KR100665300B1 - Ceria slurry for chemical mechanical polishing and its fabrication method - Google Patents

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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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing slurry, which is used in a CMP process for an STI process, which is essentially applied to an ultra-high density semiconductor manufacturing process having a design rule of 256 mega DRAM or more, for example, 0.13 μm or less. It relates to a slurry having a high selectivity ratio of the oxide layer to the layer and a method for producing the same. The present invention is suitable for the STI process of ultra-high density semiconductor manufacturing process of 0.13㎛ or less by appropriately operating the method and apparatus for pretreatment of abrasive particles, dispersion equipment and its operation method, method and amount of adding chemical additives, transporting device for samples and the like. The present invention relates to the preparation of high performance nano ceria slurries that are essential for a CMP process.

CMP, 슬러리, 표면적, 음이온계 고분자 분산제, 거대 입자, 입자 크기, 계면전위 거동, 밀링CMP, slurry, surface area, anionic polymer dispersant, macroparticles, particle size, interfacial potential behavior, milling

Description

화학기계적 연마용 세리아 슬러리 및 그 제조 방법 {CERIA SLURRY FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING AND ITS FABRICATION METHOD}Ceria slurry for chemical mechanical polishing and its manufacturing method {CERIA SLURRY FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING AND ITS FABRICATION METHOD}

도 1은 본 발명에 의한 슬러리 제조의 공정 순서도1 is a process flow diagram of slurry production according to the present invention

도 2는 세리아 연마제의 연마 메커니즘의 개략도2 is a schematic diagram of a polishing mechanism of ceria abrasive

도 3은 밀링 공정 시 밀링 회수 별 슬러리의 입도 분포3 is a particle size distribution of the slurry by the number of milling in the milling process

도 4는 예비 단계 밀링과 주 단계 밀링의 공정 진행도4 is a process flow diagram of preliminary step milling and main step milling.

도 5는 예비 단계 밀링을 통하여 조절된 입도 분포5 is a particle size distribution adjusted through preliminary step milling.

도 6은 예비 단계 밀링을 거친 경우와 예비 단계 밀링 없이 제조한 경우의 최종 슬러리의 입도 분포6 is a particle size distribution of the final slurry in the case of preliminary milling and when prepared without preliminary milling.

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 메가 디램급 이상의 (0.13㎛ 이하의 디자인 룰) 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. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to polishing slurries, in particular to chemical mechanical polishing (hereinafter abbreviated as 'CMP'), to polishing slurries used in chemical mechanical polishing processes for planarization of semiconductor laminates. More specifically, the shallow trench isolation CMP process, which is essential for ultra-high-density semiconductor manufacturing processes of 256 mega DRAM or more (design rule of 0.13 µm or less), is high in the nitride layer used as a barrier layer in the CMP process. The present invention relates to a polishing slurry having a polishing selectivity and capable of suppressing the occurrence of scratches on a flattening surface and a method for producing the same.

화학기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP)는 가압된 웨이퍼와 연마 패드 사이에 존재하는 연마제에 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.Chemical mechanical polishing (CMP) is one of the semiconductor processing techniques in which the mechanical processing by the abrasive present between the pressed wafer and the polishing pad and the chemical etching of the slurry are performed simultaneously. This is an essential process of global planarization technology in the manufacture of submicron scale semiconductor chips since it was developed by IBM in the late 1980s.

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 연마제 입자, 탈이온수, pH 안정제 및 계면활성제 등의 성분으로 구성된다. 이중 연마제 입자는 연마 기계로부터 압력을 받아 기계적으로 표면을 연마하는 작용을 하는 것으로 주로, 실리카 (SiO2), 세리아(CeO2), 알루미나(Al2O3) 등이 사용된다. The type of slurry is largely classified into an oxide slurry, a slurry for metals, and a polysilicon slurry according to the kind of object to be polished. An oxide slurry is a slurry used to polish a silicon oxide layer (SiO 2 layer) used in an interlayer insulating film and shallow trench isolation (STI) process, and is mainly composed of abrasive particles, deionized water, a pH stabilizer, and a surfactant. It is composed. Double abrasive particles act to mechanically polish the surface under pressure from a polishing machine, and mainly silica (SiO 2 ), ceria (CeO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and the like are used.

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. In particular, a ceria slurry using ceria as abrasive particles is widely used to polish a silicon oxide layer in an STI process, and a silicon nitride layer is mainly used as a polishing stop layer. Generally, certain additives are added to the ceria slurry to improve the selectivity of the oxide layer to the nitride layer, but in this case, not only the nitride layer removal rate but also the oxide layer removal rate is reduced. In addition, since the abrasive particles of the ceria slurry are usually larger than the abrasive particles of the silica slurry, and a large amount of large particles are present, relatively agglomeration is caused, there is a problem of causing scratches on the wafer surface.

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.On the other hand, when the polishing rate selection ratio of the oxide layer to the nitride layer is small, there is a problem in that a dishing phenomenon in which the oxide layer is excessively removed due to the loss of the adjacent nitride layer pattern, may not achieve uniform surface planarization. .

그러므로, 이런 STI CMP용 슬러리에서 요구되는 특성은 고선택비, 연마속도, 분산 안정성, 마이크로-스크래치 (micro-scratch) 안정성이며, 좁고 균일한 적정입도 분포와 1㎛ 이상의 크기를 갖는 큰 입자 개수가 일정한도 범위 내에 존재하여야 한다.Therefore, the properties required for these STI CMP slurries are high selectivity, polishing rate, dispersion stability, micro-scratch stability, and a large number of particles having a narrow uniform uniform particle size distribution and a size of 1 μm or more. It must be within a certain range.

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. As a prior art for preparing a slurry for STI CMP, US Pat. Nos. 6,221,118 and 6,343,976 to Hitachi disclose a method for synthesizing ceria particles and a method for preparing a high selectivity slurry using the same. Here, the characteristics of the particles required for the slurry properties for STI CMP, the types of additives including polymers, and the manufacturing method and process using them are described in a very difficult and wide range. In particular, a wide range is given for the average grain size, average primary particles and average secondary particles. Particular attention is given to the change in grain size with the calcination temperature and the resulting scratch. Another conventional technique is a method of synthesizing various ceria particles described in US Pat. No. 6,420,269 to Hitachi, and a method for producing a high selectivity slurry using the same. On the other hand, US Patent Publication No. 6,615,499 of Hitachi mentions the change of ratio between peak intensity of a specific region and the change of polishing rate according to the X-ray analysis result according to the heating rate in the calcination process. have.

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.Also, as another conventional technique, US Pat. Disclosed is a method and a method for preparing a high selectivity slurry using the same. These inventions mainly describe the types of additives in the slurry, the effects thereof, and the coupling agent.

그러나 이러한 종래 기술은 연마용 슬러리를 구성하고 있는 연마 입자들의 평균입도 및 이들의 범위에 대해서만 기재되어 있고 구체적인 슬러리의 입도 분포의 특성 및 이러한 입도 분포를 가능한 좁고 균일하게 만드는 방법에 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 매우 중요하다. 따라서 본 발명에서는 밀링 및 분산 기기를 적절하게 활용하여 마이크로 스크래치를 최소화할 수 있는 방법을 제공한다. 특히 한 종류의 밀링기를 사용하는 단일 단계 밀링(milling)이 아니라 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치, 즉 밀링 효율이 다른 여러 종류의 밀링기를 사용하는 다단계 밀링(multi-step milling)을 통하여 훨씬 좁고 균일한 입도 분포의 슬러리를 제공할 수 있도록 밀링(milling) 공정을 진행한다. 본 발명에 의하여 좁고 균일한 입도 분포를 지닌 슬러리를 제공함으로서 필터링 공정을 용이하게 할 뿐 아니라 높은 연마속도를 유지하는 동시에 마이크로 스크래치를 최소화할 수 있다. However, this prior art only describes the average particle size and range of the abrasive particles constituting the polishing slurry, and detailed considerations on the characteristics of the particle size distribution of the slurry and how to make the particle size distribution as narrow and uniform as possible are described. Lack. However, considering the micro scratches caused by the large particles in the slurry, it is very important to narrow the particle size distribution of the slurry and minimize the long tail. Accordingly, the present invention provides a method capable of minimizing micro scratches by appropriately utilizing milling and dispersing equipment. In particular, it is much narrower than single-step milling using one type of milling machine, but not through the limit value of the size of the particles that can be ground, that is, multi-step milling using several types of mills with different milling efficiencies. The milling process proceeds to provide a slurry of uniform particle size distribution. According to the present invention, by providing a slurry having a narrow and uniform particle size distribution, not only to facilitate the filtering process, but also to maintain a high polishing rate while minimizing micro scratches.

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, 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. Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a method of pretreatment and apparatus for dispersing various particles, a dispersing equipment and its operating method, a method and amount for adding chemical additives, and a transportation device for samples. It is an object of the present invention to provide a high performance nano ceria slurry that can be applied to an STI process in an ultra-high-density semiconductor manufacturing process and can minimize a deadly micro scratch in a semiconductor device.

특히, 본 발명은 세리아 파우더와 초순수(DI water)를 혼합하여 만들어지는, 슬러리의 입도를 조절할 수 있는 밀링 공정을 한 종류의 밀링기를 이용한 단일 단계가 아닌 밀링 효율이 다른 여러 종류의 밀링기를 이용하여 다단계(multi-step)로 진행함으로서 매우 좁고 균일한 입도 분포를 갖고, 마이크로 스크래치는 최소화하면서 적절한 연마 속도를 얻을 수 있는 분산 안정화된 슬러리를 제공하는 데 있다.In particular, the present invention uses a milling process that is made by mixing ceria powder and ultrapure water (DI water), a milling process that can adjust the particle size of the slurry using a variety of milling machines with different milling efficiency rather than a single step using a milling machine. Proceeding to multi-step provides a dispersion stabilized slurry that has a very narrow and uniform particle size distribution, and that microscratches can be obtained at an appropriate polishing rate with minimal.

본 발명은 연마 입자를 포함하는 연마용 슬러리로서, 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 다른 밀링기를 이용하여 적어도 2 단계 이상 밀링을 수행하며 최종 단계 밀링 전에 연마 입자의 입자 크기가 50 ㎛ 이하의 범위를 가지는 연마용 슬러리를 제공한다. 특히 최종 단계 밀링 전의 입자 크기가 0.1㎛ 내지 50㎛의 범위에서 분포한다.The present invention relates to a polishing slurry comprising abrasive particles, wherein the milling of at least two stages is carried out using a milling machine having a different limit value of the crushable particle size, and the grain size of the abrasive grains is 50 탆 or less before the final stage milling. It provides a polishing slurry having a range. In particular, the particle size before the final stage milling is distributed in the range of 0.1 μm to 50 μm.

상기 연마 입자를 포함하여 만들어지는 연마용 슬러리의 입도를 조절할 수 있는 밀링 공정을 효율이 다른 밀링기를 이용하여 단일 단계가 아닌 적어도 2 단계 이상의 다단계 밀링(multi-step milling)으로 진행함으로서 매우 좁은 입도 분포를 갖고, 마이크로 스크래치는 최소화하면서 적절한 연마 속도를 얻을 수 있는 분산 안정화된 연마용 슬러리를 얻을 수 있다.Very narrow particle size distribution by performing the milling process that can control the particle size of the polishing slurry including the abrasive particles to at least two stages of multi-step milling rather than a single stage using a mill having a different efficiency With this, it is possible to obtain a dispersion stabilized polishing slurry which can obtain an appropriate polishing rate while minimizing micro scratches.

상기에서, 상기 밀링기는 큰 입자를 분쇄하는 저효율 밀링기, 중효율 밀링기 및 작은 입자를 미세 입자로 분쇄하는 고효율 밀링기 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 최종 단계 밀링 전에 연마 입자의 입자 크기는 0.5㎛ 내지 40㎛ 의 범위에 분포한다. 또한 상기 최종 단계 밀링 전에 연마 입자의 입자 크기는 0.6㎛ 내지 30㎛ 의 범위를 가지는 것이 바람직하다. In the above, the mill may use any one of a low efficiency mill, which grinds large particles, a medium efficiency mill, and a high efficiency mill that grinds small particles into fine particles, and the particle size of the abrasive particles before the final stage milling may be 0.5 µm to It is distributed in the range of 40 µm. It is also preferable that the particle size of the abrasive particles before the final step milling has a range of 0.6 μm to 30 μm.

또한, 본 발명은 연마 입자를 마련하는 단계, 상기 연마 입자의 입자 크기가 50㎛ 이하의 범위가 되도록 예비 단계 밀링을 수행하는 단계 및 상기 예비 단계 밀링과 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 다른 밀링기를 이용하여 주 단계 밀링을 수행하는 단계를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법을 제공한다.
상기 주 단계 밀링을 수행하는 단계는, 작은 입자를 미세 입자로 분쇄하는 고효율 밀링기를 이용하여 밀링을 수행할 수 있다.
상기 예비 단계 밀링을 수행하는 단계는 큰 입자를 분쇄하는 저효율 밀링기 또는 중효율 밀링기를 사용하여 적어도 1회 이상 밀링을 수행할 수 있으며, 또는 저효율 밀링기로 적어도 1회 이상 밀링을 수행한 후, 중효율 밀링기로 적어도 1회 이상 밀링을 수행할 수 있다.
In addition, the present invention comprises the steps of preparing the abrasive particles, performing the preliminary milling so that the particle size of the abrasive particles is in the range of 50㎛ or less and the limit value of the particle size that can be crushed with the preliminary milling is different It provides a method for producing a polishing slurry comprising the step of performing the main step milling using a milling machine.
In the main step milling, milling may be performed using a high efficiency mill that grinds small particles into fine particles.
The preliminary step milling may be performed by milling at least one or more times using a low efficiency mill or a medium efficiency mill that grinds large particles, or after performing at least one milling with a low efficiency mill, The milling can be carried out at least once.

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상기에서 상기 고효율 밀링기는 습식 비드 밀링기를 포함하며, 상기 저효율 밀링기는 건식 밀링기 또는 볼밀기를 포함한다. 또한 상기 중효율 밀링기는 볼 및 비드의 사이즈를 수 ㎜로 조절하여 사용할 수 있는 볼 밀 또는 비드 밀링기를 포함한다.In the above, the high efficiency mill includes a wet bead mill, and the low efficiency mill includes a dry mill or a ball mill. In addition, the medium efficiency mill includes a ball mill or bead mill that can be used by adjusting the size of the ball and the beads to a few mm.

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 연마제의 한 예로서 세리아를 사용하고 그의 분산매 및 분산제로서 초순수(DI water)와 음이온계 고분자 분산제를 사용하여 설명한다. 또한 이렇게 제조된 연마용 세리아 슬러리의 제조방법과 단일 단계 및 다단계(multi-step) 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.Hereinafter, each part will be described in detail by dividing the manufacturing process of the polishing slurry of the present invention and the analysis and analysis of the resulting polishing slurry. In the following description of the present invention with specific examples, ceria is used as an example of an abrasive and ultrapure water (DI water) and anionic polymer dispersant are used as the dispersion medium and the dispersant. In addition, the CMP results such as the production method of the polishing ceria slurry and the oxide film polishing rate and selectivity of the slurry prepared in a single step and a multi-step process will be described. The present invention described below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the following description.

[세리아 슬러리 제조][Ceria Slurry Preparation]

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). The ceria slurry of the present invention contains additives such as ceria powder, ultrapure water (DI water) and anionic polymer dispersant, a weak acid or a weak base. The method for producing the polishing ceria slurry is approximately as follows (see FIG. 1).

먼저 세륨 카보네이트와 같은 전구체를 전처리 한다. 즉, 고상 합성하여 세 리아 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). First, a precursor such as cerium carbonate is pretreated. That is, ceria powder is prepared by solid phase synthesis (S1). The ceria powder is mixed and wetted with ultrapure water (DI water) in a mixing tank (S2), and milled with a milling machine (S3) for particle size reduction and dispersion. Anionic polymer dispersant is added to the initial slurry prepared by the above method to increase dispersion stability (S4), and the pH is adjusted by mixing additives such as weak acid or weak base with a high speed mixer. After dispersion stabilization through additional milling (S5), the weight ratio of the slurry (wt%), that is, the solid load to the desired range (S6), and then remove the large particles through filtering to prevent scratches during precipitation and polishing (S7) and further aging (stabilize) the slurry (S8).

이와 같은 본 발명의 연마용 세리아 슬러리의 제조 방법을 각각의 단계별로 세부적으로 설명하면 다음과 같다.Such a method for producing a polishing ceria slurry of the present invention will be described in detail for each step as follows.

1. 세리아 분말의 제조1. Preparation of Ceria Powder

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. The preparation of the ceria slurry of the present invention begins with the preparation of ceria powder with ceria raw material precursor (precursor) through solid phase synthesis. The ceria powder may be synthesized by calcining a precursor such as cerium carbonate, for example, and may be subjected to a separate drying process to remove moisture adsorbed before full calcining. This is because precursors treated through the drying process are excellent in terms of ease of transfer and treatment in the process.

세리아 분말은 세륨 카보네이트를 하소하는 조건 및 하소 장치의 구성에 따 라 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. The ceria powder varies depending on the conditions for calcining cerium carbonate and the configuration of the calcining apparatus. Cerium carbonate has crystalline water and adsorbed water, and crystalline water often has tetravalent, pentavalent, hexavalent and the like, and the calcination conditions vary depending on the number of crystallized water and the amount of adsorbed water. When calcining, firstly, crystal water and adsorbed water are removed. The ceria powder then begins to synthesize as a carbon dioxide decarbonation occurs in which the carbonate function is removed in the form of carbon dioxide through further elevated temperature and first heat treatment. Next, ceria powder having particles of various sizes is formed by recrystallization by an additional second heat treatment. It is effective to perform calcination in 500-1000 degreeC temperature range.

2. 혼합 및 밀링2. Mixing and Milling

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. The ceria powder prepared by the above method is mixed and wetted using ultra pure water (DI water) and a high shear mixer. Thereafter, the mixture is milled to reduce particle size and dispersed to produce nano-sized ceria slurry.

상기의 혼합 및 습식 과정 후, 입자의 크기를 제어하고 응집되어 있는 연마 입자들을 분산시키기 위하여 저효율 밀링기(low efficiency milling machine), 중효율 밀링기(middle efficiency milling machine), 혹은 고효율 밀링기(high efficiency milling machine)를 이용하여 입자 크기 감소 및 분산을 진행할 수 있다. 여기서, 밀링기의 효율은 각각의 기기에 따라 밀링동안 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치를 나타낸다.After the mixing and wet process, a low efficiency milling machine, a middle efficiency milling machine, or a high efficiency milling machine to control the particle size and disperse the aggregated abrasive particles ) Can be used to proceed with particle size reduction and dispersion. Here, the efficiency of the mill represents the limit value of the particle size that can be crushed during milling according to each machine.

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 구분할 수 있으며, 이러한 각각의 밀링기는 밀링 성능 및 특성이 서로 상이하다. 예를 들면 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 상대적으로 큰 저효율 밀링기는 큰 크기의 입자를 빠르게 분쇄하는 것이 효율적이나, 작은 크기의 입자를 분쇄하기는 어렵다. 반면에, 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 상대적으로 작은 고효율 밀링기는 작은 입자를 미세 입자로 분쇄하는 데 효율적이다. 다만, CMP용 슬러리의 경우는 오염이 없는 미세한 연마 입자를 획득하는 것이 중요하므로, 세라믹 재질로 되어 있는 습식 밀링기를 주로 사용하여 밀링하는 것이 바람직하다. 한편, 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.The above mill is a low efficiency mill including a dry mill or a wet ball mill using a large ball size of several centimeters depending on the milling efficiency, a medium efficiency mill or wet bead including a wet ball mill using a small millimeter of ball size. It can be distinguished by high efficiency mills including mills, each of which has different milling performance and characteristics. For example, low-efficiency mills with relatively large limits on the size of particles that can be ground are efficient at breaking large particles quickly, but are difficult to break small particles. On the other hand, high efficiency mills with a relatively small limit on the size of the particles that can be ground are effective for grinding small particles into fine particles. However, in the case of the slurry for CMP, it is important to obtain fine abrasive particles free of contamination, and therefore, milling using a wet mill mainly made of a ceramic material is preferable. On the other hand, in the case of using the wet milling method, in order to prevent precipitation and reduction of milling efficiency due to agglomeration of abrasive particles, generation of large particles, large area size distribution, etc., the concentration of abrasive particles, pH and conductivity control, and a dispersant may be used. It is effective to enhance dispersion stability.

본 발명은 이러한 여러 가지 밀링기의 서로 다른 성능을 이용하여 고효율의 습식 밀링기에 의한 주 단계 밀링이 진행되기 전에 저효율 또는 중효율의 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 진행하여, 전체 밀링 효율을 향상시키고 연마 입자의 입자 크기 분포 즉 입도 분포를 좁고 균일하게 형성한다. 즉, 두 가지 이상의 각기 서로 다른 효율을 지닌 밀링기를 연속하여 사용하여 밀링을 하거나, 이러한 밀링기들을 여러개 연결하여 사용할 수도 있다. 이러한 밀링 공정에 있어서 밀링 및 분산기기의 조합 혹은 단계 수의 변화 등에 따라서 입도 분포 및 스크래치 수가 달라지게 되는데 이에 대한 자세한 내용은 후술한다. The present invention takes advantage of the different performance of these different mills before the preliminary stage milling by the high efficiency wet mill, the preliminary stage milling using a low or medium efficiency mill to improve the overall milling efficiency and polishing The particle size distribution, ie the particle size distribution, of the particles is narrow and uniform. That is, milling using two or more different mills having different efficiencies may be performed in succession, or several mills may be connected to each other. In such a milling process, the particle size distribution and the number of scratches are changed according to a combination of milling and dispersing apparatus or a change in the number of steps, which will be described later.

3. 분산 안정화 및 첨가제의 혼합3. Dispersion Stabilization and Mixing of Additives

다음으로, 분산제의 한 예로 음이온계 고분자 분산제를 상기 슬러리에 첨가 하여 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 적당하며, 바람직하게는 0.001 ~ 3.0 wt% , 더욱 바람직하게는 0.02 ~ 2.0 wt% 가 적당하다. 안정화된 세리아 슬러리의 점도 거동은 뉴톤 거동 (newtonian behavior)이 바람직하다. Next, as an example of the dispersant, anionic polymer dispersant is added to the slurry to stabilize the dispersion, and additives such as a weak acid and a weak base are added to adjust the pH to stabilize the slurry. The anionic polymer compound used as the dispersant may be any one selected from the group consisting of polymethacrylic acid, polyacrylic acid, ammonium polymethacrylate, ammonium polycarboxylate, and carboxyl-acrylic polymer or a combination thereof. Can be used. This is because, since the slurry of the present invention is water-based, it has an appropriate solubility in water at room temperature of such a polymer compound. At this time, the pH of the slurry is preferably 6.5 to 13. In addition, the addition range of the anionic polymer compound is preferably 0.0001 to 10.0 wt% based on the abrasive particles, preferably 0.001 to 3.0 wt%, more preferably 0.02 to 2.0 wt%. The viscosity behavior of the stabilized ceria slurry is preferably in Newtonian behavior.

이때, 분산제 및 첨가제가 혼합된 혼합물을 고효율 밀링기로 밀링하여 입자 크기를 감소시키고 분산을 진행할 수 있다. 이 후 분쇄 및 분산된 슬러리를 펌프를 사용하여 별도의 탱크로 이송한 후 적절한 분산 기기를 이용하여 분산함으로써 분산 안정성을 확보하고 추가적인 응집 및 침전을 방지할 수 있다. At this time, the mixture mixed with the dispersant and the additive may be milled with a high-efficiency mill to reduce the particle size and proceed with dispersion. Thereafter, the pulverized and dispersed slurry may be transferred to a separate tank using a pump and then dispersed using an appropriate dispersing device to secure dispersion stability and prevent further aggregation and precipitation.

4. 고형하중(wt%) 조절 및 거대입자 제거4. Solid load (wt%) control and large particle removal

상기와 같이 슬러리의 분산 안정화 공정이 끝난 후에는 세리아 슬러리의 고형하중(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 표 면적은 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 거대 입자를 제거하는 필터링은 필터링 횟수를 증가시킬수록 거대 입자 감소율을 더욱 높일 수 있다.After the dispersion stabilization process of the slurry is finished as described above, the solid load (wt%) of the ceria slurry is adjusted to a desired range, and filtering may remove large particles that may cause scratches during the CMP process and may cause precipitation and aggregation. do. The concentration of the solid load is preferably 15 wt% or less. The greater the presence of the larger particles, the greater the force due to gravity than the dispersion force due to the repulsive force between the particles, and the larger the particle area, the smaller the surface area of the microparticles. Lose. Due to these two causes, agglomeration and precipitation occur a lot and the slurry becomes unstable as a whole. Therefore, it is necessary to remove the large particles. Filtering to remove such large particles may increase the rate of large particle reduction as the number of filtering increases.

5. 슬러리 숙성5. Slurry Aging

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.Next, the slurry is stabilized through aging. That is, it is effective to further stabilize the slurry by stirring the slurry in the tank and mixing for 24 hours. This can be done in addition to the finished slurry, and may be omitted if necessary.

[밀링 공정에 따른 세리아 슬러리의 특성 변화][Changing Characteristics of Ceria Slurry with Milling Process]

이하, 상기에서 설명한 바와 같은 제조 공정을 이용하여 세리아 슬러리를 제조하는 경우, 밀링 공정을 운영하는 방법 및 밀링 및 분산 기기의 조합에 있어서의 변화가 세리아 연마 입자의 특성에 미치는 영향을 분석한다. 특히 다단계 밀링(multi-step milling)에 따른 세리아 슬러리의 입도 분포의 폭 변화와 롱 테일(long tail)의 변화 정도를 구분하고 해석하여 이에 따른 마이크로 스크래치의 변화를 상세히 기술한다.Hereinafter, when manufacturing a ceria slurry using the manufacturing process as described above, the effect of the change in the method of operating a milling process, and the combination of a milling and a dispersing apparatus on the characteristic of a ceria abrasive grain is analyzed. In particular, the change in the size of the particle size distribution of the ceria slurry and the degree of change in the long tail according to the multi-step milling are classified and analyzed, and thus the change of the micro scratches is described in detail.

연마용 슬러리는 거대 입자가 많고 적은 정도에 따라 0.13㎛ 이하의 초고집적 반도체 제조공정 중 반도체 디바이스에 치명적인 영향을 주는 마이크로 스크래 치(micro scratch)를 유발할 수 있다. 즉, 세리아 연마제의 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. 이때 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 운영방법 및 조합이다. Polishing slurries can cause micro-scratches that have a fatal effect on semiconductor devices during the ultra-high density semiconductor manufacturing process of 0.13 μm or less depending on the amount of the large particles and the small amount thereof. In other words, the polishing mechanism of the ceria abrasive is a poly-crystal type ceria particle as shown in FIG. 2 is broken into a single crystal form as a chemical reaction with an oxide film deposited on the wafer and then the pad and It is a method of grinding by grinding away by mechanical frictional force. At this time, as the proportion of the macroparticles in the abrasive grains increases, the number of microparticles in the process of breaking the polycrystal into single crystals and in the process of the secondary particles breaking into smaller secondary or primary particles is increased. Scratch can occur. Therefore, there is a need to minimize the proportion of large particles in ceria abrasive particles and to enhance dispersion stability. At this time, these large particles are concentrated in the portion corresponding to the long tail on the particle size distribution of the ceria slurry. And one of the important factors that can greatly affect the long tail (long tail) in the particle size distribution of the ceria slurry is the operation method and combination of milling and dispersing equipment in the manufacturing process of the ceria slurry.

밀링 및 분산 기기는 각각의 기기에 따라 밀링 동안 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 존재한다. 즉, 거대 입자들이 밀링 공정을 진행함에 따라 미세 입자들로 분쇄되거나 분산되어 크기가 줄어들게 되는데, 어느 정도까지는 잘 줄어들지만 어떠한 한계에 도달하게 되면 더 이상 줄어들지 않게 된다. 실제로 도 3을 보면 동일한 습식 밀링기를 사용하여 밀링 회수(패스 회수)를 증가시키면서 밀링을 계속 진행함에 따라 20㎛ 내지 30㎛ 영역에서는 빠르게 입도가 감소하지만 100nm 근처에서는 입도 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다. 즉 100nm 근처가 이와 같은 습식 밀링 기기의 한계 수치인 것이다. Milling and dispersing machines have a limit value of the particle size that can be milled during milling, depending on the respective machine. In other words, as the large particles are milled, they are crushed or dispersed into fine particles, which are reduced in size. In fact, in FIG. 3, as the milling process is continued while increasing the number of millings (pass times) using the same wet mill, the particle size decreases rapidly in the region of 20 μm to 30 μm, but there is almost no change in the particle size near 100 nm. . In other words, near 100 nm is the limit value of such a wet milling machine.

각각의 밀링기의 성능 및 특성에 따라 밀링기마다 한계 수치가 다르게 되고 본 발명과 같이 주된 입도 조절을 위하여 사용하고 있는 고효율의 습식 밀링기 이전에 여러 차례의 예비 단계 밀링(pre-step milling)을 활용하면 최종 슬러리의 입도 분포를 더욱 좁게 얻어낼 수 있다. 하기에서 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 상대적으로 큰 밀링기, 즉 저효율 및/또는 중효율 밀링기들을 사용하여 예비 단계 밀링(pre-step milling)을 진행하고, 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 상대적으로 작은 밀링기, 즉 고효율 습식 밀링기를 사용하여 주 단계 밀링(main-step milling)을 진행하는 다단계 밀링(multi-step milling)에 대해 설명하겠다. 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명은 주 단계 밀링 이전에, 주 단계 밀링에서 사용되는 밀링기와 효율이 다른 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 진행한다. 즉, 도 4의 (a)와 같이 주 단계 밀링 이전에 저효율의 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 진행할 수 있으며, 도4의 (b)와 같이 주 단계 밀링 이전에 중효율의 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 진행할 수 있으며, 또는 도4의 (c)와 같이 주 단계 밀링 이전에 저효율 밀링기와 중효율의 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 진행할 수 있다. 이외에도 예비 단계의 밀링기는 주 단계 밀링에서 사용되는 밀링기와 다른 효율의 밀링기를 여러가지로 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 저효율 밀링기, 중효율 밀링기 및 다른 중효율 밀링기의 순서로 예비 단계 밀링을 진행할 수 있으며, 저효율 밀링기 및 다른 저효율 밀링기의 순서로 예비 단계 밀링을 진행할 수도 있다. 또한 각 단계의 밀링에서 동일한 밀링기를 사용하는 밀링의 회수를 복수회로 조절할 수도 있다. 예를 들면 저효율의 밀링기를 이용하여 예비 단계 밀링을 진행할 때, 저효율 밀링을 1회 진행할 수 있으며, 저효율 밀링을 2회 이상으로 진행할 수도 있다. 이들은 효율성이 서로 다른 밀링기들을 운용 및 조합하는 여러 예들이며, 밀링기들의 운용 및 조합은 다양한 방법으로 활용할 수 있다.Depending on the performance and characteristics of each mill, the limit values differ from mill to mill, and multiple pre-step milling is used before the high-efficiency wet mill is used for the main particle size control. The particle size distribution of the slurry can be obtained more narrowly. In the following the pre-step milling is carried out using milling machines having a relatively large limit on the size of particles that can be ground, that is, low and / or medium efficiency mills, and the limit on the size of particles that can be ground. Will be described for multi-step milling, where main-step milling is carried out using a relatively small mill, that is, a high efficiency wet mill. As shown in Fig. 4, the present invention performs preliminary step milling using a mill having a different efficiency from that used in the main step milling before the main step milling. That is, preliminary stage milling may be performed using a low-efficiency milling machine before the main stage milling as shown in FIG. 4 (a), and preliminary stage milling may be performed before the main stage milling as shown in FIG. 4 (b). Step milling may be performed, or preliminary step milling may be performed using a low efficiency mill and a medium efficiency mill before the main step milling as shown in FIG. In addition, preliminary mills can be used in various combinations with mills of other efficiencies and mills used in main milling. For example, preliminary step milling may be performed in the order of low efficiency mills, medium efficiency mills, and other medium efficiency mills, and preliminary step milling may be performed in the order of low efficiency mills and other low efficiency mills. It is also possible to adjust the number of times of milling using the same mill in each stage of milling in multiple times. For example, when preliminary milling is performed using a low efficiency mill, low efficiency milling may be performed once, and low efficiency milling may be performed two or more times. These are several examples of operating and combining mills with different efficiencies, and the operation and combination of mills can be utilized in various ways.

이러한 예비 단계 밀링을 수행하게 되면 밀링 효율이 증가하고, 거대 입자 크기가 감소하며, 좁고 균일한 연마 입자 입도 분포를 얻을 수 있다. 표 1은 밀링 조건 외에 기타 슬러리의 제조 조건을 동일하게 하여 슬러리를 제조하며, 밀링 조건을 변화시킨 경우의 연마 입자의 입도 분포를 나타낸다. 이에 따른 입도 분포 비교는 도 5에 나타난다.This preliminary step milling increases the milling efficiency, reduces the large particle size, and provides a narrow and uniform abrasive particle size distribution. Table 1 shows the particle size distribution of the abrasive grain in the case of making a slurry by making other slurry manufacturing conditions the same except milling conditions, and changing milling conditions. The particle size distribution comparison accordingly is shown in FIG. 5.

밀링 조건Milling conditions 입도 분포Particle size distribution max size - min sizemax size-min size 예비 단계 밀링을 하지 않은 경우(A)Without preliminary step milling (A) 1㎛ ~ 70㎛1 ㎛ ~ 70 ㎛ 69㎛69 μm 저효율 밀링을 1회 진행한 경우(B)One low-efficiency milling operation (B) 0.8㎛ ~ 40㎛0.8 μm to 40 μm 39.2㎛39.2 μm 저효율 밀링을 2회 진행한 경우(C)2 times low efficiency milling 0.8㎛ ~ 21㎛0.8 μm to 21 μm 20.2㎛20.2 μm 중효율 밀링을 1회 진행한 경우(D)When medium efficiency milling is performed once (D) 0.8㎛ ~ 21㎛0.8 μm to 21 μm 20.2㎛20.2 μm 저효율 및 중효율 밀링을 각 1회씩 진행한 경우(E)Low and medium efficiency milling each time (E) 0.6㎛ ~ 13㎛0.6 μm to 13 μm 12.4㎛12.4㎛

위의 표 1과 도 5에 나타나듯이, 고효율의 습식 밀링에 의한 주 단계 밀링(main-step milling) 이전에 저효율 밀링기, 중효율 밀링기, 혹은 두 가지를 혼합하여 사용하는 예비 단계 밀링을 진행한 모든 경우는, 예비 단계 밀링을 진행하지 않은 경우(A)에 비교하여 연마 입자의 최대 크기가 현저하게 감소하고 있으며, 입 도 분포가 좁아지는 것을 알 수 있다. 또한 저효율의 밀링기를 사용하여 밀링을 1회 진행한 경우(B)보다, 저효율 밀링기를 사용하여 연속으로 2회 밀링하는 경우(C) 혹은 중효율 밀링기를 사용하여 밀링하는 경우(D)에, 세리아 슬러리의 입도 분포가 더욱 좁아지는 것을 볼 수 있다. 또한 이들의 경우보다 저효율 밀링기를 사용하여 1차 밀링한 후에 연속으로 중효율 밀링기를 사용하여 2차 밀링을 진행한 경우(E)에 연마 입자의 최대 크기가 감소하고 입도 분포가 더욱 좁아졌음을 알 수 있다.As shown in Table 1 and FIG. 5 above, all preliminary step milling using a low efficiency milling machine, a medium efficiency milling machine, or a mixture of the two is performed before main-step milling by high efficiency wet milling. In this case, it can be seen that the maximum size of the abrasive grains is remarkably reduced, and the particle size distribution is narrowed, as compared with the case of not performing the preliminary step milling (A). In addition, when milling twice with a low efficiency milling machine (C) or milling with a medium efficiency milling machine (D), rather than performing one milling with a low efficiency milling machine (B), ceria It can be seen that the particle size distribution of the slurry becomes narrower. In addition, when the first milling using a low efficiency milling machine followed by the second milling using a medium efficiency milling machine (E), the maximum size of the abrasive grains was reduced and the particle size distribution was narrower than those of these cases. Can be.

이와 같이 준비된 연마 입자 및 슬러리를 예비 단계 밀링(pre-step milling)을 거친 경우와 거치지 않은 경우에 각각 주 단계 습식 밀링 공정을 진행한 후 입도 분포를 비교하여 보면 도 6 및 표 2와 같다.6 and Table 2 show the comparison of the particle size distribution after the main wet milling process in the case where the prepared abrasive particles and the slurry are subjected to pre-step milling and non-preparation.

밀링 조건Milling conditions 입도 분포Particle size distribution Max size - min sizeMax size-min size 예비 단계 밀링을 하지 않고, 습식 밀링한 경우(A')When wet milling without preliminary milling (A ') 0.09㎛ ~ 2.8㎛0.09㎛ ~ 2.8㎛ 2.71㎛2.71 μm 저효율 밀링을 1회 진행한 후, 습식 밀링한 경우(B')When wet milling after one time of low efficiency milling (B ') 0.09㎛ ~ 1.8㎛0.09㎛ ~ 1.8㎛ 1.71㎛1.71 μm 저효율 밀링을 2회 진행한 후, 습식 밀링한 경우(C')When wet milling after two low-efficiency mills (C ') 0.09㎛ ~ 1.2㎛0.09㎛ ~ 1.2㎛ 1.11㎛1.11 μm 중효율 밀링을 1회 진행한 후, 습식 밀링한 경우(D')When wet milling after one time of medium efficiency milling (D ') 0.09㎛ ~ 1.2㎛0.09㎛ ~ 1.2㎛ 1.11㎛1.11 μm 저효율 및 중효율 밀링을 각 1회씩 진행한 후, 습식 밀링한 경우(E')When wet milling after each low and medium efficiency milling process (E ') 0.08㎛ ~ 1.1㎛0.08㎛ ~ 1.1㎛ 1.02㎛1.02 μm

도 6에서, 예비 단계 밀링(pre-step milling)을 거치지 않고 바로 고효율의 습식 밀링에 의한 주 단계 밀링 (main-step milling) 공정을 진행한 슬러리(A')보다 예비 단계 밀링(pre-step milling)을 거친 모든 경우의 슬러리의 입도 분포가 상대적으로 훨씬 좁고 롱 테일이 짧은 것을 알 수 있다. 또한, 저효율 밀링기에 의한 예비 단계 밀링을 1회 진행한 경우(B')보다 저효율 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 연속하여 2회 진행한 경우(C') 혹은 중효율 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링을 진행한 경우(D')에 더욱 좁고 균일한 입도 분포를 얻을 수 있다. 또한 저효율 밀링기와 중효율 밀링기를 사용하여 연속으로 각 1회씩 예비 단계 밀링 공정을 진행할 때(E') 거대 입자가 감소하고 입도 분포가 더욱 좁아지는 것을 알 수 있다. In FIG. 6, pre-step milling is compared to slurry A 'which has undergone the main-step milling process by high efficiency wet milling without undergoing pre-step milling. It can be seen that the particle size distribution of the slurry in all cases through) is relatively narrow and the long tail is short. In addition, when preliminary milling with a low efficiency mill is performed once (B '), preliminary milling with a low efficiency mill is performed twice (C') or preliminary milling with a medium efficiency mill. In the case of (D '), a narrower and more uniform particle size distribution can be obtained. In addition, it can be seen that when the continuous milling process (E ') is performed once in each successive milling process using the low-efficiency mill and the medium-efficiency mill, the larger particles are reduced and the particle size distribution is narrower.

이와 같이 예비 단계 밀링을 포함하는 다단계 밀링(multi-step milling)에 의하여 연마 입자의 입도 분포를 조절할 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 공정 변화에 따른 마이크로 스크래치의 변화”에서 자세히 살펴보도록 하겠다. As such, the particle size distribution of the abrasive particles may be controlled by multi-step milling including preliminary step milling, which is closely related to the number of micro scratches. The narrower the particle size distribution and the shorter the long tail, the shorter the number of micro scratches. We will discuss this in more detail later in “Changing Micro Scratch with Changes in Milling Process”.

[밀링 공정 변화에 따른 마이크로 스크래치 변화][Micro Scratch Variation According to Milling Process Variation]

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 3으로 정리하였다. Hereinafter, the ceria powder and the slurry are prepared under each condition by the slurry production method as described above, and the characteristics of the abrasive particles and the slurry properties prepared under the respective conditions will be described. The properties of these abrasive particles and slurry were measured, and then summarized in Table 3 below.

먼저, 여러 가지 분석을 위한 측정 장비들을 먼저 기술하면 다음과 같다.First, measuring equipment for various analysis is described first.

1) 입도분포 : 일본 호리바(Horiba)사의 LA-910으로 측정1) Particle size distribution: measured by LA-910 of Horiba, Japan

2) XRD : 필립스(Philips)사의 X'PERT Pro MRB으로 측정2) XRD: Measured by Philips' X'PERT Pro MRB

(1) 제 1 내지 제 5 세리아 분말 제조(1) Preparation of the First to Fifth Ceria Powders

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 5 세리아 분말을 준비하였다. 이 때 각각 하소시의 승온 속도는 5℃/min이고 냉각은 자연냉각이며 부산물 CO2 가스를 효과적으로 제거해주기 위하여 세거(saggar)의 이동 방향과 반대 방향으로 20㎥/Hour의 기체를 흘려주었다. 이렇게 하소된 세리아 분말을 X-ray 회절을 이용하여 확인해본 결과 각각 순도 높은 세리아(cerium oxide)가 얻어졌다. 25 kg of high purity cerium carbonate was put in a container (800g) about 800g each and calcined for 4 hours at 700 ℃ in a tunnel (tunnel kiln) to prepare a first ceria powder. In addition, the calcined at 700 ℃ for 4 hours in the same manner to prepare a second to 5 ceria powder. At this time, the temperature increase rate at the time of calcination was 5 ℃ / min, the cooling is natural cooling and 20 ㎥ / Hour gas was flowed in the direction opposite to the moving direction of the saggar to effectively remove the by-product CO 2 gas. The calcined ceria powder was confirmed by X-ray diffraction to obtain high purity ceria (cerium oxide).

(2) 제 1 내지 제 5 세리아 슬러리의 준비(2) Preparation of the First to Fifth Ceria Slurry

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 고효율 습식 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. 10 kg of the high purity first ceria powder synthesized under the above conditions was added to 90 kg of ultrapure water, in which ammonium polymethacrylate was mixed with 1 wt% of ceria powder as an anionic dispersant, for 1 hour for sufficient wetting in a high shear mixer. Mix over. Thereafter, the mixed 10 wt% slurry is milled using a high efficiency wet milling method. Milling adjusts the particle size to the desired range and also disperses the aggregated slurry. Subsequently, filtering removes the large particles to prepare a first ceria slurry.

또한 별도로 상기와 같은 조건에서 합성된 고순도 제 2 세리아 분말 10kg를 건식 밀링기, 즉 저효율의 밀링기를 사용하여 예비 단계 밀링(pre-step milling)을 진행한다. 그리고 예비 단계 밀링(pre-step milling) 후의 세리아 파우더 10kg을 음이온계 분산제로서 암모늄 폴리메타아크릴레이트가 세리아 분말 대비 1wt%만큼 혼합되어 있는 초순수 90kg와 고전단 혼합기에서 충분한 습식(wetting)을 위하여 1시간 이상 혼합한 다음, 혼합된 10wt% 슬러리를 고효율 습식 밀링 방식을 이용하여 밀링한다. 그 후 필터링을 하여 제 2 세리아 슬러리를 제조한다. In addition, 10 kg of the high purity second ceria powder synthesized under the conditions described above is pre-step milled using a dry mill, that is, a low efficiency mill. 10 kg of ceria powder after pre-step milling is used as anionic dispersant and 90 kg of ultrapure water mixed with 1 wt% of ammonium polymethacrylate relative to ceria powder and 1 hour for sufficient wetting in a high shear mixer. After the mixing, the mixed 10 wt% slurry is milled using a high efficiency wet milling method. Subsequently, a second ceria slurry is prepared by filtering.

상기와 같은 조건에서 합성된 고순도 제 3 세리아 분말 10kg을 이용하여 제 2 세리아 슬러리와 같은 방법으로 제 3 세리아 슬러리를 제조하되, 저효율 밀링기를 이용한 예비 단계 밀링을 2회로 진행한다. 즉 세리아 분말을 이용하여 우선 저효율의 건식 밀링기를 활용하여 1차 예비 단계 밀링(1 pre-step milling)을 진행한 후, 연속으로 저효율의 건식 밀링기를 활용하여 2차 예비 단계 밀링(2 pre-step milling)을 진행한다. The third ceria slurry is prepared in the same manner as the second ceria slurry using 10 kg of the high purity third ceria powder synthesized under the above conditions, but preliminary milling using a low efficiency mill is performed twice. In other words, using ceria powder, first pre-step milling is performed using a low efficiency dry mill, and then second pre-step milling is performed using a low efficiency dry mill. milling).

또한 상기와 같은 조건에 합성된 고순도 제 4 세리아 분말 10kg을 이용하여 제 2 세리아 슬러리와 같은 방법으로 제 4 세리아 슬러리를 제조하되, 중효율 밀링기를 이용한 예비 단계 밀링을 1회로 진행한다. 또한 상기와 같은 조건에서 합성된 고순도 제 5 세리아 분말 10kg을 이용하여 제 3 세리아 슬러리와 같은 방법으로 제 5 세리아 슬러리를 제조하되, 저효율 밀링기를 이용하여 1차 예비 단계 밀링을 진행한 후 연속적으로 중효율 밀링기를 이용하여 2차 예비 단계 밀링을 진행한다. 즉 우선 저효율의 건식 밀링기를 활용하여 1차 예비 단계 밀링(1 pre-step milling)을 진행한 후, 연속으로 중효율의 습식 밀링기를 활용하여 2차 예비 단계 밀링(2 pre-step milling)을 진행한다. In addition, a fourth ceria slurry was prepared in the same manner as the second ceria slurry using 10 kg of the high purity fourth ceria powder synthesized under the above conditions, but preliminary milling using a medium efficiency milling machine was performed once. In addition, a fifth ceria slurry was prepared by the same method as the third ceria slurry using 10 kg of the high purity fifth ceria powder synthesized under the same conditions as above, but the first preliminary step milling was performed using a low efficiency mill to continuously The second preliminary step milling is carried out using an efficiency mill. That is, first pre-step milling using low efficiency dry milling machine, and then second pre-step milling using medium efficiency wet milling machine continuously do.

상기 각각의 예비 단계 밀링을 진행한 슬러리를 고효율 습식 밀링 방식을 이용하여 밀링하고, 필터링을 하여 제 3 내지 제 5 세리아 슬러리를 제조한다.The slurry subjected to each preliminary step milling is milled using a high efficiency wet milling method, and filtered to prepare third to fifth ceria slurries.

(3) 제 1 내지 제 5 세리아 슬러리의 비교 및 CMP 테스트 결과(3) Comparison of the first to fifth ceria slurry and the CMP test results

이하, 상기와 같이 제조된 각각의 세리아 슬러리를 이용하여 피연마제를 연마하고 이때의 연마율 및 스크래치 수, 연마 선택성 등을 살펴보고 각각의 슬러리를 비교하여 본다. 상기와 같이 제조된 제 1 내지 제 5 세리아 슬러리를 이용하여 피연마제에 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.Hereinafter, using the ceria slurry prepared as described above, the polishing agent is polished, and the polishing rate, the number of scratches, the polishing selectivity, and the like are examined, and the respective slurries are compared. The CMP polishing performance test was performed on the abrasive using the first to fifth ceria slurry prepared as described above. The CMP polishing machine used 6EC from the US company Strasbaugh, and the target wafer was coated with plasma enhanced chemical vapor deposition TEOS oxide (PE-TEOS) to form an oxide film on the entire 8-inch wafer, and Si 3 N 4 was applied to the wafer on which the nitride film was formed on the entire 8-inch wafer, and test conditions and consumables were as follows.

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

2) 막 두께 측정기: Nano-Spec 180 (미국 나노-매트릭스(nano-metrics)사 제품)2) Film thickness meter: Nano-Spec 180 (manufactured by US Nano-metrics)

3) 테이블 속도(table speed): 70 rpm3) table speed: 70 rpm

4) 스핀들 속도(spindle speed): 70 rpm4) Spindle speed: 70 rpm

5) 하강력(down force): 4 psi5) down force: 4 psi

6) 배압력(back pressure): 0 psi6) Back pressure: 0 psi

7) 슬러리공급량: 100 ㎖/min7) Slurry feed amount: 100 ml / min

8) 잔류 입자 및 스크래치 측정 : 미국 KLA-텐코(Tencor)사 서프스켄 (Surfscan) SP1으로 측정8) Residual Particles and Scratch Measurement: Measured by Surfscan SP1 from KLA-Tencor, USA

상기와 같이 각각의 조건에서 제조된 제 1 내지 제 5 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.As described above, after polishing the entire surface of the wafer on which the oxide film (PE-TEOS) and the nitride film (Si 3 N 4 ) were formed with the first to fifth slurries prepared under the respective conditions, the polishing rate was changed from the thickness change removed by polishing. The micro-scratches were measured using Sufken's SP1. The polishing performance for each slurry was averaged after the polishing was performed three or more times on the blank wafer prepared as described above.

구분division 주 밀링 공정 이전의 입도 분포Particle size distribution before the main milling process 주 밀링 공정 이후의 입도 분포Particle size distribution after the main milling process 산화막 연마 속도(Å/min)Oxide Polishing Rate (Å / min) 질화막 연마 속도(Å/min)Nitride Film Polishing Rate (Å / min) 산화막:질화막 연마비 (선택비)Oxide: Nitride Polishing Ratio (Selective Ratio) WIWNU(%)WIWNU (%) 산화막 잔류 입자 (>0.20㎛,#)Oxide Residual Particles (> 0.20㎛, #) 스크래치(#)scratch(#) 제 1 슬러리First slurry 1㎛ ~ 70㎛1 ㎛ ~ 70 ㎛ 0.09㎛ ~ 2.8㎛0.09㎛ ~ 2.8㎛ 26732673 5151 52.452.4 1.01.0 810810 66 제 2 슬러리2nd slurry 0.8㎛ ~ 40㎛0.8 μm to 40 μm 0.09㎛ ~ 1.8㎛0.09㎛ ~ 1.8㎛ 25622562 5050 51.251.2 1.01.0 129129 22 제 3 슬러리Third slurry 0.8㎛ ~ 21㎛0.8 μm to 21 μm 0.09㎛ ~ 1.2㎛0.09㎛ ~ 1.2㎛ 24532453 5050 48.548.5 1.01.0 6565 00 제 4 슬러리Fourth slurry 0.8㎛ ~ 21㎛0.8 μm to 21 μm 0.09㎛ ~ 1.2㎛0.09㎛ ~ 1.2㎛ 25012501 5050 50.050.0 1.01.0 8080 00 제 5 슬러리5th slurry 0.6㎛ ~ 13㎛0.6 μm to 13 μm 0.08㎛ ~ 1.1㎛0.08㎛ ~ 1.1㎛ 24002400 5050 49.849.8 1.01.0 5555 00

상기에서 설명한 바와 같이, 다단계 밀링(multi-step milling)을 통한 예비 단계 밀링(pre-step milling) 조건을 조절하여 슬러리의 입도 분포를 변화시키며 제조한 제 1 내지 제 5 슬러리를 이용하여 동일한 CMP 조건에서 CMP 테스트를 진행하면 상기 표 3의 결과와 같다. 우선, 예비 단계 밀링을 거치지 않은 제 1 슬러리의 주 단계 밀링 이전의 연마 입자 크기가 1㎛ 내지 70㎛ 에 분포하는 반면, 제 2 슬러리의 주 단계 밀링 이전의 연마 입자 크기는 0.8㎛ 내지 40㎛ 의 범위에 분포한다. 또한 제 3 내지 제 4 슬러리의 주 단계 밀링 이전의 입도 분포는 0.8㎛ 내지 21㎛ 이며, 제 5 슬러리의 입도 분포는 0.6㎛ 내지 13㎛ 임을 볼 수 있다. 이와 같이 본 발명은 예비 단계 밀링(pre-step milling) 공정을 포함한 다단계 밀링(multi-step milling)을 통하여 주 단계 밀링 이전의 세리아 슬러리의 입도 분포를 50㎛ 이하로 조절할 수 있다. As described above, the same CMP conditions using the first to fifth slurries prepared by varying the particle size distribution of the slurry by adjusting pre-step milling conditions through multi-step milling In the CMP test, the results are shown in Table 3. First, the abrasive grain size before main stage milling of the first slurry without preliminary milling is distributed between 1 μm and 70 μm, whereas the abrasive grain size before main stage milling of the second slurry is between 0.8 μm and 40 μm. Distributed in the range. In addition, it can be seen that the particle size distribution before the main stage milling of the third to fourth slurries is 0.8 μm to 21 μm, and the particle size distribution of the fifth slurry is 0.6 μm to 13 μm. As such, the present invention can control the particle size distribution of the ceria slurry before the main step milling to 50 μm or less through multi-step milling including a pre-step milling process.

또한 제 1 내지 제 5 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. 그러나, 예비 단계 밀링을 진행하지 않은 경우(제 1 슬러리)는 마이크로 스크래치 개수 및 산화막 잔류 입자의 개수가 예비 단계 밀링을 진행한 경우(제 2 슬러리 내지 제 5 슬러리)에 비하여 상당히 많은 것을 볼 수 있다. 이처럼 예비 단계 밀링을 수행하여 고효율의 습식 밀링 공정 이전의 연마 입자의 입도 분포를 좁은 폭으로 줄여주고 롱 테일을 감소시키면 마이크로 스크래치 개수와 산화막 잔류 입자의 개수가 줄어드는 것을 알 수 있다. Further, the first to fifth slurries are all usable in terms of polishing rate and polishing selectivity (polishing ratio of oxide film to nitride film), and also have excellent in-plane nonuniformity (WIWNU) which shows polishing in-plane polishing uniformity during polishing. However, when the preliminary milling is not performed (first slurry), it can be seen that the number of micro scratches and the number of oxide film residual particles are considerably higher than when the preliminary milling is performed (second slurry to fifth slurry). . This preliminary milling reduces the particle size distribution of the abrasive grains before the high-efficiency wet milling process and reduces the long tail to reduce the number of micro scratches and oxide particles.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 반도체 제조에 있어서 STI CMP 공정용 연마제로서 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.As described above, according to the present invention, it is possible to prepare a slurry having excellent physical properties with respect to various properties that are essential for polishing the STI CMP process in semiconductor manufacturing, and in particular, may cause a fatal defect in a device after CMP. Micro scratches and residual particles can be reduced.

또한 본 발명에 따르면, 연마 입자의 주 단계 밀링 전의 입도 분포를 제어하여 거대 입자 비율을 조절함으로서 최종 슬러리에서 연마 입자의 최대 크기를 감소시키고(롱 테일을 제거하고) 입도 분포를 좁힐 수 있다. 이러한 우수한 입도 분포를 가지는 본 발명의 슬러리는 CMP 공정에서 소자의 결함을 유발할 수 있는 마이크로 스크래치를 감소시키면서 동시에 높은 연마율을 유지할 수 있다.According to the present invention, it is also possible to control the particle size distribution before the main stage milling of the abrasive particles to control the large particle ratio to reduce the maximum size of the abrasive particles in the final slurry (remove the long tail) and narrow the particle size distribution. The slurry of the present invention having such an excellent particle size distribution can maintain a high polishing rate while at the same time reducing the micro scratches that can cause device defects in the CMP process.

또한 본 발명에 의하면, STI CMP용 연마제로서 필수적으로 갖추어야 하는 여러 특성에 대해 우수한 물성을 가진 슬러리의 제조가 가능하게 되어 이러한 슬러리를 STI CMP용 연마제로서 사용할 경우, 마이크로 스크래치를 최소화하면서 초고집적 반도체 공정에서 요구되는 다양한 패턴을 연마할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to prepare a slurry having excellent physical properties for the various properties that must be essentially provided as an abrasive for STI CMP, when using the slurry as an abrasive for STI CMP, ultra-high integration semiconductor process while minimizing micro scratch Various patterns can be polished as required.

Claims (12)

연마 입자를 포함하는 연마용 슬러리에 있어서, In the polishing slurry comprising abrasive particles, 상기 연마 입자는 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 다른 밀링기를 이용하여 적어도 2 단계 이상 밀링을 수행하며 최종 단계 밀링 전에 연마 입자의 입자 크기가 50㎛ 이하의 범위를 가지는 연마용 슬러리.The abrasive particles are subjected to at least two stages of milling using a mill having a different limit value of the particle size that can be crushed, and the polishing slurry has a particle size of 50 μm or less before the final stage milling. 제 1 항에 있어서, 상기 밀링기는 큰 입자를 분쇄하는 저효율 밀링기, 중효율 밀링기 및 작은 입자를 미세 입자로 분쇄하는 고효율 밀링기 중 적어도 어느 하나인 연마용 슬러리.The polishing slurry according to claim 1, wherein the mill is at least one of a low efficiency mill for crushing large particles, a medium efficiency mill and a high efficiency mill for crushing small particles into fine particles. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 최종 단계 밀링 전에 연마 입자의 입자 크기가 0.5㎛ 내지 40㎛의 범위를 가지는 연마용 슬러리.The polishing slurry according to claim 1 or 2, wherein the polishing particles have a particle size in the range of 0.5 µm to 40 µm before the final step milling. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 최종 단계 밀링 전에 연마 입자의 입자 크기가 0.6㎛ 내지 30㎛의 범위를 가지는 연마용 슬러리.The polishing slurry according to claim 1 or 2, wherein the polishing particles have a particle size in the range of 0.6 µm to 30 µm before the final step milling. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연마 입자는 세리아를 포함하는 연마용 슬러리.The polishing slurry of claim 1 or 2, wherein the abrasive particles comprise ceria. 연마 입자를 마련하는 단계; Preparing abrasive particles; 상기 연마 입자의 입자 크기가 50㎛ 이하의 범위가 되도록 예비 단계 밀링을 수행하는 단계; 및Performing preliminary milling so that the particle size of the abrasive particles is in the range of 50 μm or less; And 상기 예비 단계 밀링과 분쇄할 수 있는 입자 크기의 한계 수치가 다른 밀링기를 이용하여 주 단계 밀링을 수행하는 단계를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.The preliminary step milling and the method for producing a polishing slurry comprising the step of performing the main stage milling using a mill having a different limit value of the particle size that can be ground. 제 6 항에 있어서, 상기 주 단계 밀링을 수행하는 단계는, 작은 입자를 미세 입자로 분쇄하는 고효율 밀링기를 이용하여 밀링을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마용 슬러리의 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the performing of the main step milling comprises milling using a high efficiency mill that grinds small particles into fine particles. 제 7 항에 있어서, 상기 예비 단계 밀링을 수행하는 단계는 큰 입자를 분쇄하는 저효율 밀링기 또는 중효율 밀링기를 사용하여 적어도 1회 이상 밀링을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마용 슬러리의 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein the preliminary step milling comprises milling at least one or more times using a low efficiency mill or a medium efficiency mill that grinds large particles. 제 7 항에 있어서, 상기 예비 단계 밀링은 큰 입자를 분쇄하는 저효율 밀링기로 적어도 1회 이상 밀링을 수행한 후, 중효율 밀링기로 적어도 1회 이상 밀링을 수행하는 단계를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.8. The polishing slurry of claim 7, wherein the preliminary step milling comprises milling at least one or more times with a low efficiency mill that grinds large particles, and then milling at least one or more times with a medium efficiency mill. Way. 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 고효율 밀링기는 습식 비드 밀링기를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.10. The method of any one of claims 7 to 9, wherein the high efficiency mill comprises a wet bead mill. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 중효율 밀링기는 볼 및 비드의 사이즈를 수 ㎜로 조절하여 사용할 수 있는 볼 밀 또는 비드 밀링기를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the medium efficiency mill comprises a ball mill or bead mill that can be used by adjusting the size of the ball and beads to a few millimeters. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 저효율 밀링기는 건식 밀링기 또는 볼밀기를 포함하는 연마용 슬러리의 제조 방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the low efficiency mill comprises a dry mill or a ball mill.
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