KR102765948B1 - Ceria particle for abrasive and slurry comprising the same - Google Patents
Ceria particle for abrasive and slurry comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102765948B1 KR102765948B1 KR1020220062173A KR20220062173A KR102765948B1 KR 102765948 B1 KR102765948 B1 KR 102765948B1 KR 1020220062173 A KR1020220062173 A KR 1020220062173A KR 20220062173 A KR20220062173 A KR 20220062173A KR 102765948 B1 KR102765948 B1 KR 102765948B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ceria particles
- polishing
- particles
- raman peak
- abrasive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 170
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 133
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 133
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title description 44
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 82
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims abstract description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 9
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 7
- 238000004439 roughness measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 239000012695 Ce precursor Substances 0.000 description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 13
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 11
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- -1 polyoxypropylene Polymers 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 4
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 229910000667 (NH4)2Ce(NO3)6 Inorganic materials 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920001479 Hydroxyethyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019093 NaOCl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018661 Ni(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 125000005907 alkyl ester group Chemical group 0.000 description 1
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920003090 carboxymethyl hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000349 field-emission scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000002468 redox effect Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1409—Abrasive particles per se
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
- C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
- C01F17/224—Oxides or hydroxides of lanthanides
- C01F17/235—Cerium oxides or hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/74—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by peak-intensities or a ratio thereof only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/50—Agglomerated particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
본 발명은 피연마체의 평탄화를 위해 우수한 연마율을 가지며 피연마체에 스크래치 발생을 효과적으로 억제시킬 수 있는 연마용 세리아 입자에 관한 것으로, 상세하게 일 구현예에 따라 제공되는 연마용 세리아 입자는 밀러 지수(miller index)에 의해 규정되는 {h, k, l} 결정면 패밀리 기준으로 {1, 0, 0} 및 {1, 1, 1} 결정면 중에서 적어도 하나 이상이 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하고, 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함한다.The present invention relates to a polishing ceria particle having an excellent polishing rate for planarizing a body to be polished and effectively suppressing the occurrence of scratches on the body to be polished. Specifically, the polishing ceria particle provided according to one embodiment includes a facet, which is a region in which at least one of the {1, 0, 0} and {1, 1, 1} crystal planes forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by the Miller index, and includes a first Raman peak located in a range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak located in a range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum.
Description
본 발명은 연마용 세리아 입자 및 이를 포함하는 슬러리에 관한 것으로 상세하게, 우수한 연마율을 가짐과 동시에 연마 과정 중 피연마체 표면에 발생될 수 있는 스크래치를 효과적으로 억제시킬 수 있는 연마용 세리아 입자 및 이를 포함하는 슬러리에에 관한 것이다.The present invention relates to abrasive ceria particles and a slurry containing the same, and more particularly, to abrasive ceria particles and a slurry containing the same, which have an excellent polishing rate and can effectively suppress scratches that may occur on the surface of a body to be polished during a polishing process.
반도체 공정 중 통상 반도체 웨이퍼의 평탄화를 위해 수행되는 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정을 위해 기계적 연마를 위한 금속산화물 연마입자 및 피연마체인 반도체 기판과의 화학적 반응을 위한 분산제나 첨가제 등을 탈이온수에 혼합하여 분산시킨 연마용 슬러리가 사용되는데, 이 연마용 슬러리는 일정 연마속도를 가지면서 CMP 공정 이후에 피연마체인 반도체 기판의 표면에 스크래치 등과 같은 결함을 최소화시킬 필요성이 있다.In the chemical mechanical polishing (CMP) process, which is usually performed to planarize semiconductor wafers during a semiconductor process, a polishing slurry is used in which metal oxide polishing particles for mechanical polishing and dispersants or additives for chemical reaction with the semiconductor substrate, which is the object to be polished, are mixed and dispersed in deionized water. This polishing slurry needs to have a constant polishing speed while minimizing defects such as scratches on the surface of the semiconductor substrate, which is the object to be polished, after the CMP process.
특히, 산화규소막을 선택적으로 연마하는 얕은 트렌치 소자분리(shallow trench isolation, STI) 공정에 산화세륨 나노입자를 포함하는 슬러리가 사용된다. 산화세륨을 연마입자로 사용하는 경우, 산화세륨의 우수한 산화 환원 특성과 촉매 특성으로 인하여 산화규소막과 화학적인 반응을 하여 손쉬운 산화규소막의 제거가 가능하다. 이러한 연마입자에서는 제조된 산화세륨 자체의 물질 특성에 의하여 선택비 및 평탄성 등이 달라지므로 산화세륨의 물리화학적 특성이 연마특성의 향상에 크게 기여하게 된다.In particular, a slurry containing cerium oxide nanoparticles is used in a shallow trench isolation (STI) process for selectively polishing a silicon oxide film. When cerium oxide is used as an abrasive particle, the excellent redox properties and catalytic properties of cerium oxide enable easy removal of the silicon oxide film through a chemical reaction with the silicon oxide film. In these abrasive particles, the selectivity and flatness, etc. vary depending on the material properties of the manufactured cerium oxide itself, so that the physicochemical properties of cerium oxide greatly contribute to the improvement of the polishing properties.
그러나 최근 반도체 소자의 고집적화 및 고밀도화가 요구되고, 배선 패턴의 선폭이 미세해지며, 소자가 박막화 되면서 웨이퍼 표면 또는 피연마체 표면의 스크래치 레벨은 생산 수율과 직결되기 때문에 연마과정 중 발생할 수 있는 스크래치 저감의 중요성이 증가되고 있다. 또한, 고가의 산화세륨을 포함하는 슬러리는 STI 공정뿐 아니라, 금속전 유전체막(pre-metal dielectric, PMD) 공정에도 채용이 진행되고 있기 때문에 제조공정의 단순화를 통한 제조원가의 절감이 요구된다. However, as semiconductor devices are required to be highly integrated and dense, the line width of wiring patterns is becoming finer, and devices are becoming thinner, the scratch level on the wafer surface or the surface of the workpiece is directly related to the production yield, and therefore the importance of reducing scratches that may occur during the polishing process is increasing. In addition, since slurry containing expensive cerium oxide is being used not only in the STI process but also in the pre-metal dielectric (PMD) process, it is required to reduce the manufacturing cost by simplifying the manufacturing process.
이러한 요구조건을 충족시키기 위해 대한민국 등록특허 제10-1117525호에서는 밀링공정을 통해 분쇄된 산화세륨 연마입자의 날카로운 입자면을 용해시키는 수열반응을 이용한 산화세륨 연마입자를 제공하고 있으나, 연마입자의 크기가 균일하지 못하고, 여전히 피연마체의 스크래치 발생에 있어서 자유롭지 못하며, 그 제조공정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다.To meet these requirements, Korean Patent No. 10-1117525 provides cerium oxide abrasive particles using a hydrothermal reaction that dissolves the sharp particle surface of cerium oxide abrasive particles pulverized through a milling process. However, the size of the abrasive particles is not uniform, it is still not free from scratches on the object to be polished, and its manufacturing process is complicated.
이에, 반도체 공정 중 연마를 통한 피연마체의 평탄화 과정에서 연마율이 우수하며, 연마 공정 이 후, 평탄화된 피연마체 표면에 스크래치의 발생을 최소화시킬 수 있으며, 제조공정이 단순화되어 경제적으로 제공할 수 있는 세륨계 나노입자의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for the development of cerium-based nanoparticles that have an excellent polishing rate during the flattening process of a polished body through polishing during a semiconductor process, can minimize the occurrence of scratches on the flattened surface of the polished body after the polishing process, and can be provided economically with a simplified manufacturing process.
본 발명의 목적은 반도체 공정 중 피연마체의 평탄화를 위해 연마율이 우수함과 동시에 평탄화 공정 이후, 피연마체 표면에 형성될 수 있는 스크래치의 발생을 최소화할 수 있는 세리아 입자를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide ceria particles which have an excellent polishing rate for planarizing a body to be polished during a semiconductor process and which can minimize the occurrence of scratches that may be formed on the surface of the body to be polished after the planarization process.
본 발명의 또 다른 목적은 연마율이 우수함과 동시에 스크래치 발생을 효과적을 억제시킬 수 있는 세리아 입자를 포함하는 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a slurry for chemical mechanical polishing (CMP) comprising ceria particles capable of effectively suppressing scratch formation while having an excellent polishing rate.
본 발명의 일 양태에 따른 연마용 세리아 입자는 밀러 지수(miller index)에 의해 규정되는 {h, k, l} 결정면 패밀리 기준으로 {1, 0, 0} 및 {1, 1, 1} 결정면 중에서 적어도 하나 이상이 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하고, 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a polishing ceria particle includes a facet, which is a region in which at least one of the {1, 0, 0} and {1, 1, 1} crystal planes forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by a Miller index, and includes a first Raman peak located in a range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak located in a range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 제1라만 피크의 강도(I1)를 제2라만 피크의 강도(I2)로 나눈 비(I1/I2)는 30 내지 60일 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ratio (I 1 /I 2 ) of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the second Raman peak (I 2 ) may be 30 to 60.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 세리아 입자는 1150 내지 1200 cm-1 범위에 위치하는 제3라만 피크를 더 포함할 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ceria particles may further include a third Raman peak located in the range of 1150 to 1200 cm -1 .
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 제1라만 피크의 강도(I1)를 제3라만 피크의 강도(I3)로 나눈 비(I1/I3)는 200 내지 250일 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ratio (I 1 /I 3 ) of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the third Raman peak (I 3 ) may be 200 to 250.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 세리아 입자의 표면을 형성하는 영역인 파셋은 칼날전위(edge dislocation)를 포함할 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the facet, which is a region forming the surface of the ceria particles, may include edge dislocations.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 상기 세리아 입자를 이용한 실리콘산화물막의 연마 시, 원자간력 현미경(Atomoice Force Microscope, AFM)을 이용한 하기 표면 거칠기 측정 조건에서 하기 식 1을 만족하는 제1스크래치의 개수가 10개 이하인 연마용 세리아 입자.In an embodiment of the present invention, a polishing ceria particle, wherein when polishing a silicon oxide film using the ceria particle, the number of first scratches satisfying the following equation 1 under the following surface roughness measurement conditions using an atomic force microscope (AFM) is 10 or less.
(표면 거칠기 측정 조건)(Surface roughness measurement conditions)
AFM 스캔: 50개의 랜덤하게 선택되는 0.5 μm x 0.5 μm 크기의 정사각 단위 스캔 영역 AFM scan: 50 randomly selected 0.5 μm x 0.5 μm square unit scan areas
(식 1)(Formula 1)
S1 ≥ 1.5 nm S1 ≥ 1.5 nm
식 1에서 S1은 제1스크래치를 지시하는 파라메타로 상기 랜덤하게 선택되는 50개의 스캔 영역에서 측정된 각각의 RMS(Root Mean Square) 값이다.In Equation 1, S1 is a parameter indicating the first scratch and is each RMS (Root Mean Square) value measured in 50 randomly selected scan areas.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 상기 50개의 정사각 단위 스캔 영역 각각에서 마주보는 모서리를 직선으로 연결하는 라인 프로파일 100개에 대해, 하기 식 2를 만족하는 제2스크래치 개수가 10개 이하일 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, for 100 line profiles connecting opposing edges in straight lines in each of the 50 square unit scan areas, the number of second scratches satisfying the following Equation 2 may be 10 or less.
(식 2)(Formula 2)
S2 ≤ k Hmin(ave)S2 ≤ k H min (ave)
식 2에서, Hmin(ave)는 각각 최고 높이를 원점(0)으로 갖는 각 라인 프로파일에서 최저 높이 Hmin의 평균값이고, k는 1.5 이상인 실수이며, S2는 라인 프로파일에서 제2스크래치로 규정되는 영역의 높이이다. In Equation 2, H min (ave) is the average of the lowest height H min in each line profile having the highest height as the origin (0), k is a real number greater than or equal to 1.5, and S2 is the height of the area defined as the second scratch in the line profile.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 세리아 입자는 3 내지 8의 파셋을 포함하는 다각형일 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ceria particles may be polygonal including 3 to 8 facets.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 세리아 입자는 1 내지 60 nm 크기의 결정입자를 포함할 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ceria particles may include crystal particles having a size of 1 to 60 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 세리아 입자는 상기 결정입자가 응집된 응집입자일 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ceria particles may be aggregated particles in which the crystal particles are aggregated.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 상기 응집입자는 20 내지 200 nm 크기일 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the aggregated particles may have a size of 20 to 200 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자에 있어, 상기 세리아 입자는 pH4의 수분산액 상태에서 표면 전하가 -40 내지 +60 mV의 제타전위를 가질 수 있다.In the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the ceria particles may have a surface charge and a zeta potential of -40 to +60 mV in an aqueous dispersion state at pH 4.
본 발명은 다른 일 양태에 따라, 전술한 연마용 세리아 입자를 포함하는 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리를 제공한다.According to another aspect of the present invention, a slurry for chemical mechanical polishing (CMP) comprising the aforementioned abrasive ceria particles is provided.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리는 분산제를 더 포함할 수 있다.A slurry for chemical mechanical polishing (CMP) according to one embodiment of the present invention may further include a dispersant.
본 발명의 일 구현예에 따른 연마용 세리아 입자는 밀러 지수(miller index)에 의해 규정되는 {h, k, l} 결정면 패밀리 기준으로 {1, 0, 0} 및 {1, 1, 1} 결정면 중에서 적어도 하나 이상이 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하고, 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함함에 따라 피연마체의 스크래치 발생을 효과적으로 억제시킴과 동시에 피연마체의 평탄화를 위한 우수한 연마율을 제공할 수 있는 장점이 있다.According to one embodiment of the present invention, the abrasive ceria particles include a facet, which is a region in which at least one of the {1, 0, 0} and {1, 1, 1} crystal planes forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by the Miller index, and include a first Raman peak located in the range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak located in the range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum, thereby effectively suppressing the occurrence of scratches on a body to be polished and providing an excellent polishing rate for planarization of the body to be polished.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세리아 입자의 X-선 회절(XRD) 패턴을 도시한 도면이다.
도 2(a)는 실시예 3에서 수득한 세리아 입자의 전계방사 주사현미경(FE-SEM)의 이미지를 도시한 도면이고, 도 2(b) 및 도 2(c)는 실시예 3의 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM)의 이미지를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세리아 입자의 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a drawing illustrating an X-ray diffraction (XRD) pattern of ceria particles manufactured according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2(a) is a drawing showing a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) image of ceria particles obtained in Example 3, and FIGS. 2(b) and 2(c) are drawings showing high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) images of Example 3.
FIG. 3 is a drawing illustrating a Raman spectrum of ceria particles manufactured according to one embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. The present invention will be described in more detail below through specific examples or embodiments including the attached drawings. However, the following specific examples or embodiments are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한, 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명을 위해 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein for the purpose of description is only for the purpose of effectively describing particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention.
또한, 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, the singular forms used in the specification and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Additionally, when a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.
본 발명의 일 양태에 따라 제공되는 연마용 세리아 입자는 밀러 지수(miller index)에 의해 규정되는 {h, k, l} 결정면 패밀리 기준으로 {1, 0, 0} 및 {1, 1, 1} 결정면 중에서 적어도 하나 이상이 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하고, 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함한다.According to one aspect of the present invention, the abrasive ceria particles provided include a facet, which is a region in which at least one of the {1, 0, 0} and {1, 1, 1} crystal planes forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by the Miller index, and include a first Raman peak positioned in a range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak positioned in a range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum.
종래는 연마입자의 날카로운 입자면의 날카로운 정도를 완화시켜 피연마체의 스크래치 발생을 일부 줄이는 효과를 일부 가질 수 있지만 피연마체의 연마율이 저하되는 단점이 있을뿐 아니라, 밀링공정을 통해 분쇄된 산화세륨의 날카로운 입자면은 여전히 포함될 수 있으며, 이로인해 피연마체의 스크래치 발생의 억제에 있어 효율적이지 못하다는 단점이 있다.Conventionally, it can have the effect of reducing the occurrence of scratches on the object to be polished by alleviating the sharpness of the sharp particle surface of the abrasive particles, but it has the disadvantage of reducing the polishing rate of the object to be polished, and the sharp particle surface of the cerium oxide pulverized through the milling process may still be included, so it has the disadvantage of being inefficient in suppressing the occurrence of scratches on the object to be polished.
반면에 본 발명의 일 구현예에 따른 연마용 세리아 입자는 밀러 지수(miller index)에 의해 규정되는 {h, k, l} 결정면 패밀리 기준으로 {1, 0, 0} 및 {1, 1, 1} 결정면 중에서 적어도 하나 이상이 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하고, 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함함에 따라 본 발명의 세리아 입자를 이용하여 연마 시 피연마체에 발생될 수 있는 스크래치의 발생이 효율적으로 억제되어 최종 평탄화 과정이 종결된 이후의 피연마체는 고집적화 및 고밀도화된 반도체 소자에 유리할 수 있다.On the other hand, the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention include a facet, which is a region in which at least one of the {1, 0, 0} and {1, 1, 1} crystal planes forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by the Miller index, and includes a first Raman peak located in the range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak located in the range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum. Accordingly, the occurrence of scratches that may occur on a body to be polished during polishing using the ceria particles of the present invention is effectively suppressed, and the body to be polished after the final planarization process is completed can be advantageous for highly integrated and high-density semiconductor devices.
특히, 본 발명의 일 구현예에 따른 세리아 입자를 포함하는 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리를 얕은 트렌치 소자분리(shallow trench isolation, STI) 공정에서 연마제로 사용할 시, 더욱 뛰어난 입자의 물리화학적 특성으로 인하여 산화규소 막과 질화규소 막의 연마 선택비를 향상시킬 수 있고, 스크래치 발생이 현저히 줄임과 동시에 고 평탄화에 유리할 수 있다.In particular, when a slurry for chemical mechanical polishing (CMP) including ceria particles according to one embodiment of the present invention is used as an abrasive in a shallow trench isolation (STI) process, the polishing selectivity of a silicon oxide film and a silicon nitride film can be improved due to the more excellent physicochemical properties of the particles, and scratch occurrence can be significantly reduced while being advantageous for high planarization.
일 실시예로, 세리아 입자는 3 내지 20, 구체적으로 3 내지 16, 보다 구체적으로 3 내지 8의 파셋(facet)을 포함하는 다각형일 수 있다. In one embodiment, the ceria particles can be polygonal having from 3 to 20, specifically from 3 to 16, more specifically from 3 to 8 facets.
상세하게, 일반적으로 피연마체의 평탄화 과정에서 피연마체 표면에 형성될 수 있는 스크래치를 최소화하기 위해 구형 또는 유사 구형의 형상을 갖는 연마입자가 제공되고 있으나, 본 발명의 일 구현예에 따른 연마용 세리아 입자는 입자 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하여 다각형의 형상을 가짐에도 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함함에 따라 피연마체의 표면에 스크래치 발생을 효과적으로 억제시킬 수 있을뿐 아니라 우수한 연마율을 제공할 수 있는 장점이 있다.Specifically, in order to generally minimize scratches that may be formed on the surface of a polished body during the flattening process of the polished body, abrasive particles having a spherical or quasi-spherical shape are provided. However, the abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention have a polygonal shape including facets, which are regions forming the particle surface, and include a first Raman peak located in the range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak located in the range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum, thereby effectively suppressing the occurrence of scratches on the surface of a polished body and providing an excellent polishing rate.
구체적 일 예로, 제1라만 피크는 458 내지 465 cm-1 범위, 구체적으로 460 내지 464 cm-1 범위에 위치하는 라만 피크일 수 있고, 제2라만 피크는 602 내지 608 cm-1 범위, 구체적으로 604 내지 606 cm-1 범위에 위치하는 라만 피크일 수 있다. As a specific example, the first Raman peak may be a Raman peak located in a range of 458 to 465 cm -1 , specifically in a range of 460 to 464 cm -1 , and the second Raman peak may be a Raman peak located in a range of 602 to 608 cm -1 , specifically in a range of 604 to 606 cm -1 .
일 구체예로, 제1라만 피크의 강도(I1)를 제2라만 피크의 강도(I2)로 나눈 비(I1/I2)는 20 내지 80, 구체적으로 30 내지 60, 보다 구체적으로 36 내지 50, 보다 더 구체적으로 38 내지 45 일 수 있다. As a specific example, the ratio (I 1 /I 2 ) of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the second Raman peak (I 2 ) may be 20 to 80, specifically 30 to 60, more specifically 36 to 50, and even more specifically 38 to 45.
여기서 라만 피크의 강도는 라만 스펙트럼에서 특정 라만 시프트(Raman shift) 범위 내에 위치하는 최대 강도 값을 의미하는 것일 수 있다. Here, the intensity of a Raman peak may mean the maximum intensity value located within a specific Raman shift range in a Raman spectrum.
세리아 입자의 라만 스펙트럼에서 제2라만 피크의 강도는 세리아 입자의 표면 결함 정도를 나타내는 것일 수 있고, 세리아 입자의 표면 결함이 증가할수록 제2라만 피크의 강도는 높게 나타날 수 있다. 이 때, 세리아 입자는 표면 결함의 존재로 인해 연마 과정 중 분쇄되어 피연마체 표면에 스크래치 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 다만, 표면 결함이 너무 많이 존재하는 경우 스크래치 발생 억제에 효과적일 수 있으나, 연마율이 저하될 수 있기 때문에 우수한 연마율을 제공함과 동시에 스크래치 발생을 효율적으로 억제시키시 위해서는 제1라만 피크의 강도(I1)를 제2라만 피크의 강도(I2)로 나눈 비(I1/I2)는 전술한 범위를 만족하는 것이 유리하다. The intensity of the second Raman peak in the Raman spectrum of ceria particles may indicate the degree of surface defects of the ceria particles, and the intensity of the second Raman peak may appear higher as the surface defects of the ceria particles increase. At this time, the ceria particles may be pulverized during the polishing process due to the presence of surface defects, thereby effectively suppressing the occurrence of scratches on the surface of the polished body. However, if there are too many surface defects, although it may be effective in suppressing the occurrence of scratches, the polishing rate may decrease. Therefore, in order to provide an excellent polishing rate and efficiently suppress the occurrence of scratches, it is advantageous for the ratio of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the second Raman peak (I 2 ) (I 1 /I 2 ) to satisfy the above-mentioned range.
일 구현예로, 세리아 입자는 1150 내지 1200 cm-1 범위에 위치하는 제3라만 피크를 더 포함할 수 있고, 제1라만 피크의 강도(I1)를 제3라만 피크의 강도(I3)로 나눈 비(I1/I3)는 150 내지 300, 구체적으로 200 내지 250, 보다 구체적으로 210 내지 230일 수 있다.In one embodiment, the ceria particles may further include a third Raman peak positioned in the range of 1150 to 1200 cm -1 , and a ratio of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the third Raman peak (I 3 ) (I 1 /I 3 ) may be 150 to 300, specifically 200 to 250, and more specifically 210 to 230.
일 구현예에 있어, 세리아 입자는 칼날전위(edge dislocation) 등을 포함하는 선결함, 쌍정립계(twinning )등을 포함하는 면결함 및 이들의 혼합된 결함 중에 선택되는 하나 이상의 결정학적 결함을 포함할 수 있다.In one embodiment, the ceria particles may include one or more crystallographic defects selected from line defects including edge dislocations, planar defects including twinning, and mixed defects thereof.
세리아 입자에 포함된 결정학적 결함에 의해 연마 시 피연마체의 스크래치 발생이 억제되는 것일 수 있다. 구체적 일 예로, 피연마체에서 발생할 수 있는 스크래치 발생의 억제는 전술한 결정학적 결함으로부터 야기되어 세리아 입자의 크기가 더 작은 크기로 분쇄되어 억제되는 것일 수 있다.The occurrence of scratches on the polished body may be suppressed by crystallographic defects contained in the ceria particles during polishing. As a specific example, the occurrence of scratches that may occur on the polished body may be suppressed by the aforementioned crystallographic defects, which are caused by the ceria particles being crushed into a smaller size.
유리한 일 예로, 세리아 입자의 입자 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)은 칼날전위(edge dislocation)를 포함할 수 있다.As an advantageous example, facets, which are regions forming the particle surface of ceria particles, can contain edge dislocations.
구체적으로 입자 표면을 형성하는 영역인 파셋에 칼날전위가 포함된 세리아 입자의 경우, 연마과정에서 칼날전위는 전위선을 따라 이동할 수 있고, 최종적으로 세리아 입자가 더 작은 크키로 분쇄될 수 있는데, 이로 인해 연마 도중에 발생될 수 있는 피연마체의 표면에 스크래치 발생을 효과적으로 억제시킬 수 있는 것이다. 또한, 더 작은 크기로 분쇄된 세리아 입자는 새로운 파셋을 노출시킴으로써 지속적으로 피연마체를 연마시킬 수 있으므로 스크래치 발생을 최소화하면서 피연마체의 표면을 효과적으로 평탄화 시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다.Specifically, in the case of ceria particles containing blade dislocation in the facet, which is a region forming the particle surface, the blade dislocation can move along the dislocation line during the polishing process, and the ceria particles can ultimately be crushed into smaller sizes, which effectively suppresses the occurrence of scratches on the surface of the object to be polished that may occur during polishing. In addition, since the ceria particles crushed into smaller sizes can continuously polish the object to be polished by exposing new facets, it can have the advantage of effectively flattening the surface of the object to be polished while minimizing the occurrence of scratches.
일 구현예로, 세리아 입자는 1 내지 100 nm의 크기, 구체적으로 1 내지 60 nm의 크기, 보다 구체적으로 10 내지 60 nm의 크기, 보다 구체적으로 20 내지 40 nm의 크기의 결정입자를 포함하는 것일 수 있다. 이 때, 입자의 크기는 단위 입자에서 직선 거리로 최장의 길이를 의미하는 것일 수 있고, 최장의 길이는 세리아 입자의 주사전자현미경(SEM) 이미지로부터 측정된 값일 수 있다.In one embodiment, the ceria particles may include crystal particles having a size of 1 to 100 nm, specifically, a size of 1 to 60 nm, more specifically, a size of 10 to 60 nm, and more specifically, a size of 20 to 40 nm. In this case, the size of the particle may mean the longest length in a straight line distance from a unit particle, and the longest length may be a value measured from a scanning electron microscope (SEM) image of the ceria particles.
여기서, 세리아 입자는 단결정 구조의 입자일 수 있고, 다결정 구조의 입자가 포함되는 것이 배제되는 것은 아니다.Here, the ceria particles may be particles having a single crystal structure, but it is not excluded that particles having a polycrystalline structure are included.
일 예로, 결정립계를 포함하는 다결정 구조의 세리아 입자의 경우에 결정립(grain)의 크기는 10 내지 50 nm, 구체적으로 15 내지 40 nm, 보다 구체적으로 20 내지 35 nm, 보다 더 구체적으로 25 내지 30 nm일 수 있다. For example, in the case of ceria particles having a polycrystalline structure including grain boundaries, the grain size may be 10 to 50 nm, specifically 15 to 40 nm, more specifically 20 to 35 nm, and even more specifically 25 to 30 nm.
여기서 결정립의 크기는 X-선 회절(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정된 XRD 패턴을 기반으로 쉬어러 식(Scherrer equation)을 이용하여 계산된 것일 수 있다.Here, the grain size can be calculated using the Scherrer equation based on the XRD pattern measured using X-ray diffraction (XRD).
일반적으로 연마입자의 크기와 관련하여 피연마체의 연마 효율 및 스크래치 발생 확률은 트레이드 오프(trade-off) 관계에 있다. 즉, 연마입자의 크기가 클수록 연마속도 및 연마율이 증가되는데 피연마체의 스크래치 발생율도 증가하는 문제가 있으며, 연마입자의 크기가 작을수록 스크래치 발생율을 줄일 수 있으나, 연마속도 및 연마율이 현저히 줄어드는 문제가 있다.In general, there is a trade-off relationship between the polishing efficiency and scratch occurrence probability of the polished object with respect to the size of the abrasive particles. That is, as the size of the abrasive particles increases, the polishing speed and polishing rate increase, but there is a problem that the scratch occurrence rate of the polished object also increases, and as the size of the abrasive particles decreases, the scratch occurrence rate can be reduced, but there is a problem that the polishing speed and polishing rate decrease significantly.
종래는 뭉툭해진 입자면을 가지며 평균크기가 최대 700nm인 산화세륨 연마입자를 제공하면서 연마율을 향상시키나, 피연마체의 스크래치 발생율을 높일 수 있는 문제가 있는 반면에, 본 발명의 일 구현예에 따른 세리아 입자는 상대적으로 현저히 작은 크기를 가짐에도 불구하고 세리아 입자의 결정학적 특성으로 인해 연마율이 우수하면서도 스크래치 발생을 효과적으로 억제시킬 수 있는 것이다.Conventionally, a polishing rate is improved by providing cerium oxide abrasive particles having a blunt particle surface and an average size of up to 700 nm, but there is a problem that the scratch occurrence rate of a polished body may be increased. On the other hand, ceria particles according to one embodiment of the present invention can effectively suppress scratch occurrence while exhibiting an excellent polishing rate due to the crystallographic characteristics of ceria particles despite having a relatively significantly small size.
일 구현예에 있어, 세리아 입자는 전술한 결정입자가 응집된 응집입자일 수 있다. 이 때, 응집입자는 10 내지 200 nm, 20 내지 200 nm, 20 내지 100 nm, 20 내지 80 nm, 또는 20 내지 60 nm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment, the ceria particles may be aggregated particles in which the above-described crystal particles are aggregated. At this time, the aggregated particles may have a size of, but not limited to, 10 to 200 nm, 20 to 200 nm, 20 to 100 nm, 20 to 80 nm, or 20 to 60 nm.
일 실시예로, 전술한 세리아 입자를 이용한 실리콘산화물막의 연마 시, 원자간력 현미경(Atomoice Force Microscope, AFM)을 이용한 하기 표면 거칠기 측정 조건에서 하기 식 1을 만족하는 제1스크래치의 개수가 10개 이하 일 수 있다.As an example, when polishing a silicon oxide film using the ceria particles described above, the number of first scratches satisfying the following equation 1 may be 10 or less under the following surface roughness measurement conditions using an atomic force microscope (AFM).
(표면 거칠기 측정 조건)(Surface roughness measurement conditions)
AFM 스캔: 50개의 랜덤하게 선택되는 0.5 μm x 0.5 μm 크기의 정사각 단위 스캔 영역 AFM scan: 50 randomly selected 0.5 μm x 0.5 μm square unit scan areas
(식 1)(Formula 1)
S1 ≥ 1.5 nm S1 ≥ 1.5 nm
식 1에서 S1은 제1스크래치를 지시하는 파라메타로, 상기 랜덤하게 선택되는 50개의 스캔 영역에서 측정된 각각의 RMS(Root Mean Square) 값이다.In Equation 1, S1 is a parameter indicating the first scratch, and is each RMS (Root Mean Square) value measured in 50 randomly selected scan areas.
식 1을 만족하는 제1스크래치는 마이크로 미터 스케일의 거시(macro) 스크래치일 수 있고, 제1스크래치의 크기는 1 μm 이상, 5 μm 이상, 10 μm 이상, 100 μm 이상, 200 μm 이상, 500 μm 이상일 수 있고, 실질적으로 5000 μm 이하일 수 있다.The first scratch satisfying Equation 1 may be a macro scratch of a micrometer scale, and the size of the first scratch may be 1 μm or more, 5 μm or more, 10 μm or more, 100 μm or more, 200 μm or more, 500 μm or more, and may be substantially 5000 μm or less.
이 때, 거시 스크래치의 존재로부터 기인한 제1스크래치를 지시하는 파라메타인 S1은 1.5 nm 이상, 1.6 nm 이상, 1.7 nm 이상 또는 1.8 nm 이상일 수 있고, 실질적으로 2.0 nm 이하일 수 있다. At this time, the parameter S1 indicating the first scratch resulting from the presence of a macro scratch may be 1.5 nm or more, 1.6 nm or more, 1.7 nm or more, or 1.8 nm or more, and may be substantially 2.0 nm or less.
일 구체예로, 전술한 세리아 입자를 이용한 실리콘산화물막의 연마 시, 상기 식 1을 만족하는 제1스크래치의 개수는 5개 이하, 3개 이하, 2개 이하, 1개 이하일 수 있고, 실질적으로 0개일 수 있다.As a specific example, when polishing a silicon oxide film using the above-described ceria particles, the number of first scratches satisfying the above formula 1 may be 5 or less, 3 or less, 2 or less, 1 or less, or substantially 0.
여기서, 세리아 입자를 이용한 실리콘산화물막의 연마는 상술한 세리아 입자를 포함하는 슬러리를 공급하여 하기 연마 조건에 따라 수행된 것일 수 있다.Here, polishing of a silicon oxide film using ceria particles may be performed by supplying a slurry containing the above-described ceria particles and according to the following polishing conditions.
(연마 조건) (Polishing conditions)
연마기: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech)Grinder: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech)
패드: K-7 (Rohm&Hass)Pad: K-7 (Rohm&Hass)
연마시간: 60sPolishing time: 60s
연마 압력: 3 내지 4 psiPolishing pressure: 3 to 4 psi
플레튼(Platen) 및 헤드의 회전속도: 각각 30 및 60 rpmRotation speed of platen and head: 30 and 60 rpm respectively
피연마체: 8인치 SiO2 블랭킷 웨이퍼 (PE-TEOS,Poly)Polishing material: 8 inch SiO 2 blanket wafer (PE-TEOS,Poly)
CMP용 슬러리 조성물: 0.5 중량%의 세리아 입자를 함유하는 수분산액Slurry composition for CMP: Aqueous dispersion containing 0.5 wt% ceria particles
슬러리 공급 속도: 200mL/min Slurry feed rate: 200mL/min
일 구체예에 있어, 상기 50개의 정사각 단위 스캔 영역 각각에서 마주보는 모서리를 직선으로 연결하는 라인 프로파일 100개에 대해, 하기 식 2를 만족하는 제2스크래치 개수가 10개 이하일 수 있다.In one specific example, for 100 line profiles connecting opposite edges in each of the 50 square unit scan areas, the number of second scratches satisfying Equation 2 below may be 10 or less.
(식 2)(Formula 2)
S2 ≤ k Hmin(ave)S2 ≤ k H min (ave)
식 2에서, Hmin(ave)는 각각 최고 높이를 원점(0)으로 갖는 각 라인 프로파일에서 최저 높이 Hmin의 평균값이고, k는 1.5 이상인 실수이며, S2는 라인 프로파일에서 제2스크래치로 규정되는 영역의 높이이다.In Equation 2, H min (ave) is the average of the lowest height H min in each line profile having the highest height as the origin (0), k is a real number greater than or equal to 1.5, and S2 is the height of the area defined as the second scratch in the line profile.
상기 식 2를 만족하는 제2스크래치는 나노미터 스케일의 미시(micro) 스크래치일 수 있고, 상기 k는 1.6 이상, 1.8이상, 2.0 이상, 2.5 이상, 3.0 이상일 수 있으며, 실질적으로 5.0 이하일 수 있다. The second scratch satisfying the above equation 2 may be a micro scratch on a nanometer scale, and the k may be 1.6 or more, 1.8 or more, 2.0 or more, 2.5 or more, 3.0 or more, and may be substantially 5.0 or less.
구체적 일 예로, 제2스크래치를 지시하는 파라메타인 S2는 음의 값일 수 있으며, -20 nm 이하, -19 nm 이하, -18 nm 이하, -17 nm 이하, -16 nm 이하, -15 nm 이하, -14nm 이하, -13nm 이하, -12nm 이하, -11m 이하, -11m 이하일수 있고, 실질적으로 -1 nm 이상, 보다 실질적으로 -5 nm 이상일 수 있다. 이 때, 음의 값을 나타내는 S2의 절대값이 클수록 스크래치의 깊이가 깊은 것을 의미할 수 있다.As a specific example, S2, a parameter indicating a second scratch, can be a negative value, and can be -20 nm or less, -19 nm or less, -18 nm or less, -17 nm or less, -16 nm or less, -15 nm or less, -14 nm or less, -13 nm or less, -12 nm or less, -11 m or less, and can be substantially -1 nm or more, and more substantially -5 nm or more. In this case, the larger the absolute value of S2 indicating a negative value, the deeper the scratch may be.
구체적 일 예로, 전술한 세리아 입자를 이용한 실리콘산화물막의 연마 시, 상기 식 2를 만족하는 제2스크래치의 개수는 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하, 6개 이하, 5개 이하 이하일 수 있고, 실질적으로 1개 이상일 수 있다.As a specific example, when polishing a silicon oxide film using the aforementioned ceria particles, the number of second scratches satisfying the above formula 2 may be 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, and may actually be 1 or more.
일 실시예로, 세리아 입자는 pH4의 수분산액 상태에서 표면 전하가 -40 내지 +60 mV의 제타전위를 가질 수 있다.As an example, the ceria particles can have a surface charge and a zeta potential of -40 to +60 mV in an aqueous dispersion at pH 4.
구체적 일 예에 있어, 세리아 입자는 +15 내지 +60 mV, +20 내지 +50 mV, +25 내지 +40 mV, -40 내지 -15 mV, -30 내지 -15 mV 또는 -25 내지 -15 mV 범위 중에서 선택되는 어느 하나의 제타전위를 갖는 것일 수 있다.In a specific example, the ceria particles can have a zeta potential selected from the ranges of +15 to +60 mV, +20 to +50 mV, +25 to +40 mV, -40 to -15 mV, -30 to -15 mV or -25 to -15 mV.
세리아 입자의 표면전하가 전술한 범위에서와 같이 절대값이 높은 제타전위을 가짐으로 인해 수분산액 내에서 우수한 분산성을 가질 수 있고, 이로 인해 피연마체의 연마율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Since the surface charge of ceria particles has a high absolute value of zeta potential as in the aforementioned range, it can have excellent dispersibility in an aqueous dispersion, and thus has the advantage of further improving the polishing rate of the polishing object.
일 구현예에 있어, 수분산된 세리아 입자 즉, 수분산액의 이온전도도는 1 내지 100 μs/cm, 구체적으로 5 내지 50 μs/cm, 보다 구체적으로 5 내지 20 μs/cm 일 수 있다.In one embodiment, the ionic conductivity of the dispersed ceria particles, i.e., the aqueous dispersion, may be 1 to 100 μs/cm, specifically 5 to 50 μs/cm, and more specifically 5 to 20 μs/cm.
세리아 입자가 포함된 수분산액의 이온전도도가 전술한 범위를 만족함에 따라 후술할 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리 내에서도 세리아 입자는 우수한 분산성 가질 수 있기 때문에 연마 효율성을 향상시킬 수 있다.Since the ionic conductivity of the aqueous dispersion containing ceria particles satisfies the above-mentioned range, the ceria particles can have excellent dispersibility even in the slurry for chemical mechanical polishing (CMP) described later, thereby improving the polishing efficiency.
본 발명은 다른 일 양태에 따라 상술한 연마용 세리아 입자를 포함하는 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리를 제공한다.According to another aspect, the present invention provides a slurry for chemical mechanical polishing (CMP) comprising the abrasive ceria particles described above.
본 발명의 일 구체예에 있어, CMP용 슬러리는 전체 중량에 대하여 세리아 입자를 0.1 내지 20 중량%, 구체적으로 0.5 내지 10 중량%, 보다 구체적으로 0.5 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. CMP용 슬러리에 포함되는 세리아 입자가 0.1 중량% 미만으로 포함될 경우, 연마가 충분히 일어나지 않아 피연마체의 평탄화가 원활히 이루어지지 못하며, CMP용 슬러리에 세리아 입자가 20 중량%를 초과하여 포함될 경우는 연마율이 높아 피연마체를 과잉연마 시킬 수 있고, CMP 슬러리에 포함된 세리아 입자의 초기 분산성이 나빠 연마품질을 저하시킬 수 있기 때문에 CMP용 슬러리는 전체 중량에 대하여 세리아 입자를 상기 범위로 포함하는 것이 좋다. In one specific embodiment of the present invention, the CMP slurry may contain 0.1 to 20 wt% of ceria particles, specifically 0.5 to 10 wt%, and more specifically 0.5 to 5 wt%, based on the total weight. When the CMP slurry contains ceria particles less than 0.1 wt%, polishing does not occur sufficiently, so that the object to be polished is not smoothly flattened. When the CMP slurry contains ceria particles more than 20 wt%, the polishing rate is high, which may cause excessive polishing of the object to be polished, and the initial dispersibility of the ceria particles contained in the CMP slurry is poor, which may deteriorate the polishing quality. Therefore, it is preferable that the CMP slurry contain ceria particles within the above range based on the total weight.
본 발명의 일 실시예로, 화학기계적 연마(CMP)용 슬러리는 분산제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the slurry for chemical mechanical polishing (CMP) may further include a dispersant.
분산제는 CMP용 슬러리 내에서 세리아 입자의 분산도를 향상시키는 역할을 하는 것으로 당업계에 널리 사용된 물질이면 그 사용에 제한이 없으나, 일 예로 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시프로필렌에테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로스, 메틸히드록시프로필셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로스, 글리세린, 폴리프로필렌글리콜, 설포에틸셀룰로스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The dispersant is a material that is widely used in the art to improve the dispersion of ceria particles in a CMP slurry, and there is no limitation on its use. For example, the dispersant may include at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyoxyalkylene alkyl ether, polyoxyalkylene alkyl ester, polyoxypropylene ether, polyoxyethylene methyl ether, polyethylene glycol sulfonic acid, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyalkyl oxide, polyoxyethylene oxide, polyethylene oxide-propylene oxide copolymer, cellulose, methylcellulose, methylhydroxyethyl cellulose, methylhydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, glycerin, polypropylene glycol, sulfoethyl cellulose, and carboxymethyl sulfoethyl cellulose.
일 구체예에 있어, 분산제는 CMP용 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01 내지 15 중량%, 좋게는 0.05 내지 10 중량%, 보다 좋게는 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 연마속도를 저하시키지 않고, CMP용 슬러리에 포함된 세리아 입자의 분산성을 향상시켜 피연마체 표면의 연마 균일도를 높이기 위해서는 CMP용 슬러리에 분산제는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.In one specific example, the dispersant may be included in an amount of 0.01 to 15 wt%, preferably 0.05 to 10 wt%, and more preferably 1 to 5 wt%, based on the total weight of the CMP slurry. In order to improve the dispersibility of the ceria particles included in the CMP slurry without lowering the polishing rate and thereby increase the polishing uniformity of the surface of the workpiece, it is preferable that the dispersant be included in the CMP slurry within the above range.
본 발명은 또 다른 일 측면에 따라, 연마용 세리아 입자의 제조방법을 제공한다.According to another aspect, the present invention provides a method for producing abrasive ceria particles.
연마용 세리아 입자의 제조방법은 a) 세륨 전구체 및 용매가 혼합된 세륨 전구체 용액에 플라즈마를 방전하여 밀러 지수(miller index)에 의해 규정되는 {h, k, l} 결정면 패밀리 기준으로 {1, 0, 0} 및 {1, 1, 1} 결정면 중에서 적어도 하나 이상이 표면을 형성하는 영역인 파셋(facet)을 포함하고, 라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크 및 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크를 포함하는 세리아 입자를 제조하는 단계; 및 b) 상기 제조된 세리아 입자를 세척하는 단계; 를 포함한다.A method for producing abrasive ceria particles comprises the steps of: a) discharging plasma to a cerium precursor solution in which a cerium precursor and a solvent are mixed, to produce ceria particles including a facet, which is a region in which at least one of the {1, 0, 0} and {1, 1, 1} crystal planes forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by a Miller index, and including a first Raman peak positioned in a range of 455 to 465 cm -1 and a second Raman peak positioned in a range of 600 to 610 cm -1 in a Raman spectrum; and b) washing the produced ceria particles.
종래는 연마용 세리아 입자를 제조함에 있어 세리아 입자를 분쇄하고 분쇄된 세리아 입자의 날카로운 면을 완화시켜 뭉특한 형태로 변화시키기 위해 최대 48시간 동안 수열반응 공정을 수행하는 것으로 그 제조 공정이 복잡하고 제조에 오랜 시간이 필요하다는 단점을 갖는다.Conventionally, in manufacturing abrasive ceria particles, the ceria particles are crushed and a hydrothermal reaction process is performed for up to 48 hours to soften the sharp edges of the crushed ceria particles and change them into a blunt shape. This has the disadvantage of being a complex manufacturing process and requiring a long manufacturing time.
반면에 본 발명에 따른 연마용 세리아 입자의 제조방법은 수중 플라즈마 처리를 통해 상기 결정학적 특성 및 라만 특성을 포함하는 세리아 입자를 제조 후, 제조된 세리아 입자를 세척하는 후처리 과정을 거쳐 단순한 공정으로 연마용 세리아 제공할 수 있기 때문에 제조공정을 종래 대비 단순화할 수 있고, 제조시간 또한 현저히 감축시킬 수 있는 장점을 갖는다.On the other hand, the method for manufacturing abrasive ceria particles according to the present invention can provide abrasive ceria through a simple process by manufacturing ceria particles having the above crystallographic characteristics and Raman characteristics through underwater plasma treatment, and then going through a post-treatment process of washing the manufactured ceria particles, so the manufacturing process can be simplified compared to the conventional process, and the manufacturing time can also be significantly reduced.
이하, 연마용 세리아 입자를 제조하는 방법에 대해 각 단계별로 보다 상세히 설명하나, 각 구성 물질의 종류 등은 전술한 바와 동일 내지 유사한 바 중복설명은 생략한다.Hereinafter, a method for manufacturing abrasive ceria particles is described in more detail step by step. However, since the types of each constituent material are the same or similar to those described above, duplicate descriptions are omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 세리아 입자의 제조방법에 있어, 세륨 전구체는 3가 및/또는 4가의 산화수를 갖는 세륨을 포함할 수 있고, 일 예로 Ce(NO3)3, Ce(NO3)3xH2O, (NH4)2Ce(NO3)6, (NH4)2Ce(NO3)6xH2O, Ce(NH4)4(SO4)4, Ce(NH4)4(SO4)4xH2O, Ce2(CO3)3, Ce(OH)4, CeC2, Ce(O2C2H3)3xH2O, CeBr3, Ce2(CO3)3xH2O, CeCl3xH2O, CeCl3, CeF3, CeF4, Ce2(C2O4)3, Ce(SO4)2, Ce(SO4)2xH2O, Ce2(SO4)3, 및 Ce2(SO4)3xH2O에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In a method for manufacturing abrasive ceria particles according to one embodiment of the present invention, the cerium precursor may include cerium having a trivalent and/or tetravalent oxidation state, and examples thereof include Ce(NO 3 ) 3 , Ce(NO 3 ) 3 xH 2 O, (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , (NH4) 2 Ce(NO 3 ) 6 xH 2 O, Ce(NH 4 ) 4 (SO 4 ) 4 , Ce(NH 4 ) 4 (SO 4 ) 4 xH 2 O, Ce 2 (CO 3 ) 3 , Ce(OH) 4 , CeC 2 , Ce(O 2 C 2 H 3 ) 3 xH 2 O, CeBr 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 xH 2 O, CeCl 3 xH 2 O, CeCl 3 , CeF 3 , CeF 4 , Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 , Ce(SO 4 ) 2 , Ce(SO 4 ) 2 xH 2 O, Ce 2 (SO 4 ) 3 , and Ce 2 (SO 4 ) 3 xH 2 O.
일 실시예로 세륨 전구체 용액은 전술한 세륨 전구체와 용매가 혼합된 용액일 수 있고, 용매는 후술할 수중 플라즈마 방전을 수행할 수 있는 용매이면 제한 없이 사용될 수 있으나, 일 예로 탈이온수 및 유기용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 탈이온수와 유기용매가 혼합된 용매일 수 있으며, 유기용매는 폴리올을 비롯한 알코올계 용매일 수 있으며, 구체적으로, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 메틸알코올, 이소프로필알콜, 에탄올, 메톡시에탄올, 아세톤, 톨루엔 등일 수 있다.As an example, the cerium precursor solution may be a solution in which the cerium precursor described above and a solvent are mixed, and the solvent may be used without limitation as long as it is a solvent capable of performing the underwater plasma discharge described below, but as an example, it may include at least one of deionized water and an organic solvent, and preferably, it may be a solvent in which deionized water and an organic solvent are mixed, and the organic solvent may be an alcohol solvent including a polyol, and specifically, it may be ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, methyl alcohol, isopropyl alcohol, ethanol, methoxyethanol, acetone, toluene, and the like.
탈이온수와 유기용매가 혼합된 용매에서 탈이온수: 유기용매의 부피비는 1: 0.01 내지 10 일 수 있고, 구체적으로 1: 0.05 내지 5 일 수 있으며, 보다 구체적으로 1: 0.1 내지 1 일 수 있다.In a solvent comprising a mixture of deionized water and an organic solvent, the volume ratio of deionized water: organic solvent may be 1:0.01 to 10, specifically 1:0.05 to 5, and more specifically 1:0.1 to 1.
탈이온수와 유기용매가 혼합된 용매와 세륨 전구체를 혼합하면 자연침전이 발생하여 후술할 수중 플라즈마 방전의 효율을 높일 수 있고, 이로 인해 플라즈마 발생 시 순간적이고 국소적인 부분에서 발생된 고온 및/또는 고압에 의해 세리아 입자가 제조될 때 강한 에너지적 스트레스로 인하여 전술한 결정학적 결함 및 라만 특성을 포함하는 세리아 입자가 생성될 수 있다. When a solvent containing deionized water and an organic solvent is mixed with a cerium precursor, spontaneous precipitation can occur, which can increase the efficiency of the underwater plasma discharge described later, and as a result, when ceria particles are manufactured by the high temperature and/or high pressure generated momentarily and locally during plasma generation, ceria particles containing the aforementioned crystallographic defects and Raman characteristics can be generated due to strong energetic stress.
이 때, 플라즈마는 국소적인 부분에서 발생되기 때문에 전술한 결정학적 결함 및 라만 특성을 포함하는 세리아 입자의 생산 수율을 높이기 위해서는 세륨 전구체 용액은 탈이온수: 유기용매의 부피비가 상기 범위를 포함하는 탈이온수와 유기용매가 혼합된 용매를 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.At this time, since the plasma is generated locally, in order to increase the production yield of ceria particles including the aforementioned crystallographic defects and Raman characteristics, it is preferable that the cerium precursor solution be prepared using a solvent in which deionized water and an organic solvent are mixed, with a volume ratio of deionized water:organic solvent within the above range.
일 실시예에 있어, 세륨 전구체 용액의 농도는 100 내지 800 mM일 수 있고, 구체적으로 200 내지 600 mM일 수 있으며, 보다 구체적으로 250 내지 450 mM 일 수 있다.In one embodiment, the concentration of the cerium precursor solution can be from 100 to 800 mM, specifically from 200 to 600 mM, and more specifically from 250 to 450 mM.
일 실시예로, 수중 플라즈마의 방전은 교류, 직류, 고전압 펄스, 라디오파(radio frequency, RF) 및 마이크로파(microwave) 중에서 선택되는 어느 하나의 플라즈마 전원에 의해 수행될 수 있다. In one embodiment, the discharge of the underwater plasma can be performed by any one plasma power source selected from alternating current, direct current, high voltage pulse, radio frequency (RF), and microwave.
구체적으로, 전술한 플라즈마 전원으로부터 인가되는 공급전압은 100 내지 400V 일 수 있고, 바람직하게는 120 내지 300V일 수 있으며, 보다 바람직하게는 130 내지 220V일 수 있으며, 공급 전류는 0.1 내지 50A, 좋게는 1 내지 40A, 보다 좋게는 10 내지 30A로 인가될 수 있다.Specifically, the supply voltage applied from the aforementioned plasma power source may be 100 to 400 V, preferably 120 to 300 V, and more preferably 130 to 220 V, and the supply current may be applied at 0.1 to 50 A, preferably 1 to 40 A, and more preferably 10 to 30 A.
플라즈마 방전을 효율적으로 발생시켜 제조되는 세리아 입자의 크기를 균일하게 형성시키기 위해서는 상기 범위의 전압 및 전류를 공급시켜 플라즈마 방전을 발생시키는 것이 좋다. In order to uniformly form the size of ceria particles manufactured by efficiently generating plasma discharge, it is recommended to generate plasma discharge by supplying voltage and current within the above range.
일 구체예로, 플라즈마 방전은 순차적으로 1 내지 5회, 구체적으로 2 내지 4회 수행될 수 있고, 순차적으로 수행되는 각각의 플라즈마 방전 조건은 독립적으로 서로 동일 또는 상이할 수 있다. In one specific example, the plasma discharge may be performed sequentially 1 to 5 times, specifically 2 to 4 times, and the conditions of each plasma discharge performed sequentially may be independently the same or different from each other.
이 때, 플라즈마 방전을 위해 인가된 파워에 따라 세리아 입자의 크기 및 형상이 조절될 수 있으며, 세리아 입자의 크기 및 형상은 전술한 바와 동일 내지 유사할 수 있다.At this time, the size and shape of the ceria particles can be controlled according to the power applied for plasma discharge, and the size and shape of the ceria particles can be the same as or similar to those described above.
본 발명의 일 실시예로, a) 단계에서 플라즈마 방전을 수행하기 전에 세륨 전구체 용액은 촉매제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cerium precursor solution may further include a catalyst before performing the plasma discharge in step a).
상세하게, 세륨 전구체 용액은 0.001 내지 10 부피%, 구체적으로 0.001 내지 5 부피%, 보다 구체적으로 0.01 내지 1 부피%의 촉매제를 포함할 수 있다. 촉매제가 세륨 전구체 용액에 상기 범위로 포함됨에 따라, 앞서 상술한 플라즈마 방전은 전술한 공급된 전압에서 강렬하게 발생될 수 있고, 이에 따라 제조되는 세리아 입자의 크기 및 형상은 제어될 수 있다. In detail, the cerium precursor solution may contain 0.001 to 10 vol%, specifically 0.001 to 5 vol%, and more specifically 0.01 to 1 vol% of the catalyst. As the catalyst is contained in the cerium precursor solution in the above range, the plasma discharge described above can be intensely generated at the supplied voltage described above, and thus the size and shape of the ceria particles produced can be controlled.
일 구체예로, 촉매제는 KNO3, CH3COOK, K2SO4, KCl, LiOH, KOH, Ca(OH)2, Ni(OH)2, Mg(OH)2, KF, NaOH, NaF, Na2O, CH3COONa, Na2SO4, C5H5N, NaOCl, K2C2O4, NH4OH 및 N2H4 중에서 선택되는 하나 이상 일 수 있고, 바람직하게는 NH4OH 및 N2H4 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one specific example, the catalyst may be at least one selected from KNO 3 , CH 3 COOK, K 2 SO 4 , KCl, LiOH, KOH, Ca(OH) 2 , Ni(OH) 2 , Mg(OH) 2 , KF, NaOH, NaF, Na 2 O, CH 3 COONa, Na 2 SO 4 , C 5 H 5 N, NaOCl, K 2 C 2 O 4 , NH 4 OH and N 2 H 4 , preferably at least one selected from NH 4 OH and N 2 H 4 .
일 실시예로, 플라즈마 방전을 통해 제조된 전술한 세리아 입자를 세척하여 연마용 세리아 입자를 제공할 수 있다.As an example, the above-described ceria particles manufactured via plasma discharge can be washed to provide abrasive ceria particles.
본 발명의 일 실시예에 따라, b) 단계에서 세척된 세리아 입자를 탈이온수와 혼합하여 CMP용 슬러리로 제조할 수 있고, 이 때, CMP용 슬러리는 전체 중량에 대하여 세리아 입자를 0.1 내지 20 중량%, 구체적으로 0.5 내지 10 중량%, 보다 구체적으로 0.5 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the washed ceria particles in step b) can be mixed with deionized water to prepare a slurry for CMP, and at this time, the CMP slurry can contain 0.1 to 20 wt% of the ceria particles, specifically 0.5 to 10 wt%, and more specifically 0.5 to 5 wt%, based on the total weight.
본 발명의 일 실시예에 따라, b) 단계 이후, CMP용 슬러리에 분산제를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 추가되는 분산제는 전술한 바와 동일 내지 유사한 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, after step b), a step of adding a dispersant to the slurry for CMP may be further included, and the added dispersant may be the same as or similar to that described above.
이 때, 전술한 세리아 입자가 포함된 수분산액의 이온전도도를 기준으로 CMP용 슬러리에 분산제가 추가될 수 있고, CMP용 슬러리 내에서도 세리아 입자의 우수한 분산성을 유지시켜 연마 효율성을 향상시키기 위해서 CMP용 슬러리 전체 중량에 대하여 분산제는 0.01 내지 15 중량%, 좋게는 0.05 내지 10 중량%, 보다 좋게는 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.At this time, a dispersant may be added to the CMP slurry based on the ionic conductivity of the aqueous dispersion containing the aforementioned ceria particles, and in order to maintain excellent dispersibility of the ceria particles within the CMP slurry and improve polishing efficiency, the dispersant may be included at 0.01 to 15 wt%, preferably 0.05 to 10 wt%, and more preferably 1 to 5 wt%, based on the total weight of the CMP slurry.
일 구체예로, CMP용 슬러리의 이온전도도는 0.1 내지 100 uS/cm일 수 있고, 구체적으로 1 내지 50 uS/cm일 수 있으며, 보다 구체적으로 3 내지 30 uS/cm일 수 있다.In one specific example, the ionic conductivity of the slurry for CMP may be 0.1 to 100 uS/cm, specifically 1 to 50 uS/cm, and more specifically 3 to 30 uS/cm.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 연마용 세리아 입자 및 이를 포함하는 CMP용 슬러리에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, the polishing ceria particles according to the present invention and the CMP slurry containing the same will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto and may be implemented in various forms.
또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is only for the purpose of effectively describing specific embodiments and is not intended to limit the present invention. Also, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight percent.
(실시예 1)(Example 1)
600g의 Ce(NO3)36H2O 전구체를 4L의 탈이온수와 에탄올이 1: 0.5의 부피%로 혼합된 용매에 혼합한 후 세륨 전구체 용액을 제조 후, 제조된 세륨 전구체 용액에 60Hz AC 전원으로 150V 전압을 공급하여 5분 동안 1차 플라즈마 방전시킨 후, 200V 전압을 공급하여 2분 동안 2차 플라즈마 방전시켰다. 이 후, 10 내지 15분 동안 침전시킨 후 수득한 세리아 입자를 탈이온수로 5회 세척한 다음 수득한 세리아 입자를 탈이온수와 혼합시켜 0.5 중량%의 세리아 입자가 포함된 CMP용 슬러리를 제조하였다. A cerium precursor solution was prepared by mixing 600 g of Ce( NO3 ) 36H2O precursor in a solvent containing 4 L of deionized water and ethanol at a volume % of 1:0.5, and then a first plasma discharge was performed for 5 minutes by supplying 150 V voltage with a 60 Hz AC power supply to the prepared cerium precursor solution, and then a second plasma discharge was performed for 2 minutes by supplying 200 V voltage. Thereafter, the obtained ceria particles were precipitated for 10 to 15 minutes, and the obtained ceria particles were washed five times with deionized water, and then the obtained ceria particles were mixed with deionized water to prepare a CMP slurry containing 0.5 wt% of ceria particles.
(실시예 2)(Example 2)
실시예 1과 동일하게 수행하되, 세륨계 전구체로 600g의 (NH4)2Ce(NO3)6 사용한 것을 제외하고 동일하게 수행하여 CMP용 슬러리를 제조하였다.A slurry for CMP was prepared by performing the same procedure as in Example 1, except that 600 g of (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 was used as a cerium precursor.
(실시예 3)(Example 3)
실시예 1과 동일하게 수행하되, 세륨계 전구체 용액에 및 N2H4 촉매제를 추가하여 플라즈마 방전 후 CMP용 슬러리를 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was followed, but a cerium precursor solution and a N 2 H 4 catalyst were added to prepare a slurry for CMP after plasma discharge.
(실시예 4)(Example 4)
실시예 1과 동일하게 수행하되, 세륨계 전구체 용액에 및 NH4OH 촉매제를 추가하여 플라즈마 방전 후 CMP용 슬러리를 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was followed, but a cerium precursor solution and NH 4 OH catalyst were added to prepare a slurry for CMP after plasma discharge.
(실시예 5)(Example 5)
실시예 1과 동일하게 수행하되, CMP용 슬러리 전체 중량에 대하여 2 중량%의 에틸렌 글리콜(분산제)을 추가하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, but 2 wt% of ethylene glycol (dispersant) was added based on the total weight of the slurry for CMP.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
실시예 1과 동일하게 수행하되, 60Hz AC 전원으로 200V 전압을 공급하여 5분 동안 1차 플라즈마 방전만을 시킨 것을 제외하고 동일하게 수행하여 CMP용 슬러리를 제조하였다.A slurry for CMP was manufactured by performing the same procedure as in Example 1, except that only the first plasma discharge was performed for 5 minutes by supplying 200 V voltage with a 60 Hz AC power supply.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
실시예 1과 동일하게 수행하되, 혼합 용매 대신 탈이온수를 용매로 사용하여 제조된 세륨 전구체 용액을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was followed, except that a cerium precursor solution prepared using deionized water as a solvent instead of a mixed solvent was used.
(실험예 1) 세리아 입자 분석(Experimental Example 1) Analysis of ceria particles
도 1은 실시예 3의 X-선 회절(XRD) 패턴을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 2 세타(theta) 값이 약 27°, 33° 및 47°에 위치하는 피크는 각각 세리아의 (111), (200) 및 (220) 면에 대응되는 피크로 수중 플라즈마 방전을 통해 세리아 입자가 제조된 것을 확인하였다. Figure 1 is a drawing illustrating an X-ray diffraction (XRD) pattern of Example 3. As illustrated in Figure 1, peaks having 2 theta values positioned at about 27°, 33°, and 47° correspond to the (111), (200), and (220) planes of ceria, respectively, confirming that ceria particles were produced through underwater plasma discharge.
또한, 세리아 입자의 (111)면의 중심 피크에서 반가폭으로 쉬어러 식(Scherrer equation)을 이용하여 결정립의 크기를 계산한 결과 26 내지 29 nm의 결정립을 가지는 것을 확인하였다.In addition, the grain size was calculated using the Scherrer equation with the half width at the center peak of the (111) plane of the ceria particles, and it was confirmed that the grain size was 26 to 29 nm.
도면으로 도시하지는 않았으나, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2 에서도 세리아 입자가 제조된 것을 확인하였다.Although not illustrated in the drawing, it was confirmed that ceria particles were produced in Examples 1, 2, 4, 5, and Comparative Examples 1 and 2.
도 2(a)는 실시예 3에서 수득한 세리아 입자의 전계방사 주사현미경(FE-SEM)의 이미지를 도시한 도면이고, 도 2(b) 및 도 2(c)는 실시예 3의 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM)의 이미지를 도시한 도면이다.FIG. 2(a) is a drawing showing a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) image of ceria particles obtained in Example 3, and FIGS. 2(b) and 2(c) are drawings showing high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) images of Example 3.
도 2(a)에 나타난 바와 같이, 응집없이 독립적으로 분산된 25 내지 40 nm 크기의 세리아 입자가 제조되었음을 확인하였고, 도 2(b) 및 도 2(c)에서는 세리아 입자가 칼날 전위 및 쌍정립계 결함을 포함하고 있는 것을 확인하였다. 특히, 칼날전위는 세리아 입자의 파셋(facet)에 포함된 것이 관찰되었다. 특히, 실시예 1 내지 실시예 4에서 비교예 1 내지 비교예 2 대비 상대적으로 많은 수의 칼날전위가 관찰되었다.As shown in Fig. 2(a), it was confirmed that ceria particles of 25 to 40 nm in size were manufactured and independently dispersed without agglomeration, and Figs. 2(b) and 2(c) confirmed that the ceria particles contained edge dislocations and twinning defects. In particular, it was observed that the edge dislocations were included in the facets of the ceria particles. In particular, a relatively large number of edge dislocations were observed in Examples 1 to 4 compared to Comparative Examples 1 and 2.
추가적으로 각각의 세리아 입자에 대하여 FE-SEM 이미지로부터 관찰된 입자형상 및 입자크기를 하기 표 1에 정리하였다.Additionally, the particle shape and particle size observed from FE-SEM images for each ceria particle are summarized in Table 1 below.
(표 1)(Table 1)
도 3은 실시예 3의 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 약 462 cm-1 라만 시프트에서 제1라만 피크, 약 605 cm-1 라만 시프트에서 제2라만 피크 및 약 1180 cm-1 라만 시프트에서 제3라만 피크를 포함하고 있음을 확인하였다.FIG. 3 is a diagram illustrating a Raman spectrum of Example 3. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the first Raman peak was included at a Raman shift of about 462 cm -1 , the second Raman peak was included at a Raman shift of about 605 cm -1 , and the third Raman peak was included at a Raman shift of about 1180 cm -1 .
각각의 세리아 입자에 대한 라만 특성 즉, 각각의 라만 피크 위치와 더불어 제1라만 피크의 강도(I1)를 제2라만 피크의 강도(I2)로 나눈 비(I1/I2) 및 제1라만 피크의 강도(I1)를 제3라만 피크의 강도(I3)로 나눈 비(I1/I3)를 하기 표 2에 정리하였다.The Raman characteristics for each ceria particle, i.e., the ratio of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the second Raman peak (I 2 ) along with the positions of each Raman peak (I 1 /I 2 ) and the ratio of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the third Raman peak (I 3 ) (I 1 /I 3 ) are summarized in Table 2 below.
(표 2)(Table 2)
표 2를 참조하면, 수중 플라즈마 방전을 이용하여 제조된 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 2의 라만 피크의 위치는 유사하게 나타나는 것이 관찰되었으나, 라만 피크의 강도 비가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 전술한 HR-TEM 이미지로부터 확인된 바와 같이 상대적으로 많은 수의 결함이 포함된 실시예 1 내지 실시예 4에서 제2라만 피크의 강도가 증가하여 비교예 1 및 비교예 2 대비 I1/I2 값이 작은 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the positions of the Raman peaks of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 manufactured using underwater plasma discharge appear similar, but the intensity ratios of the Raman peaks appear different. This is because, as confirmed from the HR-TEM images described above, in Examples 1 to 4 containing a relatively large number of defects, the intensity of the second Raman peak increases, resulting in a smaller I 1 /I 2 value compared to Comparative Examples 1 and 2.
(실험예 2) 연마특성 분석(Experimental Example 2) Polishing Characteristics Analysis
각각의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 CMP용 슬러리를 이용하여 하기 조건으로 연마를 수행하여 연마특성을 비교 분석하였다.Polishing was performed under the following conditions using the CMP slurry manufactured according to each example and comparative example, and the polishing characteristics were compared and analyzed.
(연마 조건)(Polishing conditions)
연마기: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech)Grinder: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech)
패드: K-7 (Rohm&Hass)Pad: K-7 (Rohm&Hass)
연마시간: 60sPolishing time: 60s
연마 압력: 3 psiPolishing pressure: 3 psi
플레튼(Platen) 및 헤드의 회전속도: 각각 30 및 60 rpmRotation speed of platen and head: 30 and 60 rpm respectively
피연마체: 8인치 SiO2 블랭킷 웨이퍼 (PE-TEOS, Poly)Workpiece: 8 inch SiO 2 blanket wafer (PE-TEOS, Poly)
슬러리 공급 속도: 200mL/min Slurry feed rate: 200mL/min
상기 연마 조건으로 피연마체의 연마를 진행 후 확인된 연마율, 제1스크래치의 수 및 제2스크래치의 수를 하기 표 3에 정리하였다.After polishing the object to be polished under the above polishing conditions, the polishing rate, the number of first scratches, and the number of second scratches confirmed are summarized in Table 3 below.
이 때, 제1스크래치는 연마 후, 50개의 랜덤하게 선택되는 0.5 μm x 0.5 μm 크기의 정사각 단위 스캔 영역을 원자간력 현미경(Atomoice Force Microscope, AFM)을 이용하여 표면 거칠기를 측정한 후, 수득한 각 스캔영역에 대한 RMS 값이 1.5 nm 이상일 때 제1스크래치가 존재하는 것으로 판별하였다.At this time, the first scratch was measured for surface roughness using an atomic force microscope (AFM) in 50 randomly selected square unit scan areas of 0.5 μm x 0.5 μm in size after polishing, and the first scratch was determined to exist when the RMS value for each obtained scan area was 1.5 nm or more.
또한, 제2스크래치는 50개의 정사각 단위 스캔 영역 각각에서 마주보는 모서리를 직선으로 연결하는 라인 프로파일 100개에 대해, 하기 식 2를 만족할 때 제2스크래치가 존재하는 것으로 판별하였다.In addition, it was determined that a second scratch exists when the following Equation 2 is satisfied for 100 line profiles connecting opposite edges in each of 50 square unit scan areas.
(식 2)(Formula 2)
S2 ≤ k Hmin(ave)S2 ≤ k H min (ave)
식 2에서, Hmin(ave)는 각각 최고 높이를 원점(0)으로 갖는 각 라인 프로파일에서 최저 높이 Hmin의 평균값이고, k는 2.5인 실수이며, S2는 라인 프로파일에서 제2스크래치로 규정되는 영역의 높이이다. In Equation 2, H min (ave) is the average of the lowest height H min in each line profile having the highest height as the origin (0), k is a real number equal to 2.5, and S2 is the height of the area defined as the second scratch in the line profile.
(표 3)(Table 3)
표 3을 참조하면, CMP용 슬러리에 포함된 세리아 입자의 형상이 각형이면서 입자 크기가 상대적으로 큰 실시예 3 내지 실시예 5의 연마율이 우수한 것으로 확인되었다.Referring to Table 3, it was confirmed that the polishing rates of Examples 3 to 5, in which the shape of the ceria particles included in the CMP slurry was square and the particle size was relatively large, were excellent.
연마 후 피연마체의 표면에 형성되는 스크래치와 관련하여 0.5 μm x 0.5 μm 크기의 정사각 단위 스캔 영역에 대하여 RMS 값을 확인한 결과 전반적으로 1.5 nm 이하를 나타냈으며 제1스크래치의 수는 거의 발생하지 않았다. 다만 실시예 4에서 RMS 값이 1.6 nm인 단위 스캔 영역 하나가 관찰되었고, 비교예 1은 1.8 nm 의 RMS 값을 나타내는 단위 스캔 영역이 하나씩 존재하는 것이 확인되었으며, 비교예 2에서는 RMS 값이 1.5 nm를 초과하는 단위 스캔 영역이 2개 존재하는 것이 확인되었다. 이 때 RMS 값이 1.5 nm 이상인 스캔 영역을 광학 현미경으로 관찰한 결과 약 10 내지 50 μm 크기의 스크래치가 존재하는 것을 확인하였다.Regarding the scratches formed on the surface of the polished body after polishing, the RMS value was checked for a square unit scan area of 0.5 μm x 0.5 μm in size, and as a result, it showed 1.5 nm or less overall, and the number of first scratches hardly occurred. However, in Example 4, one unit scan area with an RMS value of 1.6 nm was observed, and in Comparative Example 1, it was confirmed that there was one unit scan area showing an RMS value of 1.8 nm, and in Comparative Example 2, it was confirmed that there were two unit scan areas in which the RMS value exceeded 1.5 nm. In this case, when the scan area with an RMS value of 1.5 nm or more was observed with an optical microscope, it was confirmed that scratches of about 10 to 50 μm in size were present.
반면에, 상기 식 2에서 제2스크래치를 지시하는 파라메타인 S2를 기반으로 제2스크래치의 개수를 확인한 결과 실시예 1 내지 실시예 5의 경우는 6개 이하의 제2스크래치가 관찰되었으나, 비교예 1 내지 비교예 2의 경우는 10개를 초과하는 제2스크래치가 관찰되었다. 이 때, 관찰된 제2스크래치는 S2 값이 -11 내지 -18 nm 수준인 것을 확인하였다. On the other hand, when the number of second scratches was confirmed based on S2, a parameter indicating the second scratch in the above equation 2, in the cases of Examples 1 to 5, 6 or fewer second scratches were observed, but in the cases of Comparative Examples 1 and 2, more than 10 second scratches were observed. At this time, it was confirmed that the observed second scratches had an S2 value of -11 to -18 nm.
이로부터, 본 발명의 일 구현예에 따른 연마용 세리아 입자를 포함하는 CMP용 슬러리를 이용하여 실리콘산화막을 연마할 경우 현저히 우수한 연마율을 제공할 수 있을뿐만 아니라 마이크로미터 스케일의 거시 스크래치 및 나노미터 스케일의 미시 스크래치의 발생을 모두 효과적으로 억제시킬 수 있는 것을 알 수 있다. From this, it can be seen that when a silicon oxide film is polished using a CMP slurry containing polishing ceria particles according to one embodiment of the present invention, not only can a significantly excellent polishing rate be provided, but also the occurrence of both micrometer-scale macroscopic scratches and nanometer-scale microscopic scratches can be effectively suppressed.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.Although the present invention has been described through specific matters and limited examples as above, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below as well as the claims are included in the scope of the idea of the present invention.
Claims (12)
라만 스펙트럼에서 455 내지 465 cm-1 범위에 위치하는 제1라만 피크, 600 내지 610 cm-1 범위에 위치하는 제2라만 피크 및 1150 내지 1200 cm-1 범위에 위치하는 제3라만 피크를 포함하며,
상기 제1라만 피크의 강도(I1)를 제2라만 피크의 강도(I2)로 나눈 비(I1/I2)는 30 내지 60이며,
상기 제1라만 피크의 강도(I1)를 제3라만 피크의 강도(I3)로 나눈 비(I1/I3)는 200 내지 250이며,
상기 파셋은 칼날전위(edge dislocation)를 포함하는 연마용 세리아 입자.It includes a facet, which is a region where the {1, 0, 0} crystal plane forms a surface based on the {h, k, l} crystal plane family defined by the Miller index,
A Raman spectrum comprising a first Raman peak located in the range of 455 to 465 cm -1 , a second Raman peak located in the range of 600 to 610 cm -1 , and a third Raman peak located in the range of 1150 to 1200 cm -1 ,
The ratio (I 1 /I 2 ) of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the second Raman peak (I 2 ) is 30 to 60.
The ratio (I 1 /I 3 ) of the intensity of the first Raman peak (I 1 ) divided by the intensity of the third Raman peak (I 3 ) is 200 to 250.
The above facets are abrasive ceria particles containing edge dislocations.
상기 세리아 입자를 이용한 실리콘산화물막의 연마 시, 원자간력 현미경(Atomoice Force Microscope, AFM)을 이용한 하기 표면 거칠기 측정 조건에서 하기 식 1을 만족하는 제1스크래치의 개수가 10개 이하인 연마용 세리아 입자.
(표면 거칠기 측정 조건)
AFM 스캔: 50개의 랜덤하게 선택되는 0.5 μm x 0.5 μm 크기의 정사각 단위 스캔 영역
(식 1)
S1 ≥ 1.5 nm
(식 1에서 S1은 제1스크래치를 지시하는 파라메타로 상기 랜덤하게 선택되는 50개의 스캔 영역에서 측정된 각각의 RMS(Root Mean Square) 값이다)In the first paragraph,
Polishing ceria particles having a number of first scratches satisfying the following equation 1 of 10 or less under the following surface roughness measurement conditions using an atomic force microscope (AFM) when polishing a silicon oxide film using the above ceria particles.
(Surface roughness measurement conditions)
AFM scan: 50 randomly selected 0.5 μm x 0.5 μm square unit scan areas
(Formula 1)
S1 ≥ 1.5 nm
(In Equation 1, S1 is a parameter indicating the first scratch and is each RMS (Root Mean Square) value measured in 50 randomly selected scan areas.)
상기 50개의 정사각 단위 스캔 영역 각각에서 마주보는 모서리를 직선으로 연결하는 라인 프로파일 100개에 대해, 하기 식 2를 만족하는 제2스크래치 개수가 10개 이하인 연마용 세리아 입자.
(식 2)
S2 ≤ k Hmin(ave)
(식 2에서, Hmin(ave)는 각각 최고 높이를 원점(0)으로 갖는 각 라인 프로파일에서 최저 높이 Hmin의 평균값이고, k는 1.5 이상인 실수이며, S2는 라인 프로파일에서 제2스크래치로 규정되는 영역의 높이이다) In Article 6,
Abrasive ceria particles having a number of second scratches satisfying Equation 2 below of 10 or less for 100 line profiles connecting opposite edges in straight lines in each of the 50 square unit scan areas above.
(Formula 2)
S2 ≤ k H min (ave)
(In Equation 2, H min (ave) is the average of the lowest height H min in each line profile having the highest height as the origin (0), k is a real number greater than or equal to 1.5, and S2 is the height of the area defined as the second scratch in the line profile.)
상기 세리아 입자는 3 내지 8의 파셋을 포함하는 다각형인 연마용 세리아 입자.In the first paragraph,
The above ceria particles are abrasive ceria particles having a polygonal shape containing 3 to 8 facets.
상기 세리아 입자는 1 내지 60 nm 크기의 결정입자를 포함하는 연마용 세리아 입자.In the first paragraph,
The above ceria particles are polishing ceria particles containing crystal particles having a size of 1 to 60 nm.
상기 세리아 입자는 상기 결정입자가 응집된 응집입자인 연마용 세리아 입자.In Article 9,
The above ceria particles are polishing ceria particles that are aggregated particles in which the above crystal particles are aggregated.
상기 응집입자는 20 내지 200 nm 크기인 연마용 세리아 입자.In Article 10,
The above-mentioned aggregated particles are polishing ceria particles having a size of 20 to 200 nm.
상기 세리아 입자는 pH4의 수분산액 상태에서 표면 전하가 -40 내지 +60 mV의 제타전위를 갖는 연마용 세리아 입자.In the first paragraph,
The above ceria particles are polishing ceria particles having a surface charge and a zeta potential of -40 to +60 mV in an aqueous dispersion state at pH 4.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20210064521 | 2021-05-20 | ||
KR1020210064521 | 2021-05-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220157327A KR20220157327A (en) | 2022-11-29 |
KR102765948B1 true KR102765948B1 (en) | 2025-02-11 |
Family
ID=84235081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220062173A Active KR102765948B1 (en) | 2021-05-20 | 2022-05-20 | Ceria particle for abrasive and slurry comprising the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102765948B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN119144237B (en) * | 2024-11-20 | 2025-02-14 | 内蒙古大学 | Modified epoxy-cerium oxide polishing solution and preparation method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019193693A1 (en) | 2018-04-04 | 2019-10-10 | 日立化成株式会社 | Polishing liquid and polishing method |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101117525B1 (en) | 2005-06-10 | 2012-03-20 | 주식회사 동진쎄미켐 | Cerium oxide abrasive grain and manufacturing method of the same |
KR20100121636A (en) * | 2008-02-08 | 2010-11-18 | 유미코르 | Doped ceria abrasives with controlled morphology and preparation thereof |
US10414947B2 (en) * | 2015-03-05 | 2019-09-17 | Cabot Microelectronics Corporation | Polishing composition containing ceria particles and method of use |
US9505952B2 (en) * | 2015-03-05 | 2016-11-29 | Cabot Microelectronics Corporation | Polishing composition containing ceria abrasive |
KR20160142995A (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-14 | 주식회사 케이씨텍 | Slurry composition for semiconductor polishing |
KR102156036B1 (en) * | 2020-06-30 | 2020-09-16 | 주식회사 케이씨텍 | Cerium based polishing particle and the manufacturing method thereof |
-
2022
- 2022-05-20 KR KR1020220062173A patent/KR102765948B1/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019193693A1 (en) | 2018-04-04 | 2019-10-10 | 日立化成株式会社 | Polishing liquid and polishing method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Applied Surface Science Volume 401 (2017) 100~105 (2017.01.03.)* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220157327A (en) | 2022-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5599547B2 (en) | Hard crystal substrate polishing method and oil-based polishing slurry | |
JP5287174B2 (en) | Abrasive and polishing method | |
JP3359535B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP5475642B2 (en) | Cerium oxide powder for abrasives and CMP slurry containing the same | |
JP5247691B2 (en) | Cerium oxide powder, method for producing the same, and CMP slurry containing the same | |
TWI406815B (en) | Method for preparing cerium oxide, cerium oxide prepared therefrom and cmp slurry comprising the same | |
JP2011510900A (en) | Doped ceria abrasive having a certain form | |
WO2012036087A1 (en) | Polishing agent and polishing method | |
KR102765948B1 (en) | Ceria particle for abrasive and slurry comprising the same | |
JP2015120844A (en) | Polishing agent production method, polishing method, and semiconductor integrated circuit device production method | |
JP2005048125A (en) | Cmp abrasive, polishing method, and production method for semiconductor device | |
JP5900079B2 (en) | Polishing slurry, manufacturing method thereof, and manufacturing method of group 13 nitride substrate | |
JP4666138B2 (en) | Polishing composition containing aqueous zirconia sol | |
JPH10172934A (en) | Composition for polishing | |
CN112758974A (en) | Preparation method of cerium oxide particles | |
KR100665300B1 (en) | Ceria slurry for chemical mechanical polishing and its manufacturing method | |
JP2009266882A (en) | Abrasive powder, polishing method of base using same, and manufacturing method of electronic component | |
JP2003158101A (en) | Cmp abrasive and manufacturing method therefor | |
JP2007031686A (en) | Method for producing cerium oxide for abrasive, cerium oxide for abrasive, abrasive and method for polishing substrate by using the same | |
JP7668977B1 (en) | Polishing Dispersion | |
TWI819131B (en) | Polishing particles for polishing synthetic quartz glass substrate, method for manufacturing the polishing particles, and method for polishing synthetic quartz glass substrate | |
JP4776388B2 (en) | Cerium oxide abrasive and substrate polishing method | |
KR20090094057A (en) | Cerium oxide powder, method for preparing the same, and cmp slurry comprising the same | |
KR100637400B1 (en) | Ceria slurry for chemical mechanical polishing and its manufacturing method | |
Wang et al. | Recent advances in CeO 2 based abrasives for chemical mechanical polishing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20220520 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240313 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20241118 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20250205 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20250205 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration |