KR101205241B1 - 연마용 조성물 및 그것을 이용한 연마방법 - Google Patents

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Abstract

연마용 조성물은 연마재, 아졸류 및 그 유도체의 적어도 하나의 화합물, 및 물을 함유한다. 이 연마용 조성물은 적절한 방식으로 반도체 기판의 표면을 연마하기 위한 용도로 이용된다.
연마, 조성물, 연마재, 아졸류, 유도체, 물, 반도체 기판

Description

연마용 조성물 및 그것을 이용한 연마방법{POLISHING COMPOSITION AND POLISHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은, 반도체 기판 등의 연마 대상물의 표면을 연마하는 용도에 이용되는 연마용 조성물, 및 그러한 연마용 조성물을 이용하여 반도체 기판 등의 연마 대상물의 표면을 연마하는 방법에 관한 것이다.
반도체 기판의 표면을 연마하는 용도에 이용되는 연마용 조성물에는, 높은 연마 속도를 가지는 것이나, 기판의 표면 품질(표면 거칠기나 헤이즈(haze) 등)을 양호하게 마무리할 수 있는 것과 함께, 기판에 금속 오염을 일으키게 하지 않을 것이 요구되고 있다. 일본 특허공개공보 소63-272460 호 및 2001-77063 호에 개시되어 있는 연마용 조성물은 이러한 요구에 응할 수 있도록 개량된 것이다. 하지만, 그 요구를 충분히 만족하는 것은 아니고, 여전히 개량의 여지를 남기고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 기판 등의 표면을 연마하는 용도에 있어서 보다 적합하게 사용 가능한 연마용 조성물을 제공하는 것, 그리고 그러한 연마용 조성물을 이용하여 연마 대상물의 표면을 연마하는 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 및 그 밖의 목적들을 성취하기 위해서, 그리고 본 발명의 취지에 따라서, 연마용 조성물이 제공된다. 이 연마용 조성물은, 연마재와, 아졸류 및 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물과, 물을 함유한다.
본 발명은 또한 연마 대상물의 표면을 연마하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은, 상기 연마용 조성물을 준비하는 단계와, 이 준비된 연마용 조성물을 이용하여 연마 대상물의 표면을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면 및 장점들은 본 발명의 원리를 예를 들어 설명하는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 설명한다. 본 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 연마재와, 아졸류 및 그 유도체의 화합물과, 물을 함유한다.
연마용 조성물은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판의 표면을 연마하는 용도에 이용된다. 다시 말해서, 연마용 조성물은 연마된 제품으로서의 반도체 기판을 얻을 수 있도록 반제품으로서의 반도체 기판의 표면을 연마하기 위한 용도에 이용된다. 연마용 조성물을 이용하여 반도체 기판의 표면을 연마할 경우에는, 예를 들면 반도체 기판의 표면에 연마 패드 등의 연마 부재를 접촉시키고, 그 접촉 부분에 연마용 조성물을 공급하면서 반도체 기판 혹은 연마 부재 중 어느 한쪽을 슬라이딩시킨다.
연마용 조성물 중의 연마재는, 반도체 기판을 기계적으로 연마하는 역할을 담당한다. 연마용 조성물 중에 함유되어 있는 연마재는, 규소 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 세륨 산화물, 및 티탄 산화물 중 어느 하나를 포함하여도 좋고, 바람직하게는 이산화 규소를 포함하고, 보다 바람직하게는 이산화 규소로 이루어진다. 이산화 규소는, 연마 대상물을 보다 평활하게 연마하는 능력이 뛰어나다. 이산화 규소는, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 및 침전법 실리카 중 어느 하나라도 좋고, 바람직하게는 퓸드 실리카 또는 콜로이달 실리카이고, 보다 바람직하게는 콜로이달 실리카이다. 퓸드 실리카 및 콜로이달 실리카는, 이산화 규소 중에서도 수중에서의 분산 안정성이 뛰어나고, 콜로이달 실리카는, 연마되는 반도체 기판의 표면에 상처 등의 결함을 일으키게 할 우려가 적다.
평균 입자 직경이 너무 작은 연마재는, 연마 대상물을 연마하는 능력이 그다지 높지 않다. 그러므로, 연마재에 의한 반도체 기판 표면의 연마를 신속화한다는 관점에서 보았을 경우, BET법에 의해 측정되는 연마재의 비표면적으로부터 구해지는 연마용 조성물 중의 연마재의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 0.001㎛ 이상, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상이다. 한편, 연마재의 평균 입자 직경이 너무 큰 경우에는, 연마용 조성물의 안정성이 저하하여 연마용 조성물이 겔화 하거나 연마재가 침전하거나 할 우려가 있다. 따라서, 연마용 조성물의 안정성의 저하를 억제한다고 하는 관점에서 보았을 경우, BET법에 의해 측정되는 연마재의 비표면적으로부터 구해지는 연마용 조성물 중의 연마재의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 1.0㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.3㎛ 이하이다.
연마재를 소량밖에 함유하지 않은 연마용 조성물은 연마 능력이 그다지 높지 않다. 따라서, 연마용 조성물의 연마 능력을 보다 확실히 향상시킨다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 연마재의 함유량은, 바람직하게는 0.01 질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 질량% 이상이다. 한편, 연마용 조성물이 연마재를 대량으로 함유하는 경우에는, 연마용 조성물의 점도가 지나치게 증대시킬 우려가 있다. 따라서, 연마용 조성물의 점도를 적정화한다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 연마재의 함유량은, 바람직하게는 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 3 질량% 이하이다.
연마용 조성물 중의 아졸류 및 그 유도체의 화합물은, 연마용 조성물의 연마 능력의 향상에 기여하도록 공헌한다. 아졸류 및 그 유도체가 연마 능력의 향상에 기여하는 이유는, 복소 5원환의 질소 원자의 비공유 전자쌍이 연마될 반도체 기판 표면에 직접 작용하기 때문이라고 생각된다.
아졸류 및 그 유도체는, 모노에탄올아민과 같은 다른 아민이나, 1,8- 디아자비시클로(5,4,0)-운데센-7(약칭 DBU) 및 1,5-디아자비시클로(4,3,0)-노넨-5(약칭 DBN)와 달리 연마 대상물을 금속 오염할 우려가 작다. 이것은, 아졸류 및 그 유도체가 금속 이온과 배위결합하기 어렵기 때문이라고 추측된다. 일반적으로 모노에탄올아민 등의 아민은 금속 이온과 배위결합한다. 그러나, 금속 이온과 배위결합된 아민은 비교적 해리를 일으키기 쉽다. 그 때문에, 예를 들면 모노에탄올아민을 포함한 연마용 조성물을 이용하여 반도체 기판을 연마했을 경우에는, 모노에탄올아민과 결합하고 있던 연마용 조성물 중의 금속 불순물이 연마시에 반도체 기판 표면의 근방에서, 모노에탄올아민으로부터 떨어져 반도체 기판 표면에 넘겨질 우려가 있다. 또, DBU나 DBN은, 그것 자신은 금속 이온과 배위결합하기 어렵지만, 연마용 조성물 중의 수분에 의해 가수분해 되면 아민화하여 금속 이온과 배위결합하게 되고, 그 결과 모노에탄올아민 등의 아민과 같이 반도체 기판 표면을 금속 오염할 우려가 있다. 그에 대해, 아졸류 및 그 유도체는, 금속 이온과 배위결합하기 어렵고, 또 가수분해 되지도 않기 때문에, 모노에탄올아민이나 DBU 및 DBN의 경우와 같은 일이 일어나기 어렵다고 생각된다. 아졸류 및 그 유도체가 금속 이온과 배위결합하기 어려운 이유는, 입체 장애로 인한 것이라고 생각된다.
아졸류의 유도체는, 예를 들면 아졸류의 복소 5원환을 구성하는 질소 원자 또는 탄소 원자에 결합하고 있는 수소 원자 중 적어도 1개가 메틸기 및 에틸기 등의 알킬기; 히드록실기; 카르복실기; 또는 아미노기에 의해 치환된 것이어도 좋다.
연마용 조성물 중에 포함되는 아졸류 및 그 유도체의 화합물은, 이미다졸, 트리아졸 또는 그것들의 유도체인 것이 바람직하다. 연마용 조성물 중의 아졸류 및 그 유도체의 화합물이 이미다졸, 트리아졸, 또는 그것들의 유도체인 경우에는, 연마 대상물이 금속 오염될 우려는 보다 작아진다.
이미다졸 유도체는, 예를 들면 이미다졸 환의 1위의 질소 원자, 2위의 탄소 원자, 4위의 탄소 원자, 및 5위의 탄소 원자에 결합하고 있는 수소 원자 중 적어도 1개가 메틸기 및 에틸기 등의 알킬기; 히드록실기; 카르복실기; 또는 아미노기에 의해 치환된 것이어도 좋다. 트리아졸 유도체는, 예를 들면 트리아졸 환의 1위의 질소 원자, 3위의 탄소 원자 및 5위의 탄소 원자에 결합하고 있는 수소 원자 중 적어도 1개가 메틸기 및 에틸기 등의 알킬기; 히드록실기; 카르복실기; 또는 아미노기에 의해 치환된 것이어도 좋다.
아졸류 또는 그 유도체를 소량밖에 함유하지 않은 연마용 조성물은 연마 능력이 그다지 높지 않다. 따라서, 연마용 조성물의 연마 능력을 보다 확실히 향상시킨다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 아졸류 또는 그 유도체의 화합물의 함유량은, 바람직하게는 0.01 질량% 이상, 보다 바람직하게는 O.1 질량% 이상이다. 한편, 연마용 조성물이 아졸류 및 그 유도체의 화합물을 대량으로 함유하는 경우에는, 연마용 조성물의 화학적 부식 작용이 지나치게 강해지기 때문에 연마 후의 반도체 기판의 표면에 거칠어짐이 생길 우려가 있다. 따라서, 반도체 기판 표면의 거칠어짐의 발생을 억제한다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 아졸류 및 그 유도체의 화합물의 함유량은, 바람직하게는 10 질량% 이하, 보다 바람직하게는 3.0 질량% 이하이다.
물은 연마용 조성물 중의 물 이외의 성분을 분산 또는 용해하는 매질로서의 역할을 담당한다. 이 물은, 공업용수, 수돗물, 증류수, 또는 그것들을 필터로 여과한 것일 수 있고, 불순물을 가능한 한 함유하지 않은 것이 바람직하다.
본 실시형태는, 이하의 이점을 가진다.
본 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 연마용 조성물의 연마 능력 향상에 기여하는 아졸류 및 그 유도체의 화합물을 함유하고 있다. 그 때문에, 본 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 종래의 연마용 조성물에 비해 높은 연마 능력을 가지고 있어, 반도체 기판의 표면을 신속히 연마할 수가 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 반도체 기판의 표면을 연마하는 용도에 있어서 특히 유용하 다.
아졸류 및 그 유도체는, 모노에탄올아민 등의 다른 아민이나 DBU 및 DBN와 달리 반도체 기판의 표면을 금속 오염할 우려가 작다. 따라서, 본 실시형태에 따른 연마용 조성물을 이용하여 연마된 후의 반도체 기판 표면은, 모노에탄올아민 등의 다른 아민이나 DBU 및 DBN를 함유하는 연마용 조성물을 이용하여 연마된 후의 반도체 기판 표면에 비해 금속 오염의 정도가 낮다. 금속 오염된 반도체 기판으로 반도체 장치를 제작했을 경우에는, 반도체 장치의 전기적 특성이 저하할 우려가 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 연마용 조성물을 이용하여 연마된 후의 반도체 기판은 금속 오염의 정도가 낮기 때문에, 그 반도체 기판으로는 전기적 특성의 저하가 억제된 반도체 장치를 제작할 수가 있다.
본 실시형태에 따른 연마용 조성물에 산화제를 첨가했을 경우, 첨가되는 산화제의 양에 따라서는, 연마 중의 반도체 기판의 표면에 산화 부동태 층(oxide passive layer)이 형성될 우려가 있다. 반도체 기판의 표면에 산화 부동태 층이 형성되면, 연마용 조성물의 화학적 연마 작용에 의한 반도체 기판 표면의 연마가 진행되기 어려워지기 때문에, 연마용 조성물의 연마 능력이 저하할 우려가 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 연마용 조성물은 산화제를 함유하고 있지 않기 때문에, 이러한 산화제에 기인하는 폐해를 회피할 수가 있다.
상기 실시형태는 이하와 같이 변경되어도 좋다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은 연마 촉진제를 더 함유하여도 좋다. 연마 촉진제는, 연마 대상물을 화학적으로 연마하는 역할을 담당하며, 연마용 조성물의 연마 능력의 향상에 기여한다. 연마 촉진제는, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 금속염, 암모늄 수산화물, 및 암모늄염 중 어느 하나를 포함하여도 좋지만, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화암모늄, 탄산암모늄, 제4급 암모늄염, 또는 제4급 암모늄수산화물 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 수산화 테트라메틸암모늄 중 어느 하나를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화암모늄, 탄산암모늄, 제4급 암모늄염, 및 제4급 암모늄수산화물은, 연마 대상물을 연마하는 능력이 높고, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 수산화 테트라메틸암모늄은, 연마 대상물을 연마하는 능력이 특히 높다.
연마용 조성물이 연마 촉진제를 소량밖에 함유하지 않은 경우, 연마용 조성물의 연마 능력은 그다지 향상되지 않는다. 따라서, 연마용 조성물의 연마 능력을 크게 향상시킨다는 관점에서는, 연마용 조성물 중의 연마 촉진제의 함유량은, 바람직하게는 0.001 질량% 이상, 보다 바람직하게는 연마 촉진제가 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 금속염으로 이루어질 때에는 0.1 질량% 이상; 혹은 암모늄 수산화물 또는 암모늄염으로 이루어질 때에는 O.05 질량% 이상이다. 한편, 연마용 조성물이 연마 촉진제를 대량으로 함유하는 경우에는, 연마용 조성물의 화학적 부식 작용이 지나치게 강해지기 때문에, 연마 후의 반도체 기판 표면에 거칠어짐이 생길 우려가 있다. 따라서, 반도체 기판 표면의 거칠어짐의 발생을 억제한다는 관점에 서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 연마 촉진제의 함유량은, 바람직하게는 20 질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 연마 촉진제가 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 금속염으로 이루어질 때에는 1.0 질량% 이하; 혹은 연마 촉진제가 암모늄 수산화물 또는 암모늄염으로 이루어질 때에는 2.0 질량% 이하이다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은 킬레이트제를 더 함유하여도 좋다. 킬레이트제는, 연마용 조성물 중의 금속 불순물과 착이온을 형성하여 이것을 포착 하는 것으로써, 금속 불순물에 의한 반도체 기판 표면의 오염을 억제한다.
킬레이트제는, 철, 니켈, 동, 칼슘, 크롬, 아연을 효과적으로 포착할 수가 있는 것이 바람직하다. 이러한 킬레이트제로서는, 예를 들면 아미노카르본산계 킬레이트제 또는 포스폰산계 킬레이트제를 들 수 있고, 보다 구체적으로는 에틸렌디아민테트라초산, 디에틸렌트리아민펜타초산, 트리에틸렌테트라민헥사초산, 에틸렌디아민테트라(메틸렌인산), 및 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌인산)을 들 수 있다.
연마용 조성물이 킬레이트제를 소량밖에 함유하지 않은 경우, 반도체 기판 표면의 금속 오염은 그다지 억제되지 않는다. 따라서, 금속 오염을 강하게 억제한다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 킬레이트제의 함유량은, 바람직하게는 0.001 질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.01 질량% 이상이다. 한편, 킬레이트제를 대량으로 함유하는 연마용 조성물은 겔화되기 쉽다. 따라서, 겔화의 방지라는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 킬레이트제의 함유량은, 바람직하게는 0.2 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 질량% 이하이다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은 수용성 고분자를 더 함유하여도 좋 다. 수용성 고분자는 연마될 반도체 기판 표면의 젖음성(wettability)을 향상시키도록 작용한다. 높은 표면 젖음성을 가지는 반도체 기판 표면의 경우, 비록 연마재가 반도체 기판 표면에 부착되었다고 하여도, 간단한 세정에 의해 부착된 연마재는 용이하게 제거된다. 수용성 고분자는, 히드록시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리에틸렌 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 히드록시에틸 셀룰로오스를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 히드록시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리에틸렌 글리콜은, 연마될 반도체 기판 표면의 젖음성을 향상시키는 능력이 높고, 히드록시에틸 셀룰로오스는 연마될 반도체 기판 표면의 젖음성을 향상시키는 능력이 특히 높다.
수용성 고분자의 분자량이 지나치게 낮은 경우, 연마 후의 반도체 기판 표면의 헤이즈(haze) 값이 증대할 우려가 있다. 따라서, 헤이즈 값을 낮게 억제한다고 하는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 내에 포함될 히드록시에틸 셀룰로오스의 분자량은 바람직하게는 300,000 이상, 보다 바람직하게는 600,000 이상이며; 연마용 조성물 내에 포함될 폴리비닐 알코올의 분자량은, 바람직하게는 1,000 이상, 보다 바람직하게는 5,000 이상이며; 연마용 조성물 내에 포함될 폴리에틸렌 옥사이드의 분자량은 바람직하게는 20,000 이상이며; 연마용 조성물 내에 포함될 폴리에틸렌 글리콜의 분자량은, 바람직하게는 100 이상, 보다 바람직하게는 300 이상이다. 한편, 수용성 고분자의 분자량이 너무 많은 경우, 연마용 조성물의 점도가 과도하게 증대할 우려가 있다. 따라서, 연마용 조성물의 점도를 적정화한다는 관점 에서 보았을 경우, 연마용 조성물 내에 포함될 히드록시에틸 셀룰로오스의 분자량은, 바람직하게는 3,000,000 이하, 보다 바람직하게는 2,000,000 이하이며; 연마용 조성물 내에 포함될 폴리비닐 알코올의 분자량은, 바람직하게는 1,000,000 이하, 보다 바람직하게는 500,000 이하이며; 연마용 조성물 내에 포함될 폴리에틸렌 옥사이드의 분자량은, 바람직하게는 50,000,000 이하, 보다 바람직하게는 30,000,000 이하이며; 연마용 조성물 내에 포함될 폴리에틸렌 글리콜의 분자량은 바람직하게는 20,000 이하이다.
연마용 조성물이 수용성 고분자를 소량밖에 함유하지 않은 경우, 반도체 기판의 표면 젖음성은 그다지 향상되지 않는다. 따라서, 반도체 기판의 표면 젖음성을 크게 향상시킨다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은, 바람직하게는 0.0001 질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.001 질량% 이상, 가장 바람직하게는 0.005 질량% 이상이다. 한편, 연마용 조성물이 수용성 고분자를 대량으로 함유하는 경우에는, 연마용 조성물의 점도가 지나치게 증대할 우려가 있다. 따라서, 연마용 조성물의 점도를 적정화한다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은, 바람직하게는 0.5 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.3 질량% 이하, 가장 바람직하게는 0.15 질량% 이하이다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은 소량의 산화제를 함유하여도 좋다. 연마용 조성물이 산화제를 대량으로 함유하는 경우(예를 들면 연마용 조성물 중의 산화제의 함유량이 1.2 질량% 이상인 경우)에는, 상술한 것처럼 연마 대상물의 표면에 산화 부동태 층이 형성되어 연마용 조성물의 연마 능력이 저하될 우려가 있 다. 그러나, 산화제의 함유량이 소량인 경우에는 산화 부동태 층이 형성되지 않거나, 혹은 연마재의 기계적 연마 작용에 의해 용이하게 제거될 수 있는 매우 얇은 산화 부동태 층밖에 형성되지 않는다. 따라서, 연마용 조성물의 연마 능력 저하를 방지한다는 관점에서 보았을 경우, 연마용 조성물 중의 산화제의 함유량은, 바람직하게는 0.1 질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01 질량% 이하이다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 아졸류의 하나 이상의 화합물 및 그 유도체의 하나 이상의 화합물 양쪽 모두를 함유하여도 좋다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 원액을 물로 희석하는 것에 의해 조제되어도 좋다.
상기 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 반도체 기판 이외의 연마 대상물의 표면을 연마하는 용도에 이용되어도 좋다.
다음에, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 한층 더 구체적으로 설명한다.
실시예 1 ~ 18에 있어서는, 연마재, 아졸류 또는 그 유도체의 화합물, 및 물을 혼합하고, 필요에 따라서 연마 촉진제 또는 킬레이트제를 더하여 연마용 조성물 원액을 조제하였다. 비교예 1 ~ 8에 있어서는, 연마재 및 물을 혼합하고, 필요에 따라서 아졸류 혹은 그 유도체, 아졸류 및 그 유도체에 대신하는 화합물, 연마 촉진제, 또는 킬레이트제를 더하여 연마용 조성물의 원액을 조제하였다. 실시예 1 ~ 18 및 비교예 1 ~ 8에 따른 각 원액을 체적비로 15배까지 물로 희석하여 실시예 1 ~ 18 및 비교예 1 ~ 8에 따른 연마용 조성물을 조제하였다. 실시예 1 ~ 18에 따른 각 연마용 조성물 중의 연마재, 아졸류 또는 그 유도체, 연마 촉진제, 및 킬레이트제의 상세는 표 1에 나타낸다. 또, 비교예 1 ~ 8에 따른 각 연마용 조성물 중의 연마재, 아졸류 혹은 그 유도체 또는 그것들에 대신하는 화합물, 연마 촉진제, 및 킬레이트제의 상세는 표 2에 나타낸다.
실시예 1 ~ 18 및 비교예 1 ~ 8에 따른 각 연마용 조성물을 이용하여 다음의 연마 조건에 따라서 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하였다.
연마 조건
연마기 : 후지코시 기계공업사 제의 편면연마기 "SPM-15"
연마 압력 : 31.5 kPa
정반 회전수 : 58 rpm
연마 시간 : 15분
연마 패드 : Rodel사 제의 "MH-S15A"
연마 하중 : 2226 N (= 227 kgf)
내부 하중 : 100 kPa (웨이퍼 면압 31 kPa (= 320 g/㎠))
정반 냉각수의 공급량 : 16 L/분
정반 냉각수의 온도 : 20℃
연마용 조성물의 공급 속도 : 8.0 L/분
연마용 조성물의 공급량 : 30 L
연마용 조성물의 온도 : 25℃
상술한 연마 조건에 따라서 연마를 실시하였을 때, 연마 전후의 실리콘 웨이퍼의 두께를 다이얼 게이지로 측정하고, 측정된 연마 전후의 웨이퍼의 두께로부터 연마에 의한 웨이퍼의 두께 감소량을 구하였다. 이 웨이퍼의 두께 감소량을 연마 시간으로 나눔으로써 얻어진 연마 속도를 표 1 및 표 2의 "연마 속도" 란에 나타내었다.
WYKO사 제의 표면 거칠기 측정기 "RST Plus" 를 이용하여 5배(대물렌즈 10배 × 다배율 O.5)의 측정 배율로, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기 Ra를 측정하였다. 그 결과를 표 1 및 표 2의 "표면 거칠기 Ra"란에 나타내었다.
연마 후의 실리콘 웨이퍼를 200℃로 1시간 가열한 후에, 기상 분해-유도 결합 플라스마 질량분석법(VPD-ICP-MS)에 의해 웨이퍼 중의 금속 불순물을 정량 분석하였다. 그 결과를 표 1 및 표 2의 "금속 오염" 란에 나타내었다.
연마 속도 및 표면 거칠기 Ra의 측정 시에 사용한 실리콘 웨이퍼는 저항율이 0.1 Ω?㎝ 이상인 것이고, 금속 오염의 평가 시에 사용한 실리콘 웨이퍼는 저항율이 O.01 Ω?㎝ 미만인 것이다.
Figure 112005050295437-pat00001
Figure 112005050295437-pat00002
표 1 및 표 2의 "연마재" 란에 있어서, "콜로이달 실리카*1"은 평균 입자 직경이 55 nm인 콜로이달 실리카를 나타내고; "콜로이달 실리카*2"는 평균 입자 직경이 9.5 nm인 콜로이달 실리카를 나타내고; "콜로이달 실리카*3"은 평균 입자 직경이 90 nm인 콜로이달 실리카를 나타낸다. 이들 콜로이달 실리카의 평균 입자 직경은, BET법에 의해 측정되는 비표면적으로부터 구해진다. 표 1 및 표 2의 "연마 촉진제" 란에 있어서, "KOH"는 수산화칼륨을 나타내고, "TMAH"는 수산화 테트라메틸암모늄을 나타내고, "Na0H"는 수산화나트륨을 나타내고, "NH4OH"는 수산화암모늄을 나타낸다. 표 1 및 표 2의 "킬레이트제" 란에 있어서, "TTHA"는 트리에틸렌테트라민헥사초산을 나타내고, "EDTA"는 에틸렌디아민테트라초산을 나타내고, "DTPA"는 디에틸렌트리아민펜타초산을 나타내고, "EDTPO"는 에틸렌디아민테트라(메틸렌인산)을 나타낸다.
표 1 및 표 2에 나타내는 결과를 이하에 정리한다.
실시예 5에 따른 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 연마 속도는, 비교예 2에 따른 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 연마 속도에 비해 크다. 이 결과는, 연마용 조성물의 연마 능력이 아졸류 또는 그 유도체의 첨가에 의해 향상되는 것을 시사하는 것이다.
실시예 1 ~ 18에 따른 각 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 금속 오염의 정도는, 모노에탄올아민, DBU 또는 DBN을 함유하는 비교예 3 ~ 8에 따른 각 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 금속 오염의 정도에 비해 낮다. 이 결과는, 아졸류 또는 그 유도체가 모노에탄올아민이나 DBU, DBN에 비해 실리콘 웨이퍼를 금속 오염시키지 않는다는 것을 시사하는 것이다.
킬레이트제를 함유하는 실시예 6 ~ 18에 따른 각 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 금속 오염의 정도는, 킬레이트제를 함유하지 않는 실시예 1 ~ 5에 따른 각 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 금속 오염의 정도에 비해 낮다. 이 결과는, 실리콘 웨이퍼의 금속 오염이 킬레이트제의 첨가에 의해 더욱 억제되는 것을 시사하는 것이다.
연마 촉진제를 함유하지 않는 실시예 1 ~ 4 및 실시예 6에 따른 각 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기는, 연마 촉진제를 함유는 실시예 5, 실시예 7 ~ 18 및 비교예 1, 2에 따른 각 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기에 비해 작다. 또, 이미다졸의 함유량이 많은 실시예 4에 따른 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기는, 이미다졸의 함유량이 적은 실시예 1에 따른 연마용 조성물의 사용시에 측정되는 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기와 동일한 정도이다. 이 결과는, 연마 촉진제의 첨가에 의해 웨이퍼 표면의 거칠어짐이 생길 우려가 있는 것, 그리고 아졸류 및 그 유도체의 화합물의 함유량을 증가시켜도 웨이퍼 표면의 거칠어짐이 발생할 우려는 적다는 것을 시사하는 것이다.
본 발명에 의하면, 반도체 기판 등의 표면을 연마하는 용도에 있어서 보다 적합하게 사용 가능한 연마용 조성물이 제공되며, 그리고 그러한 연마용 조성물을 이용하여 연마 대상물의 표면을 연마하는 방법이 제공될 수 있다.

Claims (16)

  1. 연마재;
    이미다졸 및 그 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물;
    디에틸렌트리아민펜타초산, 트리에틸렌테트라민헥사초산, 및 에틸렌디아민테트라(메틸렌인산)로 이루어진 군으로부터 선택되는 킬레이트제; 및
    물
    을 함유하는 연마용 조성물로서,
    상기 연마용 조성물은 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 이미다졸 유도체는,
    복소 5원환을 구성하는 질소 원자 또는 탄소 원자에 결합하고 있는 수소 원자 중 적어도 1개가, 알킬기, 히드록실기, 카르복실기, 또는 아미노기에 의해 치환된 화합물인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 연마 촉진제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 수용성 고분자를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 조성물은 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 산화제를 더 함유하고 있으며,
    상기 연마용 조성물 중의 산화제의 함유량은 0.1 질량% 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 2 항에 있어서,
    이미다졸 유도체는, 이미다졸 환의 1위의 질소 원자, 2위의 탄소 원자, 4위의 탄소 원자, 및 5위의 탄소 원자에 결합하고 있는 수소 원자 중 적어도 1개가 알킬기, 히드록실기, 카르복실기, 또는 아미노기에 의해 치환된 이미다졸 환을 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 화합물은,
    이미다졸, 및 2-메틸이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 킬레이트제는, 아미노카르본산계 킬레이트제 또는 포스폰산계 킬레이트제인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  14. 삭제
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 연마 촉진제는, 수산화나트륨 또는 수산화 테트라메틸암모늄인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 7 항, 및 제 11 항 내지 제 13 항 및 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 연마용 조성물을 준비하는 단계; 및
    준비된 연마용 조성물을 이용하여 연마 대상물의 표면을 연마하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면의 연마 방법.
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