KR20100084189A - 산화세륨 및 시트 실리케이트를 포함하는 분산물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화세륨 입자 및 시트 실리케이트 입자를 포함하며,
- 시트 실리케이트 입자의 제타 전위는 음의 값이고 산화세륨 입자의 제타 전위는 양의 값 또는 0이고, 분산물의 제타 전위는 전체적으로 음의 값이고,
- 산화세륨 입자의 평균 직경은 200 nm 이하이고 시트 실리케이트 입자의 평균 직경은 100 nm 미만이고,
- 각각 분산물의 총량을 기준으로, 산화세륨 입자의 비율은 0.1 내지 5 중량%이고 시트 실리케이트 입자의 비율은 0.01 내지 10 중량%이고,
- 분산물의 pH는 3.5 내지 7.5 미만인 분산물을 개시한다.

Description

산화세륨 및 시트 실리케이트를 포함하는 분산물{DISPERSION COMPRISING CERIUM OXIDE AND SHEET SILICATE}

본 발명은 산화세륨 및 시트 실리케이트를 포함하는 분산물, 및 그의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.

산화세륨 분산물을 사용하여 거친 연마 (높은 소재 제거, 불규칙적인 프로파일, 스크래치)로서, 또한 정교한 연마 (낮은 소재 제거, 매끄러운 표면, 스크래치가 있다 하더라도 거의 없음)로서 유리 표면, 금속 표면 및 유전체 표면을 연마할 수 있다는 것은 알려져 있다. 산화세륨 입자 및 연마하고자 하는 표면이 서로 상이한 전하를 보유하며 그 결과 서로 끌어당긴다는 단점이 종종 발견되었다. 따라서, 연마된 표면으로부터 다시 산화세륨 입자를 제거하기가 어렵다.

US 7112123호에 연마제로서 산화세륨 입자 0.1 내지 50 중량％ 및 클레이 연마제 입자 0.1 내지 10 중량％를 포함하며, 상기 클레이 연마제 입자의 90％가 10 nm 내지 10 ㎛의 입자 직경을 가지고 상기 산화세륨 입자의 90％가 100 nm 내지 10 ㎛의 입자 직경을 갖는 것인, 유리 표면, 금속 표면 및 유전체 표면 연마용 분산물이 개시되어 있다. 산화세륨 입자, 클레이 연마제 입자 및 연마하고자 하는 표면으로서의 유리는 음의 표면 전하를 갖는다. 이러한 분산물은 산화세륨 입자만을 기재로 하는 분산물보다 상당히 높은 소재 제거를 가능하게 한다. 그러나, 이러한 분산물은 높은 결함율을 초래한다.

US 5891205호에는 이산화규소 및 산화세륨을 포함하는 알칼리 분산물이 개시되어 있다. 산화세륨 입자의 입자 크기는 이산화규소 입자의 크기보다 작거나 그와 동일하다. 기체상 공정으로부터 유래하는 분산물 중에 존재하는 산화세륨 입자는 응집되지 않으며, 입자 크기가 100 nm 이하이다. US 5891205호에 따르면, 산화세륨 입자 및 이산화규소 입자의 존재 결과, 제거율(removal rate)이 급격하게 증가할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 이산화규소/산화세륨의 중량비는 7.5:1 내지 1:1이어야 한다. 바람직하게는 이산화규소의 입자 크기는 50 nm 미만이고 산화세륨의 입자 크기는 40 nm 미만이다. 요약하면, a) 이산화규소의 비율은 산화세륨의 비율보다 높고 b) 이산화규소 입자는 산화세륨 입자보다 크다.

US 5891205호에 개시된 분산물은 산화세륨 입자만을 기재로 하는 분산물보다 상당히 높은 제거율을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 분산물은 높은 결함율을 초래한다.

US 6491843호에는 SiO₂ 및 Si₃N₄의 제거율과 관련하여 높은 선택성을 갖는다고 할 수 있는 수성 분산물이 개시되어 있다. 이 분산물은 카르복실기 및 제2 클로라이드- 또는 아민-함유 관능기를 둘다 갖는 유기 화합물 및 연마제 입자를 포함한다. 언급할 수 있는 적합한 유기 화합물에는 아미노산이 포함된다. 원칙적으로, 모든 연마제 입자가 적합하다고 할 수 있지만, 특히 산화알루미늄, 산화세륨, 산화구리, 산화철, 산화니켈, 산화망간, 이산화규소, 탄화규소, 질화규소, 산화주석, 이산화티타늄, 탄화티타늄, 산화텅스텐, 산화이트륨, 산화지르코늄 또는 상기한 화합물의 혼합물이 바람직하다. 그러나, 실시예에서는 산화세륨만이 연마제 입자로서 언급되었다.

본 발명에서 목적하는 바는 낮은 결함율 및 높은 선택성과 함께 높은 소재 제거율을 제공하는 분산물이다. 웨이퍼의 연마 및 소제 후에, 존재하더라도 단지 소량의 침착물만이 표면에 존재해야 한다.

놀랍게도 상기한 목적이 산화세륨 입자 및 시트 실리케이트 입자를 포함하며, 여기서

- 시트 실리케이트 입자의 제타 전위는 음의 값이고 산화세륨 입자의 제타 전위는 양의 값 또는 0이고, 분산물의 제타 전위는 전체적으로 음의 값이고,

- 산화세륨 입자의 평균 직경은 200 nm 이하이고 시트 실리케이트 입자의 평균 직경은 100 nm 미만이고,

- 각각 분산물의 총량을 기준으로, 산화세륨 입자의 비율은 0.01 내지 50 중량％이고 시트 실리케이트 입자의 비율은 0.01 내지 10 중량％이고,

- 분산물의 pH는 3.5 내지 7.5 미만인,

분산물에 의해 달성된다는 것이 밝혀졌다.

제타 전위는 입자의 표면 전하의 척도이다. 제타 전위는 분산물 중 입자/전해질의 전기화학적 이중층 내의 전단면(shear level)에서의 전위를 의미하는 것으로 해석된다. 제타 전위와 관련된 중요한 파라미터는 입자에 대한 등전점 (IEP)이다. IEP는 제타 전위가 0일 때의 pH를 말한다. 제타 전위가 높을수록, 분산물이 더 안정하다.

표면에서의 전하 밀도는 주변 전해질 중의 전위-결정 이온의 농도 변화에 영향을 받을 수 있다.

동일한 물질의 입자는 동일한 표면 전하 부호를 가질 것이므로 서로 반발한다. 그러나, 제타 전위가 너무 낮으면 반발력은 입자의 반데르발스 인력을 상쇄할 수 없어, 입자가 응고(flocculation)되고, 또한 침적될 수도 있다.

제타 전위는 예를 들어 분산물의 콜로이드 진동 전류 (CVI)를 측정함으로써 또는 전기영동 이동성을 측정함으로써 측정할 수 있다.

또한, 제타 전위는 전기동역학적 음폭 (ESA)에 의해 측정할 수도 있다.

본 발명의 분산물은 제타 전위가 바람직하게는 -10 내지 -100 mV, 더 바람직하게는 -25 내지 -50 mV이다.

본 발명의 분산물은 또한 pH가 3.5 내지 7.5 미만임을 특징으로 한다. 예를 들어, 유전체 표면의 연마는 알칼리 범위에서 가능하다. pH가 5.5 내지 7.4인 분산물이 바람직할 수 있다.

본 발명의 분산물 중의 산화세륨의 비율은 분산물을 기준으로 하여 0.01 내지 50 중량％의 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 예를 들어, 운송 비용 최소화를 의도하는 경우에는 높은 산화세륨 함량이 바람직하다. 연마제로서 사용하는 경우에는, 산화세륨의 함량은 분산물을 기준으로 바람직하게는 0.1 내지 5 중량％, 더 바람직하게는 0.2 내지 1 중량％이다.

본 발명의 분산물 중의 시트 실리케이트의 비율은 분산물을 기준으로 하여 0.01 내지 10 중량％이다. 연마용으로는, 0.05 내지 0.5 중량％가 바람직하다.

본 발명의 분산물 중의 산화세륨/시트 실리케이트 중량비는 바람직하게는 1.1:1 내지 100:1이다. 연마 공정에서 산화세륨/시트 실리케이트 중량비가 1.25:1 내지 5:1인 경우 유리하다는 것이 밝혀졌다.

또한, 산화세륨 입자 및 시트 실리케이트 입자 이외에는 추가의 입자가 존재하지 않는 본 발명의 분산물이 바람직할 수 있다.

본 발명의 분산물 중의 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 200 nm 이하이다. 40 내지 90 nm의 범위가 바람직하다. 이 범위 내에서, 소재 제거, 선택성 및 결함율과 관련하여 연마 공정에서 최상의 결과를 얻는다.

산화세륨 입자는 분리된 개별 입자로서, 또는 응집된 1차 입자의 형태로 존재할 수 있다. 본 발명의 분산물은 바람직하게는 응집된 산화세륨 입자를 포함하거나, 또는 산화세륨 입자는 주로 또는 완전히 응집된 형태로 존재한다.

산화세륨 입자는 그의 표면 상에 및 표면과 인접한 층에 카르보네이트기를 함유하고 있는 산화세륨 입자, 특히 DE-A-102005038136호에 개시된 산화세륨 입자가 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 이들은

- BET 표면적이 25 내지 150 m²/g이고,

- 1차 입자의 평균 직경이 5 내지 50 nm이고,

- 표면에 인접한 1차 입자 층의 깊이가 약 5 nm이고,

- 표면에 인접한 층에서, 카르보네이트 농도가 가장 높은 표면으로부터 내부로 가면서 카르보네이트 농도가 감소하고,

- 카르보네이트기로 인한 탄소 함량이 표면 상에서 5 내지 50 면적％이고, 표면에 인접한 층의 약 5 nm의 깊이에서 0 내지 30 면적％이고,

- 분말을 기준으로 CeO₂로서 계산된 산화세륨의 함량이 99.5 중량％ 이상이고,

- 유기 탄소 및 무기 탄소를 포함하는 탄소의 함량이 분말을 기준으로 0.01 내지 0.3 중량％인 산화세륨 입자이다.

카르보네이트기는 산화세륨 입자의 표면 및 최대 약 5 nm 깊이 모두에서 검출될 수 있다. 카르보네이트기는 화학적으로 결합되고, 예를 들어 하기 구조 a 내지 c로서 존재할 수 있다.

카르보네이트기는 예를 들어 XPS/ESCA (XPS = X선 광전자 분광법; ESCA = 화학적 분석을 위한 전자 분광법) 분석법에 의하여 검출될 수 있다. 표면에 인접한 층의 카르보네이트기를 검출하기 위하여, 표면의 일부는 아르곤 이온 충돌에 의하여 제거될 수 있으며, 생성된 새로운 표면은 XPS/ESCA에 의하여 유사하게 분석될 수 있다.

나트륨의 함량은 일반적으로 5 ppm 이하이고 염소의 함량은 20 ppm 이하이다. 상기 원소들은 일반적으로 화학-기계적 연마에서 소량으로만 허용된다.

사용되는 산화세륨 입자의 BET 표면적은 바람직하게는 30 내지 100 m²/g, 더 바람직하게는 40 내지 80 m²/g이다.

시트 실리케이트에서, 각각의 사면체는 이미 코너 3곳을 통해 3개의 이웃하고 있는 사면체와 결합하고 있다. 2차원의 무한한 사면체 네트워크가 형성되고 그 사이에 O^- 및 (OH)^-에 의해 팔면체모양으로 둘러싸인 양이온, 예를 들면 K⁺, Li⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺의 층이 놓이도록 연결된다. 사면체 층에서, 모든 유리 사면체 꼭지점은 한 방향을 가리킨다.

한 층의 사면체들이 연결되어 6원 고리의 개별 또는 이중 네트워크를 형성할 경우에, 육방정계 또는 위육방정계(pseudohexagonal) 광물, 예컨대 운모계 (백운모, 흑운모), 녹니석계 (클리노클로어(clinochlore)) 및 카올리나이트-사문석계 (온석면, 카올리나이트)가 발생한다. 이와 달리 층이 4원 고리를 구성하는 경우에는, 광물이 정방정계 또는 위정방정계(pseudotetragonal) (예를 들면, 어안석)이다.

시트 실리케이트에는 활석, 운모계 (셀라도나이트(seladonite), 파라고나이트(paragonite), 백운모, 금운모, 애나이트(annite)/흑운모, 트리리티오나이트(trilithionite)/레피도라이트(lepidolite), 진주운모), 클레이 광물 (몬모릴로나이트 군, 녹니석 군, 카올리나이트 군, 사문석 군, 세피올라이트(sepiolite), 가이로라이트(gyrolite), 카반사이트(cavansite), 펜타고나이트(pentagonite))이 포함된다.

바람직하게는, 본 발명의 분산물은 합성 시트 실리케이트를 포함한다. 이는 바람직하게는 천연 및 합성 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 스멕타이트(smectite) 및 활석으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 분산물 중에 존재하는 시트 실리케이트 입자의 평균 직경은 바람직하게는 5 내지 100 nm의 범위이다. 시트 실리케이트의 평균 입자 직경은 세로 방향, 즉 입자의 최고 신장 방향의 직경을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 시트 실리케이트 입자의 종횡비, 즉 세로 치수 대 두께의 비율은 바람직하게는 5보다 크고, 더 바람직하게는 20보다 크다.

시트 실리케이트가 SiO₂ 59 ± 2 중량％, MgO 27 ± 2 중량％, Li₂O 0.7 ± 0.2 중량％, Na₂O 3.0 ± 0.5 중량％ 및 H₂O 10 중량％ 미만의 조성을 갖는 합성 리튬 마그네슘 실리케이트인 본 발명의 분산물이 특히 바람직하다.

또한, 시트 실리케이트가 입자 직경이 10 내지 200 nm이고 두께가 1 내지 10 nm인 몬모릴로나이트를 기재로 하는 것인 본 발명의 분산물이 특히 바람직하다. 상기 시트 실리케이트의 종횡비는 바람직하게는 100보다 크다.

본 발명의 분산물 중에서, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 시트 실리케이트 입자의 평균 입자 직경보다 크다.

본 발명의 분산물은, 특히 산화세륨 입자의 평균 입자 직경 및 시트 실리케이트 입자의 평균 입자 직경이 200 nm 이하인 것을 특징으로 한다. 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 시트 실리케이트 입자의 평균 입자 직경보다 크다. 특히, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 40 내지 90 nm이고 시트 실리케이트 입자의 평균 입자 직경이 5 내지 15 nm인 본 발명의 분산물의 실시양태가 바람직하다.

산화세륨 입자가 그의 표면 상에 및 표면에 인접한 층에 카르보네이트기를 포함하고 분산물의 pH가 3.5 내지 7.5 미만인 경우에 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다.

본 발명의 분산물은 분산물을 기준으로 총 0.01 내지 5 중량％의 비율로 1종 이상의 아미노카르복실산을 추가로 포함할 수 있다. 이들은 바람직하게는 알라닌, 4-아미노부탄카르복실산, 6-아미노헥산카르복실산, 12-아미노라우르산, 아르기닌, 아스파르트산, 글루탐산, 글리신, 글리실글리신, 리신 및 프롤린으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 글루탐산 및 프롤린이 특히 바람직하다.

분산물 중의 아미노산 또는 그의 염의 비율은 바람직하게는 0.1 내지 0.6 중량％이다.

본 발명의 분산물의 액체상은 물, 유기 용매, 및 물과 유기 용매의 혼합물을 포함한다. 일반적으로, 액체상의 90 중량％ 초과의 함량을 갖는 주요 구성성분은 물이다.

또한, 본 발명의 분산물은 산, 염기, 염 역시 포함할 수 있다. 산 또는 염기로 pH를 조절할 수 있다. 사용되는 산은 무기산, 유기산 또는 상기 산들의 혼합물일 수 있다. 사용되는 무기산은 특히 인산, 아인산, 질산, 황산, 이들의 혼합물 및 이들의 산성 염일 수 있다. 사용되는 유기산은 바람직하게는 화학식 C_nH_2n+1CO₂H의 카르복실산 (여기서, n은 0 내지 6이거나 또는 8, 10, 12, 14, 16임), 또는 화학식 HO₂C(CH₂)_nCO₂H의 디카르복실산 (여기서, n은 0 내지 4임), 또는 화학식 R₁R₂C(OH)CO₂H의 히드록시카르복실산 (여기서, R₁은 H, R₂는 CH₃, CH₂CO₂H, CH(OH)CO₂H임), 또는 프탈산 또는 살리실산, 또는 상기 산들의 산성 염 또는 상기 산들 및 그의 염의 혼합물이다. pH는 암모니아, 알칼리 금속 수산화물 또는 아민을 첨가하여 상승시킬 수 있다.

특정 응용에서, 본 발명의 분산물이 산화제를 0.3 내지 20 중량％ 함유하는 경우가 유리할 수 있다. 이를 위해, 과산화수소, 과산화수소 부가물, 예를 들어, 우레아 부가물, 유기 과산, 무기 과산, 이미노 과산, 과황산염, 과붕산염, 과탄산염, 산화 금속염 및/또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

본 발명의 분산물의 다른 성분에 대한 몇몇 산화제의 안정성이 낮기 때문에, 분산물의 이용 직전까지 이들을 첨가하지 않는 것이 이로울 수 있다.

본 발명의 분산물은 산화 활성화제를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 산화 활성화제는 Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti, V의 금속염 및 이들의 혼합물일 수 있다. 또한 카르복실산, 니트릴, 우레아, 아미드 및 에스테르가 적합하다. 질산철(II)이 특히 바람직할 수 있다. 산화 촉매의 농도는 산화제 및 연마 작업에 따라, 0.001 내지 2 중량％의 범위 내에서 다양할 수 있다. 더 바람직하게는, 0.01 내지 0.05 중량％의 범위일 수 있다.

일반적으로 0.001 내지 2 중량％의 함량으로 본 발명의 분산물 중에 존재하는 부식 방지제는 질소-함유 헤테로사이클, 예컨대 벤조트리아졸, 치환된 벤즈이미다졸, 치환된 피라진, 치환된 피라졸 및 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명은 또한

- 분말 형태의 산화세륨 입자를 시트 실리케이트 입자를 포함하는 예비분산물에 혼입한 후 분산시키는 단계, 또는

- 산화세륨 입자를 포함하는 예비분산물 및 시트 실리케이트 입자를 포함하는 예비분산물을 합친 후에 분산시키는 단계, 및 이어서

- 임의적으로, 1종 이상의 아미노산을 고체, 액체 또는 용해된 형태로 첨가하는 단계, 및 이어서

- 임의적으로, 산화제, 산화 촉매 및/또는 부식 방지제를 첨가하는 단계

를 포함하는, 본 발명의 분산물의 제조 방법을 제공한다.

특히, 적합한 분산 장치는 200 kJ/m³ 이상의 에너지 투입을 가져오는 분산 장치이다. 이들은 회전자-고정자 원리에 의해 작동되는 시스템, 예를 들어 울트라-터렉스(Ultra-Turrax) 기기, 또는 교반 볼 밀을 포함한다. 행성식(planetary) 혼련기/혼합기로 보다 고 에너지 투입이 가능하다. 반면, 입자들을 나누기 위해 필요한 고 전단 에너지를 투입하기 위해 이러한 시스템의 효율은 제조된 혼합물의 충분히 높은 점도와 조합된다.

고압 균질기는 고압하에 있는 두 개의 예비분산된 현탁물 스트림을 노즐을 통해 감압시키는데 사용된다. 두 개의 분산 제트(jet)는 서로 정확하게 만나서 입자들은 서로를 분쇄한다. 또다른 실시양태에서, 예비분산물은 또한 고압하에 놓여지지만, 입자 콜로이드는 강화 벽 영역(armored wall region)에 충돌한다. 보다 작은 입자 크기를 얻기 위하여 원하는 만큼 자주 작업을 반복할 수 있다.

또한, 에너지 투입은 초음파에 의해서도 수행될 수 있다.

분산 및 분쇄 장치를 또한 조합하여 사용할 수 있다. 산화제 및 첨가제는 상이한 시기에 분산물에 제공될 수 있다. 예를 들어, 적합하다면 낮은 에너지 투입으로, 분산이 완료될 때까지 산화제 및 산화 활성화제를 혼입하지 않는 것이 또한 유리할 수 있다.

사용되는 시트 실리케이트 입자의 제타 전위는 바람직하게는 3.5 내지 7.4의 pH에서 -10 내지 -100 mV이다.

사용되는 산화세륨 입자의 제타 전위는 바람직하게는 3.5 내지 7.4의 pH에서 0 내지 60 mV이다.

본 발명은 또한 유전체 표면의 연마에 있어서의 본 발명의 분산물의 용도를 제공한다. STI-CMP (STI = 쉘로우 트렌치 분리(shallow trench isolation), CMP = 화학 기계 연마) 분야에서, 본 발명의 분산물은 높은 SiO₂:Si₃N₄ 선택성을 유도한다. 이는 분산물에 의해 달성된 SiO₂ 제거율이 동일한 슬러리에 의해 달성된 Si₃N₄의 제거율보다 상당히 크다는 것을 의미한다. 이는 3.5 내지 7.5 미만의 pH를 갖는 본 발명의 분산물에 의한 것이다. 이러한 pH 값에서, Si₃N₄의 SiO₂로의 가수분해는 최소이거나 일어나지 않는다. 이러한 pH 값에서 낮은 SiO₂ 제거율은 아미노산과 같은 유기 첨가제의 첨가에 의해 다시 증가할 수 있다.

실시예

분석

비표면적은 DIN 66131에 따라 측정하였다.

표면 특성은 큰 면적 (1 cm²) XPS/ESCA 분석 (XPS = X-선 광전자 분광법; ESCA = 화학적 분석을 위한 전자 분광법)에 의하여 측정하였다. 평가는 영국 테딩톤 소재의 국립 물리학 연구소의 문헌 [DIN Technical Report No. 39, DMA(A)97]에 따른 일반적인 권고, 및 작업 위원회의 개발 수반 규격(Surface and Micro Range Analyses) NMP816 (DIN)에 관한 현재까지의 결과에 기초하였다. 또한, 기술 문헌으로부터 각각의 경우에 이용 가능한 비교 스펙트럼을 참작하였다. 수치는 각각의 경우에 보고된 전자 수준의 상대적 감응성 인자들을 고려하여 배경 공제 (background subtraction)로 계산하였다. 데이터는 면적％로 나타내었다. 정확도는 +/- 5％ 상대오차로 추정하였다.

제타 전위는 전기동역학 음폭 (ESA)의 방법에 의해 pH 3 내지 12의 범위에서 측정하였다. 이를 위하여, 1％의 산화세륨을 포함하는 현탁물을 제조하였다. 분산은 초음파 탐침 (400 W)으로 수행하였다. 현탁물을 자성 교반기로 교반하고, 매텍(Matec) ESA-8000 기기의 PPL-80 센서를 통해 연동식 펌프를 사용하여 펌핑하였다. 출발 pH 값으로부터, 5M의 NaOH로 전위차 적정을 pH 12까지 시작하였다. 5M의 HNO₃을 사용하여 pH 4까지 역적정을 수행하였다. 평가는 기기 소프트웨어 버전 pcava 5.94를 사용하여 수행하였다.

상기 식에서,

ζ는 제타 전위이고,

φ는 부피 분율이고,

Δρ는 입자와 액체 사이의 밀도차이고,

c는 현탁물에서의 음속이고,

η는 액체의 점도이고,

ε은 현탁물의 유전 상수이고,

|G(α)|는 관성 보정이다.

평균 응집체 직경은 호리바(Horiba) LB-500 입자 크기 분석기를 사용하여 측정하였다.

공급 원료

분산물을 제조하기 위한 공급 원료로 DE-A-102005038136의 실시예 2에 기재된 바와 같은 발열 산화세륨을 사용하였다. 쥐트-케미(Sued-Chemie)로부터의 합성 시트 실리케이트 입자 옵티겔(Optigel)® SH, 및 서던 클레이 프로덕츠(Southern Clay Products)로부터의 라포나이트(Laponite)® D를 또한 사용하였다. 이들 물질의 중요한 물리화학적 파라미터는 표 1에 기록하였다.

웨이퍼/패드:

이산화규소 (200 mm, 층 두께 1000 nm, 열 산화물, SiMat 제품) 및 질화규소 (200 mm, 층 두께 160 nm, LPCVD, SiMat 제품). 로델 (Rodel) IC 1000-A3 패드.

분산물의 제조

D1: 물에 산화세륨 분말을 첨가하고, 이를 초음파 핑거(finger) (반델린 (Bandelin) 제품, UW2200/DH13G, 레벨 8, 100％; 5분)로 초음파 처리하여 분산시켜 분산물을 수득하였다. 후속적으로, 수성 암모니아로 pH를 7.0으로 조절하였다.

D2a 및 D3a: 산화세륨과 물로 이루어진 예비분산물 및 시트 실리케이트와 물로 이루어진 예비분산물을 혼합하고, 이를 초음파 핑거 (반델린 제품, UW2200/DH13G, 레벨 8, 100％; 5분)로 초음파 처리하여 분산시키고, 분산물 D2b 및 D3b의 경우 후속적으로 글루탐산을 첨가하고, pH를 7.0으로 조절하여 분산물을 수득하였다. 표 2는 얻어진 분산물의 주요 파라미터를 보여준다. 각 경우 접미사 c는 비교예를 나타낸다. 표 3은 분산물의 제조 후 연마 제거 및 선택성을 보여준다.

산화세륨만을 함유하는 분산물 D1과 비교하여, 본 발명의 분산물은 이산화규소 및 질화규소의 필적하는 제거율을 나타내었으나, 표면 상의 스크래치의 수는 현저히 더 적어졌다.

웨이퍼 및 패드 상의 연마 잔류물의 평가

연마 잔류물을 육안으로 (또한 최대 64배 배율 범위의 광학현미경으로) 평가하였다.

이를 위해, 분산물 D1 (대조군) 및 D2 및 D3 (본 발명)의 입자 크기를 연마 직후 분석하였다.

- D1은 불안정하였으며 수분 후 빠르게 침전되었다. 측정된 입자 크기는 1 마이크로미터를 상당히 초과하였다.

- 대조적으로 본 발명의 분산물은 연마 후에도 여전히 안정하였다. 이는 본 발명의 분산물의 경우 큰 응집체의 형성이 없음을 의미한다. 연마된 웨이퍼는 또한 잔류물 수준이 상당히 낮게 나타났다.

특히 아미노산의 존재하에, 음전하로 하전된 시트 실리케이트 입자의 첨가는 연마 잔류물의 비율을 감소시킴으로써 산화세륨 포함 분산물의 연마 질에 개선된 방향으로 영향을 미쳤다.

하나의 가능한 메커니즘은, 산화세륨 입자의 전하의 효과적인 역전을 확실하게 하는, 음전하로 하전된 시트 실리케이트 입자로 양전하로 하전된 산화세륨 입자의 외부를 스크리닝하는 것을 포함한다. 이러한 전하 역전의 결과, 본 발명의 분산물은 특히 순수한 산화세륨의 IEP에 가까운 pH 값에서의 연마 가능성을 제공한다. 이러한 상호작용은 정전기적 인력이기 때문에, 산화세륨의 연마 작용이 유지되도록, 시트 실리케이트 입자는 연마 작용 동안 전단될 수 있다. 연마 작용 전체 동안 모든 입자가 외적으로 음전하를 항상 갖는 결과, 응집체 형성이 상당히 감소된다. 장기 분석은 안정성 및 연마 특성이 연장된 기간에 걸쳐서도 유지됨을 보여주었다.

Claims (27)

1. 산화세륨 입자 및 시트 실리케이트 입자를 포함하는 분산물이며,
   - 시트 실리케이트 입자의 제타 전위는 음의 값이고 산화세륨 입자의 제타 전위는 양의 값 또는 0이고, 분산물의 제타 전위는 전체적으로 음의 값이고,
   - 산화세륨 입자의 평균 직경은 200 nm 이하이고 시트 실리케이트 입자의 평균 직경은 100 nm 미만이고,
   - 각각 분산물의 총량을 기준으로, 산화세륨 입자의 비율은 0.1 내지 5 중량%이고 시트 실리케이트 입자의 비율은 0.01 내지 10 중량%이고,
   - 분산물의 pH는 3.5 내지 7.5 미만인 분산물.
2. 제1항에 있어서, 분산물의 제타 전위가 -10 내지 -100 mV인 분산물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, pH가 5.5 내지 7.4인 분산물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨의 함량이 분산물을 기준으로 0.1 내지 5 중량%인 분산물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트의 함량이 분산물을 기준으로 0.01 내지 10 중량%인 분산물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨/시트 실리케이트 중량비가 1.1:1 내지 100:1인 분산물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨 입자 및 시트 실리케이트 입자가 분산물 내의 유일한 입자인 분산물.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 40 내지 90 nm인 분산물.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨 입자가 응집된 1차 입자 형태로 존재하는 것인 분산물.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨 입자가 그의 표면 상에 및 표면에 인접한 층 내에 카르보네이트기를 함유하는 것인 분산물.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트 입자가 평균 직경이 5 내지 100 nm의 범위인 분산물.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트 입자의 종횡비가 5보다 크고, 보다 바람직하게는 20보다 큰 것인 분산물.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트가 합성 시트 실리케이트인 분산물.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트가 천연 및 합성 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 스멕타이트(smectite) 및 활석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 분산물.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트가 SiO₂ 59 ± 2 중량％, MgO 27 ± 2 중량％, Li₂O 0.7 ± 0.2 중량％, Na₂O 3.0 ± 0.5 중량％ 및 H₂O 10 중량％ 미만의 조성을 갖는 합성 리튬 마그네슘 실리케이트인 분산물.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 실리케이트가 입자 직경이 10 내지 200 nm이고 두께가 1 내지 10 nm인 몬모릴로나이트를 기재로 하는 것인 분산물.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 시트 실리케이트 입자의 평균 입자 직경보다 큰 것인 분산물.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 산화세륨 입자의 평균 입자 직경이 40 내지 90 nm이고 시트 실리케이트 입자의 평균 입자 직경이 5 내지 15 nm인 분산물.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 0.01 내지 5 중량%의 1종 이상의 아미노카르복실산 및/또는 이들의 염을 더 포함하는 분산물.
20. 제19항에 있어서, 아미노카르복실산이 알라닌, 4-아미노부탄카르복실산, 6-아미노헥산카르복실산, 12-아미노라우르산, 아르기닌, 아스파르트산, 글루탐산, 글리신, 글리실글리신, 리신 및 프롤린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 분산물.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 아미노산 또는 이들의 염이 분산물 중에 0.1 내지 0.6 중량%의 비율로 존재하는 것인 분산물.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 물이 분산물의 액체상의 주요 구성성분인 분산물.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 산, 염기, 염, 산화제, 산화 촉매 및/또는 부식 방지제를 포함하는 분산물.
24. - 분말 형태의 산화세륨 입자를 시트 실리케이트 입자를 포함하는 예비분산물에 혼입한 후 분산시키는 단계, 또는
    - 산화세륨 입자를 포함하는 예비분산물 및 시트 실리케이트 입자를 포함하는 예비분산물을 합친 후에 분산시키는 단계, 및 이어서
    - 임의적으로, 1종 이상의 아미노산을 고체, 액체 또는 용해된 형태로 첨가하는 단계, 및 이어서
    - 임의적으로, 산화제, 산화 촉매 및/또는 부식 방지제를 첨가하는 단계
    를 포함하는, 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 분산물의 제조 방법.
25. 제24항에 있어서, 시트 실리케이트 입자의 제타 전위가 3.5 내지 7.5 미만의 pH에서 -10 내지 -100 mV인 방법.
26. 제25항 또는 제26항에 있어서, 산화세륨 입자의 제타 전위가 3.5 내지 7.5 미만의 pH에서 0 내지 60 mV인 방법.
27. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 분산물의 유전체 표면의 연마를 위한 용도.