[go: up one dir, main page]

KR100979071B1 - 이중 배향 다결정성 재료의 화학 기계적 연마 - Google Patents

이중 배향 다결정성 재료의 화학 기계적 연마 Download PDF

Info

Publication number
KR100979071B1
KR100979071B1 KR1020030011008A KR20030011008A KR100979071B1 KR 100979071 B1 KR100979071 B1 KR 100979071B1 KR 1020030011008 A KR1020030011008 A KR 1020030011008A KR 20030011008 A KR20030011008 A KR 20030011008A KR 100979071 B1 KR100979071 B1 KR 100979071B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slurry
polarity
component
water
main carrier
Prior art date
Application number
KR1020030011008A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030069892A (ko
Inventor
안토넬마이클
안토넬제니퍼에이.
하우즈에릭초
메이나드라이언케이쓰
심슨다렐엘.
Original Assignee
에이저 시스템즈 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이저 시스템즈 인크 filed Critical 에이저 시스템즈 인크
Publication of KR20030069892A publication Critical patent/KR20030069892A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100979071B1 publication Critical patent/KR100979071B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/203—Measuring back scattering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
    • Y10T117/1008—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with responsive control means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • General Factory Administration (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 연마되는 다결정 표면의 결정면들 각각의 상대적인 산화율들에 대해 영향을 주도록 선택된 극성을 갖는 화학적 활성 슬러리를 사용하는 화학 기계적 연마(CMP) 방법에 관한 것이다. 슬러리 극성은 CMP 공정 동안 결정면들 각각으로부터의 재료 제거 속도들이 균형을 이루도록 제어된다. 목적하는 극성을 달성하기 위해 극성 용질을 기본 용매에 가할 수 있다. 텅스텐 필름에 대한 CMP 공정은 마모재, 산화제 및 물보다 극성이 작은 용질을 함유하는 수성 슬러리를 사용할 수 있다. 마모재는 콜로이드성 실리카일 수 있고 산화제는 과산화수소일 수 있으며 용질은 벤젠일 수 있다.
다결정성 재료, 화학 기계적 연마방법, 주요 캐리어 성분, 산화 성분, 극성 영향 성분

Description

이중 배향 다결정성 재료의 화학 기계적 연마{Chemical mechanical polishing of dual orientation polycrystalline materials}
본 발명의 특징 및 이점은 발명의 상세한 설명을 첨부된 도면을 참조하여 읽으면 분명해질 것이다.
도 1은 화학 기계적 연마 디바이스의 개요도이다.
도 2는 2개의 상이한 텅스텐 필름 샘플 표면의 SEM 배향 맵을 비교한 것이다.
도 3은 텅스텐 필름의 2개의 상이한 미세결정 배향의 상대적 면적 분율을 필름의 깊이의 함수로서 도시한 것이다.
본원은 2002년 2월 22일자로 출원된 미국 가특허원 제60/359,222호에 대한 특권을 주장한다.
본 발명은 마이크로전자 디바이스(microelectronic device)에 관한 것이며, 보다 특히 다결정성 재료의 화학 기계적 연마(CMP)에 관한 것이다.
초고밀도 집적 회로(ULSI circuit)와 같은 마이크로전자 디바이스는 통상적으로 전도체 층과 유전성 재료 층이 교호 적층된 다층 디바이스로서 형성된다. 이들 층 각각은 개별적으로 부착되고, 종종, 적층된 층들은 이들 층 위에 위치할 층이 부착되기 전에 연마하여 고도로 평탄화시킨다. 화학 기계적 연마는 최신 ULSI 회로에서 평탄한 다층 금속화 시스템을 제조하는 데 사용되는 주된 공정이다.
금속 배선(interconnect) 또는 전도체 층을 부착시키기 전에 비교적 두꺼운 유전층이 기판 및 당해 기판 위에 형성된 임의의 집적 회로 디바이스 위에 부착된다. 이후, 유전층을 화학적 활성 슬러리 및 연마 패드를 사용하여 연마함으로써 매우 편평하거나 평탄한 표면을 생성시킬 수 있다. 유전성 재료 속에 콘택 홀 또는 비아(via)들을 에칭시킨다. 이어서, 비아를 충전시키기 위해서 배리어(barrier) 금속 및 텅스텐 필름을 에칭된 유전층 위에 부착시킨다. 텅스텐 필름을 표면으로부터 연마 제거하면 배리어 금속과 텅스텐의 플러그로 충전된 콘택 홀 또는 비아를 갖는 편평한 표면이 남는다. 금속 배선 층을 연마된 유전층 위에 부착시켜 텅스텐 플러그와의 전기 접속부(electrical connection)를 형성시킨다.
CMP 작업과 관련해서 공지되어 있는 난점은 재료 제거 속도가 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐서 불균일할 수 있다는 것이다. 춰(Chiou) 등에게 허여된 미국 특허 제5,873,769호에는 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐서 균일한 제거 속도를 달성하는 방법 및 이를 위한 장치가 기재되어 있다. 상기 특허에는 웨이퍼 표면 전체에 걸친 기계적 조건의 차이로부터 발생하는 제거 속도의 편차만을 제기하고 있을 뿐, 웨이퍼 재료의 재료 특성의 변화로 인한 제거 속도의 편차는 제기하고 있지 않다.
CMP 공정의 지속기간은, 재료가 충분한 양으로 제거되면서도 과량으로 제거되지 않도록 신중하게 제어되어야 한다. CMP 공정을 종결시키기에 적당한 시간을 결정하기 위해 여러 가지 종료점 검출(end point detection) 기술이 사용된다. 한가지 종료점 검출 기술은 연마 공정이 진행됨에 따라 플래튼(platen)에 대한 저항이 증가하는 파워 곡선을 주시하는 것을 포함한다. 상기 공정은 재료 제거 속도가, 제거되는 재료의 깊이에 따라 일정하다는 단순 가정에 의존한다. 실제로, 특정 재료의 순간적인 제거 속도는 재료의 깊이에 따라 달라질 수 있고 저항 곡선은 시간에 따라 확장되거나 축소될 수 있다. 이로 인해 적합한 종료점을 놓칠 수 있다.
따라서, 재료의 상태 변동으로부터 발생되는 재료 제거 속도의 편차를 고려하는 개선된 화학 기계적 연마 공정이 필요하다. 또한, 연마 공정 종료점의 보다 정확한 제어를 제공하는 개선된 화학 기계적 연마 공정이 필요하다.
주요 캐리어 성분, 산화 성분 및 극성 영향 성분(polarity-influencing constituent)을 포함하는, 다결정성 재료의 표면에 따르는 다수의 상이한 결정면들로부터의 재료 제거 속도들을 제어하기 위한 슬러리가 본 명세서에 기재되어 있다. 극성 영향 성분은 슬러리의 10용적%를 초과할 수 있다. 하나의 양태에서, 주요 캐리어 성분은 물일 수 있고 극성 영향 성분은 물보다는 극성이 작은, 예를 들면, 쌍극자 모멘트가 1.8 미만인 재료일 수 있다. 극성 영향 성분은 벤젠일 수 있다.
다결정성 재료의 표면에 따르는 다수의 결정면들로부터의 재료 제거 속도를 제어하기 위한 슬러리 연마 공정은, 본 명세서에서, 상이한 결정면들로부터의 상대적인 재료 제거 속도들을, 물 성분에 의해 지배되는 극성을 갖는 슬러리를 사용하여 달성될 수 있었던 각각의 결정면들로부터의 상대적인 재료 제거 속도들과 상이하도록 개질시키기 위해 슬러리의 극성을 제어하는 단계를 포함하는 것으로 기재되어 있다. 슬러리의 극성은 재료의 표면에 따르는 각각의 결정면들의 상대적인 면적 분율에 맞추어 제어될 수 있다.
마이크로전자 디바이스를 제조하는 데는 능동 반도체 디바이스 및 회로를 형성시키기 위해서 반도체 기판 위에 다수의 재료층을 부착시키고 제거하는 공정이 포함된다. 이러한 디바이스는 한 층 내에서 및 층들 사이에서 디바이스 소자들을 선택적으로 접속시키거나 절연시킬 수 있는 다수의 금속 및 유전 재료 층을 사용한다. 배선을 6개까지의 층으로 사용하는 집적 회로가 보고되었으며, 훨씬 더 복잡한 회로가 앞으로 예상된다. 디바이스의 기하학적 구조는 0.50 내지 0.12㎛로 되었고 곧 0.08㎛로 될 것이다. 다층 금속화가 이러한 디바이스에 요구된다. 디바이스의 기하학적 구조에서의 이러한 감소로 인해, 각각의 내부 금속 층은 후속 층을 형성시키기 전에 평탄화되어야 한다. 충분히 평탄한 표면을 생성시키기 위해 일반적으로 허용되는 방법은 화학 기계적 연마(CMP)이다. CMP는 위상기하학적 큰 편차를 제거하고 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 결함, 스크래치 또는 매봉된 입자들을 제거하기 위해서 사용될 수 있다. CMP는 듀얼 다마신(dual damascene) 구리 및 텅스텐 배선 구조물을 형성시키는 데 사용된다.
CMP 공정은 일반적으로 화학적 슬러리의 존재하에 제어되는 압력, 온도 및 회전 속도 하에 연마 패드에 반도체 웨이퍼를 러빙(rubbing)시킴을 포함한다. 마모재를 연마 패드 자체에 부착된 입자로서 또는 화학적 슬러리 속의 유체 현탁액 형태로 웨이퍼와 연마 패드 사이에 도입한다. 화학적 작용은 표면 재료를 산화시켜 이의 기계적 제거를 용이하게 하는 작용을 한다. 마모 작용은 연마 작용에서 웨이퍼의 표면의 일부분을 물리적으로 제거하는 작용을 한다. 슬러리 이동은 온도 제어를 제공하고 웨이퍼로부터 떨어진 연마 파편의 이동을 용이하게 한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 화학 기계적 연마 시스템(10)은 회전 가능한 플래튼(18)으로 지지된 연마 패드(16)와 마주하도록 반도체 웨이퍼(14)를 유지시키고 이동시키기 위한 캐리어(12)를 포함할 수 있다. 슬러리(20)는 웨이퍼(14)가 연마 패드(16)에 프레싱되어 회전되는 때에 목적하는 화학적 상호작용 및 마모를 제공하는 데 사용된다. 웨이퍼(14)로부터의 재료 제거 속도는 웨이퍼(14)와 연마 패드(16) 사이에서 발생되는 힘의 양(F), 캐리어의 회전 속도(R1)와 플래튼의 회전 속도(R2), 플래튼(18)의 회전축에 대한 캐리어(12)의 횡단 위치, 슬러리(20)의 화학적 조성, 온도 및 연마 패드(16)의 조성 및 사용 이력을 포함하는 다수의 변수에 좌우된다. 다수 유형의 CMP 기계가 공지되어 있고 산업상 이용 가능하다. 이러한 CMP 기계의 한 제조업자는 미국 캘리포니아주 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼즈, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)(www.appliedmaterials.com)이다. 연마 패드의 한 제조업자는 미국 애리조나주 피닉스에 소재하는 로델 인코포레이티드(Rodel, Inc.)(www.rodel.com)이다.
반도체 웨이퍼(14) 위의 금속 층과 같은 다결정성 재료는 미세결정 입자 배향이 다수일 수 있다. 다결정성 재료가 샘플 표면 위에서 핵형성 및 성장하기 시작하는 경우, 깁스 표면 에너지(Gibbs surface energy)가 결정 표면이 성장하는 속도를 한정한다. 표면의 배향이 결합에 사용 가능한 오비탈의 각을 한정하기 때문에, 깁스 표면 에너지는, 상이한 배향들에서 상이한 값을 나타낸다. 알루미늄과 같은 특정 재료들은 단일 배향으로 핵을 형성하는 경향이 있고 텅스텐과 같은 특정 재료들은 상이한 배향들로 핵을 형성하는 경향이 있다. 결정 상 배향을 정의하기 위해 밀러 지수(Miller indice)가 사용된다. 알루미늄은 결정면(lll)의 강한 섬유 조직 배향을 갖고, 알루미늄 필름의 단면은 결정면(lll) 배향의 면적 분율 %가 매우 높다.
텅스텐 금속층을 반도체 웨이퍼의 표면에 부착하는 경우, 결정면(110)과 결정면(114)의 입자 구조의 면적 분율은 텅스텐 필름의 깊이의 함수로서 변한다. 도 2는 2개의 상이한 부분 CMP 깊이에서 수득한 두 가지 텅스텐 필름 샘플을 나란히 놓고 비교한 것이다. 도 2는 두 가지 텅스텐 필름 샘플의 2개의 상이한 부분적 CMP 깊이에서 구한, 스캐닝 전자 현미경에 의한 결정 배향 화상 시스템으로부터 얻은 배향 지도를 보여준다. 좌측의 샘플(22)은 결정면(110)의 미세결정 입자 구조물(24)의 %가 높고 결정면(114)의 미세결정 입자 구조물(26)의 %가 낮다. 우측의 샘플(28)은 결정면(110)의 미세결정 입자 구조물(24)의 %가 높고 결정면(114)의 미세결정 입자 구조물(26)의 %가 낮다. 도 3은 기판 표면으로부터 측정된 텅스텐 필름의 깊이(d)와 각각의 배향의 면적 분율(AF) 사이의 관계를 설명한다. 곡선(30)은 텅스텐 필름의 깊이가 증가함에 따라 재료의 결정면(110)의 면적 분율이 감소함을 나타내는 반면, 곡선(32)은 필름의 깊이가 증가함에 따라 재료의 결정면(114)의 면적 분율이 증가함을 나타낸다. 결정면(110)의 배향은 배리어에 의해 유도된 것인 반면, 결정면(114)의 배향은 깁스 자유 표면 에너지에 의해 유도된 것으로, 따라서 결정면(110)의 배향의 %는 기판(배리어) 재료에 가장 가까운 영역에서 보다 크다. 텅스텐 필름의 면적 분율은 또한 부착 온도, 웨이퍼 비아 및 다른 변수들의 함수로서 변할 수 있다.
CMP 공정 동안의 재료 제거 속도는 다결정성 재료의 상이한 결정면 배향들 사이에서 2 이상으로 변할 수 있다. 도 2에 도시한 각각의 샘플은 종료점 검출에 실패했는데, 하나는 종료점을 지나서 실패했고 하나는 종료점에 못 미쳐서 실패했다. 이러한 상이한 결과에 대한 이유는 CMP 공정 동안에 사용되는 슬러리 속의 산화제에 노출되는 때의 입자 구조 (110)과 입자 구조 (114)의 상이한 산화 속도 때문이다. 샘플(22)의 제거 속도는 대략 100Å/sec인 반면 샘플(28)의 제거 속도는 대략 40Å/sec이다. 따라서, 재료 제거 속도를 일정한 값으로 추정했던 종료점 검출 계획은 부정확성을 내포했었던 것이다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서, 도 1의 CMP 시스템(10)은 예정된 극성을 갖는 슬러리(20)를 포함한다. 슬러리(20)는 기본 용매, 예를 들면, 물과 같은 주요 캐리어 성분 및 산화 성분 이외에 극성화 용질과 같은 극성 영향 성분을 포함할 수 있다. 슬러리(20)는 또한 콜로이드성 실리카와 같은 마모재를 포함할 수 있다. 극성 영향 성분은 상이한 결정면들에 따르는 재료 제거 속도에 알맞게 영향을 미치도록 전체 슬러리 용액(20)의 극성을 개질시키기에 충분한 양 및 순 극성을 갖는 하나 이상의 재료일 수 있다. 선택된 용질은 연마되고 있는 다결정성 재료의 상이한 배향 상(phase)들의 산화 속도들의 균형을 효과적으로 달성(즉, 보다 근접하게 일치)시킨다. 다양한 결정면들의 산화 속도들을 제어함으로써 다결정성 재료의 다양한 결정 배향들에 대한 재료 제거 속도들이 균형을 이룰 수 있다. 상이한 용질들은 특정 결합 부위들에 대한 친화성을 갖기 때문에, 특정 용질은 상이한 결정면들의 산화 속도에 미치는 영향이 상이할 수 있다. 각각의 결정면의 산화는 반응이 일어나는 사용 가능한 부위의 수 및 속도의 함수이다. 따라서, 특정 유형의 부위에 대한 친화성을 갖는 특정 극성 영향 성분의 도입은 산화에 사용 가능한 부위의 수를 증가 또는 감소시키고, 따라서 산화 속도에 영향을 준다. 선택된 용질(들)의 농도 및 극성은 산화 속도의 균형을 이룰 것이 요구되는 배향 상(phase)에 따라 달라질 것이다. 슬러리(20) 속에 특별하게 선택된 용질을 사용함으로써, 상이한 배향들에 대한 재료 제거 속도들을 보다 근접하게 일치시킬 수 있으며, 이로써 보다 균일한 연마 공정을 이루고 보다 정확한 종료점 예측을 용이하게 한다. 전체 슬러리 용액의 극성이 기본 용매 이외에 용질의 선택에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 특정 극성을 갖는 기본 용매가 선택될 수 있는데, 이로써, 기본 용매는 용질의 선택에 영향을 주거나 심지어 목적하는 극성을 달성하기 위한 별도 용질에 대한 필요성을 완전히 배제시킨다. 하나의 양태에서, 물은 매우 극성이어서 본 명세서에 기재한 상이한 재료 제거 속도 문제를 야기시키기 때문에, 물이 아닌 주요 캐리어 성분이 선택될 수 있는데, 예를 들면, 알콜일 수 있다.
특정 다결정성 재료의 화학 기계적 연마를 위한 용질은 실험 데이타로부터 유도된 데이타베이스를 사용하거나 특정 용매의 존재하에 각각의 결정면의 산화 속도에 대한 깁스 자유 에너지 계산치를 사용하여 선택될 수 있다. 하나의 양태에서, 다결정성 텅스텐 층은 마모재로서의 콜로이드성 실리카, 산화제로서의 과산화수소, 및 물보다 극성이 작고 슬러리(20)의 10용적%를 초과하는 용질을 포함하는 화학적 활성 수성 용액으로 연마된다. 다른 양태에서, 물을 주요 캐리어 성분으로서 갖고 쌍극자 모멘트가 물보다 큰, 예를 들면, 1.9 이상인 극성 영향 성분을 갖는 슬러리(20)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 극성이 물 성분에 의해 지배되는 선행 기술의 슬러리는 비교적 큰 극성을 가짐으로 인해 텅스텐 필름의 결정면(110) 배향의 재료 제거 속도과 결정면(114) 배향의 재료 제거 속도 차이를 크게 하는 것으로 생각된다. 물 성분에 의해 지배되는 슬러리라는 것은, 물 이외에, 순 극성(net polarity)에 실질적으로 영향을 주는 성분은 함유하지 않고 산화 성분, 예를 들면 과산화수소를 5용적% 이하로 갖는 슬러리를 말한다. 본 발명의 극성 영향 성분은, 예를 들면, 쌍극자 모멘트 극성이 0인 재료(예: 벤젠)이거나 쌍극자 모멘트가 1.8 미만 또는 1.6 미만 또는 1.4 미만인 재료일 수 있거나, 실질적으로 비극성일 수도 있어서 쌍극자 모멘트가 1.0 미만일 수 있다. 각종 재료의 극성에 대한 표는 일반적인 화학 교과서 및 인터넷을 통해 입수할 수 있다. 통상적인 쌍극자 모멘트 극성 값은 물 1.85, 메탄올 1.70, 에탄올 1.69, 1-프로판올 1.68, 1-부탄올 1.66, 포름산 1.41, 아세트산 1.74, 포름아미드 3.73, 아세톤 2.88, 메틸 에틸 케톤 1.78, 아세토니트릴 3.92, N,N-디메틸포름아미드 3.82, 디메틸 설폭사이드 3.96, 헥산 2.02, 벤젠 0, 디에틸 에테르 1.15, 테트라하이드로푸란 1.63, 메틸렌 클로라이드 1.60 및 사염화탄소 0이다. 위의 재료 또는 다른 재료 어떤 것도 목적하는 극성 값을 갖는 슬러리(20)를 제공하는 용매 또는 용질로서 사용될 수 있다. 화학적 활성 슬러리의 극성을 적합하게 제어하여 다결정성 재료 표면의 다양한 결정 배향들로부터의 제거 속도들의 차이를 최소화함으로써, 추정되는 일정한 재료 제거 속도에 의존하는 종료점 검출 계획의 정확성을 개선시킨다. 슬러리(20)의 극성은 금속 필름의 단면에 따른 예상되는 결정면들의 면적 분율의 예측을 근거로 하여 개선된 CMP 공정을 제공하도록 미리 선택될 수 있거나, 연마되고 있는 표면을 따라 결정면들 각각의 실제의 상대적인 면적 분율에 맞추어 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태를 본원 명세서에서 제시하고 기재하였지만, 이러한 양태는 예로서만 제공됨은 분명하다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 특허청구의 범위의 정신 및 범위에 의해서만 한정시키고자 한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 공정은, 슬러리의 극성이 물 성분에 의해 지배되는 슬러리를 사용하여 각각의 결정면들로부터의 상대적인 재료 제거 속도를 조정하던 선행기술과는 달리, 물이 아닌 주요 캐리어 성분을 사용하거나, 물을 주요 캐리어 성분으로 사용하면서 물 이외에도 순 극성(net polarity)에 영향을 주는 성분인 극성 영향 성분을 슬러리에 함유시켜서, 또는 추가로, 연마되는 재료의 표면에 따르는 결정면들 각각의 상대적인 면적 분율에 맞추어 슬러리의 극성을 적합하게 제어하여 다결정성 재료 표면에 따르는 다수의 상이한 결정면들로부터의 재료 제거 속도들의 차이를 최소화하며, 연마 공정 종료점의 보다 정확한 제어가 가능하다.

Claims (30)

  1. 다결정성 재료의 표면에 따르는 다수의 상이한 결정면들로부터의 재료 제거 속도를 제어하기 위한 슬러리로서, 주요 캐리어 성분, 산화 성분, 및 벤젠 및 사염화탄소 중의 하나를 포함하는 극성 영향 성분(polarity-influencing constituent)을 포함하는 슬러리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 극성 영향 성분이 상기 슬러리의 10용적%를 초과하는, 슬러리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주요 캐리어 성분이 물을 포함하고 상기 극성 영향 성분이 벤젠을 포함하는, 슬러리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주요 캐리어 성분이 물을 포함하고, 상기 극성 영향 성분을 상기 슬러리의 10용적%를 초과하는 양으로 포함하는, 슬러리.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 극성 영향 성분인 벤젠을 상기 슬러리의 10용적%를 초과하는 양으로 포함하는, 슬러리.
  7. 삭제
  8. 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 1-부탄올, 포름산, 아세트산, 포름아미드, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 아세토니트릴, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸 설폭사이드, 헥산, 벤젠, 디에틸 에테르, 테트라하이드로푸란, 메틸렌 클로라이드 및 사염화탄소로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나를 포함하는 비수성 주요 캐리어 성분과 산화 성분을 포함하고, 물을 포함하지 않는, 화학 기계적 연마 공정용 슬러리.
  9. 텅스텐 필름의 표면에 따르는 다수의 상이한 결정면들로부터의 재료 제거 속도들을 제어하기 위한 슬러리로서, 주요 캐리어 성분으로서의 물, 산화 성분, 및 벤젠 및 사염화탄소 중의 하나를 포함하는 극성 영향 성분을 포함하는 슬러리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 극성 영향 성분이 벤젠을 포함하는, 슬러리.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 극성 영향 성분이 상기 슬러리의 10용적%를 초과하는, 슬러리.
  13. 삭제
  14. 다결정성 재료의 표면에 따르는 다수의 결정면들로부터의 재료 제거 속도들을 제어하기 위한 슬러리 연마방법으로서, 상이한 결정면들로부터의 상대적인 재료 제거 속도들을, 극성이 물 성분에 의해 지배되는 슬러리를 사용하여 달성되는 결정면들로부터의 상대적인 재료 제거 속도들과는 상이하도록 개질시키기 위해 슬러리의 주요 캐리어 성분에 극성 영향 성분을 가함으로써 슬러리의 극성을 제어함을 포함하는, 슬러리 연마방법.
  15. 제14항에 있어서, 다결정성 재료의 표면에 따르는 결정면들 각각의 상대적인 면적 분율에 맞추어 슬러리의 극성을 제어함을 추가로 포함하는, 슬러리 연마방법.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서, 상기 주요 캐리어 성분이 물을 포함하고, 물보다 극성이 작은 극성 영향 성분을 가함을 추가로 포함하는, 슬러리 연마방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 슬러리의 10용적%를 초과하는 극성 영향 성분을 상기 슬러리의 주요 캐리어 성분에 가함으로써 슬러리의 극성을 제어함을 추가로 포함하는, 슬러리 연마방법.
  19. 제8항에 있어서, 상기 비수성 주요 캐리어 성분이 물보다 극성이 작은 재료를 포함하는, 화학 기계적 연마 공정용 슬러리.
  20. 제8항에 있어서, 상기 비수성 주요 캐리어 성분이 물보다 극성이 큰 재료를 포함하는, 화학 기계적 연마 공정용 슬러리.
  21. 제8항에 있어서, 쌍극자 모멘트가 1.0 미만인 극성 영향 성분을 추가로 포함하는, 화학 기계적 연마 공정용 슬러리.
  22. 제8항에 있어서, 상기 비수성 주요 캐리어 성분이 쌍극자 모멘트가 0 내지 3.96인 재료를 포함하는, 화학 기계적 연마 공정용 슬러리.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
KR1020030011008A 2002-02-22 2003-02-21 이중 배향 다결정성 재료의 화학 기계적 연마 KR100979071B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35922202P 2002-02-22 2002-02-22
US60/359,222 2002-02-22
US10/121,370 2002-04-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030069892A KR20030069892A (ko) 2003-08-27
KR100979071B1 true KR100979071B1 (ko) 2010-08-31

Family

ID=27766053

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030011008A KR100979071B1 (ko) 2002-02-22 2003-02-21 이중 배향 다결정성 재료의 화학 기계적 연마
KR1020047013135A KR100979658B1 (ko) 2002-02-22 2003-02-24 스캐닝 전자 현미경 및 포커싱된 이온 빔 디바이스를 사용하는 반도체 제조 프로세스의 제어
KR20047013133A KR20040088517A (ko) 2002-02-22 2003-02-24 결정학적 도량형학 및 공정 제어

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047013135A KR100979658B1 (ko) 2002-02-22 2003-02-24 스캐닝 전자 현미경 및 포커싱된 이온 빔 디바이스를 사용하는 반도체 제조 프로세스의 제어
KR20047013133A KR20040088517A (ko) 2002-02-22 2003-02-24 결정학적 도량형학 및 공정 제어

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7972440B2 (ko)
JP (2) JP2005518552A (ko)
KR (3) KR100979071B1 (ko)
AU (2) AU2003217630A1 (ko)
GB (2) GB2405745A (ko)
WO (2) WO2003073448A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7171247B2 (en) 2001-04-26 2007-01-30 Phoenix Korea Co., Ltd. Hinge device

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7342225B2 (en) * 2002-02-22 2008-03-11 Agere Systems, Inc. Crystallographic metrology and process control
US8615314B1 (en) * 2004-09-02 2013-12-24 Advanced Micro Devices, Inc. Process control using analysis of an upstream process
FR2875053A1 (fr) 2004-09-07 2006-03-10 St Microelectronics Sa Circuit integre comprenant des lignes de cuivre et procede de formation de lignes de cuivre
US7495231B2 (en) 2005-09-08 2009-02-24 Agilent Technologies, Inc. MALDI sample plate imaging workstation
GB0520829D0 (en) * 2005-10-13 2005-11-23 Univ Cambridge Tech Image processing methods and apparatus
US7964422B1 (en) * 2005-11-01 2011-06-21 Nvidia Corporation Method and system for controlling a semiconductor fabrication process
US20070239305A1 (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Haoren Zhuang Process control systems and methods
JP5165878B2 (ja) * 2006-10-20 2013-03-21 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置の制御装置、制御方法および制御プログラムを記憶した記憶媒体
KR100980603B1 (ko) * 2008-01-28 2010-09-07 재단법인서울대학교산학협력재단 순차적 사슬형태의 단일클래스 분류기를 이용한 공정이상검출 방법
DE102008035163B4 (de) * 2008-07-28 2013-12-12 Ellcie Industries Gmbh Elektronenmikroskop
DE102008035165A1 (de) * 2008-07-28 2010-02-11 Ellcie Maintenance Gmbh Elektronenmikroskop
JP5595054B2 (ja) * 2010-01-29 2014-09-24 株式会社日立ハイテクサイエンス 電子顕微鏡及び試料分析方法
CN102490120B (zh) * 2011-11-29 2013-10-09 清华大学 用于化学机械抛光机的自适应逆控制系统
US9879357B2 (en) 2013-03-11 2018-01-30 Tivra Corporation Methods and systems for thin film deposition processes
US8963206B2 (en) * 2012-08-27 2015-02-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for increasing fin density
JP6261178B2 (ja) * 2013-03-27 2018-01-17 株式会社日立ハイテクサイエンス 荷電粒子ビーム装置、荷電粒子ビーム装置を用いた試料の加工方法、及び荷電粒子ビーム装置を用いた試料の加工コンピュータプログラム
KR102410666B1 (ko) 2015-01-09 2022-06-20 삼성전자주식회사 반도체 소자의 계측 방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
US20160380045A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-29 Tivra Corporation Crystalline semiconductor growth on amorphous and poly-crystalline substrates
US9846933B2 (en) * 2015-11-16 2017-12-19 General Electric Company Systems and methods for monitoring components
CN106392233B (zh) * 2016-12-06 2018-08-14 兰州大学 一种电镜原位加热装置结合焊料的纳米焊接方法
US20190287762A1 (en) * 2018-01-25 2019-09-19 Fei Company System and method of preparing integrated circuits for backside probing using charged particle beams
KR20210021369A (ko) * 2018-07-13 2021-02-25 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Sem 이미지 향상 방법들 및 시스템들
CN117001534A (zh) * 2018-09-24 2023-11-07 应用材料公司 以机器视觉作为对cmp工艺控制算法的输入
KR102649132B1 (ko) 2018-12-31 2024-03-20 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. E-빔 이미지 향상을 위한 완전 자동화 sem 샘플링 시스템
CN110712094B (zh) * 2019-09-06 2021-07-23 中国兵器科学研究院宁波分院 降低离子束抛光光学元件表面污染的方法
JP7188373B2 (ja) * 2019-12-11 2022-12-13 トヨタ自動車株式会社 データ解析システム及びデータ解析方法
CN111421390B (zh) * 2020-02-29 2021-10-12 湖南大学 一种制造微纳米台阶阵列结构的离子束抛光加工方法
US11847776B2 (en) 2020-06-29 2023-12-19 Applied Materials, Inc. System using film thickness estimation from machine learning based processing of substrate images
JP7362937B2 (ja) * 2020-09-23 2023-10-17 三菱重工業株式会社 敵対的生成ネットワークを用いた生産条件生成システム、及びその生産条件生成方法並びに生産条件生成プログラム
CN112484922A (zh) * 2020-11-13 2021-03-12 北京北方华创微电子装备有限公司 一种工艺腔室漏率检测方法、半导体工艺设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100206663B1 (ko) * 1995-01-05 1999-07-01 아끼구사 나오유끼 망간산화물을 함유하는 슬러리 및 이를 사용한 반도체 장치의 제조방법
KR20010060210A (ko) * 1999-10-27 2001-07-06 조셉 제이. 스위니 금속 평탄화용 ｃｍｐ 슬러리
JP2001247853A (ja) * 2000-02-11 2001-09-14 Fujimi Inc 研磨用組成物
KR20030035637A (ko) * 2001-11-01 2003-05-09 제일모직주식회사 구리배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4649556A (en) * 1982-09-24 1987-03-10 Northwestern University Method and apparatus for the "on-line", nondestructive measurement and control of grain size in materials
JPH0751478B2 (ja) * 1989-11-24 1995-06-05 新技術事業団 化合物結晶のエピタキシャル成長方法
DE69128996T2 (de) * 1990-10-10 1998-09-10 Honeywell Inc Identifizierung eines Prozesssystems
US5293216A (en) * 1990-12-31 1994-03-08 Texas Instruments Incorporated Sensor for semiconductor device manufacturing process control
JPH0737821A (ja) * 1993-07-20 1995-02-07 Hitachi Ltd 薄膜製造装置及び半導体装置の製造方法
JP3258821B2 (ja) * 1994-06-02 2002-02-18 三菱電機株式会社 微小異物の位置決め方法、分析方法、これに用いる分析装置およびこれを用いた半導体素子もしくは液晶表示素子の製法
US5466934A (en) * 1995-01-18 1995-11-14 Adams; Brent L. Method and apparatus for identification of crystallographic defects
JP2813147B2 (ja) * 1995-02-14 1998-10-22 三菱電機株式会社 微小異物の分析方法、分析装置およびこれらを用いる半導体素子もしくは液晶表示素子の製法
US5557104A (en) * 1995-10-24 1996-09-17 Texsem Laboratories, Inc. Method and apparatus for determining crystallographic characteristics in response to confidence factors
JPH10239254A (ja) * 1997-02-26 1998-09-11 Hitachi Ltd 粒子散乱分析方法及び装置，並びに半導体装置の製造方法
JP3141845B2 (ja) * 1998-06-19 2001-03-07 住友金属工業株式会社 単結晶の製造方法
US6298470B1 (en) * 1999-04-15 2001-10-02 Micron Technology, Inc. Method for efficient manufacturing of integrated circuits
US6511898B1 (en) * 2000-05-24 2003-01-28 Advanced Micro Devices Inc. Method for controlling deposition parameters based on polysilicon grain size feedback
US6625512B1 (en) * 2000-07-25 2003-09-23 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for performing final critical dimension control
US6825467B2 (en) * 2002-06-25 2004-11-30 Agere Systems, Inc. Apparatus for scanning a crystalline sample and associated methods

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100206663B1 (ko) * 1995-01-05 1999-07-01 아끼구사 나오유끼 망간산화물을 함유하는 슬러리 및 이를 사용한 반도체 장치의 제조방법
KR20010060210A (ko) * 1999-10-27 2001-07-06 조셉 제이. 스위니 금속 평탄화용 ｃｍｐ 슬러리
JP2001247853A (ja) * 2000-02-11 2001-09-14 Fujimi Inc 研磨用組成物
KR20030035637A (ko) * 2001-11-01 2003-05-09 제일모직주식회사 구리배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7171247B2 (en) 2001-04-26 2007-01-30 Phoenix Korea Co., Ltd. Hinge device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030069892A (ko) 2003-08-27
WO2003073448A2 (en) 2003-09-04
US7972440B2 (en) 2011-07-05
KR100979658B1 (ko) 2010-09-02
JP4737933B2 (ja) 2011-08-03
AU2003217630A8 (en) 2003-09-09
JP2005518614A (ja) 2005-06-23
AU2003225728A1 (en) 2003-09-09
AU2003217630A1 (en) 2003-09-09
GB2402809B (en) 2006-09-20
GB0418786D0 (en) 2004-09-22
AU2003225728A8 (en) 2003-09-09
US20060048697A1 (en) 2006-03-09
JP2005518552A (ja) 2005-06-23
KR20050004786A (ko) 2005-01-12
WO2003073481A2 (en) 2003-09-04
GB2405745A (en) 2005-03-09
WO2003073481A3 (en) 2004-06-03
GB0418787D0 (en) 2004-09-22
GB2402809A (en) 2004-12-15
KR20040088517A (ko) 2004-10-16
WO2003073448A3 (en) 2004-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100979071B1 (ko) 이중 배향 다결정성 재료의 화학 기계적 연마
US9214359B2 (en) Method and apparatus for simultaneously removing multiple conductive materials from microelectronic substrates
US7033409B2 (en) Compositions for chemical mechanical planarization of tantalum and tantalum nitride
US6017803A (en) Method to prevent dishing in chemical mechanical polishing
JP2004534377A (ja) 集積回路を平坦化するための粘性保護オーバレイ層
US20070105247A1 (en) Method And Apparatus For Detecting The Endpoint Of A Chemical-Mechanical Polishing Operation
WO2007002915A2 (en) Slurry for chemical mechanical polishing of aluminum
US6739953B1 (en) Mechanical stress free processing method
KR20000058029A (ko) 연마방법 및 연마액
JP4593882B2 (ja) デュアル配向多結晶材料の化学機械研磨
US6914002B2 (en) Differential planarization
Kallingal et al. An investigation of slurry chemistry used in chemical mechanical planarization of aluminum
Saif Islam et al. Ultra-smooth platinum surfaces for nanoscale devices fabricated using chemical mechanical polishing
EP1231300B1 (en) Plating method and device, and plating system
US6809032B1 (en) Method and apparatus for detecting the endpoint of a chemical-mechanical polishing operation using optical techniques
US6670272B2 (en) Method for reducing dishing in chemical mechanical polishing
US6825117B2 (en) High PH slurry for chemical mechanical polishing of copper
US6875322B1 (en) Electrochemical assisted CMP
US7198729B2 (en) CMP slurry and method of manufacturing semiconductor device
US20100112816A1 (en) Method of reducing non-uniformities during chemical mechanical polishing of microstructure devices by using cmp pads in a glazed mode
US6638868B1 (en) Method for preventing or reducing anodic Cu corrosion during CMP
JP2005294282A (ja) ポストｃｍｐ保管及び洗浄用の界面活性剤
US7468322B1 (en) Methods of multi-step electrochemical mechanical planarization of Cu
Aksu et al. Electrochemical Mechanical Planarization (eCMP) of Copper Thin Films
JP2005129578A (ja) 化学的機械研磨用の界面活性剤

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20030221

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20080221

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20030221

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20090702

Patent event code: PE09021S01D

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20100104

Patent event code: PE09021S02D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20100531

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20100825

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20100826

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130801

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20130801

Start annual number: 4

End annual number: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20170705