KR20150048154A - 연마용 조성물, 연마용 조성물의 제조 방법 및 연마용 조성물 원액의 제조 방법 - Google Patents

연마용 조성물, 연마용 조성물의 제조 방법 및 연마용 조성물 원액의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

연마용 조성물은, 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유한다. 이산화규소에는 수용성 고분자의 적어도 일부를 포함하는 흡착물이 흡착되어 있다. 흡착물의 탄소 환산 농도는 4질량ppm 이상이다. 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율은 15% 이상이다.

Description

연마용 조성물, 연마용 조성물의 제조 방법 및 연마용 조성물 원액의 제조 방법 {POLISHING COMPOSITION, METHOD FOR MANUFACTURING POLISHING COMPOSITION, AND METHOD FOR MANUFACTURING POLISHING COMPOSITION LIQUID CONCENTRATE}
본 발명은, 연마용 조성물, 연마용 조성물의 제조 방법 및 연마용 조성물 원액의 제조 방법에 관한 것이다.
컴퓨터에 사용되는 ULSI(Ultra Large Scale Integration) 등의 고도 집적화 및 고속화를 실현하기 위해, 반도체 디바이스의 디자인 룰의 미세화가 해마다 진행되고 있다. 그것에 수반하여, 반도체 디바이스에 사용되는 기판 상의 나노 오더의 미소한 표면 결함이 반도체 디바이스의 성능에 악영향을 미치는 사례가 증가하고 있다. 그로 인해, 종래는 문제로 되고 있지 않았던 미소한 표면 결함을 관리하는 것의 중요성이 높아지고 있다.
기판에 발생하는 미소한 표면 결함의 일부는, 지립 등의 연마재, 수용성 고분자 등의 첨가제, 연마 패드 부스러기, 연마에 의해 제거된 기판의 절삭 분말, 공기 중의 먼지 등의 이물질이 기판 표면에 흡착되고, 그것이 세정 공정에 있어서 제거되지 않고 기판 상에 잔류하는 것에 기인한다.
이러한 이물질에 기인하는 표면 결함을 저감시키기 위해서는, 연마 후의 기판 표면에 친수성을 부여하여, 세정 공정에 있어서의 이물질의 제거 효율을 높이는 것이 유효하다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 연마 후의 기판 표면에 친수성을 부여하는 것을 목적으로 하여, 점도 조정된 수용성 고분자를 연마용 조성물 중에서 사용하는 것의 개시가 있다.
일본 특허 공개 제2010-34509호 공보
본 발명의 목적은, 기판에 발생하는 미소한 표면 결함을 억제하는 것이 용이한 연마용 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은, 그 연마용 조성물의 조제에 사용되는 연마용 조성물 원액의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에서는, 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물이며, 상기 이산화규소에는 상기 수용성 고분자의 적어도 일부를 포함하는 흡착물이 흡착되어 있고, 연마용 조성물 중의 상기 흡착물의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 상기 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상인 연마용 조성물이 제공된다.
상기 수용성 고분자의 중량 평균 분자량은 300000 이하인 것이 바람직하다.
상기 수용성 고분자의 중량 평균 분자량은 200000 이하인 것이 바람직하다.
상기 수용성 고분자의 중량 평균 분자량은 100000 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 형태에서는, 상기 형태의 연마용 조성물을 제조하는 방법이며, 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물 원액을 조제하는 공정과, 상기 연마용 조성물 원액을 물 또는 염기성 수용액으로 희석함으로써, 상기 수용성 고분자를 포함하는 흡착물이 상기 이산화규소에 흡착된 연마용 조성물이며, 연마용 조성물 중의 상기 흡착물의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 상기 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상인 연마용 조성물을 얻는 공정을 포함하는 방법이 제공된다.
상기 연마용 조성물 원액을 조제하는 공정은, 이산화규소와 염기성 화합물의 혼합물에 수용성 고분자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 여과하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 함유량을 1질량% 이상 20질량% 이하로 함과 함께, 상기 염기성 화합물의 함유량을 0.01질량% 이상 1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수를 8.5×10-6mol/㎡ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 형태에서는, 이산화규소와 염기성 화합물의 혼합물에 수용성 고분자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 여과하는 공정을 포함하는 연마용 조성물 원액의 제조 방법이 제공된다.
상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 함유량을 1질량% 이상 20질량% 이하로 함과 함께, 상기 염기성 화합물의 함유량을 0.01질량% 이상 1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수를 8.5×10-6mol/㎡ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마용 조성물에 의하면, 기판에 발생하는 미소한 표면 결함을 억제하는 것이 용이해진다. 본 발명의 연마용 조성물의 제조 방법에 의하면, 기판에 발생하는 미소한 표면 결함을 억제하는 것이 용이한 연마용 조성물을 얻을 수 있다. 본 발명의 연마용 조성물 원액의 제조 방법에 의하면, 기판에 발생하는 미소한 표면 결함을 억제하는 것이 용이한 연마용 조성물의 조제에 사용되는 연마용 조성물 원액을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다.
본 실시 형태의 연마용 조성물은, 적어도 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유한다. 본 실시 형태의 연마용 조성물은, 예를 들어 실리콘 기판 등의 반도체 기판을 연마하는 용도로 사용된다.
연마 조성물 중의 물은 다른 성분의 분산매 또는 용매로 된다. 물은 연마용 조성물에 함유되는 다른 성분의 작용을 저해하지 않는 것이 바람직하다. 그러한 물의 예로서는, 예를 들어 전이 금속 이온의 합계 함유량이 100ppb 이하인 물을 들 수 있다. 물의 순도는, 예를 들어 이온 교환 수지를 사용하는 불순물 이온의 제거, 필터에 의한 입자의 제거, 증류 등의 조작에 의해 높일 수 있다. 구체적으로는, 이온 교환수, 순수, 초순수, 증류수 등을 사용하는 것이 바람직하다.
연마용 조성물 중의 이산화규소는, 연마 대상물을 물리적으로 연마하는 지립으로서의 작용을 갖는다. 또한, 이산화규소는 수용성 고분자를 연마 대상물의 표면으로 운반하는 캐리어로서도 작용한다.
사용되는 이산화규소로서는, 예를 들어 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카, 졸겔법 실리카 등을 들 수 있다. 콜로이달 실리카 또는 퓸드 실리카, 특히 콜로이달 실리카를 사용한 경우에는, 연마에 의해 기판 표면에 발생하는 스크래치가 감소하므로 바람직하다. 이들 이산화규소는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
이산화규소의 평균 1차 입자경은, 5㎚ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10㎚ 이상이다. 이산화규소의 평균 1차 입자경의 증대에 따라 연마 능률이 향상된다. 또한, 이산화규소의 평균 1차 입자경은, 100㎚ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40㎚ 이하이다. 이산화규소의 평균 1차 입자경의 감소에 따라, 연마 후의 기판 표면의 조도가 양호해진다. 또한, 이산화규소의 평균 1차 입자경은, BET법으로 측정되는 비표면적으로부터 구해진다.
이산화규소는, 체적 기준의 90% 누적 평균 직경(D90)을 체적 기준의 10% 누적 평균 직경(D10)으로 나누어 얻어지는 값(D90/D10)이 1 이상 4 이하로 되는 입도 분포를 갖는 것이 바람직하다. 체적 기준의 10% 누적 평균 직경(D10) 및 90% 누적 평균 직경(D90)은, 입자경이 작은 입자로부터 차례로 입자 체적을 적산하였을 때, 그 적산 체적의 값이 전체 입자의 합계 체적의 각각 10% 및 90%로 될 때까지, 체적이 적산된 입자의 평균 2차 입자경이다. 이산화규소가 상기한 입도 분포를 가짐으로써, 연마 후의 기판 표면이 균질해지는 경향이 있다. 또한, 이산화규소의 입도 분포는, 예를 들어 동적 광산란법에 의한 입도 분포 측정 장치를 사용하여 구할 수 있다.
연마용 조성물 중에 있어서의 이산화규소의 함유량은, 0.01질량% 이상인 것이 바람직하다. 이산화규소의 함유량의 증대에 따라, 높은 연마 속도가 얻어지기 쉬워짐과 함께, 기판 표면에 높은 친수성이 부여된다. 또한, 연마용 조성물 중에 있어서의 이산화규소의 함유량은, 5질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1질량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5질량% 이하이다. 이산화규소의 함유량의 감소에 따라, 이산화규소의 분산 안정성이 향상되어, 연마 후의 기판 표면에 이산화규소의 잔사가 흡착되기 어려워진다.
연마용 조성물 중의 수용성 고분자는, 연마 후의 기판 표면에 흡착되어, 기판 표면의 습윤성을 높이는 작용을 한다. 수용성 고분자로서는, 예를 들어 셀룰로오스 유도체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피롤리돈을 포함하는 공중합체를 들 수 있다. 셀룰로오스 유도체로서는, 예를 들어 히드록시에틸셀룰로오스, 가수 분해 처리를 실시한 히드록시에틸셀룰로오스를 들 수 있다. 폴리비닐피롤리돈을 포함하는 공중합체로서는, 예를 들어 폴리비닐알코올과 폴리비닐피롤리돈의 그래프트 폴리머를 들 수 있다. 수용성 고분자는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
수용성 고분자의 중량 평균 분자량은, 폴리에틸렌옥시드 환산으로, 10000 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30000 이상이고, 더욱 바람직하게는 50000 이상이다. 수용성 고분자의 중량 평균 분자량의 증대에 따라, 기판 표면에 높은 친수성이 부여된다. 또한, 수용성 고분자의 중량 평균 분자량은, 1000000 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300000 이하이고, 더욱 바람직하게는 200000 이하이고, 가장 바람직하게는 100000 이하이다. 수용성 고분자의 중량 평균 분자량의 감소에 따라, 기판 표면에 부착된 수용성 고분자를 세정에 의해 제거하는 것이 용이해진다. 또한, 수용성 고분자의 분산 안정성이 향상되어, 연마 후의 기판 표면에 수용성 고분자의 잔사가 흡착되기 어려워진다.
연마용 조성물 중에 있어서의 수용성 고분자의 함유량은, 0.0001질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.001질량% 이상이다. 수용성 고분자의 함유량의 증대에 따라, 기판 표면에 높은 친수성이 부여된다. 또한, 연마용 조성물 중에 있어서의 수용성 고분자의 함유량은, 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1질량% 이하이다. 수용성 고분자의 함유량의 감소에 따라, 수용성 고분자의 분산 안정성이 향상되어, 연마 후의 기판 표면에 수용성 고분자의 잔사가 흡착되기 어려워진다.
본 실시 형태의 연마용 조성물은, 필요에 따라서 이산화규소, 수용성 고분자 및 물 이외의 다른 성분을 함유해도 된다. 단, 상기 다른 성분을 함유하는 경우라도, 탄소 환산 농도에 있어서, 연마용 조성물 중에 있어서의 수용성 고분자가 차지하는 비율은 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 수용성 고분자의 탄소 환산 농도의 백분율은 50% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70% 이상이고, 더욱 바람직하게는 85% 이상이다.
상기 다른 성분의 예로서는, 연마용 조성물에 일반적으로 함유되어 있는 공지의 첨가제, 예를 들어 염기성 화합물, 계면 활성제, 염, 방부제, 곰팡이 방지제, 킬레이트제를 들 수 있다.
염기성 조성물은, 기판 표면을 화학적으로 연마하는(케미컬 에칭) 작용을 갖는다. 따라서, 연마용 조성물이 염기성 화합물을 함유하는 경우에는, 기판의 연마 속도를 향상시키는 것이 용이해진다.
염기성 화합물의 구체예로서는, 알칼리 금속의 수산화물 또는 염, 수산화 제4급 암모늄 또는 그 염, 암모니아, 아민 등을 들 수 있다. 알칼리 금속의 구체예로서는, 칼륨, 나트륨 등을 들 수 있다. 염의 구체예로서는, 탄산염, 탄산수소염, 황산염, 아세트산염 등을 들 수 있다. 제4급 암모늄의 구체예로서는, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라부틸암모늄 등을 들 수 있다. 알칼리 금속의 수산화물 또는 염의 구체예로서는, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 황산칼륨, 아세트산칼륨, 염화칼륨 등을 들 수 있다. 수산화 제4급 암모늄 또는 그 염의 구체예로서는, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라부틸암모늄 등을 들 수 있다. 아민의 구체예로서는, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 모노에탄올아민, N-(β-아미노에틸)에탄올아민, 헥사메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 무수피페라진, 피페라진6수화물, 1-(2-아미노에틸)피페라진, N-메틸피페라진, 구아니딘 등을 들 수 있다. 이들 염기성 화합물은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
염기성 화합물 중에서도, 암모니아, 암모늄염, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 금속염 및 제4급 암모늄 수산화물로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 염기성 화합물 중에서도, 암모니아, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 및 탄산나트륨으로부터 선택되는 적어도 1종이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 암모니아, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화테트라메틸암모늄 및 수산화테트라에틸암모늄으로부터 선택되는 적어도 1종이며, 한층 바람직하게는 암모니아 및 수산화테트라메틸암모늄 중 적어도 한쪽이고, 가장 바람직하게는 암모니아이다.
연마용 조성물 중에 있어서의 염기성 화합물의 함유량은, 0.0001질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.001질량% 이상이다. 연마용 조성물 중에 있어서의 염기성 화합물의 함유량의 증대에 따라, 높은 연마 속도가 얻어진다. 또한, 연마용 조성물 중에 있어서의 염기성 화합물의 함유량은, 0.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.25질량% 이하이다. 연마용 조성물 중에 있어서의 염기성 화합물의 함유량의 감소에 따라, 기판 표면에 수용성 고분자가 흡착되기 쉬워지므로, 기판 표면에 높은 친수성이 부여된다. 또한, 연마 후의 기판 표면의 헤이즈 레벨이 저감되는 경향도 있다.
연마용 조성물 중에 임의로 포함되는 계면 활성제는, 기판 표면의 거칠어짐을 억제하는 작용을 갖는다. 따라서, 연마용 조성물이 계면 활성제를 함유하는 경우에는, 연마 후의 기판 표면의 헤이즈 레벨을 저감시키는 것이 용이해진다. 특히, 연마용 조성물이 염기성 화합물을 함유하는 경우에는, 염기성 화합물에 의한 케미컬 에칭에 의해 연마 후의 기판 표면에 거칠어짐이 발생하기 쉽다. 이로 인해, 염기성 화합물과 계면 활성제의 병용은 특히 유효하다.
계면 활성제는, 이온성 또는 비이온성 중 어느 것이든 좋고, 그 중에서도 비이온성 계면 활성제가 적합하다. 비이온성 계면 활성제는 기포성이 낮기 때문에, 연마용 조성물의 조제시나 사용시의 취급이 용이해진다. 또한, 비이온성 계면 활성제를 사용한 경우, 연마용 조성물의 pH 조정이 용이해진다. 또한, 비이온성 계면 활성제는, 생분해성이 우수하여, 생체에 대한 독성이 약하다. 그로 인해, 환경에의 영향이 작고, 취급상의 우려가 적은 등의 이점이 있다.
계면 활성제의 구체예로서는, 폴리에틸렌글리콜이나 폴리프로필렌글리콜 등의 옥시알킬렌 중합체 단체, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌의 디블록형이나 트리블록형, 랜덤형, 교호형과 같은 복수종의 옥시알킬렌의 공중합체, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세릴에테르 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르 등의 폴리옥시알킬렌 부가물을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 공중합체, 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌프로필에테르, 폴리옥시에틸렌부틸에테르, 폴리옥시에틸렌펜틸에테르, 폴리옥시에틸렌헥실에테르, 폴리옥시에틸렌옥틸에테르, 폴리옥시에틸렌-2-에틸헥실에테르, 폴리옥시에틸렌노닐에테르, 폴리옥시에틸렌데실에테르, 폴리옥시에틸렌이소데실에테르, 폴리옥시에틸렌트리데실에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌이소스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌페닐에테르, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌도데실페닐에테르, 폴리옥시에틸렌스티렌화페닐에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌스테아릴아민, 폴리옥시에틸렌올레일아민, 폴리옥시에틸렌스테아릴아미드, 폴리옥시에틸렌올레일아미드, 폴리옥시에틸렌모노라우르산에스테르, 폴리옥시에틸렌모노스테아르산에스테르, 폴리옥시에틸렌디스테아르산에스테르, 폴리옥시에틸렌모노올레산에스테르, 폴리옥시에틸렌디올레산에스테르, 모노라우르산폴리옥시에틸렌소르비탄, 모노팔미트산폴리옥시에틸렌소르비탄, 모노스테아르산폴리옥시에틸렌소르비탄, 모노올레산폴리옥시에틸렌소르비탄, 트리올레산폴리옥시에틸렌소르비탄, 테트라올레산폴리옥시에틸렌소르비트, 폴리옥시에틸렌 피마자유, 폴리옥시에틸렌 경화 피마자유를 들 수 있다. 이들 계면 활성제는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
계면 활성제의 중량 평균 분자량은, 200 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300 이상이다. 또한, 계면 활성제의 중량 평균 분자량은, 10000 미만인 것이 바람직하다. 계면 활성제의 중량 평균 분자량을 상기 범위로 함으로써, 기판 표면에 발생하는 거칠어짐을 억제할 수 있다.
연마용 조성물 중에 있어서의 계면 활성제의 함유량은, 0.00001질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.00005질량% 이상이다. 계면 활성제의 함유량의 증대에 따라, 기판 표면에 발생하는 거칠어짐이 억제된다. 또한, 연마용 조성물 중의 계면 활성제의 함유량은 0.1질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이하이다. 계면 활성제의 함유량의 감소에 따라, 연마 능률이 향상된다.
연마용 조성물 중에 임의로 포함되는 염은, 수용성 고분자와의 상호 작용에 의해, 기판 표면의 친수성을 향상시키는 작용을 갖는다. 염은, 유기산염 및 무기산염 중 어느 것이어도 된다. 사용되는 유기산염 및 무기산염은, 산의 종류, 구조 및 이온 가수 및 염을 형성하는 염기종에 관하여 한정되는 것은 아니다. 유기산염 및 무기산염의 산종으로서는, 예를 들어 포름산, 아세트산, 프로피온산 등의 지방산, 벤조산, 프탈산 등의 방향족 카르복실산, 시트르산, 옥살산, 타르타르산, 말산, 말레산, 푸마르산, 숙신산, 유기 술폰산, 유기 포스폰산, 탄산, 질산, 황산을 들 수 있다. 유기산염 및 무기산염을 형성하는 염기종으로서는, 예를 들어 암모늄 이온, 각종 금속 이온을 들 수 있다. 이 염기종 중에서도, 기판의 금속 오염을 저감시키는 관점에서, 암모늄 이온이 특히 바람직하다. 이들 염은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
연마용 조성물의 pH는 8.0 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 9.0 이상이다. 또한, 연마용 조성물의 pH는 12.0 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 11.0 이하이다. 연마용 조성물의 pH를 상기 범위로 함으로써, 실용상 특히 바람직한 연마 속도를 얻는 것이 용이하다.
연마용 조성물 중에 있어서, 이산화규소의 표면에는, 적어도 수용성 고분자를 포함하는 흡착물이 흡착되어 있다. 연마용 조성물 중의 흡착물의 탄소 환산 농도는 4질량ppm 이상이고, 바람직하게는 10질량ppm 이상이다. 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율은 15% 이상이고, 바람직하게는 30% 이상이다. 흡착물의 탄소 환산 농도 및 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율을 상기 범위로 설정함으로써, 기판 표면에 높은 친수성을 부여할 수 있다. 또한, 상기 흡착물의 탄소 환산 농도 및 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율은, 예를 들어 사용하는 이산화규소와 수용성 고분자의 종류 조합을 바꿈으로써, 혹은 연마용 조성물 중의 이산화규소 함유량에 대한 수용성 고분자의 함유량의 비율을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 연마용 조성물의 작용을 기재한다.
종래, 수용성 고분자를 포함한 연마용 조성물을 사용하여 기판을 연마함으로써, 기판 표면에 친수성이 부여되는 것이 알려져 있다. 본 발명자들은, 예의 연구한 결과, 이산화규소와 수용성 고분자를 함유하는 연마용 조성물을 사용하여 기판을 연마하였을 때, 기판 표면에 부여되는 친수성이, 이산화규소에 흡착된 수용성 고분자를 포함하는 흡착물의 절대량 및 연마용 조성물 중에 있어서의 상기 흡착물의 상대량과 상관되는 것을 발견하였다. 그리고, 연마용 조성물 중의 상기 흡착물의 탄소 환산 농도를 4질량ppm 이상으로 함과 함께, 연마용 조성물 중의 전체 탄소량에 대한 상기 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율을 15% 이상으로 함으로써, 기판 표면에의 친수성의 부여 효과가 현저하게 높아지는 것을 발견하였다.
수용성 고분자에 의한 기판 표면에의 친수성의 부여는, 기판 표면에 수용성 고분자가 흡착됨으로써 발생한다. 기판 표면에 수용성 고분자를 흡착시키기 위해서는, 이산화규소를 캐리어로서 기능시키는 것이 중요해진다. 즉, 연마용 조성물 중에서 이산화규소의 표면에 수용성 고분자가 흡착된 상태인 것에 의해, 연마시에 이산화규소와 기판 표면이 마찰되었을 때, 이산화규소의 표면에 흡착된 수용성 고분자가 기판 표면으로 이행한다. 이에 의해, 기판 표면에 수용성 고분자를 효율적으로 흡착시킬 수 있어, 기판 표면의 친수성이 효과적으로 향상된다. 그 결과, 기판에 발생하는 미소한 표면 결함을 억제하는 것이 용이해진다. 또한, 기판 표면에 수용성 고분자가 흡착될 때에는, 기판과 수용성 고분자의 탄소 사이에 소수 결합이 발생하고 있다고 생각된다.
다음으로, 본 실시 형태의 연마용 조성물의 제조 방법에 대해 기재한다.
연마용 조성물의 제조 방법은, 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물 원액을 조제하는 원액 조제 공정과, 연마용 조성물 원액을 희석하는 희석 공정을 포함한다.
[원액 조제 공정]
원액 조제 공정에서는, 우선, 이산화규소 및 물을 함유하는 제1 혼합액이 조제된다. 이산화규소는, 물과 혼합되기 전에 여과되는 것이 바람직하다. 제1 혼합액의 pH는, 8 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 9 이상이다. 제1 혼합액의 pH의 상승에 따라, 이후에 제1 혼합액을 수용성 고분자와 혼합하였을 때, 이산화규소에 대한 수용성 고분자의 흡착을 억제할 수 있음과 함께, 수용성 고분자의 응집물(겔화물)의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제1 혼합액의 pH는, 12 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10.5 이하이다. 제1 혼합액의 pH의 감소에 따라, 이산화규소의 용해를 억제할 수 있다. 제1 혼합액의 pH는, 염기성 화합물의 첨가에 의해 조정할 수 있다.
또한 원액 조제 공정에서는, 수용성 고분자 및 물을 함유하는 제2 혼합액이 조제된다. 수용성 고분자는, 물과 혼합되기 전에 여과되는 것이 바람직하다. 제2 혼합액의 pH는, 바람직하게는 중성 부근∼염기성 부근으로 조정되고, 보다 바람직하게는 염기성으로 조정된다.
제2 혼합액의 pH는, 7 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 8 이상, 더욱 바람직하게는 9 이상이다. pH의 상승에 따라, 제1 혼합액과 제2 혼합액을 혼합하였을 때에 있어서의 이산화규소의 응집이 억제됨으로써, 연마용 조성물 원액 및 연마용 조성물의 분산 안정성이 향상된다. 또한, 제2 혼합액의 pH는, 12 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10.5 이하이다. 제2 혼합액의 pH의 감소에 따라, 이산화규소의 용해를 억제할 수 있다. 제2 혼합액의 pH는, 염기성 화합물의 첨가에 의해 조정할 수 있다.
그리고, 제1 혼합액과 제2 혼합액이 혼합됨으로써, 제3 혼합액이 조제된다. 제1 혼합액과 제2 혼합액을 혼합하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 제1 혼합액 중에 제2 혼합액을 투입하여 혼합하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 혼합액의 투입 속도는, 제1 혼합액 1L에 대해 1분간 0.1mL 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1mL 이상이고, 더욱 바람직하게는 5mL 이상이다. 투입 속도의 증대에 따라, 연마용 조성물 원액의 생산 효율을 높일 수 있다. 또한, 제2 혼합액의 투입 속도는, 제1 혼합액 1L에 대해 1분간 500mL 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100mL 이하이고, 더욱 바람직하게는 50mL 이하이다. 투입 속도의 감소에 따라, 이산화규소의 응집을 억제할 수 있다.
제2 혼합액은, 제1 혼합액과 혼합되기 전에 여과되는 것이 바람직하다. 여과함으로써, 제2 혼합액 중에 포함되는 이물질 또는 응집물을 제거할 수 있다. 제2 혼합액의 여과는, 상압 상태에서 행하는 자연 여과여도 되고, 흡인 여과, 가압 여과, 또는 원심 여과로 행해도 된다. 여과에서 사용하는 필터는, 눈금을 기준으로 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 필터의 눈금은 통상, 제조 메이커의 카탈로그값 등의 공칭값을 사용할 수 있다.
제2 혼합액의 여과에 사용하는 필터의 눈금은 0.05㎛ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ 이상이다. 필터의 눈금이 클수록, 생산 효율을 높일 수 있다. 또한, 필터의 눈금은 50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이고, 한층 바람직하게는 1㎛ 이하이고, 가장 바람직하게는 0.45㎛ 이하이다. 필터의 눈금이 작을수록, 제2 혼합액 중에 포함되는 이물질 또는 응집물의 제거 효율을 향상시킬 수 있어, 연마용 조성물 원액 및 연마용 조성물의 분산 안정성을 높이는 것이 용이해진다.
또한 원액 조제 공정에서는, 제3 혼합액이 필터에 의해 여과된다. 그리고, 이 여과를 거침으로써 연마용 조성물 원액이 얻어진다. 제3 혼합액의 여과에 사용하는 필터의 눈금은, 미소한 이물질을 제거하는 관점에서, 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.45㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ 이하이다. 제3 혼합액의 여과에 사용하는 필터의 재질 및 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다. 필터의 재질로서는, 예를 들어 셀룰로오스, 나일론, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리카르보네이트, 유리 등을 들 수 있다. 필터의 구조로서는, 예를 들어 뎁스 필터, 플리츠 필터, 멤브레인 필터 등을 들 수 있다.
연마용 조성물 원액 중에 있어서의 이산화규소의 함유량은, 1질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이산화규소의 함유량이 높을수록, 즉 연마용 조성물 원액이 고농축일수록, 소량의 연마용 조성물 원액으로부터 다량의 연마용 조성물을 제작할 수 있으므로, 운반 등의 취급시에 유리해진다. 또한, 연마용 조성물 원액 중에 있어서의 이산화규소의 함유량은, 20질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15질량% 이하이다. 이산화규소의 함유량의 감소에 따라, 연마용 조성물 원액 제작시에 응집물이 발생할 리스크가 경감된다.
연마용 조성물 원액 중에 있어서의 염기성 화합물의 함유량은, 0.01질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이다. 염기성 화합물의 함유량의 증대에 따라, 연마용 조성물 원액 제작시에 응집물이 발생할 리스크가 경감된다. 또한, 연마용 조성물 원액 중에 있어서의 염기성 화합물의 함유량은, 1질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.75질량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.40질량% 이하이다. 염기성 화합물의 함유량의 감소에 따라, 기판 표면에 높은 친수성을 부여하는 것이 가능한 연마용 조성물을 얻는 것이 용이해진다.
연마용 조성물 원액에 있어서, 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수는, 8.5×10-6mol/㎡ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10×10-6mol/㎡ 이상이다. 상기 염기성 화합물의 몰수의 증대에 따라, 연마용 조성물 원액 제작시에 응집물이 발생할 리스크가 경감된다. 또한, 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수는, 120×10-6mol/㎡ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80×10-6mol/㎡ 이하이고, 더욱 바람직하게는 40×10-6mol/㎡ 이하이다. 상기 염기성 화합물의 몰수의 감소에 따라, 기판 표면에 높은 친수성을 부여하는 것이 가능한 연마용 조성물을 얻는 것이 용이해진다.
[희석 공정]
희석 공정에서는, 연마용 조성물 원액이 물 또는 염기성 수용액에 의해 희석됨으로써, 연마용 조성물이 조제된다. 이 희석 공정시에 있어서, 이산화규소의 표면에 수용성 고분자가 흡착된 상태로 된다.
염기성 수용액의 pH는, 8 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 9 이상이다. pH의 상승에 따라, 희석시에 있어서의 이산화규소의 응집이 억제됨으로써, 연마용 조성물의 분산 안정성이 향상된다. 또한, 염기성 수용액의 pH는, 12 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10.5 이하이다. 염기성 수용액의 pH의 감소에 따라, 이산화규소의 용해를 억제할 수 있다. 염기성 수용액의 pH는, 염기성 화합물의 첨가에 의해 조정할 수 있다.
희석 공정에 있어서의 연마용 조성물 원액의 희석 배율은, 바람직하게는 10배 이상 100배 이하이고, 보다 바람직하게는 20배 이상 60배 이하이다. 연마용 조성물 원액의 희석 배율을 상기 범위로 설정함으로써, 이산화규소에 대해 수용성 고분자를 적합하게 흡착시킬 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 연마용 조성물을 사용한 연마 방법의 일례에 대해 기재한다.
본 실시 형태의 연마용 조성물을 사용하여 실리콘 기판의 표면을 연마하는 경우에는, 실리콘 기판의 표면에 연마용 조성물을 공급하면서, 동 표면에 연마 패드를 압박 접촉시켜 실리콘 기판 및 연마 패드를 회전시킨다. 이때, 연마 패드와 실리콘 기판 표면 사이의 마찰에 의한 물리적 작용에 의해 실리콘 기판의 표면은 연마된다. 이산화규소와 실리콘 기판 표면 사이의 마찰에 의한 물리적 작용에 의해서도 실리콘 기판의 표면은 연마된다. 동시에, 이산화규소에 흡착된 수용성 고분자는 실리콘 기판의 표면으로 이행하여, 실리콘 기판의 표면에 친수성이 부여된다. 연마용 조성물이 염기성 화합물을 함유하는 경우에는, 상기 물리적 작용에 더하여, 염기성 화합물에 의한 화학적 작용에 의해서도 실리콘 기판의 표면은 연마된다.
이상 상세하게 서술한 본 실시 형태에 따르면, 다음과 같은 효과가 발휘된다.
(1) 연마용 조성물은, 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유한다. 이산화규소에는, 수용성 고분자를 포함하는 흡착물이 흡착되어 있다. 연마용 조성물 중의 흡착물의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상이다. 이에 의해, 연마 후의 기판 표면의 친수성을 높일 수 있다. 그 결과, 기판 표면의 청정성이 향상되어, 기판 표면에 흡착된 이물질에 기인하는 나노 오더의 미소한 표면 결함을 저감시키는 것이 용이해진다.
(2) 수용성 고분자의 중량 평균 분자량이 300000 이하, 다시 말하면 200000 이하 또는 100000 이하인 경우에는, 기판 표면에 부착된 수용성 고분자를 세정에 의해 제거하는 것이 더욱 용이해진다.
(3) 연마용 조성물의 제조 방법은, 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물 원액을 조제하는 원액 조제 공정과, 연마용 조성물 원액을 물 또는 염기성 수용액으로 희석함으로써, 수용성 고분자를 포함하는 흡착물이 이산화규소에 흡착된 연마용 조성물이며, 연마용 조성물 중의 흡착물의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상인 연마용 조성물을 얻는 공정을 포함한다. 이에 의해, 연마 후의 기판 표면의 친수성을 높여, 기판 표면에 흡착된 이물질에 기인하는 나노 오더의 미소한 표면 결함을 저감시키는 것이 용이한 연마용 조성물을 얻을 수 있다. 또한, 이산화규소 및 수용성 고분자의 농도가 높은 연마용 조성물 원액은 분산 안정성이 우수하므로, 연마용 조성물 원액을 조제하고, 연마용 조성물 원액의 단계에서 여과 처리를 행함으로써, 정밀도가 높은 여과를 행하는 것이 용이해진다. 또한, 연마용 조성물 원액의 상태로 보존 및 운반하여, 사용시에 물로 희석하여 연마용 조성물을 조제하도록 하면, 용량이 작은 용기에 의해 보존 및 운반하는 것이 가능해져, 취급이 용이해진다.
(4) 이산화규소와 염기성 화합물의 혼합물에 수용성 고분자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 여과하는 공정을 원액 조제 공정이 포함하는 경우, 원액 조제시에 있어서의 이산화규소에 대한 수용성 고분자의 흡착을 억제할 수 있음과 함께, 수용성 고분자의 응집물(겔화물)의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 연마용 조성물 원액으로부터 얻어지는 연마용 조성물은, 기판 표면에 흡착된 이물질에 기인하는 나노 오더의 미소한 표면 결함을 저감시키는 것이 용이한 것으로 된다.
(5) 연마용 조성물 원액에 있어서의 이산화규소의 함유량을 1질량% 이상 20질량% 이하로 함과 함께, 염기성 화합물의 함유량을 0.01질량% 이상 1질량% 이하로 한 경우에는, 양호한 분산 상태를 갖는 연마용 조성물 원액을 얻을 수 있다.
(6) 연마용 조성물 원액에 있어서의 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수를 8.5×10-6mol/㎡ 이상으로 한 경우에는, 양호한 분산 상태를 갖는 연마용 조성물 원액을 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시 형태는 다음과 같이 변경되어도 된다.
· 상기 실시 형태의 연마용 조성물은, 1제형이어도 되고, 2제형을 비롯한 다제형이어도 된다.
· 상기 실시 형태의 연마용 조성물에 함유되는 각 성분은 연마용 조성물의 제조 직전에 필터에 의해 여과되어도 된다. 상기 실시 형태의 연마용 조성물은, 사용 직전에 필터에 의해 여과되어도 된다. 여과 처리가 실시됨으로써, 연마용 조성물 중의 조대 이물질이 제거되어 연마용 조성물의 품질이 향상된다.
· 상기 실시 형태의 연마용 조성물은, 연마용 조성물 원액의 상태로 판매되고, 사용시에 연마용 조성물 원액을 물 또는 염기성 수용액으로 희석함으로써 조제되어도 된다.
· 연마용 조성물의 제조 방법에 있어서, 계면 활성제나 염 등의 다른 성분을 혼합하는 타이밍은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 성분은, 제1 혼합액 또는 제2 혼합액의 조제시에 혼합해도 되고, 제3 혼합액의 조제시에 혼합해도 된다. 혼합 전에 다른 성분은 여과되는 것이 바람직하다.
· 상기 실시 형태의 연마용 조성물의 제조 방법에서는, 연마용 조성물 원액을 조제할 때, 수용성 고분자를 포함한 제2 혼합액을 제1 혼합액에 혼합하고 있었지만, 수용성 고분자와 물을 각각 제1 혼합액에 혼합해도 되고, 수용성 고분자만을 제1 혼합액에 혼합해도 된다.
· 상기 실시 형태의 연마용 조성물을 사용한 연마 공정에서 사용되는 연마 패드는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 부직포 타입, 스웨이드 타입, 지립을 포함하는 타입, 지립을 포함하지 않는 타입 중 어느 연마 패드를 사용해도 된다.
·상기 실시 형태의 연마용 조성물을 사용하여 실리콘 기판을 연마할 때, 한번 연마에 사용된 연마용 조성물을 회수하여, 실리콘 기판의 연마에 다시 사용해도 된다. 연마용 조성물을 재사용하는 방법으로서는, 예를 들어, 연마 장치로부터 배출되는 사용 완료된 연마용 조성물을 탱크 내에 일단 회수하고, 탱크 내로부터 다시 연마 장치 내로 순환시켜 사용하는 방법을 들 수 있다. 연마용 조성물을 재사용함으로써, 폐액으로서 처리되는 연마용 조성물의 양이 감소함과 함께, 연마용 조성물의 사용량이 감소한다. 이것은, 환경 부하를 저감시킬 수 있는 점, 및 실리콘 기판의 연마에 드는 비용을 억제할 수 있는 점에 있어서 유용하다.
연마용 조성물을 재사용하면, 이산화규소나 수용성 고분자 등의 각 성분이 연마에 의해 소비되어 손실된다. 이로 인해, 이산화규소나 수용성 고분자 등의 각 성분의 감소분을 연마용 조성물로 보충하는 것이 바람직하다. 보충하는 성분은, 개별로 연마용 조성물에 첨가해도 되고, 탱크의 크기나 연마 조건 등에 따라서, 2 이상의 성분을 임의의 농도로 포함한 혼합물로서 연마용 조성물에 첨가해도 된다. 재사용되는 연마용 조성물에 대해 각 성분의 감소분을 보충함으로써, 연마용 조성물의 조성이 유지되어, 연마용 조성물의 기능을 지속적으로 발휘시킬 수 있다.
· 상기 실시 형태의 연마용 조성물은, 실리콘 기판을 연마하는 것 이외의 용도로 사용되어도 된다. 예를 들어, 스테인리스강 등의 금속, 플라스틱, 유리 및 사파이어 등으로 이루어지는 연마 제품을 얻기 위해 사용해도 된다.
· 상기 (4)∼(6)에 기재된 효과는, 상기 실시 형태의 연마용 조성물의 제조시에만 한정되는 효과는 아니며, 이산화규소와 수용성 고분자와 염기성 화합물과 물을 함유하는 연마용 조성물, 또는 동 연마용 조성물을 얻기 위한 연마용 조성물 원액의 제조시이면 얻을 수 있는 효과이다. 즉, 이산화규소와 수용성 고분자와 염기성 화합물과 물을 함유하는 연마용 조성물을 얻기 위한 연마용 조성물 원액의 제조 방법으로서, 이산화규소와 염기성 화합물의 혼합물에 수용성 고분자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 여과하는 공정을 포함하는 방법을 채용해도 된다. 이 경우에도, 원액 조제시에 있어서의 이산화규소에 대한 수용성 고분자의 흡착을 억제할 수 있음과 함께, 수용성 고분자의 응집물(겔화물)의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 제조된 연마용 조성물 원액으로부터 얻어지는 연마용 조성물은, 기판 표면에 흡착된 이물질에 기인하는 나노 오더의 미소한 표면 결함을 저감시키는 것이 용이한 것으로 된다.
다음으로, 상기 실시 형태로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 대해 기재한다.
(a) 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물이며,
상기 이산화규소에는 상기 수용성 고분자의 일부가 흡착되어 있고,
상기 이산화규소에 흡착된 수용성 고분자의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 상기 수용성 고분자의 전체 탄소 환산 농도에 대한, 상기 이산화규소에 흡착된 수용성 고분자의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상인 연마용 조성물.
(b) 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물 원액을, 물 또는 염기성 수용액으로 희석하는 희석 공정을 포함하는 연마용 조성물의 제조 방법이며, 상기 이산화규소에 흡착된 수용성 고분자의 탄소 환산 농도를 4질량ppm 이상으로 함과 함께, 상기 수용성 고분자의 전체 탄소 환산 농도에 대한, 상기 이산화규소에 흡착된 수용성 고분자의 탄소 환산 농도의 백분율을 15% 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물의 제조 방법.
실시예
다음으로, 실시예 및 비교예를 들어 상기 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1∼13 및 비교예 2∼8에서는, 이산화규소, 염기성 화합물 및 이온 교환수를 혼합한 제1 혼합액과, 수용성 고분자 및 이온 교환수를 혼합한 제2 혼합액을 조제하고, 제1 혼합액에 제2 혼합액을 혼합함으로써 제3 혼합액을 조제하였다. 또한, 실시예 14∼17에서는, 이산화규소, 염기성 화합물 및 이온 교환수를 혼합한 제1 혼합액과, 수용성 고분자, 계면 활성제, 염 및 이온 교환수를 혼합한 제2 혼합액을 조제하고, 제1 혼합액에 제2 혼합액을 혼합함으로써 제3 혼합액을 조제하였다. 또한, 비교예 1에서는, 염기성 화합물 및 이온 교환수를 혼합한 제1 혼합액에 수용성 고분자를 혼합함으로써 제3 혼합액을 조제하였다. 그리고, 얻어진 각 제3 혼합액을 눈금 0.45㎛의 필터로 여과시킴으로써 연마용 조성물 원액을 조제하였다. 얻어진 각 연마용 조성물 원액을 이온 교환수에 의해 20배(실시예 10만 40배)로 희석함으로써 연마용 조성물을 조제하였다.
또한, 비교예 9에서는, 이산화규소 및 이온 교환수를 혼합한 제1 혼합액과, 수용성 고분자 및 이온 교환수를 혼합한 제2 혼합액을 조제하고, 제1 혼합액에 제2 혼합액을 혼합함으로써 제3 혼합액을 조제하였다. 비교예 10에서는, 이산화규소 및 이온 교환수를 혼합한 제1 혼합액과, 수용성 고분자 및 이온 교환수를 혼합한 제2 혼합액을 조제하고, 제1 혼합액에 제2 혼합액을 혼합한 후, 또한 염기성 화합물을 혼합함으로써 제3 혼합액을 조제하였다.
이때, 비교예 9 및 10의 제3 혼합액에는 응집물(겔화물)이 발생하여, 여과를 행할 수 없었다. 그로 인해, 비교예 9 및 10에 대해서는, 여기서 시험을 중단하였다. 또한, 실시예 1∼17 및 비교예 1∼8의 제3 혼합액에 대해서는, 응집물(겔화물)이 발생하는 일은 없었다. 이 결과로부터, 제1 혼합액 중에 염기성 화합물이 포함되어 있는 것이, 제1 혼합액에 제2 혼합액을 혼합하였을 때의 응집물(겔화물)의 발생을 억제하는 데 유효한 것이 시사된다.
표 2에 실시예 1∼17 및 비교예 1∼10의 연마용 조성물 원액 및 연마용 조성물의 상세를 나타낸다. 이산화규소로서는 콜로이달 실리카를 사용하였다. 수용성 고분자로서는, 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 가수 분해 처리를 실시한 히드록시에틸셀룰로오스(가수분해 HEC), 폴리비닐알코올과 폴리비닐피롤리돈의 그래프트 폴리머(PVA-g-PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 양이온화 처리를 실시한 폴리비닐알코올(양이온화 PVA)을 사용하였다. 염기성 화합물로서는 암모니아를 사용하였다. 계면 활성제로서는, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 공중합체(PEO-PPO-PEO), 폴리옥시에틸렌데실에테르(C-PEO)를 사용하였다. 염으로서는, 시트르산3암모늄, 탄산암모늄을 사용하였다. 또한, 연마용 조성물 중의 계면 활성제 및 염의 함유량은 각각 0.0005질량%이다. 또한, 표 2 중, 이산화규소의 입경 란에는, 마이크로 메리텍스사제의 "Flow SorbII 2300"을 사용하여 비표면적의 값으로부터 산출한 평균 1차 입자경을 나타낸다.
다음으로, 실시예 1∼17 및 비교예 1∼8의 연마용 조성물에 대해, 이산화규소에 흡착된 흡착물의 탄소 환산 농도(A) 및 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도(B)를 측정하였다. 구체적으로는, 이산화규소를 포함하지 않는 점에서만 각 연마용 조성물과 다른 탄소 함유 조성물을 조제하였다. 그 탄소 함유 조성물 각각에 대해, 시마즈 세이사꾸쇼사제의 "TOC-5000A"를 사용하여 TOC값을 측정하고, 측정된 TOC값을, 대응하는 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도(B)로 하였다.
또한, 실시예 1∼17 및 비교예 1∼8의 연마용 조성물에 대해 원심 분리 처리(20000rpm, 30분)를 행함으로써 연마용 조성물을, 이산화규소를 포함하는 침강물과 상청액으로 분리한 후, 상청액의 TOC값을 측정하였다. 그리고, 이산화규소에 흡착된 흡착물의 탄소 환산 농도(A)를, 대응하는 탄소 함유 조성물의 TOC값과 상청액의 TOC값의 차로서 산출하였다. 또한, 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도(B)(탄소 함유 조성물 중의 탄소 농도)에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도(A)의 백분율(A/B)을 산출하였다. 그들의 결과를 표 3에 나타낸다.
다음으로, 실시예 1∼17 및 비교예 1∼8의 연마용 조성물을 사용하여, 예비 연마 후의 실리콘 기판의 표면을 표 1에 기재된 조건에서 연마하였다. 연마에 사용한 실리콘 기판은, 직경이 200㎜, 전도형이 P형, 결정 방위가 <100>, 저항률이 0.1Ω·㎝ 이상 100Ω·㎝ 이하인 실리콘 기판을, 가부시끼가이샤 후지미 인코포레이티드제의 연마 슬러리(상품명 GLANZOX 2100)를 사용하여 예비 연마한 후, 한 변이 60㎜인 칩형으로 절단함으로써 준비한 것이었다.
연마 후의 실리콘 기판의 표면을 유량 7L/분의 유수로 10초간 세정하였다. 실리콘 기판을 수직으로 세워 정치하고, 30초 후에 실리콘 기판의 코너부로부터의 발수 거리를 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 발수 거리는 연마 후의 기판 표면의 친수성의 지표로 되는 것이며, 기판 표면의 친수성이 높을수록 발수 거리의 값이 작아진다. 발수 거리의 최대값은, 실리콘 기판의 대각선의 길이인 85㎜로 된다.
다음으로, 연마 후의 실리콘 기판의 표면에 흡착된 수용성 고분자의 세정성(제거 용이성)을 평가하였다. 수용성 고분자의 세정성의 평가는, 수용성 고분자가 흡착되어 친수성이 부여된 실리콘 기판에 대해 소정의 세정 조작을 행하고, 기판 표면이 완전한 발수면으로 될 때까지 필요로 한 세정 조작의 반복 횟수에 기초하여 행하였다. 소정의 세정 조작이라 함은, 실리콘 기판을 약액(암모니아:과산화수소:물=1:1:8)에 25℃에서 15초간 침지시키고, 그 후, 3% 불화수소 수용액에 25℃에서 20초간 침지시키는 것을 포함한다. 완전한 발수면이 얻어질 때까지 필요로 한 세정 조작의 횟수가 1회 이상 3회 이하인 경우를 「A」, 4회 이상 6회 이하인 경우를 「B」, 7회 이상인 경우를 「C」로서 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 비교예 1∼8에 관해서는, 발수 거리의 측정 결과로부터, 연마 후의 실리콘 기판의 표면에 수용성 고분자가 흡착되어 있지 않다고 생각되므로, 세정성의 평가는 실시하지 않았다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 이산화규소를 함유하지 않는 비교예 1의 연마용 조성물을 사용한 경우에는, 발수 거리가 85㎜로, 기판 표면에 친수성이 부여되지 않았다. 이에 대해, 이산화규소를 함유하고, 이산화규소에 흡착된 흡착물의 탄소 환산 농도(A) 및 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율(A/B)이 각각 특정 범위 내인 실시예 1∼17의 연마용 조성물을 사용한 경우에는, 발수 거리가 45㎜ 이하로, 기판 표면에 높은 친수성이 부여되어 있는 것을 알 수 있었다. 그리고, 사용한 수용성 고분자의 분자량이 작아질수록, 세정성의 평가가 높아지는 경향이 있었다.
또한, 이산화규소에 흡착된 흡착물의 탄소 환산 농도(A) 및 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율(A/B) 중 적어도 어느 한쪽이 특정 범위로부터 벗어나는 비교예 2∼8의 연마용 조성물을 사용한 경우에는, 기판 표면에 친수성이 부여되지 않거나, 부여되었다고 해도 근소하였다.

Claims (11)

  1. 이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물이며,
    상기 이산화규소에는 상기 수용성 고분자의 적어도 일부를 포함하는 흡착물이 흡착되어 있고,
    연마용 조성물 중의 상기 흡착물의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 상기 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상인 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자의 중량 평균 분자량이 300000 이하인 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자의 중량 평균 분자량이 200000 이하인 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자의 중량 평균 분자량이 100000 이하인 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물을 제조하는 방법이며,
    이산화규소와 수용성 고분자와 물을 함유하는 연마용 조성물 원액을 조제하는 공정과,
    상기 연마용 조성물 원액을 물 또는 염기성 수용액으로 희석함으로써, 상기 수용성 고분자를 포함하는 흡착물이 상기 이산화규소에 흡착된 연마용 조성물이며, 연마용 조성물 중의 상기 흡착물의 탄소 환산 농도가 4질량ppm 이상이고, 또한 연마용 조성물 중의 전체 탄소 농도에 대한 상기 흡착물의 탄소 환산 농도의 백분율이 15% 이상인 연마용 조성물을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연마용 조성물 원액을 조제하는 공정은, 이산화규소와 염기성 화합물의 혼합물에 수용성 고분자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 여과하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 함유량을 1질량% 이상 20질량% 이하로 함과 함께, 상기 염기성 화합물의 함유량을 0.01질량% 이상 1질량% 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수를 8.5×10-6mol/㎡ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물의 제조 방법.
  9. 이산화규소와 염기성 화합물의 혼합물에 수용성 고분자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 여과하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물 원액의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 함유량을 1질량% 이상 20질량% 이하로 함과 함께, 상기 염기성 화합물의 함유량을 0.01질량% 이상 1질량% 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물 원액의 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 연마용 조성물 원액에 있어서의 상기 이산화규소의 단위 표면적당 염기성 화합물의 몰수를 8.5×10-6mol/㎡ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물 원액의 제조 방법.
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