KR101134596B1 - 세륨계 연마재 슬러리 - Google Patents

Abstract

높은 연마 속도를 유지하면서 스크래치 발생을 최소화할 수 있는 세륨계 연마재 슬러리가 제공된다. 세륨계 연마재 슬러리는, 물, 산화 세륨 분말 및 분산제를 포함하는 연마재 슬러리로서, 연마재 슬러리의 부피 평균 입경이 약 130nm 이상이며, 약 800 내지 1000 nm의 평균 직경을 가지는 미세 공극이 형성된 필터를 구비하는 거대 입자 분석 장치를 이용하여 거대 입자 분석 장치의 필터에 잔류된 거대 입자의 농도가 하기 식에 의해 약 500ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

(여기서, Wc는 산화 세륨 분말의 무게이고, Wf1은 필터의 무게이고, Wf2는 필터로 연마재 슬러리를 필터링한 후 건조된 필터의 무게를 말한다.)

CMP, 슬러리, 세륨, 거대 입자

Description

세륨계 연마재 슬러리{Ceruim-based abrasive slurry}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연마재 슬러리에 포함된 거대 입자의 함유량을 측정할 수 있는 거대 입자 분석 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 상부 용기 20: 필터

30: 하부 용기 35: 진공 배기구

40: 가이드 관 50: 연마재 슬러리

100: 거대 입자 분석 장치

본 발명은 세륨계 연마재 슬러리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거대 입자 t량 측정 장치를 통하여 거대 입자의 농도가 낮은 세륨계 연마재 슬러리에 관한 것이다.

세륨계 입자를 주성분으로 함유하는 세륨계 연마재 슬러리는, 그 우수한 연마효과에 의해 그 용도를 급속하게 넓히고 있다. 세륨계 연마재 슬러리는 광학용 유리의 연마에 사용될 뿐만 아니라, 액정용 유리, 하드디스크 등의 자기기록 매체 용 유리의 연마 및 LSI 등의 전자회로에서 반도체 제조용으로 사용되고 있다.

반도체의 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)에서는, 주로 세륨계 연마재를 수중 현탁액으로 분산하여 슬러리화 한 후 사용하고 있는데, 지금까지는 많은 연마량(또는 높은 연마 속도)을 나타내는 세륨계 연마재 슬러리의 주요 목적으로 해왔다. 그러나, 최근 반도체 공정의 배선이 점차 미세화되고 칩간의 간격이 감소됨에 따라 화학 기계적 연마용 슬러리는 연마 속도 이외에도 적은 수의 스크래치, 발생된 스크래치의 크기 감소의 특성이 요구되고 있다.

기존의 화학 기계적 연마에 사용된 세륨계 연마재 슬러리는 그 제조 과정에서 분쇄 공정을 거치지만 제조시에 생성된 거대 입자가 완전히 필터링(filtering)되지 못하여 스크래치의 주요 원인이 되고 있다. 이러한 비정상적으로 거대 성장한 세륨계 연마재 입자들은, 비록 미량이 존재하더라도 화학 기계적 연마 공정시 반도체 웨이퍼 표면에 마이크로 크기의 스크래치 또는 디펙트(defect)를 생성하여 수율을 떨어뜨릴 수 있다.

또한 최근에 들어서는, 반도체 제조에 있어서 선폭의 감소가 추진되어 예전에 비해 한 장의 웨이퍼에서 생산되는 칩의 수가 늘어나게 되었는데, 이러한 선폭이 감소된 반도체 공정에 종래의 세륨계 연마재 슬러리를 그대로 사용할 경우 마이크로(micro) 크기의 스크래치도 치명적으로 작용하므로 생산량을 높이는데 한계가 있게 된다. 더욱이 반도체 제조 공정에 화학 기계적 연마 공정이 적용되는 수가 점차 증가되는 추세이므로, 이러한 연마 공정 후의 스크래치의 유무 및 크기는 웨이퍼 내의 칩의 수율과 밀접한 관계가 있다.

이러한 스크래치를 감소시키기 위해 입경을 3㎛ 이하로 관리하려는 노력들이 있으나, 실제 0.16㎛ 이하의 미세 패턴에서는 스크래치에 의해 수율이 현저하게 떨어지는 문제가 발생하게 된다. 이는 실제 레이저 회절을 이용한 입도 분석기로 연마재 슬러리의 누적 100% 입경(D₁₀₀)을 측정하여 약 300 내지 500 nm의 수치를 얻는다 하더라도, 웨이퍼 표면에 스크래치를 일으키는 입경이 700nm 이상, 특히 800nm이상인 거대 입자들이 입도 분석기로 관찰되지 않기 때문이다. 왜냐하면, 이러한 거대 입자들의 개수가 부피 평균 입경(mean volume diameter)에 근접한 연마재 입자들의 개수에 비해 상대적으로 매우 적기 때문이다.

종래 기술에 의한 세륨계 연마재 슬러리의 제조 방법에 의해 연마재 슬러리의 부피 평균 입경을 감소시키면 800nm 이하의 거대 입자의 개수를 감소시킬 수 있으나, 부피 평균입경이 작은 슬러리는 연마 속도의 감소로 생산량이 감소하는 문제가 발생한다. 또한, 연마 속도로 높이고자 연마재 슬러리의 부피 평균 입경을 증가시키게 되면 거대 입자의 개수가 증가하여 스크래치에 의한 수율이 현저히 떨어지는 문제가 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 부피 평균 입경을 크게 하여 연마 속도를 올리면서 거대 입자가 기준치 이하로 함유되어 스크래치 발생을 최소화할 수 있는 세륨계 연마재 슬러리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 세륨계 연마재 슬러리는, 물, 산화 세륨 분말 및 분산제를 포함하는 연마재 슬러리로서, 상기 연마재 슬러리의 부피 평균 입경이 약 130nm 이상이며, 약 800 내지 1000 nm의 평균 직경을 가지는 미세 공극이 형성된 필터를 구비하는 거대 입자 분석 장치를 이용하여 상기 거대 입자 분석 장치의 상기 필터에 잔류된 거대 입자의 농도가 하기 식에 의해 약 500ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

(여기서, Wc는 상기 산화 세륨 분말의 무게이고, Wf1은 상기 필터의 무게이고, Wf2는 상기 필터로 상기 연마재 슬러리를 필터링한 후 건조된 상기 필터의 무게를 말한다.)

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 세륨계 연마재 슬러리의 제조 방법, 이를 위해 사용되는 제조 장치 및 이에 의해 제조된 세륨계 연마재 슬러리를 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 세륨계 연마재 슬러리는, 산화 세륨과 물의 혼합액에 분산제를 가하여 분산시킨 후 분산액을 원심분리 공정 및 임의로 추가의 필터링 공정을 거쳐 수득할 수 있다. 이러한 연마재 슬러리는 거대 입자 분석 장치를 거쳐 연마 공정에 대한 적합성 여부의 테스트를 거친 뒤 화학 기계적 연마를 위한 연마재 슬러리로 사용될 수 있다.

우선, 본 발명에 따른 세륨계 연마재 슬러리에 사용되는 산화 세륨 분말은, 그 제조 방법에 특별한 제한이 없으며, 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 탄산 세륨, 수산화 세륨 등의 원료를 습식밀 또는 건식밀 등을 이용하여 분쇄한 후, 이를 650 내지 900℃에서 소성하여 산화시켜 10～100nm 크기의 미세 산화 세륨 분말을 제조할 수 있다. 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 탄산 세륨, 수산화 세륨 등의 원료를 650 내지 900℃에서 소성하여 산화시킨 후, 이를 습식밀 또는 건식밀 등을 이용하여 분쇄하여 미세 산화 세륨 분말을 제조할 수도 있다.

이렇게 제조된 산화 세륨 분말을 물에 넣어 분산시켜 산화 세륨 분산액을 만 들게 되는데, 이때 분산을 용이하게 하기 위한 산화 세륨의 농도는 0.5 내지 20 wt%의 범위가 바람직하다. 그 후, 대항충돌기 또는 초음파기를 통과하거나 습식 밀링 공정을 거쳐 산화 세륨 분산액에 포함된 산화 세륨 분말을 수백 나노크기의 입자로 쪼개어 수중에 고르게 분산시킨다.

상기 분산시 사용되는 분산제는 산화 세륨이 산화 세륨 분산액에서 띠게 되는 표면전위값을 고려하여 선택하는 것이 바람직하나, 특별한 제한은 없다. 산화 세륨의 분산은 통상 pH 4-8의 범위에서 이루어지고, 이때 산화 세륨의 표면 전위값이 양의 값을 가지므로 분산제로서 음이온성 유기 화합물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 이의 구체적인 예로는, 폴리아크릴산, 폴리비닐황산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리아릴아민 등이 있다. 상기 분산제는 중량 평균 분자량이 1,000 이상 50,000 이하인 것이 바람직하며, 분자량이 1,000 미만인 경우에는 산화 세륨 슬러리의 분산 안정성을 확보하기 어렵고, 50,000을 초과하는 경우에는 산화 세륨 슬러리의 점도가 증가하여 장기 안정성을 확보하기 어렵다.

상술한 바와 같이 분산처리된 산화 세륨 분산액에 대해 분산액 내에 존재하는 거대 입자를 제거하기 위해 원심분리기를 사용하여 거대 입자를 원심분리에 의해 제거하거나, 자연침강, 싸이클론 등의 방법을 사용할 수 있다. 이러한 방법들은 공통적으로 산화 세륨 입자들의 중력에 따른 침강속도의 차이를 이용하여 거대 입자를 제거하는 방법이며, 그 효율이나 분급되는 정도에 차이가 있다.

이와 같이 산화 세륨 분산액에 거대 입자를 제거하여 세륨계 연마재 슬러리를 형성한다. 본 발명에 따른 세륨계 연마재 슬러리의 거대 입자를 제거하기 위해, 제1차로 상술한 바와 같은 원심분리기 등의 공정을 거친 후, 제2차로 자연침강 공정에 의해 거대 입자를 제거할 수 있다. 경우에 따라 제2차의 자연침강 과정 후에 필터링 과정을 더 수행할 수 있다. 여기서, 필터링 과정은 1단 이상, 바람직하게는 3단 이상의 다단의 필터를 사용하여 일정 횟수만큼 순환시켜 거대 입자가 더욱 완전히 제거되도록 할 수도 있다. 이러한 필터링 과정에서는 여러 겹으로 형성된 폴리프로필렌(Polypropylene) 필터를 사용할 수 있다.

이와 같이 자연침강 또는, 자연침강 및 필터링 과정을 거쳐 제조된 슬러리는 레이저 회절을 이용한 입도 분석기(Microtrac사(社)의 UPA150™)로 측정한 결과 누적 100% 입경(D₁₀₀: 레이저 회절을 이용한 입도 분석기로 측정시 분포 누적치가 100%가 되는 입경)이 약 200nm 내지 500nm 범위에 속하였고, 부피 평균 입경이 약 130nm 이상이었다. 바람직하게는 이러한 슬러리의 부피 평균 입경이 약 180nm 이상이었다.

여기서, 입도 분석기에서는 나타나지 않는 입경이 800nm 이상인 거대 입자의 함유량을 파악한 뒤, 함유량이 기준치 이하인 연마재 슬러리의 경우에 한하여 화학 기계적 연마를 위한 연마재 슬러리로 사용할 수 있다.

거대 입자의 함유량은 도 1에 도시된 거대 입자 분석 장치를 통하여 측정될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연마재 슬러리에 포함된 거대 입자의 함유량을 측정할 수 있는 거대 입자 분석 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 거대 입자 분석 장치(100)는 연마재 슬러리(50)를 보관하는 상부 용기(10)와, 상부 용기(10)와 결합하고 일측에 진공 배기구(35)가 형성되어 내부에 진공이 형성되는 하부 용기(30)와, 상부 용기(10)와 하부 용기(30) 사이에 개재되어 연마재 슬러리(50)의 거대 입자를 필터링하는 친수성 수지 필터(20)를 포함한다.

상부 용기(10)는 연마재 슬러리(50)를 쉽게 투입할 수 있도록 상부가 오픈(open)될 수 있다. 또한, 상부 용기(10)의 하부 용기(30)와 대응되는 부분에 연마재 슬러리(50)가 하부 용기(30)로 빠져나갈 수 있도록 개구부가 형성된다.

하부 용기(30)는 상부 용기(10)의 개구부를 통하여 상부 용기(10)와 결합하여 연마재 슬러리(50)가 이 곳을 통하여 상부 용기(10)에서 하부 용기(30)로 흐르게 된다. 하부 용기(30)와 상부 용기(10)가 결합하는 부분에는 필터(20)가 개재되어 연마재 슬러리(50)의 거대 입자를 필터링하는 역할을 한다. 하부 용기(30)의 일측에 형성된 진공 배기구(35)를 통하여 진공 펌프(미도시)가 형성되어 하부 용기(30) 내부를 진공 상태로 유지하게 한다. 이러한 진공압에 의한 강제 필터링 방식에 의해, 연마재 슬러리(50) 중 입경이 800nm 이상인 거대 입자는 필터(20)에 의해 필터링되고, 나머지 입자들은 필터(20)를 통과하게 된다.

하부 용기(30)에는 필터(20)를 통과하는 연마재 슬러리(50)의 유로를 가이드하는 가이드 관(40)이 형성될 수 있다.

연마재 슬러리(50)가 필터(20)에 잘 흡수되어 필터링될 수 있도록 필터(20)는 친수성 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 필터(20)로는 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있다. 또한, 필터(20)에는 약 800 내지 1000 nm의 평균 직경을 가지는 공극이 형성되어 거대 입경을 가지는 연마재 슬러리(50)는 필터(20)에서 필터링될 수 있다. 이러한 공극은 레이저를 이용하여 임의의 균일한 크기로 형성할 수 있으며, 공극의 크기에 따라 필터링되는 거대 입자의 크기를 다양하게 조절할 수 있다.

이러한 거대 입자 분석 장치(100)를 이용하여, 입도 분석기에 의해 관찰되지 않는 연마재 슬러리(50)의 거대 입자에 대하여 다음과 같은 방법을 이용하여 그 농도를 측정한다.

앞서 설명한 바와 같이, 연마재 슬러리는 산화 세륨 분말과 물, 분산제를 포함한다. 여기서, 산화 세륨 분말의 무게(이하, Wc)와, 필터의 무게(이하, Wf1)를 측정한다. 그리고, 거대 입자 분석 장치(100)로 연마재 슬러리를 필터링한 후, 연마재 슬러리를 통과시킨 필터를 건조한다. 건조된 필터의 무게(Wf2)를 측정한다.

이상의 측정값들을 하기 수학식 1에 대입하여 거대 입자의 농도를 ppm 단위로 측정할 수 있다.

이와 같이, 거대 입자 분석 장치(100)를 이용하여 연마재 슬러리 내에 포함된 거대 입자의 농도를 계산할 수 있다. 여기서, 계산된 거대 입자의 함량은 레이저 회절을 이용한 입도 분석기에서 관찰되지는 않을 정도로 미량이지만, 입경이 커서 이러한 거대 입자에 의해 발생되는 스크래치는 피연마막에 대하여 치명적으로 작용할 수 있다. 입도 분석기에서 관찰되지는 않지만 본 발명의 거대 입자 분석 장치에 의해 관찰되는 800nm 이상의 입경을 가지는 거대 입자 농도는 500 ppm 이하인 것이 바람직하다. 만약 거대 입자 농도가 500 ppm 이상일 경우, 스크래치가 많이 발생할 수 있다.

공정 조건상 요구되는 적절한 식각 속도를 얻기 위해서는, 본 발명의 일 실시예에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 적어도 130nm 이상의 부피 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다. 부피 평균 입경이 130nm 보다 작은 경우 거대 입자의 농도는 낮으나 높은 연마 속도를 가지기 어렵다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 일 실시예에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 180nm 이상의 부피 평균 입경을 가진다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 세륨계 연마재 슬러리의 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 200nm 내지 500nm 범위에 속하는 것이 바람직하다. 연마재 슬러리는 부피 입경은 일반적으로 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 가지므로 부피 평균 입경이 130nm 이상인 경우, 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 200nm 보다 크게 나타난다. 누적 100% 입경(D₁₀₀)이 500nm 보다 크면, 800nm 이상의 입경을 가지는 거대 입자가 많이 생성될 수 있다.

이와 같이, 도 1에 도시된 거대 입자 분석 장치를 이용하여 본 발명의 연마재 슬러리 내에 함유된 거대 입자의 농도를 테스트한 후, 거대 입자의 농도가 500ppm 이하일 경우에 한하여 본 발명의 연마재 슬러리는 화학 기계적 연마를 위한 연마재 슬러리로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 0.16 ㎛ 이하의 미세 패턴용 반도체 박막의 연마에 사용될 뿐 아니라, 기존의 실리카 슬러리로 연마되던 층간절연막(Inter-Layer Dielectric, ILD)과 금속층간절연막(Inter-Metal Dielectric)의 연마 및 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에도 적용될 수 있다.

본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예들을 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.

[실험예 1]

TEOS(TetraEthyl OrthoSilicate)의 PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정, 즉 PE-TEOS 공정을 사용하여 8인치 실리콘 웨이퍼 위에 10,000Å의 두께로 이산화규소막을 형성하고, 이산화규소막 상에 LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 질화규소막을 2,000Å 두께로 형성하여 피연마막을 형성하였다.

볼 밀(ball mill)을 사용하여 수산화 세륨을 건식 분쇄한 후, 약 900℃에서 산화시켜 XRD로 측정한 1차 입경의 크기가 약 35nm 크기의 산화 세륨을 수득하였다. 수득한 산화 세륨 분말 800g을 탈이온수 9160g에 가한 후, 산화 세륨 분말 조제시에 뭉쳐진 분말 덩어리가 수중에 남지 않도록 프로펠러 교반기를 이용하여 30분간 교반하여 혼합액을 제조하였다. 산화 세륨 수성 현탁액에 교반하면서 분산제인 폴리아크릴산(중량 평균 분자량: 3000, 농도: 40 wt%)을 20g 첨가하였다.

그 후, 대항충돌 분산기를 이용하여 200 MPa의 압력으로 입자를 충돌시킴으 로써, 수중에 균일하게 분산된 8 wt% 농도의 산화 세륨 슬러리를 수득하였다.

이러한 산화 세륨 슬러리를 1200rpm으로 회전 중에 있는 원통형의 원심분리기 하단에서 주입하여 상단으로 빼내는 방식으로(이때, 거대 입자들은 원심분리기의 기벽에 붙어 상단의 배출관으로 나오고, 작은 입자들만 원심분리기 상단으로 나오게 됨), 거대 입자들을 1차로 제거하였다. 이후 350rpm으로 회전 중에 있는 동일 원심분리기를 이용하여 상단의 배출관에서 배출되는 슬러리를 수득하여 거대 입자를 2차로 제거하였다.

이후 3㎛ 크기의 폴리프로필렌 필터를 2단 사용하여 10L/분의 유속으로 3시간 회전순환시켰다. 폴리프로필렌 필터를 통과한 슬러리의 wt%를 측정한 후 증류수를 가하여 5wt% 슬러리를 제조하였다.

이와 같이 제조된 세륨계 연마재 슬러리에 대하여 레이저 회절을 이용한 입도 분석기(Microtrac사(社)의 UPA150™)를 이용하여 부피 평균 입경과 누적 100% 입경(D₁₀₀)을 구하였다. 이때 부피 평균 입경은 약 191nm로, 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 458nm로 측정되었다.

이러한 세륨계 연마재 슬러리에 탈이온수를 첨가하여 0.25 wt%가 되도록 희석한 후, 도 1에 도시된 거대 입자 분석 장치를 이용하여 연마재 슬러리 내의 거대 입자의 함량을 측정하였다. 여기서, 거대 입자 분석 장치에 사용된 필터는 약 800nm의 평균 직경을 가지는 Millipore사(社)의 폴리카보네이트 재질의 '멤브레인 필터 1.2마이크로미터'™를 사용하였다. 이 때 거대 입자 농도는 약 369.6 ppm으로 측정되었다.

[실험예 2]

본 실험예 2에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 다음을 제외하고는 대부분 실험예 1과 동일하게 제조되었다. 즉, 원심분리기를 이용하여 1차로 거대 입자들을 제거한 후, 200rpm으로 회전 중에 있는 동일 원심분리기를 이용하여 상단의 배출관에서 배출되는 슬러리를 수득하여 거대 입자를 제거하였다. 이때 세륨계 연마재 슬러리의 부피 평균 입경은 약 220nm로, 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 467nm로, 거대 입자 농도는 약 343.2 ppm으로 측정되었다.

[비교예 1]

본 비교예 1에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 다음을 제외하고는 대부분 실험예 1과 동일하게 제조되었다. 즉, 원심분리기를 이용하여 2차로 거대 입자를 제거하는 공정을 제외시켰다. 이때 부피 평균 입경은 약 310nm로, 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 492nm로, 거대 입자 농도는 약 680.2 ppm으로 측정되었다.

[비교예 2]

본 비교예 2에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 다음을 제외하고는 대부분 실험예 1과 동일하게 제조되었다. 즉, 건식 분쇄한 수산화 세륨 분말을 약 700℃에서 산화시켜 XRD로 측정한 1차 입경의 크기가 약 30nm 크기의 산화 세륨을 수득하였다. 또한, 원심분리기를 이용하여 2차로 거대 입자를 제거하는 공정을 제외시켰다. 이때 부피 평균 입경은 약 128nm로, 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 461nm로, 거대 입자 농도는 약 384.5 ppm으로 측정되었다.

[비교예 3]

본 비교예 3에 의한 세륨계 연마재 슬러리는 다음을 제외하고는 대부분 실험예 1과 동일하게 제조되었다. 즉, 건식 분쇄한 수산화 세륨 분말을 약 650℃에서 산화시켜 XRD로 측정한 1차 입경의 크기가 약 28nm 크기의 산화 세륨을 수득하였다. 또한, 원심분리기를 이용하여 2차로 거대 입자를 제거하는 공정을 제외시켰다. 이때 부피 평균 입경은 약 118nm로, 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 약 450nm로, 거대 입자 농도는 약 851.6 ppm으로 측정되었다.

이와 같이, 실험예 1 및 실험예 2와, 비교예 1 내지 비교예 3에서 수득된 각 세륨계 연마재 슬러리와 8인치용 CMP 연마기(AMAT사(社)의 Mirra™ 장치)를 이용하여, 앞서 설명한 이산화규소막 상에 형성된 질화규소막으로 구성된 피연마막을 3.5 psi의 압력으로 90초 동안 연마하였다. 각 세륨계 연마재 슬러리는 150 mL/min의 속도로 공급되었으며, 상정반 웨이퍼 헤드(wafer head)의 회전속도는 104 rpm이고, 하정반의 회전속도는 110 rpm 이었다. 여기에 사용된 패드는 'IC1000/suba Ⅳ stacked pad'™(Rodel사(社))를 사용하였다.

각 세륨계 연마재 슬러리에 의해 피연마막을 연마한 후, 피연마막의 두께를 측정하여 얻은 연마속도(Å/min)와, 스크래치 평가 장비인 AIT-UV™ (KLA-Tenco사(社))를 사용하여 0.16 ㎛ 이상 크기의 스크래치 수에 대해 평가한 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

	부피 평균 입경 (nm)	D100 (nm)	거대 입자 농도 (ppm)	스크래치 개수	연마속도 (Å/min)
실험예 1	191	458	369.6	2	3674.1
실험예 2	220	467	343.2	9	3872.8
비교예 1	310	492	680.2	54	3754.3
비교예 2	128	461	384.5	5	2670.2
비교예 3	118	450	851.6	37	2178.6

표 1을 살펴보면, 비교예 1의 슬러리는 부피 평균 입경이 130nm 이상, 바람직하게는 180nm 이상으로서 높은 연마 속도를 얻었으나, 거대 입자 농도가 500ppm 이상이 되어 스크래치가 다량 발생하였다. 비교예 2의 슬러리는 거대 입자 농도가 500ppm 이하로서 스크래치가 적게 발생하였으나, 부피 평균 입경이 130nm 이하로 높은 연마 속도를 얻을 수 없었다. 비교예 3의 슬러리는 부피 평균 입경이 130nm 이하로 연마속도가 낮을 뿐만 아니라, 거대 입자 농도가 500ppm 이상으로 스크래치가 다량 발생하였다.

이에 반해, 실험예 1 및 실험예 2의 슬러리는 부피 평균 입경이 130nm이상으로 높은 연마 속도을 얻음과 동시에, 거대 입자 t량이 500nm 이하로 스크래치가 적게 발생하였다.

표 1에서 알 수 있듯이, 실험예 1 및 실험예 2와, 비교예 1 내지 비교예 3에 의한 각 슬러리의 누적 100% 입경(D₁₀₀)은 모두 500nm이하인 것으로 측정되었으나, 800nm 이상의 거대 입자는 입도 분석기를 통하여 측정할 수 없는 것을 알 수 있다. 이는, 앞서 언급한 것처럼 거대 입자의 함량이 매우 미량이기 때문이다.

이상의 실험예들과 비교예들에서 알 수 있듯이, 부피 평균 입경이 약 130nm 이상이면서, 거대 입자 분석 장치를 통한 입경이 약 800nm 이상인 거대 입자의 농도가 약 500ppm 이하인 세륨계 연마재 슬러리의 경우, 높은 식각 속도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 거대 입자에 의한 스크래치도 줄일 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 세륨계 연마재 슬러리에 의하면, 높은 식각 속도를 구현함과 동시에 스크래치를 방지할 수 있다.

Claims (9)

1. 물, 산화 세륨 분말 및 분산제를 포함하는 연마재 슬러리로서,

   상기 연마재 슬러리의 부피 평균 입경이 130nm 이상이며,

   800 내지 1000 nm의 평균 직경을 가지는 미세 공극이 형성된 필터를 구비하는 거대 입자 분석 장치를 이용하여, 상기 거대 입자 분석 장치의 상기 필터에 잔류된 거대 입자의 농도가 하기 식에 의해 500ppm 이하인 세륨계 연마재 슬러리.

   

   (여기서, Wc는 상기 산화 세륨 분말의 무게이고, Wf1은 상기 필터의 무게이고, Wf2는 상기 필터로 상기 연마재 슬러리를 필터링한 후 건조된 상기 필터의 무게를 말한다.)
2. 제1 항에 있어서,

   상기 세륨계 연마재 슬러리의 누적 100% 입경(D₁₀₀)이 200 내지 500 nm 인 세륨계 연마재 슬러리.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 필터에 잔류된 상기 거대 입자의 입경이 800nm 이상인 세륨계 연마재 슬러리.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 거대 입자 분석 장치의 상기 필터는 친수성 수지 필터로 이루어진 세륨계 연마재 슬러리.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 필터는 폴리카보네이트로 이루어진 세륨계 연마재 슬러리.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 산화 세륨 분말은 탄산 세륨 또는 수산화 세륨의 산화물의 분말인 세륨계 연마재 슬러리.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 분산제는 음이온성 유기 화합물로 이루어진 세륨계 연마재 슬러리.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 분산제는 폴리아크릴산, 폴리비닐황산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아마이드 및 폴리아릴아민로 이루어진 그룹에선 선택된 어느 하나 이상의 물질로 이 루어진 세륨계 연마재 슬러리.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 분산제의 중량 평균 분자량이 1,000 이상 50,000 이하인 세륨계 연마재 슬러리.

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