KR20100014540A - 합성지석 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼의 연마 가공에 사용되는 합성지석(合成砥石)으로, 지립(砥粒)으로서 산화세륨 미립자, 결합재로서의 수지, 충전재로서의 염류 및 첨가제로서의 나노다이아몬드를 함유하는 구조체로, 상기 산화세륨의 순도가 60 중량% 이상이고, 충전재로서의 염류의 함유율이 1% 이상 20% 이하의 범위에 있으며, 첨가제로서의 나노다이아몬드의 함유율이 구조 전체에 대한 체적 함유율로 0.1% 이상 20% 미만의 범위에 있고, 또한 기공률(porosity)이 구조 전체에 대해 체적 함유율로 30% 미만의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 합성지석을 제공하는 것을 과제로 한다.
Description
본 발명은 실리콘 단결정으로 되는 실리콘 웨이퍼, 특히 베어 웨이퍼, 디바이스 웨이퍼에도 적용 가능한 표면의 가공을 종래의 폴리싱 패드를 사용한 가공을 포함하는 일련의 가공을 대신하여 고정 지립(砥粒)으로 연마를 행하기 위해 사용하는 합성지석(合成砥石)에 관한 것이다. 본 합성지석은 표면에 디바이스 배선에 의해 IC 회로형성된 단층·다층을 갖는 집적회로 기판이 형성된 실리콘 웨이퍼 이면의 연마 가공에도 적용할 수 있다.
반도체소자의 기판이 되는 실리콘 웨이퍼, 즉 디바이스 웨이퍼를 포함하는 베어 웨이퍼 표면의 가공은 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스한 웨이퍼를 랩핑, 에칭, 프리폴리싱 및 폴리싱 등의 여러 단계의 공정을 거쳐 경면으로 마무리하는 것이 일반적이다. 랩핑공정에서 평행도, 평탄도 등의 치수정도(精度), 형상정도를 얻고, 이어서 에칭공정에서는 랩핑공정에서 생성된 가공 변질층을 제거하여, 추가적으로 프리폴리싱 및 폴리싱공정에서 양호한 형상정도를 유지한 후 경면 레벨의 면조도(面粗度)를 가진 웨이퍼를 얻는 것이 일반적인 공정이다. 이 프리폴리싱 및 폴리싱공정은, 통상 폴리싱 패드를 사용하여, 거기에 지립 슬러리를 포함한 연마용 조성물의 액체를 적하하면서 행해진다. 이 연마용 조성물은 산성 성분 또는 염기성 성분을 포함하고, 산 또는 염기에 의한 화학적 작용(실리콘에 대한 부식작용)과, 동시에 포함되는 미세 지립에 의한 기계적 작용을 응용한 작용에 의해 가공이 진행된다.
전술한 방법은, 일반적으로는 예를 들면, 경질 우레탄의 발포체 시트를 사용한 프리폴리싱, 이어서 부직포의 수지처리품, 예를 들면 스웨이드조(suede-type) 합성피혁으로 되는 폴리싱 패드를 사용한 폴리싱으로 행해진다. 이들의 시트, 패드 등을 첩부(貼付)한 정반(定盤) 위에 실리콘 웨이퍼 등의 워크를 누르고, 그 표면에 미세 지립 슬러리를 포함한 연마용 조성물의 액체를 공급하면서, 정반 및 워크의 양쪽을 회전시켜 그 작용으로 화학기계적 폴리싱(케미컬 메커니컬 폴리싱) 가공을 진행한다는 방법이 채용되어 있다. 이 가공의 메커니즘은 그 전(前)공정인 랩핑공정에서 행해지는 바와 같은 경질의 유리(遊離)상태의 알루미나계 지립 미립자 등을 사용한 가공의 메커니즘과는 상이한 것으로, 예를 들면 연마용 용액 조성물 중에 포함되는 성분인 산성 성분 또는 염기성 성분의 화학적 작용, 구체적으로는 실리콘 웨이퍼 등 워크에 대한 부식(침식) 작용을 응용한 것이다. 즉, 산 또는 알칼리가 갖는 부식성에 의해, 실리콘 웨이퍼 등 워크 표면에 얇은 연질의 침식 반응층이 형성된다. 그 화학적으로 취약화된 박층을 미세한 지립 입자의 기계·화학적 작용에 의해 제거해 감으로써 가공이 진행되는 것이다. 즉 통상의 연마 가공은 워크보다도 경도가 높은 연마재 입자를 사용하는 것을 필수조건으로 하나, 이 화학기계적 폴리싱 가공의 경우는 워크보다도 경도가 높은 연마재 입자를 사용할 필요는 없어, 워크에 대한 부하가 적은 가공이라 할 수 있다.
그리고, 이 연마용 조성물의 액체는 콜로이드상 실리카(콜로이달 실리카)를 주된 연마제 성분으로 하고 산 또는 알칼리 성분을 포함하는 것(예를 들면 특허문헌 1), 또는 콜로이드상 실리카에 더하여 다른 산화세륨 등의 지립을 병용한 것(예를 들면 특허문헌 2)이 통상 사용된다. 이 방법에 있어서는, 습윤상태에서 높은 압력으로 가압하면서 회전을 행하여 마찰상태에서 가공을 행하는 것이기 때문에, 변형되기 쉬운 시트나 폴리싱 패드를 사용하는 것에 의한 치수정도, 형상정도, 효과의 지속성 및 안정성에 문제가 있어, 가공 후의 웨이퍼에 보여지는 워크의 에지부분의 풀림(롤 오프) 현상의 발생은 피할 수 없는 것이었다.
또한, 눈 막힘이나 손상에 의한 폴리싱 패드의 표면상태의 변화에 수반하여 가공율이 시시각각으로 변화하기 때문에 루틴한 가공을 정량화하는 기술적 난도가 높다는 문제점도 있다. 또한, 슬러리를 사용하는 것에 의한 가공 특유의 결점, 즉, 가공 후의 워크 자체의 오염, 가공기의 오염, 폐액에 의한 환경오염 등은 피할 수 없어, 그에 수반되는 세정공정의 설치, 가공기 자체의 메인터넌스 사이클의 단축, 폐액처리 설비로의 부하증대 등도 문제점의 하나로서 크게 문제시되고 있다.
이러한 문제점을 회피하기 위해, 또한 나노미터 레벨에서의 보다 정밀하고 치밀한 표면조도, 형상정도, 치수정도를 요구하는 것에는 치수 안정성에 문제가 있는 폴리싱 패드로는 기본적으로 대응할 수 없다는 관점에서, 특허문헌 3에 나타내어지는 바와 같이, 합성지석을 가공수단으로서 사용하는 것도 행해지고 있다. 일반적으로 합성지석이란 지립 미립자를 결합재로 결합한 것을 가리키고, 지립은 지석 조직 내에 고정화되어 있다. 지립으로서는 일반적으로 사용되고 있는 것이 모두 사 용되고, 또한 결합재로서는 지립을 고정하는 성능을 갖는 것이라면 무엇이든 사용할 수 있으나, 일반적으로는 금속, 고무, 세라믹스, 수지 등을 사용하는 경우가 많다.
전술한 특허문헌에 있어서는, 구체적으로는 예를 들면 연삭력이 강한 다이아몬드 지립을 금속 또는 경질 수지 등으로 고정화한 합성지석을 사용하여, 기계정도(精度)가 높은 전사능력을 갖는, 강제 인피드 타입(infeed type)의 정밀 가공기를 사용하여 경면 마무리를 행하는 것도 시도되고 있다. 이 방법은 치수·형상 안정성에 문제가 있는 폴리싱 패드를 사용하지 않기 때문에 가공에 있어서의 에지부분의 풀림(롤 오프) 등 형상정도에 관한 문제를 일으키는 요인을 제어 가능하고, 또한 지립은 지석 조직에 파지된 상태, 즉 고정 지립으로서 작용하는 것이기 때문에, 유리(遊離)지립을 사용한 방법보다도 이론 정도(精度)에 보다 가까워, 마무리면의 조도도 목적 정도를 보다 용이하게 제어하여, 도달할 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 롤 오프 등의 가공재료의 면조도·치수·형상 안정성에 기인하는 문제의 해결에 유효할 뿐 아니라, 폴리싱 이전의 공정을 포함하여 공정을 삭감하여, 일관 가공을 행할 수 있다는 가능성을 갖는 반면, 고정 지립의 사용에 의해 고정 지립 특유의 방향성이 있는 기하학적 조흔(條痕)이 생겨, 그것이 잠재적 결함이 되는 것 외에, 미소 칩핑이나 스크래치 등의 결점도 나오기 쉬워 완전한 것이라고는 하기 어려웠다. 특히, 연삭력이 우수한 다이아몬드 지립을 사용한 경우는 그 경향이 현저하다. 또한, 사용환경의 변동, 예를 들면 온도, 습도, 압력 등의 팩터의 변동 에 의한 지석 자체의 형상이나 치수의 변화가 현저한 경우, 역시 면조도·치수·형상 안정성에 기인하는 문제가 남는 것은 어쩔 수 없는 것이다.
또한, 특허문헌 4에 있어서는, 합성지석 중에 물에 용해되어 산성 또는 알칼리성을 나타내는 성분을 고형분으로서 미리 함유시켜 두고, 실사용시에 있어서 특정의 pH 환경을 형성시켜, 케미컬 메커니컬 연삭을 행하는 합성지석(CM 지석)이 제안되어 있다. 이 합성지석에 있어서는 다이아몬드 지립보다도 경도가 낮은 지립을 사용하는 것도 유효한 것이 나타내어져 있고, 특히 산화세륨을 지립으로서 사용하는 것이 양호한 결과를 부여하는 것이 기재되어 있다. 이 합성지석은 양호한 연마효과를 가지나, 지석 구성 지석 자체의 균질성, 정적·동적 형상 안정성에 난점이 있어, 사용에 수반되는 지석의 변형, 소모가 심하고, 또한 조건 설정이 다소 어렵기 때문에 개선이 요구되고 있고, 실제로는, 예를 들면 300 ㎜ø의 대구경 웨이퍼의 경면 가공을 행하기에 불충분하였다. 비교적 순도가 높은 산화세륨을 지립으로 한 합성지석도 특허문헌 5 또는 특허문헌 6에 기재되어 있는데, 특허문헌 5의 경우의 연마 대상물은 비결정질(amorphous) 유리에 한정되고 있고, 또한 지석 마모가 높으며, 연삭비가 매우 낮기 때문에, 실리콘 단결정으로 되는 실리콘 웨이퍼의 연마에는 적합하지 않다. 또한 특허문헌 6의 경우의 연마 대상물은 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 실리콘 산화막(SiO2) 등의 박막에 한정되어 있고, 매우 적은 제거량으로 균질한 면을 얻는 것을 목적으로 하는 것으로, 실리콘 베어 웨이퍼나 디바이스 웨이퍼의 이면 연마와 같이 제거량이 많은 연마 가공에는 사용할 수 없는 것이다.
또한 특허문헌 7에 있어서는, 산화세륨 지석을 사용한 공작물 표면 가공방법이 개시되어 있으나, 본 문헌은 산화세륨을 지립으로서 포함하는 지석을 사용한 연마 가공방법에 관한 것으로, 사용하는 지석의 조성이나 구조, 및 연마작용에 대해서는 충분히 검토되어 있지 않고, 또한 산화세륨의 순도, 및 그 영향, 기타 충전재, 첨가제 등의 종류나 그 효과에 대해서도 구체적으로는 언급되어 있지 않다.
또한, 표면이 그라파이트화된 클러스터 다이아몬드를 연마용 조성물의 지립성분으로서 사용하는 기술이 개시되어 있고(예를 들면 특허문헌 8), 또한 특허문헌 9에는 그라파이트를 고체 윤활제로서 사용한 메탈본드지석에 대해서 기재되어 있다. 이들은 그라파이트가 본래 갖는 윤활성을 연마작용에 이용한 기술로서, 연마의 원활성 향상을 목표로 한 것이다.
또한, 이러한 지석을 탑재하여 인피드 제어 또는 압력제어에 의해 표면 가공을 행하는 가공기로서는, 예를 들면 특허문헌 10에 기재된 초가공기계를 들 수 있다.
특허문헌 1: 미국특허 제3,328,141호 공보
특허문헌 2: 미국특허 제5,264,010호 공보
특허문헌 3: 일본국 특허공개 제2001-328065호 공보
특허문헌 4: 일본국 특허공개 제2002-355763호 공보
특허문헌 5: 일본국 특허공개 제2000-317842호 공보
특허문헌 6: 일본국 특허공개 제2001-205565호 공보
특허문헌 7: 일본국 특허공개 제2005-136227호 공보
특허문헌 8: 일본국 특허공개 제2005-186246호 공보
특허문헌 9: 일본국 특허공개 제2002-066928호 공보
특허문헌 10: 일본국 특허공개 제2006-281412호 공보
발명의 개시
본 발명자 등은 전술한 선행기술에 대해서 예의 검토를 행한 것으로, 본 발명의 목적은 실리콘 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼를 소재로 한 반도체소자, 특히 베어 웨이퍼 표면의 폴리싱, 평탄화 가공을 무변형(가공 변질층, 잔류응력이 없는), Si 원자 무결함의 상태로 보다 효율적으로 행할 수 있는 합성지석을 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명자 등은 합성지석을 구성하는 주된 성분을, 지립으로서의 고순도 산화세륨(CeO2) 미립자, 결합재로서의 수지, 충전재로서의 염류 및 첨가제로서의 나노다이아몬드(나노미터 사이즈의 초미립자 다이아몬드)로 함으로써, 성능기능의 변화가 적은 연마효율이 우수한 지석이 얻어지는 것을 발견한 것이다. 즉, 이러한 구성의 합성지석을 사용하여 실리콘 웨이퍼 등의 가공을 행함으로써, 가공영역의 Si 원자 결합 퍼텐셜을, 가공 순시(瞬時)에 있어서 약체화시켜, 그 순시에 선택적으로 -O-Si-O-를 저압으로 쓸어낼 수 있다. 여기에서, 첨가제를 나노다이아몬드로 함으로써 균질성, 열이나 압력에 대한 형상 안정성, 내열성, 내압성, 연마열의 전도, 전달성이 우수하고, 사용에 수반되는 지석의 변형, 마찰이나 마모가 균질하고 정상적(定常的)으로 작아, 성능기능의 변화가 적은 연마효율이 우수한 지석이 얻어지는 것을 발견한 것이다. 특히 산화세륨의 순도가 합성지석의 연마력 향상 및 스크래치(조흔) 등의 결점 발생의 억지에 효과적으로 공헌하고, 또한 첨가제인 나노다이아몬드의 종류와 양의 선정이 합성지석의 열이나 압력에 대한 치수·형상 안정성·지립(m)·감쇠(c)·스프링(k)의 동적 진동에 의한 흡진성(吸振性), 및 절삭요소 저감에 의한 연마력의 향상에 기여하는 것을 발견한 것이다.
충전재로서의 염류는 Si 원자 결합 퍼텐셜을 순시; ps(피코초) 오더로 약체화시키고, 세게 긁어 제거기능 발현효과를 얻는다. 또한, 첨가제로서의 나노다이아몬드는 -O-Si-O-를 윤활과 열방산에 의해 -O-Si-O-를 선택적으로 저압으로 긁어내 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 있어서 나노다이아몬드란, 클러스터 다이아몬드 및 그것을 완전히 흑연(그라파이트)화한 것 또는 표층부분을 부분적으로 흑연(그라파이트)화한 것(그라파이트 클러스터 다이아몬드: GCD)을 나타낸다.
최근, 산화세륨으로서 취급되는 것의 산화세륨 순분(순도)은 전체에 대한 희토류산화물(TRO)의 중량%와, 희토류산화물 중에 포함되는 산화세륨의 중량%(CeO2/TRO)를 병기하여 표시되는 경우가 많다. 본 발명에 있어서는 산화세륨 순도란, 상기의 양자가 병기되어 있는 경우에는 그 곱을 산화세륨 순도로 한다. 예를 들면 TRO의 중량%가 90%, CeO2/TRO 중량%가 50%인 경우는 (90×50)/100=45 중량%로 한다.
전술한 목적은, 지립으로서의 산화세륨 미립자, 결합재로서의 수지, 충전재로서의 염류 및 첨가제로서의 나노다이아몬드를 주요성분으로서 함유하는 구조체로, 상기 산화세륨의 순도가 60 중량% 이상이고, 충전재로서의 염류의 함유량이 구조 전체에 대한 체적 함유율로 1% 이상 20% 미만의 범위에 있으며 또한 첨가제로서의 나노다이아몬드의 함유량이 구조 전체에 대한 체적 함유율로 0.1% 이상 20% 미만의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 합성지석으로 달성된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 실시예 3의 지석으로 가공한 실리콘 웨이퍼 표면의 TEM상 및 전자선 회절도(우측 하단 도면)이다.
도 2는 화학기계적 폴리싱으로 가공한 실리콘 웨이퍼 표면의 TEM상 및 전자선 회절도(우측 하단 도면)이다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
본 발명의 합성지석의 첫째로 중요한 포인트는, 지립으로서 사용하는 산화세륨의 순도를 60 중량% 이상의 고순도품으로 하는 점에 있다. 일반적으로 바스트네사이트광(bastnaesite ore)으로서 생산되는 산화세륨은 공존하는 다른 희토류원소나 하프늄 등의 불순물 원소의 함유율이 높고 또한 그 제거가 어렵기 때문에, 통상 40~60 중량% 정도 순도의 것이 산화세륨 연마재 지립으로서 사용되고 있다. 본 발명자 등은, 본 발명의 합성지석에 사용하는 연마재 지립의 그레이드에 대해서 예의 검토를 행한 결과, 유리 등의 폴리싱에 사용되는 일반적인 저순도 산화세륨을 지립으로서 사용한 경우에 있어서 보여지는 피연마체 표면 스크래치 등의 결점의 발생은 고순도품을 사용함으로써 억제되고, 그 가공에 소요되는 시간은 베어 웨이퍼의 통상의 화학기계적 폴리싱가공과 동등 또는 그 이하인 것을 발견한 것이다. 즉, 지립으로서의 산화세륨 미립자는 그 순도가 60 중량%보다도 높아짐에 따라서, SiO2 분자, Si 원자와 CeO2 사이에서 활발한 화학반응환경이 구성되고, Si-O2와 Ce-O2에 있어서, Si-O2에 Ce3+ 이온이 작용하여 Si-CeO2를 순시에 형성하는 것이 발견되었다. 예를 들면, 50~300Å의 GCD를 0.1~20% 첨가하면, CeO2-Na2CO3-GCD-CaCO3- 결합재의 열전도성, 친화성, 진동감쇠성 등의 물리·화학적 성질이 향상, 안정화된다. 그 결과, 지립 근방의 열정류(thermal stopping)를 방지하여, 연삭열 150~250℃에 있어서의 지립 CeO2-SiO2 결합 퍼텐셜의 약체화가 0.5 ps~1 ps와 같은 순시의 정저압(定低壓) 가공환경하에서 일어난다. 이 CeO2-SiO2의 라디칼 약체화 현상은 이하와 같이 설명할 수 있다. 즉, 건식, 150~250℃의 환경하에서는 SiSiO2-OSiO2의 결합 퍼텐셜ø(r)[r: 원자간 거리]은 제로에 근접하여, 지립은 통과한다. 이 변화는 CeO2가 순시인 것에 반해, SiO2는 매우 천천히 계속된다. 이것에 의해, 표면에 Si가 생성된다. 본 발명의 지석을 사용한 가공에 있어서, 연마액을 사용하지 않고 화학적 활성의 가공환경을 구성하면, 자연산화막(SiO2) 및 Si 원자 격자의 변형이 없고, 동시에 잔류응력이 없는 완전한 표면이 얻어진다.
이러한 효과는 60 중량% 이상 순도의 산화세륨의 사용에 의해 현저해지고, 또한 90 중량% 이상 순도의 산화세륨으로 함으로써 매우 현저한 효과가 얻어지는 것이다. 격자가 일정 간격으로 정렬되어 있는, 또한 전자선 회절상에도 대응하여 나타나 있다. 즉, 본 발명의 합성지석은 순도가 60 중량% 이상인 고순도 산화세륨 미립자를 지립으로서 사용함으로써 비로소 달성되는 것이다. 보다 바람직한 산화세륨의 순도는 95 중량% 이상이나, 99 중량% 이상이 되면 성능면에서는 문제없으나 경제적 경쟁력의 측면에서 다소 난점이 있다.
본 발명에 있어서 바람직한 산화세륨의 함유량은 구조 전체에 대한 체적 함유율로 15~70%이다. 15%보다 적으면 지립으로서의 효과가 충분하지 않고, 70%를 초과하면 커팅날의 과잉관여, 결합재 + 충전재 + 첨가제와 지립의 최적 화학반응에 의한 열적 파지력의 재조정이 발생하고, 최적 가공조건의 재설정이 일어나며, 또한 구조적으로 취약해져 지석 파괴인성의 측면에서도 바람직하지 않다.
고순도 산화세륨 미립자를 지립으로서 사용함으로써 매우 높은 가공정도(精度)가 얻어지는 것의 이유는 이하와 같이 설명된다. 즉, 대략 3 ㎛ 이하의 고순도 산화세륨 지립은 약 5 나노미터(㎚) 이하의 초미립자의 집합체이다. 실리콘 웨이퍼는 규소의 단결정이고, 규소원자는 다이아몬드 구조의 4면체 구조로 규칙적으로 배열되어 있다. 가공에 있어서 가공점의 라디칼도를 높이고, 결정 격자 원자의 진동을 올리면 열여기(thermal stimulation)되어, 열격자 진동(thermal lattice vibration)의 부가에 의해 진폭이 커져, 원자간의 퍼텐셜 ø(r)이 저하된다. 이 상태가 되면 Ce3+에서 Ce4+ 이온의 공간밀도 상승과, Si-CeO2의 상호반응에 의해 형성된 SiO2 분자의 열활성에 의해, 산화세륨 초미립자의 가공력으로 규소의 원자층이 제거된다. 즉, (111) 방향으로 격자 미끄러짐이 발생하여, 층이 박리되어 가기 때문에 매우 높은 가공정도가 얻어지는 것이다. 이 효과는 가공점을 특정의 가공조건에 두는 것, 구체적으로는 80℃~300℃, 바람직하게는 150℃~250℃의 활성온도 가공조건으로 함으로써 얻어진다.
또한, 본 발명의 합성지석의 두번째로 중요한 포인트는, 산화세륨 지립 미립자를 조직 내에 안정하게 파지 결합하는 결합재로서 수지, 바람직하게는 열경화성 수지를 사용하는 것에 있다. 열경화성 수지의 경화체는 원료가 되는 수지가 열에 의해 불가역적으로 반응 경화된 것으로, 그 후의 열변화, 사용환경 변화(습도, 온도 등에 따른 물성 변화, 치수 변화), 용제에 대한 변화(용해, 팽윤, 수축, 가소화, 연화), 경시에 따른 치수 변화가 없는 소재이기 때문에, 지석의 결합재로서 사용한 경우, 지석의 모든 면에서의 형상, 치수, 안정성에 기여할 수 있는 것이다. 이러한 기능, 즉 열안정성, 내후성, 내용제성 등은 나노미터 레벨에서의 보다 정밀하고 치밀한 형상정도, 치수정도를 요구하는 합성지석에 있어서 빼놓을 수 없는 것으로, 중요한 포인트이다. 이와 같은 성능을 안정화시키기 위해서는 사용하는 열경화성 수지의 경화반응이 완전히 완결되어 있는 것이 요구된다. 즉, 합성지석의 실사용 단계에 있어서도 경화반응이 진행되는 것이어서는 안 된다. 사용하는 열경화성 수지의 경화반응은 그 전구체 또는 프리폴리머의 열경화에 의해서 진행되는 것이나, 제조공정에서 그 경화를 완결시키기 위해서는, 수지의 경화온도 또는 그보다 다소 높은 온도에서의 열처리시간을 충분히 취하여, 경화반응을 완결시키는 것이 매우 중요하고, 적당한 경화(가교) 촉매를 사용하는 것도 효과적이다.
본 발명에 있어서 결합재로서 사용되는 열경화성 수지로서는, 페놀계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지, 경화 우레탄계 수지, 요소계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 알키드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리비닐아세탈계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화성 수지 중 하나 이상인 것이 바람직하고, 열안정성, 강인성(파괴인성값 KI, KII, KIII) 등의 관점에서, 이들의 열경화성 수지 중, 가장 바람직한 열경화성 수지는 페놀계 수지(베이클라이트)이다. 이들의 수지는 제조과정에서는 미경화의 전구체 또는 프리폴리머여도 되나, 제품이 되었을 때에는 열경화가 완결된 것이어야 한다. 즉, 합성지석이 된 후에는 열 또는 기타 조건에 의해 경도 등의 물성, 형상이 변화하는 것이어서는 안 된다. 본 발명의 합성지석에 있어서는, 제조과정에서 상기 열경화성 수지의 경화(가교) 촉매를 병용하는 것이 형상의 안정성 향상을 위해 보다 효과적이다.
또한, 본 발명에 있어서 수지율이란, 수지의 함유율을 나타내는 것으로, 구조체 전체에 대한 체적 함유율로 나타낸다.
본 발명의 합성지석의 세번째로 중요한 포인트는, 충전재로서 염류, 특히 금속염을 첨가하는 것이다. 본 발명의 합성지석의 가공능률은 가공압력에 의존한다. 가공압력을 올려가면, 가공면에서의 그을림(burn mark)이 발생하거나, 스크래치가 발생하게 되는 경우가 많다. 이러한 문제점은 충전재로서 금속염을 첨가함으로써 현저하게 개선된다. 금속염으로서는 무기산과 무기염기로 되는 무기질의 염을 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 특별히 한정을 받는 것은 아니나, 바람직한 예로서는 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산칼슘(CaCO3), 물유리(규산나트륨 Na2SiO3), 황산나트륨(Na2SO4) 등을 들 수 있다. 이러한 조성으로 함으로써, 높은 가공압력에 견디는 합성지석을 얻을 수 있다. 즉, 열경화성 수지만을 결합재로서 사용한 합성지석의 경우, 지석면에 걸 수 있는 압력의 상한은 0.05 ㎫ 정도이고, 이 이상이면 가공면의 그을림이 발생하여, 연마 가공은 불가능해진다. 금속염을 병용함으로써 그 상한값은 0.12 ㎫ 정도까지 개선된다. 또한, 0.05 ㎫의 가공압력으로 연마 가공한 경우도, 양자를 병용한 경우가 가공능률은 양호하다.
금속염의 첨가량은 구조체 전체에 대해 체적 함유율로 1% 이상 20% 이하의 범위에 있는 것이 필요하다. 1% 미만이면 그 효과는 충분하지 않고, 또한 20%를 초과하면 양적으로 과잉으로, 지석의 강도 또는 경도 등의 물성에 악영향을 줄 뿐 아니라, 열경화성 수지의 경화체의 결합재로서의 기능이나 GCD의 첨가 효과를 저해하기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 바람직한 범위는 구조체 전체에 대해 체적 함유율로 5% 이상 18% 이하의 범위이다.
본 발명의 합성지석의 네번째로 중요한 포인트는, 첨가제로서의 나노다이아몬드를 사용하는 것에 있다. 그 함유량은 구조체 전체에 대한 체적 함유율로 0.1% 이 20% 이하의 범위에 있는 것이 필요하다. 본 발명의 합성지석에 있어서, 첨가제로서 첨가되는 나노다이아몬드로서는 그라파이트 클러스터 다이아몬드(GCD)가 바람직하게 사용된다. GCD란, 폭발합성방법으로 클러스터 다이아몬드를 제조하는 과정에 있어서의 중간체로서, 그 표층에 그라파이트층을 가진 것이 생성된다. 즉, 표면이 그라파이트화되고 심은 다이아몬드의 상태인 것, 즉 그라파이트로 코팅된 다이아몬드 미립자가 생성된다. 이것을 GCD라 부른다. 그 중에서도 그 입경이 50Å(5 ㎚)~300Å(30 ㎚) 정도인 것이 바람직한 결과를 부여한다. 이러한 나노다이아몬드의 소정량을 첨가함으로써, -O-Si-O-를 저압으로 긁어내는 효과를 부여하고, 연마성능의 변동이 없어 효과적이고 또한 균질한 연마 가공을 계속적으로 행할 수 있으며, 또한 지립 파지력의 균질 등방화, 연삭열 등방 전도 및 전달성, 마찰·마모 저감, 지립 자생발인능력의 안정 유지, 지립 진동감쇠(약 10배) 등의 향상효과도 이끌어낼 수 있다.
본 발명의 합성지석은 구조체로서 기공을 가질 수 있다. 여기서 말하는 기공(氣孔)이란, 구조체 중에 독립 기포 또는 연속 기공으로서 존재하는 것으로, 그 기공 형상, 사이즈 등은 비교적 균질한 것이다. 기공의 존재에 의해, 연마 가공 중에 발생하는 연마 부스러기(절분)를 이 기공 중에 포착하여, 표면으로의 연마 부스러기의 퇴적을 방지하고, 또한 연마열의 정류 축적을 방지할 수 있다. 기공의 형성은 적당한 기공 형성재를 제조시에 배합하여 행하는 방법, 또는 원료배합, 소성시에 가압조건을 가감하여 기공을 형성시키는 방법 등이 있다. 본 발명에 있어서는, 기공률(porosity)은 구조 전체에 대한 체적 함유율로 1% 이상 30% 미만인 것이 바람직하다.
이와 같은 정적·동적 지석 주요요소가 갖추어짐으로써, 합성지석에 적절한 연마조건을 부여하여, 화학적으로 CeO2-결합재-기공과 Si 웨이퍼의 연마열 활성장을 구성함으로써, 거의 Si 원자 격자의 변형이 제로에 가깝고, 또한 자연산화막 SiO2 발생 등의 조직 변화가 없는, Si 완전 결정의 가공표면이 얻어진다. 보다 상세하게는, 지립 CeO2-SiO2의 2체 접촉 슬라이딩으로서의 가공 거동은 다음의 식으로 제거능력의 존재를 검증 가능하다. 지립의 관입깊이(intrusion depth) d=3/4ø(P/2CE)2/3이 된다. 압력 P(본 조건에서는 5 kpa~5 Mpa), 지립 직경ø(2.3 ㎛), 지립 집중도 C(=70%), Si의 영률 E(=170 ㎬)를 식에 대입하면, 기계적인 지립 관입깊이가 CM 지석의 경우는 0.01~1 ㎚ 정도이다. 이 조건에서는 연성 모드(ductile mode)이다. 그리고 다음에 기술하는 Si의 공유결합력의 저하에 의해, 파내듯이 SiO2가 배제된다. 또한, 합성지석 중의 CeO2 지립의 열정류를 방지하고, 연마열 150~250℃에 있어서의 SiO2에 대한 본드 파퓰레이션(분자 동력학에 있어서의 Si-O2 결합 퍼텐셜 ø)의 약체화의 라디칼을 안정화하여, 지속적인 효과가 발현되는 것에 기인하는 것으로 고찰할 수 있다. 이와 같은 효과는 분자 동력학 시뮬레이션으로부터도 뒷받침된다. 결과적으로 확인한 경우, CM 지석의 관입깊이 d=0.01~1 ㎚의 깊이에 관계없이, 매분 수 ㎚~수백 ㎚(웨이퍼의 두께 변화로부터 산정)의 Si 제거를 실현하고 있다. 이와 같이 건식 연삭에 있어서, 화학반응이 기여하고 있는 것이 명확하다. 예를 들면, Si 웨이퍼 표면에 형성된 SiO2가 CeO2 지립과 고상반응하여 규산 염류를 생성한, 다음에 나타내는 화학반응식이다.
이 규산 염류는 매우 부드러워지기 때문에, 가공표피의 원자층 퍼텐셜ø(r)의 에너지를 약체화하는 것으로 간주되어, 건식조건하에서도 산화물인 지립에 의해서 간단하게 제거할 수 있다. 열정류가 지립 CeO2-결합재(포함하는 충전재) 계면에서 발생하면, 과잉 SiO2막이 강고하게 발생하게 되어 가공층이 형성되나, 본 발명의 합성지석에 있어서는 SiO2막으로 되는 가공층은 발생하지 않는다. 이때 중요한 것은, 상기의 화학반응은 화학평형을 오른쪽 방향으로 진행시키기 위해서는 200℃ 이상의 고온이 필요하다.
본 발명의 합성지석에는 상기 외에, 통상의 합성지석에 첨가하는 첨가제를 적절히 첨가할 수 있다. 구체적으로는, 필러, 커플링제, 산화방지제, 착색제, 활제(滑劑) 등을 필요에 따라서 첨가할 수 있다.
본 발명에 있어서는 지석을 장착하여 가공을 행하는 장치, 즉 가공기의 타입에 대해서는 특별히 한정을 받는 것은 아니다. 일반적으로 폴리싱용으로서 사용되고 있는 장치의 폴리싱 패드 대신에 지석을 올려놓은 정반 상에 워크(피연마체)를 일정 압력으로 누르고, 양쪽을 회전하면서 가공을 행하는 장치를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 지석과 워크를 동일 축 상에 대향하도록 배치하고, 양쪽을 고속 회전시키면서, 미리 설정된 미소 커팅 깊이에 따라서 지석 및 워크의 양쪽 또는 그 한쪽을 미소 이동시키고, 워크의 가공을 행한다는 이른바 정치수방식(constant cutting depth processing method)의 초정밀 연삭반(硏削盤), 또는 동일한 형식에 있어서 미리 설정된 일정 압력으로 워크의 가공을 행하는 정압방식(constant pressure processing method)의 정밀 가공장치를 가공수단으로서 사용하는 것도 가능하다.
특히, 연마열을 전술한 80℃~300℃, 바람직하게는 150℃~250℃의 활성온도 가공조건 온도에 도달시키기 위해서는, 연마장치로서, 정압 또는 정치수방식의 연마 가공기, 예를 들면 미리 설정된 미소 커팅 깊이에 따라서 지석 및 워크의 양쪽 또는 그 한쪽을 미소 이동시키고, 워크의 가공을 행한다고 하는 이른바 초정밀 연삭반을 사용하여, 회전조건 등을 특정의 조건으로 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 특허문헌 10 등에 기재된 초가공기계를 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 초가공기계는 가공압력, 지석 상대운동에 의한 연삭온도 제어가 가능하다. 이 경우 지석 형상은 컵형 또는 디스크형으로 하고, 지석과 워크의 양쪽을 고속 회전하여 사용한다. 후자의 장치를, 예를 들면 베어 웨이퍼의 가공에 사용하는 경우는, 폴리싱 뿐 아니라, 그에 앞선 랩핑, 에칭, 프리폴리싱의 공정까지를 일관하여 행할 수 있다는 이점도 갖는다.
본 발명의 합성지석의 제조에 대해서는 특별히 한정을 받는 것은 아니고, 일반적인 수지계 지석의 제법에 준하여 행할 수 있다. 예를 들면 페놀계 열경화 수지를 결합재로서 사용하는 경우는 이하와 같은 방법으로 제조가 가능하다. 즉, 원료인 산화세륨 미립자, 열경화성 페놀 수지의 전구체 또는 프리폴리머의 분말, 충전재, 첨가제를 소정량 균질 혼합하여, 소정의 형틀에 넣어서 가압성형하고, 그 후 열경화성 페놀 수지의 경화온도 이상의 온도에서 열처리함으로써 얻을 수 있다. 열경화성 페놀 수지의 전구체 또는 프리폴리머는 액상의 것, 또는 용제에 용해한 것이어도 된다. 이 경우는 혼합시에 페이스트상으로 하는 것이 좋다. 또한 필요에 따라서 경화촉매, 기공 형성재 또는 기타 첨가재를 적절히 첨가해도 된다.
본 발명의 합성지석이 Si 반도체 표면 표피에 SiO2막을 갖는 Si 기판(단결정)을, 잔류응력, 조직 변화가 없고, 소위 가공층이 없는 Si 웨이퍼를 제조하기 위해서는, 전술한 가로형 또는 세로형의 초가공기계와의 조합, 실용적 조건에서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, Si-Si 결합과, GCD로 CeO2를 파지 충전했을 때의 원자간 퍼텐셜ø(r)은,
ø(r)=D(exp{-2α(r-r0)}-2exp{-d(r-r0)})로 표시된다. 단, r: 원자간 거리(r0 초기위치), D: 재료의 원자간 퍼텐셜, α:재료상수(A-1)로 한다.
가령, ø(r)=O eV일 때, Si-Si 원자, r≒2.2Å, Si-C(GCD) 원자는 r≒1.8Å, 또한 원자간력 f(r)=0은, Si-Si 원자 r≒2.2Å, Si-C 원자 r≒2.0Å이기 때문에, GCD 첨가에 의해, Si 원자층을 한층씩, 보다 정연하게 절삭기능 없이 긁어내는 것을 알 수 있다. 이 시뮬레이션 결과의 검증은 3.94Å(이론값 3.84Å)의 격자간격의 발현[Si(001)]으로부터 알 수 있다.
본 발명의 합성지석은 CeO2-GCD-결합재-충전재-첨가제-기공의 적정 함유%에 있어서, 상기 지석 + SiO2-Si의 조합을 구성한다. 그 때(CeO2)-와 (SiO2)2+의 반응이, 본 가공조건(가공압력 1 ㎫, 상대속도 15 m/s)으로 연마하면, 150~250℃의 연마열이 발생한다. 그러면 지립과 SiO2, Si 사이에서
의 열화학반응이 계면에서 발생한다. 반응 전후의 Si 결합 전자수의 감소는 Si 공유결합력의 약체화를 나타내고 있기 때문에, 이 반응에서는 산소를 소비하여, e-를 방출하게 된다. 따라서,
는 우변으로 진행하게 된다. 또한 상기 2개의 식의 중간생성물(CeO2)-와 (SiO2)2+가 반응하여, 복합물(Ce-O-Si)이 형성된다.
이 복합물은 결합강도가 매우 약한 비결정질이다. 단결정 Si(100)의 마이크로 강도는 11~13 ㎬에 비해 CeO2의 경도는 그 절반(5~7 Gpa) 정도이다. 여기서 Si를 CeO2로 제거하는 것은 곤란하다. 그러므로, CM 지석 가공에서는 절삭기능은 거의 작용하지 않기 때문에, 가공층이 형성되지 않는다. 즉 이 조건은 Ce의 [Xe]4f15d16S2의 원자배열을 갖는다. 따라서 그 이온가가 Ce(111)/Ce3 +나, Ce(1V)/Ce4 +에 의해서 2종류의 산화물 CeO2, Ce2O3가 존재하는 고정 지석의 연마조건과 CM 지석의 조합조건이 최적 가공 분위기(가공열 150~250℃)의 부여에 의해서 가공층이 없는 ø300 ㎜ Si 웨이퍼의 가공이 가능하다.
이하, 실시예 및 비교예에 따라 본 발명의 구체적 실시태양을 설명하나, 그것에 의해 한정을 받는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
지석제조
지립으로서 평균입경이 1-3 ㎛인 산화세륨 미립자를 사용하였다. 결합재로서 열경화성 페놀 수지 분체, 충전재로서 탄산나트륨, 첨가제로서 입경 약 100Å의 그라파이트 클러스터 다이아몬드를 사용하고, 이 4개를 균일하게 혼합하여 소정의 형틀에 넣어서 가열 가압 성형법으로 5.2×10×40 ㎜ 사이즈의 실시예 1-4, 비교예 1-4의 지석을 얻었다. 지석 성형에 있어서의 소성조건은 다음과 같다.
실온→80℃ 승온: 10분
80℃ 유지: 5분
80℃→100℃ 가압승온: 10분
100℃→190℃ 승온: 15분
190℃ 유지: 18시간
실온까지 냉각: 30분
또한, 실시예 1-3, 5 및 비교예 1-3 및 5에서 지립으로서 사용한 산화세륨 미립자는 CeO2 순도; 96.5 중량%의 것, 실시예 4에서 지립으로서 사용한 산화세륨 미립자는 CeO2 순도; 65.8 중량%의 것, 비교예 4에서 사용한 산화세륨 미립자는 CeO2 순도; 42.5 중량%의 것이다. 실시예 1-5, 비교예 1-5의 지석의 지립률, 수지율, 충전재율, 첨가제율, 기공률을 표 1에 나타낸다.
합성지석에 의한 시험 1
전술한 각 지석을 가로형 초정밀 연삭반에 취부(取付)하고, 실리콘 베어 웨이퍼(3인치 사이즈)의 가공시험을 행하였다. 여기에서의 시험은 지석의 양부(良否)를 정성적으로 판정하는 것으로, 상세한 평가는 행하고 있지 않다.
가공조건은 지석 회전수 500 rpm, 워크(웨이퍼) 회전수 50 rpm, 가공압력 0.1 ㎏f/㎠로 행하고, 가공액은 사용하지 않았다. 또한, 지석의 형상 안정성이란 외력 또는 열변화에 대한 변위의 정도를 나타내는 것이고, 지석의 변형, 소모란 실제 사용시의 변형, 소모를 나타내는 것이다.
정성적인 평가결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서의 평가기준은 이하와 같다.
◎: 매우 양호 ○: 양호
△: 다소 불량 ×: 불량
합성지석에 의한 시험 2
전술한 정성적 연마시험의 결과에 있어서 가장 우수한 결과가 얻어진 실시예 5의 지석 및 순도 60 중량% 이하의 산화세륨을 사용한 비교예 5의 지석을 사용하여, #800 다이아몬드 지석으로 1차 연마를 행한 후의 300 ㎜ø의 베어 실리콘 웨이퍼의 가공을 행하였다. 1차 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 면조도 Ra는 13.30 ㎚였다. 가공조건은 지석 회전수 500 rpm, 워크(웨이퍼) 회전수 50 rpm, 가공압력 0.1 ㎏f/㎠로 행하고, 가공액은 사용하지 않았다. 가공 후 표면의 평가결과를 표 3에 나타낸다.
참고를 위해 동일하게 하여 준비한 1차 연마 후의 실리콘 웨이퍼를 #5000 다이아몬드 지석으로 지석 회전수 1500 rpm, 워크(웨이퍼) 회전수 50 rpm, 인피드 속도 10 ㎛/min, 물을 가공액으로 하여 연마를 행한 것, 및 종래의 폴리싱법으로 얻어진 폴리시드 웨이퍼의 평가결과를 표 3에 병기한다. 또한, 에칭은 플루오르화수소산:질산:초산=9:19:2의 혼합산을 사용하여, 실온에서 30분간 행하였다. 또한, 표 3에 있어서, 표면조도에 대해서는 ZYGO사제 위상 간섭계(New View 200)로 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 그 이외의 외관의 평가는 육안에 의한 평가결과이다.
표 3의 결과로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 지석(실시예 5)에 의해서 얻어진 웨이퍼의 면조도 및 외관은 화학기계적 폴리싱법으로 얻어진 것과 크게 차이 없고, 다이아몬드 지석에 의한 면에 보이는 규칙적 조흔은 전혀 확인되지 않았다. 가공면을 혼합산으로 에칭한바, 본 발명의 지석에 의해서 얻어진 면은 화학기계적 폴리싱법으로 얻어진 면과 크게 차이 없고 에치 피트는 확인되지 않았으나, 다이아몬드 지석에 의한 면에서는 무수한 스트라이프형상 에치 피트가 확인되었다. 에칭 깊이도, 화학기계적 폴리싱법으로 얻어진 것과 크게 차이 없었다. 첨가제로서의 그라파이트 클러스터 다이아몬드는 지석의 윤활성, 지립 탈락성(자생발인능력), CeO2(1~3 ㎛ 평균입경에 대해, 약 50 ㎚ 이상의 미세입자의 단결정 구조를 갖는다)의 미소 커팅날의 평활능력, 결합재로의 열정류 완화, 지립, 결합재, 결합재 계면의 진동감쇠에 기여하여, 지립의 연마능력 발현에 필수인 것을 표 2, 표 3의 결과가 나타내고 있다.
또한, 순도가 60 중량% 이하인 산화세륨을 지립으로서 사용한 비교예 4의 지석은 약간이긴 하지만 얕은 스크래치가 불규칙하게 발생하여, 실제 사용에 견딜 수 있는 것은 아니었다.
도 1은 실시예 3의 지석으로 가공한 실리콘 웨이퍼의 TEM(투과형 전자현미경)에 의한 상과 전자선 회절상이고, 도 2는 통상 폴리싱법(화학기계적 폴리싱법)으로 가공한 실리콘 웨이퍼의 TEM에 의한 상과 전자선 회절상이다. 이 도면으로부터 명확한 바와 같이 본 발명의 합성지석을 사용한 건식 연마 가공에서는 Si 단결정의 격자구조를 관찰할 수 있는 것에 반해, 통상의 화학기계적 폴리싱법의 최종 마무리에서는 표면에 비결정질 SiO2의 층이 존재하여 격자 구조는 관찰할 수 없다. 즉, 본 발명의 합성 CM 지석을 사용한 건식 연마 가공에서는 Si(001)면의 격자상이 정렬 배위되고, 규정의 원자 격자간격을 유지하고 있는 것에 반해, 유리지립에 의한 최종 폴리싱(화학기계적 연마)면에는 그것이 보이지 않는다. 또한, Si(001)면의 원자 격자 회절은, CM 지석은 소정의 회절위치와 각도에서 회절상을 나타내는 것에 반해, 최종 폴리싱면에는 할로(halo)가 나타나고, 비결정질 SiO2의 생성을 의미하는 n-패턴이 확인된다. CM 지석의 가공층에는 균열, 소성 변형, 전위 등의 결함이 없는 것을 나타내고 있다. 따라서, 소지(素地)와 동일한 무결함, 즉 가공층이 없는 가공이 CM 지석에 의해서 얻어지고 있다.
본 발명의 합성지석을 사용하여 연마시험으로 얻어진 300 ㎜ø 실리콘 웨이퍼의 TEM 관찰(400 KV, 80만배로 관찰) 및 고분해능 원자간력 프로브 현미경(Asylum Research Inc사제, MFP-30)을 사용하여 3.5 ㎚×7 ㎚의 영역을 측정한 결과, Si 단결정 원자 격자(011)면 간격 3.94Å으로, 이론 공간 파장 3.84Å과 거의 일치한다. 이 사실은, 0.1Å의 격자 변형으로, 이른바 잔류응력은 거의 제로라는 것이 된다. 도 1의 TEM상(CM 지석 가공에 의한 면)에는 각 격자면이 선명하게 나타나 있어, Si 단결정 구조를 표면으로부터 만들고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 합성지석을 사용함으로써, 실리콘 단결정의 구조 그대로, 가공층이 없는 300 ㎜ø 실리콘 웨이퍼의 가공을 실현되어 있는 것은 명확하다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 연마용 합성지석은, 지립 + 결합재 + 충전재 + 첨가제의 조성에 있어서 (CeO2)-와 (SiO2)2+의 반응이 연마과정에서 진행되어, 표면에 Ce2O3·SiO2로 나타내어지는 복합물이 생성된다. 이 복합물은 결합강도가 매우 약한 비결정질이다. 이 복합물은 CeO2가 최적 연마 배제능력을 갖도록 설계한 지석, CeO2 + GCD + 결합재 + 충전재 + 첨가제의 조합과 배합비의 최적조건과 연마조건의 조합에 의해 최적 가공환경(가공온도 150~250℃의 이용)의 부여에 의해서, 지립인 고순도 산화세륨 미립자에 의해서 용이하게 절삭기능의 작용 없이, CM 지석의 정압제어 가공, 즉 기계정도를 견디어낼 수 있는 진화의 가공원리를 적용함으로써, 가공층이 없는 실리콘 웨이퍼가 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 지석에 의하면, 종래 폴리싱 패드와 연마용 조성물(슬러리)에 의해서 행해져 온 실리콘 웨이퍼의 폴리싱(화학기계적 폴리싱) 가공을, 고정 지립을 갖는 합성지석으로의 CM 지석 가공으로 행하는 것을 가능하게 한 것이다. 즉, 합성지석을 사용하는 CM 지석 가공의 채용에 의해, 종래의 화학기계적 폴리싱에 의해 가공된 실리콘 웨이퍼에 보여지는 롤 오프 등 형상정도의 문제를 한번에 해결할 수 있을 뿐 아니라, 폴리싱 패드와 연마용 조성물을 사용하는 것에 수반되는 2차적 성능도 포함한 문제점도 해결할 수 있다. 즉, 가공의 지속성에 관한 불안정함, 유리지립을 사용하는 것에 의한 사용장치의 오염, 워크 자체의 오염, 폐액에 의한 환경오염 등 폴리싱 2차 성능의 문제점의 해결도 가능해진다. 또한, 에즈 컷 웨이퍼(as cut wafer)로부터의 일관된 연속 가공을 또한 가공액 없이 행하는 것도 가능하여, 종래의, 고가의 유리지립이나 슬러리를 다량으로 소비하는 것에 의한 가공 비용을 저감할 수 있어, 반도체 산업계에 있어서 유효한 Si 웨이퍼 가공기술로서 공헌할 수 있을 것으로 생각한다.
Claims (5)
- 지립(砥粒)으로서의 산화세륨 미립자, 결합재로서의 수지, 충전재로서의 염류 및 첨가제로서의 나노다이아몬드를 주요성분으로서 함유하는 구조체로, 상기 산화세륨의 순도는 60 중량% 이상이고, 충전재로서의 염류의 함유량이 구조 전체에 대한 체적 함유율로 1% 이상 20% 미만의 범위에 있으며 또한 첨가제로서의 나노다이아몬드의 함유량이 구조 전체에 대한 체적 함유율로 0.1% 이상 20% 미만의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 합성지석(合成砥石).
- 제1항에 있어서,결합재로서의 수지가 페놀계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지, 경질 우레탄계 수지, 요소계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 알키드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리비닐아세탈계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화성 수지 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 합성지석.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,충전재로서의 염류가 무기산과 무기염기로 되는 금속염인 것을 특징으로 하는 합성지석.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,첨가제로서의 나노다이아몬드가 그라파이트 클러스터 다이아몬드의 미립자인 것을 특징으로 하는 합성지석.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,그라파이트 클러스터 다이아몬드의 입자경이 50 옹스트롬(Å) 내지 300Å인 것을 특징으로 하는 합성지석.
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