KR20110100548A - 실리콘 웨이퍼 에지 연마용 콜로이달 실리카 슬러리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마용 콜로이달 실리카 슬러리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리식산에 수산화알칼리를 반응시켜 제조되며, 비구형 형태를 갖는 콜로이달 실리카를 포함하여 연마 효율이 높은 실리콘 웨이퍼 에지 연마용 콜로이달 실리카 슬러리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콜로이달 실리카 슬러리는 비구형 형태, 50~100nm의 평균입자크기 및 울퉁불퉁한 표면을 갖는 콜로이달 실리카를 포함하여 분산 안정성이 뛰어나고 낮은 실리카 농도로도 높은 연마속도를 낼 수 있으며, 건조 겔 퇴적현상과 과도한 에칭현상을 방지할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 따른 콜로이달 실리카 슬러리는 비구형 형태, 50~100nm의 평균입자크기 및 울퉁불퉁한 표면을 갖는 콜로이달 실리카를 포함하여 분산 안정성이 뛰어나고 낮은 실리카 농도로도 높은 연마속도를 낼 수 있으며, 건조 겔 퇴적현상과 과도한 에칭현상을 방지할 수 있는 특징이 있다.
Description
본 발명은 연마용 콜로이달 실리카 슬러리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리식산에 수산화알칼리를 반응시켜 제조되며, 비구형 형태를 갖는 콜로이달 실리카를 포함하여 연마 효율이 높은 실리콘 웨이퍼 에지 연마용 콜로이달 실리카 슬러리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼는 원기둥 모양의 규소 단결정 주괴(ingot)를 얇게 자르는 슬라이싱 공정, 슬라이싱 공정에서 야기된 웨이퍼 표면의 손상을 제거하고 평탄도를 향상시키기 위해 웨이퍼의 전면(front side)과 후면(back side)의 표면을 연마하는 랩핑(lapping) 공정과, 랩핑 공정에서 연마된 웨이퍼의 표면에 발생된 미세 균열이나 표면 결함을 제거하기 위해 화학적 반응을 이용하여 웨이퍼 표면을 에칭하는 식각(etching) 공정 등의 일련의 쉐이핑(shaping) 공정을 거친 후, 웨이퍼의 표면 거칠기와 평탄도를 향상시키기 위해 웨이퍼의 표면을 폴리싱(polishing)하는 연마장치를 이용한 연마 공정 및 세정 작업을 거쳐 제작된다. 이때, 특히 8인치 이상의 큰 실리콘 웨이퍼의 경우에는 에지 부분에 발생하는 크랙(crack) 및 결점을 방지하기 위해 에지 연마가 수행된다.
실리콘 웨이퍼 제조과정이나 반도체 제조과정에서 웨이퍼를 운반할 때 대부분 25매용 케이스를 이용하여 보관 이송하는 것이 일반적인데, 작은 직경의 웨이퍼는 케이스에 마찰되는 부분의 충격이 적어 큰 어려움은 없으나 큰 직경의 웨이퍼인 8인치 이상에서는 충격의 의한 에지의 크랙킹이나 치핑(chipping)이 일어나기가 아주 쉬워 실리콘웨이퍼가 깨어질 수 있다.
반도체 회사의 최근 동향을 보면 작은 구경의 실리콘웨이퍼 보단 생산성 및 제조원가 측면을 고려해 큰 구경인 8인치 이상의 웨이퍼가 거의 사용되고 있으며, 이렇게 큰 구경의 웨이퍼는 취급도중 에지 부분에 크랙킹이나 치핑이 발생하기 쉬워 에지를 연마하는 것이 일반화되었다.
실리콘 웨이퍼의 운반 및 보관을 용이하게 하고 깨짐을 방지하기 위해 통상 에지 부분을 연마하는데 이 에지 연마는 통상적인 경면 연마와 달리 웨이퍼를 한 장씩 연마할 수밖에 없어 생산성이 매우 떨어진다. 그래서 에지 연마는 생산성을 높이기 위해 높은 연마제거율을 가질 수밖에 없고 또한 높은 연마제거율을 가지기 위해 연마입자의 농도가 높거나 화학적인 연마를 위해 첨가제를 과량으로 넣는 것이 일반적이다.
또한, 최근 사용되고 있는 에지 연마제용 슬러리는 높은 연마제거율을 가지기 위해 일반적으로 첨가제가 적은 대신 표면이 둥글고 입자 사이즈가 80 ~ 120nm(BET) 정도의 콜로이달 실리카를 고농도인 40% 이상으로 사용하고 있거나, 아니면 스탁(stock) 슬러리인 경면 연마제를 그대로 사용하고 있는데 경면 연마에 사용되는 스탁 슬러리는 과량의 첨가제를 포함하고 있다. 앞서 언급했듯이 에지 연마는 한 장씩 연마할 수밖에 없고 또한 경면 연마처럼 표면 전체가 연마되는 것이 아니라 에지 부분만 연마되므로 웨이퍼 에지 부분에 슬러리가 정체하는 현상이 어쩔 수 없이 발생된다. 슬러리가 정체되는 현상으로 인해 에지 연마용 슬러리는 고농도로 인한 건조 겔이 웨이퍼 표면에 퇴적하기 쉽고, 스탁 슬러리용 경면 연마제는 과량의 첨가제로 에지 부분에 과도한 에칭현상을 유발시켜 흰띠(난반사)를 발생시키는데, 이것은 Edge over polishing의 한 종류로 반도체칩 생산 수율에도 영향을 끼친다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리식산에 수산화알칼리를 반응시켜 제조되며, 비구형 형태를 갖는 콜로이달 실리카를 포함함으로써, 분산 안정성이 뛰어나고 낮은 실리카 농도로도 높은 연마속도를 낼 수 있으며, 건조 겔 퇴적현상과 과도한 에칭현상을 방지할 수 있는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 연마용 콜로이달 실리카 슬러리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
하나의 양태로서, 본 발명은 실리식산에 수산화알칼리를 반응시켜 제조되며, 비구형 형태를 갖는 콜로이달 실리카를 포함하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리에 관한 것이다.
본 발명에서 "비구형(non-spherical)"은 구형이 아닌 형태, 예를 들면, 타원형, 별모양형 등의 다양한 형태를 갖는 실리카 입자가 최소한 2종 이상 혼재된 형태를 의미한다.
상기 살라카 입자가 타원형, 별모양형 등과 같이 비구형 형태일 때, 장축/단축 비율은 1.01 내지 20, 바람직하게는 1.2 내지 5 일 수 있다.
또한, 본 발명의 콜로이달 실리카 슬러리는 구형 형태의 콜로이달 실리카 입자를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서는 상기 콜로이달 실리카 슬러리는 비구형 형태의 콜로이달 실리카입자가 전체 콜로이달 실리카 입자 중 50중량% 이상, 바람직하게는 60중량% 이상, 더욱 바람직하게는 70중량%, 가장 바람직하게는 80중량%일 수 있다.
본 발명의 콜로이달 실리카는 50 내지 100nm의 평균입자크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 55 내지 80nm 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 55 내지 75nm 이다. 실리카 입자크기가 50nm 이하이면 연마작용의 효과가 미미할 수 있고, 100nm 이상이면 웨이퍼 표면을 손상시키거나 슬러리의 안정성이 문제가 생길 수 있다.
또한, 본 발명의 비구형 및 구형 형태의 콜로이달 실리카는 울퉁불퉁한 표면을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명의 콜로이달 실리카는 실리식산에 수산화알칼리를 반응시켜 제조됨을 특징으로 하는데, 이때, 상기 실리식산은 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 이용하는 것이 바람직하며, 상기 수산화 알칼리로는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(CaOH) 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 이중 바람직하게는 수산화나트륨 또는 수산화칼슘이다. 본 발명의 50 내지 100nm의 평균입자크기 및 울퉁불퉁한 표면을 갖는 콜로이달 실리카는 실리카 제조과정에서 올리고머 형태의 실리식산으로 실리카 핵 중합 및 성장시 반응 속도를 느리게 조정함으로써 제조됨을 특징으로 한다.
본 발명의 구체예에서 상기 콜로이달 실리카의 함량은 슬러리 총 중량을 기준으로 5~40중량%일 수 있으며, 바람직하게는 5~30중량%이며, 더욱 바람직하게는 10~25중량%이다. 본 발명의 콜로이달 실리카는 상기 중량 범위에서 높은 연마 효율을 나타내면서도 실리콘 웨이퍼 표면의 조도를 양호하게 한다. 본 발명의 콜로이달 실리카는 기존의 구형 실리카에 비해 모양이 일정하지 않은 비구형 형태를 가지고 울퉁불퉁한 표면을 가지므로, 작은 입자크기 및 낮은 농도의 실리카 함량으로도 연마 효율이 뛰어난 특징이 있다. 또한 입자크기가 작으므로 슬러리 내의 분산 안정성이 높으며, 웨이퍼 연마시 표면 조도를 양호하게 하고, 웨이퍼 표면 균열 없이 오염을 감소시키고, 건조 겔에 의한 퇴적현상을 줄이면서 과도한 에칭현상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 콜로이달 실리카 슬러리는 연마 효율을 증대시키고 슬러리의 분산안정성을 높이기 위해 소량의 첨가제로서 연마촉진제 및 분산안정제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 콜로이달 실리카 슬러리에 포함될 수 있는 연마촉진제로는 아민류가 바람직한데, 예를 들면, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 모노에탄올아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸펜타아민, 헥사메틸렌다이민, 피페라진 등이 가능하며, 단독 또는 2종 이상의 혼합물 형태로 사용할 수 있다. 상기 연마촉진제는 콜로이달 실리카 슬러리 총 중량에 대하여 0.01 ~ 1.0중량% 정도의 소량을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 0.01중량% 미만으로 첨가할 경우 충분한 연마력을 발휘할 수 없고 1.0중량%를 초과하게 되면 과도한 에칭현상을 유발시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 콜로이달 실리카 슬러리에 포함될 수 있는 분산안정제로는 암모니아류가 바람직한데, 예를 들면, 수산화암모늄, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 탄산암모늄, 탄산수소암모늄 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 이외에도 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 사용할 수 있다. 상기 분산안정제는 콜로이달 실리카 슬러리 총 중량에 대하여 0.01 ~ 2.0중량% 정도의 극소량만 첨가하여도 충분한 효과를 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 콜로이달 실리카 슬러리는 응집방지제, 분산제 및 유기산 등을 추가로 포함시켜 일련의 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 이러한 경우, 슬러리 내부의 큰 입자로 인한 웨이퍼 긁힘 현상을 방지하기 위해, 0.5~3㎛ 크기의 필터를 사용하여 필터링한 후 이용하는 것이 바람직하다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 올리고머 형태의 활성화된 실리식산에 수산화알칼리를 60~100℃의 온도에서 7~12시간 동안 반응시키면서 콜로이달 실리카 입자의 핵을 형성시켜 입자 상태로 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 연마용 콜로이달 실리카 슬러리의 제조방법은 구체적으로 (a) 규산나트륨 수용액을 양이온 교환수지탑에 통액시켜 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 제조하는 단계; (b) 상기 올리고머 형태의 활성화된 실리식산에 수산화 알칼리를 실리식산 총량 대비 1~20중량%로 첨가하여 60~100℃의 온도에서 7~12시간 동안 반응시키면서 콜로이달 실리카 입자의 핵을 형성시켜 10~30nm의 입자로 성장시키는 단계; (c) 상기 입자상태로 성장시킨 콜로이달 실리카 현탁액을 콜로이달 실리카 농도가 5~40중량%가 될 때까지 농축시키는 단계; 및 (d) 상기 (b)~(c) 단계를 반복하여 평균입자크기가 50~100nm인 콜로이달 실리카를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 콜로이달 실리카 슬러리 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
(a) 활성화된 실리식산 제조 단계
상기 단계는 규산나트륨 수용액을 양이온 교환수지탑에 통액시켜 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 제조하는 단계이다. 상기 규산나트륨 수용액은 양이온 교환수지탑을 통과하면서 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 형성시키며 이때, 상기 실리식산 상태에서의 콜로이달 실리카 입자의 핵은 3nm 이하 크기를 갖게 된다.
또한, 재생된 양이온 수지탑을 통과하는 희석된 규산나트륨 수용액에 포함되어 있는 금속화합물 등의 불순물은 양이온 교환수지에 의해 제거된다.
이때, 상기 규산나트륨 수용액은 규산나트륨 5~10중량% 및 탈이온수 90~95중량%를 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양이온 교환수지탑은 염산 수용액으로 재생시킨 것을 이용하는 것이 바람직한데, 구체적으로는 염산 20~30중량% 및 탈이온수 70~80중량%을 혼합시켜 염산 수용액을 제조한 후, 이를 양이온 교환수지에 재생시킨 후, 탈이온수로 수세하여 이용할 수 있다.
또한, 상기 염산은 35%염산을 이용할 수 있으며, 염산의 함량이 20중량% 미만일 경우에는 양이온 교환 수지의 재생이 전체적으로 완전히 이루어지지 않는다. 이 경우 규산소다가 이온 교환수지를 통과하면서 생성되는 실리식산의 pH가 4 이상 높게 나타나고 실리식산이 겔(gel) 상태가 되기 때문이다. 또한, 염산의 함량이 30중량%를 초과할 경우에는 양이온 교환수지에 잔존하는 염산의 량이 너무 많아 규산소다가 양이온 교환 수지탑을 통과한 후 실리식산의 pH가 잔존 염산에 의해 너무 낮게(pH 1 이하) 나타나기 때문에 후공정인 입자 생성 단계에서 과다한 염소 때문에 입자 생성이 제대로 이루어지지 않고 응집현상이 두드러지는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 상기 양이온 교환수지탑은 염산 수용액으로 재생시킨 후 탈이온수로 수세시켜 이용하는데, 재생 후 나오는 염산 수용액은 수처리 공정에서 정화시킨다. 상기 양이온 교환수지의 재생 과정은 염산의 수소이온(H+)과 양이온 수지의 나트륨이온(Na+)간의 이온치환법에 의하여 이루어지는데, 이때, 양이온 수지 재생과정 시 치환 후 남은 이온(H+, Na+)들은 수세 과정에서 깨끗이 씻어내고, 수세 후의 물은 별도의 수처리 공정에서 정화시킨다.
(b)
콜로이달
실리카 입자 핵 형성 및 입자 성장 단계
상기 단계는 상기 단계 (a)에서 형성된 올리고머 형태의 실리식산에 수산화알칼리를 첨가하고, 적절한 온도 및 시간으로 반응시킴으로써 콜로이달 실리카 입자 핵을 중합시키고, 10~30nm 크기의 입자 상태로 성장시키는 단계이다.
이때, 상기 수산화알칼리로는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 이러한 수산화알칼리는 상기 단계(a)에서 형성된 올리고머 형태의 활성화된 실리식산과 축합 반응을 통해 콜로이달 입자 핵 형성 및 입자 성장의 안정화 역할을 위한 베이스(Base)로 첨가하게 된다.
상기 수산화알칼리의 첨가량은 활성화된 실리식산 현탁액 총량 대비 1 내지 20중량%인 것이 바람직한데, 첨가량이 1중량% 미만일 경우에는 베이스에 비해 과량의 활성화된 실리식산이 반응됨으로써 미반응으로 인한 콜로이달 실리카 입자 핵 형성 및 입자성장의 저해현상이 일어날 수 있고, 20중량% 초과할 경우는 활성화된 실리식산에 비해 과량의 베이스가 첨가됨으로써 콜로이달 실리카 입자 핵 형성 및 입자성장 후 용해 현상을 유발할 수 있으며 입자 간의 응집 현상 등이 발생해 콜로이달 실리카 안정성을 저해할 수 있다. 또한, 수산화나트륨이나 수산화칼슘 이외에도 암모니아수(NH4OH) 및 규산나트륨 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 올리고머 형태의 실리식산은 50~200ℓ/hr의 속도로 반응조(1톤 기준)로 유입되도록(feeding) 하는 것이 바람직하다. 콜로이달 실리카 현탁액의 유입속도가 50ℓ/hr 미만일 경우에는 실리카 입자 간의 응집 현상 증가로 인한 안정성 측면에서 문제가 될 수 있고, 200ℓ/hr 초과할 경우에는 미반응으로 인한 작은 실리카 입자와 큰 입자의 전반적으로 브로드(broad)한 입자 분포를 가지게 된다.
또한, 상기 실리식산과 수산화알칼리의 반응은 60~100℃의 온도에서 7~12시간 동안 진행시켜 반응 속도를 천천히 조절하여 콜로이달 실리카 입자의 핵을 형성시키고 10~30nm 크기의 입자 상태로 성장시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 실리식산과 수산화알칼리를 60~80℃의 온도에서 9~12시간 동안 반응시켜 콜로이달 실리카 입자를 제조할 수 있다.
구형 콜로이달 실리카 입자 제조를 위한 반응 조건은 80~200℃ 온도인데, 80℃ 미만일 경우에는 베이스와 활성화된 실리식산과의 축합 반응성이 현저히 감소해서 입자성장에 미달될 수 있고, 200℃ 이상일 경우에는 실리카 입자 간의 응집현상으로 인한 콜로이달 실리카 안정성을 저해하게 되기 때문이다. 그러나, 80℃ 미만의 반응 온도에서도 반응 속도를 늦추어 반응 시간을 7~12시간으로 길게 조정하면 활성화된 실리식산의 축합반응이 천천히 일어나면서 실리카 입자는 표면이 울퉁불퉁하게 되고, 다양한 형상(도 1)을 갖게 된다.
(c)
콜로이달
실리카 현탁액 농축 단계
상기 단계는 상기 단계(b)에서 입자상태로 성장시킨 콜로이달 실리카 현탁액을 농축시키는 단계이다. 상기 농축은 현탁액 내 콜로이달 실리카의 농도가 5~40중량%가 될 때까지 진행하는 것이 바람직하며, 농축 멤브레인을 이용할 수 있다.
(d)
콜로이달
실리카
슬러리
제조 단계
상기 단계는 상기(b)~(c)단계를 반복하여 평균입자크기가 50~100nm인 콜로이달 실리카를 제조하는 단계이다. 본 발명의 콜로이달 실리카 입자는 이러한 반복 방식을 통해 성장됨으로써 타원형뿐만 아니라, 별모양 형태로도 성형될 수 있다.
본 발명의 상기 제조방법에 의해 제조되는 실리카 입자는 비구형 형태를 가지며 울퉁불퉁한 표면을 가져, 기존의 구형 입자보다 기계적 연마 작용의 효과가 크므로 웨이퍼 연마시 안정성에 문제가 있는 100nm 이상의 크기로 성장시킬 이유가 없으며, 기존의 에지 연마용 슬러리보다 작은 입자크기와 적은 농도로도 충분한 기계적 연마 작용을 나타낼 수 있으며, 건조 겔 퇴적현상과 과도한 에칭현상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 콜로이달 실리카 슬러리로 실리콘 웨이퍼 에지를 연마한 경우, 가공율이 높고 표면조도(Roughness)가 양호할 뿐만 아니라, 건조 겔에 의한 퇴적이 줄어들고 과도한 에칭 현상이 억제되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 콜로이달 실리카 슬러리는 비구형 형태이고, 울퉁불퉁한 표면을 가지면서 50~100nm의 평균입자크기를 가져, 분산 안정성이 뛰어나고 낮은 실리카 농도로도 높은 연마속도를 낼 수 있으며, 실리콘 웨이퍼 표면의 조도를 양호하게 하며, 표면 오염을 감소시킬 수 있고, 건조 겔에 의한 퇴적발생을 줄이고 과도한 에칭현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 콜로이달 실리카 슬러리는 작은 입자크기 및 낮은 실리카 농도로도 연마 효율이 높아 제조 단가를 낮출 수 있어 경제적인 특징이 있다.
도 1은 제조예에서 제조된 비구형 콜로이달 실리카의 TEM 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 비교예1의 구형 콜로이달 실리카의 TEM 사진이다.
도 3(a)~(d)는 실리콘 웨이퍼 에지 연마 후 에지 부분의 SEM 사진이다.
도 4는 에지 연마 후 실리콘 웨이퍼의 에칭에 의한 영향을 보기 위해 웨이퍼 표면을 찍은 SEM 사진이다.
도 5는 에지 부분의 Roughness 측정 방법에 대한 개략도이다.
도 6은 실리콘 웨이퍼 에지 연마 후 에지 부분의 조도(Roughness)를 측정한 데이터이다.
도 2는 비교예1의 구형 콜로이달 실리카의 TEM 사진이다.
도 3(a)~(d)는 실리콘 웨이퍼 에지 연마 후 에지 부분의 SEM 사진이다.
도 4는 에지 연마 후 실리콘 웨이퍼의 에칭에 의한 영향을 보기 위해 웨이퍼 표면을 찍은 SEM 사진이다.
도 5는 에지 부분의 Roughness 측정 방법에 대한 개략도이다.
도 6은 실리콘 웨이퍼 에지 연마 후 에지 부분의 조도(Roughness)를 측정한 데이터이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
제조예
.
비구형
콜로이달
실리카 제조
규산나트륨 10중량%를 탈이온수 90중량%에 용해시켜 규산나트륨 희석액을 제조한다. 별도로 35%염산 용액 20중량%를 탈이온수 80중량%에 희석시킨 후 이 희석된 염산 수용액으로 양이온 교환수지탑을 재생시켰다. 재생된 양이온 교환수지탑에 상기에서 제조한 규산나트륨 희석액을 통과시켜 규산소다 희석액 내에 함유되어 있는 불순물을 제거하고 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 형성시켰다. 여기서 제조된 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 1 ton 반응조 기준으로 했을 때 100ℓ/hr 속도로 반응조로 이송시킨 후, 수산화나트륨을 실리식산 총량 대비 5중량%로 첨가한 후, 70~80℃의 온도로 10시간 동안 천천히 반응시켜 콜로이달 실리카의 입자를 형성 및 성장시킨 후, 콜로이달 실리카의 농도가 20중량%가 될 때까지 농축 멤브레인으로 농축시켰다. 이 현탁 슬러리를 다시 반응조로 이송하여 반응, 농축 단계를 3회 더 반복하여 입자의 크기를 60~70㎚ 크기까지 성장시킨 다음 최종적으로 필터링하여 비구형 콜로이달 실리카 슬러리를 제조하였다. 제조된 콜로이달 실리카의 TEM 사진을 도 1에 나타내었다.
실시예
1,
비교예
1~2. 실리콘 웨이퍼 에지 연마
[
실시예
1]
상기 제조예에서 제조된 비구형 콜로이달 실리카를 이용하여 실리콘 웨이퍼 에지를 연마하였다.
실리카(SiO2) 함량 20중량%이고, 60~70㎚의 입자크기를 갖는 직접 제조한 콜로이달 실리카에 첨가제로 실리카 중량 대비 트리에틸아민 0.7중량% 및 수산화암모늄 1.4중량%를 첨가하여 pH 11이 되도록 제조하였다. 제조된 슬러리는 1 : 19(슬러리 : 증류수)로 희석하여 연마에 사용하였고 8인치와 12인치 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
연마 후 실리콘 웨이퍼 에지 부분의 SEM 사진을 도 3(a)에 나타냈으며, 실리콘 웨이퍼의 표면 SEM 사진을 도 4에 나타내었다.
[
비교예
1]
구형 모양을 갖는 콜로이달 실리카를 이용하고 실리카 함량을 높인 후, 실리콘 웨이퍼 에지를 연마하였다.
실리카(SiO2) 함량 40중량%이고 구형 모양에 입경이 약 75nm(BET)인 콜로이달 실리카에 첨가제로 트리에틸아민 및 수산화암모늄을 첨가하여 pH 11이 되도록 제조하였다.(실시예 1과 첨가제의 함량은 동일) 제조된 슬러리는 1 : 19(슬러리 : 증류수)로 희석하여 연마에 사용하였고 8인치와 12인치 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
[
비교예
2]
실리카(SiO2) 함량 27중량%이고 구형모양에 입경이 약 75nm(BET)인 콜로이달 실리카(비교예 1과 동일)에 첨가제로 실리카 중량 대비 트리에틸아민 1.4중량% 및 수산화암모늄 2.8중량%를 첨가하여 pH 11.5가 되도록 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리는 현재 실리콘 웨이퍼의 표면 연마용 슬러리인 Stock 슬러리와 거의 비슷한 조성으로 1 : 19(슬러리 : 증류수)로 희석하여 연마에 사용하였고 8인치와 12인치 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
실험예
1. 실리콘 웨이퍼 에지 연마량 측정
실시예 1, 비교예 1,2의 방법으로 실리콘 웨이퍼 에지를 연마하고, 각 경우마다 실리콘 웨이퍼 표면 연마량을 측정하였다(표 1). 이는 슬러리의 모양 및 농도 그리고 첨가제의 량에 따른 연마량으로 실제 측정하기 힘든 에지 부분의 연마량에 대한 간접적 실험 결과이다.
- 실험 조건 -
연마 장치 : Poly-500(G&P社, 한국)
연마패드 : SUBA 600(Rodel社, 미국)
슬러리 유량 : 700ml/min
Head 회전속도 : 120rpm
Pad 회전속도 : 120rpm
압력 : 260g
연마시간 : 10min
피연마체 : 8 inch 실리콘 웨이퍼
슬러리 희석비 : 1 : 19(슬러리 : 증류수)
| 구분 | 첨가제 | pH | 실리카 함량 | 희석비 | 연마량(㎛) | 비고 |
| 실시예 1 | amine류 Ammonia류 |
11 | 20wt% | 1:19 | 5.0, 4.9, 5.0 | - |
| 비교예 1 | amine류 Ammonia류 |
11 | 40wt% | 1:19 | 4.6, 4.7 ,4.7 | 실시예1과 동일한 첨가제량 사용 |
| 비교예 2 | amine류 Ammonia류 |
11.5 | 27wt% | 1:19 | 6.8, 6.8, 6.9 | Stock용 슬러리와 비슷한 조건의 첨가제량 사용 |
상기 표 1의 결과에서 보듯이, 실시예 1의 비구형 콜로이달 실리카 슬러리는 비교예 1의 구형 콜로이달 실리카 슬러리에 비해 실리카 입자크기가 작고 실리카 함량이 1/2 수준이지만, 연마량이 더 좋은 것으로 나타났다. 또한, 비교예 2는 비교예 1에 비해 실리카 함량은 작지만 첨가제 함량이 많아 연마량이 더 높은 것을 확인할 수 있었다.
실험예
2. 실리콘 웨이퍼 에지 표면의 조도(
Roughness
) 측정
MP-2200 장비를 이용하여 도 5의 방법으로 실리콘 웨이퍼 에지 부분의 Front & Back, 및 Apex의 roughness 측정을 하였다.
- 실험 조건 -
연마 장치 : 에지 연마-Fine Surface E-300 Type -Ⅰ,II(BBS社, 일본)
연마 패드 : LGS01(FILWEL社, 일본)
슬러리 유량 : 1000㎖/min
드럼 Pad 회전속도 : 850rpm
압력 : 100N(10.2Kg)
연마시간 : 40초
피연마체 : 8 inch, 12 inch 실리콘 웨이퍼
슬러리 희석비 : 1 : 19(슬러리 : 증류수)
에지 부분의 연마량은 직접적인 수치 측정이 아닌 연마된 부분의 표면과 반사된 모양에 의해 불량의 유무를 검사하는데 상기 실험조건에 대한 결과를 보면 실시예 1, 비교예 1 및 2 (각각 도 3(a), (b), (c))의 경우 에지 부분이 매우 양호하게 연마가 되었다는 것을 불량인 도 3(d)와 비교해 보면 확연히 알 수 있었다. 그러나 도 3(c)의 반사된 모양을 보면 도 3(a), (b)의 결과와 다른 것을 볼 수 있다. 즉, 과량의 첨가제로 인한 표면 에칭효과로 반사되는 부분의 넓이가 증가됨을 확인할 수 있었다. 실리콘 웨이퍼 표면의 에지 부분을 측정한 도 4를 보면 에칭에 의해 센터방향으로 160㎛더 안쪽으로 에칭된 것을 볼 수 있다.
상기 조건에 의한 연마 후 표면 조도(Roughness)는 도 5와 같이 측정하였으며 그 결과는 도 6에 나타나듯이 실시예 1과 비교예 1은 거의 동일한 수준이었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 비구형 콜로이달 실리카는 기존의 에지 연마용 슬러리에 비해 작은 사이즈와 낮은 함량, 그리고 같은 량의 첨가제를 사용해도 높은 연마율과 양호한 표면 조도 결과를 보였다. 이는 웨이퍼 제조에서 필요로 하는 생산성 증대와 원가절감 그리고 실리카 흡착에 의한 웨이퍼 표면 오염을 줄일 수 있다는 것을 의미한다.
Claims (12)
- 실리식산에 수산화알칼리를 반응시켜 제조되며, 비구형 형태를 갖는 콜로이달 실리카를 포함하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리.
- 제1항에 있어서,
상기 콜로이달 실리카는 50~100nm의 평균입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리. - 제1항에 있어서,
상기 실리식산은 올리고머 형태의 활성화된 실리식산인 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리. - 제1항에 있어서,
상기 콜로이달 실리카 슬러리는 구형 형태를 갖는 콜로이달 실리카를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리. - 제1항에 있어서,
상기 콜로이달 실리카는 울퉁불퉁한 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리. - 제1항에 있어서,
상기 슬러리 내 콜로이달 실리카 함량은 5~40중량%인 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리. - 제1항에 있어서,
상기 콜로이달 실리카 슬러리는 연마촉진제 및 분산안정제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리. - 제7항에 있어서, 상기 연마촉진제는 아민류이고, 상기 분산안정제는 암모니아류인 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리.
- 올리고머 형태의 활성화된 실리식산에 수산화알칼리를 60~100℃의 온도에서 7~12시간 동안 반응시키면서 콜로이달 실리카 입자의 핵을 형성시켜 입자 상태로 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 올리고머 형태의 활성화된 실리식산에 수산화알칼리를 실리식산 총량 대비 1~20중량%로 첨가하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리의 제조방법. - (a) 규산나트륨 수용액을 양이온 교환수지탑에 통액시켜 올리고머 형태의 활성화된 실리식산을 제조하는 단계;
(b) 상기 올리고머 형태의 활성화된 실리식산에 수산화 알칼리를 실리식산 총량 대비 1~20중량%로 첨가하여 60~100℃의 온도에서 7~12시간 동안 반응시키면서 콜로이달 실리카 입자의 핵을 형성시켜 10~30nm의 입자로 성장시키는 단계;
(c) 상기 입자상태로 성장시킨 콜로이달 실리카 현탁액을 콜로이달 실리카 농도가 5~40 중량%가 될 때까지 농축시키는 단계; 및
(d) 상기 (b)~(c) 단계를 반복하여 평균입자크기가 50~100nm 인 콜로이달 실리카를 제조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 양이온 교환수지탑은 염산 수용액으로 재생시킨 것을 특징으로 하는 연마용 콜로이달 실리카 슬러리의 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020100019600A KR20110100548A (ko) | 2010-03-04 | 2010-03-04 | 실리콘 웨이퍼 에지 연마용 콜로이달 실리카 슬러리 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100019600A KR20110100548A (ko) | 2010-03-04 | 2010-03-04 | 실리콘 웨이퍼 에지 연마용 콜로이달 실리카 슬러리 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110100548A true KR20110100548A (ko) | 2011-09-14 |
Family
ID=44952943
Family Applications (1)
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| KR1020100019600A KR20110100548A (ko) | 2010-03-04 | 2010-03-04 | 실리콘 웨이퍼 에지 연마용 콜로이달 실리카 슬러리 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20110100548A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101719787B1 (ko) * | 2015-12-28 | 2017-03-24 | (주)에이스나노켐 | 알루미늄-함유 기판 연마용 슬러리 |
-
2010
- 2010-03-04 KR KR1020100019600A patent/KR20110100548A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR101719787B1 (ko) * | 2015-12-28 | 2017-03-24 | (주)에이스나노켐 | 알루미늄-함유 기판 연마용 슬러리 |
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