KR20190055089A - 표면 처리 조성물 - Google Patents

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Abstract

규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거함으로써 연마 완료 연마 대상물의 표면을 처리할 수 있는 표면 처리 조성물을 제공하는 것이다.
탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)와; 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B);를 함유하고, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, pH가 9.0 미만인, 표면 처리 조성물.

Description

표면 처리 조성물
본 발명은, 표면 처리 조성물에 관한 것이다.
근년, 반도체 기판 표면의 다층 배선화에 수반하여, 디바이스를 제조할 때에, 물리적으로 반도체 기판을 연마하여 평탄화하는, 소위, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 기술이 이용되고 있다. CMP는, 실리카나 알루미나, 세리아 등의 지립, 방식제, 계면 활성제 등을 포함하는 연마용 조성물(슬러리)을 사용하여, 반도체 기판 등의 연마 대상물(피연마물)의 표면을 평탄화하는 방법이고, 연마 대상물(피연마물)은 실리콘, 폴리실리콘, 산화규소, 질화규소나, 금속 등을 포함하는 배선, 플러그 등이다.
CMP 공정 후의 반도체 기판 표면에는, 불순물(디펙트)이 잔류한다. 불순물로서는, CMP에서 사용된 연마용 조성물 유래의 지립, 금속; 방식제, 계면 활성제 등의 유기물; 연마 대상물인 실리콘 함유 재료; 금속 배선이나 플러그 등을 연마함으로써 발생한 실리콘 함유 재료나 금속; 또한 각종 패드 등에서 발생하는 패드 부스러기 등의 유기물 등이 포함된다.
반도체 기판 표면이 이들의 불순물에 의해 오염되면, 반도체의 전기 특성에 악영향을 주어, 디바이스의 신뢰성이 저하될 가능성이 있다. 따라서, CMP 공정 후인 연마된 연마 대상물(연마 완료 연마 대상물)의 표면으로부터 이들의 불순물을 제거하는 것이 바람직하다.
이들의 불순물을 제거하기 위한 세정용 조성물로서, 예를 들어 특허문헌 1 내지 4에 개시되는 것이 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2009-147389호 공보 일본 특허 공개 제2001-064679호 공보 일본 특허 공개 제2006-005246호 공보 일본 특허 공개 제2005-303060호 공보
그러나, 종래의 기술에서는, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합을 갖는, 연마 완료 연마 대상물에 잔존하는 디펙트를 충분히 제거할 수 없다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거함으로써 연마 완료 연마 대상물의 표면을 처리할 수 있는 표면 처리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자는, 상기 과제를 감안하여, 예의 검토를 진행시켰다. 그 결과, 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)(비이온 수용성 고분자 (A)라고도 칭함)와; 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B)(음이온 수용성 고분자 (B)라고도 칭함);를 함유하고, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, pH가 9.0 미만인, 표면 처리 조성물을 제공함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아 내고, 본 발명의 과제에 이르렀다.
본 발명에 따르면, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거함으로써 연마 완료 연마 대상물의 표면을 처리할 수 있는 표면 처리 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)와; 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B);를 함유하고, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, pH가 9.0 미만인, 표면 처리 조성물이다.
이러한 구성에 의해, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거함으로써 연마 완료 연마 대상물의 표면을 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은, 연마 완료 연마 대상물(기판)에 잔류하는 불순물(디펙트)을 제거하는데, 그 관점에서는, 당해 연마 완료 연마 대상물(기판) 표면의 표면 상태를 변화(처리)시킨다고 할 수 있다. 그 때문에, 당해 조성물을 「표면 처리 조성물」이라고 칭한다.
(CMP 공정)
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 처리 조성물은, CMP 공정 후에 사용된다.
여기서, CMP 공정은, 단일의 공정을 포함하는 연마 공정이어도, 복수의 공정을 포함하는 연마 공정이어도 된다. 복수의 공정을 포함하는 연마 공정으로서는, 예를 들어 예비 연마 공정(초벌 연마 공정) 후에 마무리 연마 공정을 행하는 공정이나, 혹은, 1차 연마 공정 후에 1회 또는 2회 이상의 2차 연마 공정을 행하고, 그 후에 마무리 연마 공정을 행하는 공정이 있다. 또한, CMP 공정에 사용되는 연마용 조성물로서는, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 대상물을 적절하게 연마하기 위한, 공지된 연마용 조성물을 적절히 사용할 수 있고, 예를 들어 콜로이달 실리카 등의 지립이나, PVP 등의 수용성 고분자를 포함하는 것 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 연마 장치로서도, 일반적인 연마 장치를 사용할 수 있고, 편면 연마 장치 또는 양면 연마 장치의 어느 것을 사용해도 된다. 연마 패드로서도, 폴리우레탄 등이 적합하다.
이와 같이, 연마 대상물에 대하여 CMP 공정을 실시함으로써 연마 완료 연마 대상물을 제작한다.
(연마 완료 연마 대상물)
CMP 공정이 실시되는 대상인 「연마 대상물」은, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 모두 포함한다. 따라서, CMP 공정이 실시된 「연마 완료 연마 대상물」도, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함한다. 또한, 잔류하는 불순물을 제거함으로써 표면 처리되는 「표면 처리 대상물」도, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함한다.
여기서, 규소-규소 결합을 갖는 연마 대상물(연마 완료 연마 대상물)로서는, 폴리실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 단결정 실리콘, n형 도프 단결정 실리콘, p형 도프 단결정 실리콘, SiGe 등의 Si계 합금 등을 들 수 있다. 규소-질소 결합을 갖는 연마 대상물(연마 완료 연마 대상물)로서는, 질화규소막, SiCN(탄질화규소) 등을 들 수 있다.
보충하면, 「규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 모두 포함하는 연마 완료 연마 대상물」이란, 연마 완료 연마 대상물이며, 당해 연마 완료 연마 대상물에 있어서, 어떤 영역은 「규소-규소 결합」을 포함하고, 다른 영역은 「질소-규소 결합」을 포함하고 있다는 의미이다.
본 발명의 표면 처리 조성물에 의하면, 종래에는 이룰 수 없었던, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 모두 포함하는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거할 수 있다.
(표면 처리 조성물)
(비이온 수용성 고분자 (A))
본 발명의 표면 처리 조성물은, 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)를 포함한다. 여기서 「주쇄」란, 고분자를 구성하는 쇄식 화합물의 주요한 쇄를 의미한다. 본 발명의 비이온 수용성 고분자 (A)의 주쇄는, 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함한다. 이러한 실시 형태에 따르면, 본 발명의 소기 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)는, 하기 식 (1):
Figure pct00001
로 표시되는 구성 단위를 포함하고, X가, 하기:
Figure pct00002
로 표시되고, R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 -J이고, -J가 수산기,
Figure pct00003
로 표시되고, R7 및 R8은 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 -E이고, -E가 하기 식:
Figure pct00004
로 표시되고, 상기 구성 단위가, -J 및 -E의 적어도 한쪽을 포함한다.
이러한 표면 처리 조성물이, 본 발명의 소기 효과를 발휘하는 메커니즘은 이하와 같다고 추측된다. 물론, 본 발명의 보호 범위가 이러한 메커니즘에 제한되지 않는다. 즉, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물은 일반적으로 수소 원자가 표면에 존재하기 때문에 물의 접촉각이 높다. 이에 비해, 이러한 실시 형태의 비이온 수용성 고분자 (A)를 사용함으로써, 당해 비이온 수용성 고분자 (A)가 습윤제로서 작용하여, 연마 완료 연마 대상물 표면에 있어서의 물의 접촉각을 낮게 한다. 그것에 의해 불순물을 제거하기 쉽게 하는 것으로 추측된다. 또한, 본 명세서 중, *는 결합 위치를 나타낸다.
본 형태의 (1)에 있어서, X가 하기:
Figure pct00005
이고, R1 내지 R4의 적어도 하나가 -J이고, -J가 수산기인 것이 바람직하다.
또한, 본 형태의 (2)에 있어서, X가 하기:
Figure pct00006
이고, R1 내지 R4의 적어도 하나가 -J이고, -J가,
Figure pct00007
인 것이 바람직하다.
또한, 본 형태의 (3)에 있어서, X가 하기:
Figure pct00008
로 표시되고, R1, R2, R5 및 R6의 적어도 하나가, 수소 원자이고, R8은 -E이고, -E가 하기 식:
Figure pct00009
로 표시되는 것이 바람직하다.
그 중에서도, 본 발명의 소기의 효과를 발휘한다는 관점에서, 본 형태의 (1) 및 본 형태의 (2)가 바람직하고, 본 형태의 (1)이 보다 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐카프로락탐 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 폴리N-비닐포름아미드 및 폴리N-비닐포름아미드 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이다. 이러한 실시 형태에 의해, 본 발명의 소기의 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다.
또한, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가 공중합체인 경우, 그 형태는, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트 공중합체, 교호 공중합체 중 어느 것이어도 된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 혹은, 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 폴리비닐피롤리돈(PVP) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체인 것이 바람직하고, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체인 것이 보다 바람직하다. 이러한 실시 형태에 의해, 본 발명의 소기의 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 폴리비닐알코올(PVA) 또는 상기 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체의 비누화도가, 60％ 이상이다. 이러한 실시 형태에 의해, 본 발명의 소기의 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 비누화도가, 80％ 이상인 것이 바람직하고, 90％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서, 비이온 수용성 고분자 (A)의 중량 평균 분자량은, 디펙트를 충분히 제거한다는 관점에서, 800 이상인 것이 바람직하고, 2,000 이상인 것이 보다 바람직하고, 4,000 이상인 것이 더욱 바람직하고, 6,000 이상인 것이 보다 더욱 바람직하고, 8,000 이상인 것이 보다 더욱 바람직하다. 또한, 디펙트를 충분히 제거한다는 관점에서, 80,000 이하인 것이 바람직하고, 60,000 이하인 것이 보다 바람직하고, 45,000 이하인 것이 더욱 바람직하고, 30,000 이하인 것이 보다 더욱 바람직하고, 20,000 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 중량 평균 분자량은, 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 분자량이 기지의 폴리스티렌을 기준 물질로서 측정한다.
비이온 수용성 고분자 (A)의 함유량은, 디펙트를 충분히 제거한다는 관점에서, 표면 처리 조성물의 총 질량에 대하여, 0.01질량％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.08질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 5질량％ 이하인 것이 바람직하고, 1질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.6질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.3질량％ 이하인 것이 보다 더욱 바람직하고, 0.2질량％ 이하인 것이 보다 더욱 바람직하다.
(음이온 수용성 고분자 (B))
본 발명의 표면 처리 조성물은, 음이온 수용성 고분자 (B)를 포함하고, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)는, 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 측쇄를 포함하고, 당해 측쇄는, 상기 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고, 또한, 술폰산기 또는 그의 염의 기 또는 카르복실기 또는 그의 염의 기를 갖는다. 이러한 표면 처리 조성물이, 본 발명의 소기 효과를 발휘하는 메커니즘은 이하와 같다고 추측된다. 물론, 본 발명의 보호 범위가 이러한 메커니즘에 제한되지 않는다. 즉, 음이온 수용성 고분자 (B)는 분산제로서 기능하여, 연마 완료 연마 대상물에 잔류하는 불순물을 제거하는 것으로 추측된다. 또한, 「측쇄」란, 「주쇄」로부터 갈라져 나온 쇄를 말한다.
염(특히는, 카운터 양이온)으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 암모늄염, 나트륨염 등을 들 수 있다.
술폰산기 또는 그의 염의 기, 또는, 카르복실기 또는 그의 염의 기는, 측쇄로서, 상기 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 직접 결합되어 있어도 되고, 다른 결합기를 개재시켜, 상기 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합되어 있어도 된다. 상기 결합기로서는, 탄소수 6 내지 24개의 아릴렌기나, 2가의 산 아미드 등을 들 수 있다. 또한, 탄소수 6 내지 24개의 아릴렌기로서는, 페닐렌기, 나프탈렌디일기 등이 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)가, 하기 식 (2):
Figure pct00010
로 표시되는 구성 단위를 포함하고, R9는, 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11은 각각 독립적으로, 수소 원자, -COOR12 또는 -G이고, 단, R10 및 R11이 동시에 수소 원자가 되는 일은 없고, -G는, 이하:
Figure pct00011
이고, R12, R13 및 R15는 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기 또는 카운터 양이온이고, R14는, 2가의 기이다. 이러한 실시 형태에 따르면, 본 발명의 소기의 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다.
여기서, 탄소수 1 내지 12의 알킬기로서는, 직쇄상이어도 분지상이어도 되고, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 헥사데실기, 스테아릴기, 이코실기, 도코실기, 테트라코실기, 트리아콘틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 이소헵틸기, 2-에틸헥실기, 이소데실기를 들 수 있다.
또한, 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기로서는, 상기 탄소수 1 내지 12의 알킬기의 적어도 하나의 수소 원자가 수산기로 치환되어 있는 것을 들 수 있다.
또한, 2가의 기로서는, 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 24개의 아릴렌기 등을 들 수 있다. 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기는, 상기 탄소수 1 내지 12의 알킬기 수소를 1개 제거한 2가의 치환기이다. 또한, 탄소수 6 내지 24개의 아릴렌기로서는 페닐렌기나, 나프탈렌디일기 등이 적합하다.
또한, 카운터 양이온으로서는, 암모늄 이온이나, 나트륨 이온 등을 들 수 있다.
본 형태의 (1)에 있어서는, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11이 각각, -COOR12, 수소 원자이고, R12가 수소 원자 또는 카운터 양이온이다. 이때, 특히, pH가 7.0 미만인 것이 바람직하고, 5.0 미만인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 형태의 (2)에 있어서는, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)는, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11이 각각, -COOR12, 수소 원자이고, R12가 수소 원자 또는 카운터 양이온인 구성 단위와; R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11이 모두, -COOR12이고, R12가 수소 원자 또는 카운터 양이온인 구성 단위;를 포함한다. 이때, 무수물의 형태가 되어도 된다.
또한, 본 형태의 (3)에 있어서는, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11이 모두, -COOR12이고, R12가 수소 원자 또는 카운터 양이온이다.
또한, 본 형태의 (4)에 있어서는, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)는, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11이 각각, -COOR12, 수소 원자이고, R12가 수소 원자 또는 카운터 양이온인 구성 단위와; R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -COOR12이고, R12가 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기인 구성 단위;를 포함한다.
또한, 본 형태의 (5)에 있어서는, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)는, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -COOR12이고, R12가 수소 원자 또는 카운터 양이온인 구성 단위와; R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -G이고, -G가,
Figure pct00012
이고, R14는 2가의 기이고, R15는 수소 원자, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기 또는 카운터 양이온이다.
또한, 본 형태의 (6)에 있어서, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -G이고, -G는, 이하:
Figure pct00013
이고, R13은 수소 원자, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기 또는 카운터 양이온이다.
또한, 본 형태의 (7)에 있어서, R9가 수소 원자 또는 메틸기이고, R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -G이고, -G가,
Figure pct00014
이고, R14는 2가의 기이고, R15는 수소 원자, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기 또는 카운터 양이온이다.
그 중에서도, 본 발명의 소기 효과를 발휘한다는 관점에서, 본 형태의 (1) 또는 (2)가 바람직하고, 본 형태의 (1)이 보다 바람직하다. 이때, 상기한 바와 같이, 특히 pH가 7.0 미만인 것이 바람직하고, 5.0 미만인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)에 있어서의 R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -G이고, -G가, 이하:
Figure pct00015
이고, R13은 상기와 동일하고, 당해 음이온 수용성 고분자 (B)의 중량 평균 분자량이, 10만 이상이다. 이러한 실시 형태에 따르면, 본 발명의 소기 효과를 효율적으로 발휘할 수 있다.
본 발명에 있어서, 음이온 수용성 고분자 (B)의 중량 평균 분자량은, 디펙트를 충분히 제거한다는 관점에서, 400 이상인 것이 바람직하고, 1,000 이상인 것이 보다 바람직하고, 2,000 이상인 것이 더욱 바람직하고, 2,500 이상인 것이 보다 더욱 바람직하다. 또한, 8,000 이상이어도 되고, 10,000 이상이어도 되고, 30,000 이상이어도 되고, 50,000 이상이어도 되고, 80,000 이상이어도 되고, 100,000 이상이어도 된다. 또한, 디펙트를 충분히 제거한다는 관점에서, 1,000,000 이하인 것이 바람직하고, 900,000 이하인 것이 보다 바람직하고, 300,000 이하여도 되고, 150,000 이하여도 되고, 80,000 이하여도 된다. 또한, 본 발명의 소기 효과를 보다 효율적으로 얻기 위해서, 50,000 이하가 바람직하고, 30,000 이하가 보다 바람직하고, 10,000 이하가 보다 더욱 바람직하고, 8,000 이하가 특히 바람직하다.
또한, 중량 평균 분자량은, 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 분자량이 기지의 폴리스티렌을 기준 물질로서 측정한다.
음이온 수용성 고분자 (B)의 함유량은, 디펙트를 충분히 제거한다는 관점에서, 표면 처리 조성물의 총 질량에 대하여, 0.01질량％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05질량％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 5질량％ 이하인 것이 바람직하고, 1질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.6질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.3질량％ 이하인 것이 보다 더욱 바람직하고, 0.2질량％ 이하인 것이 보다 더욱 바람직하다.
(pH)
본 발명의 표면 처리 조성물은, pH가 9.0 미만이다. pH가 9.0 이상이면, 본 발명의 소기 효과를 발휘할 수 없다. 또한, pH의 값은, 실시예의 방법으로 측정된 값을 채용하는 것으로 한다.
본 발명의 표면 처리 조성물은, pH가 9.0 미만이면 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 8.0 미만이고, 보다 바람직하게는 7.0 미만이고, 더욱 바람직하게는 6.0 미만이고, 4.0 미만이어도 되고, 3.5 미만이어도 된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 표면 처리 조성물의 pH는, 7.0 미만이다. 또한, 본 발명의 표면 처리 조성물의 pH는, 1.5 이상인 것이 바람직하고, 2.0 이상인 것이 보다 바람직하다.
pH를 조정하는 경우에는, pH 조정제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 pH 조정제로서는, 공지된 산, 염기 또는 그들의 염을 사용할 수 있다.
pH 조정제로서 사용할 수 있는 산의 구체예로서는, 예를 들어 염산, 황산, 질산, 불산, 붕산, 탄산, 차아인산, 아인산 및 인산 등의 무기산이나, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 펜탄산, 2-메틸부티르산, 헥산산, 3,3-디메틸-부티르산, 2-에틸부티르산, 4-메틸펜탄산, 헵탄산, 2-메틸헥산산, 옥탄산, 2-에틸헥산산, 벤조산, 히드록시아세트산, 살리실산, 글리세린산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 말레산, 프탈산, 말산, 타르타르산, 시트르산, 락트산, 디글리콜산, 2-푸란카르복실산, 2,5-푸란디카르복실산, 3-푸란카르복실산, 2-테트라히드로푸란카르복실산, 메톡시아세트산, 메톡시페닐아세트산 및 페녹시아세트산 등의 유기산을 들 수 있다. pH 조정제로서 무기산을 사용한 경우, 특히 황산, 질산, 인산 등의 연마 속도 향상의 관점에서 특히 바람직하고, pH 조정제로서 유기산을 사용한 경우, 글리콜산, 숙신산, 말레산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글루콘산 및 이타콘산 등이 바람직하다.
pH 조정제로서 사용할 수 있는 염기로서는, 지방족 아민, 방향족 아민 등의 아민, 암모늄 용액, 수산화 제4 암모늄 등의 유기 염기, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속의 수산화물, 제2족 원소의 수산화물, 히스티딘 등의 아미노산, 암모니아 등을 들 수 있다.
이들 pH 조정제 중에서도, pH 조정의 용이성, 불순물을 보다 저감한다는 관점에서, 질산, 암모늄 용액, 히스티딘 등의 아미노산이 보다 바람직하다.
pH 조정제는, 단독으로도 또는 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. pH 조정제의 첨가량은 특별히 제한되지 않고, 연마용 조성물이 원하는 pH가 되도록 적절히 조정하면 된다.
(분산매)
본 발명의 일 형태에 관한 표면 처리 조성물은, 통상, 분산매(용매)를 포함한다. 분산매는, 각 성분을 분산 또는 용해시키는 기능을 갖는다. 분산매는, 물만인 것이 보다 바람직하다. 또한, 분산매는, 각 성분의 분산 또는 용해를 위해서, 물과 유기 용매의 혼합 용매여도 된다.
물은, 표면 처리 대상물의 오염이나 다른 성분의 작용을 저해한다는 관점에서, 불순물을 가능한 한 함유하지 않는 물이 바람직하다. 예를 들어, 전이 금속 이온의 합계 함유량이 100ppb 이하인 물이 바람직하다. 여기서, 물의 순도는, 예를 들어 이온 교환 수지를 사용하는 불순물 이온의 제거, 필터에 의한 이물의 제거, 증류 등의 조작에 의해 높일 수 있다. 구체적으로는, 물로서는, 예를 들어 탈이온수(이온 교환수), 순수, 초순수, 증류수 등을 사용하는 것이 바람직하다.
(다른 첨가제)
본 발명의 일 형태에 관한 표면 처리 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에 있어서, 필요에 따라, 다른 첨가제를 임의의 비율로 함유하고 있어도 된다. 단, 불순물의 원인이 되기 때문에, 그 첨가량은 가능한 한 적은 것이 바람직하고, 포함하지 않는 것이 보다 바람직하다. 다른 첨가제로서는, 예를 들어 방부제, 용존 가스, 환원제, 산화제 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 표면 처리 조성물은, 연마 과립(지립)을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
(표면 처리 조성물의 제조 방법)
또한, 본 발명에 있어서는, 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)와; 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B);를 혼합시키는 것, 및 pH를 9.0 미만으로 하는 것을 갖는, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, 표면 처리 조성물의 제조 방법이 제공된다.
상기의 표면 처리 조성물의 제조 방법은, 특별히 제한되지 않지만, 표면 처리 조성물을 구성하는 각 성분 및 필요에 따라 다른 성분을, 분산매로 교반 혼합함으로써 얻을 수 있다. 각 성분을 혼합할 때의 온도는 특별히 제한되지 않지만, 10 내지 40℃가 바람직하고, 용해 속도를 올리기 위하여 가열해도 된다. 또한, 혼합 시간도 특별히 제한되지 않는다.
(연마 완료 연마 대상물의 표면 처리 방법)
상기한 바와 같이, 본 발명의 표면 처리 조성물을 사용하여, 연마 완료 연마 대상물의 표면으로부터 불순물을 제거함으로써, 당해 연마 완료 연마 대상물(기판) 표면의 표면 상태를 변화시킨다. 그 방법을 「표면 처리 방법」이라고 칭한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 표면 처리 조성물을 사용하여, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리를 행하는 것을 갖는 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리 방법도 제공된다.
표면 처리 방법은, 상기 표면 처리 조성물을 사용하는 것 이외에는, 일반적인 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 연마 완료 연마 대상물(이하, 「표면 처리 대상물」이라고도 칭함)을 표면 처리 조성물 중에 침지시키는 방법이나, 추가로 초음파 처리를 행하는 방법, 혹은, 표면 처리 대상물을, 패드를 사용하여 회전 처리하면서 표면 처리 조성물을 흘려 보내는 방법 등을 들 수 있다. 패드로서는, 일반적인 부직포, 폴리우레탄 및 다공질 불소 수지 등을 특별히 제한없이 사용할 수 있다.
표면 처리 장치로서는, 연마 완료 연마 대상물 등을 보유 지지하는 홀더와 회전수를 변경 가능한 모터 등이 설치되어 있고, 패드를 부착 가능한 연마 정반을 갖는 일반적인 연마 장치를 원용할 수 있다.
여기서, 패드를 사용하여 회전 처리하면서 표면 처리 조성물을 흘려 보내는 방법의 경우의 처리 조건에도 특별히 제한은 없고, 예를 들어 연마 완료 연마 대상물과, 패드의 압력은 0.5 내지 10psi가 바람직하다. 헤드 회전수는, 10 내지 100rpm이 바람직하다. 또한, 정반 회전수는, 10 내지 100rpm이 바람직하다. 흘려 보냄식의 공급량에 제한은 없지만, 표면 처리 대상물의 표면이 표면 처리 조성물로 덮여 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 10 내지 5000ml/분이다. 또한, 표면 처리 시간도 특별히 제한되지 않지만, 5 내지 180초간인 것이 바람직하다.
이러한 범위라면, 불순물을 보다 양호하게 제거하는 것이 가능하다.
표면 처리 시의 표면 처리 조성물의 온도는, 특별히 제한되지 않고, 통상은 실온이면 되지만, 성능을 손상시키지 않는 범위에서, 40℃ 이상 70℃ 이하 정도로 가온해도 된다.
(수세 공정)
본 발명에 있어서는, 물에 의한 수세 공정을, 본 발명의 표면 처리 방법 전, 후 또는 그 양쪽에 있어서 행해도 된다.
예를 들어, 표면 처리를 행한 면을, 브러시(예를 들어, 폴리비닐알코올제)를 사용하여, 순수를 사용하고, 회전수 10 내지 200rpm으로, 10 내지 120초간 수세를 행할 수 있다. 그 후, 회전수 100 내지 2000rpm으로, 10 내지 120초간, 표면 처리를 행한 연마 완료 연마 대상물을 회전시킴으로써 건조할 수 있다.
(반도체 기판의 제조 방법)
본 발명에 있어서, CMP 공정이 실시되는 대상인 연마 대상물은, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하지만, 바람직하게는 반도체 기판으로서 제공되는 것을 의도하고 있다. CMP 공정 후의 연마 완료 연마 대상물의 표면에는, 불순물이 잔류하는데, 본 발명의 표면 처리 조성물로, 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거하여 반도체 기판을 제조함으로써, 반도체의 전기 특성에 악영향을 주는 일 없이, 디바이스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 있어서는, 상기 표면 처리 방법에 의해, 연마 완료 연마 대상물의 표면을 처리하는 것을 갖는 반도체 기판의 제조 방법도 제공된다. CMP 공정 후인 연마된 연마 대상물(연마 완료 연마 대상물)의 표면을 상기 표면 처리 방법에 의해 처리함으로써, 불순물을 유의하게 저감시킨 반도체 기판을 제조할 수 있고, 나아가서는, 반도체의 전기 특성 악영향을 억제하여, 디바이스의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명은 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)와; 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B);를 함유하고, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, pH가 9.0 미만인, 표면 처리 조성물이고, 규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 적합하게 사용된다. 그 의미에서는, 본 발명의 표면 처리 조성물은, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 적어도 한쪽을 포함하는 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에도 적합하게 사용된다. 따라서, 본원에서는, 탄소 원자만 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)와; 탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B);를 함유하고, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 적어도 한쪽을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, pH가 9.0 미만인, 표면 처리 조성물도 제공된다. 당해 표면 처리 조성물의 구체적인 설명은, 상기에서 행한 것을 적용할 수 있다.
실시예
본 발명을, 이하의 실시예 및 비교예를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 기술적 범위가 이하의 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서 「부」 또는 「％」의 표시를 사용하는데, 특별히 언급이 없는 한 「질량부」 또는 「질량％」를 나타낸다. 또한, 특기하지 않는 한, 각 조작은, 실온(25℃)에서 행하여진다.
<연마 완료 연마 대상물의 준비>
연마 대상물로서, 12인치의 폴리실리콘 웨이퍼(두께: 20×103Å) 및 12인치의 질화규소 웨이퍼(두께: 3×103Å)를 준비하고, 이들 연마 대상물을 각각 하기의 연마용 슬러리 A로 하기의 연마 조건에서 연마함으로써, 각각의 연마 완료 연마 대상물을 얻었다.
(슬러리 A)
각 원료를, 혼합 온도: 약 25℃, 혼합 시간: 약 10분으로, 순수 중에서 혼합함으로써, 지립(콜로이달 실리카; 평균 1차 입자 직경: 35nm 평균 2차 입자 직경: 70nm) 2질량％와, PVP 0.1질량％를 포함하는, 슬러리 A를 얻었다.
(연마 조건)
연마 장치: 에바라 세이사꾸쇼제 FREX 300E
연마 패드: Dow IC1010
헤드 회전수: 91rpm
연마 정반 회전수: 90rpm
연마 완료 연마 대상물과, 연마 패드의 압력: 2psi
연마용 조성물의 공급량: 300ml/분
연마용 조성물의 공급: 흘려 보냄식
연마 시간: 1분.
<실시예 1>
(표면 처리 조성물의 제조)
성분 1로서 표 1에 나타내는 PVA(성분 (A))와, 성분 2로서 표 1에 나타내는 폴리(메타크릴산나트륨염)(성분 (B))와, pH 조정제로서 질산을 표 1에 나타내는 조성이 되도록, 순수 중에서 혼합함으로써, 표면 처리 조성물을 제조하였다(혼합 온도: 약 25℃, 혼합 시간: 약 3분). 또한, 실시예, 비교예에서 사용한 「PVA」의 비누화도는, 95％ 이상이었다.
pH는, pH 미터(호리바 세이사꾸쇼사제 형번: LAQUA)에 의해 확인하였다(액온: 25℃).
중량 평균 분자량은, 폴리스티렌을 표준 물질로 한 겔 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정한 값을 채용한다.
(표면 처리 공정)
상기에서 준비한 각 연마 완료 연마 대상물을, 상기에서 제조한 표면 처리 조성물을 사용하여, 하기 표면 처리 조건에 의해, 표면 처리를 행하였다.
(표면 처리 조건)
표면 처리 장치: 에바라 세이사꾸쇼제 FREX 300E
연마 패드: Dow IC1010
헤드 회전수: 61rpm
정반 회전수: 60rpm
연마 완료 연마 대상물과, 연마 패드의 압력: 1psi
표면 처리 조성물 공급량: 300ml/분
표면 처리 조성물의 공급: 흘려 보냄식
표면 처리 시간: 1분.
(수세 공정)
표면 처리를 행한 면을, 폴리비닐알코올제 브러시를 사용하고, 순수를 사용하여, 회전수 100rpm으로, 50초간 수세를 행하였다. 그 후, 회전수 1500rpm으로 60초간, 표면 처리를 행한 연마 완료 연마 대상물을 회전시킴으로써 건조를 행하였다.
(디펙트 수의 평가)
표면 처리를 행하고, 수세를 행한 후의 연마 완료 연마 대상물인 12인치 웨이퍼 전체면에 있어서의 디펙트(폴리실리콘 웨이퍼에 대해서는 0.23㎛ 이상의 것, 질화규소 웨이퍼에 대해서는, 0.16㎛ 이상의 것)의 수를, KLA TENCOR사제 SP-1을 사용함으로써 평가하였다.
구체적으로는, LPD(large particle distribution)값을, 암시야 측정(Dark-field composited oblique channel)으로 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
LPD값이 높을수록 나쁜 디펙트 성능을 나타내지만, 폴리실리콘 웨이퍼에 있어서의 디펙트의 수가 360개 이하이고, 또한, 질화규소 웨이퍼에 있어서의 디펙트의 수가 820개 이하이면, 디펙트의 수가 충분히 적은, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합을 갖는 연마 완료 연마 대상물로서, 반도체 기판에 제공할 수 있다고 판단할 수 있다.
또한, 실시예에 있어서는, 폴리실리콘 웨이퍼 및 질화규소 웨이퍼 각각을 사용하여 평가를 행했지만, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물을 사용하는 경우도, 동일한 평가 결과가 얻어진다고 상정할 수 있다.
<기타의 실시예 및 비교예>
실시예 1과 동일하게, 표 1에 나타내는 성분과, 경우에 따라 pH 조정제를 혼합함으로써, 표면 처리 조성물을 제조하였다. 그 후, 상기와 동일한 방법으로, 표면 처리, 수세를 행하고, 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
(고찰)
본 발명의 표면 처리 조성물이면, 폴리실리콘 웨이퍼에 있어서의 디펙트의 수가 360개 이하이고, 또한, 질화규소 웨이퍼에 있어서의 디펙트의 수가 820개 이하이기 때문에, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거하는 것이 시사된다. 이에 비해, 비교예의 조성물을 사용하면, 폴리실리콘 웨이퍼에 있어서의 디펙트의 수가 360개 초과이거나, 질화규소 웨이퍼에 있어서의 디펙트의 수가 820개 초과이거나 해서, 규소-규소 결합 및 질소-규소 결합의 어느 것도 갖는 연마 완료 연마 대상물 표면의 디펙트를 충분히 제거할 수 없는 것이 시사된다.
또한, 본 출원은, 2016년 9월 21일에 출원된, 일본 특허 출원 제2016-184768호에 기초하고 있고, 그 개시 내용은, 참조에 의해 전체로서 인용되고 있다.

Claims (10)

  1. 탄소 원자만, 또는 탄소 원자와 질소 원자를 포함하는 주쇄를 갖는 비이온 수용성 고분자 (A)와;
    탄소 원자만을 포함하는 주쇄와, 당해 탄소 원자만을 포함하는 주쇄에 결합하고 있는, 술폰산기 또는 그의 염을 갖는 기 또는 카르복실기 또는 그의 염을 갖는 기를 갖는 측쇄를 갖는 음이온 수용성 고분자 (B);
    를 함유하고,
    규소-규소 결합과, 질소-규소 결합을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리에 사용되는, pH가 9.0 미만인, 표면 처리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가, 하기 식 (1):
    Figure pct00021

    로 표시되는 구성 단위를 포함하고,
    X가, 하기:
    Figure pct00022

    로 표시되고,
    R1 내지 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 -J이고,
    -J가 수산기,
    Figure pct00023

    로 표시되고, 단, *는 결합 위치를 나타내고,
    R7 및 R8은 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 -E이고,
    -E가 하기 식:
    Figure pct00024

    로 표시되고, 단, *는 결합 위치를 나타내고,
    상기 구성 단위가, -J 및 -E의 적어도 한쪽을 포함하는, 표면 처리 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐카프로락탐 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체, 폴리N-비닐포름아미드 및 폴리N-비닐포름아미드 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인, 표면 처리 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비이온 수용성 고분자 (A)가 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체인, 표면 처리 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리비닐알코올(PVA) 또는 상기 폴리비닐알코올(PVA) 유래의 구성 단위를 구조의 일부에 포함하는 공중합체의 비누화도가, 60％ 이상인, 표면 처리 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)가, 하기 식 (2):
    Figure pct00025

    로 표시되는 구성 단위를 포함하고,
    R9는, 수소 원자 또는 메틸기이고,
    R10 및 R11은 각각 독립적으로, 수소 원자, -COOR12 또는 -G이고, 단, R10 및 R11이, 동시에 수소 원자가 되는 일은 없고,
    -G는, 이하:
    Figure pct00026

    이고, 단, *는 결합 위치를 나타내고,
    R12, R13 및 R15는 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 히드록시알킬기 또는 카운터 양이온이고,
    R14는 2가의 기인, 표면 처리 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 음이온 수용성 고분자 (B)에 있어서의 R10 및 R11의 적어도 한쪽이 -G이고,
    -G가, 이하:
    Figure pct00027

    이고,
    R13은 상기와 동일하고, 단, *는 결합 위치를 나타내고,
    당해 음이온 수용성 고분자 (B)의 중량 평균 분자량이, 10만 이상인, 표면 처리 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, pH가 7.0 미만인, 표면 처리 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 표면 처리 조성물을 사용하여, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리를 행하는 것을 갖는, 연마 완료 연마 대상물의 표면 처리 방법.
  10. 제9항에 기재된 표면 처리 방법에 의해, 연마 완료 연마 대상물의 표면을 처리하는 것을 갖는, 반도체 기판의 제조 방법.
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