KR20190064182A - 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 반도체 박막의 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일차 입자크기가 30 nm 이하이고, 0.1 내지 30 중량% 수용액 조건에서 황색 지수(b*)가 1 이하인 산화세륨 입자를 포함하여, 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서 연마율을 크게 향상시키는 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 반도체 박막의 연마 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 집적회로 기술이 발전함에 따라 종래의 기술로는 광역 평탄화(Global Planarization)의 요구를 만족할 수 없게 됨으로써 새로운 광역 평탄화 기술이 필요하게 되었다.
화학-기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 이러한 광역 평탄화 기술에 이용되는 공정으로 기계적 연마와 화학적 연마를 하나의 공정으로 결합한 기술로서, 기존의 평탄화 기술들이 가지고 있는 가공 변질층의 형성이나 형상 정밀도 저하 등의 문제점을 해결하고 있다.
상기 CMP 공정에는 일반적으로 산화세륨 입자 함유 슬러리가 사용되는데, 최근 대상막 두께 상승 및 공정 간소화를 위해 고 연마율의 CMP 슬러리가 요구되고 있다.
하지만, 기존의 하소 산화세륨 입자의 경우 입도가 크고 형상이 균일하지 않아 스크래치 문제가 발생하고, 그에 비해 입도가 작고 균일한 콜로이달 산화세륨 입자의 경우 하소 산화세륨 입자에 비해 연마율이 크게 감소하는 문제가 있다.
따라서, 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 동시에 연마율을 크게 향상시키는 연마 입자와 이를 포함하는 연마용 슬러리 조성물 등의 개발이 필요한 상황이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 동시에 연마 대상막의 연마율을 크게 향상키는 연마용 슬러리 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 연마용 슬러리 조성물을 사용한 반도체 박막의 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일차 입자크기가 30 nm 이하인 산화세륨 입자 및 탈이온수를 포함하되 pH가 7 이하이며, 상기 산화세륨 입자는 탈이온수 내 0.1 내지 30 중량% 농도 조건에서 황색 지수(b*)가 1 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 a) 산화세륨 전구체를 이용하여 화학적 합성에 의해 산화세륨을 제조하는 단계; b) 상기 산화세륨을 400 내지 900 ℃에서 하소하여 하소 산화세륨을 제조하는 단계; c) 상기 하소 산화세륨을 탈이온수 및 분산제와 혼합하고 분산장비로 분산시켜 산화세륨 분산액을 제조하는 단계; d) 상기 산화세륨 분산액을 필터링하여 분급하는 단계; 및 e) 분급된 산화세륨 분산액을 20 내지 30 ℃에서 숙성시키는 단계;를 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 반도체 박막을 연마하는 반도체 박막의 연마 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 종래의 트레이드-오프(trade-off) 관계로 알려진 연마 대상막의 스크래치율과 연마율을 동시에 개선시켜, 연마 대상막의 스크래치는 감소시키면서, 연마 대상막의 연마율은 크게 향상시킨 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 비교예 1(왼쪽) 및 실시예 1(오른쪽)에서 제조한 산화세륨 입자를 포함한 연마용 슬러리 용액의 외관 사진이다.
도 2는 비교예 1에서 제조한 산화세륨 일차 입자의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 산화세륨 일차 입자의 SEM 사진이다.
도 2는 비교예 1에서 제조한 산화세륨 일차 입자의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 산화세륨 일차 입자의 SEM 사진이다.
이하 본 기재의 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 산화세륨 전구체를 특정 온도에서 하소시키고, 하소된 산화세륨을 특정 분산 조건으로 분산시켜 슬러리 조성물을 제조하는 경우, 종래의 트레이드-오프 관계를 깨고 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서 연마율을 크게 향상시키는 것을 확인하고, 이를 토대로 연구에 더욱 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 연마용 슬러리 조성물은 일차 입자크기가 30 nm 이하인 산화세륨 입자 및 탈이온수를 포함하되 pH가 7 이하이며, 상기 산화세륨 입자는 탈이온수 내 0.1 내지 30 중량% 농도 조건에서 황색 지수(b*)가 1 이하인 것을 특징으로 하며, 이 경우 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
상기 산화세륨 입자의 일차 입자크기는 일례로 10 내지 30 nm, 15 내지 25 nm, 또는 20 내지 25 nm일 수 있고, 이 범위 내에서 연마율이 우수하며, 연마용 슬러리 조성물이 좁은 선폭의 반도체 공정에 적용되는 경우에도 연마 대상막의 스크래치 발생을 감소시키는 효과가 있다.
본 기재에서 일차 입자는 하소 단계에서 성장한 산화세륨 개개의 입자(결정)를 의미하고, 일차 입자크기는 진공 조건 하에서 SEM 혹은 TEM으로 측정할 수 있고, 구체적으로 SEM 혹은 TEM에 있는 입도 측정하는 프로그램 툴(tool)을 이용하여 한 화면상에 보이는 500 내지 1000 개의 입자 크기를 측정한 평균값으로 한다.
상기 산화세륨 입자의 이차 입자크기는 일례로 100 내지 200 nm, 110 내지 170 nm, 또는 130 내지 170 nm 일 수 있고, 이 범위 내에서 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
본 기재에서 이차 입자는 응집 형태의 입자군으로서, 일차 입자가 뭉쳐서 형성된 것을 의미하고, 이차 입자크기는 레이저 회절 입도분석기를 이용하여 측정할 수 있고, 구체적으로는 말베른(Malvarn)사의 입도분석기로 제타 사이즈(Zeta size) 측정 모드로 하여, 샘플 pH(Sample pH)로 적정된 탈이온수를 이용하여 측정할 수 있다.
상기 산화세륨 입자는 일례로 탈이온수 내 0.1 내지 30 중량% 농도 조건에서 황색 지수(b*)가 1 이하, 0.1 내지 1, 또는 0.4 내지 0.8일 수 있고, 이 범위 내에서 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
본 기재에서 황색 지수는 반사 및 투과를 통한 분광측색계로 측정될 수 있다.
상기 탈이온수 내 0.1 내지 30 중량% 농도 조건에서 황색 지수가 1 이하라는 것은 상기 0.1 내지 30 중량% 농도 범위 내 어느 한 지점에서의 황색 지수가 1 이하인 경우를 모두 포함하는 것이다.
상기 산화세륨 입자는 또 다른 예로 탈이온수 내 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 10 중량%, 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 1 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 또는 0.2 중량% 조건에서 황색 지수가 1 이하, 0.1 내지 1, 또는 0.4 내지 0.8일 수 있고, 이 범위 내에서 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
본 기재에서 농도는 중량% 농도로 용액 총 중량에 대한 해당 입자 총 중량의 % 비율을 의미한다.
상기 산화세륨 입자는 일례로 하소 산화세륨 입자일 수 있고, 이 경우 연마 대상막인 산화막의 연마율을 향상시키는 효과가 있다.
본 기재에서 하소 산화세륨 입자는 통상적으로 본 발명이 속한 기술분야에서 인정되는 하소 산화세륨 입자의 정의를 따른다.
상기 하소 산화세륨 입자는 일례로 400 내지 900 ℃, 700 내지 900 ℃, 또는 800 내지 900 ℃에서 하소 처리된 산화세륨 입자일 수 있고, 이 범위 내에서 본 기재의 일차 입자크기가 제조될 수 있고, 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
상기 하소 처리는 바람직하게는 대기압 상태 및 840 내지 860 ℃ 조건 하에서 실시될 수 있고, 이 경우 본 발명의 목적에 부합하는 효과가 나타난다.
상기 탈이온수는 일례로 연마용 슬러리 조성물에 대하여 70 중량% 이상, 85 내지 99.9 중량%, 또는 95 내지 99.9 중량%로 포함될 수 있으며, 이 범위 내에서 입자 침전이 없으며 분산성이 우수하여 안정적인 연마 성능을 구현한다.
상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는 일례로 3 내지 6, 또는 3.5 내지 4.5일 수 있고, 이 범위 내에서 높은 플러스 제타전위(+ Zeta Potential)로 인해 슬러리 조성물이 연마율 향상에 효과가 있다.
본 기재에서 pH는 별도의 기재가 없는 한 상온 하에서 일반적인 pH 측정장치를 이용하여 측정할 수 있다.
본 기재의 연마용 슬러리 조성물은 일례로 분산제를 포함할 수 있고, 이 경우 분산성을 높이는 효과가 있다.
상기 분산제는 통상의 산화세륨 분산액 조성물에 사용되는 분산제이면 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 아세트산, 폴리비닐알코올, 에틸렌글리콜, 글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 비이온성 분산제 및 음이온성 분산제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 슬러리 조성물의 침전이나 변질을 막아 분산성을 높이는 효과가 있다.
상기 분산제는 일례로 연마용 슬러리 조성물에 대하여 0.01 내지 5 중량%, 0.05 내지 3 중량%, 또는 0.1 내지 1 중량%일 수 있고, 이 범위 내에서 슬러리 조성물의 침전이나 변질을 막아 분산성을 높이는 효과가 있다.
본 기재의 연마용 슬러리 조성물은 물성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 pH 조절제 및 착화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 pH 조절제는 통상의 산화세륨 분산액 조성물에 사용되는 pH 조절제이면 크게 제한되지 않으며, 일례로 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 황산, 염산, 질산, 인산, 구연산, 인산칼륨 및 염화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 pH를 원하는 범위 내로 조절하여 연마제의 침전이나 변질을 막아 연마제의 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
상기 착화제는 일례로 카르보닐 화합물 및 그 염, 카르복시산 화합물 및 그 염, 알코올류 및 아민 함유 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 연마 대상막의 스크래치를 감소시키는 효과가 있다.
본 기재의 연마용 슬러리 조성물의 제조방법은 일례로 a) 산화세륨 전구체를 이용하여 화학적 합성에 의해 산화세륨을 제조하는 단계; b) 상기 산화세륨을 400 내지 900 ℃에서 하소하여 하소 산화세륨을 제조하는 단계; c) 상기 하소 산화세륨을 탈이온수 및 분산제와 혼합하고 분산장비로 분산시켜 산화세륨 분산액을 제조하는 단계; d) 상기 산화세륨 분산액을 필터링하여 분급하는 단계; 및 e) 분급된 산화세륨 분산액을 20 내지 30 ℃에서 숙성시키는 단계;를 포함할 수 있고, 이 범위 내에서 연마 대상막의 스크래치를 감소시키면서, 연마율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 연마용 슬러리 조성물의 제조방법을 단계별로 나누어 상세하게 살펴보기로 한다.
a) 산화세륨 전구체를 이용하여 산화세륨을 제조하는 단계
상기 a) 단계는 일례로 산화세륨 전구체를 이용하여 화학적 합성에 의해 산화세륨 분말을 제조하는 단계일 수 있고, 상기 화학적 합성은 보다 구체적인 예로 상향식 방식(Bottom up)의 화학적 합성일 수 있으며, 이 경우 입자가 성장하며 합성되고, 반응 조건의 제어가 용이하며 제조방법이 단순하고, 이렇게 합성된 산화세륨은 균일한 입도 분포를 가지는 효과가 있다.
상기 산화세륨 전구체는 일례로 통상의 산화세륨 제조에 쓰이는 산화세륨 전구체를 광범위하게 사용할 수 있으며, 바람직하게는 질산세륨, 탄산세륨, 산화세륨, 수산화세륨, 황산세륨 및 옥살산세륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 화학적 합성은 일례로 졸겔(sol-gel)법, 초임계반응법, 수열합성법, 공침법 등의 방법일 수 있고, 이 경우 반응 조건의 제어가 용이하고 제조방법이 단순하며 합성된 산화세륨은 균일한 입도 분포를 가지는 효과가 있다.
상기 화학적 합성의 구체적인 예들은 이 기술분야에서 속한 통상의 기술자에게 자명한 것인 바, 본 발명의 특징을 흐리지 않기 위해 생략하도록 한다.
상기 a) 단계에서는 일례로 암모늄 화합물을 첨가할 수 있고, 이 경우 산화세륨 입자의 형상을 제어하는 효과가 있다.
상기 암모늄 화합물은 일례로 암모니아수, 암모늄 클로라이드(ammonium chloride), 암모늄 아세테이트(ammonium acetate), 암모늄 설페이트(ammonium sulfate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate), 암모늄 카보네이트(ammonium carbonate), 암모늄 시아나이드(ammonium cyanide), 암모늄 시트레이트(ammonium citrate), 암모늄 나이트레이트(ammonium nitrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 산화세륨 입자의 형상을 제어하는 효과가 있다.
b) 상기 산화세륨을
하소시키는
단계
상기 b) 단계는 일례로 산화세륨을 하소하기 이전에 산화세륨을 건조시키는 단계 및/또는 건조시킨 산화세륨을 어닐링(annealing)시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 하소 단계 이전에 흡착되어 있는 수분을 제거하기 위하여 진행하는 것으로, 이 경우 건조된 산화세륨은 공정상 이송 및 처리의 용이성이 우수한 효과가 있다.
상기 건조 단계는 일례로 100 내지 300 ℃, 120 내지 270 ℃, 또는 140 내지 200 ℃에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 산화세륨 수분이 충분히 제거되어, 공정상 이송 및 처리의 용이성이 우수한 효과가 있다.
상기 건조 단계는 일례로 1 내지 10 시간, 2 내지 7 시간, 또는 2 내지 5 시간에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 산화세륨의 수분이 충분히 제거되어, 공정상 이송 및 처리의 용이성이 우수한 효과가 있다.
본 기재에서 어닐링 방법은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법인 경우 특별히 제한되지 않는다.
상기 어닐링 단계는 건조시킨 산화세륨을 어닐링시켜 산화세륨 입자를 형성하는 역할을 하며, 이 경우 적당한 크기의 산화세륨 일차 입자가 형성되는 효과가 있다.
상기 어닐링 단계는 일례로 200 내지 500 ℃, 또는 250 내지 400 ℃에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 적당한 크기의 산화세륨 일차 입자가 형성되는 효과가 있다.
상기 어닐링 단계는 일례로 1 내지 24 시간, 또는 2 내지 10 시간 에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 산화세륨 전구체가 산화세륨 입자로 형성되고, 적당한 크기의 산화세륨 일차 입자가 형성되는 효과가 있다.
상기 하소는 산화세륨 입자의 성장을 위하여 수행하는 것으로, 상기 어닐링 단계에서 생성된 산화세륨 입자가 핵 중심으로 결정방향이 결정되면, 상기 하소 단계에서 결정방향을 기준으로 산화세륨 입자를 성장시킬 수 있다.
상기 하소는 일례로 400 내지 900 ℃, 700 내지 900 ℃, 또는 800 내지 900 ℃에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 분산 안정성이 우수하며, 연마율이 높아지고 산화세륨 입자가 균일한 크기 및 모양을 갖게 되어 연마 시 스크래치를 감소시키는 효과가 있다.
상기 하소는 일례로 1 내지 12 시간, 2 내지 8 시간, 또는 3 내지 7 시간동안 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 원하는 산화세륨을 결정립 크기를 구현할 수 있으며, 연마율이 높아지고 산화세륨 입자가 균일한 크기 및 모양을 갖게 되어 연마 시 스크래치를 감소시키는 효과가 있다.
상기 하소는 일례로 대기압 하에서 실시하는 것이 바람직하고, 이 경우 분산 안정성이 우수하며, 연마율이 높아지고 산화세륨 입자가 균일한 크기 및 모양을 갖게 되어 연마 시 스크래치를 감소시키는 효과가 있다.
c) 산화세륨 분산액을 제조하는 단계
상기 c) 단계는 일례로 상기 하소 산화세륨을 탈이온수 및 분산제와 혼합하고 분산장비로 분산시켜 산화세륨 분산액을 제조하는 단계일 수 있고, 이 경우 분산 안정성이 우수하고 추가적인 응집 및 침전을 방지하는 효과가 있다.
상기 c) 단계는 일례로 하소 산화세륨을 탈이온수 및 분산제와 혼합하여 혼합물을 제조 후, 제조된 혼합물을 분산시키기 전에 별도의 밀링 단계을 진행할 수 있고, 이 경우 연마 입자 크기를 감소시키는 효과가 있다.
상기 밀링 단계는 일례로 습식 밀링 또는 건식 밀링일 수 있고, 상기 습식 밀링은 일례로 볼밀(Ball mill), 어트리션밀(Attrition mill) 및 다이노밀(Dyno mill)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 이용하여 실시될 수 있고, 상기 건식 밀링은 제트밀(Zet mill), 디스크밀(Disk mill) 및 비즈밀(Beads mill)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 이용하여 실시될 수 있다.
상기 c) 단계는 일례로 하소 산화세륨을 탈이온수 및 분산제를 혼합하여 분산시킬 수 있고, 이 경우 분산장비를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분산장비는 일례로 통상의 교반기 및 분산기를 사용할 수 있고, 구체적인 예로는 쉐이커, 호모지나이저, 페인트 쉐이커, 초음파 분산기, 롤밀, 아펙스밀, 진동볼밀 및 어트리션밀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이 경우 분산 안정성이 우수하고 추가적인 응집 및 침전을 방지하는 효과가 있다.
상기 분산은 일례로 어트리션밀 장비를 통해 지르코니아 비드(Zirconia Bead)를 이용하여 분산을 진행할 수 있고, 이 경우 안정적인 입자 분산성을 확보할 수 있다.
상기 분산제는 본 발명의 연마용 슬러리 조성물에서 예시한 분산제와 같다.
d) 산화세륨 분산액을
필터링하여
분급하는 단계
상기 d) 단계는 일례로 상기 산화세륨 분산액을 필터링하여 분급하는 단계일 수 있고, 이 경우 거대 입자를 제거하여 추가적인 응집 및 침전을 방지하고 스크래치를 감소시키는 효과가 있다.
상기 필터링 및 분급은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법 및 장치인 경우 특별히 제한되지 않는다.
e) 분급된 산화세륨 분산액을 숙성시키는 단계
상기 e) 단계는 일례로 분급된 산화세륨 분산액을 20 내지 30 ℃에서 숙성시키는 단계일 수 있고, 이 경우 연마용 슬러리 조성물를 안정화시키는 효과가 있다.
또 다른 예로, 상기 숙성은 20 내지 30 ℃, 20 내지 25 ℃, 또는 25 내지 30 ℃에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 연마용 슬러리 조성물을 안정화시키는 효과가 있다.
또한, 상기 숙성은 일례로 1 내지 24 시간(h), 1 내지 2 시간(h), 또는 2 내지 24 시간(h)동안 실시될 수 있고, 이 범위 내에서 연마용 슬러리 조성물을 안정화시키는 효과가 있다.
본 기재의 반도체 박막의 연마방법은 앞서 설명한 본 기재의 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 연마한 것일 수 있다.
상기 반도체 박막은 일례로 패턴화된 산화막을 포함할 수 있고, 이 경우 본 발명의 연마용 슬러리 조성물에 의한 패턴화된 산화막의 연마성능이 우수한 효과가 있다.
상기 반도체 박막은 일례로 24단 이상, 32단 이상, 48단 이상, 64단 이상, 24 내지 128단, 32단 내지 128단, 또는 48단 내지 128단일 수 있고, 이 범위 내에서 본 발명의 연마용 슬러리 조성물의 효과가 확연히 드러난다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
실시예
1
하소
산화세륨의 제조
산화세륨 전구체로 질산세륨을 상향식 방식(Bottom up)의 수열반응으로 입자를 성장시킨 후, 질산세륨 100 중량부를 탈이온수(DIW) 500 중량부에 첨가하여 교반시킨다. 교반되고 있는 전구체 용액에 암모니아수를 200 중량부를 첨가하여 pH가 10이 되게 하였다. 상기 용액을 수열합성기에 넣고 180 ℃에서 24 시간 반응시켜 산화세륨 입자를 제조하였다. 이 때 원심분리를 진행하여 미반응물을 제거하였다.
상기 제조된 산화세륨 입자 1,500 g을 150 ℃에서 4 시간 동안 건조시킨 후, 도가니에 균일하게 분포되게 넣고 가열로를 사용하여 850 ℃에서 4 시간 동안 공기 중에서 하소시켜, 하소된 산화세륨 분말을 제조하였다. 이때, 하소된 산화세륨 입자의 일차 크기는 20 nm이고, 탈이온수 내 농도 30 중량% 조건에서 황색 지수가 0.6인 하소 산화세륨 분말을 제조하였다.
연마용 슬러리 조성물의 제조
상기 제조된 산화세륨 분말 2 kg을 탈이온수 1.8 kg에 분산시킨 후, 분산제인 아세트산(삼전순약, GR 등급)를 30 g 첨가하여 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 어트리션밀(Attrition mill)를 사용하여 혼합된 슬러리를 밀링한 후, 원심 분리기로 거대 입자를 제거하여 산화세륨 이차 입자크기가 150 nm인 산화세륨 분산액을 제조하였다. 제조된 산화세륨 분산액 6.6 g을 탈이온수 993.4 g에 희석하여 산화세륨 입자의 농도(연마제 농도)가 0.2 중량%이고, pH가 4 인 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예
2
상기 실시예 1에서 산화세륨 입자의 이차 입자크기를 130 nm로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예
3
상기 실시예 1에서 산화세륨 입자의 이차 입자크기를 170 nm로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예
1
상기 실시예 1에서 산화세륨 입자의 일차 입자크기가 20 nm, 이차 입자크기가 50 nm인 Solvay 사의 콜로이달 산화세륨 분산액(제품명 HC10)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예
2
상기 실시예 1에서 산화세륨 입자의 일차 입자크기가 60 nm, 이차 입자크기가 150 nm인 Solvay 사의 콜로이달 산화세륨 분산액(제품명 HC60)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[시험예]
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 연마용 슬러리 조성물의 연마 조건을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
* 연마 장비: GnP TECHNOLOGY INC 사의 POLI 400
* 연마 대상막: 4 cm X 4 cm 옥사이드 웨이퍼(Oxide Wafer)
* 연마 패드: DOW IC1010
* 테이블(Table)/헤드(Head) 속도: 93/87 rpm
* 연마 압력: 210 g/cm2
* 슬러리 공급유량 100 ml/min
* 분산 장치: 마그네틱 교반기
* 박막 측정 장비: K-MAC 사의 ST 5000를 사용하여 연마 전, 후의 막 두께 변화를 측정하였다. 연마 시간 당 연마 대상막의 연마 정도를 이용하여 연마 속도를 산출하여 실시예 및 비교예에 대비하였다.
* 연마 후 표면 상태: SEM(Scanning Electron Microscope)으로 연마 후 표면 상태를 관찰하여 스크래치가 발생하였는지 확인하였다.
○: 양호, △: 보통, X: 나쁨
| 일차 입자크기 (nm) |
이차 입자크기 (nm) |
황색 지수 (b*) |
연마제 농도 (wt%) |
pH | 평판 Oxide 연마 속도 (Å/min) |
패턴 Oxide 연마 속도(P80) (Å/min) |
연마 후 표면상태 | |
| 실시예 1 | 20 | 150 | 0.6 | 0.2 | 4 | 6,570 | 7,515 | ○ |
| 실시예 2 | 20 | 130 | 0.8 | 0.2 | 4 | 6,148 | 7,154 | ○ |
| 실시예 3 | 20 | 170 | 0.4 | 0.2 | 4 | 6,877 | 7,648 | ○ |
| 비교예 1 | 20 | 50 | 5.4 | 0.2 | 4 | 494 | 124 | ○ |
| 비교예 2 | 60 | 150 | 0.5 | 0.2 | 4 | 4,847 | 3,815 | ○ |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물(실시예 1 내지 3)로 연마하는 경우, 산화막 웨이퍼의 연마 속도가 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 본 발명에 비해 산화세륨의 이차 입자크기가 작거나(비교예 1), 산화세륨의 일차 입자크기가 큰(비교예 2) 경우에는 실시예보다 연마 속도가 매우 느린 것을 확인할 수 있었다.
하기 도 1은 비교예 1(왼쪽) 및 실시예 1(오른쪽)에서 제조한 산화세륨 입자를 포함한 연마용 슬러리 용액의 외관 사진이다. 하기 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연마용 슬러리 용액(오른쪽)은 백색임을 확인할 수 있었고, 비교예 1에서 제조된 연마용 슬러리 용액(왼쪽)은 노란색임을 확인할 수 있었다.
일반적으로, 산화세륨 입자는 일차 입자크기가 작아질수록 슬러리 용액이 노란색을 띄지만, 본 발명의 슬러리 용액의 경우에는 산화세륨 입자의 일차 입자크기가 작음에도 불구하고 광학적으로 흰색을 띄는 것을 확인할 수 있었다.
하기 도 2은 비교예 1에서 제조한 산화세륨 일차 입자의 SEM 사진이고, 하기 도 3은 실시예 1에서 제조한 산화세륨 일차 입자의 SEM 사진이다.
결과적으로 하기 도 1 내지 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1과 실시예 1 모두 SEM을 통해 확인된 일차 입자크기가 10~30 nm일지라도, 비교예 1(왼쪽)에서 제조된 연마용 슬러리 용액은 노란색을 띄며, 실시예 1(오른쪽)에서 제조된 연마용 슬러리 조성물은 흰색을 띄는 것을 확인할 수 있었다.
Claims (11)
- 일차 입자크기가 30 nm 이하인 산화세륨 입자 및 탈이온수를 포함하되 pH가 7 이하이며, 상기 산화세륨 입자는 탈이온수 내 0.1 내지 30 중량% 농도 조건에서 황색 지수(b*)가 1 이하인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 산화세륨 입자의 일차 입자크기는 10 내지 30 nm인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 산화세륨 입자의 이차 입자크기는 100 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 연마용 슬러리 조성물은 pH가 3 내지 6인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 산화세륨 입자는 탈이온수 내 0.1 내지 30 중량% 농도 조건에서 황색 지수(b*)가 0.1 내지 1인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 산화세륨 입자는 하소 산화세륨 입자인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 6항에 있어서,
상기 하소 산화세륨 입자는 400 내지 900 ℃에서 하소 처리된 산화세륨 입자인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 연마용 슬러리 조성물은 산화세륨 입자의 농도가 0.1 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 연마용 슬러리 조성물은 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물. - 제 1항 내지 제 9항에 따른 연마용 슬리러 조성물의 제조방법으로서,
a) 산화세륨 전구체를 이용하여 화학적 합성에 의해 산화세륨을 제조하는 단계;
b) 상기 산화세륨을 400 내지 900 ℃에서 하소하여 하소 산화세륨을 제조하는 단계;
c) 상기 하소 산화세륨을 탈이온수 및 분산제와 혼합하고 분산장비로 분산시켜 산화세륨 분산액을 제조하는 단계;
d) 상기 산화세륨 분산액을 필터링하여 분급하는 단계; 및
e) 분급된 산화세륨 분산액을 20 내지 30 ℃에서 숙성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
연마용 슬러리 조성물의 제조방법. - 제 1항 내지 제 9항에 따른 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 반도체 박막을 연마하는 것을 특징으로 하는
반도체 박막의 연마 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170163547A KR20190064182A (ko) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170163547A KR20190064182A (ko) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 연마용 슬러리 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 박막의 연마 방법 |
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|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060014659A (ko) | 2004-08-11 | 2006-02-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 선택비를 향상시킨 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 |
-
2017
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