KR20200053997A - 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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KR20200053997A
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이상미
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Abstract

본 발명은 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 10 nm 내지 40 nm의 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm의 2차 입자를 포함하는 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 유기산 및 수용성 폴리머를 포함하고, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적(surface area)은, 10 m2/g 내지 150 m2/g 인 것을 포함한다.

Description

연마용 슬러리 조성물{POLISHING SLURRY COMPOSITION}
본 발명은, 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
최근에는 반도체 및 디스플레이 산업분야에 있어서 소자를 구성하는 여러 가지 박막의 화학기계적 연마(CMP) 공정이 많이 필요하게 되었다.
화학기계적 연마(CMP) 공정은 반도체 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉하여 회전 운동을 하면서 연마제와 각종 화합물들이 함유된 슬러리를 이용하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. 일반적으로 금속의 연마 공정은 산화제에 의하여 금속산화물(MOx)이 형성되는 과정과 형성된 금속 산화물을 연마입자가 제거하는 과정이 반복하여 일어나는 것으로 알려져 있다.
반도체 소자의 배선으로 많이 이용되는 텅스텐층의 연마 공정도 산화제와 전위 조절제에 의해 텅스텐산화물(WO3)이 형성되는 과정과 연마입자에 의해 텅스텐 산화물이 제거되는 과정이 반복되는 메커니즘에 의해 진행된다. 또한, 텅스텐층의 하부에는 절연막이 형성되거나, 트렌치(trench) 등 패턴이 형성될 수 있다. 이 경우, CMP 공정에서 텅스텐층과 절연막의 높은 연마 선택비(selectivity)가 요구된다. 이에, 절연막에 대한 텅스텐의 연마 선택비를 향상시키기 위해, 슬러리에 다양한 성분을 첨가하거나, 슬러리에 함유되는 산화제와 촉매제의 함량을 제어하고 있다. 이런 노력에도 불구하고, 아직까지 높은 연마 선택비를 구현하거나 원하는 연마 선택비를 조절하여 연마성능을 향상시킬 수 있는 텅스텐 연마용 슬러리가 개발되지 못하고 있다.
또한, 높은 전도성과 광 투과율을 갖는 무기 물질로 산화 인듐 주석(ITO, indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등이 널리 사용되고 있고, 이는 디스플레이 장치에서 기판 표면을 덮는 ITO의 박층, 유기 발광 다이오드(OLED) 등의 디스플레이 기판 및 패널, 터치패널, 태양전지 등에 투명전극, 대전방지 필름 등으로 사용되고 있다.일반적으로 ITO박막을 기판에 증착하기 위해, DC-마그네트론 스퍼터링(DC-Magnetron Sputtering), RF-스퍼터링(RFSputtering),이온 빔 스퍼터링(Ion Beam Sputtering), 전자빔 증발증착법(e-Beam Evaporation) 등의 물리적 증착법(Physical Vapor Deposition)과, 졸-겔(Sol-Gel),스프레이 파이로리시스(Spray Pyrolysis) 등의 화학적 증착법(Chemical VaporDeposition)이 사용되고있으나, 이중가장 널리 사용되는 DC-마그네트 론 스퍼터링으로제조된 박막은 Rrms 1nm 이상, Rpv 20nm 이상의 높은 표면 조도를 가지므로, 이를 다이오드에 적용하게 되면, 전류밀도의 집중으로 인해 유기물이 손상되어 흑점 등의 불량을 일으키고, ITO　박막의 불균일성 스크래치 및 표면 잔류물(ITO표면 상에 흡착된 이물질)과 함께, ITO층에 인접한 다이오드를 통해 흐르는 전류누출 경로를 제공하여 혼선 및 낮은 저항을 초래할 수 있다.
ITO막의 평탄화를 통해 상기 언급한 문제점을 해결하기 위한 다양한 시도가 행해지고 있는데, 그 가운데, 연마재의 특성은 CMP 공정에 중요한 역할을 하고, 입자의 크기,형상, 연마재의 경도가 CMP에 미치는 영향, 형상과 표면특성이 연마 특성에 미치는 영향에 대한 연구에 따르면, 단분산 실리카에 세리아 나노입자가 코팅된 실리카-세리아 복합입자 연마재가 실리카 연마재 대비 연마율도 우수하고, 세리아 단독 슬러리 대비 내스크래치 특성도 감소하여 전체적으로 우수한 특성을 나타내는 것으로 보고되고 있다.
무기산화막의 연마율을 개선시키기 위하여, 입자크기별 연마재 입자를 제조하고 이 입자 크기별 연마특성을 비교하여 두 개 이상의 입자가 응집되어 있는 비구형 연마재 입자를 제조하고, 이를 산화막(oxide) CMP 슬러리로 사용하여, 입자의 크기와 형상이 산화막 연마율에 미치는 영향을 비교 분석하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 10 nm 내지 40 nm의 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm의 2차 입자를 포함하는 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 유기산 및 수용성 폴리머를 포함하고, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적(surface area)은, 10 m2/g 내지 150 m2/g 인 것인, 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자 및 디스플레이 소자에 적용되는 박막의 표면 평탄화 공정을 개선시킬 수 있는, 콜로이달 실리카 연마입자를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
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 연마용 슬러리 조성물은, 10 nm 내지 40 nm의 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm의 2차 입자를 포함하는 콜로이달 실리카 연마입자로서, 산화제, 유기산 및 수용성 폴리머를 포함하고, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적(surface area)은, 10 m2/g 내지 150 m2/g 인 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 1차 입자 및 2차 입자의 응집도(2차 입자의 크기/1차 입자의 크기)는 1.5 내지 3.0 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 무기산화막의 연마 시, 무기산화막에 대한 연마율은, 200 Å/min 내지 1600 Å/min 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마율(M)은, 하기의 식1에 의한 상관관계를 갖는 것일 수 있다.
<식1>
M = - 1043 + (87.0 * X) + (705 * Y) + (1.02 * Z)
(상기 식1에서, X는 슬러리 조성물 전체의 함량이고, Y는 슬러리 조성물의 콜로이달 실리카 2차 입자 크기/콜로이달 실리카 1차 입자 크기이며, Z는, 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적 m2/g이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마율(M)과 상기 Y의 상관관계는 하기의 식 2의 상관관계를 따르는 것일 수 있다.
<식2>
787 N - 1097 < M < 788 N - 615
(상기 식2에서, N은 콜로이달 실리카 연마 응집도이고, M은 연마율이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 1차 입자의 크기에 대한 응집도(2차 입자의 크기/1차 입자의 크기)의 비는, 5 : 1 내지 20 : 1 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 1 % 내지 10 % 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화 황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화제의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.5 % 내지 5 % 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기산은,시트르산, 말산, 말레산, 말론산, 옥살산, 숙신산, 락트산, 타르타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바크산, 말레산, 푸마르산, 아세트산, 아디프산, 부티르산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 프탈산, 프로피온산, 피루브산, 스테아르산 및 발레르산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기산의 함량은, 10 ppm 내지 100 ppm 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머는, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산 및 비닐포스폰산, 폴리스틸렌 술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머의 함량은, 1 ppm 내지 50 ppm 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2　: F), ITO(indiumtin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(AldopedZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기산화막의 연마에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명은, 10 nm 내지 40 nm의 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm의 2차 입자를 포함하는 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 유기산 및 수용성 폴리머를 포함하고, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적(surface area)은, 10 m2/g 내지 150 m2/g 인 것인, 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 1차 입자 및 2차 입자의 크기가 다른 콜로이달 실리카 연마입자를 적용하여 각 연마대상 막질에 대한충분한 연마량을 확보하고, 연마 공정 후 연마막질 표면의 Roughness및 Haze를 개선하여 후공정에서 광학물성을 확보할 수 있는 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물은, 화학기계적 연마 공정(CMP)에 의해서 반도체 소자 및 디스플레이 소자의 평탄화 공정에 적용되고, 구체적으로, 무기산화막및 디스플레이 소자에 사용되는 무기산화막의 평탄화 공정에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 슬러리 조성물의 연마율 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물에 대하여 실시예를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 10 nm 내지 40 nm의 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm의 2차 입자를 포함하는 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 유기산 및 수용성 폴리머를 포함하고, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적(surface area)은, 10 m2/g 내지 150 m2/g 인 것을 포함한다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자는 비정질 실리카 미립자가 유체에서 안정한 분산 상태인 콜로이드 상태를 이룬 것을 의미할 수 있으며, 다양한 응용분야에 적용되고 있는데, 그 일 예로, 무기 페인트 제조를 위한 바인더, 내열 및 광학 코팅제, 연마용으로서 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 슬러리 등으로 적용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, 연마용 슬러리 조성물 내에서 연마입자의기능을 수행할 뿐만 아니라, 금속막을 산화시키는 산화제의 기능을 동시에 수행할 수도 있다.
일 측에 따를 때, CMP는 가공 대상과 목적에 따라서 층간 절연막(ILD : interlayer dielectric)을 형성하는 산화막(oxide) CMP, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu)와 같은 금속 배선을 형성시키는 금속(Metal) CMP, 소자들 간의 전기적 절연성을 높여 그 동작 특성과 집적도를 향상시키는 소자분리(STI : shallow trench isolation) CMP로 분류될 수 있는데, 이 가운데, 본 발명에서는 산화막(oxide) CMP에서 주로 쓰는 슬러리 종류로oxide CMP에 쓰이는 실리카 연마 입자를 사용하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 크기가 다른 1차 입자 및 2차 입자의 콜로이달 실리카 입자의 입자크기별 연마 특성은 상이할 수 있으며, 이를 적절히 혼합함에 따라서 상승된 작용 효과를 나타낼 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 크기가 10 nm 미만일 경우에는, 연마 대상막의 평탄성이 저하되고, 연마 대상막의 표면에 과량의 결함이 발생하여 연마율이 저하되고, 100 nm 초과인 경우에는 단분산성을 달성하지 못하여 기계적연마 이후에 평탄도, 투명도 및 결함의 조절에 어려움이 있을 수 있다. 상기 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 길이, 두께 등을 의미할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, 슬러리 내의 분산성, 연마 대상막의 연마성능, 평탄화 및 투명도를 개선시키기 위해서, 10 nm 내지 300 nm의 2종 이상의 상이한 사이즈를 가지는 혼합 입자를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는, 10 nm 내지 40 nm의 제1 사이즈를 갖는 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm 사이즈의 제2 사이즈를 갖는 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 형상은, 구형, 각형, 침상(針狀) 형상 및 판상(板狀) 형상으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, pH 1 내지 12에서, - 1 mV 내지 - 100 mV제타전위, pH 1 내지 6에서, - 10 mV 내지 - 70 mV의 제타 전위 또는 pH 2.5 내지6에서 - 10 mV 내지 - 70 mV를 가질 수 있다. 이는 산성 영역에서도 높은 제타 전위 절대값이 나타나고, 이로 인하여 분산 안정성이 높고 연마 대상막에 대한 우수한 연마력을 구현할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, 높은 분산 안정성을 가진 연마용 슬러리 조성물을 제조할 수 있다. 또한, 연마대상막, 예를 들어, 무기산화막의 산화를 촉진하여 무기산화막을 용이하게 연마시킬 수 있는 높은 연마 특성을 구현하고, 스크래치 결함을 최소화시켜 ITO 등과 같은 무기산화막의 평탄도 및 투명도를 향상시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 제조 방법은, 당 업계에 알려진 입자 제조방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 그 일 예로, 수열 합성법, 졸겔법, 침전법 또는 직접 산화법일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 입자 크기가 증가할수록 연마율은 증가할 수 있으나, 피연마막 표면의 Roughness가 발생하고, Haze 저감 등의 문제가 생길 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 크기 및 각각의 다른 크기에 따른 응집도는 연마되는 피연마막 표면 스크래치 발생 여부와 관계 있는 요소일 수 있다. 이 때, 상기 1차 입자 및 2차 입자에 따른 응집도 비율을 적절한 정도로 제어하면, 연마 후의 마이크로 스크래치 및 디싱의 발생을 최대한 억제할 수 있고, 또한 연마 선택비를 향상시킬 수 있어 연마 공정의 시간을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 1차 입자 및 2차 입자는 연마 입자의 앙상블 구조 및 성질을 조절할 수 있는 바람직한 방법으로서 자가 조립을 형성할 수 있으며, 상기 1차 입자들이 서로 응집(aggregation)되어 2차 입자를 형성하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 10 m2/g 내지 150 m2/g 범위 내의 비표면적을 가질 경우, 상대적으로 낮은 다공성을 가져서 연마효율을 개선시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적은, NaOH를 사용하여 적정함으로써 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 1차 입자 및 2차 입자의 응집도(2차 입자의 크기/1차 입자의 크기)는 1.5 내지 3.0 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 응집도는 2차 입자의 크기/1차 입자의 크기를 의미할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 응집도가 1.5미만인 경우에는 1차 입자의 크기가 지나치게 커져서 연마율 개선 효과가 미미할 수 있으며, 3.0을 초과하는 경우에는, 1차 입자에 비해 2차 입자가 지나치게 커져서, 피연마막의 표면에 스크래치가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 무기산화막의 연마 시, 무기산화막에 대한 연마율은, 200 Å/min 내지 1600 Å/min 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마율은 연마가 끝난 웨이퍼 박막 코팅 두께 측정기로 산화막의 두께를 측정하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마율은 [연마 전 웨이퍼의 두께 - 연마 후 웨이퍼의 두께]/ 1min을 측정한 값일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마율이 200 Å/min미만일 경우, 충분한 연마 속도 및 이에 따른 선택비가 뒷받침 되지 않아 품질 저하가 있을 수 있으며, 1600 Å/min를 초과하는 경우에는, 과식각의 우려가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마율(M)은, 하기의 식1에 의한 상관관계를 갖는 것일 수 있다.
<식1>
M = - 1043 + (87.0 * X) + (705 * Y) + (1.02 * Z)
(상기 식1에서, X는 슬러리 조성물 전체의 함량이고, Y는 슬러리 조성물의 콜로이달 실리카 2차 입자 크기/콜로이달 실리카 1차 입자 크기이며, Z는, 슬러리 조성물 1g에 대한 m2 면적이다)
일 측에 따를 때, 상기 연마율은 상기 식1에 의해서, 콜로이달 실리카 입자의 응집도에 가장 크게 영향을 받는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마율(M)과 상기 Y의 상관관계는 하기의 식 2의 상관관계를 따르는 것일 수 있다.
<식2>
787 N - 1097 < M < 788 N - 615
(상기 식2에서, N은 콜로이달 실리카 입자의 응집도이고, M은 연마율이다)
즉, 상술한 식 2를 이용할 경우, 콜로이달 실리카 연마 입자의 응집도와 연마율 간의 정비례에 가까운 상관관계를 확인할 수 있다. 식 2를 통해, 콜로이달 실리카 연마 입자의 응집도를 제어함으로써 원하는 수준의 적절한 연마율을 설계 가능하고, 확보할 수 있다.
뿐만 아니라, 콜로이달 실리카 연마 입자의 농도를 0.5 % 내지 10 %로 조절하더라도, 상기 식2에 따른 상관관계를 따를 수 있으며, 이는 연마재의 농도 또는 함량을 1차 연마 입자 및 2차 연마 입자의 크기로 제어하여 연마율을 개선할 수 있는 것을 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 1차 입자의 크기에 대한 응집도(2차 입자의 크기/1차 입자의 크기)의 비는, 5 : 1 내지 20 : 1 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 1차 입자의 크기에 대한 응집도의 비는 1차 입자의 크기 : (2차 입자의 크기/1차 입자의 크기)를 의미하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 1차 입자의 크기에 대한 응집도의 비가 5 : 1 이상이거나 20 :1 이하일 경우 목적하는 피연마막 막질의 연마율 구현이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 1 % 내지 10 % 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 내의 콜로이달 실리카 연마 입자는, 연마 이후에 투명도 및/또는 평탄화를 개선시키고, 결함 및 스크래치 등의 결점을 최소화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화 황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 산화제는, 바람직하게는 과산화수소일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화제의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.5 % 내지 5 % 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 내의 산화제에 해당될 경우, 연마 대상막에 대한 적절한 연마 속도를 제공하고, 산화제의 함량 증가에 따른 연마 대상막의 부식, 에로젼 발생 및 표면이 하드(hard)해지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기산은,시트르산, 말산, 말레산, 말론산, 옥살산, 숙신산, 락트산, 타르타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바크산, 말레산, 푸마르산, 아세트산, 아디프산, 부티르산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 프탈산, 프로피온산, 피루브산, 스테아르산 및 발레르산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 유기산은, 바람직하게는 옥살산일 수 있으며, 금속 봉쇄제(킬레이팅제)로 역할을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기산의 함량은, 10 ppm 내지 100 ppm 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 내의 유기산을 포함할 경우, 슬러리 조성물의 입자 분산성 및 안정성을 확보할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 내의 유기산은, 조성물 속에 미량 유입될 수 있는 금속 이온을 봉쇄 시켜 안정성과 준산성을 증대시켜주는 역할을 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머는, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산 및 비닐포스폰산, 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수용성 폴리머는,바람직하게는 폴리아크릴산, 폴리 스틸렌 술폰산 또는 이 둘 모두를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수용성 폴리머는 다른 첨가제와 함께 작용하여 피연마막에 대한 선택비 조절이 가능하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머의 함량은, 1 ppm 내지 50 ppm 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수용성 폴리머의 함량이 1 ppm 미만일 경우, 첨가제의 함량이 낮아 첨가제 대한 작용이 거의 없으며, 50 ppm을 초과하여 사용할 경우에는 함께 첨가된 다른 종류의 첨가제가 제대로 역할을 수행하지 못하여 선택비 조절이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2　: F), ITO(indiumtin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(AldopedZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기산화막의 연마에 적용되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 무기산화막은, 바람직하게는 ITO(indiumtin oxide)인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 반도체 소자 및 디스플레이 소자의 평탄화 공정은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 안티모니(Sb), Ir(이리듐) 및 Ni(니켈)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 원소의 질화막, 예를 들어, SiN 등의 질화막, Hf계, Ti계, Ta계 산화물 등의 고유전율막, 실리콘, 비정질 실리콘, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, 유기 반도체 등의 반도체막, GeSbTe 등의 상 변화막, 폴리이미드계, 폴리벤조옥사졸계, 아크릴계, 에폭시계, 페놀계 등의 중합체 수지막 등에 더 적용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 디스플레이 소자는 기판 또는 패널일 수 있고, TFT 또는 유기전계 발광디스플레이 소자일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 유리, 실리콘, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, 사파이어, 플라스틱 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 기판의 연마공정에 더 적용될 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.
실시예 1.
연마재로 콜로이달 실리카를 0.5 함량 % , 과산화수소 0.5 함량 %, 옥살산을50 ppm 첨가하였으며, 수용성 폴리머를 25 ppm함량으로 추가하였다.
이 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 응집도는 2.7 이며, 비표면적은 120 m2/g이다.
상기 콜로이달 실리카 1차 입도의 측정 방법은 ECNAI G2 F30 S-TWIN에 의한 TEM 측정으로 이루어졌으며, 2차 입도는, ZS Nano에 의한 전기 영동 산란번으로 측정하였다.
실시예 2.
연마재로 콜로이달 실리카를 2 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3.
연마재로 콜로이달 실리카를 6 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 4.
콜로이달 실리카 연마입자의 응집도는 2.0으로, 비표면적을 78 m2/g로한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 5.
연마재로 콜로이달 실리카를 2 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시 예4와 동일하게 제조하였다.
실시예 6.
연마재로 콜로이달 실리카를 6 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
실시예 7.
콜로이달 실리카 연마입자의 응집도는 1.7, 비표면적은 34m2/g로한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 8.
연마재로 콜로이달 실리카를 2 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예7과 동일하게 제조하였다.
실시예 9.
연마재로 콜로이달 실리카를 6 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예7과 동일하게 제조하였다.
실시예 10.
콜로이달 실리카 연마재 비표면적이 10m2/g인 것을 제외하고, 상기 실시예7과 동일하게 제조하였다.
실시예 11.
연마재로 콜로이달 실리카를 2 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 10과 동일하게 제조하였다.
실시예 12.
연마재로 콜로이달 실리카를 6 함량 % 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 10과 동일하게 제조하였다.
비교예 1 .
상기 실시예 1과 동일한 조건에서 실험하되, 콜로이달 실리카 입자의 농도는 0.5 %, 콜로이달 실리카 연마입자의 응집도는 7.8, 비표면적은 280 m2/g로 하였다.
비교예 2.
상기 콜로이달 실리카를 2 함량 % 첨가한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 3.
상기 콜로이달 실리카를 4 함량 % 첨가한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일하게 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 3에 따른 슬러리 조성물로 무기산화막을 연마하여, 연마율을 측정하였는데, Feeding rate : 300 ml, Pressure : 4psi, Polishing Time : 1 min으로 연마하였다.
보다 구체적으로,실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 3의 함량 및 연마율 측정에 대한 내용은 하기의 표1과 같다.
[표1]
Figure pat00001
실시예 1 내지 12에 따라 제조된 슬러리 조성물은, 1.5 내지 2.7의 적절한 응집도를 갖는 연마재 입자 크기를 통해, 특정 응집도에서 연마재의 농도에 따라 연마율이 상기에 전술한 식 2의 상관관계를 따라 증가하는 것을 확인하였다.
상기 실시예 1 내지 12에 따라 제조된 슬러리 조성물의 응집도 및 연마율과 연마재의 농도의 상관관계를 살필 때, ITO 막질의 연마속도를 효과적으로 조절하면서도, 연마 효율을 개선시킬 수 있는 슬러리 조성물을, 추가적인 첨가제등 없이 콜로이달 실리카 입자의 크기에 따른 함량 비율 만으로 수득할 수 있음을 확인하였다.
특히, 실시예 1 내지 3에 따라서, 응집도 2.7을 가지면서도, 연마율이 현저히 좋아지는 것을 확인하였는 바, 기존의 슬러리 조성물보다 낮은 비표면적을 가지면서도 연마재 크기를 조절하여 응집도를 낮춤으로써 연마율을 개선시킬 수 있음을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

10 nm 내지 40 nm의 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm의 2차 입자를 포함하는 콜로이달 실리카 연마입자;
산화제;
유기산; 및
수용성 폴리머;
를 포함하고,
상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적(surface area)은, 10 m2/g 내지 150 m2/g 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 1차 입자 및 2차 입자의 응집도(2차 입자의 크기/1차 입자의 크기) 는 1.5 내지 3.0 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 무기산화막의 연마 시, 무기산화막에 대한 연마율은, 200 Å/min 내지 1600 Å/min 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제3항에 있어서,
상기 연마율(M)은,
하기의 식1에 의한 상관관계를 갖는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
<식1>
M = - 1043 + (87.0 * X) + (705 * Y) + (1.02 * Z)
(상기 식1에서, X는 슬러리 조성물 전체의 함량이고, Y는 슬러리 조성물의 콜로이달 실리카 2차 입자 크기/콜로이달 실리카 1차 입자 크기이며, Z는, 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적 m2/g이다)
제4항에 있어서,
상기 연마율(M)과 상기 Y의 상관관계는 하기의 식 2의 상관관계를 따르는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
<식2>
787 N - 1097 < M < 788 N - 615
(상기 식2에서, N은 콜로이달 실리카 입자의 응집도이고, M은 연마율이다)
제1항에 있어서,
상기 1차 입자의 크기에 대한 응집도(2차 입자의 크기/1차 입자의 크기)의 비는, 5 : 1 내지 20 : 1 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은,
상기 슬러리 조성물 전체 대비 1 % 내지 10 % 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서.
상기 산화제는,
과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화 황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 산화제의 함량은,
상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.5 % 내지 5 % 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 유기산은,
시트르산, 말산, 말레산, 말론산, 옥살산, 숙신산, 락트산, 타르타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바크산, 말레산, 푸마르산, 아세트산, 아디프산, 부티르산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 프탈산, 프로피온산, 피루브산, 스테아르산 및 발레르산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 유기산의 함량은,
10 ppm 내지 100 ppm 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 수용성 폴리머는,
폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산 및 비닐포스폰산, 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 수용성 폴리머의 함량은,
1 ppm 내지 50 ppm 인 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마용 슬러리 조성물은,
FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2　: F), ITO(indiumtin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(AldopedZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기산화막의 연마에 적용되는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마용 슬러리 조성물은,
반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것인,
연마용 슬러리 조성물.
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