KR20220124997A - 실리콘 웨이퍼 연마용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 수용성 폴리머; 염기성 화합물; 및 pH 조절제;를 포함하고, pH는 2 내지 7의 범위인 것이다.
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 제조 시 기판이 되는 실리콘 웨이퍼는 단결정성장(Single crystal growing), 절단(Slicing), 연마(Lapping), 식각(Etching), 경면연마(Polishing), 세정(Cleaning) 등의 여러 공정을 거쳐 제조된다. 제조공정의 최종 단계인 경면연마 공정에서는 이전 공정에서 생성된 표면이나 표면 이하(subsurface)의 결함 즉 긁힘, 갈라짐, 입자변형(Grain distortion), 표면 거칠기, 표면의 지형(Topography)의 결함을 제거하여 무결점 거울면의 웨이퍼로 가공하게 된다.
실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 CMP 공정은 마지막 공정으로 웨이퍼 표면의 미세 긁힘(microscratch) 등의 물리적 표면결함을 제거하고 표면 거칠기(microroughness)를 낮추어 부드러운 표면을 만드는 단계이다. 이러한 CMP 공정을 거친 웨이퍼는 비로소 저 표면 결함의 경면을 구현하는 것이다. 최근에 중요시되고 있는 것이 표면이하(subsurface)의 결함으로 이것은 반도체 회로의 전기적 특성을 저해하는 특성이다.
웨이퍼 표면의 연마는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)의 반응으로 설명하는데, 웨이퍼의 대구경화에 따른 고도의 품질요구는 슬러리의 성능 향상의 원인이 되고 있다. 특히 대구경 웨이퍼의 가공 특성상 높은 수준의 무결점 표면을 구현하기 위한 슬러리의 개발이 중요시되고 있다. 실리콘 웨이퍼 슬러리의 개선으로 연마품질을 개선하려는 노력은 계속해서 시도되고 있으나, 분산안정성에 한계를 드러내고 있다.
따라서, 분산안정성을 유지하며 실리콘 웨이퍼 연마 시 우수한 표면 품질을 얻을 수 있는 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 산성영역에서 실리콘 웨이퍼의 높은 연마 성능과 표면 품질을 개선할 수 있는 실리콘 웨이퍼 연마용 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 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 수용성 폴리머; 염기성 화합물; 및 pH 조절제;를 포함하고, pH는 2 내지 7의 범위인 것이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 유기산으로 치환된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 상기 연마입자는, 유기산으로 치환된 콜로이달 실리카, 또는 pH 2 내지 7의 영역에서 음의 제타전위를 가지는 콜로이달 실리카를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm의 1 차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2 차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머는, 2-하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyethylcellulose; HEC), 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 셀룰로오스 에테르(cellulose ethers), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(Poly(ethylene glycol); PEG), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 폴리아크릴아미드(Poly(acrylamides); PAAm), 폴리옥사졸린(Poly(oxazoline); POZO), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate; PVAc), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리비닐 에테르(polyvinyl ether), 폴리글리콜산(polyglycolic acid), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리이소시아네이트(polyisocyanate) 및 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머의 분자량은 10 K 내지 1000 K인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 염기성 화합물은, 4급 암모늄을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 4급 암모늄은, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide; TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(Tetraethylammonium hydroxide; TEAH), 에틸트리메틸암모늄 하이드록사이드(Ethyltrimethylammonium hydroxide; ETMAH), 테트라부틸암모늄 히드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide; TBAH), 디메틸디프로필암모늄 하이드록사이드(dimethyldipropylammonium hydroxide; DMDPAH), 테트라메틸암모늄 플루오라이드(tetramethylammonium fluoride; TMAF), 콜린 하이드록사이드(choline hydroxide) 및 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 염기성 화합물은, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 벤질아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA), 테트라에틸렌펜타민(TEPA), 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 비스(헥사메틸렌)트리아민, N-(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am3), N,N'-비스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am4), N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am5), N-3-아미노프로필-1,3-디아미노프로판, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, 비스-(3-아미노프로필)아민, 디프로필렌트리아민 및 트리프로필렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 산성 물질, 계면활성제 및 살생물제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 물질은, 유기산, 무기산 또는 이 둘을 포함하고, 상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 무기산은, 질산, 황산, 염산, 인산, 불산, 브롬산, 요오드산, 설파민산, 과염소산, 크롬산, 아황산, 아질산, 붕소산, 플루오르화수소산 및 플루오르붕산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 물질은, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 3 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 계면활성제는, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 계면활성제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 살생물제는, 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라에틸암모늄 클로라이드, 테트라프로필암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드, 및 알킬벤질디메틸암모늄 하이드록사이드, (여기서, 알킬 사슬은 1 내지 약 20개의 탄소 원자 범위이다), 소듐 클로라이트, 및 소듐 하이포클로라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 살생물제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 제타전위는 -5 mV 내지 -50 mV의 범위인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 염기성 화합물을 포함함으로써 소수성을 가진 실리콘 웨이퍼에서 4급 암모늄 케미컬(chemical)의 지방족 부분이 흡착되어 N+가 Si 결합을 약화시켜 실리콘 웨이퍼의 높은 연마속도를 구현시킬 수 있다. 또한, 4급 암모늄 케미컬의 C-Chain이 증가할수록 소수성이 증가하여, 실리콘 웨이퍼의 흡착 되는 정도가 증가하여 연마성능이 증가할 수 있다. 그리고, 수용성 고분자를 포함함으로써 연마 후 결함 및 거칠기를 감소시켜 우수한 표면 품질을 향상시킬 수 있다.
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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 연마용 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 수용성 폴리머; 염기성 화합물; 및 pH 조절제;를 포함하고, pH는 2 내지 7의 범위인 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자, 수용성 폴리머, 염기성 화합물 및 pH 조절제 조성을 이용하여 산성영역에서 슬러리 제조 시 분산안정성을 유지하며 실리콘 웨이퍼 연마 시 우수한 표면 품질을 얻을 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 pH는 바람직하게는, 3 내지 5의 범위인 것일 수 있다. 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 pH를 조절하는 양으로 pH 조절제가 첨가될 수 있다. 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나는 경우, 연마 속도 및 분산 안정성이 저하되고, 디싱, 표면 불균형과 같은 결함을 발생시킬 수 있다.본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 산성 영역에서 분산안정성을 유지하면서 실리콘 웨이퍼 연마 시 에칭을 최소화하여 연마 후 결함 및 거칠기를 감소시켜 우수한 표면 품질을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 유기산으로 치환된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 유기산으로 치환된 콜로이달 실리카, 또는 pH 2 내지 7의 영역에서 음의 제타전위를 가지는 콜로이달 실리카를 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 치환되지 않은 콜로이달 실리카는 산성 영역에서 제타전위가 0에 가까워 수용성 폴리머 첨가 시 응집되는 현상이 있어 알칼리 영역에서 제한적으로 사용될 수 있다. 알칼리 영역에서는 케미컬 효과(chemical effect)가 산성 영역보다 커서 웨이퍼 막질 표면을 강하게 에칭시켜 실리콘 웨이퍼 연마 후 표면 품질이 좋지 않다. 그러나, 유기산으로 치환된 콜로이달 실리카는 pH 전 영역, 예를 들어, pH 2 내지 7에 걸쳐 제타전위가 음(negative)의 전하를 나타내는 네거티브 전하(negative charge)를 유지하게 된다. 따라서, 유기산으로 치환된 콜로이달 실리카, 또는 pH 2 내지 7의 영역에서 음의 제타전위를 가지는 콜로이달 실리카는 수용성 폴리머와 혼합되어도 분산안정성이 유지된다. 산성 영역에서 사용하면 분산 안정성도 유지되고 에칭을 최소화하여 결함 및 거칠기와 같은 표면 품질을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm의 1 차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2 차 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연마입자의 평균 입경의 측정은, 주사전자현미경 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값이다. 1 차 입자의 크기에 있어서, 입자 균일성을 확보하기 위해서 200 nm 이하이어야 하며, 5 nm 미만인 경우에는 연마율이 저하될 수 있다. 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 2 차 입자의 크기에 있어서, 2 차 입자의 크기가 30 nm 미만인 경우 밀링으로 인하여 작은 입자가 과도하게 발생하면 세정성이 저하되고, 웨이퍼 표면에 과량의 결함이 발생하며, 300 nm를 초과하는 경우 과잉 연마가 이루어져 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 가능성이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 단일 사이즈 입자 이외에도, 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 포함하는 혼합입자를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 2종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 바이모달(bimodal) 형태의 입자 분포를 가지거나 3종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 3가지 피크를 보이는 입도 분포를 가지는 것일 수 있다. 또는, 4종 이상의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 다분산 형태의 입자분포를 가질 수 있다. 상대적으로 큰 연마입자와 상대적으로 작은 연마입자가 혼재함으로써 더 우수한 분산성을 가지며, 웨이퍼 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 형상은 구형, 각형, 침상 형상 및 판상 형상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 단결정성인 것일 수 있다. 단결정성 연마입자를 사용할 경우, 다결정성 연마 입자 대비 스크래치 저감 효과를 달성할 수 있으며, 디싱이 개선될 수 있으며, 연마 후 세정성이 개선될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 10 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 1 중량%, 0.001 중량% 내지 3 중량%, 0.001 중량% 내지 5 중량%, 0.001 중량% 내지 7 중량%, 1 중량% 내지 10 중량%, 3 중량% 내지 10 중량%, 5 중량% 내지 10 중량% 또는 7 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 미만인 경우 연마 속도가 감소되는 문제가 있고, 10 중량% 초과인 경우 연마속도가 너무 높고, 연마입자 수의 증가로 인하여 표면의 잔류하게 되는 입자 흡착성에 의하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머는, 실리콘 웨이퍼 연마 시 실리콘 표면에 작용하여 막질 표면 보호하여 우수한 결함 개선 효과를 가질 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머는, 2-하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyethylcellulose; HEC), 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 셀룰로오스 에테르(cellulose ethers), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(Poly(ethylene glycol); PEG), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 폴리아크릴아미드(Poly(acrylamides); PAAm), 폴리옥사졸린(Poly(oxazoline); POZO), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate; PVAc), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리비닐 에테르(polyvinyl ether), 폴리글리콜산(polyglycolic acid), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리이소시아네이트(polyisocyanate) 및 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 수용성 폴리머는, HEC인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머의 분자량은 10 K 내지 1000 K인 것일 수 있다. 상기 수용성 폴리머의 분자량이 10 K 미만인 경우 분산안정성이 저하될 수 있고, 1000 K 초과하면 슬러리 조성물 중에서 용해도 또는 분산성이 감소하여 고체로 석출될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 수용성 폴리머는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 0.001 중량% 내지 0.3 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 0.001 중량% 내지 0.03 중량%, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.001 중량% 내지 0.07 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.003 중량% 내지 0.5 중량%, 0.005 중량% 내지 0.5 중량%, 0.007 중량% 내지 0.5 중량%, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 0.03 중량% 내지 0.5 중량%, 0.05 중량% 내지 0.5 중량%, 0.07 중량% 내지 0.5 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.3 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다. 상기 수용성 폴리머는가상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 미만인 경우 경우 결함 개선 효과가 미미할 수 있고, 0.5 중량% 미만인 경우 분산성을 저하시킬 수 있고, 연마 속도를 감소시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 염기성 화합물은, 4급 암모늄을 포함하는 것일 수 있다. 상기 염기성 화합물은 아민 계열인 것일 수 있으며, C-chain이 2개 이상인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 염기성 화합물이 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물에 포함됨으로써 소수성을 가진 실리콘 웨이퍼에서 4급 암모늄 케미컬(chemical)의 지방족 부분이 흡착되어 N+가 Si 결합을 약화시켜 실리콘 웨이퍼의 높은 연마속도를 구현시킬 수 있다. 또한, 4급 암모늄 케미컬의 C-Chain이 증가할수록 소수성이 증가하여, 실리콘 웨이퍼의 흡착 되는 정도가 증가하여 연마성능이 증가할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 4급 암모늄은, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide; TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(Tetraethylammonium hydroxide; TEAH), 에틸트리메틸암모늄 하이드록사이드(Ethyltrimethylammonium hydroxide; ETMAH), 테트라부틸암모늄 히드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide; TBAH), 디메틸디프로필암모늄 하이드록사이드(dimethyldipropylammonium hydroxide; DMDPAH), 테트라메틸암모늄 플루오라이드(tetramethylammonium fluoride; TMAF), 콜린 하이드록사이드(choline hydroxide) 및 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 4급 암모늄은, TMAH, TBAH인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 염기성 화합물은, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 0.001 중량% 내지 0.03 중량%, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.001 중량% 내지 0.07 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.3 중량%, 0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 0.001 중량% 내지 0.7 중량%, 0.01 중량% 내지 1 중량%, 0.03 중량% 내지 1 중량%, 0.05 중량% 내지 1 중량%, 0.07 중량% 내지 1 중량%, 0.1 중량% 내지 1 중량%, 0.3 중량% 내지 1 중량%, 0.5 중량% 내지 1 중량% 또는 0.7 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 염기성 화합물이 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 미만인 경우 실리콘 웨이퍼의 연마속도 증가 효과가 미미할 수 있고, 1 중량% 초과하면 분산 안정성이 저하될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 분산 안정성에서 유리하기 때문에 본 발명의 연마 대상인 실리콘 웨이퍼에 대하여 양호한 연마 표면을 확보할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 벤질아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA), 테트라에틸렌펜타민(TEPA), 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 비스(헥사메틸렌)트리아민, N-(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am3), N,N'-비스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am4), N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am5), N-3-아미노프로필-1,3-디아미노프로판, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, 비스-(3-아미노프로필)아민, 디프로필렌트리아민 및 트리프로필렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%, 0.01 중량% 내지 0.7 중량%, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 0.01 중량% 내지 0.3 중량%, 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 0.03 중량% 내지 1 중량%, 0.05 중량% 내지 1 중량%, 0.07 중량% 내지 1 중량%, 0.1 중량% 내지 1 중량%, 0.3 중량% 내지 1 중량%, 0.5 중량% 내지 1 중량% 또는 0.7 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 pH 조절제가 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 연마속도가 저하되고, 1 중량% 초과인 경우 실리콘 웨이퍼의 과연마 우려가 있다.
일 실시형태에 있어서, 산성 물질, 계면활성제 및 살생물제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 물질은, 유기산, 무기산 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
일 실시형태에 있어서, 상기 무기산은, 질산, 황산, 염산, 인산, 불산, 브롬산, 요오드산, 설파민산, 과염소산, 크롬산, 아황산, 아질산, 붕소산, 플루오르화수소산 및 플루오르붕산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 물질은, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 3 중량%, 0.001 중량% 내지 1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.001 중량% 내지 0.01 중량0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.003 중량% 내지 3 중량%, 0.005 중량% 내지 3 중량%, 0.01 중량% 내지 3 중량%, 0.05 중량% 내지 3 중량%, 0.1 중량% 내지 3 중량%, 0.5 중량% 내지 3 중량%, 1 중량% 내지 3 중량% 또는 2 중량% 내지 3 중량%인 것일 수 있다. 상기 산성 물질이 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 미만인 경우 분산안정성이 저하될 수 있고, 3 중량% 초과인 경우 연마 성능이 감소될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 계면활성제는, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 음이온성 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 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 양이온성 계면활성제는, 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드) (poly(diallyldimethyl ammonium chloride); 폴리[비스(2-클로로에틸) 에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아](Poly[bis(2-chloroethyl) etheralt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]); 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-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 디메틸아미노데틸 메타크릴레이트 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸의 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 비닐피롤리돈/메타크릴마이도프로필 드리메틸암모늄 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(2-메타크릴옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드(Poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride)); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸드리메틸 암모늄 클로라이드(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 폴리[2-(디메틸아미노)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 디클로라이드](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 군으로부터 선택된 적어도 하나의 4급 암모늄을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제는, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체(polyethylene-propylene copolymer), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리알킬 옥사이드(polyalkyl oxide), 폴리옥시에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리옥시에틸렌옥사이드(polyoxyethylene oxide), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리프로필렌 옥사이드(polypropylene oxide) 및 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 계면활성제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 0.001 중량% 내지 0.3 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 0.001 중량% 내지 0.005 중량%, 0.001 중량% 내지 0.3 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 0.005 중량% 내지 0.5 중량%, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 0.05 중량% 내지 0.5 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.1 중량% 내지 0.3 중량%인 것일 수 있다. 상기 계면활성제가 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 미만인 경우 연마 효과가 나타나지 않고, 0.5 중량% 초과인 경우 연마 효율을 감소시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 저장 동안에 박테리아 및 진균의 성장을 방지하기 위해 살생물제, 즉, 생물학적 성장 억제제 또는 보존제를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 살생물제는, 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라에틸암모늄 클로라이드, 테트라프로필암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드, 및 알킬벤질디메틸암모늄 하이드록사이드, (여기서, 알킬 사슬은 1 내지 약 20개의 탄소 원자 범위이다), 소듐 클로라이트, 및 소듐 하이포클로라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상업적으로 구입 가능한 보존제 중의 일부는 Dow Chemicals로부터의 KATHONTM(예를 들어, Kathon II) 및 NEOLENETM 제품 계열 및 Lanxess로부터의 PreventolTM 계열, Rohm and Haas Company로부터의 KordekTM MLX; 및 메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 혼합물을 함유하는 KathonTM ICP III를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 살생물제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 0.001 중량% 내지 0.3 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.001 중량% 내지 0.01 중량%, 0.001 중량% 내지 0.005 중량%, 0.001 중량% 내지 0.3 중량%, 0.001 중량% 내지 0.1 중량%, 0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 0.005 중량% 내지 0.5 중량%, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 0.05 중량% 내지 0.5 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.1 중량% 내지 0.3 중량%인 것일 수 있다. 상기 살생물제가 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 살생물제 효과가 나타나지 않아 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 박테리아 및 진균의 성장될 우려가 있고, 0.5 중량% 초과인 경우 분산안정성이 저하될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 산성 물질, 계면활성제 및 살생물제는, 희석비 1 : 4 이상으로 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 제타전위는, 바람직하게는, 음(negative)의 전하를 나타내는 네거티브 슬러리 조성물일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 제타전위는 -5 mV 내지 -50 mV의, -5 mV 내지 -30 mV, -5 mV 내지 -10 mV, -10 mV 내지 -50 mV, -10 mV 내지 -30 mV, -20 mV 내지 -50 mV, -20 mV 내지 -30 mV, -30 mV 내지 -50 mV, -30 mV 내지 -40 mV 또는 -40 mV 내지 -50 mV 범위인 것일 수 있다. 음으로 하전된 연마입자로 인하여, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 제타전위은 음(nagative)의 전하를 나타내는 네거티브 슬러리 조성물일 수 있으며, 제타전위 값이 -5 mV 초과인 경우 정전기적 반발력에 의한 분산이 약하여 응집의 우려가 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]
초순수에 65 중량%에 평균입도 80 nm 크기의 유기산 치환된 콜로이달 실리카 (일본 Fuso Chemical 社 PL-3D, pH 2.0 이상의 용액 중에서 표면의 제타 전위가 마이너스이며, 등전점(isoelectric point)을 가지지 않도록 표면이 화학적으로 수식(修飾)된 연마입자)를 2.0 중량% 분산시킨 후, 시트르산 0.15 중량%, 수용성 폴리머로서 분자량 400 K의 2-하이드록시 에틸셀룰로오스(HEC) 0.06 중량%를 투입하고, 염기성 화합물로서 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)를 0.05 중량% 첨가하고, pH 조절제로서 트리에탄올아민을 첨가하여 pH를 3.5로 조정한 후, 30 분간 혼합하여 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서, 염기성 화합물로서 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 대신 테트라부틸암모늄 히드록사이드(TBAH)를 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 2에서, pH를 4.7로 조정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 2에서, pH를 6.0으로 조정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 3에서, 수용성 폴리머로서 2-하이드록시 에틸셀룰로오스(HEC)를 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시예 3과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
비교예 1에서, 테트라부틸암모늄 히드록사이드(TBAH) 대신 벤질아민(Benzyl amine)을 첨가한 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
비교예 1에서, 테트라부틸암모늄 히드록사이드(TBAH) 대신 디에탄올 아민(Diethanol amine)을 첨가한 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 4]
비교예 1에서, 테트라부틸암모늄 히드록사이드(TBAH) 대신 트리에탄올 아민(Triethanol amine)을 첨가한 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 5]
비교예 1에서, 테트라부틸암모늄 히드록사이드(TBAH) 대신 이미다졸(Imidazole)을 첨가한 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 6]
실시예 2에서, 연마입자로서 기존 콜로이달 실리카를 첨가한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 7]
비교예 6에서, pH를 4.7로 조정한 것을 제외하고, 비교예 6과 동일하게 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 8]
비교예 6에서, pH를 6.5로 조정한 것을 제외하고, 비교예 6과 동일하게 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 2에서, pH를 10으로 조정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물, 비교예 1 내지 9의 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 상기와 같은 연마 조건으로 연마를 진행하였다.
[연마 조건]
1. 연마기 : NT(케이씨텍), SP2-XP(KLA-Tencor)
2. 캐리어 RPM (Carrier RPM): 67 rpm
3. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 73 rpm
4. 웨이퍼 압력: 1.5 psi
5. 슬러리 유량 (Flow rate): 250 ml/min
6. 연마패드: VP-3100
7. 연마시간 : 60s
분산성, 결함 및 거칠기의 평가 조건은 다음과 같다.
<평가 조건>
1. 분산성
본 발명의 실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물, 비교예 1 내지 9의 슬러리 조성물 각각을 40 ml 유리병(vial)에 35 ml 담고, 상온에서 7일 보관 후 슬러리 조성물의 연마입자 크기 변화량을 측정하였다.
2. 결함(defect) 등급
본 발명의 실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물, 비교예 1 내지 9의 슬러리 조성물을 이용하여 실리콘 웨이퍼 연마 후 웨이퍼 표면의 결함 수를 측정하고, 하기 표 1과 같이 결함 수에 따라 결함 등급을 분류하였다.
| 결함 수 분류 | Total (ea) |
| A | 0~50 |
| B | 51~100 |
| C | 101~200 |
| D | 301~ |
하기의 표 2는 실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물, 비교예 1 내지 9의 연마용 슬러리 조성물을 이용한 실리콘 웨이퍼의 분산 안정성, 결함 및 거칠기를 나타낸 것이다.
| 입자 | 수용성 폴리머 | 염기성 화합물 (아민) |
pH | 분산 안정성 |
결함 | Normalized Removal rate |
|
| 종류 | 종류 | 종류 | |||||
| 실시예 1 | A | HEC | TMAH | 3.5 | ○ | A | 3.9 |
| 실시예 2 | A | HEC | TBAH | 3.5 | ○ | A | 5.1 |
| 실시예 3 | A | HEC | TBAH | 4.7 | ○ | A | 6.5 |
| 실시예 4 | A | HEC | TBAH | 6.0 | ○ | A | 7.1 |
| 비교예 1 | A | - | TBAH | 4.7 | ○ | C | 5.1 |
| 비교예 2 | A | - | TBAH | 4.7 | ○ | D | 1.4 |
| 비교예 3 | A | - | Benzyl amine | 4.7 | ○ | D | 1.2 |
| 비교예 4 | A | - | DiethanolAmine | 4.7 | ○ | D | 1 |
| 비교예 5 | A | - | Imidazole | 4.7 | ○ | D | 1.1 |
| 비교예 6 | B | HEC | TBAH | 3.5 | × | - | - |
| 비교예 7 | B | HEC | TBAH | 4.7 | × | - | - |
| 비교예 8 | B | HEC | TBAH | 6.5 | × | - | - |
| 비교예 9 | A | HEC | TBAH | 10 | × | B | 7.5 |
A : 유기산 치환된 Colloidal silicaB : 기존 Colloidal silica
HEC - Hydroxyl ethyl cellulose
TMAH - Tetramethyl ammonium hydroxide
TBAH - Tetrabutyl ammonium Hydroxide
○ - 분산 안정성 유지
× - 응집
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 및 비교예 6 내지 8의 연마용 슬러리 조성물을 비교하였을 때 유기산 치환된 콜로이달 실리카를 포함하였을 때 분산 안정성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은 수용성 폴리머를 포함함으로써, 수용성 폴리머를 첨가하지 않은 비교예 1 내지 5에 비하여 표면결함이 우수한 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 수용성 폴리머 및 염기성 화합물로서 4급 암모늄을 모두 포함한 본원 발명의 실시예 1 내지 4의 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물은, 비교예 1 내지 9의 슬러리 조성물을 이용하였을 때 비하여, 분산안정성, 결함 및 거칠기가 우수한 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 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 청구범위의 범위에 속한다.
Claims (20)
- 연마입자;
수용성 폴리머;
염기성 화합물; 및
pH 조절제;
를 포함하고,
pH는 2 내지 7의 범위인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는,
금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 유기산으로 치환된 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 유기산으로 치환된 콜로이달 실리카, 또는
pH 2 내지 7의 영역에서 음의 제타전위를 가지는 콜로이달 실리카를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm의 1 차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2 차 입자를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 10 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 폴리머는, 2-하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyethylcellulose; HEC), 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 셀룰로오스 에테르(cellulose ethers), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(Poly(ethylene glycol); PEG), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 폴리아크릴아미드(Poly(acrylamides); PAAm), 폴리옥사졸린(Poly(oxazoline); POZO), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate; PVAc), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리비닐 에테르(polyvinyl ether), 폴리글리콜산(polyglycolic acid), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리이소시아네이트(polyisocyanate) 및 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 폴리머의 분자량은 10 K 내지 1000 K인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 폴리머는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 염기성 화합물은, 4급 암모늄을 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제11항에 있어서,
상기 4급 암모늄은, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide; TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(Tetraethylammonium hydroxide; TEAH), 에틸트리메틸암모늄 하이드록사이드(Ethyltrimethylammonium hydroxide; ETMAH), 테트라부틸암모늄 히드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide; TBAH), 디메틸디프로필암모늄 하이드록사이드(dimethyldipropylammonium hydroxide; DMDPAH), 테트라메틸암모늄 플루오라이드(tetramethylammonium fluoride; TMAF), 콜린 하이드록사이드(choline hydroxide) 및 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 염기성 화합물은, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 pH 조절제는, 벤질아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA), 테트라에틸렌펜타민(TEPA), 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 비스(헥사메틸렌)트리아민, N-(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am3), N,N'-비스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am4), N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am5), N-3-아미노프로필-1,3-디아미노프로판, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, 비스-(3-아미노프로필)아민, 디프로필렌트리아민 및 트리프로필렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 pH 조절제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
산성 물질, 계면활성제 및 살생물제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제16항에 있어서,
상기 산성 물질은, 유기산, 무기산 또는 이 둘을 포함하고,
상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 무기산은, 질산, 황산, 염산, 인산, 불산, 브롬산, 요오드산, 설파민산, 과염소산, 크롬산, 아황산, 아질산, 붕소산, 플루오르화수소산 및 플루오르붕산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이고,
상기 산성 물질은, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 3 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제16항에 있어서,
상기 계면활성제는, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
상기 계면활성제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제16항에 있어서,
상기 살생물제는, 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라에틸암모늄 클로라이드, 테트라프로필암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드, 및 알킬벤질디메틸암모늄 하이드록사이드, (여기서, 알킬 사슬은 1 내지 20개의 탄소 원자 범위이다), 소듐 클로라이트, 및 소듐 하이포클로라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
상기 살생물제는, 상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것인,
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물의 제타전위는 -5 mV 내지 -50 mV의 범위인 것인
실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210028850A KR20220124997A (ko) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 실리콘 웨이퍼 연마용 조성물 |
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-
2021
- 2021-03-04 KR KR1020210028850A patent/KR20220124997A/ko not_active Application Discontinuation
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