KR20100121636A - 조절된 형태를 갖는 도핑된 세리아 연마제 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본질적으로 팔면체 형태를 갖는 도핑된 세리아(CeO2) 연마제 입자에 관한 것이다. 상기 연마제는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판의 화학적 기계적 폴리싱(CMP)용 수계 슬러리에 사용된다. 본 발명은 특히 10-120 m2/g의 비표면적을 갖는 이트륨-도핑된 세리아 입자에 관한 것으로서, 상기 입자의 95 중량% 이상, 바람직하게는 99 중량% 이상이 단일-결정이며, 입자 표면의 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상이 {111}면에 평행한 면으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 생성물을 합성하기 위한 신규한 기체상 방법도 기판되어 있으며, 상기 방법은 가열 기체 스트림을 준비하는 단계; 및 상기 기체 스트림에 세륨-함유 반응물, 도판트-함유 반응물 및 산소-함유 반응물을 도입하는 단계를 포함하며; 상기 기체 스트림의 온도는 상기 반응물을 분무화하도록 선택되고, 반응물은 냉각시에 도핑된 세리아 입자를 형성하도록 선택된다. 상기 세리아에 기초한 연마제 슬러리는 연마된 기판에서 유도되는 결함을 낮은 수준으로 제공하면서 양호한 제거율을 나타낸다.

Description

조절된 형태를 갖는 도핑된 세리아 연마제 및 이의 제조 방법{DOPED CERIA ABRASIVES WITH CONTROLLED MORPHOLOGY AND PREPARATION THEREOF}
본 발명은 기본적으로 팔면체 형상을 갖는 도핑된(doped) 세리아(CeO2) 연마제 입자(abrasive particles)에 관한 것이다. 상기 연마제는 화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing) 또는 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 공정에 사용하기 위해서 수계 슬러리(water-based slurry)로 수득된다. CMP는 예를 들면 쉘로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation, STI) 폴리싱에서 박막 증착 단계 이후 집적 회로 제조 중에 실리콘 웨이퍼 상에 구조체를 평탄화하는 공정이다.
오늘날, 모든 STI 폴리싱의 약 50%는 세리아(CeO2)계 슬러리를 사용하여 실시된다. 비록 세리아의 기계적 연마성(mechanical abrasivity)이 종래의 연마제 입자인 실리카 또는 알루미나와 비교하여 낮다 하더라도, 실리카에 대한 이의 화학적 친화성(affinity)에 의해 산화물 층을 폴리싱하는데 특히 관심이 있다. 상기 높은 화학적 친화성 때문에, 슬러리내 세리아 함량이 더 적어도 Si3N4에 대한 제거율 및 선택성(selectivity)이 높다. 실제로, 세리아 슬러리는 전형적으로 오직 1 중량%의 연마 재료를 포함하는 반면에, 실리카계 슬러리는 적어도 12 중량%, 대부분의 경우에는 20-30 중량%의 연마제 함량을 갖는 것을 특징으로 한다.
연마제 슬러리의 또다른 중요한 특성은 이들이 기판에 유발하는 결함 수준(the level of defectivity)에 관한 것이다. 현재 이용가능한 CeO2 재료는 CMP에서 결함 수준이 너무 높으며, 특히 결함 요건이 꾸준히 엄격해지고 있는 반도체 제조시에 미래 기술의 노드(coming technology nodes)(45, 32 및 23 nm의 노드들)의 관점에서 CMP에서 결함 수준이 너무 높게 발생하였다. 결함 수준은 기본적으로 연마제에 의해서 결정되므로, 변형된 세리아 연마제의 제공을 발전시키는데 초점을 둔다.
통상적으로 알려져 있는 바와 같이, 전체 폴리싱 효율은 본질적으로 세리아 연마제 자체의 본래 특성(예를 들면, 형태, 결정학적 구조, 입자 크기 분포, 순도)에 의존한다. 흄드(fumed) 실리카에 대해 콜로이드 실리카로 STI를 폴리싱하는 경우에서와 같이, 통상 구형상을 갖는 연마제는 날카롭거나 각이 진 입자 형태를 갖는 연마제와 비교하여 더 낮은 결함율을 유도하는 것으로 추측된다. 그러나, CMP 공정의 화학적 성분은 세리아 연마제에 있어 훨씬 더 중요하며, 기계적 제거는 순수 전단력하에서 웨이퍼(wafer)로부터 반응 생성물을 분리하는데 한정되므로, 구형상 세리아 연마제는 더 낮은 결함율을 유도할 것인지는 명확하지 않다. Feng 등의 Science, 312, 1504, 2006에서는 화염 합성(flame synthesis)에 의해서 구형상 Ti-함유 CeO2 입자를 제조하여 개선된 CMP 거동을 수득하였다. 그러나, 투과 전자 현미경(TEM)에 의해서 개시된 바와 같이, 연마제 입자는 티타니아의 용융 쉘(molten shell)에 완전히 캡슐화된 내부 CeO2 코어로 구성된다. 상기 쉘은 CeO2계 입자와 비교하여 상이한 표면 화학을 일으키기 때문에, 개선된 CMP 거동이 구형상에 실질적으로 기인한 것인지는 명확하지 않다.
연마제 입자의 합성이 목적하는 최적의 형태가 수득되는 방식으로 맞춰질 수 있다면 매우 유익하다. 대부분의 분야에서 STI 슬러리에 사용된 세리아 연마제는 침전 및 하소 공정에 의해서 제조되며, 종종 후속적으로 더 작은 입자 크기로 분쇄시킴으로써 제조된다. 상기 합성 방법은 다결정 입자(poly-crystalline particles)를 유도한다. D.-H. Kim 등은 Japanese Journal of Applied Physics, 45, 6A, 4893-4897, 2006에서 불규칙한 형태로 수백 나노미터의 전형적인 크기를 갖는 다결정 입자를 합성하였으며, 더욱이 CMP 공정에서 사용하는 동안 더 용이하게 부서진다.
몇몇의 저자들은 특정 형태를 언급하지 않고 다른 세리아 산화물과 합금, 도핑 또는 혼합하여, 다결정 물질을 수득하는 것을 언급하였다. JP-2007-31261에서는 폴리싱하는 동안 실리콘 산화물 필름에서 스크래치를 감소시키는 세리아 연마제 입자를 기술하였다. 상기 세리아 입자는 4가 세륨의 이온 반경보다 더 큰 이온 반경을 갖는 1 이상의 원소(예컨대, 이트륨)를 포함하며, 결정내의 전위(dislocation) 같은 더 낮은 결함을 갖는 것으로 정의되는 고결정성을 특징으로 한다. 상기 입자는 침전 이후 적당한 열처리에 의해서 제조된다. 또한, 하소 공정 이후에 상기 재료를 분쇄하는 것이 필요하다.
EP-126675에서는 세륨염의 용액, 염기, 가령 수산화나트륨의 용액 및 3가 희토류 원소[란탄족 원소(lanthanides) 및 이트륨으로 구성된 그룹으로부터 선택됨]의 적어도 하나의 염의 용액을 혼합하고; 침전물을 여과하며; 이를 건조 및 하소시킴으로써 수득된 세륨-계 폴리싱 조성물을 기술하고 있다. US-2006/032836에서는 도핑된 세륨 산화물 연마제 입자의 폴리싱 슬러리를 제조하는 방법을 기술하고 있다. Y로의 도핑은 수많은 선택 사항들 중 하나이다. 사용된 합성 방법은 침전 및 하소이다. JP-3793802에서는 세리아 분말 또는 금속 산화물-부가된 세리아 분말을 합성하는 방법을 제공한다. 그러므로, 상기 입자를 합성하는데 사용된 기술은 여전히 종래의 침전 및 하소 방법이며, 균일한 형태를 갖는 모노-결정성 입자가 수득되지 않는다.
Biswas 등의 Materials research Bulletin, vol. 42, no 4, 2007, pp. 609-617에 따르면, 도핑된 CeO2가 습식 화학적 합성 방법을 사용하여 제조된다. 보다 구체적으로, 우레아-포름알데하이드 폴리머 겔 연소 방법이 사용된다. Y-도핑(doping)은 이온 전도성을 개선시키는데 목적을 두고 있다. 입자 형태에 있어서 Y-도핑의 영향에 대한 정보는 없다. 통상 겔 연소 공정은 공정 조건에 걸쳐서 제한되게 제어되며, 잘 규정된 입자 크기 또는 형태를 제조할 것으로 기대되지 않는다.
통상, 상기 표준 하소된 연마제로 제조된 세리아계 슬러리는 균등한 실리카로 제조된 슬러리보다 더 높은 결함율을 일으킨다. 또한, 세리아 연마제의 제조 공정은 분말의 품질에 있어서 더 넓은 편차를 유도하며, 상기 입자로 제조된 슬러리의 중요한 배치 대 배치(batch-to-batch) 편차를 유도한다.
원칙적으로, 상술된 문제는 CeO2 입자의 제조에 있어서 상향식(bottom-up) 기체상 합성 방법을 적용함으로써 해결될 수 있다. 상기 방법은 공정 파라미터, 가령 냉각 속도(quenching rate), 잔류 시간 및 온도 등을 변경시킴으로써 어느 정도까지 입자 특성을 제어할 수 있다. US-7264787에서, 상기 접근법은 입자 크기 및 입자 크기 분포를 최적화하지만 입자 형태를 최적화하지는 않는다고 개시되어 있다.
US-2007/048205에서는 수소/산소 화염을 사용한 CeO2의 합성 방법을 개시하고 있다. 상기에서는 입자의 표면 화학이 특정 공정 조건을 변경시킴으로써 영향을 받을 수 있다고 개시되어 있다. 입자 형태의 영향 또는 도핑 원소로서의 Y의 사용은 언급되어 있지 않다.
기체상 공정에서의 입자 성장은 이의 표면 에너지를 최소화하는 경향이 있다. 상기는 특정 면지수(specific index planes)가 우세한 입자 형태를 수득할 것이다. 또한, 높은 성장 속도를 갖는 평면(planes)은 사라지는 경향이 있기 때문에 성장 동력학(growth kinetics)은 입자 형태를 측정하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 기체상 방법을 사용하여 제조된 분말은 전형적으로 절단(truncated) 형태를 특징으로 한다.
본 발명의 목적은 CMP에서 연마제로 사용하기 위한 최적의 형태를 갖는 입자를 포함하여 낮은 결함 수준 및 높은 제거율을 수득할 수 있는 신규한 도핑된 CeO2 연마제를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기를 위해 비표면적이 10-120 m2/g인 입자를 갖는 이트륨-도핑된 세리아 분말이 제안되었으며, 상기 입자의 적어도 95 중량%, 바람직하게는 적어도 99 중량%는 단일-결정(mono-crystalline)이다. 상기 입자는 또한 이들 표면의 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상이 {111} 평면과 평행한 면으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
효과적으로, 상기 입자는 전체 금속 함량에 대해서 도핑 원소 0.1-15 at%를 포함한다. 상기 입자는 효과적으로 소위 불가피한 불순물을 추가로 포함할 수 있다. 세륨은 실제로 다른 란탄족 원소 약 0.5 중량%까지 포함하며, 이는 불가피한 불순물로 간주한다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 분산액, 현탁액 및 슬러리 중 어느 하나로 구성된 유동성 혼합물(fluid mixture)의 제조에 사용되는 상기 입자의 사용 방법에 관한 것이다. 부가의 실시양태에서, 상기 유동성 혼합물이 정의된다.
본 발명은 또한 상술된 이트륨-도핑된 세리아 분말을 합성하기 위한 기체상 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 가열 기체 스트림(hot gas stream)을 준비하는 단계; 상기 기체 스트림으로 세륨-함유 반응물, 이트륨-함유 반응물 및 산소-함유 반응물을 도입하는 단계를 포함하며; 상기 기체 스트림의 온도는 상기 반응물을 분무화(atomize)하도록 선택되며, 반응물은 냉각시에 도핑된 세리아 입자를 형성하도록 선택된다.
바람직하게, 세륨-함유 반응물은 세륨 클로라이드, 옥사이드, 카르보네이트, 설페이트, 니트레이트, 아세테이트 및 유기-금속성 세륨 화합물의 1 이상을 포함한다. 더욱이, 이트륨-함유 반응물은 금속 클로라이드, 옥사이드, 카르보네이트, 설페이트, 니트레이트, 아세테이트 및 유기-금속성 금속 화합물의 1 이상을 효과적으로 포함할 수 있다.
특히 바람직한 실시양태에서, 산소-함유 반응물은 세륨-함유 반응물 및 이트륨-함유 반응물의 1 이상에 의해서 실시된다.
가열 기체 스트림은 기체 버너, 열벽 반응기(hot-wall reactor) 및 고주파(radio frequency) 또는 직류 플라즈마 중 어느 하나에 의해서 생성될 수 있다. 상기 기체 스트림은 도핑된 세리아 입자의 형성 직후에 급냉될 수 있다. 상기는 상대적으로 느린 냉각 사이클 중에 원하지 않는 입자 성장을 피할 수 있다.
본 발명의 부가의 실시양태는 기판을 폴리싱하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 기판 캐리어(substrate carrier), 회전 폴리싱 패드(rotating polishing pad), 연마제 슬러리를 상기 폴리싱 패드에 공급하는 수단을 포함하는 CMP 장치를 준비하는 단계; 폴리싱될 기판을 기판 캐리어에 놓는 단계; 상기 기판을 회전 폴리싱 패드에 대해서 프레싱하는 단계; 및 적당한 양의 연마제 슬러리를 폴리싱 패드상에 공급하는 단계를 포함하며; 상기 연마제 슬러리는 상기 유동성 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 방법은 실리콘 디옥사이드, 실리콘 니트라이드, 구리, 구리 배리어(copper barrier) 및 텅스텐 중 1 이상의 코팅을 포함하거나, 또는 유리질 표면(glass-like surface)으로 구성하는 기판을 폴리싱하는데 특히 적당하다.
그러므로, 도핑 원소의 부가와 조합시킨 기체상 합성 방법을 적용함으로써 우수한 결과가 달성되었다. 본 명세서에서 '도핑(doping)'은 소량의 Ce4 + 이온을 도핑 원소의 이온으로 치환시킴으로써 CeO2의 형석 격자(fluorite lattice)내에 도핑 원소를 혼입하는 것을 의미한다. 상기는 산소 부족을 일으키고, 격자 스트레인을 증가시키며 제타-포텐셜(zeta-potential)을 변경시킬 수 있고, 결과적으로 상이한 표면 에너지에 영향을 주며, 그럼으로써 높은 면지수의 에너지를 낮은 면지수의 에너지에 더 가깝게 한다.
반도체 집적 회로의 제조 중에 CMP 공정에서 박막(예를들면, SiO2)을 폴리싱하는데 사용하는 경우, 수득된 입자는 최신의 세리아 연마제와 비교하여 더 낮은 결함율과 상응하는 제거율을 얻게 한다.
세리아(CeO2)의 결정 구조는 Fm-3m 공간군(space group)인 입방체(cubic)이다. 단위 셀(unit cell)은 면심입방(face-centered cubic, fcc) 세륨 격자 및 상기 fcc 세륨 격자내에 입방체 산소 케이지(cubic oxygen cage)로 구성된다. 상기 fcc 구조에 의해, 작은 크기의 세리아 입자의 형태는 {100} 및 {111} 면(facets)으로 규정되는 절단 팔면체가 우세하다. 몇개의 높은-면지수, 가령 {113}면이 존재할 수 있지만, 훨씬 적은 양으로 존재한다. 이는 상기 높은 면지수의 더 큰 표면 에너지 때문이다. 몇개의 더 높은 차수의 표면이 관찰되어 때로는 둥근 모서리 또는 형태를 유도한다.
통계적 형태 분포를 얻기 위해서, 상기 분말은 메탄올을 모르타르내 분말에 첨가하고 부드럽게 교반함으로써 분산된다. 분산액 몇 방울이 탄소-막 TEM 지지 그리드(carbon-film TEM support grids)에 피착된다. 고해상도 투과전자현미경사진(HR-TEM)이 기록된다. 충분히 높은 배율에서 30개의 이미지(images)는 통계적 분포의 육안 관찰 및 지수화(indexing)를 위해 촬영된다. 입자 분석을 위해서, TEM 이미지 상에 클리어 뷰(clear view)인 100개의 입자가 선택된다.
상기 입자들 중에서, {111}면 및 {100}면이 지수화되고 계수된다.
도 1은 팔면체(a) 및 절단 팔면체(b)인 우세한 입자 형태들이 도시되어 있다. 절단 팔면체는 또한 [011] 영역 축에 도시되었고, 상기 영역 축에서 입자들이 대부분 촬상되었다(c). 도 1로부터 대부분의 세리아 나노-입자는 {111} 및 {100} 타입 면이 우세한 표면을 갖는 것이 명확하다. 도 2a-2e는 (절단) 팔면체 타입 도핑된 세리아 입자의 상이한 예를 나타낸다.
실시예
1. 개시 물질은 Y-함량이 전체 금속 함량과 비교하여 5 at%의 양이 되도록 수성 Y-니트레이트 용액과 수성 Ce-니트레이트 용액을 혼합함으로써 제조된다. 100 kW의 고주파 유도 결합 플라즈마(radio frequency inductively coupled plasma)는 12 Nm3/h의 아르곤과 3 Nm3/h의 산소 기체를 갖는 아르곤/산소 플라즈마를 사용하여 생성된다. 혼합된 Y- 및 Ce-니트레이트 용액은 플라즈마에 500 mL/h의 속도로 주입되어, 2000 K 초과의 주위(예를들면, 반응 영역에서) 온도(prevalent temperature)가 된다. 상기 제1 공정 단계에서, Y/Ce-니트레이트는 완전히 기화(vaporized)되고, 그 후 핵성장(nucleation)에 의해 Y-도핑된 CeO2로 된다. 10 Nm3/h의 공기 플로우(air flow)는 2000 K 이하의 기체 온도로 낮추기위해서 반응 영역의 다운스트림에서 급냉 기체(quench gas)로 사용된다. 상기 방법으로, 금속 산화물 핵(nuclei)이 형성될 것이다. 여과한 이후에 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 수득되고, 도핑 원소는 CeO2 격자로 완전히 혼입되는 것을 특징으로 한다. 수득된 분말의 비표면적은 40 ± 2 m2/g (BET)이며, 이는 약 20 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
2. 실시예 1에 따른 장치가 유사한 조건에서 작동된다. 그러나, 개시 용액은 전체 금속 함량과 비교하여 2.5 at%를 포함하는 방법으로 제조된다. 여과 이후에, 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 수득되며, 도핑 원소는 CeO2 격자로 완전히 혼입되는 것을 특징으로 한다. 수득된 분말의 비표면적은 40 ± 2 m2/g (BET)이며, 이는 약 20 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
3. (비교예) 실시예 1에 따른 장치가 유사한 조건에서 작동된다. 그러나, 개시 용액은 Y가 첨가되지 않은 순수한 Ce-니트레이트 용액이다. 여과 이후에, 나노-크기의 순수한 CeO2 분말이 수득되며, 40 ± 2 m2/g (BET)의 비표면적을 갖는다. 이는 약 20 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
4. (비교예) 250 kW의 직류 플라즈마 토치(direct current plasma torch)가 플라즈마 기체로서 질소를 가지고 사용된다. 기체는 150 Nm3/h의 속도로 프라즈마를 배출한다. Ce-니트레이트 용액이 플라즈마의 다운스트림에서 25 kg/h의 속도로 주입된다. 상기 단계에서, 반응물이 증기화되어 2000 K 초과의 주위 기체 온도 및 CeO2 분말로서 핵제(nucleate)를 수득한다. 추가의 다운스트림에서 공기가 6000 Nm3/h의 유속으로 송입되어 기체 온도를 감소시킨다. 여과 이후에, 나노-크기의 CeO2 분말이 수득된다. 수득된 분말의 비표면적은 40 ± 2 m2/g(BET)이며, 이는 약 20 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
5. 실시예 4에 따른 장치가 유사한 조건에서 작동된다. 그러나, 개시 용액은 전체 금속 함량과 비교하여 2.5 at%의 Y를 포함하는 방법으로 제조된다. 여과 이후에, 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 수득되며, 도핑 원소는 CeO2 격자로 완전히 혼입되는 것을 특징으로 한다. 수득된 분말의 비표면적은 40 ± 2 m2/g (BET)이며, 이는 약 20 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
6. 실시예 4에 따른 장치가 유사한 조건으로 작동하지만, 400kW의 플라즈마 파워 및 5000 Nm3/h의 공기 유속으로 작동된다. 상기 방법으로, 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 30 ± 3 m2/g(BET)의 비표면적을 갖는 것이 수득되며, 이는 약 30 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
7. 실시예 4에 따른 장치가 유사한 조건으로 작동하지만, 400kW의 플라즈마 파워 및 15000 Nm3/h의 공기 유속으로 작동된다. 상기 방법으로, 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 80 ± 5 m2/g(BET)의 비표면적을 갖는 것이 수득되며, 이는 약 11 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
8. 실시예 7에 따른 방법을 사용하지만, Ce/Y-아세테이트 용액이 개시 물질로 사용된다. 상기 방법으로, 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 100 ± 10 m2/g(BET)의 비표면적을 갖는 것이 수득되며, 이는 약 10 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
9. 실시예 4에 따른 장치가 유사한 조건으로 작동하지만, 400kW의 플라즈마 파워 및 3000 Nm3/h의 공기 유속으로 작동된다. 상기 방법으로, 나노-크기의 Y-도핑된 CeO2 분말이 12 ± 2 m2/g(BET)의 비표면적을 갖는 것이 수득되며, 이는 약 80 nm의 평균 1차 입자 크기에 해당한다.
모든 분말 시료들은 TEM 및 XRD 분석에 의해서 확인한 바 적어도 95 중량%의 단일-결정성 입자를 포함한다. 하기 표 1은 상술된 TEM 방법에 따라 분말 시료에 존재하는 {111} 및 {100}면의 비율을 요약하였다. 이트륨 도핑된 모든 시료는 도핑되지 않은 세리아 분말과 비교하여 더 많은 {111}면을 갖는 것이 명확하다. {111}이 아닌 면 중에서, 표 1은 50% 이상이 {100}인 것을 보여주며, 이는 도핑된 세리아 입자의 형태는 (절단) 팔면체 타입이 우세한 것을 나타낸다.
Figure pct00001
10. 실시예 1에 기술된 바와 같이 제조된 5 at%의 Y를 갖는 이트륨 도핑된 세리아 분말이 pH 10(KOH를 사용함)에서 물 및 폴리-아크릴산과 혼합되어, 수득된 세리아 함량은 1 중량%이고, 폴리-아크릴 사슬의 중량은 세리아 중량의 3.4%이며, 혼합물은 10분동안 초음파 처리(sonicate)된다. 그후 상기 혼합물은 40 rpm으로 회전하는 폴리싱 패드에 놓고, 1분동안 65 rpm에서 회전하는 피착된 SiO2 필름을 갖는 Si 웨이퍼가 패드에 대해서 4 psi로 프레스된다. 그후, 웨이퍼를 헹구고, 세정하고, 건조한다. 엘립소미터(ellipsometry)에 의해 측정되는 수득된 필름 두께 손실은 69 nm이다. 그후, 웨이퍼는 남아있는 SiO2 필름의 15 nm가 용해될 때까지 0.2% HF 배스에 침지된 후, 헹구고, 워터 마크(water marks)가 표면에 남아 있지 않도록 건조시킨다. 암시야 레이저 광 산란(dark field laser light scattering)에 의해서 측정되는 0.15 μm 이상의 필름 표면상에 얻어진 결함의 수는 3752이다. 두가지 결과는 만족스러운 것으로 사료된다.
11. 실시예 2에 기술된 바와 같이 제조된 2.5 at%의 Y를 갖는 이트륨 도핑된 세리아 분말은 실시예 10에 기술된 바와 같은 피착된 SiO2 필름으로 Si 웨이퍼를 폴리싱하는데 사용되는 혼합물이 수득된다. HF 배스에 침지되기 이전에 수득된 필름 두께 손실은 75 nm이다. HF 배스에 침지된 이후에 0.15 μm 이상의 수득된 결함의 수는 1750이다. 두가지 결과는 만족스러운 것으로 사료된다.
12. (비교예) 비교 실시예 3에 기술된 바와 같이 제조된 순수한 세리아 분말은 실시예 10에 기술된 바와 같은 피착된 SiO2 필름으로 Si 웨이퍼를 폴리싱하는데 사용되는 혼합물이 수득된다. HF 배스에 침지되기 이전에 수득된 필름 두께 손실은 59 nm이며, 이것은 너무 낮다. HF 배스에 침지된 이후에 0.15 μm 이상의 수득된 결함의 수는 6916이다. 상기 숫자는 높아서 적당하지 않은 것으로 사료된다.

Claims (13)

10-120 m2/g의 비표면적을 갖는 이트륨-도핑된 세리아 입자(yttrium-doped ceria particles)로서,
상기 입자의 95 중량% 이상, 바람직하게는 99 중량% 이상은 단일-결정(mono-crystalline)이며, 입자 표면의 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상은 {111}면에 평행한 면(planes)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이트륨-도핑된 세리아 입자.
제 1 항에 있어서,
상기 입자는 전체 금속 함량에 대해서 0.1-15 at%의 도핑 원소(doping element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이트륨-도핑된 세리아 입자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 입자는 불가피한 불순물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이트륨-도핑된 세리아 입자.
분산액, 현탁액 및 슬러리 중 어느 하나로 구성된 유동성 혼합물(fluid mixture)의 제조에 사용되는, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 이트륨-도핑된 세리아 입자의 사용 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 이트륨-도핑된 세리아 입자를 포함하는 유동성 혼합물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 이트륨-도핑된 세리아 입자를 합성하기 위한 기체상 방법으로서,
- 가열 기체 스트림(hot gas stream)을 준비하는 단계; 및
- 상기 기체 스트림을 세륨-함유 반응물, 이트륨-함유 반응물 및 산소-함유 반응물에 도입하는 단계를 포함하며;
상기 기체 스트림의 온도는 상기 반응물을 분무화(atomize)하도록 선택되고, 상기 반응물은 냉각시에 이트륨-도핑된 세리아 입자를 형성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 기체상 합성 방법.
제 6 항에 있어서,
세륨-함유 반응물은 세륨 클로라이드, 카르보네이트, 옥사이드, 설페이트, 니트레이트, 아세테이트 및 유기-금속성 세륨 화합물 중 1 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체상 합성 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
이트륨-함유 반응물은 이트륨 클로라이드, 카르보네이트, 옥사이드, 설페이트, 니트레이트, 아세테이트 및 유기-금속성 이트륨 화합물 중 1 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체상 합성 방법.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
산소-함유 반응물은 세륨-함유 반응물과 이트륨-함유 반응물 중 1 이상에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는 기체상 합성 방법.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 기체 스트림은 기체 버너, 열벽 반응기(hot-wall reactor) 및 고주파(radio frequency) 또는 직류 아크(arc) 플라즈마 중 어느 하나에 의해서 생성되는 것을 특징으로 하는 기체상 합성 방법.
제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
기체 스트림에서 이트륨-도핑된 세리아 입자의 형성 이후에, 기체 스트림이 급냉(quenching)되는 것을 특징으로 하는 기체상 합성 방법.
기판을 폴리싱(polishing)하는 방법으로서,
- 기판 캐리어(substrate carrier), 회전 폴리싱 패드(rotating polishing pad) 및 연마제 슬러리를 상기 폴리싱 패드에 공급하는 수단을 포함하는 CMP 장치를 준비하는 단계;
- 폴리싱될 기판을 기판 캐리어에 놓는 단계;
- 상기 기판을 회전 폴리싱 패드에 대해 프레싱하는 단계; 및
- 적당한 양의 연마제 슬러리를 폴리싱 패드상에 공급하는 단계를 포함하며;
상기 연마제 슬러리는 제 5 항에 따른 유동성 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 디옥사이드, 실리콘 니트라이드, 구리, 구리 배리어(copper barrier) 및 텅스텐 중 1 이상의 코팅을 포함하거나, 또는 유리질 표면(glass-like surface)으로 구성하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
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