KR20210103587A - 양이온을 포함하는 레이저마크 주변의 융기를 해소하기 위한 연마용 조성물 - Google Patents

양이온을 포함하는 레이저마크 주변의 융기를 해소하기 위한 연마용 조성물 Download PDF

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Abstract

[과제] 웨이퍼의 연마공정에서 레이저마크 주변부의 융기를 없애는 연마용 조성물, 그의 제조방법 그리고, 해당 연마용 조성물을 이용한 연마방법을 제공하는 것이다.
[해결수단] 실리카입자와 물을 포함하는 연마용 조성물로서, 이 연마용 조성물은 추가로 테트라알킬암모늄이온을 실리카입자의 SiO2에 대하여 0.400 내지 1.500:1의 질량비로 포함하고, 이 연마용 조성물에 용해한 SiO2를 실리카입자의 SiO2에 대하여, 0.100 내지 1.500:1의 질량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물이다. 상기 테트라알킬암모늄이온이 알칼리실리케이트, 수산화물, 탄산염, 황산염 및 할로겐화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물에서 유래하는 것이며, 상기 연마용 조성물 중에 0.2질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함된다. 상기 용해한 SiO2가, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물에서 유래한다.

Description

양이온을 포함하는 레이저마크 주변의 융기를 해소하기 위한 연마용 조성물
본 발명은 웨이퍼 표면의 연마에 이용되는 연마용 조성물에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 연마공정에서 웨이퍼주변부(예를 들어 레이저마크 부분이라고도 한다)의 고저차(高低差)가 없이, 플랫한 연마면으로 하기 위한 연마용 조성물에 관한 것이다.
반도체제품에 이용되는 실리콘웨이퍼는 래핑공정(조연마공정)과 폴리싱공정(정밀연마공정)을 거쳐 경면(鏡面)으로 마무리된다. 폴리싱공정은 예비폴리싱공정(예비연마공정)과 마무리폴리싱공정(마무리연마공정)을 포함하는 것이다.
실리콘웨이퍼에는, 식별 등의 목적으로, 이 실리콘웨이퍼의 표면에 레이저광을 조사함으로써, 바코드, 숫자, 기호 등의 마크(레이저마크)가 부여되는 경우가 있다. 레이저마크의 부여는, 일반적으로, 실리콘기판의 래핑공정을 마친 후, 폴리싱공정을 개시하기 전에 행해진다. 통상, 레이저마크를 부여하기 위한 레이저광의 조사에 의해, 레이저마크 주연(周緣)의 실리콘웨이퍼 표면에는 융기(솟아오름)가 발생한다. 실리콘웨이퍼 중 레이저마크의 부분 자체는 최종제품에는 이용되지 않는데, 레이저마크 부여 후의 폴리싱공정에 있어서 상기 융기가 적절히 해소되지 않으면, 필요 이상으로 수율이 저하되는 경우가 있을 수 있다. 그 때문에, 예비연마공정에 있어서 레이저마크 주연의 융기를 적절히 해소하는 것이 바람직하다.
레이저마크의 융기를 해소하는 것은, 웨이퍼의 레이저마크 주변의 기준평면(수평면)으로부터 융기의 최고점까지의 높이를 작게 하는 것이다.
특허문헌 1에는, 레이저마크 높이를 낮게 하는 것을 의도한 연마완료 연마대상물의 제조방법이 제안되어 있다.
특허문헌 2에는, 하드레이저마크의 주연부에 생성되는 돌기의 요철을 저감하는 것을 의도한 연마용 조성물 및 해당 연마용 조성물을 이용한 실리콘기판의 연마방법이 제안되어 있다.
특허문헌 3에는, 하드레이저마크 주연의 융기의 해소를 의도한 연마방법이 제안되어 있다.
국제공개 제2015/019706호 국제공개 제2017/110315호 일본특허공개 2017-183359호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 연마완료 연마대상물의 제조방법은, 레이저마크 높이를 30nm 이하로 하는 것으로서, 또한, 2종의 연마용 조성물을 이용하여 2단계의 연마공정을 필요로 하고 있으며, 레이저마크 주연의 융기를 적절히 해소하는 점에서 개선의 여지가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 연마용 조성물 및 해당 연마용 조성물을 이용한 실리콘기판의 연마방법은, 하드레이저마크의 주연부에 생성되는 돌기를 20nm 내지 30nm 정도로 저감하는 것으로서, 레이저마크 주연의 융기를 적절히 해소하는 점에서 개선의 여지가 있었다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 연마방법은, 레이저마크 높이를 50nm 이하로 하는 것으로서, 또한 2종의 연마슬러리를 이용하여 2단계의 연마공정을 필요로 하고 있으며, 레이저마크 주연의 융기를 적절히 해소하는 점에서 개선의 여지가 있었다.
본 발명은 웨이퍼의 연마공정에서 레이저마크 주변부의 융기를 없애는 것을 목적으로 하여 플랫한 연마면을 부여하는 연마용 조성물과, 해당 연마용 조성물을 이용한 웨이퍼의 연마방법을 제공한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 레이저마크 주변부의 융기부는 다른 부분보다 습윤성이 높으므로, 연마성분이 효율좋게 융기부에 접촉하고 연마에 의해 융기부를 평탄하게 하기 위해서는, 연마성분의 친수성과 소수성의 밸런스가 필요한 것을 발견하고, 연마성분 중의 연마입자가 효율좋게 레이저마크의 융기부에 접촉하기 위해, 연마입자를 보다 친수성으로 하는 것이 필요하다고 생각하였다. 그리고, 지립으로서의 실리카입자에 대한 용해한 실리카성분과 알칼리성 부여를 위한 양이온성분으로서 테트라알킬암모늄이온을 특정량 갖는 조성물이, 효율좋게 레이저마크의 융기부를 연마할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉 본 발명은, 제1 관점으로서, 실리카입자와 물을 포함하는 연마용 조성물로서, 이 연마용 조성물은 추가로 테트라알킬암모늄이온을 실리카입자의 SiO2에 대하여 0.400 내지 1.500:1의 질량비로 포함하고, 이 연마용 조성물에 용해한 SiO2를 실리카입자의 SiO2에 대하여, 0.100 내지 1.500:1의 질량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물에 관한 것이다.
제2 관점으로서, 상기 테트라알킬암모늄이온이 알칼리실리케이트, 수산화물, 탄산염, 황산염 및 할로겐화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물에서 유래하는 것이며, 상기 연마용 조성물 중에 0.2질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함되는, 제1 관점에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제3 관점으로서, 상기 용해한 SiO2가, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물에서 유래하는 것이며, 상기 연마용 조성물 중에 0.1질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함되는, 제1 관점에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제4 관점으로서, 상기 용해한 SiO2가 1nm 미만의 평균1차입자경을 갖는 실리카, 또는 규산음이온인 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제5 관점으로서, 상기 테트라알킬암모늄이온이, 테트라메틸암모늄이온, 테트라에틸암모늄이온, 테트라프로필암모늄이온, 테트라부틸암모늄이온, 에틸트리메틸암모늄이온, 디에틸디메틸암모늄이온, 메틸트리에틸암모늄이온, 또는 그들의 혼합물인, 제1 관점 내지 제4 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제6 관점으로서, 상기 실리카입자가 1nm 내지 100nm의 평균1차입자경을 갖고, 또한 실리카입자에 기초한 실리카농도가 0.1질량% 내지 30질량%인, 제1 관점 내지 제5 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제7 관점으로서, 상기 연마용 조성물은, 그 pH가 11 내지 13인, 제1 관점 내지 제6 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제8 관점으로서, 실리콘웨이퍼의 레이저마크의 해소를 위해 이용하는, 제1 관점 내지 제7 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물에 관한 것이다.
제9 관점으로서, 제1 관점 내지 제8 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물을 이용하여, 실리콘웨이퍼의 레이저마크를 해소하는 방법에 관한 것이다.
제10 관점으로서, 수성 실리카졸과, 수산화테트라알킬암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 또는 그들의 혼합물을 혼합하고, 40℃ 내지 100℃에서, 0.5시간 내지 20시간의 가열을 행하여, 알칼리실리케이트를 제조하고, 해당 알칼리실리케이트유래의 용해한 SiO2를 생성하는 공정을 포함하는, 제1 관점 내지 제8 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
제11 관점으로서, 수성 실리카졸과, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물을 혼합하는 공정을 포함하는, 제1 관점 내지 제8 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
제12 관점으로서, 제1 관점 내지 제8 관점 중 어느 하나에 기재된 연마용 조성물을, 피연마재료의 연마 전 또는 연마 중에 물로 희석하여, 실리카입자에 기초한 실리카농도를 0.1질량% 내지 4.0질량%, 테트라알킬암모늄이온을 0.2질량% 내지 4.0질량%, 용해한 SiO2를 0.1질량% 내지 2.0질량%로 조제하는 공정을 포함하는, 연마용 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
제13 관점으로서, 제12 관점에 기재된 방법으로 제조된 연마용 조성물을 이용하는 실리콘웨이퍼의 연마방법에 관한 것이다.
본 발명의 연마용 조성물은, 웨이퍼의 연마공정에서 해당 연마용 조성물을 이용하여 연마를 행한 경우, 레이저마크 주변부의 융기를 없애서, 플랫한 연마면을 부여한다는 효과를 나타낸다.
본 발명은 실리카입자와 물을 포함하는 연마용 조성물로서, 이 연마용 조성물은 추가로 테트라알킬암모늄이온을 실리카입자의 SiO2에 대하여 0.400 내지 1.500:1의 질량비로 포함하고, 이 연마용 조성물에 용해한 SiO2를 실리카입자의 SiO2에 대하여, 0.100 내지 1.500:1의 질량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물이다.
본 발명의 연마용 조성물이 포함하는 실리카입자는, 1nm 내지 100nm의 평균1차입자경을 갖는 실리카입자의 수성 분산체에 의한 실리카입자를 이용할 수 있다. 이들 수성 분산체는 실리카졸이며, 실리카졸 중의 실리카가 본 발명의 연마용 조성물 중의 실리카입자이며, 실리카졸 중의 수성 매체는 연마용 조성물 중의 물로 치환될 수 있다. 연마용 조성물 중의 물은, 상기 실리카졸 중의 물에서 기인하는데, 그 이외에 연마용 조성물을 희석하기 위해 추가로 물을 첨가할 수 있다.
본 발명에 이용되는 실리카입자는, 질소흡착법으로부터 구해지는 평균1차입자경이 1nm 내지 100nm인 콜로이달 실리카이다. 평균1차입자경이 1nm보다 작으면 연마속도가 낮아지고, 또한 실리카입자의 응집이 일어나기 쉬우므로 연마용 조성물의 안정성이 낮아진다. 평균1차입자경이 100nm보다 크면 웨이퍼 표면에 스크래치가 발생하기 쉽고, 또한 연마면의 평탄성은 나빠진다.
실리카입자가 수성 매체에 분산된 실리카졸에 0.5μm 이상의 조대입자가 포함되어 있는 경우에는, 그 조대입자를 제거하는 것이 바람직하다. 조대입자의 제거에는, 강제침강법이나 정밀여과법을 이용할 수 있다. 정밀여과에 이용하는 필터에는, 뎁스필터, 플리츠필터, 멤브레인필터 및 중공사필터 등을 들 수 있고, 어느 것이나 사용할 수 있다. 또한, 필터의 재질에는 코튼, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 나일론, 셀룰로오스 및 유리 등을 들 수 있고, 어느 것이나 사용할 수 있다. 필터의 여과정밀도는 절대여과정밀도(99.9% 이상 보충되는 입자의 크기)로 표시되는데, 상기 실리카입자에 있어서는, 생산효율(처리시간, 필터의 막힘의 정도 등)의 관점에서, 절대여과정밀도 0.5μm 내지 1.0μm의 필터로 처리하는 것이 바람직하다.
실리카졸을 암모니아 등으로 pH조정하고, 실리카졸 중에 폴리머 및 킬레이트제 등을 첨가할 수 있다. 실리카졸의 pH조정은 화합물(폴리머)이나 킬레이트제의 첨가 전, 후, 또는 양방에서 행할 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물의 pH는 11 내지 13, 또는 11 내지 12의 범위로 설정할 수 있다. 연마 전에 상기 pH로 설정하는 것이 바람직하다.
이들 pH로 설정하기 위한 알칼리성분은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아, 수산화제1급암모늄, 수산화제2급암모늄, 수산화제3급암모늄, 수산화제4급암모늄(예를 들어, 수산화테트라알킬암모늄을 들 수 있다.), 유기아민 및 알칼리금속탄산염 등의 수용액을 이용할 수 있다. 특히 수산화나트륨, 수산화칼륨 수용액, 수산화테트라알킬암모늄 수용액을 이용하는 것이 바람직하다.
수산화테트라알킬암모늄으로는, 예를 들어, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄, 수산화테트라부틸암모늄, 수산화에틸트리메틸암모늄, 수산화디에틸디메틸암모늄 및 수산화메틸트리에틸암모늄을 들 수 있다. 특히, 수산화테트라메틸암모늄을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마용 조성물은, 테트라알킬암모늄이온과, 연마용 조성물에 용해한 SiO2를 포함하고, 그들 테트라알킬암모늄이온과 용해한 SiO2는 알칼리실리케이트를 구성한다.
본 발명의 연마용 조성물이 포함하는 테트라알킬암모늄이온은, 테트라메틸암모늄이온, 테트라에틸암모늄이온, 테트라프로필암모늄이온, 테트라부틸암모늄이온, 에틸트리메틸암모늄이온, 디에틸디메틸암모늄이온, 메틸트리에틸암모늄이온, 또는 그들의 혼합물이다.
상기 테트라알킬암모늄이온은 알칼리실리케이트, 수산화물, 탄산염 및 할로겐화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물에서 유래하는 것이다. 본 발명의 연마용 조성물은, 테트라알킬암모늄이온을 연마용 조성물 중에 0.2질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함할 수 있다.
용해한 SiO2(이하, 용해한 실리카, 용해SiO2, 용해실리카 등이라고도 칭한다)란 입자성을 갖지 않는 연마조성물의 수성 매체에 용해되어 있는 실리카성분으로서, 연마조성물을 원심여과함으로써 실리카입자와, 용해한 SiO2를 분리하는 것이 가능하다. 용해한 SiO2는 투과형 전자현미경관찰로 확인하는 것이 어려우므로, 입자성을 갖고 있지 않거나, 혹은 올리고머 등이 존재하고 있어도 평균1차입자경이 1nm 미만이라고 생각된다. 즉, 용해한 SiO2는, 1nm 미만의 평균1차입자경을 갖는 실리카, 또는 규산음이온으로서, 규산음이온은 규산이온모노머이며, 규산이온다이머나 콜로이드상 규산이온미셀 등이다. 이들은 모두 연마용 조성물 중에 용해되어 있다.
그리고, 용해한 SiO2는 규산음이온으로서 존재할 수 있다.
이들 용해한 SiO2를 구성하는 올리고머상 실리카나, 규산음이온은, 반대이온으로서 양이온을 함유할 수 있다.
실리카입자와 함께 존재하는 용해한 SiO2는, 어느 일정량의 알칼리성을 부여하는 양이온이 존재하는 것이 바람직하고, 용해한 SiO2와 알칼리성 양이온에 의해, 알칼리실리케이트가 된다. 본 발명에서는, 실리카지립(실리카입자)과 물은 수성 실리카졸에서 유래하는 것이며, 수성 실리카졸에 알칼리실리케이트를 첨가함으로써 본 발명의 연마용 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 연마용 조성물에 포함되는 양이온은, 알칼리실리케이트에서 유래하는 양이온과, 수산화물이나 탄산염에서 유래하는 양이온의 합계량으로 할 수 있다.
상기 용해한 SiO2는, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물을 포함하는 알칼리실리케이트에서 유래하는 것이다. 본 발명의 연마용 조성물은, 지립으로서의 실리카입자의 일부가 용해되어 있을 수도 있다. 본 발명의 연마용 조성물은, 용해한 SiO2를 연마용 조성물 중에 0.1질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함할 수 있다. 특히 테트라알킬암모늄실리케이트를 바람직하게 이용할 수 있다. 테트라알킬암모늄과 기타 실리케이트의 비율은, 1:0 내지 0.8, 또는 1:0 내지 0.5, 또는 1:0 내지 0.35의 범위에서 이용할 수 있다.
테트라알킬암모늄이온과 용해한 SiO2는, 지립으로서의 실리카입자에 대하여 질량비로, (테트라알킬암모늄이온)/(SiO2입자)=0.400~1.500, (용해SiO2)/(SiO2입자)=0.100~1.500의 비율로 포함하고 있는 것이, 실리콘웨이퍼의 레이저마크의 해소를 위해 이용하는 연마용 조성물의 연마특성으로서 바람직하다.
본 발명의 연마용 조성물은, 수성 실리카졸과 알칼리실리케이트를 혼합하여 제조할 수 있다. 필요에 따라, 수산화물, 탄산염, 황산염 및 할로겐화물 등을 첨가할 수 있다.
알칼리실리케이트로는, 예를 들어, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다.
수산화물로는, 예를 들어, 수산화테트라알킬암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 들 수 있다.
탄산염으로는, 예를 들어, 탄산테트라알킬암모늄, 탄산칼륨 및 탄산나트륨을 들 수 있다.
황산염으로는, 예를 들어, 황산테트라알킬암모늄, 황산칼륨 및 황산나트륨을 들 수 있다.
할로겐화물로는, 예를 들어, 테트라알킬암모늄클로라이드, 테트라알킬암모늄브로마이드, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 염화나트륨 및 브롬화나트륨을 들 수 있다.
상기 알칼리실리케이트는 수성 실리카졸과, 수산화테트라알킬암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 또는 그들의 혼합물을 혼합하고, 40℃ 내지 100℃에서, 0.5시간 내지 20시간의 가열을 행하여 제조할 수 있다. 이들 알칼리실리케이트를 제조하는 공정을 거쳐 본 발명의 연마용 조성물이 얻어진다.
테트라알킬암모늄실리케이트는, 예를 들어, 테트라메틸암모늄실리케이트를 예로 설명하면, 실리카농도 5.0질량% 내지 50질량%, 알칼리함유량(Na함유량) 0.0001질량% 내지 0.5000질량%의 수성 실리카졸과, 농도 5.0질량% 내지 25질량%의 수산화테트라메틸암모늄 수용액을 60℃ 내지 100℃에서, 2시간 내지 10시간의 가열을 행하여 제조할 수 있다. 상기 가열은 디스퍼 등의 교반장치를 이용하여 교반하에 행할 수 있다.
얻어지는 테트라알킬암모늄실리케이트는, SiO2/M2O로 환산되는 몰비로 2 내지 4, 전형적으로는 몰비가 3.0으로 제조할 수 있다. 상기 M은 테트라메틸암모늄이온, 테트라에틸암모늄이온, 테트라프로필암모늄이온, 또는 테트라부틸암모늄이온, 에틸트리메틸암모늄이온, 디에틸디메틸암모늄이온, 또는 메틸트리에틸암모늄이온을 나타낸다. SiO2농도로서 1.0질량% 내지 20질량%, 전형적으로는 10질량%이며, 수산화테트라알킬암모늄농도로서 1.0질량% 내지 20질량%, 전형적으로는 10질량%이다. 고형분은 2.0질량% 내지 40질량%, 전형적으로는 20질량%이다.
알칼리금속실리케이트는, 예를 들어, 칼륨실리케이트를 예로 설명하면, 실리카농도 5.0질량% 내지 50질량%, 알칼리함유량(Na함유량) 0.0001질량% 내지 0.5000질량%의 수성 실리카졸과, 농도 2.0질량% 내지 48질량%의 수산화칼륨 수용액을 60℃ 내지 100℃에서, 2시간 내지 10시간의 가열을 행하여 제조할 수 있다. 상기 가열은 수산화칼륨 수용액을 첨가하기 전에, 수성 실리카졸을 40℃ 내지 50℃에서, 0.5시간 내지 1시간의 가열을 행하고, 그 온도의 수성 실리카졸에 수산화칼륨 수용액을 첨가하여, 첨가 후에 90℃ 내지 100℃의 온도에서, 2시간 내지 10시간으로 가열하여 제조할 수 있다. 상기 가열은 디스퍼 등의 교반장치를 이용하여 교반하에 행할 수 있다.
얻어지는 알칼리금속실리케이트는, SiO2/M2O로 환산되는 몰비로 2 내지 5, 전형적으로는 몰비가 3.85로 제조할 수 있다. 상기 M은 칼륨이온, 또는 나트륨이온을 나타낸다. SiO2농도로서 2.0질량% 내지 30질량%, 전형적으로는 20질량%이며, 수산화칼륨농도로서 1.0질량% 내지 30질량%, 전형적으로는 9.7질량%이다. 고형분은 3.0질량% 내지 60질량%, 전형적으로는 30질량%이다.
상기 실리카입자는 수성 실리카졸에서 유래하는 실리카입자이며, 실리카졸에 임의로 알칼리성분, 수용성 화합물, 및 킬레이트제를 첨가함으로써 연마액을 작성할 수 있다.
수용성 화합물은 임의의 수용성 화합물을 이용할 수 있다. 예를 들어 하이드록시에틸셀룰로오스, 글리세린, 폴리글리세린, 폴리비닐알코올, 또는 카르복실기 혹은 설폰산기변성 폴리비닐알코올을 이용할 수 있다. 본 발명의 연마용 조성물에 대하여 0.005질량% 내지 1.0질량%의 비율로 함유할 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물에는 킬레이트제를 첨가할 수 있다. 킬레이트제로는, 예를 들어, 아미노카르본산계 킬레이트제 및 포스폰산계 킬레이트제를 들 수 있다.
아미노카르본산계 킬레이트제로는, 예를 들어, 에틸렌디아민테트라아세트산, 니트릴로트리아세트산, 디에틸렌트리아민펜타아세트산, 하이드록시에틸에틸렌디아민트리아세트산, 트리에틸렌테트라민헥사아세트산, 1,3-프로판디아민테트라아세트산, 1,3-디아민-2-하이드록시프로판테트라아세트산, 하이드록시에틸이미노디아세트산, 디하이드록시에틸글리신, 글리콜에테르디아민테트라아세트산, 디카르복시메틸글루탐산, 및 에틸렌디아민-N,N’-디석신산을 들 수 있다.
포스폰산계 킬레이트제로는, 예를 들어, 하이드록시에틸리덴디포스폰산, 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산), 포스포노부탄트리카르본산, 및 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)를 들 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물에 대하여 킬레이트제는, 0.005질량% 내지 1.0질량%의 비율로 함유할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼의 연마용 조성물을 적용할 수 있는 웨이퍼로는, 예를 들어, 실리콘웨이퍼, SiC웨이퍼, GaN웨이퍼, GaAs웨이퍼, GaP웨이퍼, 유리웨이퍼, 알루미웨이퍼 및 사파이어웨이퍼 등을 들 수 있다.
웨이퍼를 연마할 때의 연마장치에는, 편면연마방식과 양면연마방식이 있으며, 본 발명의 웨이퍼용 연마액 조성물은, 어느 장치에나 이용할 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물을 이용하여 연마를 행함으로써, 웨이퍼의 연마공정에서 웨이퍼의 중심부와 주변부(레이저마크 부분)의 고저차가 작은 플랫연마면을 부여하는 웨이퍼를 제조할 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물을 이용하여 레이저마크가 부여된 웨이퍼의 레이저마크 주변부의 융기를 연마할 수 있다.
본 발명에서는 레이저마크가 부여된 웨이퍼를 예비연마하는 공정을 거쳐, 본 발명의 연마용 조성물을 이용하여 레이저마크가 부여된 웨이퍼의 레이저마크 주변부의 융기를 연마하는 공정을 행할 수 있다.
수평면에 대하여 높이 50nm 내지 500nm, 또는 50nm 내지 200nm의 레이저마크 주변부의 융기를, 30nm 내지 마이너스 10nm, 바람직하게는 25nm 내지 0nm, 보다 바람직하게는 0nm가 될 때까지 연마할 수 있다. 연마 후의 레이저마크 주변부가 마이너스 10nm 정도가 되는 것은, 연마에 의해 레이저마크 주변부가 레이저마크 부분의 구덩이(窪み)를 향하여 마이너스 10nm 정도로 하강한 상태가 되는 경우가 있기 때문이다. 그들은 구덩이의 가장자리가 연마되어 마이너스의 수치를 나타내고 있는 것으로서, 이상적으로는 0nm인 것이 바람직하다.
실시예
(합성예 1) TMA실리케이트(테트라메틸암모늄실리케이트)의 합성
실리카농도 35질량%의 실리카졸을 양이온교환수지(오가노사제 앰버라이트 IR-120B)를 이용하여 이온교환하고, 얻어진 산성의 실리카졸 2,940g(알칼리함유량 0.03질량%)에, 이온교환수 3,060g을 첨가한 후, 추가로 25%수산화테트라메틸암모늄 4,000g을 교반하에 첨가하였다. 이 용액을 교반하면서 80℃까지 승온하고, 6시간 유지함으로써, 원하는 TMA실리케이트용액을 얻었다.
얻어진 TMA실리케이트는, SiO2/M2O로 환산되는 몰비가 3.0(M은 테트라메틸암모늄), SiO2농도는 10질량%, 수산화테트라알킬암모늄농도는 10질량%, 고형분은 20질량%였다.
(합성예 2) K실리케이트(칼륨실리케이트)의 합성
실리카농도 35질량%의 실리카졸을 양이온교환수지(오가노사제 앰버라이트 IR-120B)를 이용하여 이온교환하고, 얻어진 산성의 실리카졸 5,880g(알칼리함유량 0.03질량%)에, 이온교환수 2,100g을 첨가한 후, 교반하면서 43℃까지 승온하였다. 승온 후, 48%수산화칼륨 2,020g을 교반하에 첨가하고, 이 용액을 교반하면서 96℃까지 승온 후, 6시간 유지함으로써 원하는 K실리케이트용액을 얻었다.
얻어진 K실리케이트는, SiO2/M2O로 환산되는 몰비가 3.85(K는 칼륨), SiO2농도는 20질량%, 수산화칼륨농도는 9.7질량%, 고형분은 30질량%였다.
(연마용 조성물의 조제)
질소흡착법(BET법)으로부터 구해지는 평균1차입자경 45nm의 콜로이달 실리카(실리카지립, 닛산화학(주)제, 제품명 스노우텍스, 실리카졸에 기초한 실리카입자이다.)와, 알칼리실리케이트(상기 합성예 1의 TMA실리케이트, 상기 합성예 2의 K실리케이트를 사용)와, 수산화물, 탄산염, 킬레이트제(에틸렌디아민사아세트산사나트륨염), 글리세린을 하기에 나타내는 비율로 첨가하고, 잔부는 물이 되는 연마용 조성물을 제조하였다.
한편, 에틸렌디아민사아세트산은 실시예 1 내지 실시예 8, 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 0.2질량%를 함유하고, 글리세린은 실시예 1 내지 실시예 8, 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 0.3질량%를 함유하였다.
얻어진 연마용 조성물 중의 실리카졸에 기초한 실리카입자로서의 SiO2질량%, 용해되어 있는 실리카성분으로서의 SiO2질량%, 양이온의 함유량(질량%)을 나타냈다.
TMA는 테트라메틸암모늄이온을 나타내고, TMAH는 수산화테트라메틸암모늄을 나타내고, TMAS는 테트라메틸암모늄실리케이트를 나타내고, TMAC는 탄산테트라메틸암모늄을 나타내고, KS는 칼륨실리케이트를 나타내고, KC는 탄산칼륨을 나타낸다.
상기 탄산염은 pH완충제로서 기능하는 것이다. 상기 수산화물은 pH조정제로서 기능하는 것이다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
실시예 1 내지 실시예 8, 및 비교예 1 내지 비교예 3의 연마용 조성물을, 순수로 10배로 희석(즉, 연마용 조성물 중에서 SiO2지립의 농도가 0.8질량%로 설정)하여, 하기 연마시험에 이용하였다.
(연마조건)
연마기로서, 하마이산업(주)제의 양면연마기(상품명 13BF)를 이용하였다.
정반사이즈는 외경 933.4mm, 내경 349.4mm였다.
피연마웨이퍼는 실리콘웨이퍼이며, 직경 200mm, 전도형 P형, 결정방위는 밀러지수 <100>, 저항률은 100Ω·cm 이하였다.
연마매수는 캐리어에 실리콘웨이퍼를 1매 세트하고, 3세트의 합계 3매를 동시에 연마하였다.
연마패드는 JH RHODES(주)사제, 상품명 LP-57, 홈폭은 2mm, 홈피치는 20mm였다.
연마하중은 150g/cm2였다.
하정반회전수는 20rpm, 상정반회전수는 6.6rpm, 회전비율은 3.0이었다.
연마시간은 1배치당 60분간이며, 동일연마패드에서 3배치의 연마를 행하였다.
연마액량은 25리터이며, 6.4리터/분으로 연마액을 공급하고, 도중에서의 신규의 연마액의 보충은 행하지 않았다.
연마시의 연마액의 액온은 23℃ 내지 25℃였다.
(연마시험결과)
표 3 중, 연마속도는 3배치의 평균연마속도(μm/분)를 나타내고, 레이저마크 해소성은 3배치째의 레이저마크 높이를 나타내고(실리콘웨이퍼로부터의 높이(nm)), pH는 당초 pH로, 각 배치마다의 pH를 기재하였다.
레이저마크 높이의 측정방법은, (주)니콘인스텍사제 광간섭현미경시스템 BW-M7000을 이용하고, 일정폭(500μm)을 스캔하여 얻어지는 거칠기곡선에 대하여, 웨이퍼 표면의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분의 높이의 차분을 측정하였다.
[표 3]
Figure pct00003
본 발명의 연마용 조성물에서는, 실리카입자와 물 이외의 성분의 역할이 크며, 테트라알킬암모늄이온을 특정량 함유하고, 용해한 실리카를 특정량 함유함으로써 우수한 레이저마크 해소성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 실리카지립과 함께, 용해한 실리카성분이 포함되어 있기 때문으로 생각된다. 연마입자는 실리카입자인데, 실리카입자 자체의 실라놀기가 친수성에 기여하는 것은 당연하지만, 실리카입자와 함께 용해한 실리카성분이 존재함으로써 지립으로서의 실리카입자가 친수화하여 레이저마크 주변부의 융기부에 효율좋게 접촉하고, 융기부를 평탄화하는 것으로 생각된다. 또한, 연마용 조성물 중의 실리카지립은 알칼리성분에 의해 연마용 조성물 중에 용해되어 용해평형이 되는데, 알칼리실리케이트를 함유함으로써, 당초부터 용해한 실리카성분이 포함됨으로써 연마용 조성물 중에의 실리카지립의 용해를 방지하고, 전체연마공정 중에서 높은 pH를 유지하면서, 실리카지립의 용해를 방지할 수 있으므로, 실리카입자(실리카지립)가 효과적으로 레이저마크를 연마하고, 레이저마크의 해소성이 배치의 초기로부터 2배치째, 3배치째에 있어서 양호한 레이저마크 해소성을 나타냈다고 생각된다.
한편, 연마 당초에 용해한 실리카성분을 함유하지 않은 비교예 1과 비교예 3에서는, 상술의 효과를 발휘할 수 없고, 또한 비교예 2에서는, 용해한 실리카성분을 함유하지만 테트라메틸암모늄이온을 특정량 함유하고 있지 않으므로, 높은 pH를 유지할 수 없다고 생각된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 연마용 조성물을 이용함으로써, 웨이퍼의 연마공정에서 레이저마크 주변부의 융기의 해소를 행하여 플랫한 연마면을 부여할 수 있다.

Claims (13)

  1. 실리카입자와 물을 포함하는 연마용 조성물로서, 이 연마용 조성물은 추가로 테트라알킬암모늄이온을 실리카입자의 SiO2에 대하여 0.400 내지 1.500:1의 질량비로 포함하고, 이 연마용 조성물에 용해한 SiO2를 실리카입자의 SiO2에 대하여, 0.100 내지 1.500:1의 질량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테트라알킬암모늄이온이 알칼리실리케이트, 수산화물, 탄산염, 황산염 및 할로겐화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물에서 유래하는 것이며, 상기 연마용 조성물 중에 0.2질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함되는, 연마용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용해한 SiO2가, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물에서 유래하는 것이며, 상기 연마용 조성물 중에 0.1질량% 내지 8.0질량%의 비율로 포함되는, 연마용 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용해한 SiO2가 1nm 미만인 평균1차입자경을 갖는 실리카, 또는 규산음이온인 연마용 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테트라알킬암모늄이온이, 테트라메틸암모늄이온, 테트라에틸암모늄이온, 테트라프로필암모늄이온, 테트라부틸암모늄이온, 에틸트리메틸암모늄이온, 디에틸디메틸암모늄이온, 메틸트리에틸암모늄이온, 또는 그들의 혼합물인, 연마용 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리카입자가 1nm 내지 100nm의 평균1차입자경을 갖고, 또한 실리카입자에 기초한 실리카농도가 0.1질량% 내지 30질량%인, 연마용 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마용 조성물은, 그 pH가 11 내지 13인, 연마용 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    실리콘웨이퍼의 레이저마크의 해소를 위해 이용하는, 연마용 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물을 이용하여, 실리콘웨이퍼의 레이저마크를 해소하는 방법.
  10. 수성 실리카졸과, 수산화테트라알킬암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 또는 그들의 혼합물을 혼합하고, 40℃ 내지 100℃에서, 0.5시간 내지 20시간의 가열을 행하여, 알칼리실리케이트를 제조하고, 해당 알칼리실리케이트 유래의 용해한 SiO2를 생성하는 공정을 포함하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물의 제조방법.
  11. 수성 실리카졸과, 테트라알킬암모늄실리케이트, 칼륨실리케이트, 나트륨실리케이트, 또는 그들의 혼합물을 혼합하는 공정을 포함하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물을, 피연마재료의 연마 전 또는 연마 중에 물로 희석하여, 실리카입자에 기초한 실리카농도를 0.1질량% 내지 4.0질량%, 테트라알킬암모늄이온을 0.2질량% 내지 4.0질량%, 용해한 SiO2를 0.1질량% 내지 2.0질량%로 조제하는 공정을 포함하는, 연마용 조성물의 제조방법.
  13. 제12항에 기재된 방법으로 제조된 연마용 조성물을 이용하는 실리콘웨이퍼의 연마방법.
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