KR100808758B1 - 분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리 및 기판의 제조방법 - Google Patents

분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리 및 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1종 또는 2종 이상의 산화물로 이루어진 연마 미립자; 콜로이드 형상 산화물로서 상기 연마 미립자보다 작은 평균 입경을 가지는 콜로이달 미립자; 이들 연마 미립자 및 콜로이달 미립자를 분산시키는 분산매; 를 포함하는 분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리에 관한 것이고, 또한 이러한 연마제 슬러리를 이용하여 무기질의 기판을 연마하는 연마 공정을 포함하는 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 연마제 슬러리는 장기간에 걸쳐서 분산 안정성이 우수하고, 또한 재분산성이 양호하며, 침강·응집의 문제를 가급적 해소할 수 있고, 게다가 유기계 분산제를 전혀 사용하지 않는 분산제 프리(free)에서의 사용이 가능하며, 특히 CMP에 의해 반도체 제조공정에서 이용되는 실리콘 기판이나 정전 척 제조공정에서 이용되는 알루미늄 기판 등의 기판을 공업적으로 유리하게 제조할 수 있다.
분산매, 콜로이드 형상, 화학적 기계 연마(CMP)

Description

분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리 및 기판의 제조방법{Abrasive slurry having high dispersion stability and manufacturing method for a substrate}
이 발명은 분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리에 관한 것으로, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 반도체 제조공정이나 정전 척(chuck) 제조공정에서 행하여지는 기판 표면의 평탄화를 위한 표면 연마를 비롯하여, 포토마스크 블랭크(photomask blank), 유리디스크, 광학 렌즈 등의 피연마면의 연마에 폭넓게 채용되고 있는 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라고 함)의 용도로 이용하는데 적합한 연마제 슬러리에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 제조공정에서 이용되는 실리콘 기판이나 정전 척 제조공정에서 이용되는 알루미늄 기판 등의 기판에 대해서는, 매우 높은 정밀도의 평탄성이 요구되고 있어, 그 피연마면인 기판 표면을 평탄화하는 기술로서, 연마 미립자에 의한 기계적 연마와 에칭액에 의한 화학적 연마를 조합한 CMP에 의해, 기판 표면에 손상을 주지 않고 기판 표면을 고도로 평탄화하는 평탄화 기술이 채용되고 있다.
그리고, 이러한 평탄화 기술에서 이용하는 연마제로서는, 일반적으로 연마 대상이 되는 기판의 종류나 평탄화 기술에서 요구되는 가공 속도 등에 따라서, 여러가지 크기(평균 입경)를 가지는 산화세륨(CeO2), 이산화망간(MnO2) 등의 금속 산화물이나, 침강 실리카, 퓸드 실리카(fumed silica), 콜로이달 실리카 등의 규소 산화물(SiO2)이나, 퓸드 알루미나, 콜로이달 알루미나 등의 알루미늄 산화물(Al2O 3) 등의 여러가지 종류의 연마 미립자를 물 등의 분산매 중에 분산시켜서 얻어진 슬러리가 이용되고 있다.
그런데, 이들의 연마 미립자는 그 종류나 크기에 따라서는 분산매 중에서의 분산 안정성이 나쁘고, 예를 들어 산화세륨 입자의 경우에는 비교적 큰 비중을 가지기 때문에, 산화세륨 입자를 분산매 중에 분산시켜서 연마제 슬러리를 조제하면, 조제 후 당분간은 균일하게 분산하지만, 그 후 비교적 단시간에 산화세륨 입자가 분산하기 시작하고, 침강하여, 이윽고 입자의 응집을 일으켜서 그 입경이 커지고, 입도 분포가 넓어진다는 침강·응집의 문제를 일으켜, 가공 속도가 경시적으로 변화하고, 또한 기판 표면이 손상하는 등의 문제가 생긴다.
이 때문에, 종래에 있어서는 이러한 연마제 슬러리에 있어서의 침강·응집의 문제를 해결하기 위해서, 예를 들어, 연마제 슬러리의 사용 직전에 교반하여 연마 미립자를 다시 분산시키는 재분산 처리나, 응집하여 소정의 입경보다 커진 이상(異常) 응집 입자를 여과하여 분리 제거하는 분리 제거 처리 등이 행하여지고 있어, 기판 등의 평탄화 공정에서의 큰 부담이 되고 있다.
그래서, 종래에 있어서도 이 연마제 슬러리의 침강·응집의 문제를 해결하기 위하여 몇 가지 제안이 이루어지고 있다.
즉, 산화세륨 입자, 아크릴산암모늄염과 아크릴산메틸과의 공중합체, 및 물을 포함하고, 침강하기 어려우며, SiO2 절연막 등의 피연마면을 손상하지 않고 고속으로 연마 가능한 산화세륨 연마제가 제안되어 있다(일본국 특허 공개공보 2000-17195호 참조).
또한, 분산제로서 수용성 유기 고분자, 수용성 음이온성 계면활성제, 수용성 비이온성 계면활성제 및 수용성 아민에서 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 최대 침강 속도가 1㎛/s이하이고, 침강이 적고, 교반에 의한 균일화가 용이하며, SiO2 절연막 등의 피연마면을 손상하지 않고 고속으로 연마 가능한 산화세륨 연마제가 제안되어 있다(일본국 특허 공개공보 2001-138214호 참조).
더욱이, 산화세륨 입자, 폴리아크릴산의 전체 카르복실기의 90% 초과를 암모니아로 중화시킨 제 1 폴리아크릴산염, 폴리아크릴산의 전체 카르복실기의 15∼50%를 암모니아로 중화시킨 제 2 폴리아크릴산염, 및 물을 포함하고, 제 1 폴리아크릴산염과 제 2 폴리아크릴산염의 합계 함유량이 0.15∼1중량%이고, 안정성이 좋으며, 2층 분리나 응집 침강 고결, 점도 변화를 일으키지 않는 산화세륨 연마제가 제안되어 있다(일본국 특허 공개공보 2002-353175호 참조).
그러나, 이들 분산제를 포함하는 산화세륨 연마제에 대해서도 1개월 또는 그 이상의 장기간에 걸쳐서 침강·응집의 문제를 해결하여, 재분산성이 양호한 상태로 유지하는 것은 곤란하고, 또한 제조공정에 있어서는 응집한 연마제에 의한 장치 배관내의 막힘 등의 발생 사례도 보여져, 이들의 여러 문제를 반드시 완전하게 해결할 수는 없다는 문제가 있다.
또한, 이들 모든 산화세륨 연마제도, 분산제로서 수용성 유기 고분자, 수용성 음이온성 계면활성제, 수용성 비이온성 계면활성제, 수용성 아민 등의 유기 화합물을 비교적 다량(0.1∼5중량%) 포함하는 것으로, 연마 처리 후의 폐액 중에는 산화세륨 입자의 무기물질과 분산제 등의 유기물질이 혼재하여, 이 폐액 처리에 많은 수고와 비용을 요한다는 문제도 있다.
덧붙여서, 이러한 연마제 슬러리에 대해서는 그 제조 비용이나 수송 비용을 가급적 감소한다는 관점에서, 제조시에는 가능한 한 고농도의 것을 제조하고, 사용시에 소정의 농도까지 희석하여 사용하는 것이 바람직하지만, 침강·응집의 문제는 고농도일수록 발생하기 쉬워, 보다 한층 분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리의 개발이 요망되고 있다.
그래서, 본 발명자들은 장기간에 걸쳐서 분산 안정성이 우수하고, 또한 재분산성이 양호하며, 침강·응집의 문제를 가급적 해소할 수 있는 이외에, 유기계 분산제를 전혀 사용하지 않는 분산제 프리(free)에서의 사용이 가능한 연마제 슬러리에 대하여 예의검토한 결과, 콜로이드 형상 산화물로서 연마 미립자보다 작은 평균 입경을 가지는 콜로이달 미립자를 첨가함으로써, 연마 미립자의 침강·응집을 가급적 억제할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 장기간에 걸쳐서 분산 안정성이 우수하고, 또한 재분산성이 양호하며, 침강·응집의 문제를 가급적 해소할 수 있는 이외에, 유기계 분산제를 전혀 사용하지 않는 분산제 프리에서의 사용이 가능한 연마제 슬러리를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이러한 연마제 슬러리를 이용하여, CMP에 의해 반도체 제조공정에서 이용되는 실리콘 기판이나 정전 척 제조공정에서 이용되는 알루미늄 기판 등의 기판을 공업적으로 유리하게 제조하기 위한 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
즉, 본 발명은 1종 또는 2종 이상의 산화물로 이루어진 연마 미립자; 콜로이드 형상 산화물로서 상기 연마 미립자보다 작은 평균 입경을 가지는 콜로이달 미립자; 이들 연마 미립자 및 콜로이달 미립자를 분산시키는 분산매; 를 포함하는 분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 무기질의 기판을 제조하는 방법으로서, 상기의 연마제 슬러리를 이용하여 기판을 연마하는 연마 공정을 포함하는 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 연마 미립자로서 이용되는 산화물로서는, 종래 이 종류의 연마 미립자로서 이용되는 것을 그대로 사용할 수 있고, 구체적으로는 산화세륨(CeO2), 이산화망간(MnO2) 등의 금속 산화물이나, 침강 실리카, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카 등의 규소 산화물(SiO2)이나, 퓸드 알루미나, 콜로이달 알루미 나 등의 알루미늄 산화물(Al2O3) 등을 들 수 있다. 이들은 그 1종만을 단독으로 이용할 수 있는 이외에, 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.
이들의 산화물 중, 본 발명에서 연마 미립자로서 이용하기에 바람직한 것은 예를 들어 산화세륨 입자, 산화알루미늄 입자 등과 같이, 비교적 비중이 높고, 또는 비교적 평균 입경이 크고, 그 자체로는 칩강·응집을 일으키기 쉬운 것이 좋고, 이러한 연마 미립자에 대하여 특히 유효하다.
본 발명에서 이용하는 연마 미립자의 평균 입경(Dp)에 대해서는 특별히 제한은 없고, 또한 종류에 따라서도 다르지만, 산화세륨 입자의 경우에는 통상 100∼5,000㎚, 바람직하게는 500∼2,000㎚인 것이 좋고, 연마 미립자의 종류에 따라서는 평균 입경(Dp)이 100㎚보다 작으면 연마 능력이 충분히 발휘되지 않는 경우가 있고, 반대로 5,000㎚보다 크면 연마면에 흠집이 생기기 쉽다는 문제가 있다.
또한, 이 연마 미립자와 함께 이용되는 콜로이달 미립자에 대해서는 예를 들어 콜로이달 실리카, 콜로이달 알루미나 등의 콜로이드 형상 산화물을 들 수 있고, 이들은 그 1종만을 단독으로 이용할 수 있는 이외에, 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.
그리고, 이 콜로이달 미립자의 평균 입경(Dc)에 대해서는 적어도 상기 연마 미립자보다 작을 필요가 있고, 종류에 따라서도 다르지만, 콜로이달 실리카의 경우를 포함하여 많은 경우, 통상 10∼300㎚, 바람직하게는 20∼200㎚이고, 상기 연마 미립자의 평균 입경(Dp)과 이 콜로이달 미립자의 평균 입경(Dc)의 입경비(Dc/Dp)가 10이하, 바람직하게는 0.01∼3정도인 것이 좋다. 이 콜로이달 미립자의 평균 입경(Dc)이 10㎚보다 작으면 제조시에 불안정하여 겔화되기 쉽고, 반대로, 300㎚보다 크면 입경에 편차가 생기기 쉽고, 또한 입경비(Dc/Dp)가 10을 초과하면 결과적으로 연마 미립자가 너무 작아져서 연마 능력이 충분히 발휘되지 않는다.
게다가, 연마제 슬러리를 구성하는 분산매에 대해서는, 종래 이 종류의 연마제 슬러리에서 이용되고 있는 분산매를 그대로 이용할 수 있고, 특별히 한정되지 않으며, 이 연마제 슬러리의 용도, 예를 들어 반도체 제조공정에서 이용하는 실리콘 기판이나 정전 척 제조공정에서 이용하는 알루미늄 기판 등의 기판의 평탄화에 이용되는 CMP용의 연마제 슬러리인가, 포토마스크 블랭크, 유리디스크, 광학 렌즈 등의 피연마면의 연마에 이용되는 CMP용의 연마제 슬러리인가, 또한 기타 피연마면의 연마에 이용되는 통상의 연마제 슬러리인가 등에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 바람직하게는 물, 또는 물을 주성분으로 하여 메탄올, 에탄올, n-프로판올, iso-프로판올, n-부탄올, tert-부탄올 등의 알콜류나, 케톤류, 에스테르류, 에테르류 등의 수용성 용제를 포함하는 수성 분산매가 적합하게 이용된다. 또한, 이 분산매 중에는 종래의 경우와 동일하게, 필요에 따라서 CMP의 시기에 화학적 연마를 행하기 위한 에칭액도 첨가된다.
그리고, 본 발명의 연마제 슬러리를 구성하는 상기 연마 미립자의 입자 농도(Cp)에 대해서는 연마 미립자의 종류에 따라 다르지만, 산화세륨 입자의 경우에는 통상 5∼40중량%, 바람직하게는 5∼30중량%, 보다 바람직하게는 5∼10중량%이고, 또한, 콜로이달 미립자의 입자 농도(Cc)에 대해서는 콜로이달 실리카의 경우를 포함하여 많은 경우, 통상 0.1∼5중량%, 바람직하게는 0.5∼2중량%인 것이 좋고, 더욱이 상기 연마 미립자와 콜로이달 미립자의 중량 배합비(Cc/Cp)가 1이하, 바람직하게는 0.5이하인 것이 좋다. 이러한 입자 농도(Cp) 및 입자 농도(Cc)로 조제된 연마제 슬러리는 그대로 입자 농도(Cp) 및 입자 농도(Cc)로, 또는 필요에 따라서 분산매에 의해 소정의 입자 농도(Cp) 및 입자 농도(Cc)까지 희석하여 CMP 등의 연마에 이용된다. 연마 미립자의 입자 농도(Cp)가 5중량%보다 낮으면 연마 능력이 부족하고, 반대로 40중량%보다 높아지면 용해성에 문제가 생긴다. 또한 콜로이달 미립자의 입자 농도(Cc)가 0.1중량%보다 낮으면 침강·응집의 억제 효과가 저하하고, 반대로 5중량%보다 높아지면 응집 현상이 생기기 쉬워진다. 더욱이, 연마 미립자와 콜로이달 미립자의 중량 배합비(Cc/Cp)가 1을 초과하면 응집 현상이 생기기 쉬워진다.
본 발명의 연마제 슬러리는 특히 수용성 유기 고분자, 수용성 음이온성 계면활성제, 수용성 비이온성 계면활성제 및 수용성 아민 등의 유기계 분산제를 첨가하지 않아도 장기간에 걸쳐 분산 안정성이 우수하고, 또한 재분산성이 양호하며, 침강·응집의 문제를 가급적 해소할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 연마제 슬러리를 조제하는 방법에 대해서도 그 구성 성분인 연마 미립자, 콜로이달 미립자 및 분산매가 균일하게 혼합되고, 분산매 중에 연마 미립자 및 콜로이달 미립자가 균일하게 분산된 슬러리가 되면 좋다. 특별히 한정하지 않고, 통상의 교반기를 이용하여 조제할 수 있는 이외에, 필요에 따라 초음파 분산기, 호모게나이저, 볼 밀, 진동 볼 밀, 유성 볼 밀, 매체 교반식 밀 등의 습식 분산기를 이용할 수 있다.
본 발명의 연마제 슬러리는 반도체 제조공정에서 이용하는 실리콘 기판이나 정전 척 제조공정에서 이용하는 알루미늄 기판 등의 기판의 평탄화뿐만 아니라, 소정의 배선을 가지는 배선판에 형성된 산화규소 절연막 등의 산화막, 유리, 질화규소 등의 무기 절연막, 포토마스크·렌즈·프리즘 등의 광학 유리, ITO 등의 무기 도전막, 유리 및 결정질 재료로 구성되는 광집적회로·광스위칭 소자·광도파로, 광파이버의 단면, 신틸레이터(scintillator) 등의 광학용 단결정, 고체 레이저 단결정, 청색 레이저용 LED 사파이어 기판, SiC, GaP, GaAS 등의 반도체 단결정, 자기디스크용 유리기판, 자기헤드 등을 연마하기 위하여 사용된다.
예를 들어, 회로소자와 알루미늄 배선이 형성된 단계의 반도체 기판이나, 회로소자가 형성된 단계의 반도체 기판 등의 기판 상에 산화규소 절연막 등의 산화막이 형성된 기판에 대하여, 그 산화막 표면의 요철을 해소하기 위한 평탄화를 목적으로 CMP를 행하는 경우, 기판을 지지하는 홀더와, 연마천(패드)이 부착된 회전반을 구비한 일반적인 연마 장치를 이용하고, 연마천에는 본 발명의 연마제 슬러리를 펌프 등으로 연속적으로 일정량씩 공급하고, 소정의 회전수 및 가압하에서 연마할 수 있다.
그리고, 연마 종료 후의 기판에 대해서는 통상의 후처리의 경우와 동일하게, 흐르는 물에서 잘 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 기판 상에 부착한 물방울을 떨어뜨리고나서 건조시킨다.
이 기판의 연마시에 배출되는 폐액에 대해서는, 유기계 분산제를 전혀 사용 하지 않는 분산제 프리이기 때문에 종래에 비하여 그 폐액 처리를 매우 경제적으로 행할 수 있다.
<발명의 실시형태>
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명의 적합한 실시형태를 구체적으로 설명한다.
실시예 1∼27
[콜로이달 실리카(20㎚)의 조제]
액체 유출구(留出口), 액면 제어 장치 및 교반기를 구비한 덮개가 부착된 1㎥-탱크에, 메틸실리케이트 32㎏, 메탄올 100㎏ 및 순수(純水) 768㎏을 준비하고 혼합하여 A액으로 하였다.
또한, 교반기를 구비한 3㎥-탱크에, 메틸실리케이트 368㎏, 메탄올 100㎏, 순수 1840g 및 28wt%-암모니아수 12㎏을 준비하고 혼합하여 B액으로 하였다.
다음으로, A액이 들어간 탱크를 스팀 가열하여, 메탄올과 물의 혼합액을 유출(distill)시키고, A액에서 액체가 유출하기 시작한 시점에서 A액의 액면이 일정해지도록 B액을 첨가하고, B액의 전부를 첨가완료한 시점에서, 다시 A액의 액면이 일정해지도록 순수 240㎏을 첨가하여 반응시켰다.
반응 종료 후, A액이 들어가 있는 탱크 내에서 반응 생성물을 꺼내어 분석한 결과, 실리카 농도가 20중량%이고 평균 입경이 20㎚인 콜로이드 형상 실리카 생성물(콜로이달 실리카(20㎚))이었다.
[콜로이달 실리카(70㎚)의 조제]
교반기를 구비한 덮개가 부착된 3㎥-탱크에, 메탄올 1721.7㎏ 및 순수 306.3㎏ 및 28wt%-암모니아수 88.4㎏을 준비하고 혼합한 후, 액체 온도를 23±1℃로 조정하고, 이어서 액체 온도를 23±1℃로 유지하면서 2∼2.5시간 동안 교반하에 404.4㎏의 메틸실리케이트를 투입하고, 반응시켰다.
반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물의 조제품(粗製品)을 액체 유출구, 액면 제어 장치 및 교반기를 구비한 덮개가 부착된 1㎥-탱크에 옮기고, 탱크를 스팀 가열하여 메탄올, 물 및 암모니아의 혼합액을 유출시키고, 탱크에서 액체가 유출하기 시작한 시점에서 액면이 일정해지도록 남은 반응 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물의 전부를 첨가완료한 시점에서, 다시 액면이 일정해지도록 순수를 첨가하고, 탱크 내의 액체 온도가 100℃에 도달할 때까지 순수의 첨가를 행하였다.
액체 온도가 100℃에 도달한 시점에서 가열을 종료하고, 중간 제품으로 하여 냉각하고, 액체 온도가 70℃가 된 시점에서 적량의 28wt%-암모니아수를 첨가하고, 다시 교반하여 혼합한 후, 탱크에서 반응 생성물을 꺼내었다.
얻어진 반응 생성물은 실리카 농도가 30중량%이고 평균 입경이 70㎚인 콜로이드 형상 실리카 생성물(콜로이달 실리카(70㎚))이었다.
[콜로이달 실리카(170㎚)의 조제]
교반기를 구비한 덮개가 부착된 1.8㎥-탱크에, 메탄올 885.1㎏ 및 순수 63.1㎏ 및 28wt%-암모니아수 113.25㎏을 준비하고 혼합한 후, 온도를 23±1℃로 조정하고, 이어서 액체 온도를 23±1℃로 유지하면서 3시간 동안 교반하에 171.1㎏의 메틸실리케이트를 투입하고, 반응시켰다.
반응 종료 후, 얻어진 반응 혼합물의 조제품을 액체 유출구, 액면 제어 장치 및 교반기를 구비한 덮개가 부착된 1㎥-탱크에 옮기고, 탱크를 스팀 가열하여 메탄올, 물 및 암모니아의 혼합액을 유출시키고, 탱크에서 액체가 유출하기 시작한 시점에서 액면이 일정해지도록 남은 반응 혼합물을 첨가하고, 반응 혼합물의 전부를 첨가완료한 시점에서, 다시 액면이 일정해지도록 순수를 첨가하고, 탱크 내의 액체 온도가 100℃에 도달할 때까지 순수의 첨가를 행하였다.
액체 온도가 100℃에 도달한 시점에서 가열을 종료하고, 중간 제품으로 하여 냉각하고, 액체 온도가 70℃가 된 시점에서 적량의 28wt%-암모니아수를 첨가하고, 다시 교반하여 혼합한 후, 탱크에서 반응 생성물을 꺼내었다.
얻어진 반응 생성물은 실리카 농도가 22중량%이고 평균 입경이 170㎚인 콜로이드 형상 실리카 생성물(콜로이달 실리카(170㎚))이었다.
[연마제 슬러리의 조제]
연마 미립자로서 평균 입경 1.1㎛ 및 최대 입경 8㎛인 산화세륨 입자(세이미케미컬사 제품 상품명: TE-508)를 이용하고, 콜로이달 미립자로서 위에서 얻어진 3종류의 콜로이달 실리카를 이용하고, 분산매로서 순수를 이용하여, 표 1에 나타내 비율로 배합하고, 교반기로 균일하게 혼합하여, 각 실시예 1∼27의 연마제 슬러리를 조제하였다.
[침강·응집 상태 및 재분산성의 평가]
얻어진 각 실시예 1∼27의 연마제 슬러리에 대하여, 그 50㎖를 100㎖-시험관 내에 넣고, 1개월간 정지(靜止) 방치한 후, 침강·응집의 상태를 육안으로 관찰하 였다.
또한, 50㎖의 연마제 슬러리를 100㎖-폴리에틸렌제 용기내에 넣고, 1개월간 정지 방치하였다. 그 후, 손으로 흔들어 재분산성을 육안으로 관찰함과 동시에, 탁상형 볼 밀 교반기(입공상 회사제: 형식 V-1M)의 위에 가로로 눕혀 놓고, 교반회전수 100rpm 및 교반시간 10분의 조건으로 교반하고, 교반기에 의한 재분산성을 육안으로 관찰하였다.
상기의 침전·응집 상태와 재분산성의 결과를,
◎: 침전부 전체가 소프트하고, 손으로 흔들어 수초에서 재분산이 가능하고, 또한 교반기에 의해 5분 이내에 재분산이 가능하다,
○: 침전부에 딱딱한 부분이 있지만, 손으로 흔드는 것에 의한 재분산에 30초 정도를 요하고, 또한 교반기에 의한 재분산에 10분 정도 요한다,
△: 침전부에 딱딱한 부분이 있지만, 손으로 흔드는 것에 의한 재분산에 2분 이상을 요하고, 또한 교반기에 의한 재분산에 10분 이상을 요한다,
×: 침전부 전체가 완전히 고화하고, 10분간 손으로 흔들어도 재분산되지 않고, 또한 교반기에 의한 재분산에 10분 정도 요한다, 의 4단계로 평가하였다.
결과를 표 1에 나타낸다.
[석영 기판 연마 속도]
또한, 연마제 슬러리를 초순수로 3배로 희석하고, 연마천을 구비한 CMP용 연마기(나노팩터사 제품: FACT-200)를 이용하고, 회전수 200rpm, 가공압력 500g/㎠, 및 연마제 슬러리의 공급 속도 10㎖/min의 조건하에서, 시료(폭 3.3㎝×2.6㎝, 두 께 1.15㎜의 석영 기판)를 10분간 연마하고, 연마 전후의 시료의 두께를 마이크로미터로 측정하여, 연마 전후의 시료의 두께로 석영 기판(SiO2)에 대한 연마 속도(㎛/10min)를 구하였다.
결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 1∼15
유기계 분산제로서 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 이용하고, 상기 실시예 1∼27의 경우와 동일하게 하여 비교예 1∼15의 연마제 슬러리를 조제하였다. 얻어진 각 비교예 1∼15의 연마제에 대하여, 각 실시예 1∼27의 경우와 동일하게 하여 침전·응집 상태 및 재분산성을 평가하고, 또한 석영 기판(SiO2)에 대한 연마 속도(㎛/10min)를 구하였다.
결과를 상기 각 실시예 1∼27과 함께 표 1에 나타낸다.
실시예 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
연마제조성 (wt%) 산화세륨 입자(CeO2) 5 15 30 5 15 30 5 15 30
콜로이달 실리카(20㎚) 1 1 1 2 2 2 5 5 5
분산제 - - - - - - - - -
침전응고 상태 및 재분산성의 평가 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
석영 기판 연마 속도 (3배 희석액:㎛/10min) 10 10 10 10 10 10 10 10 10
실시예 No. 10 11 12 13 14 15 16 17 18
연마제조성 (wt%) 산화세륨 입자(CeO2) 5 15 30 5 15 30 5 15 30
콜로이달 실리카(70㎚) 1 1 1 2 2 2 5 5 5
분산제 - - - - - - - - -
침전응고 상태 및 재분산성의 평가 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
석영 기판 연마 속도 (3배 희석액:㎛/10min) 10 10 10 10 10 10 10 10 10
실시예 No. 19 20 21 22 23 24 25 26 27
연마제 조성 (wt%) 산화세륨 입자(CeO2) 5 15 30 5 15 30 5 15 30
콜로이달 실리카(170㎚) 1 1 1 2 2 2 5 5 5
분산제 - - - - - - - - -
침전응고 상태 및 재분산성의 평가 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
석영 기판 연마 속도 (3배 희석액:㎛/10min) 10 10 10 10 10 10 10 10 10
비교예 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
연마제 조성 (wt%) 산화세륨 입자(CeO2) 5 15 30 5 15 30 5 15 30
콜로이달 실리카 - - - - - - - - -
분산제 - - - 1 1 1 3 3 3
침전응고 상태 및 재분산성의 평가 × × × △ △ △ × × ×
석영 기판 연마 속도 (3배 희석액:㎛/10min) - - - 10 10 10 10 10 10
비교예 No. 10 11 12 13 14 15
연마제 조성 (wt%) 산화세륨 입자(CeO2) 5 15 30 5 15 30
콜로이달 실리카 - - - - - -
분산제 1 1 1 3 3 3
침전응고 상태 및 재분산성의 평가 △ △ △ ○ △ △
석영 기판 연마 속도 (3배 희석액:㎛/10min) 10 10 10 10 10 10
표 1에 나타낸 결과로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예 1∼27의 연마제 슬러리는 모두 침강·응집 상태 및 재분산성의 평가 및 석영기판 연마속도에 있어서 우수한 성능을 발휘하는데 대하여, 콜로이달 미립자 및 분산제를 하나도 첨가하지 않은 비교예 1∼3의 연마제 슬러리는 재분산이 불가능하여 연마 속도가 측정되지 않고, 또한 1중량% 또는 3중량%의 분산제만을 첨가한 비교예 4∼15의 연마제 슬러리는 재분산에 장시간을 요하여, 본 발명의 연마제 슬러리가 특히 침강·응집 상태 및 재분산성에 있어서 우수한 성능을 가진다는 것이 판명되었다.
본 발명에 의하면, 장기간에 걸쳐서 분산 안정성이 우수하고, 또한 재분산성이 양호하며, 침강·응집의 문제를 가급적 해소할 수 있고, 또한 유기계 분산제를 전혀 사용하지 않는 분산제 프리에서의 사용이 가능한 연마제 슬러리를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 연마제 슬러리를 이용함으로써, CMP에 의해 반도체 제조공정에서 이용되는 실리콘 기판이나 정전 척 제조공정에서 이용되는 알루미늄 기판 등의 기판을 공업적으로 유리하게 제조할 수 있다.

Claims (8)

  1. 산화세륨으로 된 연마 미립자; 콜로이달 실리카로 되고, 상기 연마 미립자보다 작은 평균 입경을 가지는 콜로이달 미립자; 및 실질적으로 물만으로 된, 상기 연마 미립자 및 콜로이달 미립자를 분산시키는 분산매로 되고,
    상기 연마 미립자의 평균 입경(Dp)이 100∼5,000㎚이고, 콜로이달 미립자의 평균 입경(Dc)이 10∼300㎚이며,
    상기 연마 미립자의 입자 농도(Cp)가 5∼30중량%이고, 콜로이달 미립자의 입자 농도(Cc)가 0.1∼5중량%인 것과 동시에, 상기 연마 미립자와 콜로이달 미립자의 중량 배합비(Cc/Cp)가 0.5 이하
    인 것을 특징으로 하는 분산 안정성이 우수한 연마제 슬러리.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 무기질의 기판을 제조하는 방법으로, 제 1항에 기재된 연마제 슬러리를 이용하여 기판을 연마하는 연마 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 기판이 그 표면에 산화막을 가지는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
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