate monohydrate), 소듐 n-헵틸 설페이트(Sodium n-heptyl sulfate), 소듐 옥틸 설페이트(Sodium octyl sulfate), 디포타슘 옥틸 포스페이트(dipotassium octyl phosphate), 코발트(II) 옥틸 포스페이트(cobalt(II) octyl phosphate), 포타슘 옥틸 하이드로젠 포스페이트(potassium octyl hydrogen phosphate), 소듐 6-설포나토 옥시 언디케인(Sodium 6-sulfonato oxy undecane), 소듐 헥사데실 설페이트(Sodium hexadecyl sulfate), 황산노나데실 나트륨염(Sulfuric acid nonadecyl=sodium salt), 소듐 에이코실 설페이트(Sodium eicosyl sulfate), 소듐 이코실 하이드로젠 설페이트(Sodium icosyl hydrogen sulfate), 소듐 도코실 설페이트(Sodium docosyl sulfate), 소듐 트리코실 설페이트(Sodium tricosyl sulfate), 소듐 헥사코실 설페이트(Sodium hexacosyl sulfate), 소듐 옥타코실 설페이트(Sodium octacosyl sulfate), 소듐 트리아콘틸 설페이트(Sodium triacontyl sulfate) 및 소듐 테트라트리아콘틸 설페이트(Sodium tetratriacontyl sulfate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
연마촉진제 소수성기(22)가 유기막 방향으로 배향되는 경우, 연마촉진제 친수성기(21)는 유기막의 바깥 방향으로 배향되며, 연마촉진제 친수성기(21)는 외부로 노출되는 형태일 수 있다. 따라서 연마촉진제 친수성기(21)와 연마입자(10) 표면의 전하가 상반된 경우 정전기적 인력을 이용하여 연마입자가 유기막 표면으로 보다 용이하게 접근할 수 있어 조성물을 이용한 연마효율이 향상될 수 있다.
이때, 연마촉진제(20)의 함량은 유기막 연마 조성물에 대하여 5 내지 200 ppm인 것이 선호되며, 예를 들어 30 내지 160 ppm, 30 내지 120 ppm, 50 내지 100 ppm, 50 내지 90 ppm일 수 있다. 연마촉진제(20)의 함량이 5 ppm 이상인 경우 연마효율 저하를 방지할 수 있으며, 연마촉진제(20)의 함량이 200 ppm 이하인 경우 연마입자의 불안정성을 방지할 수 있고, 이로 인해 연마율이 저하되거나, 표면 스크레치가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
연마효율을 향상시키기 위해서는 연마입자(10) 단독의 제타포텐셜보다 연마입자 표면과 연마촉진제를 포함하는 유기막 표면의 제타포텐셜 차이의 절댓값이 중요한 요소이다. 이때 연마 촉진제를 포함하는 유기막 표면이란, 연마촉진제가 유기막 표면에 위치한 상태에서 상기 연마촉진제의 친수성기에 의해 더 강한 전하를 띄도록 유도된 유기막 표면을 의미하며, 유기막 표면의 제타포텐셜은 연마 촉진제에 의해 더 강한 음전하를 띄도록 유도될 수 있다.
연마입자 또는 유기막의 제타포텐셜은 일반적으로 pH의 변화에 민감하게 변화한다. 통상, 산성 pH 영역으로 갈수록 제타포텐셜은 양전하(+)가 강해지다가 평형에 이르며, 염기성 pH 영역으로 갈수록 음전하(-)가 강해지다가 평형에 이르게 된다. 제타포텐셜이 0 mV가 되는 pH 지점인 등전점(IEP)을 벗어난 pH 영역에서, 연마입자와 유기막의 제타포텐셜이 반대이며 그 크기의 차이가 클수록 연마 속도는 증가될 수 있다.
따라서 연마 조성물의 pH에 의해 연마입자의 제타포텐셜과 연마 촉진제를 포함하는 유기막 표면의 제타포텐셜이 조절될 수 있다. 예를 들어, 유기막 연마 조성물의 pH가 3 내지 7인 경우 연마 조성물의 연마효율이 우수할 수 있다. 보다 높은 연마효율 구현을 위하여, 연마 조성물의 pH는 구체적으로 3 내지 5.5, 보다 구체적으로 3.5 내지 4.5인 유기막 연마 조성물을 사용하는 경우 연마효율이 특히 높게 나타날 수 있다. 연마 조성물의 pH가 7 이하인 경우 연마제의 분산성 저하로 인한 조성물의 안정성 저하 문제를 방지할 수 있으므로, pH를 7 이하로 하여 연마조성물의 안정성을 우수하게 유지할 수 있다. pH가 3 이상인 경우 연마 촉진제를 포함하는 유기막 표면은 음전하를 띄게 되고 연마입자는 양전하를 띄게 되어, 이로 인해 정전기적 인력을 이용한 연마효율이 높아질 수 있다. 따라서 제타포텐셜을 이용하여 연마 효율을 안정적으로 향상시키기 위해서는 연마 조성물의 pH가 3 이상인 것이 선호될 수 있다.
연마 조성물의 상기 pH 범위를 만족시키기 위하여 산성 혹은 염기성 pH 조절제 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. 산성 조절제는 예를 들어 질산, 염산, 황산, 아세트산, 인산, 포름산, 시트르산 중 하나 이상일 수 있으나, 상기 예시에 한정되지 않는다. 그리고 염기성 조절제는 예를 들어 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라부틸암모늄 중 하나 이상일 수 있으나, 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
연마입자(10)의 제타 포텐셜(Zeta Potential)은 상기 표면 개질과 pH조절을 통하여 10 내지 80 mV, 구체적으로 10 내지 60 mV, 보다 구체적으로 30 내지 60 mV인 것이 연마효율을 향상시키는데 최적의 범위일 수 있다. 예를 들어 상기 연마입자의 제타 포텐셜 10 내지 80 mV일 때, 연마촉진제를 포함하는 유기막 표면의 제타포텐셜은 -60 내지 0 mV이고, 연마입자와 상기 유기막 표면의 제타포텐셜 차이의 절댓값은 10 내지 120 mV일 때, 우수한 연마효율이 구현될 수 있다. 보다 효과적인 연마효율을 위하여 연마입자의 제타포텐셜이 20 내지 60 mV이고, 연마촉진제를 포함하는 유기막 표면의 제타포텐셜은 -60 내지 -10 mV이며, 연마입자와 유기막 표면의 제타포텐셜 차이의 절댓값이 30 내지 120 mV로 조절할 수 있다. 특히 연마입자의 제타포텐셜이 30 내지 60 mV이고, 연마촉진제를 포함하는 유기막 표면의 제타포텐셜은 -60 내지 -30 mV이며, 연마입자와 유기막 표면의 제타포텐셜 차이의 절댓값이 60 내지 120 mV인 경우 더욱 우수한 연마 효율을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기막 연마 조성물은 성능 향상을 위하여 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 미생물 오염 방지를 위해 바이오사이드(Biocide)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이소티아졸리논(Isothiazolinone) 또는 그 유도체, 메틸이소티아졸리논(Methyl isothiazolinone: MIT, MI), 클로로메틸이소티아졸리논(Chloromethyl isothiazolinone: CMIT, CMI, MCI), 벤즈이소티아졸린논(Benzisothiazolinone: BIT), 옥틸이소티아졸리논(Octylisothiazolinone: OIT, OI), 디클로로옥틸이소티아졸리논(Dichlorooctylisothiazolinone: DCOIT, DCOI), 부틸벤즈이소티아졸리논(Butylbenzisothiazolinone: BBIT) 또는 폴리헥사메틸렌 구아니딘(PHMG)일 수 있다. 바이오사이드의 함량은 제한되지 않으며, 유기막 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.0001 내지 0.05 중량%, 구체적으로 0.005 내지 0.03 중량%일 수 있다.
이외에도, 분산안정제,　연마　프로파일 개선제 등이 포함될 수 있다.
분산안정제는 예를 들어 아세트산나트륨(Sodium Acetate)과 아세트산(Acetic Acid)의 조합, 황산나트륨(Sodium Sulfate)과 황산(Sulfuric Acid)의 조합, 시트릭산(Citric Acid), 글리신(Glycine), 이미다졸(Imidazole) 및 인산칼륨(Potassium Phosphate) 중 하나 이상일 수 있다. 특히, 아세트산나트륨(Sodium Acetate)과 아세트산(Acetic Acid)의 조합 또는 황산나트륨(Sodium Sulfate)과 황산(Sulfuric Acid)의 조합이 짝산, 짝염기의 존재로 인해 pH 안정성이 우수하여 분산성 유지에 유리하다. 분산안정제의 사용 함량은 500 내지 8000 ppm, 구체적으로 600 내지 5000 ppm 사용될 수 있다.
연마　프로파일 개선제는,　연마　대상 막질의　연마　후의 평탄도를 향상시키기 위해 포함될 수 있으며, 일례로 Picolinic Acid, Picoline, Dipicolinic Acid, Pyridine, Pipecolic acid, Quinolinic Acid 등을 들 수 있고, 사용 함량은 100 내지 1000 ppm 범위로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기막 연마 조성물의 용매(30)는 상기 조성물을 용해할 수 있는 용매이면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 증류수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른　연마　조성물의　연마　대상은 제한되지 않으며, 에폭시(Epoxy), 아크릴레이트(Acrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리벤족사졸(Polybenzoxazole) 등의 폴리머막(Polymer Layer), SOC(Spin on Carbon), SOH(Spin on Hardmask), 무정형 탄소막(Amorphous Carbon Layer, ACL) 등의 탄소 포함 막질, 구리, 알루미늄, 텅스텐 등의 금속 배선 및 이들이 동시에 존재하는 복합막을 예로 들 수 있다. 상기 복합막의 경우 동시에　연마를 수행할 수도 있다. 특히, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 형성된 무정형 탄소막 또는 DLC(Diamond-Like Carbon)과 같이 매우 단단한 카본계 막에 대하여 높은 연마 속도를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연마 방법은 상기 유기막 연마 조성물을 이용하여 연마하는 방법으로, 구체적인 예로, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 조성물을 연마 패드에 균일하게 도포하는 단계; 및 연마 대상막이 형성된 기판을 상기 연마 조성물이 균일하게 도포된 연마패드와 접촉시켜 마찰에 의해 연마 대상막의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연마 대상막은 유기막이며, 연마제로서 본 발명에 따른 유기막 연마 조성물을 사용하는 점을 제외하고는 일반적으로 사용되는 연마 방법을 이용할 수 있으며, 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마 방법은 상기 유기막 연마 조성물을 이용하면서, 에폭시(Epoxy), 아크릴레이트(Acrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리벤족사졸(Polybenzoxazole) 등의 폴리머막(Polymer Layer), SOC(Spin on Carbon), SOH(Spin on Hardmask) 또는 무정형 탄소막(Amorphous Carbon Layer, ACL) 등의 탄소 포함 막질을 연마하는 연마 방법일 수 있다.
연마 속도는 압력과 연마장비의 회전 RPM에 비례하여 상승한다. ACL의 경우 매우 단단한 탄소 공유 결합으로 인해, 종래 3 psi 정도의 높은 압력을 이용하여야 연마가 되며, 이보다 낮은 압력에서는 연마가 잘 되지 않는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따른 연마 조성물은 3 psi 이하의 압력, 구체적으로 0.5 내지 1 psi의 매우 낮은 압력으로도 높은 연마속도 구현이 가능하며, 3 psi 이상의 압력에서는 매우 빠른 연마 속도를 보일 수 있다.
도 3은 유기막을 ACL으로 하고, 연마촉진제의 친수성기가 음전하를 띄며, 연마촉진제가 도 2와 같이 올리고머형이고, 연마입자 표면은 양전하인, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기막 연마 조성물을 이용하여 유기막을 연마하는 메커니즘을 간략히 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, ACL을 연마대상 유기막(40)으로 하여 연마입자(10)가 정전기적 인력의 도움을 받아 유기막(40)으로 접근하여, 유기막(40)을 연마하고, 연마를 통해 발생한 유기막 파편(41)과 연마입자(10)가 결합하여 유기막 파편과 결합된 연마입자(50)가 형성된 것을 나타내 것이다. 이때 연마촉진제(20)의 소수성기(22)는 유기막(40) 면 방향으로 배향되어 있을 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1: 표면 개질된 연마입자의 제조]
하기 표 1에 제시된 연마입자의 중량과 개질제의 함량을 탈이온수(D/W)에 첨가한 후, 개질 반응의 pH 제어를 위해 pH 조절제를 첨가하였다. 이후 상온, 상압 조건에서 6 ~ 24 시간 동안 기계적 교반기로 교반하여 알루미늄 클러스터로 코팅되어 표면 개질된 연마입자를 제조하였다.
연마입자 중심부 알루미늄 화합물(개질제) pH 조절제 pH
연마입자 1 콜로이달 실리카 염화알루미늄 HNO3 3
연마입자 2 콜로이달 실리카 질산알루미늄 HNO3 3
[제조예 2: 유기막 연마 조성물 제조]
하기 표 2에 나타낸 연마입자의 종류 및 연마촉진제 함량에 따라 상온, 상압 조건에서 혼합하고, 기계적 교반기를 사용한 교반 환경 하에 pH 조절제를 첨가하여 비교예 1 및 2와 실시예 1 내지 15의 유기막 연마 조성물을 제조하였다. 이때 연마입자로 상기 제조예 1의 표면 개질된 연마입자, 알루미나, 지르코니아 및 세리아 중 어느 하나를 사용하였으며, 연마촉진제로 소수성기의 탄소수가 8인 음이온 연마촉진제를 사용하였다.
연마입자 종류 연마촉진제 함량
(ppm)		 연마입자 TS
(중량%)
비교예 1 연마입자 1 0 5
비교예 2 연마입자 2 0 3
실시예 1 연마입자 2 3 5
실시예 2 연마입자 1 5 5
실시예 3 연마입자 2 10 5
실시예 4 연마입자 1 30 5
실시예 5 연마입자 1 50 5
실시예 6 연마입자 2 50 5
실시예 7 연마입자 2 90 5
실시예 8 연마입자 2 100 5
실시예 9 연마입자 2 120 5
실시예 10 연마입자 1 160 5
실시예 11 연마입자 1 200 5
실시예 12 연마입자 2 240 5
실시예 13 알루미나 100 5
실시예 14 지르코니아 100 5
실시예 15 세리아 100 5
[실험예 1: 연마촉진제 함량에 따른 ACL 연마 속도 비교]
실험 Wafer는 무정형 탄소막(ACL) 12인치 Blanket을 사용하였으며, 연마 장비(Polisher)는 AP-300 (CTS사)를 사용하였고, 연마　패드(Pad)는 IC-1010 (Rohm & Haas사)를 사용하였으며, M-2000 (JA Woollam 사) 및 CMT-SR5000 (AIT 사)를 이용하여 연마 속도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 표 2와 표 3을 참조하면, 연마촉진제가 포함된 실시예의 경우 연마속도가 크게 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 8과 실시예 13 내지 15를 비교하면 표면이 개질된 연마입자를 사용함으로써, 연마속도가 현저하게 향상됨을 확인할 수 있다.
CMP 압력(psi) 연마속도(Å/min)
비교예 1 0.5 685
비교예 2 0.5 542
실시예 1 0.5 817
실시예 2 0.5 883
실시예 3 0.5 1070
실시예 4 0.5 1423
실시예 5 0.5 1598
실시예 6 0.5 1531
실시예 7 0.5 1473
실시예 8 0.5 1454
실시예 9 0.5 1432
실시예 10 0.5 1402
실시예 11 0.5 1358
실시예 12 0.5 841
실시예 13 0.5 999
실시예 14 0.5 812
실시예 15 0.5 784
[실험예 2: 연마촉진제 함량에 따른 연마 후 CMP 폐액 색상 비교]
도 4는 무정형 탄소막(ACL)을 상기 제조예 2에서 제조된 비교예 1(a), 실시예 3(b), 실시예 4(c), 실시예 6(d), 실시예 7(e) 및 실시예 8(f)의 유기막 연마 조성물로 각각 연마한 후의 CMP 폐액 색상을 비교한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유기막 연마 조성물(b, c, d, e, f)를 사용한 CMP 폐액 색상은 매우 탁한데 반하여, 연마촉진제를 사용하지 않은 경우(a)의 CMP 폐액 색상은 상대적으로 매우 맑은 것을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 본 발명의 유기막 연마 조성물의 ACL 연마 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
표 3을 참조하면, ACL의 연마속도는 연마촉진제의 농도가 증가함에 따라 상승하다가, 일정 농도 이상에서는 유사한 연마속도로 유지되는 것을 볼 수 있으나, 도 4를 참조하면, CMP 폐액의 색상은 연마촉진제의 농도 증가에 계속적으로 진해지는 것을 확인할 수 있다.
CMP에 의해 연마된 ACL 파편은 소수성의 표면 특성을 가지고 있음으로 인해, 친수성의 슬러리 용액 내에서 잘 분산되지 못하여 CMP 폐액으로 배출되기 어렵다. 그러나, 연마촉진제가 첨가되면 CMP 후의 ACL 파편은 연마촉진제에 의해 친수성 표면으로 바뀌게 되어 CMP 폐액으로 배출되는 효과가 증가될 수 있다. 이러한 ACL 파편 배출 효과는 연마촉진제의 농도가 증가함에 따라 더욱 효과적일 수 있으나, 연마촉진제의 농도 영향에 따른 슬러리 용액의 안정성을 고려하여 바람직한 농도가 선택될 수 있다.
[실험예 3: 연마촉진제 소수성기의 탄소수에 따른 ACL 연마 속도 비교]
상기 제조예 2의 제조방법과 같은 방법으로 유기막 연마 조성물을 제조하되, 연마촉진제를 음이온 연마촉진제로 하고, 연마촉진제 소수성기의 탄소수가 연마촉진제의 카본백본(Carbon backbone)과 같게 하여 연마촉진제의 탄소수에 따른 ACL 연마속도를 측정하여 하기 표 4에 나타냈다. 표 4를 참조하면, 연마 촉진제의 탄소수가 5 내지 30 범위 내에 있는 실시예 8 및 실시예 16 내지 21의 경우가 상기 탄소수 범위를 벗어나는 비교예 3 및 비교예 4보다 연마속도가 높은 것을 알 수 있다.
연마입자
종류		 연마촉진제
함량(ppm)		 연마촉진제 탄소수 연마입자 TS
(중량%)		 CMP 압력
(psi)		 연마속도
(Å/min)
실시예 16 연마입자 2 100 7 5 0.5 1157
실시예 8 연마입자 2 100 8 5 0.5 1454
실시예 17 연마입자 2 100 12 5 0.5 1403
실시예 18 연마입자 1 100 13 5 0.5 1322
실시예 19 연마입자 2 100 16 5 0.5 907
실시예 20 연마입자 1 100 20 5 0.5 818
실시예 21 연마입자 1 100 28 5 0.5 753
비교예 3 연마입자 2 100 2 5 0.5 693
비교예 4 연마입자 2 100 34 5 0.5 321
[실험예 4: 연마입자와 연마촉진제의 전하에 따른 ACL 연마속도 비교]
상기 제조예 2의 제조방법과 같은 방법으로 유기막 연마 조성물을 제조하되, 연마입자의 전하와 연마 촉진제의 친수성기의 전하가 상반되는 경우(실시예 17)와 전하가 상반되지 않는 경우(비교예 5, 6)의 ACL 연마속도를 비교하여 하기 표 5에 나타내었다. 표 5를 참조하면, 연마입자와 연마촉진제 친수성기의 전하가 같은 극성을 띄는 경우(비교예 5, 6) ACL 연마속도가 현저하게 낮으나, 전하가 서로 다른 극성을 띄는 경우(실시예 17) ACL 연마속도가 크게 향상되는 것을 알 수 있다.
실시예 17 비교예 5 비교예 6
연마입자 종류 연마입자 2 연마입자 2 실리카 입자
연마입자 표면 전하 + + -
연마촉진제 함량(ppm) 100 100 100
연마촉진제 친수성기 전하 - +1) -2)
연마촉진제 탄소수 12 12 12
연마입자 TS(중량%) 5 5 5
CMP 압력(psi) 0.5 0.5 0.5
연마속도(Å/min) 1403 117 19
1) 연마 촉진제 종류: Dodecyl trimethyl ammonium chloride
2) 연마 촉진제 종류: 실시예 17과 동일
[실험예 5: 연마압력에 따른 ACL 연마속도 측정]
하기 표 6은 CMP 압력과 ACL 연마속도를 비교 측정하여 나타낸 표이다. 표 6을 참조하면, 실시예 8은 0.5 psi의 낮은 압력에서도 1454 Å/min의 우수한 연마속도를 보이며, CMP 압력을 제외한 다른 요소가 실시예 8과 동일하고, CMP 압력이 3 psi인 실시예 22는 5089 Å/min의 매우 빠른 연마 속도를 나타냈다.
연마입자 종류 연마촉진제 함량(ppm) 연마촉진제 탄소수 연마입자 TS
(중량%)		 CMP 압력
(psi)		 연마속도
(Å/min)
실시예 8 연마입자 2 100 8 5 0.5 1454
실시예 22 연마입자 2 100 8 5 3 5089
[실험예 6: 연마입자 함량에 따른 ACL 연마속도 비교]
하기 표 7은 연마입자 함량에 따른 ACL 연마속도를 비교 측정하여 나타낸 표이다. 표 7을 참조하면, ACL 연마에 대하여 연마입자 함량(연마입자 TS)의 차이가 있더라도, 모두 우수한 연마속도를 나타냈다.
연마입자 종류 연마촉진제 함량(ppm) 연마촉진제
탄소수		 연마입자 TS
(중량%)		 CMP 압력
(psi)		 연마속도
(Å/min)
실시예 23 연마입자 2 100 8 1 0.5 893
실시예 24 연마입자 1 100 8 3 0.5 1274
실시예 25 연마입자 2 100 12 3 0.5 832
실시예 8 연마입자 2 100 8 5 0.5 1454
실시예 17 연마입자 2 100 12 5 0.5 1403
실시예 26 연마입자 2 100 8 7 0.5 1484
실시예 27 연마입자 1 100 8 10 0.5 1404
실시예 28 연마입자 2 100 8 15 0.5 1153
실시예 29 연마입자 1 100 8 20 0.5 943
실시예 30 연마입자 2 100 8 22 0.5 832
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (16)

  1. 연마입자;
    연마촉진제; 및
    용매;를 포함하며,
    상기 연마촉진제는 친수성기와 탄소수 5 내지 30의 소수성기를 포함하고,
    상기 연마입자의 표면 전하와 상기 연마촉진제의 친수성기의 전하가 상반되는 유기막 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는 실리카를 포함하는 유기막 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는 표면이 개질된 연마입자인 유기막 연마 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연마입자는 표면에 알루미늄을 포함하는 것인 유기막 연마 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연마입자는 알루미늄 클러스터가 표면에 코팅된 것인 유기막 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자를 1 내지 20 중량%로 포함하는 유기막 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마촉진제의 소수성기는 탄소수 7 내지 28의 카본백본(Carbon backbone)을 포함하는 유기막 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자의 표면은 양전하이고,
    상기 연마촉진제의 친수성기는 음전하인 유기막 연마 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자의 표면은 음전하이고,
    상기 연마촉진제의 친수성기는 양전하인 유기막 연마 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연마촉진제의 함량은 5 내지 200 ppm인 유기막 연마 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    pH가 3 내지 7인 유기막 연마 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자의 제타포텐셜(Zeta Potential)은 10 내지 80 mV인 유기막 연마 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    바이오사이드(Biocide)를 더 포함하는 유기막 연마 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유기막 연마 조성물은 폴리머막(Polymer Layer) 연마용인 유기막 연마 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유기막 연마 조성물은 무정형 탄소막(Amorphous Carbon Layer) 연마용인 유기막 연마 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 유기막 연마 조성물을 이용한 연마 방법.
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