KR100394049B1 - 연마용슬러리및그의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 5 내지 30 nm의 평균 제1 입자 크기를 가지는 훈증 실리카를 수성 용매중에서 분산시킴으로써 수득된 실리카 분산 용액을 함유하는 연마용 슬러리에 관한 것으로, 이때 실리카 분산 용액은 실리카 농도 1.5 중량%에서 광산란 지수(n)가 3 내지 6이고, 여기에 분산된 훈증 실리카는 중량 기준으로 30 내지 100 nm의 평균 제2 입자 크기를 가진다. 연마용 슬러리는 훈증 실리카가 중량 기준으로 30 내지 100 nm인 평균 제2 입자 크기를 함유하도록 수성 용매중에 훈증 실리카를 분산시킴으로써 수득한 실리카 분산 용액을 고압 균질화기를 사용하여 분쇄시킴으로써 제조된다. 연마용 슬러리는 반도체 웨이퍼 및 IC 공정에서 층간 유전체를 연마하기 위해 사용된다.

Description

연마용 슬러리 및 그의 제조 방법
본 발명은 규소로 대표되는 반도체 웨이퍼를 연마하고, IC 조립 공정에서 층간 유전체(이하, 보통 CMP라 함)을 연마하는데 바람직하게 사용될 수 있는 신규 연마용 슬러리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고순도, 뛰어난 연마 성능 및 뛰어난 보존 안정성의 특징을 가지며, 수성 용매에서 훈증 실리카 입자들을 분산시킴으로써 수득되는 실리카 분산 용액을 함유하는 연마용 슬러리에 관한 것이다.
실리카 분산 용액을 함유하는 종래의 연마용 슬러리는 출발 물질로서 규산나트륨을 사용함으로써 수득되는 콜로이드성 실리카를 함유하는 것에 의해 대표될 수 있다. 예컨대, 뉴 세라믹스(New Ceramics No, 2, pp. 45-46, 1995)에는 규산나트륨으로부터 수득된 콜로이드성 실리카를 함유하는 규소 웨이퍼에 대한 연마용 슬러리를 개시하고 있다. 콜로이드성 실리카는 액상으로 합성되고, 건조되지 않은 분산액의 형태로 사용되며, 작은 평균 입경, 우수한 분산성 및 용액에서 매우 우수한 안정성을 보이고 있다.
그러나, 일반적으로, 콜로이드성 실리카는 순도가 낮으며, 고순도를 요구하는 반도체 웨이퍼에 대한 연마용 슬러리로서, 또는 IC 공정에서 층간 유전체에 대한 연마용 슬러리로서는 사용될 수 없었다. 특히, 층간 유전체에 대한 연마용 슬러리는 중금속 등의 양이온으로 인해 심각한 오염 문제가 야기되며, 따라서 고순도를 가져야 한다.
상기 요건을 충족시키기 위하여, 상기 문헌은 콜로이드성 실리카의 출발 물질로서 알콕시드 등의 유기규소 화합물을 사용함으로써 콜로이드성 실리카를 수득하는 방법을 기재하고 있다.
그러나, 콜로이드성 실리카는 산업상 규모로는 불량한 수율로 제조된다. 이외에도, 유기규소 화합물을 사용하는 방법은 출발 물질로 인한 제조 비용의 상승 문제가 있다.
또한, 콜로이드성 실리카의 입자들은 부드럽고, 연마된 표면에 대하여 손쉽게 강력히 부착되며, 세정에 의해서 조차도 충분한 정도로 제거될 수 없다. 이는 출발 물질로서 규산나트륨을 사용함으로써 수득된 많은 불순물을 함유하는 콜로이드성 실리카가 사용될 때 연마된 표면이 훨씬 더 오염됨을 의미한다.
콜로이드성 실리카이외에도, 미세 실리카이면서, 수소 산소 연소 불꽃에서 사염화규소를 태움으로써 산업상 규모에서 우수한 수율로 수득되는 훈증 실리카가 공지되어 있었다. 훈증 실리카는 콜로이드성 실리카의 경우처럼 작은 제1 입자 크기를 가지며, 고순도를 가진다. 따라서, 콜로이드성 실리카를 사용하는 연마용 슬러리의 대체 연마용 슬러리로서 훈증 실리카를 사용하고자 하는 시도가 있어왔다.
예컨대, 일본특허 공고공보 제20350/1982호 및 일본특허 공개공보 제60420/1991호에는 수성 용매에서 훈증 실리카를 분산시킴으로써 수득되는 규소 분산 용액, 및 상기 실리카 분산 용액을 함유하는 규소 웨이퍼용 연마용 슬러리를 개시하고 있다.
그러나, 훈증 실리카는 큰 비표면적(작은 제1 입자 크기)을 가질 때 미립자로서 수용액중에서 매우 어렵게 안정적으로 분산될 수 있는 건조 응집 분말의 형태로 제공될 수 있다.
그러므로, 상기 문헌은 75 ㎡/g 이하의 비표면적을 가지는 훈증 실리카를 사용하여 실리카 입자가 바람직하게 분산되는 실리카 분산 용액을 제조하는 것이 바람직함을 교시하고 있다.
75 ㎡/g 이하의 비표면적을 가지는 훈증 실리카는 후술하게 될 비표면적으로부터 계산될 때 36 nm 이상의 비교적 큰 평균 제1 입자 크기를 가지며, 우수한 분산성을 가지는 실리카 분산 용액을 비교적 용이하게 수득하게 된다. 그러나, 불꽃중에 형성되는 훈증 실리카는 경질 입자들을 가진다. 그러므로, 훈증 실리카의 실리카 분산 용액이 연마용 슬러리로서 사용될 때, 연마된 표면들은 흠집이 나고, 평면성을 상실하는 경향을 가져 반도체 웨이퍼 또는 IC 공정중 층간 유전체를 위한 연마용 슬러리로서 이를 사용하고자 하는 관점에서 문제점을 야기시킨다. 최근 관심을 유도하는 IC 공정에서 유리막에 의해 표시되는 층간 유전체(자주 전선층으로명명)을 연마용 CMP에서, 특히 전선층에 형성되는 흠집이 그 위에 형성된 전선의 절단을 야기시킨다. 더군다나, 본 발명자들은, 실리카 분산 용액을 수 달간 방치하면 상청액이 형성된다는 사실, 즉 실리카 분산 용액이 불량한 보존 안정성을 가진다는 것을 확인하였다.
지금까지 분산용으로 사용된 고전단 혼합기를 사용함으로써 작은 제1 입자 크기 및 75 ㎡/g 이상의 비표면적을 가지는 훈증 실리카를 사용하는 실리카 분산 용액을 제조하기 위한 시도를 할 때, 불량한 분산성을 가지는 실리카 때문에 불량한 분산 안정성이 수득된다. 이외에도, 실리카 분산 용액은 그의 점도가 증대되어 더 이상 사용할 수 없게된다. 적절한 점도를 가지는 실리카 분산 용액이 수득된다할지라도, 이와 같은 실리카 분산 용액을 함유하는 연마용 슬러리는 제1 입자들이 응집되어 이루어진 다양한 크기들의 입자들을 함유한다. 그러므로, 연마 성능은 잘 재생되지 않고, 이외에도 연마율이 낮다.
훈증 실리카를 사용한 실리카 분산 용액의 안정성을 향상시킬 목적으로, 일본특허 공개공보 제338/1993호에는 표면 실란올기 밀도가 1 nm2 당 0.3 이상이지만 3이하인 규산 무수화물을 수성 용매에서 분산시킴으로써 수득되는 규산 무수화물의 수 분산 조성물(실리카 분산 용액)을 개시하고 있다.
실리카 분산 용액이 우수한 안정성을 가지는 것으로 기재되어 있다할 지라도, 분산되기 이전에 실리카를 건조시키고, 상술한 조건들을 충족시키기 위하여 실리카 표면을 알콕시실란 커플링제로 처리하는 귀찮은 조작을 필요로 함으로써 실리카 분산 용액을 수득하게 된다. 이외에도, 표면 처리 실리카의 분산 용액을 제조하기 위한 방법에서 사용되는 분산기는 상술한 선행 기술에서 사용된 것과 같은 고전단 유형이다. 상기 분산기를 사용함으로써 수득되는 실리카 분산 용액은 상술한 바와 같이 다양한 크기를 가지는 응집된 입자들을 포함하며, 또한 연마용 슬러리로서 사용될 수 있도록 하는 연마 성능에 관하여 개선될 여지를 많이 남겨두고 있다.
그러므로, 본 발명의 제1 목적은 수성 용매에서 훈증 실리카 입자들을 분산시킴으로써 수득된 실리카 분산 용액을 함유하고, 우수한 연마 성능 및 보존 안정성을 보이는 연마용 슬러리를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 상술한 연마용 슬러리를 바람직하게 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하기로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 상술한 목적들 및 장점은 특정 값보다 작은 평균 제1 입자 크기를 가지는 훈증 실리카를 수성 용매중에 분산시킴으로써 제조되며, 특정 범위내의 광산란 지수 및 평균 제2 입자 크기를 보이는 실리카 분산 용액을 연마용 슬러리로서 사용함으로써 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명에서 사용된 정면 충돌 제트 분쇄기의 배열을 도시한 배치도이다.
즉, 본 발명에서는 5 내지 30 nm의 평균 제1 입자 크기를 가지는 훈증 실리카를 수성 용매에서 분산시킴으로서 수득된 실리카 분산 용액을 함유하는 연마용 슬러리에 관한 것으로, 여기에서 실리카 분산 용액은 1.5 중량%의 실리카 농도에서 광산란 지수(n)가 3 내지 6이고, 여기에 분산된 훈증 실리카의 평균 제2 입자 크기는 중량 기준으로 30 내지 100 nm이다.
본 발명은 또한 수성 용매중에서 훈증 실리카를 분산시킴으로써 수득된 실리카 분산 용액을 고압 균질화기를 사용하여 분쇄시킴으로써 연마용 슬러리를 제조하는 방법이므로, 훈증 실리카는 중량 기준으로 30 내지 100 nm의 평균 제2 입자 크기를 갖게 된다.
본 명세서에서는, 훈증 실리카의 평균 제1 입자 크기를 하기 화학식(1)에 따라 그의 비표면적으로부터 계산한다:
식 중에서, d는 평균 제1 입자 크기이고, s는 비표면적이며, D는 훈증 실리카의 밀도(2.2 g/㎤)이다.
광산란 지수(n)은 시판중인 분광 광도계를 사용하여 실리카 분산 용액의 스펙트럼을 측정함으로써 발견된다. 우선, 광행로 길이가 10 mm인 시료 셀 및 참고용 셀에 탈이온수를 충진하여 460 내지 700 nm의 파장 범위에서 제로점을 측정한다. 다음에, 실리카 분산 용액을 탈이온수로 희석하여 실리카 분산 용액의 실리카 농도가 1.5 중량%가 되도록 한다. 그후 시료 셀에 그의 농도가 조정된 실리카 분산 용액을 충진하여 파장(λ) 460 내지 700 nm의 영역에서 흡수도(τ)를 측정한다. 로그(λ)및 로그(τ)를 다음 식을 사용하여 플롯한다:
직선의 경사도(-n)는 적어도 제곱의 방법을 기준으로 하여 측정된다. 이 경우에, n은 광산란 지수를 나타낸다. τ는 가능한한 여러 위치에서 n의 정밀도를 향상시키는 관점으로부터 측정되는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 241 위치에서 측정한다.
흡수도를 정확하게 측정하기 위해서는, 측정 기구의 감도를 고려할 때 흡수도의 범위가 0.01 내지 3인 것이 바람직하다. 그러므로, 이 목적을 위해서는, 흡수도를 측정하기 위한 셀의 광행로 길이가 10 mm가 되도록 고정시키고, 연마용 슬러리인 실리카 분산 용액중에서 실리카 농도를 1.5 중량%가 되도록 고정시켜 흡수도를 거의 0.01 내지 3의 범위에서 측정할 수 있다. 또한, 흡수도를 측정하기 위한 파장의 범위에 있어서, 460 내지 700 nm의 범위가 선택되며, 이 범위내에서 직선은 로그(λ) 및 로그(τ)를 플롯함으로써 형성되고, 고감도를 수득한다. 더군다나, 평균 제2 입자 크기는 원심분리 입자 크기 분석기를 사용함으로써 측정된다. 즉, 평균 제2 입자 크기는 입자 크기 분석기를 사용함으로써 측정된 바와 같이 중량 기준상에서 발견된 값이다.
본 발명에서는 실리카 분산 용액을 제조하기 위하여 용융 실리카를 사용한다. 수소-산소 연소 불꽃 중에서 실리카 사염화물을 연소시키는 공지된 방법에 의해 용융 실리카를 수득할 수 있다. 제조 조건을 변화시키는 경우, 용융 실리카는 비표면적 약 50 내지 약 500 m2/g 범위이다. 상기한 식 1에 의해 계산하는 경우, 비표면적 50 내지 500 m2/g인 실리카는 약 55 내지 약 5 nm의 평균 제1 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 연마용 슬러리의 경우, 응용 실리카는 우수한 보존 안정성을 수득하고, 연마된 표면을 손상으로부터 방지하기 위하여 평균 제1 입자 크기 5 내지 30 nm, 바람직하게는 5 내지 27 nm, 보다 바람직하게는 5 내지 23 nm인 것이 필수적이다.
즉, 평균 제1 입자 크기 30 nm를 초과하는 용융 실리카를 사용하는 경우, 수득된 실리카 분산 용액은 우수한 분산성을 나타낸다. 그러나, 수개월 동안 방치시키면, 상청액은 투명해지고, 용기의 바닥에 침전물이 석출되며, 불량한 보존 안정성을 나타낸다. 이외에도, 큰 평균 제1 입자 크기를 갖는 용융 실리카를 사용하는 연마용 슬러리는 용융된 실리카의 큰 경도에 기인하여 연마된 표면을 손상시키는 문제점이 발생된다.
한편, 5 nm 보다 작은 평균 제1 입자 크기를 갖는 용융 실리카를 제조하는 것은 곤란하다.
상기한 바와 같이, 수성 용매 중에 용융된 실리카를 분산시킴으로써 수득된 연마용 슬러리가 공지되어 있다. 구체적으로 개시된 연마용 슬러리는 분산성을 고려하여 비표면적 75 m2/g (36 nm 이상의 평균 제1 입자 크기) 이하인 용융 실리카를 사용한다. 따라서, 상기 용융 실리카를 사용하는 연마용 슬러리는 불량한 보존 안정성을 나타내고, 연마된 표면을 손상시킨다.
본 발명의 연마용 슬러리에서는, 평균 제1 입자 크기 이외에도 용융 실리카를 분산시킴으로써 수득되는 실리카 분산 용액은 1.5 중량 %의 실리카 농도에서 광산란 지수 (이후, 종종 간단히 "n"으로 칭함) 3 내지 6, 바람직하게는 3 내지 5,보다 바람직하게는 3.1 내지 5를 나타내는 것이다.
즉, n값이 3 보다 작은 실리카 분산 용액을 연마용 슬러리로서 사용하는 경우, 거칠게 응집된 입자의 비는 연마된 표면의 손상, 더우기 연마율의 감소를 증가시킨다. 한편, n값이 6보다 작지 않은 실리카 분산 용액을 제조하는 것은 곤란하다.
따라서, 평균 제1 입자 크기를 만족시키고, n값이 3 이상인 실리카 분산 용액을 함유하는 연마용 슬러리는 동일한 비표면적을 갖는 용융 실리카를 분산시킴으로써 통상적 방법에 따라 수득된 n 치 3 미만인 실리카 분산 용액을 포함하는 연마용 슬러리와 비교하여 월등한 보존 안정성을 나타낼 뿐 아니라 현저하게 개선된 연마 성능을 나타낸다.
용융 실리카를 실리카 분산 용액을 제조하는 통상적인 방법에 따라 균질화기로 대표되는 분산 장치를 사용하여 수성 용매 중에서 분산시키는 경우, n값이 3 이상인 실리카 분산 용액을 수득하기 곤란하다. 특히, n값이 분산된 용융 실리카의 제1 입자 크기의 감소에 따라 감소한다.
본 발명의 연마용 슬러리의 경우, 광산란 지수(n)은 3 이상이고, 실리카 분산 용액 중에 분산된 용융 실리카의 평균 제2 입자 크기가 연마된 표면의 손상을 억제하고, 우수한 보존 안정성을 수득하기 위하여, 30 내지 100 nm, 특히 30 내지 90 nm인 것이 중요하다.
용융 실리카를 분산시키기 위한 수단로서, 문헌 (Journal of Ceramic Society of Japan 101 (6), p 707-712)에 초음파로 처리한 실리카 분산 용액이 개시되어 있다. 그러나, 상기 문헌에 개시된 초음파에 의해 처리된 실리카 분산 용액은 실험실에서 제조된 것이고, 균일한 분산성을 나타내며, 본 발명의 n 치와 유사한 우수한 n값을 갖는다. 그러나, 용융 실리카 입자의 제2 응집된 입자는 충분한 크기로 분쇄되지 않고, 100 nm 이하의 평균 제2 입자 크기를 수득할 수 없다. 여기서, 상기 문헌의 도 4에 나타낸 입자 크기 분포 곡선으로부터 구해진 평균 제2 입자 크기는 약 160 nm이고, 본 발명의 조건과 동일한 조건하에서 측정하는 경우, 약 130 nm가 된다. 100 nm를 넘는 평균 제2 입자 크기를 갖는 실리카 분산 용액은 연마된 표면을 손상시키고, 보존 안정성의 면에서 개선의 여지가 있다,
초음파를 사용한 처리의 경우, 더우기, 초음파 발생 요소로부터 금속의 용출이 실리카 분산 용액의 순도의 면에서 또 다른 개선의 여지가 있는 것으로 지적되어 왔다.
단일 분산도 1.2 내지 2의 실리카 분산 용액은 추가로 연마용 슬러리로서의 월등한 연마 특성을 나타낸다.
여기서, 입자의 중량을 작은 크기의 입자의 중량에 합하는 경우, 원심 분리 입자 크기 분석기를 사용하여 측정한 값을 기준으로 작성한 입자 크기 분포 곡선에서 총량의 25 중량 %의 입자 크기를 D25로 나타내고, 총량의 75 중량%의 입자 크기를 D75로 나타내는 경우, 단일 분산도는 D75를 D25로 나누어 수득된 수치, 즉, D75/D25를 나타낸다.
상기한 특정한 평균 제2 입자 크기 및 단일 분산도를 상기한 범위내에 있도록 조절하므로서, 용융된 실리카를 보다 정교하게 분산시키고, 보다 거칠게 응집된 입자를 덜 형성시킴으로써, 시료의 표면에 연마 후 손상이 덜 하고, 월등한 연마 특성을 나타내어 월등한 평면성을 제공한다.
본 발명에서, 연마용 슬러리를 구성하는 수성 용매로서 물 또는 물을 함유하는 혼합 용매를 제한 없이 사용한다. 혼합물 용매로 사용하는 그 이외의 용매의 예는 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올과 같은 알콜, 또는 에테르 또는 케톤과 같은 극성 용매를 단독으로 또는 2종 이상을 함께 혼합하여 사용할 수 있다.
일반적으로, 극성 용매를 전체 용매에 대하여 10 중량 % 이하, 바람직하게는 3 중량 % 이하, 보다 바람직하게는 1 중량 % 이하로 사용한다.
또한, 요구된 바와 같이, 계면활성제와 같은 광범위하게 공지된 분산 보조제를 10 중량 % 이하, 바람직하게는 3 중량 % 이하, 보다 바람직하게는 1 중량 % 이하의 농도로 수성 용매에 가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연마용 슬러리의 pH는 제한이 없으며, 즉, pH를 연마의 용도에 따라 적당하게 결정할 수 있다. 산성 영역 내지 약한 알칼리성 영역의 범위에 걸친 실리카 분산 용액은 증가된 점도를 나타내는 문제점이 있다. 그러나, 실리카 분산 용액의 점도는, 분산 보조제인 계면활성제 이외에 염화나트륨, 염화칼륨, 황산칼륨, 탄산칼륨, 아세트산칼륨, 염화암모늄, 황산암모늄, 탄산암모늄 및 황산마그네슘과 같은 다수의 염을 이 용액에 가함으로써 감소시킬 수 있으므로 용이하게 사용할 수 있다. 염을 실리카 분산 용액에 대하여 10 ppm 내지 1 중량 %의 양으로 사용할 수 있다.
또한, 알칼리를 수성 용매에 가하여 실리카 분산 용액의 점도를 저하시키고 연마율을 조절할 수 있다. 알칼리로서, KOH와 같은 알칼리 수산화물 뿐만 아니라, 암모니아, 아민, 테트라메틸암모늄 히드록시드 등과 같은 연마용 슬러리의 조성물로서 통상적으로 공지된 알칼리를 제한없이 사용할 수 있다. 규소 웨이퍼용 연마용 슬러리의 경우, 알칼리로서, 모노에탄올아민, 이소프로판올아민, 에틸렌디아민, 프로판디아민, 디에탄올아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 트리에탄올아민, 피페라진, 2-메틸피페라진, N-메틸피페라진, 비스아미노프로필피페라진, 2-아미노메틸피페리딘, 2-피페리딘 에탄올, 트리에틸렌테트라민, 아미노에틸렌에탄올아민, 헥사메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 테트라메틸암모늄 히드록시드 및 테트라에틸암모늄 히드록시드와 같은 아민을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 또한, IC 공정에서 층간 유전체를 연마하기 위한 연마용 슬러리의 경우, 알칼리로서 KOH 또는 암모니아를 사용하는 것이 바람직하다.
알칼리를 목적 pH를 수득할 수 있는 양으로 가할 수 있다. 목적 pH를 수득하기 위하여, 일반적으로 용융 실리카의 비표면적을 증가시키면서 증가된 양으로 알칼리를 가하여야 한다. 구체적으로, IC 공정에서 규소 웨이퍼 또는 층간 유전체를 연마하기 위하여, 연마용 슬러리의 pH가 8 내지 13, 특히 8 내지 12가 되는 양으로 알칼리를 가하여야 한다.
본 발명에서, 실리카 분산 용액의 실리카 농도는 용도에 따라 적당하게 결정될 수 있다. 일반적으로 실리카 농도는 0.1 내지 40 중량 %, 특히 1 내지 30 중량% 범위이다. 즉, 실리카 농도가 40 중량 %를 초과하면, 실리카 분산 용액의 유동성이매우 불량해져 제조 공정을 수행하는 것을 보다 곤란하게 한다. 실리카 농도가 0.1 중량 % 보다 작은 경우, 연마 효율이 감소된다.
따라서, 실리카 농도가 상기한 범위내에 오도록 조절하여야 한다. 규소 웨이퍼의 초정밀 마감의 경우, 예를 들면, 0.5 내지 5 중량 % 정도로 낮은 실리카 농도를 갖는 실리카 분산 용액을 사용하여 제조한다. 연마용 슬러리를 운반하여야 하는 경우에는, 운반 비용을 감소시키기 위하여 실리카의 농도가 20 중량 % 보다 작지 않도록 조절할 수 있다. 이 경우, 연마용 슬러리는 사용시에 수성 용매로 목적 농도로 희석시킨다. 연마용 슬러리를 연마되는 물질에 따라 이와 같이 높은 실리카 농도를 유지시키는 데 사용할 수 있다.
규소 웨이퍼 및 층간 유전체를, 중금속과 같은 금속 원소를 사용하는 불순물이 주요한 문제점이 되는 IC 공정에서 연마시키는 경우, 실리카 분산 용액을 칼륨을 제외한 pH 조절용 금속 원소의 함량은 10 ppm 이하, 바람직하게는 5 ppm 이하가 되도록 제조하는 것이 바람직하다,
본 발명에 따르면, 특별한 제한은 없지만, 상기한 특성을 갖는 실리카 분산 용액을 제조하는 데 하기 방법이 제안된다.
즉, 수성 용매 중에 용융 실리카를 분산시킴으로써 수득된 연마용 슬러리를 고압 균질화기를 사용하여 분쇄시켜 용융 실리카가 중량 기준으로 평균 제2 입자 크기 30 내지 100 nm를 갖도록 한다.
여기서, 분쇄는 용융 실리카의 응집물을 세분화시킨다는 의미 뿐만 아니라 수성 용매 중에서 분쇄되고 세분화된 실리카 입자를 분산시킨다는 의미를 포함한다.
본 발명에서, 고압 균질화기에 의한 분쇄는 실리카 분산 용액을 고압 부하하에 오리피스를 연속적으로 통과시킴으로써 용융 실리카를 분쇄시키는 것을 포함한다. 또한, 분쇄는 평균 제2 입자 크기 30 내지 100 nm, 특히 30 내지 90 nm인 정도로 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같은 조건을 만족시키는 장치는 500 내지 3500 kgf/cm2, 바람직하게는 800 내지 3500 kgf/cm2, 보다 바람직하게는 1200 내지 3500 kgf/cm2의 압력하에 실리카 분산 용액을 분쇄시킬 수 있는 장치일 수 있다. 이는 고분쇄 효율을 유지하면서 방법을 수행할 수 있도록 한다.
상기 고압 분쇄는 바람직한 분쇄를 수득하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 분쇄를 보다 유리하게 수득하기 위하여, 고압 부하하에 실리카 분산 용액을 통과시키기 위한 장치 이외에 오리피스를 통과한 실리카 분산 용액을 정면 충돌시키기 위한 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 일반적으로 소위 정면 충돌 제트 분쇄기라고 불리우는 시판 입수가능한 장치를 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 정면 충돌 제트 분쇄기의 배치를 도식적으로 나타내는 도 1을 참고로 하면, 출발 물질인 실리카 분산 용액 1은 펌프 2에 도입되고, 도관 3을 통하여 일반적으로 4로 표시된 정면 충돌 제트 분쇄기로 보내어진다. 출발 물질인 실리카 분산 용액은 분지된 도관 5a 및 5b를 통하여 2 개의 흐름으로 분리되고, 접합점 6에서 충돌하여, 도관 7을 통하여 생성물 8로서 배출된다.
현재까지, 정면 충돌 제트 분쇄기를 코팅 물질, 안료, 잉크, 의약, 감광성 물질, 자기 기록 매체 등을 유화시키는 데 사용하여 왔으나, 본 발명의 방법에서 시도된 용융 실리카를 분산시키기 위해 사용했었던 적은 없었다.
정면 충돌 제트 분쇄기를 사용함으로써, 기본적으로 실리카 분산 용액이 가압되어 출구측으로 유도되고, 실리카 분산 용액이 2 개의 흐름으로 분지되며, 흐름이 오리피스를 통과함에 따라 좁아져서, 흐름 속도가 가속화되고, 실리카 분산 용액 중에서 응집된 용융 실리카를 분쇄시키기 위하여 2 개의 흐름이 정면 충돌된다.
정면 충돌 제트 분쇄기를 사용함으로써, 분쇄 조건은 장치 상수 및 효율이 모델에 따라 상이하므로, 분쇄 효율이 사용된 실리카 분산 용액의 종류에 따라 상이하므로 정확하게 정의할 수 없다.
그러나, 일반적으로 분쇄 효율은 공정압에 따라 변화하므로, 분쇄 효율은 공정압 증가함에 따라 유효하게 증가한다.
정면 충돌시에 실리카 분산 용액의 속도는 상기한 공정압하에 상대 속도로 50 m/초 이상, 또는 100 m/초 이상, 또는 경우에 따라 150 m/초 이상에 이를 수 있다.
정면 충돌 제트 분쇄기를 사용함으로써 실리카 분산 용액을 정면 충돌시키는 방법은 1 회 내지 수십회 수행할 수 있다.
실리카 분산 용액을 가속화 및 충돌시키기 위한 부분을 구성하는 물질로서, 다이아몬드를 사용하는 것이 물질의 마모를 억제하는 면에서 유리할 수 있다. 이와 같은 장치의 대표적인 예는 나노마이저 (상표명 NANOMIZER, Nanomizer Inc.), 마이크로플루이다이저 (상표명 MICROFLUIDIZER, Microfluidics Corp.), 울티메이저(상표명 ULTIMAIZER, Sugino Machine, Ltd.)등이다. 상기한 장치는 모두 연속 흐름 형태이며, 출구로 배출되는 실리카 분산 용액은, 초음파 분산 또는 균질화기에 기하여 배치식으로 처리된 실리카 분산 용액과 상이하게, 균일하게 분쇄되고, 세분화되거나, 크게 균질하다.
그외에, 상기 언급한 장치는 불순물이 거의 침투되지 않도록 고도로 효율적으로 분쇄, 슈레딩 또는 분산 공정을 수행하며, 정량 가공 및 산업적으로 사용될 수 있도록 채택된다.
본 발명에서, 실리카 분산된 용액의 농도는 40 중량% 이하, 바람직하게는 30 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 20 중량% 이하인 것이 바람직하다. 농도가 40 중랑%를 초과함에 따라, 슬러리의 유동성이 매우 나빠져 분쇄 가공을 수행하기 어렵게 한다. 실리카 분산된 용액의 유동성은 분쇄 가공후 평균 입자 크기가 감소하거나 실리카 분산된 용액의 농도가 증가함에 따라 감소하여, 상기 가공을 수행하기 어렵게 한다. 그러한 경우, 실리카 농도가 낮은 출발 물질 슬러리를 본 발명의 공정으로 처리하여 점도를 저하시키고, 실리카를 점진적으로 가하여 슬러리 농도를 증가시키고 본 발명의 공정을 다시 채택한다.
또한, 본 발명의 공정에 있어서, 정면 충돌시키고자 할때 실리카 분산 용액의 pH를 8 내지 13, 더욱 바람직하게는 9 내지 12로 조정하여, 더욱 우수한 보존 안정성을 갖는 실리카 분산된 용액을 수득할 수 있도록 한다.
즉, 실리카 분산된 용액의 pH가 8 이상인 상태로 유지되며 실리카가 분산된다 하더라고 통상의 분산 방법에 따라서는 연장된 기간 동안 안정하게 남아있는 실리카 분산된 용액을 수득할 수 없다. 한편, 본 발명의 공정을 사용할 경우, pH가 8이상인 실리카 분산된 용액은 연장된 기간 동안 방치시킨 후에라도 또는 알칼리가 첨가되는 경우라도 응집되지 않는다.
상기 언급한 알칼리는 제한없이 사용할 수 있다. 알칼리의 양은 실리카의 종류에 따라 변화되기 때문에 이를 명확하게 결정할 수 없다. 통상적으로, 알칼리를 조금씩 가하여 pH 측정기를 사용하여 pH를 관측하면서 목적하는 pH를 수득한다.
산성 영역으로부터 약알칼리 영역까지의 범위에 걸쳐 실리카 분산된 용액의 대해, 상기 분산된 용액은 상기 기재한 바와 같이 증가된 점도를 나타낼 수 있다. 그러나, 그러한 경우, 출발 물질인 실리카 분산된 용액이 높은 점도를 나타냄을 물론, 분산 공정의 경우 노동 집약적 작업을 필요로 할 수 있다. 그러한 경우, 정면 충돌시키기 전에 상기한 바와 같은 분산 보조제로서 여러가지 염을 가하여, 분산 가공을 용이하게 하기 위하여 점도를 감소시킨 후 실리카 분산된 용액을 정면 충돌시킨다.
연마용 슬러리는 IC 가공에 있어서 연마 규소 웨이퍼 및 층간 유전체용으로 적합하게 사용할 수 있다.
실시예
본 발명은 본 실시예에 의해서 확실하게 기술되지만, 본 발명은 어떤 방법으로도 제한받지 않는다.
출발 물질인 실리카와 실리카 분산된 용액을 포함하는 연마용 슬러리를 하기기술되는 바와 같은 방법으로 분석하고 평가한다.
1. 비표면적
비표면적은 BET형 비표면적 측정 기구 (FlowSornb II; Shimadzu Corp. 제작)를 사용하여 측정한다.
2. 제1 평균 입자 크기
제1 평균 입자 크기는 상기 언급한 식 1에 따라 비표면적으로부터 계산한다.
3. 제2 평균 입자 크기
제2 평균 입자 크기는 디스크형 고속 원심분리 입자 크기 분석기 (BI-DCP; Nikkiso Co., Ltd.에 의해 제작)를 사용하여 측정한다.
4. 보존 안정성
방치시킨 연마용 슬러리가 유동성을 잃게 되도록 부분적으로 겔화될 때 까지의 경과 일수를 조사한다.
5. pH의 측정
pH 측정기 (F-22; Horiba, Ltd.에 의해 제작)를 사용하여 25℃에서 측정한다.
6. 점도의 측정
B형 점도측정기 (모델 BL; Tokimec, Inc.에 의해 제작)를 사용하여 25℃에서 측정. 15 mPa.s 이하의 시료는 저점도 측정용 어댑터를 부착시켜 측정한다.
7. 광산란 지수(n)의 측정
분광광도계 (모델 Ubest-35; Japan Spectroscopic Co., Ltd.에 의해 제작)을사용하여 측정한다. 먼저, 참조용 셀과 광학 통로 길이가 10 mm인 시료 셀을 탈이온수로 충전하여 전체 범위의 파장에 걸쳐 영점(zero point)을 보정한다. 이후, 연마용 슬러리를 탈이온수로 희석하여 실리카 분산된 용액의 실리카 농도가 1.5 중량%가 되도록 한다. 이후 시료 셀을 상기 희석 용액으로 충전하고 460 내지 700 nm 범위의 파장(λ)에 걸쳐 1 nm를 유지하는 241 점에서 흡광도(τ)를 측정한다. 로그(λ) 및 로그(τ)를 플롯하고, 상기 언급한 식 (2)를 사용하여, 최소 제곱법을 기준으로 직선의 경사도(-n)를 측정한다. 이 경우, n은 광산란 지수로 간주된다.
8. 연마 속도
두께가 약 1 μm인 열적으로 성장시킨 산화물 필름을 갖는 4-인치 규소 웨이퍼를 연마시킬 층간 유전체의 시료로서 사용한다. 연마 기구는 Engis, Corp.에 의해 제작된 EJ-380IN-S이고, 연마 시험은 500 g/cm2의 부하, 40 rpm의 표면 플레이트 회전 속도, 및 80 ml/분의 연마용 슬러리 공급 비율 조건하에서 수행한다. 연마 패드는 Rodel, Inc.에 의해 제작된 IC1000/Suba 400이다. 엘립소메터를 사용하여 연마시키기 전 및 후에 SiO2필름의 두께에 있어서의 변화를 측정하여 연마 속도를 측정한다.
또한, 시판중인 4-인치 규소 웨이퍼를 연마시킬 규소 웨이퍼의 시료로서 사용한다. 연마 장치는 Engis, Corp.에 의해 제작된 EJ-380IN-S이고, 연마 시험은 400 g/cm2의 부하, 40 rpm의 표면 플레이트 회전 속도, 및 80 ml/분의 연마용 슬러리 공급 속도 조건하에서 수행한다. 연마 패드는 Rodel, Inc.에 의해 제작된IC1000/Suba 400이다. 연마 속도는 연마 전 및 후에 규소 웨이퍼의 중량 감소로부터 계산한다. 규소 웨이퍼의 연마제에 대한 시험에서는 시험 연마용 슬러리를 1/10으로 희석시켜, 실리카 농도가 1 중량%가 되도록 한다.
9. 연마후 평면성 평가
연마후 시료의 평면성은 원자력 현미경 (Nanoscope III; Toyo Technica Co.에 의해 제작)을 사용하여 1 x 1 μm2의 면적상에서 표면 조도 (Ra)를 측정하여 평가한다.
10. 칼륨을 제외한 금속 원소의 함량
HF 및 HNO3의 혼합물로 처리한 연마용 슬러리가 무기 원소를 함유하는지 IPC-MS를 사용하여 조사한다. 측정할 무기 원소는 Na, Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn이다.
검출불가능한 미량으로 Na의 원자 번호 보다 큰 원자 번호를 갖는 기타 원소가 함유되어 있는지 확인한다. 상기 원소 검출용 하한치는 Cr의 경우 0.5 ppm이하이고, Ni의 경우 0.4 ppm 이하이며, 기타 원소의 경우 0.1 ppm 이하이다. 그러므로, 상기 9종의 원소를 모두 검출하기 위한 제한치는 1.6 ppm이다.
실시예 1
5 리터 폴리에틸렌 컨테이너에 탈이온수 2472 g 및 1N 수산화칼륨 수용액 168g을 공급하고, 함께 혼합한다. 이어서, 훈증 실리카 (REOLOSIL QS-10; Tokuyama Co. 제조; 비표면적 138 m2/g, 비표면적으로서 계산하여 제1 평균 입자 크기 20 nm)를 알칼리 수용액중에 넣고 막대를 사용하여 교반시켜 미리 혼합한다. 상기 수득한 실리카 분산된 용액의 pH는 10.6이고, 정면 충돌 제트 분쇄기(NANOMIZER LA-31; Nanomizer, Inc.에 의해 제조)를 사용하여 800 kgf/cm2의 압력하에서 3회 정면 충돌시켜 실리카 분산된 용액을 제조한다.
수득한 실리카 분산된 용액을 표 1에 나타낸 바와 같은 항목에 대해 측정한다. 실리카 분산된 용액의 실리카 농도는 12 중량%이고 우유빛 백색을 나타내는 균질 용액이다.
실리카 분산된 용액을 층간 유전체용 연마용 슬러리로서 사용하고, 연마 특성, 보존 안정성 등에 대해 측정한다. 결과를 표 1에 나타낸다.
상기 결과로부터, 본 발명의 층간 유전체용 연마용 슬러리는 훈증 실리카가 미세하게 분산되어 있으며, 안정성이 매우 높고 연마 성능이 우수한 실리카 분산된 용액임을 알 수 있었다. 출발 물질이 고도로 순수하기 때문에, 본 연마용 슬러리는 금속 원소를 거의 함유하지 않으며, 특히 층간 유전체를 매우 약간이라도 오염시키는 중금속은 거의 함유하지 않는다.
실시예 2 및 3
실리카 분산된 용액은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하지만 정면 충돌 처리중의 압력을 실시예 2에서는 500 kgf/cm2으로 및 실시예 3에서는 1100 kgf/cm2으로 변화시킨다. 실리카 분산된 용액을 표 1에 나타낸 바와 같은 항목에 대해 측정한다. 상기 실리카 분산된 용액을 층간 유전체에 대한 연마용 슬러리로서사용하여 이들의 연마 특성, 보존 안정성 등을 측정한다. 결과를 표 1에 나타낸다. 출발 물질이 고도로 순수하기 때문에, 본 연마용 슬러리는 금속 원소를 거의 함유하지 않으며, 특히 층간 유전체를 매우 약간이라도 오염시키는 중금속은 거의 함유하지 않는다.
실시예 4 내지 7
실리카 분산된 용액은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하지만 비표면적이 상이한 여러가지 종류의 훈증 실리카를 사용한다. 실리카 분산된 용액을 표 1에 나타낸 바와 같은 항목에 대해 측정한다. 상기 실리카 분산된 용액을 층간 유전체에 대한 연마용 슬러리로서 사용하여 이들의 연마 특성, 보존 안정성 등을 측정한다. 결과를 표 1에 나타낸다. 출발 물질이 고도로 순수하기 때문에, 본 연마용 슬러리는 금속 원소를 거의 함유하지 않으며, 특히 층간 유전체를 매우 약간이라도 오염시키는 중금속은 거의 함유하지 않는다.
n이 3 이상인 실리카 분산된 용액을 포함하는 연마용 슬러리가 우수한 보존 안정성 및 연마제 비율을 나타냄을 전술한 실시예로부터 이해할 수 있다. 또한 제2 평균 입자 크기가 30 내지 100 nm이고 단일 분산도가 1.2 내지 2인 실리카 분산된 용액을 포함하는 연마용 슬러리는 연마 처리후 우수한 평면성의 시료를 수득할 수 있도록 함을 이해할 수 있다.
[표 1]
비교예 1
균질화기 (ULTRATURRAX T-25, 이카 웍스사)를 분쇄기로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 분산 용액을 제조하였다. 실리카 분산 용액을 표 2에 기재된 항목에 대해 측정하였다. 실리카 분산 용액을 층간 유전체를 위한 연마용 슬러리로 사용하여, 그의 연마 특성, 보존 안정성 등을 측정하였다. 결과를 표 2에 기재하였다.
처리된 분산 용액의 양은 실시예 1에서 사용한 양의 1/3이고, 처리 시간은 30분이었다.
이러한 방법으로 얻어진 실리카 분산 용액으로 이루어진 연마용 슬러리는 n이 2,77이고, 여기서 실리카는 실시예 1과 비교하여 불량하게 분산되었다. 그러므로, 보존 안정성은 실시예의 것보다 불량하였고, 연마율은 작았다. 더욱이, 연마후, 시료의 표면 조도는 실시예의 것보다 낮은 0.33 nm였다.
상기 결과로부터 본 발명의 방법은 당업계에 공지된 방법과 비교하여 훈증된 실리카의 미세한 분산을 가능하게 하고, 따라서 본 발명에 따른 연마용 슬러리가 뛰어난 보존 안정성 및 연마 특성을 보이는 것으로 이해되었다.
비교예 2 내지 6
표 2에 기재된 바대로 상이한 평균 1차 입자 크기 (비표면적)를 갖는 다양한 종류의 훈증된 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1의 방법에 따라 실리카 분산 용액을 제조하였다. 이렇게 얻어진 실리카 분산 용액은 표 2에 기재된 항목에 대해 측정하였다. 더욱이, 실리카 분산 용액을 층간 유전체를 위한 연마용 슬러리로 사용하여 그의 연마 특성, 보존 안정성 등을 측정하였다. 결과를 표 2에 기재하였다.
상기 결과로부터, 비표면적이 감소됨에 따라 n이 3에 근접하나, 3을 초과할 수는 없는 것으로 이해될 것이다. 비교예 3 및 4에서, 훈증된 실리카는 안정한 실리카 분산 용액이 통상적인 방법에 의해 제조될 수 없는 큰 비표면적을 갖는다. 그러므로, 특정 시험 항목은 수행되지 않았다.
[표 2]
실시예 8
5ℓ의 폴리에틸렌 용기에 탈이온수 2550 g 및 피페라진 150 g을 혼입하고, 함께 혼합하였다. 다음으로 훈증된 실리카 (비표면적이 138 m2/g이고, 비표면적으로 계산된 평균 1차 입자 크기가 20 nm인 REOLOSIL QS-10 도쿠야마사) 300 g을 알칼리 수용액에 넣고, 예비 혼합하기 위하여 막대를 사용하여 교반하였다. 이렇게 하여 얻은 실리카 분산 용액은 pH 11.2를 보이고, 800 kgf/cm2의 압력 하에 정면 충돌 제트 분쇄기 (NANOMIZER LA-31 나노마이저 사)를 사용하여 정면 충돌 처리를 3번 수행하여 실리카-분산 용액을 제조하였다.
이렇게하여 얻은 실리카 분산 용액은 표 3에 기재된 항목에 대해 측정하였다. 실리카-분산 용액은 10 중량%의 실리카 농도를 갖고, 우유빛 흰색을 보이는 균질 용액이었다.
실리카-분산 용액을 실리카 웨이퍼에 대해 연마용 슬러리로 사용하고, 그의 특성 및 연마 특성을 측정하였다. 순수한 물로 희석되어 실리카 농도가 1 중량%인 실리카 분산 용액을 사용하여 연마 시험을 수행하였다. 결과를 표 3에 기재하였다.
상기 결과로부터 본 발명의 규소 웨이퍼를 위한 연마용 슬러리는 훈증된 실리카가 미세하게 분산되고, 매우 안정성이 높고, 뛰어난 연마 특성을 보이는 실리카 분산 용액이었다는 것을 알 수 있었다. 출발 물질의 순도가 매우 높기 때문에, 연마용 슬러리는 금속 원소, 특히 중금속 원소를 매우 소량 함유하여, 규소 웨이퍼를 거의 오염시키지 않았다.
실시예 9 및 10
상이한 비표면적을 갖는 다양한 종류의 훈증된 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 실리카 분산 용액을 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다. 실리카 분산 용액을 표 3에 기재된 항목에 대해 측정하였다. 실리카 분산 용액을 규소 웨이퍼에 대해 연마용 슬러리로 사용하여 그의 연마 특성, 보존 안전성 등을 측정하였다. 결과를 표 3에 기재하였다. 출발 물질의 순도가 매우 높기 때문에, 연마용 슬러리는 금속 원소, 특히 중금속 원소를 매우 소량 함유하므로, 실리카 웨이퍼를 거의 오염시키지 않았다.
상기 실시예로부터 3 이하가 아닌 n을 갖는 실리카 분산 용액으로 이루어진 연마용 슬러리는 뛰어난 보존 안정성 및 연마율을 보이는 것으로 이해된다. 평균 입자 크기가 30 내지 100 nm이고, 단일 분산도가 1.2 내지 2인 실리카 분산 용액으로 이루어진 연마용 슬러리가 연마 후 시료의 뛰어난 평면성을 가능하게하는 것으로 이해된다.
비교예 7 내지 9
균질화기 (ULTRATURRAX T-25, 이카 웍스사)를 분쇄기로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 8 내지 10과 동일한 방법으로 실리카 분산 용액을 제조하였다. 실리카 분산 용액을 표 3에 기재된 항목에 대해 측정하였다. 실리카 분산 용액을 층간 유전체를 위한 연마용 슬러리로 사용하여 그의 연마 특성, 보존 안정성 등을 측정하였다. 결과를 표 3에 기재하였다,
분산 용액의 양은 실시예 8의 1/3이었고, 처리 시간은 30분이었다.
본 방법에 따라, n은 3 미만이었고, 실리카는 실시예 8 내지 10의 것과 비교하여 불량하게 분산되었다. 그러므로, 보존 안정성은 실시예의 것보다 불량하고, 연마율은 작았다. 더욱이, 연마 후 시료의 표면 조도는 실시예의 것보다 낮았다.
상기 결과로부터 본 발명의 방법은 비교예의 것과 비교하여 훈증된 실리카를 미세하게 분산시키는 것으로 이해되고, 따라서 본 발명에 따라 얻은 연마용 슬러리는 뛰어난 보존 안정성 및 연마 특성을 보인다.
[표 3]
비교예 10
출발 물질로 소듐 실리케이트로부터 얻은 콜로이드성 실리카 (SNOWTEX 20L, 니산 코가꾸 코교사)를 사용하여 실리카 분산 용액을 얻고, 이온 교환으로 가능한 많은 불순 이온을 제거하였다. 실리카 분산 용액을 순수한 물로 희석하여 실리카 농도를 12 중량%가 되게하고, 수산화칼륨을 소량 첨가하여 pH 10.3이 되게하였다.
이렇게 얻은 실리카 분산 용액은 평균 1차 입자 크기가 46 nm, n값이 3.92, 점도가 2.2 mPa· s, pH가 10.3, 평균 2차 입자 크기가 57 nm, 단일 분산도 1.33을 보였다. 층간 유전체를 위한 슬러리로서 사용될 때, 이 실리카 분산 용액은 본 발명의 연마용 슬러리와 비길만한 연마 특성 및 보존 안정성을 보였다.
그러나, 실리카 분산 용액은 750 ppm의 금속 원소를 함유하여 실시예의 것 보다 상당히 낮은 순도를 나타내었다.
연마후 시료를 세척하고, 시료 상의 산화 필름을 히드로플루오르산으로 용해하고, 용액을 상기한 ICP-MS를 사용하여 분석하였다. 결과적으로 상기 총 9개의 금속 원소는 시료 웨이퍼의 비표면적 당 7.2×1013원자수/cm2인 것으로 계산될 수 있다.
또한, 실시예 3에서 시험된 시료가 분석되어 그의 오염 금속이 3.8×1011원자수/cm2이었다. 따라서 본 발명의 고순도 연마용 슬러리는 연마 표면 상에서 금속에 의한 오염을 감소시킬 수 있는 것으로 이해된다.
비교예 11 및 12
초음파 분쇄기 (SONICATOR, 모델 M15, 타이칸 세이사쿠쇼사)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 4 및 6과 동일한 방법으로 실리카 분산 용액을 제조하고, 10분간 150 W의 분말로 용액을 처리하였다. 1회 처리양은 약 50 ml이었고, 요구되는 실리카 분산 용액의 양은 몇번 처리를 반복함으로써 얻었다.
표 4는 실리카 분산 용액을 층간 유전체를 위한 연마용 슬러리로 사용할 때, 실리카 분산 용액의 측정된 항목 및 특성을 기재하였다.
비록, n값이 3 이하는 아니었으나, 평균 2차 입자 크기는 100 nm 이하는 아니었다. 그러므로, 실리카 분산 용액은 연마율, 표면 조도, 보존 안정성 등에서 낮은 수행능을 보였다.
더욱이, 초음파 조사 장치의 스테인레스강의 부식 등으로 인한 금속 원소 농도는 실시예의 것보다 조금 높았다.
[표 4]
상기 기술 내용으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연마용 슬러리는 제1 평균 입자 크기가 30 nm인 훈증 실리카를 분산시켜 수득한 실리카 분산된 용액을 포함하여, 실리카 농도가 중량 기준으로 1.5 중량%에서의 광산란 지수(n)가 3 내지 6이고 제2 평균 입자 크기가 30 내지 100 nm이도록 한다. 그러므로, 연마용 슬러리는 보존 안정성이 높고, 연마 속도가 크고 연마시킨 표면이 거의 긁히지 않도록 하는 연마 특성이 우수하다.

Claims (12)

  1. 평균 제1 입자 크기가 5 내지 30 nm인 훈증 실리카를 수성 용매중에서 분산시킴으로써 수득된 실리카 분산 용액을 함유하며, 이때 실리카 분산 용액의 광산란 지수(n)은 실리카 농도 1.5 중량%에서 3 내지 6이고, 여기에 분산된 훈증 실리카는 중량 기준으로 30 내지 100 nm의 평균 제2 입자 크기를 가지는 것인 연마용 슬러리.
  2. 제1항에 있어서, 실리카 분산 용액중에 칼륨 이외의 금속 원소들의 함량이 10 ppm 이하인 연마용 슬러리.
  3. 제1항에 있어서, 실리카 분산 용액중의 훈증 실리카의 농도가 0.1 내지 40 중량%인 연마용 슬러리.
  4. 제1항에 있어서, 실리카 분산 용액중의 훈증 실리카의 단일 분산도가 1.2 내지 2인 연마용 슬러리.
  5. 제1항에 있어서, 실리카 분산 용액의 pH가 8 내지 13인 연마용 슬러리.
  6. 훈증 실리카가 중량 기준으로 30 내지 100 nm인 평균 제2 입자 크기를 함유하도록 수성 용매중에 훈증 실리카를 분산시킴으로써 수득된 실리카 분산 용액을 고압 균질화기를 사용하여 분쇄시키는 것으로 이루어지는 연마용 슬러리의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 고압 균질화기에 의한 분쇄를 실리카 분산 용액을 정면 충돌시키는 수단에 의존하여 진행시키는 연마용 슬러리의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 8 이상의 pH를 가지는 실리카 분산 용액을 분쇄시키는 연마용 슬러리의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 500 내지 3500 kgf/㎠의 처리 압력하에서 고압 균질화기를 사용하여 실리카 분산 용액을 분쇄시키는 연마용 슬러리의 제조 방법.
  10. 연마용 슬러리가 5 내지 30 nm의 평균 제1 입자 크기를 가지는 훈증 실리카를 수성 용매중에서 분산시킴으로써 수득된, 1.5 중량%의 실리카 농도에서 광산란 지수(n)가 3 내지 6인 실리카 분산 용액을 함유하는 것을 특징으로 하는, 실리카의 수성 분산액을 사용하여 연마될 재료를 연마하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 연마될 재료가 반도체 웨이퍼인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 연마될 재료가 집적 회로의 제조 방법에서 층간 유전체인 방법.
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