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KR20090065847A - 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제 - Google Patents

웨이퍼 연마용 슬러리 분산제 Download PDF

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KR20090065847A
KR20090065847A KR1020070133360A KR20070133360A KR20090065847A KR 20090065847 A KR20090065847 A KR 20090065847A KR 1020070133360 A KR1020070133360 A KR 1020070133360A KR 20070133360 A KR20070133360 A KR 20070133360A KR 20090065847 A KR20090065847 A KR 20090065847A
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KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
polishing
slurry
polyoxy
wafer polishing
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020070133360A
Other languages
English (en)
Inventor
남병욱
정환연
Original Assignee
주식회사 실트론
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실트론 filed Critical 주식회사 실트론
Priority to KR1020070133360A priority Critical patent/KR20090065847A/ko
Publication of KR20090065847A publication Critical patent/KR20090065847A/ko
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    • C09G1/00—Polishing compositions
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 생산 공정 중의 래핑 공정에 사용되는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제에 관한 것이다. 전술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성할 수 있는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제는, 비이온성 계면활성제; 윤활 및 분산 보조제인 글리콜유도체; 및 방청 및 분산 보조제인 소정의 아민계 화합물;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 연마용 슬러리의 분산성이 향상되어, 연마 가공되는 웨이퍼에 흠집(scrach)이 발생되는 것을 최소화할 수 있으며, 연마 공정 후, 웨이퍼의 세정성능 및 평탄도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조성물에 포함된 약알카리성 아민에 의해 공정 진행 중에 발생될 수 있는 악취를 제거하여 보다 쾌적한 작업환경을 조성할 수 있는 장점이 있다.
웨이퍼, 연마, 래핑, 슬러리, 분산제, 악취, 아민

Description

웨이퍼 연마용 슬러리 분산제{Dispering agent of slurry for lapping wafer}
본 발명은 반도체 웨이퍼 생산 공정 중의 래핑 공정에 사용되는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연마제의 표면을 감싸는 계면활성제와, 방청 및 분산보조제로서 아민계 화합물이 포함되도록 하여 연마제의 분산성 및 웨이퍼 가공성을 향상시키며, 웨이퍼 연마 공정 중에 발생되는 악취발생을 감소시켜 작업환경을 개선시킬 수 있는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼 생산 과정에서 진행되는 웨이퍼 연마공정은 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱된 웨이퍼의 두께를 감소시키고, 이전에 진행된 공정에서 발생된 웨이퍼 표면의 손상을 제거하며, 그 표면 및 이면을 평탄하게 형성하기 위한 공정이다.
이러한, 웨이퍼 연마 공정을 효율적으로 진행하기 위해서는, 보다 빠른 시간 내에 웨이퍼 표면이 균일하게 연마되어야 하며, 웨이퍼 표면에 스크래치가 생기지 않아야 하며, 연마 공정 후 웨이퍼 표면 상에서 각종 불순물들이 보다 완전하게 제 거되어야 하며, 연마기기의 부식이 방지될 수 있어야 한다. 이러한 목적으로 연마용 슬러리는 연마제와 분산제를 물로 희석 혼합하여 연마에 사용되고 있다. 이때, 연마용 슬러리 분산제의 물성이 연마용 슬러리의 물성을 결정하는 가장 중요한 요인 중의 하나가 되며, 연마 효율을 결정함에 매우 중요한 역할을 수행한다.
따라서, 연마용 슬러리 분산제의 조성을 어떻게 조성하느냐에 따라 웨이퍼 연마 공정의 완전성과 효율성이 담보될 수 있다는 것은 종래부터 잘 알려져 온 사실이며, 이러한 기술적 배경하에서 관련 기술들이 개발된 바 있다.
미국특허 제4,242,842호는 글리세린, 카르복시폴리메틸렌폴리머 등을 사용한 연마 슬러리 조성물을 개시한 바 있으며, 미국 특허 제4,752,628호, 제4,867,757호는 폴리말레익액시드폴리며, 아크릴릭액시드에멀젼폴리며, 폴리아크릴릭액시드, 수용성글라이콜 등을 사용하는 연마 슬러리 조성물을 개시한 바 있으며, 미국 특허 제5,855,633호는 글리세린, 수용성 실리케이트 등을 사용한 연마 슬러리 조성물도 개시된 바 있다. 한편, 대한민국 공개특허 제2003-0043096호에서는 점증성분으로 가교폴리아크릴릭액시드, 분산 및 세정 성분으로 노닐페놀, 방청 및 중화 성분으로 트리에탄올아민, 윤활성분으로 폴리에틸렌글리콜, 실리콘글리콜코폴리머, 및 pH조절성분으로 암모니아수를 포함하는 연마 슬러리용 분산제 조성물이 개시되기도 하였다.
그러나, 전술한 선행 기술을 통해 제시된 조성물의 경우에는 분산 성능이 다소 취약하며, 연마 공정이 진행되는 동안 악취 등이 발생하여 작업 환경을 악화시킬 수 있는 등의 여러 문제점이 발견되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제의 분산 성능을 개선하고, 연마 공정시 악취의 발생을 최소화하거나 이를 방지할 수 있는 조성을 갖는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제를 제시하는 데에 있으며, 이러한 해결과제를 달성할 수 있는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
전술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성할 수 있는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제는, 1 내지 80 중량%의 비이온성 계면활성제; 윤활 및 분산 보조제로서 10 내지 70 중량%의 글리콜유도체; 및 방청 및 분산 보조제로서 0.1 내지 30 중량%의 하기 화학식 1로 표시되는 아민계 화합물;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
Figure 112007091064663-PAT00001
이때, 상기 화학식 1에서,
R1은, 탄소수 1 내지 4인 탄화수소기이거나 탄소수가 1 내지 4인 하이드록시 알킬기를 나타내며,
R2 및 R3는, 각각 독립적으로 수소기, 탄소수 1 내지 4인 탄화수소기, 탄소 수가 1 내지 4인 하이드록시 알킬기, 및 탄소수가 1 내지 4인 아미노 알킬기를 나타낸다.
상기 비이온성 계면활성제는, 폴리옥시 알킬렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시 알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르, 고급알코올계 에틸렌 옥사이드, 및 고급알코올계 프로필렌계 옥사이드 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 블록형 공중합체이거나, 폴리옥시 알킬렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시 알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르, 고급알코올계 에틸렌 옥사이드, 및 고급알코올계 프로필렌계 옥사이드 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 랜덤형 공중합체이면 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 글리콜 유도체는, 글리콜류, 다가알코올류, 및 폴리에테르계의 폴리올 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이면 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제는, 상기 비이온성 계면활성제 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부의 방청제를 더 포함하면 바람직하며, 상기 방청제로 사용될 수 있는 물질의 보다 구체적인 예로는, 트리에탄올아민, 아초산나트륨 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 연마용 슬러리의 분산성이 향상되어, 연마 가공되는 웨이 퍼에 흠집(scrach)이 발생되는 것을 최소화할 수 있으며, 연마 공정 후, 웨이퍼의 세정성능 및 평탄도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조성물에 포함된 약알카리성 아민에 의해 공정 진행 중에 발생될 수 있는 악취를 제거하여 더욱 쾌적한 작업환경을 조성할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에서 제공하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제는, 비이온성 계면활성제, 윤활 및 분산 보조제로서 글리콜유도체; 및 방청 및 분산 보조제로서 아민계 화합물을 포함하여 이루어진다.
상기 비이온성 계면활성제는, 고체입자로 이루어진 연마제를 분산시키기 위한 목적으로 사용되었으며, 분산성의 향상으로 인해 가공되는 웨이퍼에 흠집이 발생되는 것을 최소화함으로써 웨이퍼의 가공 불량률을 감소시킬 뿐 아니라 연마공정 완료 후, 가공물의 세정성능 및 가공된 웨이퍼의 평탄도를 개선시키는 역할을 수행한다. 상기 비이온성 계면활성제의 함량에 관한 수치범위에 있어서, 상기 하한에 미달하면 표면장력이 높아 슬러리 또는 연마제의 함침성이 떨어지게 되며 효율적인 연마시간을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 표면 거칠기 및 표면세정력이 악화되어 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 임계미셀농도(CMC : Critical Micelle Concentration) 이상의 과도한 사용량으로 비용은 배가 되는 반면 효과는 거의 없기 때문에 바람직하지 못하다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제로는, 폴리옥시 알킬렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시 알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르, 고급알코올계 에틸렌 옥사이드, 및 고급알코올계 프로필렌계 옥사이드 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 블록형 공중합체나, 폴리옥시 알킬렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시 알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르, 고급알코올계 에틸렌 옥사이드, 및 고급알코올계 프로필렌계 옥사이드 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 랜덤형 공중합체 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
연마제와 본 발명에 따르는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제가 혼합되는 경우, 연마제 표면에 비이온성 계면활성제가 흡착되며, 정전기적인 반발력과 입체적 장애로 인해 재응집 현상이 방지되며, 최종적으로는 연마제 입자들 사이에 상기 윤활 및 분산 보조제로서 사용되는 글리콜 유도체가 공존하게 되어 보다 균일한 연마가 이루어질 수 있도록 작용한다. 상기 글리콜 유도체의 함량에 관한 수치범위에 있어서, 상기 하한에 미달하면 연마입자의 윤활 보조성능이 떨어져 연마제의 직접적인 마찰이 심화되어 표면스크렛치로 인한 불량을 유발할 수 있으며, 웨이퍼 표면거칠 기 및 평탄도의 악화를 초래하여 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 과도한 윤활성능으로 인한 수막현상으로 연마제에 의한 연마효과를 약화시켜 원활한 시간의 연마속도를 가질수 없어 바람직하지 못하다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 글리콜 유도체에는, 글리콜류, 다가알코올류, 및 폴리에테르계의 폴리올 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
웨이퍼 연마용 슬러리 분산제에는 연마기기 및 금속으로 이루어진 연마 정반의 부식을 방지하기 위한 목적을 달성함과 동시에 연마제의 분산안정성을 향상시키기 위한 목적으로서, 무기 또는 유기의 방청제가 사용될 수 있다. 상기 방청 및 분산 보조제로서 사용되는 알카리성 물질은, 수계 매질에서 pH 변화에 따라 좌우되는 연마 입자의 제타전위를 고려하여 선택되어야 한다. 구체적으로, 연마 입자가 산화세륨인 경우 산화세륨은 물에 분산되었을 때, 통상 pH가 4 내지 8이고, 그 표면전위값이 양의 값을 갖게 되어 연마 입자 사이의 정전기적 반발력이 발생되므로 슬러리의 분산 안정성이 증가된다. 따라서, 이러한 작용에 부합될 수 있는 최적의 물질이 방청제로서 사용되어야 하는데, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 아민계 화합물을 사용하였다.
<화학식 1>
Figure 112007091064663-PAT00002
이때, 상기 화학식 1에서,
R1은, 탄소수 1 내지 4인 탄화수소기이거나 탄소수가 1 내지 4인 하이드록시 수가 1 내지 4인 하이드록시 알킬기, 및 탄소수가 1 내지 4인 아미노 알킬기를 나타낸다.
도 1은, 아민계화합물의 종류에 따른 취기의 정도를 나타낸 도면이다. 도시된 바를 참조하면, 1급 아민의 경우에 악취와 관련된 취기의 정도는 가장 크며, 그 급이 높아질수록 취기의 정도가 약하게 나타나고 있음은 잘 알려진 사실이다.
상기 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제는, 상기 비이온성 계면활성제 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부의 방청제를 더 포함하면 바람직하며, 상기 방청제로 사용될 수 있는 물질의 보다 구체적인 예로는, 트리에탄올아민, 아초산나트륨 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 방청제 성분의 함량에 관한 수치범위에 있어서, 상기 하한에 미달하면 연마용 장비의 중요 부품인 상하정반(Plate)의 부식을 초래하여 웨이퍼표면거칠기 악화와 스크렛치 등의 불량의 가능성이 크기 때문에 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 단가측면에서 불리하며, 아민함량 증대에 따른 분자량 증가로 점도가 높아지며 이에 따른 연마속도 저하를 초래하여 바람직하지 못하다.
실시예
하기 표 1과 같은 성분 함량으로 조성된 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제를 분비하였다.
구분 함량(중량%)
기능구분 구체적 물질
계면활성제 알릴알코올에 EO-PO(몰비 10:1)이 부가된 블록공중합체 10
글리콜유도체 폴리에틸렌글리콜 20
방청제 트리에탄올아민 10
용제 물 잔량
상기 준비된 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제 2중량%와 연마제로서 가장 일반적으로 사용되고 있는 알루미나 20중량%를 용제인 물 78중량%에 혼합하여 웨이퍼 연마용 슬러리 조성물을 준비한 후, 이를 이용하여 웨이퍼 연마 공정을 진행하였다. 그 진행 과정 및 진행 완료 후, 공정 진행 상의 여러 상황, 특히 악취 발생 문제와 연마 가공이 완료된 웨이퍼의 물성에 대한 평가를 종래의 방법과 비교하여 평가하였다.
상기 평가 항목은 웨이퍼 연마 공정 진행 과정에서의 악취 발생의 문제와 연마 공정이 완료된 웨이퍼의 평탄도이다.
먼저, 악취 발생의 정도에 대한 평가에 있어서, 종래에는 방청제로 강알카리성 아민류 등이 사용되었으며, 이러한 강알카리성 아민류는 웨이퍼의 양면 연마 공정시의 연마 정반 사이에서 열적 변형이 발생하면서 심한 악취를 발생시켰으나, 본 발명에 따른 실시예에서와 같은 약알카리성 아민의 사용으로 인해 기본적인 물성으로 인해 악취 발생이 없으며, 종래의 제품에 비하여 악취 발생의 정도가 95% 이상 저감되는 우수한 효과가 발현되고 있음을 확인하였다.
한편, 웨이퍼 연마 이후의 웨이퍼 평탄도를 측정한 결과에 따르면, 종래의 제품에 비하여 평탄도가 개선되었다. 이를 확인하기 위한 웨이퍼 평탄도 측정을 위한 코벨코(Kobelco)사(社)의 NBW(Lapping Bow Warp System) 측정장비를 사용하여TTV(Total Thickness Variation)를 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시된 바에 따르면, 전술한 바와 같이, 종래의 것(normal)의 1.1428㎛에 비하여 본 발명에 따른 실시예(PLS40)에서그 평탄도가 0.7743㎛로 측정된 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 객관적으로 웨이퍼 평탄도가 32% 정도 개선되었음을 알 수 있다.
도 3은 웨이퍼 표면에 대한 세정 정도를 촬영한 사진이다. 도시된 바로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 경우(a)에는 종래의 경우(b)에 비해 웨이퍼 표면의 세정상태가 양호하게 관찰되어 본 발명의 효과를 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.
본 발명에 따르는 웨이퍼 연마용 분산제 슬러리는, 웨이퍼의 양면 연마를 위해 사용됨으로써, 웨이퍼 연마 후 그 평탄도를 종래에 비하여 개선시킬 수 있어 공정 효율을 개선할 수 있으며, 연마 공정 중에 발생될 수 있는 악취 문제를 조성 성분 물질을 새로이 제시함으로써 획기적으로 개선함으로써 공정 작업 환경 개선에 일조할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 전술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 보다 구체적으로 이해시키기 위한 자료로서 제시되는 것에 불과하므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항만으로 한정되어 해석되지 않아야 함은 자명하다.
도 1은, 아민계화합물의 종류에 따른 취기의 정도를 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명에 따르는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제를 이용한 연마 공정 후의 웨이퍼 평탄도를 측정한 그래프이다.
도 3은 웨이퍼 표면에 대한 세정 정도를 촬영한 사진이다.

Claims (6)

1 내지 80 중량%의 비이온성 계면활성제;
윤활 및 분산 보조제로서 10 내지 70 중량%의 글리콜유도체; 및
방청 및 분산 보조제로서 0.1 내지 30 중량%의 하기 화학식 1로 표시되는 아민계 화합물;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제.
<화학식 1>
Figure 112007091064663-PAT00003
이때, 상기 화학식 1에서,
R1은, 탄소수 1 내지 4인 탄화수소기이거나 탄소수가 1 내지 4인 하이드록시 알킬기를 나타내며,
R2 및 R3는, 각각 독립적으로 수소기, 탄소수 1 내지 4인 탄화수소기, 탄소수가 1 내지 4인 하이드록시 알킬기, 및 탄소수가 1 내지 4인 아미노 알킬기를 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 계면활성제는, 폴리옥시 알킬렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시 알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌, 폴리에틸렌 글리콜 지방 산 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르, 고급알코올계 에틸렌 옥사이드, 및 고급알코올계 프로필렌계 옥사이드 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 블록형 공중합체인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 계면활성제는, 폴리옥시 알킬렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시 알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시 에틸렌 폴리옥시 프로필렌, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르, 고급알코올계 에틸렌 옥사이드, 및 고급알코올계 프로필렌계 옥사이드 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 랜덤형 공중합체인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제.
제1항에 있어서,
상기 글리콜 유도체는, 글리콜류, 다가알코올류, 및 폴리에테르계의 폴리올 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제.
제1항 내지 제4항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제는, 상기 비이온성 계면활성제 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부의 방청제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제.
제5항에 있어서,
상기 방청제는, 트리에탄올아민, 및 아초산나트륨 중 선택된 하나의 물질 또는 두 가지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 슬러리 분산제.
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