KR20040081429A - 알칼리토금속염의 새로운 이용 - Google Patents

알칼리토금속염의 새로운 이용 Download PDF

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KR20040081429A
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칼 쾰러
페르디난트 하딩하우스
박재원
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솔베이 바리움 스트론티움 게엠베하
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Abstract

충분한 미립도를 가지는 탄산스트론튬, 탄산바륨, 황산스트론튬 및 황산바륨들이, 특히 합성에 의해 제조된 경우에, 반도체와 같은 마이크로 전자 부품의 화학-기계적 연마시 연마제로서 적합하다. 이 화합물들은, 분산제를 포함할 수 있고, pH 값이 유리하게는 8 이상인 슬러리로서 사용된다.

Description

알칼리토금속염의 새로운 이용{NOVEL USE OF ALKALINE EARTH METAL SALTS}
특정 기술 분야에서는, 최소한 한쪽 면에서 특정 윤곽형태(profile)로 연마되어야만 하는, 예컨대 균일하게 편평해야만 하고 낮은 표면 거칠기를 가져야만 하는 부품들이 흔히 요구된다. 여기에는 예컨대 광학 부품들, 반도체 부품들 및 세라믹이 속한다. 그런 부품들을 높은 수준으로 연마하여 제조하는 하나의 방법으로는, 연마 슬러리("polishing slurries")의 보조 하에 화학-기계적으로 연마하는 방법이 있다. 통상적으로 화학-기계적 연마("CMP")는 다음에 기재되는 바와 같이 실시된다. 연마될 가공물, 예컨대 실리콘-웨이퍼는 회전하는 가압반("platen") 상에 연마될 면을 밑으로 하여 놓여진다. 이때 웨이퍼는 지지체에 의해 고정된다. 웨이퍼와 가압반은 같은 방향으로 회전한다. 가압반의 표면 상에는 연마 슬러리를 지닌 연마 패드 또는 연마 받침("polishing pad")이 위치한다. 연마 슬러리는 매우 미세한 연마제(abrasive agent), 예컨대 이산화규소 또는 산화세륨을 포함한다. 산화층을 연마할 필요가 있을 때에는, 염기성 슬러리, 예컨대 10 내지 11 범위의 pH 값을 가지는 가성칼륨(caustic potash) 또는 암모니아수를 함유하는 슬러리가 일반적으로 사용된다. 금속, 예컨대 텅스텐을 연마하기 위해서는, 과산화수소와 같은 산화제를 전형적으로 함유하고, 예컨대 0.5 내지 4의 낮은 pH 값을 가지는 슬러리가 사용된다. 미국특허 제5,695,384호는 중성 pH 범위에서의 슬러리의 이용을 교시하고 있는데, 여기에서는 가용성 할로겐화물염, 예컨대 염화나트륨이 첨가된 콜로이드성 이산화규소가 사용되고 있다. 그러한 슬러리에 의하여, 티탄산바륨스트론튬과 같은 세라믹, 그리고 비화갈륨, 다이아몬드, 탄화규소와 같은 다른 물질 및 기타 페로브스카이트(perovskite)물질 또한 연마될 수 있다.
본 발명은 마이크로 전자 부품의 화학-기계적 연마(CMP-공정)시 보조제로서 특정 알칼리토금속염의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 CMP-공정에서의 활용을 위해 추가적으로 양호하게 사용가능한 연마제를 제공하는 것이다. 이 목적은 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 탄산스트론튬, 황산바륨, 황산스트론튬 및 탄산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수난용성 알칼리토금속염이 마이크로 전자 부품의 화학-기계적 연마시 연마제로서 사용된다. 탄산스트론튬 및 황산바륨이 바람직하다.
알칼리토금속염은 슬러리의 형태로 사용된다. 수성 슬러리가 사용될 수도 있고, 또는 물에 추가하거나 물을 대신하여, 디히드록시화합물과 같은 유기 액체, 예컨대 글리콜을 함유한 슬러리가 사용될 수도 있다.
가능한 한 미세입자의 염이 사용된다. 레이저 굴절법(예컨대 Coulter LS 230 상에서)에 의해 측정되었을 때의 평균 입자크기 d50이 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입자크기 d50이 0.2㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 특히, d100이 4㎛이하, 바람직하게는 1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.4㎛ 이하인 알칼리토금속염이 사용되는 것이 바람직하다.
아주 특별히 바람직하게는, 합성 알칼리토금속염이 사용된다. 이 합성 알칼리토금속염은, 기본적으로 수산화 알칼리토금속을, 예컨대 수용액으로서 이산화탄소 또는 탄산 알칼리금속과, 또한 황산 또는 알칼리 황산염과 반응시켜 각각 제조될 수 있다. 필요한 탄산 알칼리토금속 및 황산 알칼리토금속은 각각 국제특허출원 WO 97/15530호, WO 01/49609호 및 독일특허출원 DE 100 26 791호에 기재되어 있는 것과 같이 하여 제조될 수 있다. 여기에서는, 높은 상대속도로 서로 맞물려 작동하는 장비들의 전단력, 추력 및 마찰력이 반응 혼합물에 작용하는 연속 작동 혼합반응기 내에서, 해당되는 가용물 여과액(leachate)과 이산화탄소 및 황산과의 각각의 반응을 통해 탄산염 및 황산염이 각각 침전된다. 여기에서 혼합반응기는 회전자-고정자-원리(rotor-stator-principle)에 따라 매우 높은 회전속도(수천의 분당회전속도(rpm))로 작동한다.
수성 슬러리는 1 내지 80중량%의 알칼리토금속염을 포함한다. 사용을 위해 완성된 슬러리는, 유리하게는 1 내지 15중량%, 바람직하게는 5 내지 10중량%의 연마제를 포함한다. 예컨대 수송용의 농축물은, 유리하게는 고농도의 연마제를, 예컨대 80중량%까지, 바람직하게는 5 내지 60중량%, 원한다면 그 이상까지의 연마제를 함유한다. 슬러리는 통상적인 보조제를 함유할 수 있다. 100중량%가 되기 위한 잔량은 물, 유기 액체 및 경우에 따라 존재하는 통상적인 보조제에 의해 형성된다.
바람직하게는 분산 첨가제가 포함된다. 통상적인 분산제, 예컨대 폴리아크릴레이트가 사용가능하다. 시중에서 구입가능한 분산제는, 예컨대 Dispex N40이다. 분산제는 미세한 입자크기를 보장하고, 응집과 침강을 방지한다.
산화물 연마시의 pH 값은 유리하게는 8 이상이다.
물을 대신하여 또는 물에 추가하여, 다른 액체, 예컨대 미국특허 제5,695,384호에 언급된 글리콜 및 알코올들이 사용될 수도 있다.
공정은 통상적인 CMP-기계 내에서 실시될 수 있다. 회전하는 기계가 사용될 수 있지만, 선형 평탄화 기법("Linear Planarisation Technology”, LPT)에 따라 작동하는 기계도 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 주제사항(subject matter)은 탄산스트론튬, 황산스트론튬, 황산바륨 또는 탄산바륨을 포함하는 슬러리이다. 이들 염은 0.3㎛ 이하의 d50을 갖고, 1 내지 80중량%의 양으로 슬러리 중에 함유된다. 바람직한 실시의 형태들은 상기에 더 기재되어 있다. 100중량%를 위한 잔량은 물 및/또는 유기 액체에 의해 형성되는데, 여기에서 물 및 유기 액체의 일부는 상기 언급된 보조제에 의해 대체될 수 있다. 알칼리토금속염의 일부는, 예컨대 최대한으로 중량의 반까지는, SiO2또는 CeO2와 같은 다른 연마제에 의해 대체될 수 있다. 바람직하게는 분산제가 포함된다. 슬러리는, 예컨대 분산제의 부가 하에 비드 밀(bead mill) 내에서 제조될 수 있다.
스트론튬 및 BaSO4의 특별한 이점은 이들이 무독성이라는 것이다.

Claims (9)

  1. 탄산스트론튬, 황산스트론튬, 황산바륨 및 탄산바륨으로 이루어진, 바람직하게는 탄산스트론튬 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수난용성 알칼리토금속염의, 마이크로 전자 부품의 화학-기계적 연마시 연마제로서의 이용.
  2. 제1항에 있어서, 황산스트론튬, 탄산바륨 및 탄산스트론튬 및 황산바륨을 사용하고, 이 때 평균 입자크기 d50은 0.3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이용.
  3. 제2항에 있어서, 황산스트론튬, 탄산바륨 및 탄산스트론튬 또는 황산바륨을 사용하고, 이 때 평균 입자크기 d50은 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이용.
  4. 제1항에 있어서, 합성 황산스트론튬, 탄산바륨 및 탄산스트론튬 또는 황산바륨을 사용하는 것을 특징으로 하는 이용.
  5. 제1항에 있어서, 황산스트론튬, 탄산바륨 및 탄산스트론튬 또는 황산바륨을 사용하고, 이 때 d100이 4㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이용.
  6. 제1항에 있어서, 황산스트론튬, 탄산바륨 및 탄산스트론튬 또는 황산바륨을수성 슬러리의 형태로 사용하는 것을 특징으로 하는 이용.
  7. 제6항에 있어서, 수성 슬러리가 1 내지 80중량%, 바람직하게는 5 내지 60중량%의 황산스트론튬, 탄산바륨, 탄산스트론튬이나 황산바륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 이용.
  8. 탄산바륨, 황산스트론튬, 탄산스트론튬 또는 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리토금속염을 1 내지 80중량%, 바람직하게는 5 내지 60중량%로 함유하고, 상기에서 100중량%가 되기 위한 잔량은 물 및/또는 유기 액체 및 경우에 따라 존재하는 안정화제에 의해 형성되는 슬러리.
  9. 제8항에 있어서, 물을 기반으로 하는 슬러리.
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