KR20000006164A - 연마제및연마방법 - Google Patents

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오가와요시히사
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다나카 히로아키
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Abstract

본 발명은 평균 직경이 8~500㎚인 산화 실리콘 입자를 1~15중량%(wt.%) 함유하고, 25℃에서 산 해리 정수의 역수의 대수가 8.0~12.0인 약산과 알칼리 금속 또는 암모니아 수산화물의 조합물을 첨가하여 pH 8.7~10.6의 완충 작용을 갖는 완충 용액으로서 제조된 콜로이드 용액으로 된 연마제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 연마제에 의한 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.

Description

연마제 및 연마 방법{A Polishing Compound and a Method for Polishing}
본 발명은 실리콘 웨이퍼 또는 화합물 반도체의 웨이퍼로 구성된 반도체 기판의 표면 연마에 사용되며 환경을 오염시키지 않고 금속을 부식시키지 않는 연마제; 및 상기 연마제의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 연마제를 사용한 연마 방법에 관한 것이다. 더욱 자세히는, 본 발명은 완충 작용 및 큰 전기 도전율을 가지며 아민을 함유하지 않은 연마제에 관한 것이다.
통상, 실리콘 웨이퍼 또는 화합물 반도체의 웨이퍼(이후, 웨이퍼로 약칭함)와 같은 반도체 기판의 표면을 처리하는 연마제로서, 산화 실리콘 또는 그 수화물의 미세 입자가 콜로이드 상태로 분산된 현탁액, 소위 콜로이드 실리카를 흔히 사용한다. 실제 연마에 사용시, 발포 플라스틱 또는 스웨이드형 합성 가죽으로 구성된 연마 패드로 표면이 단단히 덮인 압반(platen)의 표면 위에 피연마체를 놓고, 연마제를 일정하게 공급하면서 일정 속도로 회전하는 압반에 대하여 상기 피연마체를 압착한다. 본 발명의 연마란 용어는 랩핑 공정에 의해 전 가공한 후, 에칭 공정에 의해 거울상 마감 표면을 얻는 웨이퍼의 예비 연마 또는 연마 공정, 및 소자 기판의 CMP(화학-기계적 연마, Chemical-Mechanical Polishing) 공정을 가리킨다.
예비 연마 공정에서는 표면이 박층의 부직포로 덮인 상하 압반을 갖는 양면 연마기를 흔히 사용하는 반면, 연마 공정에서는 발포 플라스틱 또는 스웨이드형 합성 가죽으로 구성된 박층의 연마 패드로 표면이 덮인 양면 연마기 또는 단면 연마기를 흔히 사용한다. 또, CMP 공정에서는 약간 단단한 발포 플라스틱으로 구성된 박층의 연마 패드로 표면이 덮인 단면 연마기를 흔히 사용한다. 실제 사용시, 일정한 속도로 회전하는 압반에 대하여 피연마체를 압착하고 산화 실리콘의 미세 입자를 함유하는 연마제의 분산액을 공급함으로써 연마 작업을 실시한다.
연마제로서는, USP 3,328,141호에 개시된 바와 같이 콜로이드 실리카의 미세 입자를 알칼리 용액에 분산시켜 제조한 분산액을 흔히 사용한다. 예비 연마 및 연마 공정은 예컨대 다이아몬드 숫돌 또는 산화 알루미늄의 경 연마제를 사용하는 소위 기계적 공정을 바탕으로 하는 전 공정과는 다르다. 예비 연마 및 연마 공정의 특징은 실리콘 웨이퍼에 대한 알칼리의 화학적 효과, 구체적으로 실리콘 웨이퍼에 대한 알칼리의 부식 효과를 이용하는 것이다. 즉, 알칼리의 부식 효과에 의해, 얇고 부드러운 부식층이 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된다. 상기 형성된 부식층은 콜로이드 실리카의 미세 입자의 기계적 작용에 의해 제거되며, 이로써 연마가 진행된다. 상술한 바와 같이, 연마가 용액 내에 함유된 알칼리 성분의 화학적 작용에 의해 진행되기 때문에, 연마제 용액의 pH를 7 이상으로 유지할 필요가 있다. 즉, 용액의 pH가 중성 영역인 7에 가까워지면, 화학 작용이 약해지고 제거율이 저하된다. 또 용액의 pH가 강 알칼리성 영역인 14에 가까워지면 화학 작용이 강해지고 제거율이 향상된다.
따라서, 이러한 종류의 연마인 경우, 연마제 용액의 화학적 특성 및 물리적 특성이 매우 중요하다. 즉, 실리콘 웨이퍼의 표면이 알칼리 성분에 의해 부식되어 얇은 부식층이 형성된다. 이 얇은 부식층의 두께와 경도는 연마제 용액의 특성에 의해 주로 영향을 받는다. 연마제 용액의 전기 화학적 특성이 두께와 경도에 큰 영향을 주기 때문에, 용액의 pH를 안정 영역 내에 유지하는 것이 중요하다. 용액의 pH가 열, 외부 공기와의 접촉 또는 외부로부터의 오염과 같은 외부 조건의 변화에 의해 쉽게 영향을 받는다면, 층 두께, 부식 속도, 층의 일관성 및 층 제거 속도가 미묘하게 변하여, 정확하고 균일한 연마 결과를 기대하기 어렵다. 또한, 상기 부식층이 연마제 중에 함유된 콜로이드성 산화 실리콘 연마제 입자의 기계적 작용에 의해 제거되기 때문에, 이들 입자들이 적합한 직경을 가져서 쉽게 부서지지 않고 서로 응집하여 겔을 형성하지 않아야 한다. 즉, 산화 실리콘 입자는 알칼리 성분에 의해 형성된 부식층을 기계적 작용에 의해 효과적으로 제거한다. 따라서, 상기 연마제는 상기 부식층이 제거된 후 거울상 마감 표면에 나쁜 영향을 주는 것이 아니어야 한다.
현재까지, 많은 종류의 화합물이 실리콘 웨이퍼의 연마제로서 제안되었다. 예컨대, USP 3,170,273호에서는 실리카 졸 및 실리카 겔이 연마제로서 제안되었다. 또한, 콜로이드 용액의 pH를 10.5~12.5의 범위로 조절함으로써 제거 속도를 향상시킬 수 있는 기술이 USP 3,328,141호에 개시되어 있다. 일본 특허공보 특개평2-158684호에는, 물, 콜로이드성 실리카, 분자량이 100,000 이상인 수용성 중합체 및 수용성 염으로 구성된 연마제가 개시되어 있다. 이들 개시된 방법의 요점은 연마제의 분산 능력을 향상시키고, 콜로이드성 실리카 또는 실리카 졸의 미세 연마제가 분산된 알칼리 용액에 많은 종류의 첨가제를 첨가하여 연마력의 안정성을 향상시키는 것이며, 종래의 연마제의 제거 속도를 현저히 향상시키는 것은 아니다.
예비 연마 또는 연마 공정이 기본적으로 상술한 연마제를 사용하기 때문에, 연마 속도가 느리고 생산성이 충분하지 않으며, 또한 pH가 외부 조건에 의해 쉽게 영향을 받아 변할 수 있기 때문에, 연마력의 일관성이 없다. 즉, 이들 예비 연마 또는 연마 공정은 장시간이 소요되는 까다로운 공정이라고 할 수 있으며, 완벽한 방법이라고 할 수 없다. 반면, 집적 회로의 발달과 웨이퍼 직경의 개선으로 인해, 실리콘 웨이퍼 또는 반도체 소자 기판의 더욱 정밀한 표면 평탄도가 중요하게 되었다. 또한, 생산성을 향상시키기 위하여, 더 빠른 제거 속도를 달성할 수 있는 연마제 및 연마 방법이 절실히 요구된다. USP 4,169,337호에서는 아민을 첨가하여 연마 속도를 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허공보 특개평5-154760호에서는 실리카 겔 또는 실리카 졸의 실리카에 대하여 수용성 아민의 일종인 피페라진을 10~80중량%로 함유하는 연마제를 사용하여 연마하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 아민은 천이 금속 원소와 쉽게 착화합물을 형성하며, 연마 장치를 구성하는 금속을 서서히 부식시키고, 또 상기 형성된 금속 착화합물은 실리콘 웨이퍼의 표면을 오염시키는 경향이 있다. 또한, 아민은 불쾌한 냄새를 풍기고 작업 환경을 악화시킬 뿐만 아니라, 화학적 산소 요구량(COD)이 매우 높기 때문에 폐수 처리 장치에 대한 부담이 크다는 문제가 있다. 따라서, 실제로 사용할 수는 없다.
본 발명의 발명자들은 종래의 연마제가 갖는 상술한 문제를 해결하기 위하여 집중적인 연구를 수행하여, pH 완충 작용 및 높은 전기 도전율을 갖는 산화 실리콘 미세 입자를 함유하는 콜로이드성 실리카의 알칼리 수용액을 연마제 용액으로 사용하면 높은 제거율로 안정한 연마를 실시할 수 있음을 밝혔다. 또한, 약산과 알칼리 금속 또는 암모니아 수산화물의 조합물을 첨가하는 방법이 안정한 알칼리 수용액으로서 pH의 완충 작용을 갖는 방법으로서 적합하며, 환경 오염을 감소시키고 폐수 처리 장치에 대한 부담을 줄일 수 있음을 밝혔다. 즉, 본 발명의 목적은 pH가 안정화되어 있고, 빠르고 안정한 연마 속도를 가지며 종래의 폐수 처리 장치에 의해 쉽게 처리되는 연마제를 제공하는 것이다. 또, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 연마제를 사용하는 연마 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 평균 직경이 8~500㎚인 산화 실리콘 입자를 1~15중량%(wt.%) 함유하고, 25℃에서 산 해리 정수의 역수의 대수가 8.0~12.0인 약산과 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물을 첨가하여 pH 8.7~10.6의 완충 작용을 갖는 완충 용액으로 제조된 콜로이드 용액으로 된 연마제에 의해 달성할 수 있다. 또한, 고 품질의 표면을 유지하면서 빠른 제거 속도를 달성할 수 있는 연마제를 얻을 수 있으며, 연마제의 전기 도전율을 산화 실리콘 1중량% 당 20mS/m 이상의 수준으로 조절함으로써 폐수 처리 장치에 대한 부담이 매우 낮다. 상기 연마제는 예컨대 실제로 사용할 때마다 농축 용액을 15~65중량%로 희석하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상하 위치에 두 개의 압반을 갖는 연마기또는 발포 수지, 합성 가죽 또는 부직포로 제조된 연마 패드가 표면에 부착된 하나의 압반을 갖는 연마기를 사용하여, 실리콘 웨이퍼와 같은 피연마체를 연마기에 재치 및 압착한 후, 상기 연마제를 일정하게 공급하면서 상기 압반 중 적어도 하나와 피연마체를 회전시키는 연마 방법에 의해 달성할 수 있다.
본 발명의 콜로이드 용액에 함유된 산화 실리콘 미세 입자의 평균 직경은 8~500㎚, 바람직하게는 8~200㎚이다. 이들 산화 실리콘 미세 입자는 응집된 입자일 수 있다. 평균 직경이 8㎚ 이하이면, 콜로이드 용액이 쉽게 응집되어 연마제로서의 안정성이 떨어진다. 또 평균 직경이 200~500㎚이면, 연마제로서의 특성에는 영향이 없지만, 안정화된 연마제의 제조가 어려우며 가격 면에서 유리하지 않다. 또, 평균 직경이 500㎚ 이상이면, 입자가 콜로이드 영역을 벗어나서 연마제로서 적합하지 않다.
표면이 알루미늄으로 덮인 산화 실리콘 미세 입자의 농도는 실제로 연마에 사용할 때 1~15중량%, 바람직하게는 1~10중량%이다. 농도가 1중량% 이하이면, 연마 속도가 매우 느려서 실제로 사용할 수 없다. 반대로, 연마 속도는 산화 실리콘의 농도가 증가함에 따라 향상되며, 농도가 약 15중량%에 이르면 연마 속도가 포화점에 도달하여 더 이상 향상되지 않는다. 연마 칩으로서 생성되는 실리콘 미세 입자는 연마제의 액체 속에 남아서 산화되어 산화 실리콘이 되어 용액의 산화 실리콘의 농도를 증가시킨다. 용액의 초기 산화 실리콘 농도가 높으면 연마 도중에 산화 실리콘 농도가 급속히 증가하고, 그 결과 재순환 연마 용액이 급속히 겔화되기 때문에, 콜로이드 용액이 불안정하게 되고 연마제의 재활용이 현저히 나빠지며, 가격 면에서도 유리하지 않다.
본 발명에서는, 연마제의 pH가 8.7~10.6이어야 한다. 8.7 이하이면, 연마 속도가 현저히 느리며 실제로 사용되지 않는다. 또, pH가 10.6 이상이면 실리카 콜로이드가 응집하여 연마제의 안정성을 해치며 실제로 또한 사용되지 않는다. 또, 연마제의 pH는 마찰, 열, 대기와의 접촉과 같은 외부 조건의 현저한 변화와 다른 조성물과의 혼합에 의해 쉽게 영향을 받지 않아야 한다. 본 발명의 요점은 연마제를 외부 조건의 변화에 대하여 좁은 영역 내에서 pH를 유지하는 강한 완충 효과를 갖는 용액으로 제조하는 것이다. 본 발명에서는 25℃에서 산 해리 정수(Ka)의 역수(pKa)의 대수가 8.0~12.0인 약산이어야 한다. 25℃에서 pKa가 8.0보다 작으면, 용액의 pH를 증가시키기 위하여 다량의 약산 및 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물이 필요하다. 25℃에서 pKa가 12.0보다 크면, pH 값을 8.7~10.6으로 안정화시키는 강한 완충 효과를 갖는 완충 용액을 제조하기 어렵다.
완충 효과를 갖는 본 발명의 연마제를 제조하는데 사용되는 약산의 예로는 붕산(pKa=9.24), 탄산(pKa=10.33), 인산(pKa=12.35), 수용성 유기산 및 이들 산의 혼합물을 들 수 있다. 사용되는 염기로는 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 본 발명의 완충 용액을 제조하기 위하여, 염 단독으로 또는 염과 염기 또는 염과 산의 조합물을 첨가할 수 있다. 상기 염은 25℃에서 pKa가 8.0~12.0인 약산과 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물에 의해 형성된 염을 의미한다. 구체적으로는, 예컨대 탄산 나트륨(Na2CO3), 탄산 수소나트륨(NaHCO3), 탄산 칼륨(K2CO3), 탄산 수소 칼륨(KHCO3), 탄산 암모늄[(NH4)2CO3], 탄산 수소 암모늄(NH4HCO3) 및 붕산 나트륨(NaBO2)을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 이들 염은 수용액에서 약산과 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물로 해리된다. 또, 이들 염은 완충 용액을 파괴하지 않는 범위 내에서 함께 사용할 수 있다. 본 발명의 요점은 아민과 같은 유기 화합물을 염기로 사용하지 않는 것이다. 즉, 본 발명에서는 기본적으로 상기 약산과 무기 화합물, 예컨대 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물을 사용한다. 특히, 본 연마제에는 화학적 산소 요구량(COD)을 증가시키는 아민과 같은 유기 조성물이 함유되어 있지 않기 때문에, 환경 오염의 관점에서 볼 때 우수한 연마제라고 할 수 있다. 화학적 산소 요구량(COD)은 연마제가 폐수로 배출될 때 환경 오염의 적합한 척도로 간주된다. 본 발명의 연마제의 COD값은 실제 사용하는 농도에서 20ppm이하이다. 또한, 본 발명의 연마제가 불쾌한 냄새를 풍기는 아민을 함유하지 않기 때문에, 작업 환경이 현저히 개선된다. 또한 부식에 의한 장치의 금속부 손상이 매우 적다.
본 발명에서는 연마제의 전기 도전율을 증가시킴으로써 연마 속도를 현저히 향상시킬 수 있다. 본 발명의 전기 도전율이란 전류가 용액을 통하여 전도하는 정도를 의미하며, 단위 길이 당 전기 저항의 역수에 해당한다. 본 발명에서 전기 도전율 값은 1중량%의 산화 실리콘으로 환산된 단위 길이 당 전기 도전율(마이크로 지멘스)로 표시한다. 본 발명에서는 연마 속도를 향상시키기 위하여 전기 도전율이 25mS/m/1%-SiO2이상이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40mS/m/1%-SiO2이상이다. 전기 도전율을 증가시키는 방법으로는 다음 두 가지 방법을 들 수 있다. 즉, 하나는 완충 용액의 농도를 높이는 방법이고, 다른 하나는 염을 첨가하는 방법이다.
완충 용액의 농도는 산과 염기의 몰비를 변화시키기 않으면서 (1) 약산과 강염기, (2) 강산과 약염기 또는 (3) 약산과 약염기의 조합으로 된 용액을 첨가함으로써 더욱 높일 수 있다.
염을 첨가하는 방법에 사용되는 염은 산과 염기의 결합으로 구성된다. 산으로서는 강산과 약산을 모두 사용할 수 있으며, 광산, 유기산 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 염기로서는 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상술한 두 가지 방법을 함께 사용해도 좋다.
본 발명의 완충 용액은 약산과 강염기의 조합으로 제조하며, 본 명세서에서 설명한 바와 같이 약산은 용액 내에서 이온으로서 해리되며 부분적으로는 비해리된다. 본 발명의 완충 용액의 특징은 pH 값이 소량의 산 또는 염기의 혼합에 의해 영향을 받지 않는다는 것이다.
본 발명의 연마제의 물리적 특성을 향상시키기 위하여, 계면 활성제, 분산제 또는 침강 방지제를 함께 사용할 수 있다. 계면 활성제로서는 분산제 및 침강 방지제, 수용성 유기 조성물 또는 무기 층상 화합물(inorganic layered compound)을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 연마제는 수용액이지만, 유기 용매를 첨가할 수 있다. 본 발명의 연마제는 실제로 사용할 때마다 콜로이드성 실리카, 염기, 첨가제및 물을 혼합하여 제조할 수 있다. 그리고, 일반적으로 15~65%의 고 농도의 연마제를 제조하여, 실제로 사용할 때마다 물 또는 물과 유기 용매의 혼합물로 통상 희석할 수 있다.
실시예
본 발명의 연마제 및 상기 연마제를 사용한 연마 방법은 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 더욱 쉽게 이해할 수 있지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에 사용된 연마제는 하기 방법에 의해 제조하였다. 콜로이드성 실리카로서는 평균 직경이 15㎚이고 농도가 30중량%인 시판되는 제품을 사용하였다. 500g의 상기 콜로이드성 실리카에 1500g의 DI수(탈이온수)를 첨가하고 교반한 후, 약산 및 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물로 제조된 염, 산, 염기 및 다른 첨가제를 첨가하였다. DI수를 첨가하여 3000g으로 맞춘 후, 본 실시예에서 사용할 연마제 용액을 제조하였다.
상세한 연마 조건은 다음과 같다:
연마기: SH-24형 단면 연마기(Speedfam Co.,Ltd.제)
압반 회전 속도: 70RPM
압축판의 회전 속도: 50RPM
연마 패드: SUBA400(Rodel. Nitta Co.,Ltd.제)
표면 압력: 400g/㎝2
연마제의 유속: 80mL/분
연마 시간: 10분
피연마체: 4인치 직경의 실리콘 웨이퍼(에칭 후)
연마제의 pH는 6.86과 9.18의 pH 표준 용액으로 조절된 pH 측정기로 측정하였다. 전기 도전율은 전기 도전율 측정기로 측정하였다.
연마 표면의 품질은 검사자의 육안으로 조사하여 헤이즈(haze)와 피트(pit)를 체크하였다. 연마 속도는 연마 전후의 실리콘 웨이퍼의 중량 차이로부터 계산하였다.
실시예 1 및 비교예 1
본 실시예의 실험 번호 1 및 2에서는 상술한 방법을 바탕으로 콜로이드성 연마제 용액을 제조한 후, 탄산 칼륨(K2CO3) 및 탄산 수소 칼륨(KHCO3)을 표 1에 나타낸 양으로 첨가하여 본 발명의 연마제 용액을 얻었다. 비교를 위한 실험 번호 3에서는 단지 테트라메틸-암모늄하이드록시드(이후, TMAOH로 약칭함)만 첨가된 연마제 용액을 제조하였다. 또, 실험 번호 4에서는 시판중인 실리콘 웨이퍼 연마제를 DI수로 희석하여 산화 실리콘의 농도를 5중량%로 한 연마제 용액을 사용하였다. 상술한 연마 방법에 의해 연마 실험을 실시하였다. 각 실험에서 용액은 10회 순환시켰으며, 각 순환 후 연마 속도, pH 및 피연마체의 표면 품질을 측정하였다. 실험 결과를 정리하면 하기 표 1과 같다. 이 결과로부터 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예인 실험 번호 1 및 2에 있어서, 연마제가 순환하더라도 pH의 변화는 비교적 느렸으며 연마 속도는 안정하였다. 이와는 반대로, 본 발명의 비교예인 실험 번호 3 및 4에서는, pH 값의 감소가 현저하게 컸으며 이에 따른 연마 속도의 저하도 또한 현저히 컸다. 한편, 상기 모든 실험으로부터 얻은 피연마체의 표면 품질은 양호하였다.
실시예 1 비교예 1
실험 번호 1 2 3 4
첨가제/양(몰/Kg-SiO2) K2CO3/0.144KHCO3/0.079 K2CO3/0.288KHCO3/0.010 TMAOH/0.005 희석된연마 화합물***
pH 10.0 10.5 10.4 10.4
전기 도전율* 41 65 18 10
실험 결과 연마 속도**pH 연마 속도**pH 연마 속도**pH 연마 속도**pH
연마용액의 순환횟수 0 0.31 10.0 0.38 10.5 0.34 10.4 0.35 10.4
1 0.32 9.9 0.37 10.4 0.33 9.9 0.34 10.0
2 0.31 9.8 0.36 10.4 0.33 9.7 0.34 9.8
3 0.31 9.8 0.36 10.3 0.33 9.6 0.35 9.7
4 0.32 9.7 0.36 10.3 0.32 9.5 0.35 9.6
5 0.31 9.7 0.35 10.2 0.32 9.4 0.34 9.5
6 0.31 9.7 0.35 10.2 0.31 9.3 0.34 9.4
7 0.30 9.6 0.35 10.1 0.31 9.2 0.35 9.3
8 0.31 9.6 0.34 10.1 0.30 9.1 0.32 9.3
9 0.30 9.5 0.35 10.1 0.29 9.0 0.30 9.2
10 0.29 9.5 0.35 10.0 0.29 9.0 0.29 9.1
*: mS/m/1%-SiO2
**: 연마 속도(㎛/분)
***: 시판중인 실리콘 웨이퍼 연마제
실시예 2
탄산 칼륨(K2CO3), 탄산 수소 칼륨(KHCO3), 붕산 나트륨(NaBO2) 및 황산 칼륨(K2SO4)을 표 2에 나타낸 조합과 양으로 연마제의 상기 콜로이드 용액에 첨가하여 본 발명의 연마제를 얻었다. 실리콘 웨이퍼의 연마 실험은 상술한 방법에 따라실시하였다. 본 실시예의 실험에서는 순환 실험을 실시하지 않았다. 얻어진 결과를 정리하면 표 2와 같다.
실시예 2
실험 번호 5 6 7 8 9 10 11 12
첨가제*K2CO3NaBO2KHCO3K2SO4 0.1440.014 0.2880.010 0.144 0.2060.010 0.144 0.288 0.1440.0140.144 0.1440.0140.288
pH 10.0 10.5 10.1 10.2 10.1 10.1 10.0 10.0
전기 도전율** 41 65 41 52 25 33 70 101
연마 속도(㎛/분) 0.32 0.37 0.34 0.38 0.31 0.34 0.33 0.35
표면 품질 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
*: 양(몰/Kg-SiO2)
**: mS/m/1%-SiO2
비교예 2
실시예 2에서와 같이, 표 3에 나타낸 첨가제를 첨가하여 연마제를 제조하였다. 실험 번호 13의 연마제는 완충 효과를 갖지 않고 전기 도전율이 낮았으며, 실험 번호 14~18에서는 약산/강염기, 강산/약염기 또는 약산/약염기의 조합으로 된 첨가제를 첨가하지 않고 단지 하나의 성분만 첨가하였으며, 특히 실험 번호 14 및 15에서는 아민을 사용하였다. 실험 번호 18에서는 비교예 1의 실험 번호 4와 같이, 시판중인 실리콘 웨이퍼 연마제를 DI수로 희석하여 산화 실리콘의 농도를 5중량%로 한 연마제 용액을 사용하였다. 실리콘 웨이퍼의 연마 실험은 상기 실시예 2와 같이 실시하였다. 얻어진 실험 결과를 정리하면 표 3과 같다.
비교예 2
실험 번호 13 14 15 16 17 18
첨가제/양(몰/Kg-SiO2) 무 디에탄올 아민/0.24 모노에탄올 아민/0.24 TMAOH/0.007 K2SO4/0.144 시판중인 연마 화합물첨가제 무
pH 9.7 10.2 10.4 10.2 9.7 10.4
전기 도전율* 8 20 22 16 48 10
연마 속도(㎛/분) 0.20 0.36 0.37 0.26 0.20 0.34
표면 품질 양호 양호 양호 양호 양호 양호
*: mS/m/1%-SiO2
표 2 및 표 3에 나타낸 결과로부터 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 범위 내에 있는 연마제는 양호한 연마 속도를 나타낸다. 반면, 비교예 2에 나타낸 바와 같이, pH 값은 조절되었지만 완충 효과가 충분하지 않은 연마제 또는 전기 도전율이 25mS/m/1%-SiO2이하인 연마제는 연마 속도가 충분하지 않았다. 또한, 실험 번호 16 및 17에 나타난 바와 같이, 염을 첨가하여 전기 도전율만이 증가된 연마제도 또한 연마 속도를 향상시키는 효과가 없었다. 아민만을 사용한 실험 번호 14 및 15에서는 연마 속도의 관점에서 양호한 결과를 나타냈지만, 화학적 산소 요구량(COD)은 200ppm 이상으로 높은 수준이었으며, 아민 특유의 불쾌한 냄새 때문에 작업 환경이 매우 나빠졌으며, 또한 장치의 금속부의 부식이 관찰되었다. 따라서, 아민을 함유하는 연마제는 본 발명의 목적에 적합하지 않다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 연마제는 평균 직경이 8~500㎚인 산화 실리콘입자 및 8.7~10.6의 완충 용액을 형성하는 산과 염기를 함유하며, 실제로 사용시의 실리카 농도는 1~15중량%로 조절된다. 연마제 자체를 완충 용액으로 제조하고 전기 도전율을 크게 함으로써, pH 변화가 작고 연마 속도가 빠른 연마제를 얻을 수 있다. 본 발명의 연마제에 의해, 실리콘 웨이퍼 및 반도체 소자 기판의 웨이퍼를 표면 품질을 열화시키지 않으면서 고속으로 연속적으로 연마할 수 있다. 또한, 연마기에서 나온 폐수에 의한 환경 오염은 매우 적다.

Claims (5)

  1. 평균 직경이 8~500㎚인 산화 실리콘 입자를 1~15중량%(wt.%) 함유하고, 25℃에서 산 해리 정수의 역수의 대수가 8.0~12.0인 약산 및 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물 성분을 첨가하여 pH 8.7~10.6의 완충 작용을 갖는 완충 용액으로서 제조된 콜로이드 용액으로 된 연마제.
  2. 제 1항에 있어서, 25℃에서 전기 도전율이 25mS/m/1%-SiO2이상인 연마제.
  3. 용액의 농도를 높이거나 또는 염을 첨가하는, 25℃에서 전기 도전율이 25mS/m/1%-SiO2이상인 제 2항의 연마제 제조 방법.
  4. 평균 직경이 8~500㎚인 산화 실리콘 입자를 15~65중량%로 함유하고, 25℃에서 산 해리 정수의 역수의 대수가 8.0~12.0인 약산 및 알칼리 금속 또는 암모니아의 수산화물을 첨가함으로써 완충 작용을 갖는 완충 용액으로서 제조된 콜로이드 용액으로 된 연마제를 물, 유기 용매, 염 또는 이들의 혼합물로 희석하는 제 1항의 연마제 제조 방법.
  5. 다공성 수지 시트, 합성 가죽 시트 또는 부직포와 같은 연마 패드가 부착된하나 또는 두 개의 압반을 갖는 연마기의 회전 압반에 실리콘 웨이퍼를 압착시키고, 제 1항의 연마제를 일정하게 공급하면서 상기 압반과 상기 실리콘 웨이퍼 중에서 적어도 하나를 회전시키는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
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