KR20040028587A - 연마용 조성물 및 그것을 이용한 연마방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 장치용 웨이퍼의 단면을 연마할 때 사용되는 본 발명의 연마용 조성물은 웨이퍼 상에 연마제가 잔존되는 것을 효과적으로 억제한다. 이 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물, 및 물을 함유한다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이다. 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이상이다. 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는 0.07 이상이다.
Description
본 발명은 반도체 장치용 웨이퍼의 단면을 연마할 때 사용되는 연마용 조성물 및 그것을 이용한 연마방법에 관한 것이다.
잉곳으로부터 절단된 웨이퍼의 단면은 베벨링(beveling) 공정에 의해 비스듬히 잘라진 후, 단면 연마공정에 의해 연마된다. 웨이퍼 단면에 대한 이러한 일련의 공정은 웨이퍼 단면에 칩핑이 발생되는 것을 방지하고 웨이퍼 상에서의 에피택셜(epitaxial) 성장시에 에지 크라운(edge crown)의 형성을 억제하고자 하는 것이다.
단면 연마 공정에 사용되는 연마용 조성물은 일반적으로 이산화규소와 같은 연마제를 함유하고 있다. 연마용 조성물은 단면 연마시 웨이퍼의 표면 상에 비산되고, 비산된 연마용 조성물 내에 함유된 연마제는 건조 겔 상태로 웨이퍼 상에 잔존된다. 잔존된 연마제는 웨이퍼의 표면에 긁힘을 야기시킨다.
일본 특개평11-349925 호 공보 및 일본 특개2000-158329 호 공보에는 단면 연마 공정을 위한 개선된 연마용 조성물이 개시되어 있다. 이 개선된 연마용 조성물은 수용성 고분자화합물을 함유하며, 이 수용성 고분자화합물은 웨이퍼 상에 건조 겔 상태로 연마제가 잔존되는 것을 억제하기 위해서 웨이퍼 표면의 습윤성을 개선한다. 그러나, 이 개선된 연마용 조성물이 사용되더라도, 웨이퍼 상에 잔존된 많은 양의 연마제는 충분히 감소되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 상의 연마제 잔존량을 효과적으로 억제할 수 있는 연마용 조성물 및 그것을 이용한 연마방법을 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 웨이퍼 단면을 연마할 때 사용되는 연마용 조성물을 제공한다. 이 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물을 함유한다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이다. 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이하이다.
본 발명은 웨이퍼 단면 연마시에 사용되는 또 다른 연마용 조성물을 제공한다. 이 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물을 함유한다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이다. 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는 0.07 이하이다.
본 발명은 또한 웨이퍼 연마방법을 제공한다. 이 방법은 연마용 조성물을 준비하는 단계와 이 연마용 조성물을 이용하여 웨이퍼의 단면을 연마하는 단계를 포함한다. 이 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리 화합물, 수용성 고분자화합물및 물을 함유한다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이다. 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이하이다.
본 발명은 또 다른 웨이퍼 연마방법을 제공한다. 이 방법은 연마용 조성물을 준비하는 단계와 이 연마용 조성물을 이용하여 웨이퍼의 단면을 연마하는 단계를 포함한다. 이 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물을 함유한다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이다. 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는 0.07 이하이다.
본 발명은 또 다른 웨이퍼 연마방법을 제공한다. 이 방법은 연마용 조성물을 준비하는 단계와 이 연마용 조성물을 이용하여 웨이퍼의 단면을 연마하는 단계를 포함한다. 이 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물을 함유한다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이다. 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이하이다. 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는 0.07 이하이다.
본 발명의 또 다른 측면 및 장점들은 본 발명의 원리를 예를 들어 설명하는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
(바람직한 실시형태의 상세한 설명)
본 발명의 제1 실시형태가 이하 설명된다.
제1 실시형태에 따른 연마용 조성물은 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물로 이루어진다.
상술된 이산화규소는 피 연마물을 기계적으로 연마한다.
BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적으로부터 구해진 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상, 바람직하게는 60㎚ 이상, 보다 바람직하게는 70㎚ 이상이다. BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적의 측정은 JIS Z8830 "기체흡착에 의한 분체(고체)의 비표면적 측정방법"에 따라서 수행된다.
이산화규소의 5 백분위수 직경 D5에 의해 이산화규소의 95 백분위수 직경 D95를 나눔으로써 얻어진 비 D95/D5는 3.8 이하, 바람직하게는 3.6 이하, 보다 바람직하게는 3.4 이하이다.
95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 전체 입자의 체적의 합의 95%에 도달될 때까지 오름차순으로 이산화규소의 각각의 입자의 체적을 적산함에 있어서 마지막으로 적산된 이산화규소 입자의 직경이다. 다시 말해서 95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 95%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이다.
5 백분위수 직경 D5는 이산화규소 내에 함유된 전체 입자의 체적의 합의 5%에 도달될 때까지 오름차순으로 이산화규소의 각각의 입자의 체적을 적산함에 있어서 마지막으로 적산된 이산화규소 입자의 직경이다. 다시 말해서 5 백분위수 직경D5는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 5%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이다.
95 백분위수 직경 D95및 5 백분위수 직경 D5는 Matec Applied Sciences사 제의 "CHDF2000"과 같은 Capillary Hydrodynamic Fractionation 식 입자크기 측정장치에 의해 측정될 수 있다.
이산화규소는 바람직하게는 콜로이덜 실리카, 퓸드(fumed) 실리카, 또는 침전법 실리카이고, 보다 바람직하게는 콜로이덜 실리카이다. 연마용 조성물은 단지 한 종류의 이산화규소만을 함유할 수도 있고, 또는 2종류 이상의 이산화규소를 함유할 수도 있다.
연마용 조성물 내의 이산화규소의 함유량은 바람직하게는 0.1 내지 50wt% 이고, 보다 바람직하게는 1 내지 50wt% 이고, 특히 바람직하게는 10 내지 50wt% 이다.
상술된 알칼리화합물은 피 연마물을 화학적으로 연마한다.
알칼리화합물의 구체예로서는, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산나트륨 등의 무기 알칼리화합물; 암모니아; 수산화테트라메틸암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄 등의 암모늄염; 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 모노에탄올아민, N-(β-아미노에틸)에탄올아민, 헥사메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 무수피페라진, 피페라진 육수화물, 1-(2-아미노에틸)피페라진, N-메틸피페라진 등의 아민 등을 들수 있다. 그 중에서도, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 암모니아, 수산화테트라메틸암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 무수피페라진, 피페라진 육수화물, 1-(2-아미노에틸)피페라진 또는 N-메틸피페라진이 바람직하고; 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 수산화테트라메틸암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 무수피페라진 또는 피페라진 육수화물이 특히 바람직하다. 연마용 조성물은 단지 한 종류의 알칼리화합물만을 함유할 수도 있고, 또는 2종류 이상의 알칼리화합물을 함유할 수도 있다.
알칼리화합물이 피페라진 또는 피페라진 유도체 이외의 화합물일 때, 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량은 바람직하게는 0.1 내지 6wt% 이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5wt% 이고, 특히 바람직하게는 1 내지 4wt% 이다. 알칼리화합물이 무수피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진, 또는 N-메틸피페라진일 때, 그 함유량은 바람직하게는 0.1 내지 10wt% 이고, 보다 바람직하게는 1 내지 9wt% 이고, 특히 바람직하게는 3 내지 8wt% 이다. 알칼리화합물이 피페라진 육수화물일 때, 그 함유량은 바람직하게는 0.1 내지 20wt% 이고, 보다 바람직하게는 2 내지 18wt% 이고, 특히 바람직하게는 5 내지 16wt% 이다.
상술된 수용성 고분자화합물로서는 히드록시에틸 셀룰로즈, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드, 또는 폴리에틸렌 글리콜이 바람직하고, 히드록시에틸 셀룰로즈가 보다 바람직하다. 연마용 조성물은 단지 한 종류의 수용성 고분자화합물만을 함유할 수도 있고, 또는 2종류 이상의 수용성 고분자화합물을 함유할 수도 있다.
히드록시에틸 셀룰로즈의 평균 분자량은 바람직하게는 300,000 내지 3,000,000 이고; 보다 바람직하게는 600,000 내지 2,000,000 이고; 특히 바람직하게는 900,000 내지 1,500,000 이다. 폴리비닐 알코올의 평균 분자량은 바람직하게는 1,000 내지 1,000,000 이고; 보다 바람직하게는 5,000 내지 500,000 이고; 특히 바람직하게는 10,000 내지 300,000 이다. 폴리에틸렌 옥사이드의 평균 분자량은 바람직하게는 20,000 내지 50,000,000 이고; 보다 바람직하게는 20,000 내지 30,000,000 이고; 특히 바람직하게는 20,000 내지 10,000,000 이다. 폴리에틸렌 글리콜의 평균 분자량은 바람직하게는 100 내지 20,000 이고; 보다 바람직하게는 300 내지 20,000 이고; 특히 바람직하게는 1,000 내지 20,000 이다.
연마용 조성물 내의 수용성 고분자화합물의 함유량은 바람직하게는 0.0001 내지 0.5wt% 이고, 보다 바람직하게는 0.001 내지 0.3wt% 이고, 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.15wt% 이다.
상술된, 연마용 조성물 내에 함유된 물은 물 이외의 조성물의 분산매 또는 용매로서의 역할을 한다. 물은 가능한 한 불순물이 적게 함유되는 것이 바람직하다. 구체적으로 물은 필터를 통과하여 여과된 이온교환수 또는 증류수가 바람직하다.
다음에, 상술된 연마용 조성물에 의해서 웨이퍼 단면을 연마하는 공정을 포함하는, 반도체 장치용 웨이퍼를 생산하는 방법이 설명된다.
잉곳으로부터 연마된 웨이퍼를 제조하는 공정은 슬라이싱 공정, 베벨링 공정, 랩핑 공정, 에칭 공정, 단면연마 공정, 및 연마 공정을 포함한다. 슬라이싱 공정에 있어서, 웨이퍼는 잉곳으로부터 절단된다. 이어지는 베벨링 공정에 있어서, 웨이퍼의 가장자리가 면깎기된다. 이어지는 랩핑 공정에 있어서, 웨이퍼의 표면은 거칠게 연마된다. 이어지는 에칭 공정에 있어서, 에칭 공정 이전까지의 공정에서 웨이퍼의 표면에 발생된 가공변질층이 제거된다. 이어지는 단면연마 공정에 있어서, 웨이퍼의 면깎기된 가장자리가 연마된다. 이어지는 연마 공정에 있어서, 웨이퍼의 표면이 정밀하게 연마된다.
상술된 연마용 조성물은 이러한 일련의 공정 중 단면연마 공정에서 사용된다. 단면연마 공정에 있어서, 웨이퍼의 단면은 웨이퍼(에칭된 웨이퍼)의 단면을 연마부재와 접촉되도록 하여 이러한 접촉부위에 연마용 조성물이 공급되는 동안에 웨이퍼의 단면과 연마부재 사이가 상대적으로 미끄러지도록 함으로써 연마된다.
단면연마 공정용 연마부재로서는 웨이퍼 단면과 연마부재가 연마시 대략 점 접촉되는 것(예컨대, 스피드팸(Speedfam)사에서 제조된 EP-150/200/300-IV NF)과, 웨이퍼 단면과 연마부재가 연마시 대략 선 접촉되는 것(예컨대 스피드팸사에서 제조된 EP-300X)이 있다. 상술된 연마용 조성물은 점 접촉식 연마기와 선 접촉식 연마기 중 어느 것이라도 사용될 수 있고, 선 접촉식 연마기가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시형태는 다음과 같은 장점을 제공한다.
웨이퍼의 단면이 제1 실시예에 따른 연마용 조성물에 의해 연마될 때, 연마용 조성물 내에 함유된 연마제(이산화규소)는 웨이퍼의 표면에 부착되었더라도 세정에 의해 표면으로부터 용이하게 제거된다. 그러므로, 건조 겔 상태로 웨이퍼 상에 잔존하는 연마제의 양은 충분히 감소되며, 그에 따라 잔존하는 연마제에 의해 야기되는 긁힘이 감소된다. 세정에 의해 부착된 연마제가 웨이퍼의 표면으로부터 용이하게 제거되는 주된 원인은 다음 2가지 이유를 포함한다. 첫 번째 이유는 연마용 조성물이 웨이퍼 표면의 습윤성을 향상시키는 수용성 고분자화합물을 함유하고 있다는 것이고, 두 번째 이유는 연마용 조성물이 작은 입자크기를 가지는 이산화규소가 비교적 적게 함유되어 있다는 것이다. 작은 크기의 이산화규소는 웨이퍼의 표면에 부착되었을 때 높은 표면활성을 가지기 때문에 용이하게 제거될 수 없다. 그러므로, 연마제의 잔존량을 감소시키기 위해서, 연마용 조성물 내에 함유된 작은 크기의 이산화규소의 함유량을 가능한 한 감소시키는 것이 중요하다. 제1 실시형태에 따른 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소는 40㎚ 이상의 평균 일차 입자직경 DSA및 3.8 이하의 비 D95/D5를 모두 만족시킨다. 즉, 제1 실시형태에 따른 연마용 조성물은 비교적 큰 입자크기를 가지는 동시에 비교적 균일한 입자크기를 가지는 이산화규소를 연마제로서 함유하고 있으며, 작은 크기의 이산화규소를 적게 함유하고 있다.
연마제의 잔존량은 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 히드록시에틸 셀룰로즈, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드, 및 폴리에틸렌 글리콜로부터 선택된 적어도 하나의 고분자화합물일 때 특히 감소된다. 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 히드록시에틸 셀룰로즈일 때 상술된 효과는 향상된다. 이에 대한 이유는 상술된 수용성 고분자화합물 중 어느 하나, 특히 히드록시에틸 셀룰로즈가 연마제와 웨이퍼 사이에 개재될 때 웨이퍼에 대한 연마제의 부착력이 감소되기 때문이라고 생각된다.
연마제의 잔존량을 감소시키는 것의 효과는 연마용 조성물 내의 수용성 고분자화합물의 함유량이 0.0001wt% 이상일 때 확실히 증명된다. 상술된 효과는 수용성 고분자화합물의 함유량이 0.001wt% 이상일 때 향상되고, 0.005wt% 이상일 때 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내의 수용성 고분자화합물의 함유량이 0.5wt% 이하일 때 과다량에 의해 야기되는 연마용 조성물의 점성 증가가 방지된다. 상술된 효과는 수용성 고분자화합물의 함유량이 0.3wt% 이하일 때 향상되고, 0.15wt% 이하일 때 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 300,000 이상의 평균 분자량을 가지는 하이드록시에틸 셀룰로즈일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 1,000 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 20,000 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 옥사이드일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 100 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 글리콜일 때, 수용성 고분자화합물의 매우 작은 평균 분자량에 의해 야기되는 웨이퍼 표면 상의 헤이즈에 있어서의 증가가 방지된다. 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 600,000 이상의 평균 분자량을 가지는 하이드록시에틸 셀룰로즈일 때; 연마용 조성물 내에함유된 수용성 고분자화합물이 5,000 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 300 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 글리콜일 때, 상술된 효과는 향상된다. 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 900,000 이상의 평균 분자량을 가지는 하이드록시에틸 셀룰로즈일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 10,000 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 1,000 이상의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 글리콜일 때, 상술된 효과는 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 3,000,000 이하의 평균 분자량을 가지는 하이드록시에틸 셀룰로즈일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 1,000,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 50,000,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 옥사이드일 때; 그리고 상기 연마용 조성물에 함유된 수용성 고분자화합물이 200,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 글리콜일 때, 수용성 고분자화합물의 평균 분자량의 과대함에 기인되는 연마용 조성물의 점도에 있어서의 증가가 방지된다. 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 2,000,000 이하의 평균 분자량을 가지는 하이드록시에틸 셀룰로즈일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 500,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 30,000,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 옥사이드일 때, 상술된 효과는 향상된다. 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 1,500,000 이하의 평균 분자량을 가지는 하이드록시에틸 셀룰로즈일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 300,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 수용성 고분자화합물이 10,000,000 이하의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 옥사이드일 때, 상술된 효과는 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 콜로이덜 실리카, 퓸드 실리카, 및 침전법 실리카로부터 선택된 적어도 하나의 타입의 실리카일 때 웨이퍼의 표면에 긁힘이 발생되는 것은 억제된다. 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 콜로이덜 실리카일 때 상술된 효과는 향상된다.
연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 1000㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 콜로이덜 실리카일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 300㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 퓸드 실리카일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 3000㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 침전법 실리카일 때, 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA의 과대함에 기인되는 웨이퍼 표면의 긁힘 발생은 방지된다. 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 800㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 콜로이덜 실리카일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 2500㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 침전법 실리카일 때, 상술된 효과는 향상된다. 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 500㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 콜로이덜 실리카일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소가 2000㎚ 이하의 평균 일차 입자직경 DSA를 가지는 침전법 실리카일 때, 상술된 효과는 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내의 이산화규소의 함유량이 0.1wt% 이상일 때, 지나치게 작은 함유량에 의해 야기되는 연마속도에 있어서의 극단적인 감소는 방지된다. 이산화규소의 함유량이 1wt% 이상일 때, 상술된 효과는 향상된다. 이산화규소의 함유량이 10wt% 이상일 때, 상술된 효과는 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내의 이산화규소의 함유량이 50wt% 이하일 때, 그 함유량의 과대함에 기인되는 연마용 조성물의 점도에 있어서의 증대가 방지된다.
연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 0.1wt% 이상일 때, 지나치게 작은 함유량에 의해 야기되는 연마속도에 있어서의 극단적인 감소는 방지된다. 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 및 피페라진 유도체 이외의 화합물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 0.5wt% 이상일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 무수 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진 또는 N-메틸 피페라진이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 1wt% 이상일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 육수화물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 2wt% 이상일 때, 상술된 효과는 향상된다. 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 및 피페라진 유도체 이외의 화합물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 1wt% 이상일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 무수 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진 또는 N-메틸 피페라진이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 3wt% 이상일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 육수화물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 5wt% 이상일 때, 상술된 효과는 더욱 향상된다.
연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 및 피페라진 유도체 이외의 화합물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 6wt% 이하일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 무수 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진 또는 N-메틸 피페라진이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 10wt% 이하일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 육수화물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 20wt% 이하일 때, 그 함유량의 과대함에 기인되는 연마용 조성물의 겔화(gelation), 비용증대 및 웨이퍼 표면의 거칠어짐이 방지된다. 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 및 피페라진 유도체 이외의 화합물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 5wt% 이하일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 무수 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진 또는 N-메틸 피페라진이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 9wt% 이하일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 육수화물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 18wt% 이하일 때, 상술된 효과가 향상된다. 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 및 피페라진 유도체 이외의 화합물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 4wt% 이하일 때; 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 무수 피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진 또는 N-메틸 피페라진이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 8wt% 이하일 때; 그리고 연마용 조성물 내에 함유된 알칼리화합물이 피페라진 육수화물이면서 연마용 조성물 내의 알칼리화합물의 함유량이 16wt% 이하일 때, 상술된 효과가 더욱 향상된다.
선 접촉식 연마기를 사용하는 경우에는, 점 접촉식 연마기를 사용하는 경우에 비하여 웨이퍼의 온도가 높다. 따라서, 제1 실시형태의 연마용 조성물은 선 접촉식 연마기에 사용될 때, 연마제의 잔존량을 감소시키는 효과가 현저하게 나타난다.
본 발명의 제2 실시형태는 제1 실시형태와 상이한 점을 중심으로 하여 설명된다.
제2 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 제1 실시형태와 마찬가지로, 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물로 이루어진다. 그러나, 제2 실시형태의 연마용 조성물은 이산화규소의 단지 일부 요건이 제1 실시형태와 상이하다.
이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 제1 실시형태에서와 같이 40㎚ 이상, 바람직하게는 60㎚ 이상, 보다 바람직하게는 70㎚ 이상이다. 이산화규소의 비 D95/D5는 임의적이다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA에 의해 비 D95/D5를 나눔으로써 얻어진 값 D95/D5/DSA은 0.07 이하, 바람직하게는 0.06 이하, 보다 바람직하게는 0.045 이하이다.
제2 실시형태에 따른 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소는 40㎚ 이상의 평균 일차 입자직경 DSA및 0.07 이하의 값 D95/D5/DSA을 모두 만족시킨다. 상세하게는, 제2 실시형태에 따른 연마용 조성물은 비교적 큰 입자크기를 가지는 동시에 비교적 균일한 입자직경을 가지는 이산화규소를 연마제로서 함유하고 있다. 따라서, 이 연마용 조성물은 제1 실시형태에서와 같이 작은 크기의 이산화규소를 적게 함유하고 있다. 따라서, 제2 실시형태는 제1 실시형태와 유사한 장점을 제공한다.
다음에, 본 발명의 제3 실시형태는 제1 실시형태와 상이한 점을 중심으로 하여 설명된다.
제3 실시형태에 따른 연마용 조성물은, 제1 실시형태와 마찬가지로, 이산화규소, 알칼리화합물, 수용성 고분자화합물 및 물로 이루어진다. 그러나, 제3 실시형태의 연마용 조성물은 이산화규소의 단지 일부 요건이 제1 실시형태와 상이하다.
이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 제1 실시형태에서와 같이 40㎚ 이상, 바람직하게는 60㎚ 이상, 보다 바람직하게는 70㎚ 이상이다. 이산화규소의 비 D95/D5는 제1 실시형태에서와 같이 3.8 이하, 바람직하게는 3.6 이하, 보다 바람직하게는 3.4 이하이다. 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA에 의해 비 D95/D5를 나눔으로써 얻어진 값 D95/D5/DSA은 0.07 이하, 바람직하게는 0.06 이하, 보다 바람직하게는 0.045 이하이다.
제3 실시형태에 따른 연마용 조성물 내에 함유된 이산화규소는 40㎚ 이상의 평균 일차 입자직경 DSA, 3.8 이하의 비 D95/D5및 0.07 이하의 값 D95/D5/DSA을 모두 만족시킨다. 상세하게는, 제3 실시형태에 따른 연마용 조성물은 비교적 큰 입자크기를 가지는 동시에 비교적 균일한 입자직경을 가지는 이산화규소를 연마제로서 함유하고 있다. 따라서, 이 연마용 조성물은 제1 실시형태에서와 같이 작은 크기의 이산화규소를 적게 함유하고 있다. 따라서, 제3 실시형태는 제1 실시형태와 유사한 장점을 제공한다.
본 발명이 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어남 없이 여러 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 것은 당해분야 종사자에게는 자명한 것이다. 특히, 본 발명은 다음의 형태들로 구체화될 수 있다.
이 실시형태에 따른 연마용 조성물은 종래의 연마용 조성물 내에 일반적으로 함유되는 공지의 첨가제, 예를 들면 계면활성제, 킬레이트제(chelating agents), 방부제 등을 또한 함유할 수 있다.
이 실시형태에 따른 연마용 조성물은 물 이외의 다른 성분들이 비교적 고농도로 함유되도록 사전에 준비되는 농축액을 물로 희석함으로써 준비될 수도 있다. 그 희석배율은 40배 이하가 바람직하고, 20배 이하가 보다 바람직하며, 10배 이하가 더욱 바람직하다.
다음에, 본 발명은 실시예 및 비교예에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
콜로이덜 실리카, 알칼리화합물, 및 수용성 고분자화합물이 실시예 1 내지35 및 비교예 1 내지 20의 연마용 조성물을 준비하기 위해서 이온교환수에 혼합되었다. 연마용 조성물 내에 함유되는 콜로이덜 실리카, 알랄리화합물, 및 수용성 고분자화합물 각각의 상세는 표 1 및 표 2에 표시되어 있다.
표 1 및 표 2에 있는 "콜로이덜 실리카"의 컬럼에서, "A" 내지 "L"은 DSA, D95/D5, 및 D95/D5/DSA에 대하여 표 3에 표시된 값을 가지는 각각의 콜로이덜 실리카를 나타낸다.
표 1 및 표 2에 있는 "알칼리화합물"의 컬럼에서:
"TMAH"는 수산화 테트라메틸암모늄의 25wt% 수용액을,
"PHA"는 수산화칼륨을,
"PIZ"는 무수 피페라진을, 그리고
"PCA"는 탄산칼륨을 나타낸다.
표 1 및 표 2에 있는 "수용성 고분자화합물"의 컬럼에서:
"HEC*1"은 400,000의 평균 분자량을 가지는 히드록시에틸 셀룰로즈를,
"HEC*2"는 1,200,000의 평균 분자량을 가지는 히드록시에틸 셀룰로즈를,
"HEC*3"은 1,800,000의 평균 분자량을 가지는 히드록시에틸 셀룰로즈를,
"PVA"는 60,000의 평균 분자량을 가지는 폴리비닐 알코올을,
"PEG"는 10,000의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 글리콜을,
"PEO"는 200,000의 평균 분자량을 가지는 폴리에틸렌 옥사이드를,
"G"는 글리세린을,
"EG"는 에틸렌 글리콜을, 그리고
"SPA"는 10,000 내지 20,000의 평균 분자량을 가지는 폴리아크릴산 나트륨을 나타낸다.
웨이퍼의 단면(피연마물)은 다음의 조건 하에서 각각의 연마용 조성물에 의해 연마되었다.
< 연마 조건 >
연마기 : "EP-150/200/300-IV NF" (스피드팸)
피연마물 : φ8(= 200㎜)의 에칭된 실리콘 웨이퍼(P-<100>). 표 1 및 표 2에 있는 "피연마물"의 컬럼에서, "Bare"로 표시된 실리콘 웨이퍼는 베어이고, "SiO2"로 표시된 실리콘 웨이퍼는 5000Å의 두께를 가지는 산화물 막으로 피복되어 있다.
접촉각도 : 45°
연마하중 : 2㎏
드럼 회전수 : 800rpm
드럼 상하속도 : 72㎜/min
웨이퍼 회전수 : 1rpm
연마 테이프 : DRP-II (스피드팸)
연마시간 : 4분
연마용 조성물의 공급속도 : 300㎖/min(순환사용)
연마제가 웨이퍼 상에 건조 겔 상태로 잔존되면, 웨이퍼의 표면이 강한 빛으로 조명될 때, 그것이 얼룩으로서 식별된다. 그러므로, 단면 연마 이후에 순수한 물로 스크럽 세정된 웨이퍼의 표면을 암실 내에서 할로겐 스팟 라이트(500klx)로 조명하면서 눈으로 관찰하였다. 웨이퍼의 표면 상에 얼룩이 전혀 식별되지 않는 것을 ＯＯ로, 얼룩이 거의 식별되지 않는 것을 Ｏ로, 엷은 색의 얼룩이 많이 식별되는 것을 △로, 그리고 짙은 색의 얼룩이 많이 식별되는 것을 ×로 평가하였다. 그 결과들이 표 1 및 표 2에 있는 "얼룩"의 컬럼에 나타나 있다.
단면 연마시 연마속도는 다음 계산식에 따라 계산되었다. 1.5㎎/min 이상의 연마속도를 ＯＯ로, 1.0㎎/min 이상 1.5㎎/min 미만의 연마속도를 Ｏ로, 0.5㎎/min 이상 1.0㎎/min 미만의 연마속도를 △로, 그리고 0.5㎎/min 미만의 연마속도를 ×로 평가하였다. 그 결과들이 표 1 및 표 2에 있는 "연마속도"의 컬럼에 나타나 있다.
계산식
연마속도[㎎/min] = (단면연마 이전의 웨이퍼 중량[㎎] - 단면연마 이후의 웨이퍼 중량[㎎]) / 연마시간[min]
표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 35의 연마용 조성물에 의해 단면 연마된 웨이퍼의 표면 상에서 얼룩은 전혀 또는 거의 식별되지 않았다. 이것은 웨이퍼 상에 겔 상태로 잔존하는 연마제가 전혀 또는 거의 존재하지 않는다는 의미이다. 이러한 결과로부터, 실험예 1 내지 35의 연마용 조성물이 웨이퍼 상에 잔존하는 연마제의 양을 상당히 감소시키는 효과를 가진다는 것은 명백하다.
본 실시예 및 실시형태들은 제한이 아니라 예시로서 간주되어야 하며, 본 발명은 여기에 주어진 상세들에 제한받지 않고 첨부된 청구범위의 범주 및 등가물들 내에서 수정될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 웨이퍼 상의 연마제 잔존량을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
Claims (20)
- 웨이퍼 단면 연마시 이용되는 연마용 조성물에 있어서,상기 연마용 조성물은:이산화규소,알칼리화합물,수용성 고분자화합물, 및물을 함유하며,BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적으로부터 구해진 이산화규소의평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이고, 이산화규소의 95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 95%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 이산화규소의 5 백분위수 직경 D5는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 5%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 5 백분위수 직경 D5에 의해 95 백분위수 직경 D95를 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평균 일차 입자직경 DSA는 60㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 평균 일차 입자직경 DSA는 70㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 비 D95/D5는 3.6 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 4 항에 있어서, 상기 비 D95/D5는 3.4 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산화규소는 콜로이덜 실리카, 퓸드 실리카, 및 침전법 실리카로부터 선택된 적어도 하나의 실리카인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 6 항에 있어서, 상기 이산화규소는 콜로이덜 실리카인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용성 고분자화합물은 히드록시에틸 셀룰로즈, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드, 및 폴리에틸렌 글리콜로부터 선택된 적어도 하나의 고분자화합물인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 8 항에 있어서, 상기 수용성 고분자화합물은 히드록시에틸 셀룰로즈인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 연마용 조성물 내의 상기 수용성 고분자화합물의 함유량은 0.0001 내지 0.5wt% 인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알칼리화합물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 수산화테트라메틸암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 무수피페라진, 및 피페라진 육수화물로부터 선택된 적어도 하나의 알칼리화합물인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 웨이퍼 단면 연마시 이용되는 연마용 조성물에 있어서,상기 연마용 조성물은:이산화규소,알칼리화합물,수용성 고분자화합물, 및물을 함유하며,BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적으로부터 구해진 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이고, 이산화규소의 95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 95%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 이산화규소의 5 백분위수 직경 D5는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 5%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 5 백분위수 직경 D5에 의해 95 백분위수 직경 D95를 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 비 D95/D5를 평균 일차 입자직경 DSA로 다시 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는0.07 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 12 항에 있어서, 상기 값 D95/D5/DSA는 0.06 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 13 항에 있어서, 상기 값 D95/D5/DSA는 0.045 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 D95/D5는 3.8 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 15 항에 있어서, 상기 비 D95/D5는 3.6 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제 16 항에 있어서, 상기 비 D95/D5는 3.4 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 웨이퍼를 연마하는 방법으로서, 상기 방법은:연마용 조성물을 준비하는 단계; 및연마용 조성물을 이용하여 웨이퍼의 단면을 연마하는 단계를 포함하며,상기 연마용 조성물은,이산화규소,알칼리화합물,수용성 고분자화합물, 및물을 함유하며,BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적으로부터 구해진 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이고, 이산화규소의 95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 95%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 이산화규소의 5 백분위수 직경 D5는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 5%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 5 백분위수 직경 D5에 의해 95 백분위수 직경 D95를 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이하인 것을 특징으로 하는 연마방법.
- 웨이퍼를 연마하는 방법으로서, 상기 방법은:연마용 조성물을 준비하는 단계; 및연마용 조성물을 이용하여 웨이퍼의 단면을 연마하는 단계를 포함하며,상기 연마용 조성물은,이산화규소,알칼리화합물,수용성 고분자화합물, 및물을 함유하며,BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적으로부터 구해진 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이고, 이산화규소의 95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 95%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 이산화규소의 5 백분위수 직경 D5는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 5%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 5 백분위수 직경 D5에 의해 95 백분위수 직경 D95를 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 비 D95/D5를 평균 일차 입자직경 DSA로 다시 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는 0.07 이하인 것을 특징으로 하는 연마방법.
- 웨이퍼를 연마하는 방법으로서, 상기 방법은:연마용 조성물을 준비하는 단계; 및연마용 조성물을 이용하여 웨이퍼의 단면을 연마하는 단계를 포함하며,상기 연마용 조성물은,이산화규소,알칼리화합물,수용성 고분자화합물, 및물을 함유하며,BET 법에 의해 측정된 이산화규소의 비표면적으로부터 구해진 이산화규소의 평균 일차 입자직경 DSA는 40㎚ 이상이고, 이산화규소의 95 백분위수 직경 D95는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 95%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 이산화규소의 5 백분위수 직경 D5는 이산화규소 내에 함유된 모든 입자 중 5%(체적으로)가 보다 더 작은 이산화규소 입자의 직경이고, 5 백분위수 직경 D5에 의해 95 백분위수 직경 D95를 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 비 D95/D5는 3.8 이하이고, 평균 일차 입자직경 DSA에 의해 비 D95/D5를 나눔으로써 얻어진 이산화규소의 값 D95/D5/DSA는 0.07 이하인 것을 특징으로 하는 연마방법.
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