KR20070037409A - 연마 방법, 연마용 조성물 및 연마용 조성물 키트 - Google Patents
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Abstract
분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 본 발명의 연마 방법은, 분리 영역의 표면의 일부가 노출할 때까지, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막을 예비 연마하는 공정과, 분리 영역의 표면의 전부가 노출할 때까지, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 마무리 연마용 조성물을 이용하여 예비 연마 후의 폴리실리콘 막을 마무리 연마하는 공정을 포함한다. 예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이며, 마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 이다.
폴리실리콘 막, 연마, 조성물 키트
Description
도1A, 도1B 및 도1C는 소자 영역의 형성 방법을 설명하기 위한 연마 대상물의 단면도이다.
본 발명은 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 연마 방법, 그 연마 방법에 사용되는 연마용 조성물 및 연마용 조성물 키트에 관한 것이다.
실리콘 기판 위에 소자 영역을 형성할 수 있도록, 연마용 조성물을 이용하여 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 경우, 연마면에 디싱(dishing)이 가능한 한 발생하지 않는 것이 바람직하다. 디싱은, 제거되지 않아야 할 폴리실리콘 막의 부분이 연마 제거됨에 따라 연마면에 요면(凹面)이 생기는 현상을 말하고, 평탄성의 저하의 원인이 된다.
특개 2004－266155호 공보에는, 디싱의 발생을 억제할 수 있도록 개량된 연 마용 조성물이 개시되어 있다. 특개 2004－266155호 공보의 연마용 조성물에는, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물이 함유되어 있다. 그렇지만, 특개 2004－266155호 공보의 연마용 조성물은, 디싱에 관한 요구 성능을 충분히 만족하는 것은 아니고, 여전히 개량의 여지를 남기고 있다.
본 발명의 목적은 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 매우 적합하게 연마할 수가 있는 연마 방법, 그 연마 방법에 사용되는 연마용 조성물 및 연마용 조성물 키트를 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 상기의 목적을 달성하기 위해서 열심히 연구를 거듭한 결과, 디싱의 발생을 억제하는데 적당한 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량의 범위가, 분리 영역의 표면의 일부가 노출할 때까지의 연마와 분리 영역의 표면의 일부가 노출하고 나서 전부가 노출할 때까지의 연마와는 다르다는 것을 찾아냈고, 이에 따라 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명의 한 모양에서는, 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 연마 방법이 제공된다. 그 방법은, 분리 영역의 표면의 일부가 노출할 때까지, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막을 예비 연마하는 공정과, 분리 영역의 표면의 전부가 노출할 때까지, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 마무리 연마용 조성물을 이용하여 예비 연마 후의 폴리실리콘 막을 마무리 연마하는 공정을 갖춘다. 상기 예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이며, 상기 마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 이다.
본 발명의 다른 모양에서는, 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 연마용 조성물이 제공된다. 그 연마용 조성물은 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이다.
본 발명은 또, 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 다른 연마용 조성물을 제공한다. 그 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 이다.
본 발명의 한층 더 다른 모양에서는, 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 키트가 제공된다. 그 키트는, 분리 영역의 표면의 일부가 노출할 때까지 폴리실리콘 막을 예비 연마하는 공정에 이용되는 예비 연마용 조성물과, 분리 영역의 표면의 전부가 노출할 때까지 예비 연마 후의 폴리실리콘 막을 마무리 연마하는 공정에 이용되는 마무리 연마용 조성물을 갖추고 있다. 상기 예비 연마용 조성물은 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이다. 상기 마무리 연마용 조성물은 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 이다.
또, 본 발명은 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 다른 키트를 제공한다. 그 키트는, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 수용성 고분자의 함유량이 0.0075~0.05 질량%인 예비 연마용 조성물과, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 함유하고 마무리 연마용 조성물을 조제할 수 있도록 상기 예비 연마용 조성물에 혼합되는 보조제를 갖춘다.
한층 더 본 발명은, 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 또 다른 키트를 제공한다. 그 키트는, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 수용성 고분자의 함유량이 0.002~0.01 질량%인 마무리 연마용 조성물과, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 함유하고 예비 연마용 조성물을 조제할 수 있도록 상기 마무리 연마용 조성물에 혼합되는 보조제를 갖춘다.
적합한 실시형태의 상세한 설명
이하, 본 발명의 일실시형태를 도1A, 도1B 및 도1C에 따라 설명한다.
본 실시형태에 대해서는, 실리콘 기판 11 위에 소자 영역을 다음과 같이 해 형성한다. 우선, 도1A에 나타낸 바와 같이, 실리콘 산화물로 된 분리 영역 12가 파묻힌 실리콘 기판 11 위에 폴리실리콘 막 13이 형성된다. 그 후, 분리 영역 12의 표면이 노출할 때까지 폴리실리콘 막 13의 연마한다. 환언하면, 적어도, 실리콘 기판 11의 두께 방향에 직교하는 방향에 대해 분리 영역 12와는 겹치지 않는 폴리실리콘 막 13의 부분(폴리실리콘 막 13의 외측 부분)이 연마에 의해 제거된다. 그 결과, 도1C에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판 11의 두께 방향에 직교하는 방향에 대해 분리 영역 12로 겹치는 폴리실리콘 막 13의 부분(폴리실리콘 막 13의 안쪽 부분)이 적어도 일부가 실리콘 기판 11 위에 남는다. 이렇게 하여 실리콘 기판 11 위에 남은 폴리실리콘 막 13의 부분이 소자 영역으로서 기능하게 된다.
연마에 의해 적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분을 제거하는 경우에는, 도1B에 나타낸 바와 같이, 우선, 적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분의 대부분을 연마에 의해 제거하는 예비 연마한다. 이 공정은, 분리 영역 12의 표면의 일부가 노출한 시점에서 종료된다. 그 후, 도1C에 나타낸 바와 같이, 분리 영역 12의 표면의 전부를 노출시킬 수 있도록, 적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분의 잔부를 연마에 의해 제거하는 마무리 연마를 수행한다
최초의 적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분의 대부분을 제거하기 위한 연마에서는 예비 연마용 조성물이 사용되고, 계속해서 적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분의 잔부를 제거하기 위한 연마에서는 마무리 연마용 조성물이 사용된다. 본 실시형태의 키트는, 이 예비 연마용 조성물과 마무리 연마용 조성물을 갖추고 있고, 실리콘 기판 11 위에 소자 영역을 형성할 수 있도록, 실리콘 기판 11 위에 설치된 폴리실리콘 막 13을 연마하는 용도로 사용된다. 이하, 예비 연마용 조성 물 및 마무리 연마용 조성물에 대해 차례로 설명한다.
《예비 연마용 조성물》
예비 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 혼합하여 제조된다. 따라서, 예비 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물로부터 실질적으로 이루어진다.
예비 연마용 조성물 중의 연마용 입자는, 폴리실리콘 막 13을 기계적으로 연마하는 역할을 담당하고, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상에 기여한다. 예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자는, 퓸드(fumed) 실리카나 콜로이드 실리카와 같은 실리카일 수 있고, 실리카 이외의 연마용 입자여도 괜찮지만, 바람직하게는 퓸드(fumed) 실리카 또는 콜로이드 실리카이며, 특히 바람직하게는 콜로이드 실리카이다. 예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자가 퓸드(fumed) 실리카 또는 콜로이드 실리카인 경우에는, 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 양호한 연마면을 얻기 쉽다. 예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자가 콜로이드 실리카인 경우에는, 양호한 연마면을 얻기 쉽고, 추가로 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 크게 향상된다.
예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 BET 비표면적으로부터 산출되는 연마용 입자의 평균 입자 지름이 20 nm 미만인 경우, 더욱 더 25 nm 미만인 경우에는, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도는 그다지 향상되지 않는다. 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 그다 지 높지 않으면, 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 발생하는 스크래치가 증가할 우려가 있다. 따라서, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상을 위해서는, 예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 평균 입자 지름은 20 nm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25 nm 이상이다. 한편, 예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 BET 비표면적으로부터 산출되는 연마용 입자의 평균 입자 지름이 100 nm 초과인 경우, 더욱 더 75 nm 초과인 경우에는, 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면의 조도(粗度)가 증대할 우려가 있다. 또, 연마용 입자의 응집이 일어나기 쉬워져 침전이 쉽게 발생할 우려도 있다. 따라서, 연마면의 조도의 증대를 억제함과 함께 연마용 입자의 응집을 억제하기 위해서, 예비 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 평균 입자 지름은 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 75 nm 이하이다.
예비 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량이 0.5 질량% 미만인 경우, 더욱 더 1 질량% 미만인 경우에는, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도는 그다지 향상되지 않는다. 따라서, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상을 위해서는, 예비 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량은 0.5 질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 질량% 이상이다. 한편, 예비 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량이 20 질량% 초과인 경우, 더욱 더 10 질량% 초과인 경우에는, 예비 연마용 조성물의 겔화나 연마용 입자의 응집이 쉽게 일어날 우려가 있다. 따라서, 겔화의 억제 및 연마용 입자의 응집 억제를 위해서는, 예비 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량은 20 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 질량% 이하이다.
예비 연마용 조성물 중의 알칼리는 폴리실리콘 막 13을 화학적으로 연마하는 역할을 담당하고, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상에 기여한다. 예비 연마용 조성물에 포함되는 알칼리는, 암모니아; 수산화 테트라메틸 암모늄(TMAH) 등의 아민; 탄산암모늄 등의 암모늄염; 탄산나트륨이나 탄산칼륨, 탄산 리튬 등의 알칼리 금속염; 수산화 나트륨이나 수산화 칼륨, 수산화 리튬 등의 알칼리 금속 수산화물의 어느 것일 수 있다
예비 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량이 0.05 질량% 미만인 경우, 더욱 더 0.1 질량% 미만인 경우에는, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 그다지 향상되지 않는다. 따라서, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상을 위해서는, 예비 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량은 0.05 질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 질량% 이상이다. 한편, 예비 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량이 0.4 질량% 초과인 경우, 더욱 더 0.3 질량% 초과인 경우에는, 알칼리에 의한 화학적 연마 작용(에칭 작용)이 너무 강하기 때문에 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생할 우려가 있다. 또, 예비 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 용해가 일어날 우려도 있다. 따라서, 디싱의 발생을 보다 확실히 억제하기 위해, 또 연마용 입자의 용해를 방지하기 위해서는, 예비 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량은 0.4 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3 질 량% 이하이다.
예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자는, 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 억제하는 작용을 가진다. 이 작용은, 폴리실리콘 막 13의 표면에 형성되는 수용성 고분자에 의한 보호막에 의해, 알칼리의 에칭 작용에 의한 폴리실리콘 막 13의 안쪽 부분의 제거가 억제되기 때문이다. 디싱의 발생을 강하게 억제하기 위해서는, 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자는, 히드록시 에틸 셀룰로오스(HEC) 또는 폴리비닐 알코올인 것이 바람직하다.
예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자가 폴리비닐 알코올인 경우, 수용성 고분자로서 예비 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량이 20,000 미만이면 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 그다지 억제할 수 없다. 따라서, 디싱의 발생을 강하게 억제하기 위해서는, 수용성 고분자로서 예비 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량은 20,000 이상인 것이 바람직하다. 한편, 수용성 고분자로서 예비 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량이 50,000 초과이면 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 저하하거나 예비 연마용 조성물이 거품이 쉽게 일어날 우려가 있다. 따라서, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 저하 방지 및 소포성의 향상을 위해서는, 수용성 고분자로서 예비 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량은 50,000 이하인 것이 바람직하다. 예비 연마용 조성물에 포함되 는 수용성 고분자가 히드록시 에틸 셀룰로오스인 경우는, 수용성 고분자로서 예비 연마용 조성물에 포함되는 히드록시 에틸 셀룰로오스의 평균 분자량은, 300,000~1,600,000의 범위 내이면 특별히 문제되지 않는다.
예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이다. 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.0075 질량% 미만인 경우에는, 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 대부분 억제할 수 없다. 한편, 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.05 질량% 초과인 경우에는, 폴리실리콘 막 13의 표면에 형성되는 수용성 고분자에 의한 보호막에 의해 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마가 강하게 억제되고, 그 결과, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 크게 저하한다.
다만, 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.01 질량% 미만인 경우에는, 비록 0.0075 질량% 이상이었다고 해도, 디싱의 발생을 그다지 억제할 수 없는 우려가 있다. 따라서, 디싱의 발생을 강하게 억제하기 위해서는, 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량은 0.01 질량% 이상인 것이 바람직하다. 또, 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.03 질량% 초과인 경우에는, 비록 0.05 질량% 이하이었다고 해도, 예비 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 약간 저하할 우려가 있다. 따라서, 연마 속도의 저하를 보다 확실히 억제하기 위해서는, 예비 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량은 0.03 질량% 이하인 것이 바람직하다.
《마무리 연마용 조성물》
마무리 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 혼합하여 제조된다. 따라서, 마무리 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물로부터 실질적으로 이루어진다.
마무리 연마용 조성물 중의 연마용 입자는, 폴리실리콘 막 13을 기계적으로 연마하는 역할을 담당하고 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상에 기여한다. 마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자는, 퓸드(fumed) 실리카나 콜로이드 실리카와 같은 실리카일 수 있고, 실리카 이외의 연마용 입자일 수 있지만, 바람직하게는 퓸드(fumed) 실리카 또는 콜로이드 실리카이며, 특히 바람직하게는 콜로이드 실리카이다. 마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자가 퓸드(fumed) 실리카 또는 콜로이드 실리카인 경우에는, 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 양호한 연마면을 쉽게 얻을 수 있다. 마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자가 콜로이드 실리카인 경우에는, 양호한 연마면을 쉽게 얻을 수 있고, 추가로 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 크게 향상된다.
마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 BET 비표면적으로부터 산출되는 연마용 입자의 평균 입자 지름이 20 nm 미만인 경우, 더욱 더 25 nm 미만인 경우에는, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도는 그다지 향상되지 않는다. 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 그다지 높지 않으면 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 발생하는 스크래치가 증가할 우려가 있다. 따라서, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상을 위해서는, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 평균 입자 지름은 20 nm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25 nm 이상이다. 한편, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 BET 비표면적으로부터 산출되는 연마용 입자의 평균 입자 지름이 100 nm 초과인 경우, 더욱 더 75 nm 초과인 경우에는, 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면의 조도가 증대할 우려가 있다. 또, 연마용 입자의 응집이 일어나기 쉬워져 침전이 발생하기 쉬워지는 우려도 있다. 따라서, 연마면의 조도의 증대를 억제함과 함께 연마용 입자의 응집을 억제하기 위해서, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 연마용 입자의 평균 입자 지름은 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 75 nm 이하이다.
마무리 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량이 0.5 질량% 미만인 경우, 더욱 더 1 질량% 미만인 경우에는, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도는 그다지 향상되지 않는다. 따라서, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상을 위해서는, 마무리 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량은 0.5 질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 질량% 이상이다. 한편, 마무리 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량이 20 질량% 초과인 경우, 더욱 더 10 질량% 초과인 경우에는, 마무리 연마용 조성물의 겔화나 연마용 입자의 응집이 쉽게 일어날 우려가 있다. 따라서, 겔화의 억제 및 연마용 입자의 응집 억제를 위해서는, 마무리 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 함유량은 20 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 질량% 이하이다.
마무리 연마용 조성물 중의 알칼리는, 폴리실리콘 막 13을 화학적으로 연마하는 역할을 담당하고 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상에 기여한다. 마무리 연마용 조성물에 포함되는 알칼리는, 암모니아; 수산화 테트라메틸 암모늄 등의 아민; 탄산암모늄 등의 암모늄염; 탄산나트륨이나 탄산칼륨, 탄산 리튬 등의 알칼리 금속염; 수산화 나트륨이나 수산화 칼륨, 수산화 리튬 등의 알칼리 금속 수산화물의 어느 것일 수 있다
마무리 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량이 0.01 질량% 미만인 경우, 더욱 더 0.05 질량% 미만인 경우에는, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 그다지 향상되지 않는다. 따라서, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 향상을 위해서는, 마무리 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량은 0.01 질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05 질량% 이상이다. 한편, 마무리 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량이 0.2 질량% 초과인 경우, 더욱 더 0.15 질량% 초과인 경우에는, 알칼리에 의한 화학적 연마 작용(에칭 작용)이 너무 강하기 때문에 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생할 우려가 있다. 또, 마무리 연마용 조성물 중의 연마용 입자의 용해가 일어나는 우려도 있다. 따라서, 디싱의 발생을 보다 확실히 억제하기 위해, 또 연마용 입자의 용해를 방지하기 위해서는, 마무리 연마용 조성물 중의 알칼리의 함유량은 0.2 질량% 이하인 것이 바람직하고, 보 다 바람직하게는 0.15 질량% 이하이다.
마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자는, 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 억제하는 작용을 가진다. 이 작용은, 폴리실리콘 막 13의 표면에 형성되는 수용성 고분자에 의한 보호막에 의해, 알칼리의 에칭 작용에 의한 폴리실리콘 막 13의 안쪽 부분의 제거가 억제되기 때문이다. 디싱의 발생을 강하게 억제하기 위해서는, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자는, 히드록시 에틸 셀룰로오스 또는 폴리비닐 알코올인 것이 바람직하다.
마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자가 폴리비닐 알코올인 경우, 수용성 고분자로서 마무리 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량이 20,000 미만이면 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 그다지 억제할 수 없다. 따라서, 디싱의 발생을 강하게 억제하기 위해서는, 수용성 고분자로서 마무리 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량은 20,000 이상인 것이 바람직하다. 한편, 수용성 고분자로서 마무리 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량이 50,000 초과이면 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 저하하거나 마무리 연마용 조성물이 거품이 쉽게 일어날 우려가 있다. 따라서, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도의 저하 방지 및 소포성(消泡性)의 향상을 위해서는, 수용성 고분자로서 마무리 연마용 조성물에 포함되는 폴리비닐 알코올의 평균 분자량은 50,000 이하인 것이 바람직하다. 마무 리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자가 히드록시 에틸 셀룰로오스인 경우는, 수용성 고분자로서 마무리 연마용 조성물에 포함되는 히드록시 에틸 셀룰로오스의 평균 분자량은, 300,000~1,600,000의 범위내이면 특별히 문제되지 않는다.
마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 이다. 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.002 질량% 미만인 경우에는, 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 대부분 억제할 수 없다. 한편, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.01 질량% 초과인 경우에는, 폴리실리콘 막 13의 표면에 형성되는 수용성 고분자에 의한 보호막에 의해 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마가 강하게 억제되고, 그 결과, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 크게 저하한다.
다만, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.004 질량% 미만인 경우에는, 비록 0.002 질량% 이상이었다고 해도, 디싱의 발생을 그다지 억제할 수 없는 우려가 있다. 따라서, 디싱의 발생을 강하게 억제하기 위해서는, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량은 0.004 질량% 이상인 것이 바람직하다. 또, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량이 0.0075 질량% 초과인 경우에는, 비록 0.01 질량% 이하이었다고 해도, 마무리 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 막 13의 연마 속도가 약간 저하할 우려가 있다. 따라서, 연마 속도의 저하를 보다 확실히 억제하기 위해서는, 마무리 연마용 조성물에 포함되는 수용성 고분자의 함유량은 0.0075 질량% 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 의하면 이하의 이점을 얻을 수 있다.
적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분의 대부분을 제거하기 위한 예비 연마에 사용되는 예비 연마용 조성물에는, 0.0075~0.05 질량%의 수용성 고분자가 함유되어 있다. 그 때문에, 이 예비 연마용 조성물에 의하면, 폴리실리콘 막 13을 높은 연마 속도로 연마할 수가 있는 것과 동시에, 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 억제할 수가 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 매우 적합하게 예비 연마를 행할 수가 있다.
적어도 폴리실리콘 막 13의 외측 부분의 잔부를 제거하기 위한 마무리 연마에 사용되는 마무리 연마용 조성물에는, 0.002~0.01 질량%의 수용성 고분자가 함유되어 있다. 그 때문에, 이 마무리 연마용 조성물에 의하면, 폴리실리콘 막 13을 높은 연마 속도로 연마할 수가 있는 것과 동시에, 마무리 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막 13을 연마했을 때에 연마면에 디싱이 발생하는 것을 억제할 수가 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 매우 적합하게 마무리 연마를 행할 수가 있다.
상기 실시형태는 다음과 같이 변경될 수 있다.
상기 실시형태의 예비 연마용 조성물에는 2종 이상의 연마용 입자가 함유될 수 있다.
상기 실시형태의 예비 연마용 조성물에는 2종 이상의 알칼리가 함유될 수 있다.
상기 실시형태의 예비 연마용 조성물에는 2종 이상의 수용성 고분자가 함유될 수 있다.
상기 실시형태의 예비 연마용 조성물에는 필요에 따라서 방미제(防黴劑), 방식제(防食劑), 소포제, 킬레이트제 등을 첨가할 수 있다.
상기 실시형태의 예비 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리 및 수용성 고분자 중 1종 이상의 성분, 및 물을 각각 포함한 제1 제와 제2 제를 혼합하여 조제될 수 있다. 예비 연마용 조성물은, 예를 들면, 연마용 입자 및 물로 된 제1 제와, 알칼리, 수용성 고분자 및 물로 된 제2 제를 혼합해 조제할 수도 있고, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물로 된 제1 제와, 물로 된 제2 제를 혼합해 조제할 수도 있다. 제1 제와 제2 제와의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리실리콘 막 13에 대해서 제1 제와 제2 제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해질 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 제와 제2 제는, 연마 장치의 연마제 공급 라인 내에서 혼합될 수 있고, 연마 장치의 연마 정반(定盤) 상에서 혼합될 수 있다.
상기 실시형태의 예비 연마용 조성물은, 마무리 연마용 조성물과, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 포함한 보조제를 혼합하여 조제될 수 있다. 마무리 연마용 조성물과 보조제의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리실리콘 막 13에 대해서 마무리 연마용 조성물과 보조제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해질 수 있다. 보다 구체적으로는, 마무리 연마용 조성물과 보조제는, 연마 장치의 연마제 공급 라인 내에서 혼합될 수 있고, 연마 장치의 연마 정반상에서 혼합될 수 있다.
상기 실시형태의 마무리 연마용 조성물에는 2종 이상의 연마용 입자가 함유될 수 있다.
상기 실시형태의 마무리 연마용 조성물에는 2종 이상의 알칼리가 함유될 수 있다.
상기 실시형태의 마무리 연마용 조성물에는 2종 이상의 수용성 고분자가 함유될 수 있다.
상기 실시형태의 마무리 연마용 조성물에는 필요에 따라서 방미제, 방식제, 소포제, 킬레이트제 등을 첨가할 수 있다.
상기 실시형태의 마무리 연마용 조성물은, 연마용 입자, 알칼리 및 수용성 고분자 중 1종 이상의 성분, 및 물을 각각 포함한 제1 제와 제2 제를 혼합하여 조제될 수 있다. 마무리 연마용 조성물은, 예를 들면, 연마용 입자 및 물로 된 제1 제로 알칼리, 수용성 고분자 및 물로 된 제2 제를 혼합해 조제할 수도 있고, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물로 된 제1 제와, 물로 된 제2 제를 혼합해 조제할 수도 있다. 제1 제와 제2 제와의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리실리콘 막 13에 대해서 제1 제와 제2 제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해질 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 제와 제2 제는, 연마 장치의 연마제 공급 라인 내에서 혼합될 수 있고, 연마 장치의 연마 정반상에서 혼합될 수 있다.
상기 실시형태의 마무리 연마용 조성물은, 예비 연마용 조성물과, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 포함한 보조제를 혼합하여 조제될 수 있다. 예비 연마용 조성물과 보조제의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리 실리콘 막 13에 대해서 예비 연마용 조성물과 보조제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해질 수 있다. 보다 구체적으로는, 예비 연마용 조성물과 보조제는, 연마 장치의 연마제 공급 라인 내에서 혼합될 수 있고, 연마 장치의 연마 정반상에서 혼합될 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명한다.
《실시예 1~8 및 비교예 1~8》
콜로이드 실리카, 수산화 테트라메틸 암모늄, 히드록시 에틸 셀룰로오스 및 물을 적당하게 혼합해 실시예 1~8 및 비교예 1~8의 예비 연마용 조성물을 조제했다. 실시예 1~8 및 비교예 1~8의 각 예비 연마용 조성물 중의 콜로이드 실리카, 수산화 테트라메틸 암모늄 및 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량은 표1에 나타나 있다.
실시예 1~8 및 비교예 1~8의 각 예비 연마용 조성물을 이용하여 연마 정반을 구동하는 모터의 전류치의 변화에 근거하는 소정의 엔드 포인트(end point)가 검출될 때까지, 폴리실리콘 막 첨부 웨이퍼를 표2에 나타내는 연마 조건으로 연마했다. 케이엘·텐콘사의 접촉식 표면 측정 장치인 프로필러 "HRP340"을 이용하여 연마 후의 웨이퍼의 폭 100㎛ 의 라인 앤드 스페이스 부분에서 측정되는 디싱량(디싱에 의한 움푹 패인 부분의 깊이)을 표1의 "디싱량"란에 나타낸다.
| 연마기: ㈜ 荏愿製作所의 CPM 장치 "EPO－113 D"?BR/>연마 하중: 27.6 kPa(4. 0 psi) 연마선속도: 60m/분 연마용 조성물의 공급 속도: 200mL/분 |
표 1에 나타낸 바와 같이, 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량이 0.015 질량% 이상인 실시예 1~8의 예비 연마용 조성물에서는, 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량이 0.005 질량% 이하인 비교예 1~8의 예비 연마용 조성물에 비해, 디싱량이 저감되는 것을 알았다.
《실시예 9~16 및 비교예 9~16》
콜로이드 실리카, 수산화 테트라메틸 암모늄, 히드록시 에틸 셀룰로오스 및 물을 적당하게 혼합해 실시예 9~16 및 비교예 9~16의 마무리 연마용 조성물을 조제했다. 실시예 9~16 및 비교예 9~16의 각 마무리 연마용 조성물 중의 콜로이드 실리카, 수산화 테트라메틸 암모늄 및 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량은 표3에 나타나 있다.
실시예 1의 예비 연마용 조성물을 이용하여 연마 정반을 구동하는 모터의 전류치의 변화에 근거하는 소정의 엔드 포인트가 검출될 때까지, 폴리실리콘 막 첨부 웨이퍼를 표2에 나타내는 연마 조건으로 예비 연마했다. 그 후, 실시예 9~16 및 비교예 9~16의 각 마무리 연마용 조성물을 이용하여 앞의 연마에 필요로 한 시간의 60%의 시간만, 예비 연마 후의 웨이퍼를 표2에 나타내는 연마 조건으로 마무리 연마했다. 프로필러 "HRP340"를 이용하여 마무리 연마 후의 웨이퍼의 폭 100㎛의 라인 앤드 스페이스 부분에서 측정되는 디싱량으로부터, 같은 프로필러 "HRP340"을 이용하여 예비 연마 후의 웨이퍼의 폭 100㎛폭의 라인 앤드 스페이스 부분에서 측정되는 디싱량을 줄인 값을 표3의 "디싱량의 증분"란에 나타낸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량이 0.005 질량% 이하인 실시예 9~16의 마무리 연마용 조성물에서는, 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량이 0.015 질량% 이상인 비교예 9~16의 마무리 연마용 조성물에 비해, 디싱량의 증분이 저감되는 것을 알았다. 또, 수산화 테트라메틸 암모늄의 함유량이 0.075 질량%인 실시예 11,12, 15, 16의 마무리 연마용 조성물에서는, 수산화 테트라메틸 암모늄의 함유량이 0.225 질량%인 실시예 9, 10, 13, 14의 마무리 연마용 조성물에 비해, 디싱량의 증분이 보다 저감되는 것을 알았다.
《실시예 17~24 및 비교예 17~24》
콜로이드 실리카, 수산화 테트라메틸 암모늄, 히드록시 에틸 셀룰로오스 및 물을 적당하게 혼합해 실시예 17~24 및 비교예 17~24의 마무리 연마용 조성물을 조제했다. 실시예 17~24 및 비교예 17~24의 각 마무리 연마용 조성물 중의 콜로이드 실리카, 수산화 테트라메틸 암모늄 및 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량은 표4에 나타나 있다.
실시예 5의 예비 연마용 조성물을 이용하여 연마 정반을 구동하는 모터의 전류치의 변화에 근거하는 소정의 엔드 포인트가 검출될 때까지, 폴리실리콘 막첨부 웨이퍼를 표2에 나타내는 연마 조건으로 예비 연마했다. 그 후, 실시예 17~24 및 비교예 17~24의 각 마무리 연마용 조성물을 이용하여 앞의 연마에 필요한 시간의 60%의 시간까지만, 예비 연마 후의 웨이퍼를 표2에 나타내는 연마 조건으로 마무리 연마했다. 실시예 9~16 및 비교예 9~16으로 같이, 마무리 연마 후의 디싱량으로부터 예비 연마 후의 디싱량을 줄인 값을 표4의 "디싱량의 증분"란에 나타낸다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량이 0.005 질량% 이하인 실시예 17~24의 마무리 연마용 조성물에서는, 히드록시 에틸 셀룰로오스의 함유량이 0.015 질량% 이상인 비교예 17~24의 마무리 연마용 조성물에 비해, 디싱량의 증분이 저감되는 것을 알았다. 또, 수산화 테트라메틸 암모늄의 함유량이 0.075 질량%인 실시예 19, 20, 23, 24의 마무리 연마용 조성물에서는, 수산화 테트라메틸 암모늄의 함유량이 0.225 질량%인 실시예 17, 18, 21,22의 마무리 연마용 조성물에 비해, 디싱량의 증분이 보다 저감되는 것을 알았다.
본 발명에 따라, 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 매우 적합하게 연마할 수가 있는 연마 방법, 그 연마 방법에 사용되는 연마용 조성물 및 연마용 조성물 키트를 제공할 수 있다.
Claims (12)
- 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 연마 방법에 있어서,분리 영역의 표면의 일부가 노출할 때까지, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 예비 연마용 조성물을 이용해 폴리실리콘 막을 예비 연마하는 공정과 분리 영역의 표면의 전부가 노출할 때까지, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 마무리 연마용 조성물을 이용하여 예비 연마 후의 폴리실리콘 막을 마무리 연마하는 공정을 포함하며,상기 예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이며, 상기 마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 인 방법.
- 제1항에 있어서, 폴리실리콘 막의 예비 연마에 앞서, 연마용 입자, 알칼리 및 수용성 고분자 중 1종 이상의 성분, 및 물을 각각 포함한 제1 제와 제2 제를 혼합해 상기 예비 연마용 조성물을 조제하는 공정과 폴리실리콘 막의 마무리 연마에 앞서, 연마용 입자, 알칼리 및 수용성 고분자 중 1종 이상의 성분, 및 물을 각각 포함한 제1 제와 제2 제를 혼합해 상기 마무리 연마용 조성물을 조제하는 공정을 추가로 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 제와 제2 제의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리실리콘 막에 대해서 제1 제와 제2 제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해지는 방법.
- 제1항에 있어서, 폴리실리콘 막의 예비 연마에 앞서, 상기 마무리 연마용 조성물과, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 포함한 보조제를 혼합해, 예비 연마용 조성물을 조제하는 공정을 추가로 포함하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 마무리 연마용 조성물과 보조제와의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리실리콘 막에 대해서 마무리 연마용 조성물과 보조제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해지는 방법.
- 제1항에 있어서, 폴리실리콘 막의 마무리 연마에 앞서, 상기 예비 연마용 조성물과, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 포함한 보조제를 혼합해, 마무리 연마용 조성물을 조제하는 공정을 추가로 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 예비 연마용 조성물과 보조제와의 혼합은, 연마하려고 하는 폴리실리콘 막에 대해서 예비 연마용 조성물과 보조제를 독립적으로 또는 동시에 공급하는 것에 의해 행해지는 방법.
- 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 연마용 조성물에 있어서, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량이 0.0075~0.05 질량%인 연마용 조성물.
- 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 연마용 조성물에 있어서, 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량이 0.002~0.01 질량%인 연마용 조성물.
- 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도 로 사용되는 키트에 있어서,분리 영역의 표면의 일부가 노출할 때까지 폴리실리콘 막을 예비 연마하는 공정에 이용되는 예비 연마용 조성물과, 분리 영역의 표면의 전부가 노출할 때까지 예비 연마 후의 폴리실리콘 막을 마무리 연마하는 공정에 이용되는 마무리 연마용 조성물을 포함하며,상기 예비 연마용 조성물은 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 예비 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.0075~0.05 질량% 이며,상기 마무리 연마용 조성물은 연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 마무리 연마용 조성물 중의 수용성 고분자의 함유량은 0.002~0.01 질량% 인 키트.
- 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 키트에 있어서,연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 수용성 고분자의 함유량이 0.0075~0.05 질량%인 예비 연마용 조성물과,연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 함유하고 마무리 연마용 조성물을 조제할 수 있도록 상기 예비 연마용 조성물에 혼합되는 보조제를 포함하는 키트.
- 분리 영역을 갖춘 실리콘 기판 위에 마련된 폴리실리콘 막을 연마하는 용도로 사용되는 키트에 있어서,연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물을 함유하고 수용성 고분자의 함유량이 0.002~0.01 질량%인 마무리 연마용 조성물과,연마용 입자, 알칼리, 수용성 고분자 및 물 중 1종 이상의 성분을 함유하고 예비 연마용 조성물을 조제할 수 있도록 상기 마무리 연마용 조성물에 혼합되는 보조제를 포함하는 키트.
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