KR102228684B1 - 분산성이 우수한 연마 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존에 사용되는 연마 슬러리 조성물에 비해 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하며, 피연마면의 스크래치를 최소화할 수 있는 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 분산제로 스티렌-말레산 공중합체를 사용하고, 소포제로 폴리프로필렌글리콜 트리올 및/또는 폴리프로필렌글리콜을 사용함으로써, 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하며, 피연마면의 스크래치를 최소화할 수 있는 연마 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.

Description

분산성이 우수한 연마 슬러리 조성물{A polishing slurry composition with excellent dispersity}
본 발명은 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존에 사용되는 연마 슬러리 조성물에 비해 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하며, 피연마면의 스크래치를 최소화할 수 있는 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화 및 고성능화에 따라 배선 패턴의 선폭은 더욱 미세해지고 구조는 점점 다층화 되는 추세이므로, 포토리소그래피의 정밀도 향상을 위해서는 각 공정에서의 층간 평탄도가 매우 중요하다.
평탄화 기술로서 현재 가장 각광받고 있는 것이 CMP(chemical-mechanical polishing) 공정이며, CMP 공정은 연마 대상 물질에 따라 산화막(oxide) CMP 공정, 금속(metal) CMP 공정, 폴리실리콘(poly -Si) CMP 공정 등으로 분류된다.
산화막을 연마하기 위해 초기에는 실리카 입자를 포함하는 CMP 슬러리 조성물이 주로 사용되었으나, 디자인 룰(design rule)이 작아지고 소자가 박막화 되어 고평탄화가 필요하게 되면서, 이종의 막이 존재하는 웨이퍼에 대한 연마 선택비가 높은 산화세륨 입자를 포함하는 CMP 슬러리 조성물이 적용되고 있다.
즉, 산화세륨 입자를 포함하는 CMP 슬러리 조성물은 실리콘 산화막에 대한 연마 속도는 높고, 실리콘 질화막에 대한 연마 속도는 낮아 단차가 있는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 함께 연마할 경우 실리콘 산화막은 연마되고, 실리콘 질화막에서는 연마가 종료되는 식각 종료 기능을 가질 수 있다. 따라서 이러한 산화세륨 입자를 포함하는 CMP 슬러리 조성물을 산화막 CMP 공정에 적용함으로써, 광역 평탄화(global planarization) 및 연마 두께의 정밀한 제어가 가능하다.
한편 연마 슬러리 조성물은 분산 공정에서 열과 기포가 다량 발생하여 분산된 입자의 응집 및 침전이 일어나며, 이로 인해 밀링시간이 증가하고 작업성 및 공정성이 불량하게 되고, 연마 시 스크래치가 발생하고 연마효율이 저하될 수 있다.
따라서 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하며, 피연마면의 스크래치를 최소화할 수 있는 연마 슬러리 조성물에 대한 요구가 증가하고 있다.
한국공개특허 제10-2013-0078791호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분산제로 스티렌-말레산 공중합체를 사용하고, 소포제로 폴리프로필렌글리콜 트리올 및/또는 폴리프로필렌글리콜을 사용함으로써, 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하며, 피연마면의 스크래치를 최소화할 수 있는 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (a) 산화알루미늄, 산화규소, 산화지르코늄 및 산화세륨에서 선택되는 하나 이상의 연마제;
(b) 화학식 1의 구조를 갖는 분산제;
(c) 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물에서 선택되는 하나 이상의 소포제; 및
(d) 액체 캐리어를 포함하는 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112019004896641-pat00001
(상기 화학식 1에서 n 은 1~30 이며, m 은 5~1,000 이다.)
[화학식 2]
Figure 112019004896641-pat00002
(상기 화학식 2에서 n 은 3~40 이다.)
[화학식 3]
Figure 112019004896641-pat00003
(상기 화학식 3에서 n 은 10~100 이다.)
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분산제는 화학식 4의 화합물인 것을 특징으로 한다.
[화학식 4]
Figure 112019004896641-pat00004
(상기 화학식 4에서 m 은 5~1,000 이다.)
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 연마제는 산화세륨인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 트리메탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메틸암모늄하이드록사이드, 트리에틸암모늄하이드록사이드, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 수산화나트륨 및 수산화칼륨에서 선택되는 하나 이상의 pH 조절제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 연마제 1~30중량%, 분산제 2~15중량%, 소포제 0.005~0.1중량% 및 잔량의 액체 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 분산제로 스티렌-말레산 공중합체를 사용하고, 소포제로 폴리프로필렌글리콜 트리올 및/또는 폴리프로필렌글리콜을 사용함으로써, 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하며, 피연마면의 스크래치를 최소화할 수 있는 연마 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 연마 슬러리 조성물은 기포 발생이 최소화되고, 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 우수하므로, 반도체 웨이퍼 공정용 연마제, 바이오메디컬, 의약, 화장품, 촉매 등의 분야에 폭넓게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 연마 슬러리 조성물의 경시 안정성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 연마 슬러리 조성물의 SEM 이미지를 나타낸다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 (a) 산화알루미늄, 산화규소, 산화지르코늄 및 산화세륨에서 선택되는 하나 이상의 연마제;
(b) 화학식 1의 구조를 갖는 분산제;
(c) 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물에서 선택되는 하나 이상의 소포제; 및
(d) 액체 캐리어를 포함하는 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112019004896641-pat00005
(상기 화학식 1에서 n 은 1~30 이며, m 은 5~1,000 이다.)
[화학식 2]
Figure 112019004896641-pat00006
(상기 화학식 2에서 n 은 3~40 이다.)
[화학식 3]
Figure 112019004896641-pat00007
(상기 화학식 3에서 n 은 10~100 이다.)
상기 연마제는 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 것으로, 웨이퍼 CMP 공정 시 통상적으로 사용되는 것이라면 종류에 제한 없이 사용될 수 있다. 일예로 금속 산화물을 들 수 있으며, 더욱 상세하게는 산화알루미늄, 산화규소, 산화지르코늄, 산화세륨, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화몰리브덴 등에서 선택되는 하나 이상을 포함하거나 이들의 화학적 부가혼합물을 포함할 수 있다.
상기 연마제는 특히, 산화알루미늄, 산화규소, 산화지르코늄, 산화세륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 산화세륨(세리아)을 사용하는 것이 입경 크기가 균일하고 입자의 경도가 작아 바람직하다.
상기 연마제의 입자 크기는 50~1,000nm인 것이 바람직하며, 입자 크기는 입도분포측정기(호리바 장치 등)를 사용하거나 레이저 회절법을 사용하여 측정할 수 있다.
상기 연마제의 입자 크기가 50nm 미만인 경우 연마속도 및 연마효율이 저하되고, 1,000nm를 초과하는 경우 피연마면의 스크래치 및 결함이 오히려 증가된다.
또한 본 발명은 상기 연마제의 크기가 서로 다른 2종류의 입자를 사용함으로써 연마속도를 감소시키지 않으면서 피연마면의 결함 및 스크래치를 최소화할 수 있다.
상기 연마제의 제1입자의 크기는 50~300nm이고, 제2입자의 크기는 500~1,000nm인 것이 바람직하며, 입자의 크기가 큰 제2입자가 피연마면을 우선적으로 빠르게 연마하고, 입자의 크기가 작은 제1입자가 일차적으로 연마된 피연마면을 평탄화시킴으로써 피연마면의 스크래치를 최소화하면서 우수한 연마속도를 발현할 수 있다.
상기 제1입자 및 제2입자는 동종의 연마제이거나 이종의 연마제일 수도 있다.
상기 제1입자 및 제2입자의 중량비는 20~40:60~80인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 범위를 만족하는 경우 스크래치를 최소화하면서 연마속도를 향상시킬 수 있다.
상기 연마제의 결정립(crystallite)의 크기는 1~200nm인 것이 바람직하며, 상기 결정립의 크기는 X선 회절 분광기 또는 투과형 주사현미경을 사용하여 측정될 수 있다.
상기 연마제의 제조방법은 당업계에서 적용하는 금속 산화물 입자 제조방법이라면 특별히 한정하지 않으며, 고상법, 액상법 등이 사용될 수 있다.
상기 연마제는 전체 연마 슬러리 조성물 100중량% 중 1~30중량%, 바람직하게는 5~20중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 연마제의 함량이 1중량% 미만이면 연마속도가 저하되고, 30중량%를 초과하면 조성물의 분산성이 낮고 피연마면에 다량의 스크래치가 발생할 수 있다.
상기 분산제는 연마제의 표면에 결합하여 연마 슬러리 조성물의 분산 안정성 및 연마 성능을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로, 25℃의 용액 상태에서 pH 가 8~11인 것을 특징으로 한다.
연마 슬러리 조성물을 이용하여 연마를 계속할수록 연마 과정에서 발생하는 부산물이 증가하며, 조성물 내에 존재하는 OH- 이온들이 웨이퍼 표면과 결합하여 치환되게 된다. 따라서 슬러리 조성물은 OH- 이온들이 계속적으로 감소하게 되며, 조성물 내의 제타 전위 값을 증가시키게 된다.
연마제 입자는 주변에 음전하를 띠고 있고 적절한 정전기적 반발력에 의해 슬러리 조성물 내에서 응집되지 않고 콜로이드 형태로 분산될 수 있으나, 제타 전위의 증가는 연마 입자 주변의 음전하를 감소시켜 연마제 입자들끼리 서로 응집될 수 있는 확률이 증가하게 된다. 이로 인해 웨이퍼 표면에 결함 및 스크래치를 생성할 가능성이 높아져 연마 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 분산제는 상기와 같은 슬러리 조성물의 pH 감소를 억제하기 위하여 25℃의 용액 상태에서 pH 가 8~11인 것이 바람직하다.
상기 분산제는 스티렌-말레산 공중합체인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 1의 화합물이 좋다.
[화학식 1]
Figure 112019004896641-pat00008
(상기 화학식 1에서 n 은 1~30 이며, m 은 5~1,000 이다.)
상기 분산제는 구조 내에 카르복실기를 포함함에 따라 연마제와의 친화성이 향상되는 동시에 분산안정성이 증가하여 웨이퍼에 발생되는 스크래치 및 결함을 줄일 수 있다.
상기 분산제는 스티렌과 말레산 무수물을 중합하여 스티렌-말레산 무수물 공중합체를 제조한 후, 암모니아, 알코올 등의 알칼리 용매를 첨가하여 스티렌-말레산 공중합체를 제조할 수 있다.
상기 분산제는 전체 연마 슬러리 조성물 100중량% 중 2~15중량%, 바람직하게는 3~10중량% 포함되는 것이 좋다. 분산제의 함량이 2중량% 미만이면 분산안정성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 피연마면에 다량의 스크래치가 발생하고 연마효율이 저하된다.
본 발명은 분산제로서 하기 화학식 4의 화합물, 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것이 좋으며, 바람직하게는 화학식 4의 화합물이 사용되는 것이 좋다.
[화학식 4]
Figure 112019004896641-pat00009
(상기 화학식 4에서 m 은 5~1,000 이다.)
[화학식 5]
Figure 112019004896641-pat00010
(상기 화학식 5에서 m 은 5~1,000 이다.)
[화학식 6]
Figure 112019004896641-pat00011
(상기 화학식 6에서 m 은 5~1,000 이다.)
또한 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물이 동시에 사용될 수 있으며, 이때 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물의 중량비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하고, 상기 수치 범위를 가지는 경우 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
또한 화학식 4의 화합물, 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물이 동시에 사용될 수 있으며, 이때 화학식 4의 화합물, 화학식 5의 화합물 및 화학식 6의 화합물의 중량비는 100:20~40:10~20 인 것이 바람직하고, 상기 수치 범위를 가지는 경우 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
상기 소포제는 연마 슬러리 조성물의 분산공정에서 형성되는 기포의 발생을 감소시키기 위하여 사용된다.
연마 슬러리 조성물은 분산 공정에서 열과 기포가 다량 발생하여 분산된 입자의 응집과 침전이 일어나며, 이로 인해 분산시간이 증가하고 작업성 및 공정성이 불량하게 되며, 조성물의 열안정성, 분산 안정성, 경시변화 안정성 및 연마 효율이 감소하게 된다.
본 발명의 소포제는 분산공정 시 발생하는 기포를 최소화하여 분산된 입자의 재응집 및 침전을 방지하고, 조성물의 분산안정성 및 연마효율을 향상시킬 수 있다.
상기 소포제는 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019004896641-pat00012
(상기 화학식 2에서 n 은 3~40 이다.)
[화학식 3]
Figure 112019004896641-pat00013
(상기 화학식 3에서 n 은 10~100 이다.)
상기 화학식 2의 화합물은 폴리프로필렌글리콜 트리올로서, 수평균분자량은 1,000~5,000g/mol 이 바람직하다. 폴리프로필렌글리콜 트리올의 수평균분자량이 상기 수치 범위를 가지는 경우, 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
상기 화학식 3의 화합물은 폴리프로필렌글리콜로서, 수평균분자량은 1,000~5,000g/mol 이 바람직하다. 폴리프로필렌글리콜의 수평균분자량이 상기 수치 범위를 가지는 경우, 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
또한 상기 화학식 3의 화합물은 수평균분자량이 상이한 2종류의 화합물이 동시에 사용될 수 있다. 즉, 수평균분자량이 1,000~2,500g/mol 인 제1폴리프로필렌글리콜 및 수평균분자량이 3,000~5,000g/mol 인 제2폴리프로필렌글리콜이 동시에 사용될 수 있다. 이때 제1폴리프로필렌글리콜 및 제2폴리프로필렌글리콜의 중량비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하고, 상기 수치 범위를 가지는 경우 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
또한 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물이 동시에 사용될 수 있으며, 이때 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물의 중량비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하고, 상기 수치 범위를 가지는 경우 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
상기 소포제는 전체 연마 슬러리 조성물 100중량% 중 0.005~0.1중량%, 바람직하게는 0.01~0.05중량% 포함되는 것이 좋다. 소포제의 함량이 0.005중량% 미만이면 기포가 다량 발생하여 분산안정성이 저하되고, 0.1중량%를 초과하면 피연마면에 다량의 스크래치가 발생하고 연마효율이 저하된다.
상기 액체 캐리어는 상기 연마제를 분산하기 위한 것으로, 상기 연마제, 분산제 및 소포제와 혼합하여 분산액, 슬러리 상태로 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 적합한 액체 캐리어는 극성 용매, 바람직하게는 초순수(탈이온수), 증류수 등을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물은 제타 전위를 일정하게 유지시키기 위해 pH 조절제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 pH 조절제는 연마 슬러리 조성물의 pH를 8~11의 범위로 조절하기 위한 것으로, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 종류를 한정치 않는다. 일예로, 트리메탄올아민(Trimethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 트리메틸암모늄하이드록사이드(Trimethylammonium hydroxide), 트리에틸암모늄 하이드록사이드(Triethylammonium hydroxide), 디메틸벤질아민(Dimethylbenzylamine), 에톡시벤질아민(Ethoxybenzyl amine), 수산화나트륨(sodium hydroxide) 및 수산화칼륨(Potassium hydroxide) 등을 들 수 있으며, 전체 슬러리 조성물 100중량%를 기준으로 0.0001~1중량% 포함될 수 있다. 상기 수치 범위를 가지는 경우 조성물의 기포 발생이 최소화되고, 연마효율이 향상될 수 있다.
상기 연마 슬러리 조성물은 분산성을 향상시키기 위하여 분산보조제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 분산보조제로는 소르비탄의 지방산 에스테르가 사용되며, 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노올레이트 등이 사용될 수 있다.
상기 분산보조제는 전체 슬러리 조성물 100중량%를 기준으로 1~10중량% 포함될 수 있다. 함량이 1중량% 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 함량이 10중량%를 초과하는 경우 피연마면에 다량의 스크래치가 발생하고 연마효율이 저하된다.
또한 상기 분산보조제는 폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르를 추가로 사용할 수 있다.
폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
분산보조제로서 소르비탄의 지방산 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르를 동시에 사용하는 경우, 소르비탄의 지방산 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르의 중량비는 60~80:20~40인 것이 바람직하다. 상기 범위를 만족하는 경우 조성물의 분산성 및 연마효율이 향상될 수 있다.
본 발명은 공지의 연마 시스템으로 기판의 표면을 슬러리 조성물로 연마할 수 있다. 상기 기판은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 종류에 한정치 않으며, 일예로 산화규소, 질화규소, 다결정규소 등을 포함할 수 있으며, 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 플라즈마 향상 테트라에틸 오르토 실리케이트(PETEOS), 열적 산화물, 질소 도핑 실리케이트 유리, 도핑하지 않은 실리케이트 유리 및 고밀도 플라스마(HDP) 산화물 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 연마시스템은 통상의 기술을 적용하여도 무방하다. 일예로 섬유 연마 패드를 포함하는 연마 시스템에 웨이퍼를 고정하고, 압력, 속도 및 온도 조건을 조절하면서 웨이퍼를 연마 패드에 접촉하여 누르고, 패드 및 웨이퍼는 서로에 대해 이동시킨 후, 슬러리 조성물을 웨이퍼에 분사하는 방식으로 웨이퍼의 막질을 화학적(chemical), 기계적(mechanical)으로 연마할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
말레산 무수물(maleic anhydride)과 스티렌을 각각 50몰% 및 50몰%의 비율로 준비하여 중합한 후, 물과 암모니아를 첨가하고 80℃에서 반응을 진행하여 n=1, m=100의 스티렌-말레산 공중합체(화학식 4의 화합물)를 수득하였다.
평균 입경이 100㎚인 산화세륨 입자 15중량%, 상기 스티렌-말레산 공중합체 5중량%, 수평균분자량이 4,800g/mol인 폴리프로필렌글리콜 트리올(화학식 2의 화합물) 0.02중량% 및 잔량의 초순수를 첨가하고 2시간 동안 교반하여 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
도 1은 본 발명의 연마 슬러리 조성물의 경시 안정성을 나타낸다.
실시예 1의 연마 슬러리 조성물은 60℃에서 35일 동안 pH, 전도도, 점도 및 입자크기가 안정적으로 유지됨을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 연마 슬러리 조성물의 SEM 이미지를 나타낸다.
실시예 1의 연마 슬러리 조성물은 입자의 크기가 작고 균일한데 반해(도 2(a)), 비교예 1의 연마 슬러리 조성물은 입자의 크기가 크고 균일하지 않음을 확인할 수 있다(도 2(b)).
(실시예 2)
수평균분자량이 4,800g/mol인 폴리프로필렌글리콜 트리올 0.003중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(실시예 3)
수평균분자량이 4,800g/mol인 폴리프로필렌글리콜 트리올 0.2중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(실시예 4)
수평균분자량이 4,800g/mol인 폴리프로필렌글리콜 트리올 0.02중량% 대신에, 수평균분자량이 4,800g/mol인 폴리프로필렌글리콜 트리올 0.015중량% 및 수평균분자량이 2,000g/mol인 폴리프로필렌글리콜 0.005중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(실시예 5)
말레산 무수물(maleic anhydride)과 스티렌을 각각 33몰% 및 67몰%의 비율로 준비하여 중합한 후, 물과 암모니아를 첨가하고 80℃에서 반응을 진행하여 n=2, m=100의 스티렌-말레산 공중합체(화학식 5의 화합물)를 수득하였다.
화학식 4의 스티렌-말레산 공중합체 5중량% 대신에, 화학식 4의 스티렌-말레산 공중합체 3.5중량% 및 화학식 5의 스티렌-말레산 공중합체 1.5중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(실시예 6)
말레산 무수물(maleic anhydride)과 스티렌을 각각 25몰% 및 75몰%의 비율로 준비하여 중합한 후, 물과 암모니아를 첨가하고 80℃에서 반응을 진행하여 n=3, m=100의 스티렌-말레산 공중합체(화학식 6의 화합물)를 수득하였다.
화학식 4의 스티렌-말레산 공중합체 5중량% 대신에, 화학식 4의 스티렌-말레산 공중합체 3.5중량%, 화학식 5의 스티렌-말레산 공중합체 1중량% 및 화학식 6의 스티렌-말레산 공중합체 0.5중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(실시예 7)
소르비탄 모노라우레이트 2중량%를 추가로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(비교예 1)
스티렌-말레산 공중합체 대신에, 스티렌-아크릴산 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(비교예 2)
수평균분자량이 4,800g/mol인 폴리프로필렌글리콜 트리올을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 수득하였다.
(연마 대상)
사용된 웨이퍼는 평판 상태의 실리콘 질화막(NIT), 실리콘 산화막(PE-TEOS) 및 폴리실리콘 웨이퍼(Poly)를 사용하였다. 실리콘 질화막 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼 위에 PE-TEOS 1000Å를 증착한 후 실리콘 질화막을 1800Å로 화학 기상 증착법으로 증착한 것이다. 실리콘 산화막 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼 위에 PE-TEOS를 10,000Å로 증착한 것이다. 폴리실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼 위에 폴리실리콘을 3000Å로 증착한 것이다.
(CMP 공정조건)
연마 공정 조건은 아래의 표 1과 같다.
CMP parameter CMP condition
장비 POLI-380(G&P Teechnology)
연마패드 IC-1300(Rodel)
슬러리 유입속도 90㎖/min
헤드 스피드 60rpm
테이블 스피드 40rpm
압력 3psi
연마시간 60초
(연마속도)
시편인 웨이퍼의 연마 전후 두께를 ADE 9500(ADE Corp.)을 통하여 확인하였다. 이때 측정에 따른 오차를 방지하기 위해 각 웨이퍼마다 중앙에서 가장자리까지 시계방향으로 9개의 동일한 지점을 측정하여 이를 평균화하였다(단위: Å/min).
(스크래치 여부)
연마 후 기판을 세척한 다음 기판의 결함 및 스크래치 여부를 광학현미경으로 관찰하여 탁월, 양호, 보통, 불량으로 나타내었다.
상기 실시예 및 비교예로부터 수득된 연마 슬러리 조성물의 특성을 측정하여 아래의 표 2에 나타내었다.
연마속도(Å/min) 스크래치 여부
PE-TEOS NIT Poly
실시예 1 8,828 1,382 1,592 양호
실시예 2 7,114 1,259 1,438 보통
실시예 3 7,386 1,275 1,453 보통
실시예 4 9,877 1,359 1,574 탁월
실시예 5 10,082 1,286 1,533 탁월
실시예 6 10,438 1,421 1,582 탁월
실시예 7 9,715 1,325 1,504 탁월
비교예 1 5,218 1,197 1,392 불량
비교예 2 5,401 1,210 1,283 불량
상기 표 2의 결과로부터, 실시예 1 내지 7은 연마속도가 증가하고 스크래치 발생이 최소화되는 것을 알 수 있다. 특히 실시예 1, 4 내지 7은 상기 특성이 가장 우수함을 확인할 수 있다.
반면 비교예 1 및 2의 경우 연마속도 및 스크래치 발생이 실시예에 비해 열등함을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. (a) 산화알루미늄, 산화규소, 산화지르코늄 및 산화세륨에서 선택되는 하나 이상의 연마제;
    (b) 분산제;
    (c) 소포제; 및
    (d) 액체 캐리어를 포함하는 연마 슬러리 조성물에 있어서,
    상기 조성물은 연마제 1~30중량%, 분산제 2~15중량%, 소포제 0.005~0.1중량% 및 잔량의 액체 캐리어를 포함하고,
    상기 분산제는 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물을 동시에 사용하고,
    상기 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물의 중량비는 60~80:20~40이며,
    상기 소포제는 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물을 동시에 사용하고,
    상기 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물의 중량비는 60~80:20~40이며,
    상기 화학식 2의 화합물 및 화학식 3의 화합물의 수평균분자량은 1,000~5,000g/mol 인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리 조성물.
    [화학식 2]
    Figure 112021021401847-pat00025

    (상기 화학식 2에서 n 은 3~40 이다.)
    [화학식 3]
    Figure 112021021401847-pat00026

    (상기 화학식 3에서 n 은 10~100 이다.)
    [화학식 4]
    Figure 112021021401847-pat00027

    (상기 화학식 4에서 m 은 5~1,000 이다.)
    [화학식 5]
    Figure 112021021401847-pat00028

    (상기 화학식 5에서 m 은 5~1,000 이다.)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 트리메탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메틸암모늄하이드록사이드, 트리에틸암모늄하이드록사이드, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 수산화나트륨 및 수산화칼륨에서 선택되는 하나 이상의 pH 조절제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 슬러리 조성물.
  5. 삭제
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