KR20190078981A - 표면개질된 산화 세륨 연마입자의 제조방법 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면개질된 산화 세륨 연마입자의 제조방법 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 세륨 전구체를 산처리하는 단계; 및 상기 산처리된 세륨 전구체와, 세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이 금속, 또는 이 둘을 혼합하는 단계;를 포함하는, 산화 세륨 연마입자의 제조방법 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.

Description

표면개질된 산화 세륨 연마입자의 제조방법 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물 {PREPARING METHOD OF SURFACE-MODIFIED CERIA ABRASIVE PARTICLE AND POLISHING SLURRY COMPOSITION COMPRISING THE SAME}
본 발명은 표면개질된 산화 세륨 연마입자의 제조방법 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 반도체 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉하여 회전 운동을 하면서 연마제와 각종 화합물들이 함유된 슬러리를 이용하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. CMP 슬러리는 연마 대상에 따라 분류할 수 있다. 크게는 절연층인 산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 등의 절연막을 연마하는 절연막 연마용 슬러리와, 구리, 텅스텐, 알루미늄 층 등의 금속 배선층을 연마하는 금속 연마용 슬러리가 있다. 산화막 연마를 위하여 연마입자의 고형분 함량을 높이거나, 입자 사이즈를 늘리거나 서로 다른 연마입자 사이즈를 혼합하여 표면 접촉면적을 늘리거나 연마입자에 다양한 금속을 도핑 또는 복화합한 연마입자를 사용하여 산화막을 연마하였다. 그러나, 고형분의 함량을 높이거나 연마입자 사이즈를 늘리는 경우, 연마대상 막질의 표면 결함에 취약하고, 연마 슬러리의 단가가 상승하는 단점이 있다. 또한, 서로 다른 연마입자 사이즈를 혼합하여 사용하거나 연마입자에 다양한 금속을 도핑 또는 복합화한 연마입자는 제조 공정 및 연마 공정의 재연성 확보가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 산처리를 통해 산화 세륨 입자의 표면을 활성화한 후, 란탄계 금속 및 전이금속을 코팅하여 코어-쉘 구조를 구현함으로써, 연마 성능이 크게 개선된 산화 세륨 연마입자의 제조방법 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법은, 세륨 전구체를 산처리하는 단계; 및 상기 산처리된 세륨 전구체와, 세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이 금속, 또는 이 둘을 혼합하는 단계;를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 세륨 전구체는, 세륨의 질산염, 질산암모늄염, 황산염, 인산염, 염화염, 탄산염 및 초산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다,
일 측면에 따르면, 상기 산처리하는 단계는, 세륨 전구체 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부의 산을 도입하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 산처리하는 단계는, 황산, 질산, 염산, 인산, 과염소산, 차아염소산, 크롬산, 아황산, 및 아질산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 무기산을 이용하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 무기산과 상기 세륨 전구체를 혼합한 용액의 pH가 1 내지 3인 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 산처리하는 단계는, 20 ℃ 내지 90 ℃의 온도 조건에서, 1 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것일 수 있다,
일 측면에 따르면, 상기 혼합하는 단계 이후, 침전제를 통해, 고체상 물질을 침전시키는 단계; 상기 침전된 고체상 물질을 수득하여 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 고체상 물질을 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 침전제는, 수산화암모늄(NH4OH), 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수, 및 탄소수 1 내지 4의 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다,
일 측면에 따르면, 상기 열처리하는 단계는, 300 ℃ 내지 1000 ℃의 온도 조건에서, 0.1 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 산화세륨 연마입자는, 산 처리된 세륨 전구체 코어; 및 세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이금속 원소 또는 이 둘을 포함하는 코팅층;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 산화 세륨 연마입자 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 산화세륨 연마입자를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물을 이용하여 산화막을 포함하는 기판의 연마 시, 산화막의 연마율은, 5,000 Å/min 내지 15,000 Å/min인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법은, 산처리를 통해 산화 세륨 입자의 표면을 활성화한 후, 란탄계 금속 및 전이금속을 코팅하는 단계를 포함함으로써, 코어-쉘 구조가 구현된 산화 세륨 연마입자를 제공할 수 있으며, 이를 통해 연마 성능이 크게 개선된 연마 슬러리 조성물 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 코어-쉘 구조의 산화 세륨 연마입자를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화 세륨 연마입자의 SEM 이미지이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법은, 세륨 전구체를 산처리하는 단계; 및 상기 산처리된 세륨 전구체와, 세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이 금속, 또는 이 둘을 혼합하는 단계; 및 상기 반응물을 열처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법은, 산처리를 통해 산화 세륨 입자의 표면을 활성화한 후, 란탄계 금속 및 전이금속을 코팅하는 단계를 포함함으로써, 코어-쉘 구조가 구현된 산화 세륨 연마입자를 제조할 수 있으며, 이를 통해 연마 성능이 크게 개선된 연마 슬러리 조성물 제조할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 세륨 전구체는, 세륨의 질산염, 질산암모늄염, 황산염, 인산염, 염화염, 탄산염 및 초산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다, 보다 구체적으로, 상기 세륨 전구체는, 세륨(III) 아세테이트, 세륨(III) 아세테이트 하이드레이트, 세륨(III) 아세틸아세토네이트, 세륨(III) 아세틸아세토네이트 하이드레이트, 세륨(III) 카보네이트, 세륨(III) 카보네이트 하이드레이트, 세륨(IV) 하이드록사이드, 세륨(III) 플루오라이드, 세륨(IV) 플루오라이드, 세륨(III) 클로라이드, 세륨(III) 클로라이드 헵타하이드레이트, 세륨(III) 브로마이드, 세륨(III) 아이오다이드, 세륨(III) 나이트레이트, 세륨(IV) 나이트레이트, 디암모늄 세륨(IV) 나이트레이트, 세륨(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트, 세륨(III) 포스페이트, 세륨(III) 포스페이트 하이드레이트, 세륨(III) 옥살레이트, 세륨(III) 옥살레이트 하이드레이트, 세륨(III) 설페이트, 세륨(III) 설페이트 하이드레이트, 세륨(IV) 설페이트 및 세륨(IV) 설페이트 하이드레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 산처리하는 단계는, 세륨 전구체 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부의 산을 도입하는 것일 수 있다. 1 중량부 미만으로 산을 도입할 경우 표면 전처리 효과가 없는 문제점이 발생할 수 있고, 30 중량부를 초과하여 산을 도입할 경우 입자 분해 반응이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 산처리하는 단계는 황산, 질산, 염산, 인산, 과염소산, 차아염소산, 크롬산, 아황산, 및 아질산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 무기산을 이용하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 무기산과 상기 세륨 전구체를 혼합한 용액의 pH가 1 내지 3인 것일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 표면활성화가 제대로 이루어지지 않고, 입자 분해 반응이 일어나는 문제점이 발생할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 산처리하는 단계는, 20 ℃ 내지 90 ℃의 온도 조건에서, 1 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것일 수 있다,
20 ℃ 미만의 온도 조건에서 상기 산처리하는 단계를 수행할 경우 표면 반응이 비활성화되는 문제점이 발생할 수 있고, 90 ℃를 초과하는 온도 조건에서 상기 산처리하는 단계를 수행할 경우 입자 분해가 촉진되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 1 시간 미만으로 상기 산처리하는 단계를 수행할 경우 표면 반응이 발생하지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 10 시간을 초과하여 상기 산처리하는 단계를 수행할 경우 입자 분해가 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 혼합하는 단계 이후, 침전제를 첨가하여 고체상 물질을 침전시키는 단계; 상기 침전된 고체상 물질을 수득하여 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 고체상 물질을 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 침전제는, 수산화암모늄(NH4OH), 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수, 및 탄소수 1 내지 4의 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다,
일 측면에 따르면, 상기 열처리하는 단계는, 300 ℃ 내지 1000 ℃의 온도 조건에서, 0.1 시간 내지 10 시간동안 수행하는 것일 수 있다.
500 ℃ 미만의 온도 조건에서 상기 열처리하는 단계를 수행할 경우 입자 강도가 너무 약해서 연마율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있고, 900 ℃를 초과하는 온도 조건에서 상기 열처리하는 단계를 수행할 경우 입자의 강도가 강해져 연마시 스크래치를 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 코어-쉘 구조의 산화 세륨 연마입자를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 산처리를 통해 산화 세륨 연마입자(100)의 표면이 활성화 된 상태에서, 란탄계 금속 또는 전이금속의 코팅층(200)이 형성된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법을 통해 코어-쉘 구조가 구현된 산화 세륨 연마입자를 제조할 수 있으며, 이를 통해 연마 성능이 크게 개선된 연마 슬러리 조성물 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 산화세륨 연마입자는, 산 처리된 세륨 전구체 코어; 및 세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이금속 원소 또는 이 둘을 포함하는 코팅층;을 포함한다.
일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코어-쉘 산화세륨 연마입자는, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 산화 세륨 연마입자 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물을 이용하여 산화막을 포함하는 기판의 연마 시, 산화막의 연마율은, 5,000 Å/min 내지 15,000 Å/min인 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 산화 세륨 연마입자 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자를 포함함으로써, 높은 연마율이 구현된다.
상기 산화세륨 연마입자는 상기 연마 슬러리 조성물 중 1 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 산화세륨 연마입자가 1 중량% 미만인 경우 연마 속도가 저하되고, 10 중량% 초과인 경우 연마입자에 의한 결함 발생이 우려되는 문제점이 있다.
상기 연마 슬러리 조성물은, 유기산, 아미노산, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 연마 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 유기산은, 피멜린산, 말산, 말론산, 말레산, 아세트산, 아디프산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 시트르산, 락트산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 푸마르산, 프로피온산, 부티르산, 히드록시부티르산, 아스파르트산, 이타콘산, 트리카발산, 수베르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 만델산, 피콜린산, 니코틴산, 이소니코틴산, 퀴놀린산, 안트라닐산, 푸자르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 피리딘카르복실산 및 이들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 아미노산은, 아르기닌, 라이신, 히스티딘, 아스파르트산, 글루타민산, 아스파라긴, 글루타민, 티로신, 세린, 시스테인, 트레오닌, 글리신, 알라닌, β-알라닌, 프롤린, 트립토판, 메티오닌, 페닐알라닌, 발린, 류신, 이소류신 및 이들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 음이온 계면활성제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 술폰산, 술폰산염, 술폰산 에스테르, 술폰산 에스테르염, 인산, 인산염, 인산 에스테르, 인산 에스테르염, 아크릴/스티렌 공중합체, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말레익산 공중합체으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 양이온 계면활성제는, 1차 내지 3차 아민, 4차 암모늄 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 1차 내지 3차 아민은, 메틸아민, 에탄올아민, 프로필아민, 부틸아민, 이소프로필아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올 아민, 디프로필아민, 에틸렌 디아민, 프로판 디아민, 트리에틸아민, 트리부틸아민, 테트라메틸아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민, 2-(디메틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-디프로필아미노에탄올, 2-부틸아미노에틴올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜탄올, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-프로판올, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 2-디메틸 아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-프로판올, 3-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-프로판올, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-펜탄올, N-메틸디에탄올아민, N-프로필디에탄올아민, N-이소프로필 디에탄올아민, N-(2-메틸프로필)디에탄올아민, N-n-부틸디에탄올아민, N-t-부틸에탄올아민, N-시아클로헥실디에탄올아민, N,N-비스(2-하이드록시프로필)에탄올아민, 및 트리아이소프로판올아민 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 4차 암모늄염은, 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)(poly(diallyldimethyl ammonium chloride); 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스 [3-(디메틸아미노)프로필]우레아](Poly[bis(2- chloroethyl) ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]); 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라 메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머(Ethanol, 2,2',2 ' ' -nitrilotris-, polymer with 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine); 히드록시에틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머(Hydroxyethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer); 아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 아크릴아미드/4급화 디메틸암모늄에틸 메타크릴레이트(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 아크릴산/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylic acid and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴아미드/디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 메틸 클로라이드 코폴리머(Acrylamide-dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride copolymer); 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethyl cellulose); 비닐피롤리돈/4급화 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸의 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 비닐피롤리돈/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(2-메타크릴옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드(Poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride)); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸트리 메틸 암모늄 클로라이드(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 폴리[2-(디메틸 아미노)에틸 메타크릴레이트)메틸 클로라이드](poly[2-(dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride]); 폴리[3-아크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-acrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[3-메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이 드](Poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene (dimethylimino)ethylene dichloride]); 아크릴산/아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, acrylamide and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴산/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드/메틸 아크릴레이트 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride, and methyl acrylate) 및 비닐카프로락탐/비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸 터폴리머(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 폴리(2-메타크릴옥시에틸)포스포릴클로린-코-엔-부틸 메타크릴레이트(Poly(2-methacryloxyethyl phosphorylcholine-co-n-butyl methacrylate)); 폴리[(디메틸아미노) 에틸아크릴레이트 벤질 클로라이드 4차염](PDMAEA BCQ) 및 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 메틸 클로라이드 4차염](PDMAEA MCQ)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 비이온 계면활성제는, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리프로필렌옥사이드(polypropylene oxide), 폴리알킬옥사이드(polyalkyl oxide), 폴리옥시에틸렌옥사이드(polyoxyethylene oxide) 및 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마 첨가제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 연마 첨가제가 0.01 중량% 미만인 경우 낮은 연마특성을 나타낼 수 있고, 10 중량% 초과인 경우에는 입자의 응집 또는 기판 표면 결함이 증가되는 문제점이 있다.
상기 연마 슬러리 조성물은, pH 조절제를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 pH 조절제는, 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 트리에탄올아민, 트로메타민, 나이아신아마이드, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산, 타르타르산 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 pH 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물의 pH를 3 내지 7 범위로 조절하기에 충분한 양으로 사용할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예1
세륨 전구체로서 탄산 세륨, 산처리 물질로서 질산을 중량비 13.5(세륨 전구체/산)로 혼합하고 1 시간 동안 교반하였다. 다음으로 질산 이트륨 0.2 mol을 첨가하고 1 시간 동안 교반하여 용액을 제조한 후, 침전제를 이용하여 반응물을 제조하였다. 다음으로 탈이온수로 수세하여 건조하고, 700 ℃에서 하소하여 표면개질된 산화세륨 입자를 제조하였다.
실시예2
실시예 1에서 질산 이트륨 대신에 질산 지르코늄을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 표면개질된 산화세륨 입자를 제조하였다.
실시예3
실시예 1에서 질산 이트륨 대신에 질산 란타늄을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 표면개질된 산화세륨 입자를 제조하였다.
비교예1
세륨 전구체로서 탄산 세륨을 700 ℃에서 하소하여 산화세륨 입자를 제조하였다.
연마조건
1. 연마장비 : AP-300
2. 패드 : IC-1000
3. 연마시간 :60s
4. 플레이트 RPM (Platen RPM): 110 rpm
5. 스핀들 RPM (Spindle RPM): 108 rpm
6. 유량(Flow rate) : 250 ml/min
7. 압력: 3.5 psi
8. 사용된 웨이퍼 : PE-TEOS 20K
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화세륨 연마입자의 SEM 이미지이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 산화세륨 연마입자는, 코어-쉘 구조가 구현된 산화세륨 연마입자임을 알 수 있다.
표 1은, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에 따라 제조된 산화세륨 연마입자의 산화막 연마율(Removal Rate), 결함(Defect) 및 스크래치를 나타낸 것이다.
구분 Oxide R.R
(Å/min)		 Defect
(ea)		 Scratch
(ea)
비교예 9270 92 Χ
실시예 1 11330 60 ○
실시예 2 10039 55 ○
실시예 3 10879 81 △
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 산화세륨 연마입자는, 10,000 Å/min 상의 높은 산화막 연마율을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 연마 후 웨이퍼의 표면 결함(Defect) 및 스크래치 특성도 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 산화 세륨 연마입자를 포함함으로써, 높은 연마율을 구현하는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 표면이 활성화된 산화 세륨 연마입자
200: 란탄계 금속 또는 전이금속의 코팅층

Claims (12)

  1. 세륨 전구체를 산처리하는 단계; 및
    상기 산처리된 세륨 전구체와, 세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이 금속, 또는 이 둘을 혼합하는 단계;를 포함하는,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세륨 전구체는, 세륨의 질산염, 질산암모늄염, 황산염, 인산염, 염화염, 탄산염 및 초산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산처리하는 단계는, 세륨 전구체 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부의 산을 도입하는 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산처리하는 단계는,
    황산, 질산, 염산, 인산, 과염소산, 차아염소산, 크롬산, 아황산, 및 아질산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 무기산을 이용하는 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무기산과 상기 세륨 전구체를 혼합한 용액의 pH가 1 내지 3인 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산처리하는 단계는, 20 ℃ 내지 90 ℃의 온도 조건에서, 1 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계 이후,
    침전제를 통해, 고체상 물질을 침전시키는 단계;
    상기 침전된 고체상 물질을 수득하여 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 고체상 물질을 열처리하는 단계;를 더 포함하는,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 침전제는, 수산화암모늄(NH4OH), 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수, 및 탄소수 1 내지 4의 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는, 300 ℃ 내지 1000 ℃의 온도 조건에서, 0.1 시간 내지 10 시간 동안 수행하는 것인,
    산화 세륨 연마입자의 제조방법.
  10. 산 처리된 세륨 전구체 코어; 및
    세륨을 제외한 란탄계 희토류 원소, 전이금속 원소 또는 이 둘을 포함하는 코팅층;을 포함하는,
    코어-쉘 산화세륨 연마입자.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 산화 세륨 연마입자의 제조방법에 따라 제조된 산화 세륨 연마입자 또는 제10항에 따른 산화 세륨 연마입자를 포함하는,
    연마 슬러리 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연마 슬러리 조성물을 이용하여 산화막을 포함하는 기판의 연마 시, 산화막의 연마율은, 5,000 Å/min 내지 15,000 Å/min인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
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