KR100637400B1 - 화학기계적 연마용 세리아 슬러리 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마용 슬러리에 관한 것으로서, 256 메가 디램급 이상의, 예를 들어, 0.13㎛ 이하의 디자인 룰을 가진 초고집적 반도체 제조 공정에 필수적으로 적용되어지는 STI공정을 위한 CMP용 공정에 사용되는 질화물층에 대한 산화물층의 연마속도가 고선택비를 가지는 슬러리 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 연마 입자의 전처리 방법 및 장치, 분산 장비 및 그의 운영 방법, 화학적 첨가제의 첨가 방법 및 양, 시료의 운송 장치 등을 적절하게 운용하여 0.13㎛ 이하의 초고집적 반도체 제조공정 중 STI 공정을 위한 CMP용 공정에 필수적인 고성능 나노 세리아 슬러리 제조에 관한 것이다.

CMP, 슬러리, 표면적, 음이온계 고분자 분산제, 거대 입자, 입자 크기, 계면전위 거동, 밀링

Description

화학기계적 연마용 세리아 슬러리 및 그 제조 방법 {CERIA SLURRY FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING AND ITS FABRICATION METHOD}

도 1은 본 발명에 의한 슬러리 제조의 공정 순서도

도 2는 세리아 연마재의 연마 메커니즘의 개략도

도 3은 D15, D50, D85의 설명도

도 4는 슬러리의 D50의 변화에 따른 분산안정성 변화

도 5는 RPM 변경을 이용한 밀링 공정을 진행한 슬러리의 단위 부피당 거대 입자 개수의 변화

도 6은 RPM 변경을 이용한 밀링 공정을 진행한 슬러리의 입도 분포 변화

본 발명은 연마용 슬러리, 특히 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing ; 이하 'CMP'라 약칭함)용 슬러리에 관한 것으로서, 반도체 적층물의 평탄화를 위한 화학적 기계적 연마 공정에 사용되는 연마용 슬러리에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 256 메가디램급 이상의 (0.13㎛ 이하의 Design Rule) 초고집적 반도체 제조 공정에 필수적으로 적용되어지는 셀로우 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation) CMP 공정에서 배리어막으로 사용되는 질화물층에 대해 높은 연마 선택비를 갖고, 평탄화 표면의 스크래치 발생을 억제할 수 있는 연마용 슬러리 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

화학기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP)는 가압된 웨이퍼와 연마 패드 사이에 존재하는 연마재에 의한 기계적인 가공과 슬러리의 케미컬(chemical)에 의한 화학적 에칭이 동시에 일어나는 반도체 가공기술중 하나이다. 이는, 1980년대 말 미국의 IBM사에서 개발된 이래로 서브마이크론 스케일의 반도체 칩의 제조에 있어서 광역평탄화(global planarization) 기술의 필수 공정으로 자리잡고 있다.

슬러리의 종류는 연마되는 대상의 종류에 따라 크게 산화물(oxide)용 슬러리, 금속용 슬러리, 폴리실리콘(poly-silicon)용 슬러리로 구분된다. 산화물용 슬러리는 층간절연막 및 STI(shallow trench isolation) 공정에 사용되는 실리콘 산화물층(SiO₂ layer)을 연마할 때 사용되는 슬러리로서, 크게 연마재 입자, 탈이온수, pH 안정제 및 계면활성제 등의 성분으로 구성된다. 이중 연마재 입자는 연마기계로부터 압력을 받아 기계적으로 표면을 연마하는 작용을 하는 것으로 주로, 실리카 (SiO₂), 세리아(CeO₂), 알루미나(Al₂O₃) 등이 사용된다.

특히, 세리아를 연마 입자로 이용하는 세리아 슬러리는 STI 공정에서 실리콘산화물층을 연마하기 위해 널리 사용되고 있으며, 이때 연마 정지층으로서 실리콘질화물층이 주로 사용되고 있다. 일반적으로 질화물층에 대한 산화물층의 연마속도 선택비를 향상시키기 위해 소정의 첨가제를 세리아 슬러리에 첨가하기도 하지만, 이 경우에는 질화물층 제거속도 뿐만 아니라 산화물층 제거속도도 감소하게 된다. 그리고, 세리아 슬러리의 연마 입자는 통상적으로 실리카 슬러리의 연마 입자보다도 크고 거대 입자가 많이 존재하여 상대적으로 많은 응집이 유발되기 때문에 웨이퍼 표면에 스크래치를 유발시키는 문제가 있다.

한편, 질화물층에 대한 산화물층의 연마속도 선택비가 작은 경우에는 인접한 질화물층 패턴의 손실로 인하여 산화물층이 과잉 제거되는 디싱(dishing) 현상이 발생되어 균일한 표면 평탄화를 달성할 수 없다는 문제가 있다.

그러므로, 이런 STI CMP용 슬러리에서 요구되는 특성은 고선택비, 연마속도, 분산안정성, 마이크로-스크래치 (micro-scratch) 안정성이며, 좁고 균일한 적정입도 분포와 1㎛ 이상의 크기를 갖는 큰 입자 개수가 일정한도 범위 내에 존재하여야 한다.

STI CMP용 슬러리를 제조하기 위한 종래 기술로 히타찌의 미국특허공보 제6,221,118호 및 미국특허공보 제6,343,976호에는 세리아 입자의 합성방법과 이를 이용한 고선택비 슬러리 제조방법이 개시되어 있다. 여기에서는 STI CMP용 슬러리 특성에서 요구되는 입자의 특성과 고분자를 포함한 첨가제의 종류, 또한 이들을 이용한 제조방법 및 공정에 관하여 매우 까다롭고 광범위한 영역에 걸쳐 설명되어 있다. 특히 평균 결정립 크기(average grain size), 평균 1차 입자(average primary particle) 및 평균 2차 입자(average secondary particle)의 크기에 대하여 광범위한 범위를 제시하고 있다. 특히 하소 온도에 따른 결정립(grain size)의 변화와 이 에 따른 스크래치(scratch)에 대하여 언급하고 있다. 또 다른, 종래의 기술로는 히타찌의 미국특허공보 제6,420,269호 등에 기재된 다양한 세리아 입자의 합성방법 및 이를 이용한 고선택비 슬러리 제조방법이 있다. 한편 히타찌의 미국특허공보 제6,615,499호에는 하소 공정 상에서 승온 속도에 따른 X-ray 분석 결과에서 특정 영역의 피크 강도(peak intensity) 사이의 비(ratio) 변화와 이에 따른 연마 속도의 변화에 대하여 언급하고 있다.

또한 다른 종래 기술로서 일본의 쇼와 덴코의 미국특허공보 제6,436,835호, 미국특허공보 제6,299,659호, 미국특허공보 제6,478,836호, 미국특허공보 제6,410,444호 및 미국특허공보 제6,387,139호에는 세리아 입자의 합성방법과 이를 이용한 고선택비 슬러리 제조방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 이들 발명에서는 주로 슬러리에 들어가는 첨가제의 종류 및 그 효과와 커플링제(coupling agent)에 대하여 기재하고 있다.

그러나 이러한 종래 기술은 연마용 슬러리를 구성하고 있는 연마 입자들의 평균입도 및 이들의 범위에 대해서만 기재되어 있고 롱 테일(long tail)의 여부, 구체적인 슬러리의 입도 분포의 특성, 이러한 입도 분포를 가능한 좁고 균일하게 만드는 방법 및 분산 안정성을 강화시키기 위한 방법 등에 대한 세부적인 고찰이 부족하다. 하지만 슬러리에 있어서 거대 입자가 유발하는 마이크로 스크래치를 고려한다면 슬러리의 입도 분포를 좁게 만들고 롱 테일(long tail)을 최소화하는 것은 중요하다. 또한 거대 입자가 입자의 응집에 의해 생성되는 것을 고려할 때 분산 안정성을 강화하는 정도에 따라 분산 상태 및 입도 분포가 매우 크게 달라지고 이 로 인한 마이크로 스크래치의 개수가 크게 변화할 수 있기 때문에 밀링 및 분산기기의 활용을 통하여 최적의 분산 안정성을 얻을 수 있는 공정 조건을 찾아내고, 이러한 공정을 통해 분산안정화된 슬러리를 제공하는 것은 매우 중요하다.

따라서 본 발명에서는 밀링 및 분산 기기를 적절하게 활용하여 마이크로 스크래치를 최소화할 수 있는 방법을 제공한다. 특히 밀링기를 사용함에 있어서 밀링기의 속도(revolutions per minute; 분당 회전속도, 이하 'RPM'이라 칭함)를 적절히 조절하여 훨씬 좁고 균일한 입도 분포를 지니며 응집을 최소화할 수 있는 분산 안정화된 슬러리를 제공할 수 있도록 밀링(milling) 공정을 진행한다. 본 발명에 의하여 좁고 균일한 입도 분포를 지니며 응집이 없는 분산 안정화된 슬러리를 제공함으로서 필터링 공정을 용이하게 할 뿐 아니라 높은 연마속도를 유지하는 동시에 마이크로 스크래치를 최소화할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 입자의 전처리 방법 및 장치, 분산 장비 및 그의 운영 방법, 화학적 첨가제의 첨가 방법 및 양 또는 시료의 운송 장치 등을 적정하게 운용하여 0.13㎛ 이하의 초고집적 반도체 제조공정 중 STI 공정에 적용이 가능하며, 반도체 디바이스에 치명적인 마이크로 스크래치를 최소화할 수 있는 고성능 나노 세리아 슬러리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 세리아 파우더와 초순수(DI water)를 혼합하여 만들어지는 슬러리에 대하여, 훨씬 좁고 균일한 입도 분포를 지니며 응집을 최소화할 수 있는 분산 안정화된 슬러리를 제공할 수 있도록 RPM을 다르게 하여 적어도 2회 이상의 밀링(milling) 공정을 진행하는 슬러리에 관한 것이다.

즉 본 발명은 이와 같이 밀링을 진행하는 RPM의 변경을 통하여 매우 좁고 균일한 입도 분포를 갖고, 마이크로 스크래치는 최소화하면서 적절한 연마 속도를 얻을 수 있는 분산 안정화된 슬러리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 연마 입자를 포함하는 연마용 슬러리에 있어서, 상기 연마 입자를 소정의 밀링기로 밀링하되, 700 내지 1400 범위의 RPM에서 밀링하여 분쇄한 후 300 내지 700 범위의 RPM에서 적어도 1회 이상 밀링으로 분산시켜 강제 분산처리 전후의 연마 입자의 입도 크기 변화량(dD50)이 30㎚ 이하인 연마용 슬러리를 제공한다. 바람직하게는 상기 연마 입자를 800 내지 1200 범위의 RPM에서 밀링하여 분쇄한 후 400 내지 600 범위의 RPM에서 적어도 1회 이상 밀링으로 분산시킬 수 있다.

상기 연마 입자는 세리아를 포함한다.

또한 상기 슬러리의 입도 분포가 0.07 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 의 범위에 분포한다.

삭제

또한 본 발명은 연마 입자를 마련하는 단계, 상기 연마 입자를 700 내지 1400 범위의 RPM에서 밀링하여 분쇄시키는 단계 및 상기 연마 입자를 300 내지 700 범위의 RPM에서 적어도 1회 이상 밀링하여 분산시키는 단계를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 연마 입자를 분쇄시키는 단계는 800 내지 1200 범위의 RPM에서 밀링하고, 상기 연마 입자를 분산시키는 단계는 400 내지 600 범위의 RPM에서 밀링하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밀링하는 단계 후에 거대 입자 제거를 위한 필터링 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

하기에서는 본 발명의 연마용 슬러리의 제조 공정 및 그 결과물로서 제조된 연마용 슬러리의 특성 분석 및 해석으로 나누어 각 부분을 구체적으로 설명한다. 하기의 구체적인 예시를 들어 본 발명을 설명하는 부분에서는 연마재의 한 예로서 세리아를 사용하고 그의 분산매 및 분산제로서 초순수(DI water)와 음이온계 고분자 분산제를 사용하여 설명한다. 또한 이렇게 제조된 연마용 세리아 슬러리의 제조방법과 RPM의 변경을 이용한 밀링 공정으로 제조된 슬러리의 산화막 연마속도 및 선택비 등의 CMP 결과에 대하여 설명하겠다. 다음에서 설명되는 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 설명으로 한정되는 것은 아니다.

[세리아 슬러리 제조]

본 발명의 세리아 슬러리는 세리아 분말, 초순수(DI water) 및 음이온계 고분자 분산제, 약산 또는 약염기 등의 첨가물을 포함한다. 이러한 연마용 세리아 슬러리의 제조 방법은 대략적으로 다음과 같다(도 1 참조).

먼저 세륨 카보네이트와 같은 전구체를 전처리 한다. 즉, 고상 합성하여 세리아 분말을 준비한다(S1). 상기의 세리아 분말을 초순수(DI water)와 혼합용 탱크에서 혼합 및 습식(wetting)을 시키고(S2), 입자 크기 감소 및 분산을 위하여 밀링기(milling machine)로 밀링한다(S3). 상기 방법에 의해 제조된 초기 슬러리에 음이온계 고분자 분산제를 첨가하여 분산 안정성을 높이고(S4), 약산 또는 약염기 등의 첨가제들을 고전단혼합기(high speed mixer)로 혼합하여 pH를 조정한다. 이후 추가적인 밀링 등을 통하여 분산 안정화하여(S5), 슬러리의 무게비(wt%) 즉, 고형하중을 원하는 범위로 맞춘(S6) 다음, 필터링을 통하여 거대입자를 제거하여 침전 및 연마 동안의 스크래치를 방지하고(S7), 추가적인 숙성(aging)을 하여 슬러리를 안정화한다(S8).

이와 같은 본 발명의 연마용 세리아 슬러리의 제조 방법을 각각의 단계별로 세부적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 세리아 분말의 제조

본 발명의 세리아 슬러리의 제조는 고상 합성법을 통하여 세리아 원료 전구체(precursor)로 세리아 분말을 제조하는 단계로 시작된다. 상기의 세리아 분말은 예를 들어 세륨 카보네이트와 같은 전구체를 하소하여 합성하는데, 본격적인 하소 이전에 흡착되어 있는 수분을 제거하기 위하여 별도의 건조 공정을 진행할 수 있다. 이는, 건조 공정을 통하여 처리된 전구체는 공정상 이송 및 처리의 용이성 측면에서 우수하기 때문이다.

세리아 분말은 세륨 카보네이트를 하소하는 조건 및 하소 장치의 구성에 따라 그 특성이 달라진다. 세륨 카보네이트는 결정수와 흡착수를 가지고 있고 결정수는 흔히 4가, 5가, 6가 등이 존재하며 결정수의 개수 및 흡착수의 양에 따라서 하소 조건이 달라진다. 하소를 하게 되면 우선 제일 먼저 결정수 및 흡착수가 제거된다. 그 후 추가적인 승온 및 제 1 열처리를 통하여 탄산염 기능(carbonate function)기가 이산화탄소의 형태로 제거되는, 이산화탄소 제거과정(decarbonation)이 일어나면서 세리아 분말이 합성되기 시작한다. 다음으로 추가적인 제 2 열처리에 의하여 재결정(recrystalize) 과정을 거치며 여러 가지 크기의 입자를 갖는 세리아 분말이 형성된다. 하소는 500 내지 1000℃ 온도 범위에서 실시하는 것이 효과적이다.

2. 혼합 및 밀링

상기와 같은 방법을 통하여 제조된 세리아 분말을 초순수(DI water)와 고전단 혼합기를 이용하여 혼합 및 습식시킨다. 이후, 상기의 혼합물을 밀링하여 입자 크기를 감소시키고, 이를 분산시켜 나노 사이즈의 세리아 슬러리를 제조한다.

상기의 혼합 및 습식 과정 후, 입자의 크기를 제어하고 응집되어 있는 연마 입자들을 분산시키기 위하여 소정의 밀링기를 이용하여 입자 크기 감소 및 분산을 진행할 수 있다.

상기의 밀링기는 밀링 효율에 따라 건식 밀링기 혹은 볼 크기가 수 cm로 큰 것을 사용하는 습식 볼밀기를 포함하는 저효율 밀링기, 볼 크기가 수 mm로 작은 것을 사용하는 습식 볼밀기를 포함하는 중효율 밀링기 또는 습식 비드 밀을 포함하는 고효율 밀링기로 구분될 수 있으며, 이러한 각각의 밀링기는 밀링 성능 및 특성이 서로 상이하다. 예를 들면 저효율 밀링기는 큰 크기의 입자를 빠르게 분쇄하는 것은 효율적이나, 작은 크기의 입자를 분쇄하기는 어렵다. 반면에, 고효율 밀링기는 작은 입자를 미세 입자로 분쇄하는 데 효율적이다.

CMP용 슬러리의 경우는 오염이 없는 미세한 연마 입자를 획득하는 것이 중요하므로, 세라믹 재질로 되어 있는 습식 밀링기를 주로 사용하여 밀링하는 것이 바람직하다. 다만, 습식 밀링 방법을 이용할 경우에는 연마 입자의 응집으로 인한 침전 및 밀링 효율의 감소, 대형 입자 발생, 대면적 크기 분포 등을 방지하기 위해, 연마 입자의 농도 조절, pH 및 전도성 조절, 분산제를 이용한 분산 안정성을 강화하는 것이 효과적이다.

한편 이와 같은 밀링기는 밀링을 진행하는 RPM을 조절함으로서 세리아 슬러리의 분산 안정성을 조절할 수 있다. 예를 들어 고 RPM으로 밀링을 진행하는 경우에 거대 응집체들이 효과적으로 부수어질 뿐만 아니라 상대적으로 크기가 작은 입자들 또한 분쇄가 일어나게 된다. 그러나 이렇게 작은 입자들은 넓은 표면적으로 인한 수계(water media)상의 불안정성을 갖게 되어 쉽게 응집되는 특성이 있으므로 오히려 롱 테일(long tail)이 다시 증가하거나 감소율이 상대적으로 낮아지게 된다. 또한 고 RPM으로 밀링을 진행하게 되면 큰 입자들이 분쇄되어 작은 입자들이 생성되는 속도가 빠르기 때문에 CMP의 연마 속도가 급격히 떨어지는 현상이 발생한다.

따라서 본 발명에서는 쉽게 응집될 수 있는 작은 입자들이 과도하게 생성되 는 것은 방지하면서 거대 응집체들을 분산시켜주기 위하여 밀링기의 RPM을 조절하여 밀링을 진행한다. 이러한 밀링 공정에 있어서 밀링기의 RPM 변경에 따라서 입도 분포 및 스크래치 수가 달라지게 되는데 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.

3. 분산안정화 및 첨가제의 혼합

다음으로, 분산제의 한 예로 음이온계 고분자 분산제를 상기 슬러리에 첨가하여 분산 안정화하고, 약산 및 약염기 등의 첨가제를 넣어서 pH를 조정하여 슬러리를 안정화시킨다. 상기의 분산제로 사용되는 음이온계 고분자 화합물은 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산, 암모늄 폴리메타크릴레이트, 암모늄 폴리카르복실네이트, 및 카르복실-아크릴 폴리머 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되어진 어느 하나를 사용할 수 있다. 이는, 본 발명의 슬러리가 수계이므로 이러한 고분자 화합물의 상온에서의 물에 대한 적정한 용해도를 갖기 때문이다. 이때, 슬러리의 pH는 6.5 내지 13 인 것이 바람직하다. 또한, 상기의 음이온계 고분자 화합물의 첨가범위는 연마입자를 기준하여 0.0001~10.0 wt%가 적당하다. 안정화된 세리아 슬러리의 점도 거동은 뉴톤 거동 (Newtonian behavior)이 바람직하다.

이때, 분산제 및 첨가제가 혼합된 혼합물을 고효율 밀링기로 밀링하여 입자 크기를 감소시키고 분산을 진행시킬 수 있다. 이 후 분쇄 및 분산된 슬러리를 펌프를 사용하여 별도의 탱크로 이송한 후 적절한 분산기기를 이용하여 분산함으로써 분산 안정성을 확보하고 추가적인 응집 및 침전을 방지할 수 있다.

4. 고형하중(wt%) 조절 및 거대입자 제거

상기와 같이 슬러리의 분산안정화 공정이 끝난 후에는 세리아 슬러리의 고형 하중(wt%)을 원하는 범위로 조정하고 필터링을 통하여 CMP공정시 스크래치를 유발할 수 있고, 침전 및 응집을 유발할 수 있는 거대 입자를 제거한다. 고형 하중의 농도는 15wt% 이하인 것이 바람직하다. 거대 입자가 많이 존재할수록 중력에 의한 힘이 입자간 반발력에 의한 분산력에 비하여 커지게 될 뿐 아니라, 거대 입자의 표면적은 미세 입자의 표면적에 비하여 작기 때문에 거대 입자의 분산율은 미세 입자에 비하여 더 작아진다. 이러한 2가지 원인에 의하여 응집 및 침전이 많이 발생하여 슬러리가 전체적으로 불안정하게 되므로, 거대 입자를 제거할 필요가 있다. 이러한 거대입자를 제거하는 필터링은 필터링 횟수를 증가시킬수록 거대 입자 감소율을 더욱 높일 수 있다.

5. 슬러리 숙성

다음으로, 숙성을 통해 슬러리를 안정화한다. 즉, 탱크에서 슬러리를 스터링(stirring)하며 24시간 혼합하면서 슬러리를 더욱 더 안정화하는 것이 효과적이다. 이는 완성된 슬러리에 부가적으로 실시할 수 있으며, 필요에 따라 그 과정을 생략 할 수도 있다.

[밀링 RPM 변경에 따른 세리아 슬러리의 특성 변화]

이하, 상기에서 설명한 바와 같은 제조 공정을 이용하여 세리아 슬러리를 제조하는 경우 밀링 공정을 운영하는 방법에 따라 세리아 연마 입자의 특성에 미치는 영향을 분석한다. 특히 밀링의 RPM 변경에 따른 세리아 슬러리의 입도 분포에서의 롱 테일(long tail)의 변화, 거대 입자의 개수의 변화 및 분산 안정성을 나타내어 주는 입자 크기 변화 정도를 해석하여 이에 따른 마이크로 스크래치의 변화를 상세히 기술한다.

연마용 슬러리는 거대 입자가 많고 적은 정도에 따라 0.13㎛ 이하의 초고집적 반도체 제조공정 중 반도체 디바이스에 치명적인 영향을 주는 마이크로 스크래치(micro scratch)를 유발할 수 있다. 즉, 세리아 연마재의 연마 메커니즘은 도 2와 같이 다결정(poly-crystal) 형태의 세리아 입자가 단결정(single crystal) 형태로 부수어지면서 웨이퍼 상에 증착된 산화물(oxide) 필름과 화학 반응을 이룬 후 패드와의 기계적인 마찰력에 의하여 떨어져 나가며 연마를 하는 방식이다. 이 때 연마 입자 중 거대 입자의 비율이 증가하면 증가할수록 다결정이 단결정으로 부수어지는 과정 및 2차 입자(secondary particle)들이 더 작은 2차 혹은 1차 입자(secondary or primary particle)로 부수어지는 과정에서 수많은 마이크로 스크래치가 발생할 수 있다. 따라서 세리아 연마 입자 중의 거대 입자의 비율을 최소화하고 분산 안정성을 강화할 필요가 있다. 이 때 이러한 거대 입자는 세리아 슬러리의 입도 분포 상에서 롱 테일(long tail)에 해당하는 부분에 집중되어 있다. 그리고 이러한 세리아 슬러리의 입도 분포 상의 롱 테일(long tail)에 많은 영향을 줄 수 있는 중요한 요소 중의 하나가 세리아 슬러리의 제조 공정상의 밀링 및 분산 기기의 운용 방법 및 조합이다. 이에 본 발명에서는 밀링의 RPM 변경을 통하여 세리아 슬러리의 입도 분포를 좁히고 분산 안정성을 향상시킨다.

밀링 공정을 진행할 때 RPM의 변경을 통하여 세리아 슬러리의 분산 안정성을 조절할 수 있다. 밀링기는 각각의 동작 RPM에 따라 밀링동안 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치(한계 효율)가 존재한다. 예를 들어 고 RPM에서는 거대 입자들이 밀링 공정을 진행함에 따라 미세 입자들로 분쇄되거나 분산되어 크기가 줄어들게 되는데, 100㎚ 이하의 작은 입자들이 생성되는 속도가 매우 높다. 반면에 저 RPM에서는 1㎛ 이상의 거대 입자 혹은 거대 응집체들이 1㎛ 이하로 줄어드는 속도는 높은 반면에 100㎚ 이하의 작은 입자들이 생성되는 속도는 상대적으로 매우 낮다. 이처럼 고 RPM으로 밀링을 진행하는 경우에는 거대 응집체들이 효과적으로 부수어질 뿐만 아니라 상대적으로 크기가 작은 입자들 또한 분쇄가 일어나게 된다. 그러나 이렇게 작은 입자들은 넓은 표면적으로 인한 수계 상의 불안정성을 갖게 되어 쉽게 응집되는 특성이 있으므로 오히려 롱 테일이 다시 증가하거나 입자들의 응집이 심해진다. 이와 같은 입자의 응집 혹은 불안전한 분산상태를 확인할 수 있는 척도로서는 입도 크기의 변화(dD50)가 있으며 이는 아래와 같이 정의된다.

즉 슬러리의 응집의 정도를 측정하는 좋은 기준으로서 dD50을 사용할 수 있는데, 여기서 dD50은 강제 분산 처리 전후의 연마 입자의 입도 크기 변화량을 지칭하는 것으로서 D50의 초음파 처리(sonication)를 하지 않고 측정한 값과 초음파 처리를 하면서 측정한 값 사이의 차이로 정의된다. 이는 응집된 상태의 입도 크기값과 분산된 상태의 입도 크기 값 사이의 차이에 해당된다. 일본 호리바사의 LA910을 이용하면 도 3에서 볼 수 있듯이 입도 크기(particle size)를 측정할 수 있다. 이 중 D50은 중간 크기(median size)로서 전체 크기 분포(size distribution) 중 50% 값에 해당하는 크기이다. 그리고 이들 입도 크기(particle size)의 수치를 이용하면 다음과 같이 정의되는 dD50을 구할 수 있고 이는 응집의 정도를 계량화하여 나 타낼 수 있는 좋은 수치로서 사용된다.

dD50 = D50 without sonication - D50 with sonication

단 이때 각각의 항은 다음과 같이 정의된다.

D50 without sonication : 초음파를 꺼준 상태로 측정한 D50 입도 크기

D50 with sonication : 초음파를 켜준 상태로 측정한 D50 입도 크기

즉 호리바사의 LA910 모델을 이용하여 입도 크기를 측정할 때 초음파를 켜주고 측정을 하게 되면 응집되었던 슬러리가 재분산되어 분산된 상태의 입도 크기를 측정할 수 있고, 반면 초음파를 꺼주고 측정을 하게 되면 응집되었던 슬러리가 재분산이 되지 않아 응집된 슬러리의 입도 크기를 측정할 수 있게 된다. 따라서 응집이 많이 되고 분산 안정성이 낮은 슬러리일수록 dD50의 값이 커지게 된다. 그리고 위와 같이 정의되는 dD50 값을 활용하면 도 4에 도시된 바와 같이 작은 입자들의 개수가 많고 적음에 따라 응집의 정도를 확인할 수 있다. 도 4에서 Sample A-1과 Sample A-2는 메디안 사이즈가 260 내지 280nm인 세리아 슬러리이고, Sample B-1과 Sample B-2는 메디안 사이즈가 180 내지 190nm인 세리아 슬러리이다. Sample A와 Sample B를 제조함에 있어서 입계 크기(grain size), 분산제(dispersant)의 양 등 즉, 이차 입자의 크기 이외의 조건은 모두 동일하다. 따라서 상대적으로 Sample B- 1과 Sample B-2의 경우 미세 입자가 Sample A-1과 Sample A-2에 비하여 더 많이 포함되어 있다. 한편 이들 슬러리의 dD50값을 분석하여 보면, Sample A-1과 Sample A-2의 경우 dD50 값이 10 내지 15nm인 반면, Sample B-1과 Sample B-2의 경우는 dD50 값이 30nm 가량 된다. 이와 같이 지나친 고효율 밀링에 의하여 미세 입자들이 많이 생성되는 경우에 오히려 넓은 표면적과 높은 표면 에너지를 갖는 작은 입자들의 응집에 의하여 분산 안정성은 악화된다. 따라서 작은 입자들이 많이 생성되는 경우에는 작은 입자들의 분산의 불안전성에 의하여 이들이 응집되어 오히려 거대 입자들이 불규칙적으로 생성되고, 슬러리를 오래 보관하는 경우 빠른 침전을 유발하며 재분산이 어려워서 CMP를 진행할 때 많은 마이크로 스크래치를 유발하게 된다. 따라서 작은 입자들, 특히 100㎚ 이하의 작은 입자들이 과도하게 생성되는 것은 방지하면서 거대 응집체들을 분산시켜주는 것은 매우 중요하며, 이는 RPM의 변경을 이용한 밀링 공정을 활용함으로서 가능하다.

상기 RPM의 변경을 이용한 밀링 공정은 주된 분쇄를 위하여 고 RPM으로 밀링하는 단계와 거대 응집체들을 선택적으로 분산하기 위해 상기 고 RPM보다 상대적으로 낮은 저 RPM으로 적어도 1회 이상 추가적인 밀링을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 고 RPM은 700 내지 1400의 범위를 갖고, 상기 저 RPM은 300 내지 700의 범위를 갖는다. 더욱 바람직하게는 상기 고 RPM은 800 내지 1200의 범위를 갖고, 상기 저 RPM은 400 내지 600의 범위를 갖는다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 고 RPM에서 밀링 공정을 진행한 후 밀링기의 RPM을 상대적으로 낮은 저 RPM으로 낮추어 밀링을 적어도 1회 이상 연속하여 진 행함으로서 작은 입자들, 특히 100㎚ 이하의 작은 입자들이 과도하게 생성되는 것은 방지하면서 거대 응집체들을 분산시켜 분산 안정성을 선택적으로 강화할 수 있다. 이는 단일 밀링기에서 고 RPM으로 밀링을 진행한 후 의도적으로 RPM을 조절하여 상대적으로 낮은 저 RPM으로 연속하여 밀링을 진행할 수 있다. 또한 RPM을 서로 다르게 조정한 밀링기들을 조합하여 운용함으로서 연속으로 RPM이 다른 밀링을 진행할 수도 있다. 이러한 RPM이 다른 밀링을 연속으로 수행하게 되면 슬러리의 분산 안정성이 좋아지고 또한 작은 입자들이 응집되어 생긴 거대 입자로 인한 마이크로 스크래치가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

상기의 제조 공정을 통하여 제조한 최종 단계 밀링 후의 슬러리의 경우, 필터링 이전 및 필터링 이후의 단위 부피 당 사이즈별 입자의 개수는 하기 표 1과 같은 범위를 갖는 것이 바람직하다.

슬러리내에 거대 입자가 많이 존재할수록 응집 및 침전이 많이 발생하여 슬러리가 전체적으로 불안정하게 되므로, 밀링 및 분산을 통하여 상기 표 1의 범위로 조절해줄 필요가 있다. 또한 필터링을 통해 마이크로 스크래치를 유발할 수 있는 거대 입자를 제거할 수 있으며 필터링은 필터링 횟수를 증가시킬수록 거대 입자의 감소율을 더욱 높일 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 슬러리 제조 공정 중에 RPM의 변경을 이용한 밀링 공정을 진행하여 슬러리를 제조하고, 각 조건에서 제조된 슬러리에 대해 슬러리내 거대 입자들의 단위 부피당 입자 개수를 측정하였다. 단, 이때 크기 및 표면적에 따른 차이를 최소화하기 위하여 같은 조건에서 하소한 동일한 세리아 파우더를 사용하였고, 밀링 조건 외에 다른 슬러리 제조 조건은 동일하게 하였다.

상기 제조 공정에 의하여 비교예1의 슬러리는 고 RPM에서 밀링 공정을 진행하고, 실시예1의 슬러리는 고 RPM으로 밀링을 진행한 후에 상대적으로 RPM이 낮은 저 RPM에서 연속으로 1회 밀링을 진행하였다. 또한 실시예2의 슬러리는 고 RPM의 밀링 공정을 진행한 후에 상대적으로 RPM이 낮은 저 RPM에서 연속으로 2회 밀링을 진행하여 제조하였다. 즉, 비교예1의 경우는 0.3mm의 지르코니아 비드(Zirconia Bead)를 이용하여 5lpm의 유량으로 밀링을 하고 밀의 회전 속도를 1080rpm의 고 RPM으로 유지하여, 패스형 밀링을 일정 패스 횟수만큼 진행하는 방식으로 입도를 원하는 영역으로 제어한다. 반면에 실시예2의 경우는 마찬가지로 0.3mm의 지르코니아 비드(Zirconia Bead)를 이용하여 5lpm의 유량으로 밀링을 하고, 전체 패스 회수 중 마지막 패스만 540rpm의 저 RPM으로 조절하여 진행한다. 마지막으로 실시예2의 경우는 같은 조건에서 패스형 밀링을 진행하되 마지막 2번의 패스를 540rpm의 저 RPM으로 조절하여 진행한다.

RPM의 변경은 인버터(inverter)를 사용하여 전류를 변화시킴으로써 가능하다. 예를 들어 60Hz의 전기를 사용하는 경우 인버터를 사용하여 10Hz의 전기로 바꾸어 주게 되면 밀링의 RPM은 1/6로 감소하게 된다.

인버터를 이용하여 밀링기의 RPM을 조절하여 밀링을 하는 목적은 슬러리 내의 입자들의 분쇄를 최소화하여, 특히 작은 입자들의 생성을 최소화하여 응집을 방지하며, 일부 응집되어 있는 슬러리들을 분산시키기 위함이다. 즉, 슬러리들이 응집되어 있는 경우 분산제가 효과적으로 흡착이 되어 있지 못하다. 따라서 저 RPM의 밀링을 통하여 이러한 응집체들을 분산시키고 분산제의 효율적인 흡착을 유도하여 분산안정성을 향상시키게 된다. 하지만 이러한 분산 과정을 고 RPM으로 진행하게 되는 경우 매우 미세한 입자들이 생성되게 되고 이들은 굉장히 넓은 표면적과 그로 인한 높은 표면 에너지로 인하여 표면 에너지를 최소화 하려는 엔트로피 법칙에 의하여 쉽게 응집을 하게 되고 분산제의 흡착 효과가 낮아지게 된다.

표 2는 각 조건으로 제조된 슬러리들에서 필터링 전의 슬러리내 거대 입자들의 단위 부피당 입자 개수를 나타낸다.

표 2에서 RPM의 변경을 이용하여 밀링을 진행한 실시예1 및 실시예2가 비교예1에 비교하여 상대적으로 큰 거대 응집 입자들만 선택적으로 분쇄 혹은 분산 안정화된 것을 볼 수 있다. 이는 고 RPM의 밀링 이후 상대적으로 낮은 RPM의 밀링을 추가로 진행함으로서 작은 입자들이 과도하게 분쇄되는 것을 방지하며 거대 응집체들을 분산시켜서 분산 안정성을 강화한 것이다.

표 3은 각 조건으로 제조된 슬러리들에서 필터링을 마친 슬러리내 거대 입자들의 단위 부피당 입자 개수를 나타낸다.

표 3에서 필터링을 통하여 상당수의 거대 입자를 제거하고, 비교예1에 비해 실시예1 및 실시예2의 경우에 마이크로 스크래치를 유발하는 거대 입자의 개수가 현저하게 적은 것을 알 수 있다.

상기 표 2 와 표 3을 볼 때, 고 RPM의 밀링 공정만을 진행한 비교예1의 경우에 거대 입자 개수가 가장 많다. 또한 고 RPM의 밀링 이후 상대적으로 낮은 저 RPM으로 적어도 1회 이상 추가적인 밀링을 진행한 실시예1 및 실시예2의 경우에 상대적으로 큰 거대 응집 입자들만 선택적으로 분쇄 혹은 분산 안정화되는 것을 알 수 있다.

이에 따른 단위 부피당 거대 입자의 개수는 도 5에 나타난다.

도 5에서 비교예1a, 실시예1a, 실시예2a는 각 조건에서 밀링을 마친 후 필터링 전의 슬러리내 거대 입자들의 단위 부피당 입자 개수를 나타낸 것이고, 비교예2b, 실시예1b, 실시예2b는 필터링을 마친 각 슬러리내 거대 입자들의 단위 부피당 입자 개수를 나타낸 것이다. 도 5를 보면, 고 RPM의 밀링 공정만을 진행한 비교예1보다 고 RPM의 밀링 이후 상대적으로 낮은 저 RPM으로 적어도 1회 이상 추가적인 밀링을 진행한 실시예1 및 실시예2의 경우에 거대 입자가 적으며 입도 크기 분포가 좁은 것을 알 수 있다. 즉 RPM의 변경을 통한 밀링에 의하여 거대 응집 입자를 분쇄함으로서 슬러리를 분산안정화 시킬 수 있다. 또한 필터링을 통하여 상당수의 거대 입자를 제거할 수 있다.

아래의 표 4 는 각 조건으로 제조된 슬러리들에서 연마 입자의 최대 크기 및 최소 크기와 응집 정도를 나타내는 입도 크기 변화량 dD50을 측정한 결과이다. 또한 각 실시예에 따른 입도 분포 그래프는 도 6에 나타내었다.

위의 표 4 와 도 6에서 볼 수 있듯이, 고 RPM 밀링 공정만 진행한 경우(비교예1)보다 고 RPM의 밀링 공정을 진행한 후에 상대적으로 RPM이 낮은 저 RPM으로 적어도 1회 이상의 연속적인 밀링 공정을 진행한 경우(실시예1, 실시예2)에 분산안정성이 강화되고 거대 응집 입자를 최소화할 수 있다. 특히 입도 분포상의 작은 입자 영역은 변화없이 거대 입자 영역만을 감소시키기 때문에 미세 입자로 인한 응집을 막으며 거대 응집체들은 분산시켜줄 수 있다. 또한 이에 따른 분산안정성을 살펴보면 dD50 값에서 알 수 있듯이 RPM 변경을 적어도 1회 이상 실시한 경우 분산 안정성이 월등히 강화되는 것을 알 수 있다.

이와 같이 RPM의 변경을 이용한 밀링 공정에 의하여 연마 입자의 입도 분포, 특히 작은 입자 영역의 변화 및 추가적인 분쇄를 최소화하는 동시에 거대 응집 입자를 최소화하며 분산 안정성을 강화할 수 있는데 이러한 입도 분포는 마이크로 스크래치의 개수와 밀접한 연관성을 지닌다. 입도 분포가 좁고 롱 테일(long tail)이 짧으면 짧을수록 마이크로 스크래치의 개수는 감소하게 된다. 이에 대한 자세한 내용은 뒤의?밀링 RPM 변경에 따른 마이크로 스크래치의 변화?에서 자세히 살펴보도록 하겠다.

[밀링 RPM 변경에 따른 마이크로 스크래치 변화]

이하, 상기에 설명한 것과 같은 슬러리 제조 방법으로 각 조건에서 세리아 분말 및 슬러리를 제조하고, 각 조건에서 제조된 연마 입자의 특성 및 슬러리 특성을 살펴본다. 이러한 연마 입자 및 슬러리의 특성을 측정한 다음, 이를 아래의 표 5로 정리하였다.

먼저, 여러 가지 분석을 위한 측정 장비들을 먼저 기술하면 다음과 같다.

1) 입도분포 : 일본 호리바(Horiba)사의 LA-910으로 측정

2) XRD : 필립스(Philips)사의 X'PERT Pro MRB으로 측정

(1) 제 1 내지 제 3 세리아 분말 제조

25kg의 고순도의 세륨 카보네이트를 콘테이너(container)에 각각 800g 가량씩 담아주고 터널로(tunnel kiln)에서 700℃에서 4시간 동안 하소하여 제 1 세리아 분말을 준비하였다. 또한 같은 방법으로 700℃에서 4시간 동안 하소하여 제 2 내지 3 세리아 분말을 준비하였다. 이 때 각각 하소시의 승온 속도는 5℃/min이고 냉각 은 자연냉각이며 부산물 CO₂ 가스를 효과적으로 제거해주기 위하여 세거(saggar)의 이동 방향과 반대 방향으로 20m³/Hour의 기체를 흘려주었다. 이렇게 하소된 세리아 분말을 X-ray 회절을 이용하여 확인해본 결과 각각 순도 높은 세리아(cerium oxide)가 얻어졌다.

(2) 제 1 내지 제 3 세리아 슬러리의 준비

상기와 같은 조건에서 합성된 고순도 제 1 세리아 분말 10kg를 음이온계 분산제로서 암모늄 폴리메타아크릴레이트가 세리아 분말 대비 1wt%만큼 혼합되어 있는 초순수 90kg에 넣고 고전단 혼합기에서 충분한 습식(wetting)을 위하여 1시간 이상 혼합한다. 그 후, 혼합된 10wt% 슬러리를 고 RPM 밀링 방식을 이용하여 밀링한다. 밀링에 의해 입자 크기를 원하는 범위로 조절하고 또한 응집된 슬러리를 분산시킨다. 이어서 필터링을 하여 거대 입자를 제거한 후 제 1 세리아 슬러리를 제조한다.

상기와 같은 조건에서 합성된 고순도 제 2 세리아 분말 10kg을 이용하여 제 1 세리아 슬러리와 같은 방법으로 제 2 세리아 슬러리를 제조하되, 고 RPM 밀링 방식으로 밀링을 한 후 RPM을 변경하여 상대적으로 낮은 저 RPM으로 연속하여 1회 밀링을 진행한다. 그 후 슬러리를 필터링하여 제 2 세리아 슬러리를 제조한다.

상기와 같은 조건에서 합성된 고순도 제 3 세리아 분말 10kg을 이용하여 제 2 세리아 슬러리와 같은 방법으로 제 3 세리아 슬러리를 제조하되, 고 RPM 밀링 방식으로 밀링을 한 후 RPM을 변경하여 상대적으로 낮은 저 RPM에서 연속하여 2회 밀 링을 진행한다. 그 후 슬러리를 필터링하여 제 3 세리아 슬러리를 제조한다.

(3) 제 1 내지 제 3 세리아 슬러리의 비교 및 CMP 테스트 결과

이하, 상기와 같이 제조된 각각의 세리아 슬러리를 이용하여 피연마재를 연마하고 이때의 연마율, 연마 선택성 및 스크래치 수 등을 살펴보고 각각의 슬러리를 비교하여 본다. 상기와 같이 제조된 제 1 내지 제 3 세리아 슬러리를 이용하여 피연마재에 대한 CMP 연마성능시험을 실시하였다. CMP 연마장비는 미국 회사 스트라스바우(strasbaugh)의 6EC를 사용하였고, 대상 웨이퍼는 PE-TEOS(plasma enhanced chemical vapor deposition TEOS oxide)를 도포하여 8인치 웨이퍼 전면에 산화막이 형성된 웨이퍼와, Si₃N₄를 도포하여 8인치 웨이퍼 전면에 질화막이 형성된 웨이퍼를 대상으로 실시하였고, 테스트 조건(test condition) 및 소모재는 다음과 같았다.

1) 패드: IC1000/SUBAIV (미국 로델(Rodel)사 제품)

2) 막 두께 측정기: Nano-Spec 180 (미국 나노-매트릭스(nano-metrics)사 제품)

3) 테이블 속도(table speed): 70 rpm

4) 스핀들 속도(spindle speed): 70 rpm

5) 하강력(down force): 4 psi

6) 배압력(back pressure): 0 psi

7) 슬러리공급량: 100 ㎖/min

8) 잔류 입자 및 스크래치 측정 : 미국 KLA-텐코(Tencor)사 서프스켄 (Surfscan) SP1으로 측정

상기와 같이 각각의 조건에서 제조된 제 1 내지 제 3 슬러리로 산화막(PE-TEOS)과 질화막(Si₃N₄)이 형성된 웨이퍼 전면을 1분간 연마한 후 연마에 의해 제거된 두께 변화로부터 연마 속도를 측정하였으며, 마이크로 스크래치는 서프스켄 SP1을 사용하여 측정하였다. 각각의 슬러리에 대한 연마성능은 상기와 같이 준비한 블랭크 웨이퍼(blank wafer)에 대해 3회 이상 연마를 실시한 후 측정한 결과를 평균하였다.

상기에서 설명한 바와 같이, RPM의 변경을 이용한 밀링 공정 이후의 슬러리의 입도 분포 및 분산 안정성을 변화시키며 제조한 제 1 내지 제 3슬러리를 이용하여 동일한 CMP 조건에서 CMP 테스트를 진행하면 상기 표 5의 결과와 같다. 우선, 고 RPM의 밀링만 진행한 제 1 슬러리의 경우, 입도 분포 상의 최대 입자 크기(max particle size)는 2.1㎛이고, 최소 입자 크기(min particle size)는 0.1㎛이다. 고 RPM의 밀링 이후 상대적으로 RPM이 낮은 저 RPM의 밀링을 1회 진행한 제 2 슬러리의 경우에는 입도 분포 상의 최대 입자 크기가 1.2㎛이고, 최소 입자 크기는 0.1㎛ 이다. 또한 고 RPM의 밀링 이후 상대적으로 RPM이 낮은 저 RPM의 밀링을 2회 연속 진행한 제 3 슬러리의 경우에 입도 분포 상의 최대 입자 크기가 1.0㎛이고, 최소 입자 크기는 0.1㎛이다. 이와 같이 본 발명은 밀링기의 RPM 변경을 통하여 최종 세리아 슬러리의 입도 분포에서 최소 입자 크기(min particle size)를 0.07㎛ 이상으로, 최대 입자 크기(max particle size)를 1.5㎛ 이하로 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는 최소 입자 크기(min particle size)를 0.09㎛ 이상으로, 최대 입자 크기(max particle size)를 1.2㎛ 이하로 조절할 수 있다.

또한 분산 안정성을 나타내는 dD50 값도 밀링기의 RPM 변경을 통하여 30㎚ 이하로, 더욱 바람직하게는 -10 내지 10㎚로 유지할 수 있다.

RPM의 변경을 이용한 밀링 공정을 진행한 경우(제 2 슬러리 및 제 3 슬러리, 실시예1 및 실시예2)에 거대 응집 입자들이 적기 때문에 산화막 연마 속도가 다소 낮은 경향이 있다. 그러나 제 1 내지 제 3 슬러리는 모두 연마 속도 및 연마 선택비(산화막 대 질화막의 연마율비) 측면에서는 사용 가능한 범위이고, 연마시의 연마면내 연마 균일도를 나타내는 면내 불균일성(WIWNU)도 우수하다. 또한 RPM을 변경한 경우는 밀링기의 RPM 변경을 하지 않는 경우(제 1 슬러리, 비교예1)에 비하여 마이크로 스크래치 개수 및 산화막 잔류 입자의 개수가 상당히 적은 것을 볼 수 있다. 이처럼 RPM의 변경을 이용한 밀링을 수행하여 슬러리의 입도 분포에서 작은 입자, 특히 100㎛ 이하의 작은 입자 생성을 제한하며 거대 응집체를 분산시켜 롱 테일을 감소시키면 마이크로 스크래치 개수와 산화막 잔류 입자의 개수가 현저하게 줄어드는 것을 알 수 있다.

그러므로, 본 발명에 의하면 고 RPM 밀링 공정 이후 RPM 변경을 통하여 상대적으로 낮은 RPM의 밀링을 연속으로 진행함으로서 응집을 최소화할 수 있는 세리아 슬러리를 제공하고, 이로부터 마이크로 스크래치를 최소화 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 반도체 제조에 있어서 STI CMP 공정용 연마재로서 필수적으로 갖추어야 하는 여러 특성에 대해 우수한 물성을 가진 슬러리의 제조가 가능하게 되었고, 특히 CMP 후 소자에 치명적인 결함을 유발할 수 있는 마이크로 스크래치 및 잔류 입자를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, RPM 변경을 이용한 밀링 공정을 진행하여 100㎚ 이하의 작은 입자 생성을 제한하는 동시에 거대 입자 비율을 조절하고 분산안정성을 강화함으로서 CMP 공정에서 소자의 결함을 유발할 수 있는 마이크로 스크래치를 감소시키면서 동시에 높은 연마율을 유지할 수 있는 슬러리를 개발할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, STI CMP용 연마재로서 필수적으로 갖추어야 하는 여러 특성에 대해 우수한 물성을 가진 슬러리의 제조가 가능하게 되어 이러한 슬러리를 STI CMP용 연마재로서 사용할 경우, 마이크로 스크래치를 최소화하면서 초고집적 반도체 공정에서 요구되는 다양한 패턴을 연마할 수 있다.

Claims (11)

1. 연마 입자를 포함하는 연마용 슬러리에 있어서,

   상기 연마 입자를 소정의 밀링기로 밀링하되, 700 내지 1400 범위의 RPM에서 밀링하여 분쇄한 후 300 내지 700 범위의 RPM에서 적어도 1회 이상 밀링으로 분산시켜 강제 분산처리 전후의 연마 입자의 입도 크기 변화량이 30㎚ 이하인 연마용 슬러리.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 연마 입자를 800 내지 1200 범위의 RPM에서 밀링하여 분쇄한 후 400 내지 600 범위의 RPM에서 적어도 1회 이상 밀링으로 분산시킨 것을 특징으로 하는 연마용 슬러리.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 연마 입자는 세리아를 포함하는 연마용 슬러리.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 슬러리의 입도 분포가 0.07 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 의 범위인 연마용 슬러리.
6. 삭제
7. 연마 입자를 마련하는 단계;

   상기 연마 입자를 700 내지 1400 범위의 RPM에서 밀링하여 분쇄시키는 단계; 및

   상기 연마 입자를 300 내지 700 범위의 RPM에서 적어도 1회 이상 밀링하여 분산시키는 단계를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 연마 입자를 분쇄시키는 단계는 800 내지 1200 범위의 RPM에서 밀링하고, 상기 연마 입자를 분산시키는 단계는 400 내지 600 범위의 RPM에서 밀링하는 것을 특징으로 하는 연마용 슬러리의 제조 방법.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 밀링하는 단계 후에 거대 입자 제거를 위한 필터링 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.

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