KR100347317B1 - 반도체 소자 ｃｍｐ용 금속산화물 슬러리의 분산방법 - Google Patents

반도체 소자 ｃｍｐ용 금속산화물 슬러리의 분산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속산화물과 물을 프리믹스 탱크에서 혼합한 후, 혼합된 수용액상의 금속산화물 슬러리를 이송펌프에 의해 고압펌프로 이송하여 고압펌프내에서 고압으로 가속시키고, 가속화된 슬러리를 오리피스가 설치된 분산챔버내로 주입하여 분산쳄버내에서 벽면과 충돌시켜 분산시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법을 제공하는 것으로, 본 발명에 의하면 입자분포가 좁고 균일하며, 30∼500nm 범위로 초미립화된 금속산화물 슬러리를 얻을 수 있는 이점외에도 제조된 슬러리의 오염이 없거나 극히 적고, 테일링(tailing)이 없어 μ-스크래치성이 우수하며, 조작이 간편하고 분산정도가 압력 및 충돌횟수에 패턴화되어 있어 재현성이 우수하고, 연속방법으로 생산할 수 있어 생산성이 향상되는 효과를 수득할 수 있다.

Description

반도체 소자 ＣＭＰ용 금속산화물 슬러리의 분산방법{DISPERSION METHOD OF METAL OXIDE SLURRY FOR CMP OF SEMICONDUCTOR ELEMENT}
본 발명은 반도체 소자 제조 공정중 화학적 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 공정에 사용되는 금속산화물 슬러리의 분산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속산화물과 물을 혼합한 슬러리를 고압펌프내에서 가속화한 후 분산펌프내에서 벽면과 충돌시켜 슬러리내 금속산화물 입자분포를 좁고 균일하게 함으로써 분산안정성 및 연마성능이 우수하고, μ-스크래치 발생을 현저히 감소시킬 수 있는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조공정중의 CMP 공정은 반도체 소자가 점차 미세화 고밀도화 및 다층구조화 됨에 따라 이상적인 리소그래피를 위해 사용하는 기존의 SOG(spin-on-glass)나 에치백(Etchback) 방법으로는 이룰 수 없는 광역 평탄화에 사용되는 평탄화 기술의 일종으로 반도체 제조시 필수적인 공정이라 할 수 있다. 이러한 CMP 공정은 연마하고자 하는 기재(substrate)를 엘라스토머 패드 등에 의해 금속산화물 슬러리로 연마하여 이루어진다.
일반적으로 CMP 공정에 사용되는 금속산화물 슬러리는 분산성안정성이 양호하고, 우수한 연마속도를 가지며, 연마후 웨이퍼(wafer) 표면에 μ-스크래치 등과 같은 결함이 적어야 하며 고순도일 것이 요구된다. CMP 공정중에 웨이퍼 표면에 μ-스크래치와 같은 결함이 발생되면 반도체 소자의 기능 및 수율면에서 치명적인 결과를 초래한다.
이와 같은 조건들중 고순도일 것을 요구하는 조건을 제외한 나머지 조건들은 모두 금속산화물 슬러리의 주성분인 금속산화물의 입자크기 및 분포와 밀접한 관련이 있다. 즉, 입자크기와 관련하여서는 금속산화물의 입자 크기가 작을수록 분산안정성이 양호하고 μ-스크래치가 감소되어 바람직한데, 이 경우 연마속도가 저하되어 단위 시간당 연마 생산성이 낮아지는 문제점이 있다. 입자 분포도의 측면에서는 적정 크기의 입자가 좁고 균일하게 분포하는 것이 바람직한데, 이는 입자분포가 넓은 슬러리를 사용할 경우에는 연마표면의 평탄도가 떨어지고, μ-스크래치의 발생이 심각하여 바람직하지 못하기 때문이다. 따라서, CMP 공정용 금속산화물 슬러리는 상기의 연마속도, 분산안정성, μ-스크래치 등을 고려할 때 적정 크기 및 분포의 금속산화물 입자를 갖는 것이 요구된다. CMP 공정에 사용되는 금속산화물 슬러리내에 Na 등과 같은 금속이온 성분이 포함되어 있을 경우 이들 성분이 CMP 공정중에 슬러리내에서 웨이퍼내로 확산되어 반도체 수율을 저하시키므로, 이러한 금속이온 성분이 포함되어 있지 않은 고순도의 슬러리를 사용해야만 한다.
종래 알려져 있는 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법으로, 미합중국 특허 제 5,382,272호는 금속산화물과 염기성 물질 또는 산화제와 같은 화학첨가제가 혼합된 상태에서 비드(Bead)를 첨가한 후 다이노밀(Dynomill)또는 볼밀(Ballmill)로 고속 교반하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법으로는 비드 충돌에 의한 분산 메카니즘상 비드 성분의 오염이 불가피하고, 입자분포에 있어서도 테일링
(Tailing) 현상이 있어서 입자분포 범위가 좁고 균일한 금속산화물 슬러리를 제조하기가 어려운 단점이 있다. 또한, 시간이 지날수록 비드 식각에 의한 분산 성능의 저하로 실제 생산시 로트별 입자의 크기 및 분포 편차가 심해 재현성 있는 연마성능을 기대할 수 없게된다.
CMP용 금속산화물 슬러리의 다른 분산방법으로, 독일 이카사(IKA 社)의로터(Rotor)로 유체를 고속회전시켜 스테이터(stator)에 충돌과 마찰을 일으키는 방법이 알려져 있는데, 이 방법은 상기 미합중국 특허 5,382,272호 방법에 비해 개선되기는 하였으나, 이 방법 또한 분산 메카니즘상 스테이터의 벽면충돌에 의한 식각현상과 시간의 경과에 따른 분산성능 저하와 같은 문제점들이 여전히 존재한다.
아울러, 상기 두 방법 모두 입자 크기가 1㎛ 수준 정도 밖에는 미치지 못하는 것으로 알려져 있어서, CMP 공정에서 요구하는 초미립화된 금속산화물 슬러리의 제조에 적합하다고 할 수 없다.
한편, 미합중국 특허 4,533,254호(1985년 미국 마이크로플루이딕사
(Microfluidics社))에는 유체끼리의 충돌, 공동현상(Cavitation), 전단력 등을 복합적으로 조합, 적용하여 액체-액체를 유화시키는 방법이 개시되어 있고 그 사용예도 많으며 성능도 우수한 것으로 알려져 있으나, 이는 유화용으로 적합할뿐, 본 발명에서와 같이 금속산화물들과 같은 입자의 분산(Dispersion)용으로 적용되어진 예는 아직까지 없었다.
본 발명의 목적은 종래의 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법상의 문제점들을 극복하는 것으로, 입자 분포가 좁고 균일하며 분산안정성 및 연마성능이 우수하고 연마후 μ-스크래치의 발생을 낮출 수 있는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 금속산화물과 물을 프리믹스 탱크에서 혼합한 후, 혼합된 수용액상의 금속산화물 슬러리를 이송펌프에 의해 이송하여 고압펌프내에서 고압으로 가속시키고, 가속화된 슬러리를 오리피스가 설치된 분산챔버내로 주입하여 분산쳄버내에서 벽면과 충돌시켜 분산시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 제조공정도,
도 2는 본 발명에 따른 유체의 벽면 충돌에 의한 분산 개념을 설명한 도면,
도 3a는 본 발명에서 사용가능한 Z-타입 분산 쳄버의 유로 구조개략도,
도 3b는 본 발명에서 사용가능한 ㄹ-타입 분산 쳄버의 유로 구조개략도,
도 3c는 본 발명에서 사용가능한-타입 분산 쳄버의 유로 구조개략도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 프리믹싱 탱크 2: 이송펌프
3: 고압펌프 4: 분산쳄버
5: 체크밸브 10: 오리피스(orifice)
20: 벽면
이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 금속산화물 슬러리는 실리카(SiO2), 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2)계 슬러리로, 얕은 트렌치 분리, 다층금속배선구조를 갖는 반도체 세포의 층간 절연막(Interlayer Dielectric), 금속배선간 절연막(Intermetal Dielectric) 및 텅스텐, 알루미늄, 구리 등으로 이루어진 금속배선 등을 CMP 공정으로 평탄화할 때 사용된다.
금속산화물은 수용액상에서 입자 자체 끼리 응집이 일어나 아무리 작은 초미립화된 원료를 사용한다 해도 필연적으로 입자가 커지게 되어, 원료 상태의 1차 입자 크기 보다 100-10,000배 정도 증가하게 되는데, 이와 같이 커진 입자를 다시 미립화된 상태로 만들기 위해서는 분산공정을 거쳐야 한다. 도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 제조공정 개략도이다. 본 발명에 따라 금속산화물 슬러리를 제조하는 경우에는 먼저 프리믹싱 탱크(1)에서 일정농도로 금속산화물과 물을 균일하게 혼합한 후 혼합된 금속산화물 슬러리를 이송펌프(2)를 이용하여 고압펌프(3)가 연결된 라인으로 유입시켜 분산쳄버(4) 내에서 분산시킨다. 도 1에서 고압펌프(3) 전후에 설치된 체크밸브(5)는 슬러리의 역류를 방지하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명에 의한 유체의 벽면 충돌에 의한 분산의 개념을 설명한 도면으로, 본 발명에 따른 분산공정에서는 이송된 슬러리를 고압펌프(3)로 가압하여 초당 수백 m 이상의 속도로 가속시키고 가속된 슬러리를 분산챔버(4)내에 설치된 오리피스(10)로 주입시켜 오리피스 내벽면(20)과의 충돌을 유도하여 분산시킨다. 이러한 본 발명의 분산방법에 의해 수득되는 초미립화된 금속산화물 슬러리의 평균입자분포는 30∼500㎚의 범위내이다. 본 발명에서는 충돌에 의해 분산화가 이루어진 후 입자 크기 분포가 500nm를 초과하는 입자들은 최종 슬러리의 안정성 측면에서 회수장치에 의해 다시 프리믹싱 탱크(1)로 회수되도록 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 금속산화물의 분산(초미립화) 정도는 고압펌프(3)의 압력크기 및 벽면 충돌횟수와 비례하게 되는데, 즉 압력이 높을수록 입자크기는 작아지고, 충돌횟수가 증가할수록 분포는 좁고 균일하게 된다. 적정 압력 및 충돌횟수는 분산하고자 하는 금속산화물의 종류, 원료 입자의 표면적, 장치의 에너지 효율성 등을 종합적으로 고려하여 선정하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 반도체 소자의 CMP 공정에서 가장 많이 사용되는 SiO2슬러리를 제조하는 경우를 예로 들면, 직경이 0.2mm인 오리피스를 사용한 본 발명의 분산장치에서 500기압으로 1회 통과시키면 CMP 공정에 적합한 초미립화된(평균 입자직경 140 내지 150nm) 슬러리를 제조할 수 있게 된다. 500기압 이상의 압력을 가할 경우 입자 크기는 더욱 작아지고 그 분포 또한 좁고 균일하게 되나 실제 연마속도 및 μ-스크래치 등의 연마성능에는 500기압으로 제조한 슬러리의 경우와 동등한 결과를 나타내므로 에너지효율 측면을 고려하여 최저 압력을 선정하는 것이 바람직하다. 역으로, 압력을 300기압으로 낮추어서 제조한 슬러리는 500기압으로 제조한 슬러리에 비해 연마속도는 동등수준이나 μ-스크래치 발생이 증가되어 바람직하지 못하게 된다.
또한 금속산화물은 표면적에 따라 분산능력에 차이가 있는데, 표면적이 클수록 동일 압력하에서도 분산이 더 잘 일어난다. 본 발명에서 사용할 수 있는 금속산화물로는 1000℃ 이상의 고온에서 산화시켜 제조한 표면적이 20 내지 300㎡/g 범위의 것이면 어느 것이나 가능하고, 특히 바람직하게 본 발명은 SiO2, CeO2, ZrO2등을 수용액에 분산시키고자 할 때 유용하며, 이들 금속산화물은 단독 또는 혼합형태로 사용할 수 있다.
본 발명에서는 금속산화물을 프리믹싱 탱크에서 고농도로 물과 프리믹스하여 금속산화물 슬러리를 제조한 후 실제 CMP 공정에서는 희석하여 사용하게 되는데, 프리믹스된 금속산화물의 고형물 농도는 1 내지 50중량%, 바람직하게 5 내지 30중량% 범위내이다. 프리믹스된 슬러리중 고형물의 농도가 1중량% 미만인 경우에는 본 발명에서 목적하고자 하는 분산효과를 얻을 수 없으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 틱소트로피(Thixotropy)현상으로 인하여 점도가 급격히 증가하게 되어 바람직하지 못하게 된다. 본 발명에서 사용되는 금속산화물 슬러리의 고형분 농도를 예로 들면, SiO2슬러리는 10 내지 14중량%, CeO2슬러리는 1 내지 5중량%, ZrO2슬러리는 4 내지 8중량%가 되도록 혼합하는 것이 연마성능 및 원료비용 절감측면에서 바람직하다. 본 발명에서 금속산화물의 분산은 금속산화물의 농도에 의해서도 달라지는데, 예를 들어 동일한 원료를 동일한 조건하에서 고형물 농도만을 달리하여 분산시키는 경우 입자 분포는 변함이 없지만 고농도의 경우가 저농도에 비해 평균입경은 작아진다.
본 발명에서 오리피스(10)가 설치된 분산챔버(4)의 유로구조의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 적어도 벽면 충돌이 1회 이상 일어날 수 있도록 유로가 굽은 형태를 가지고 있어야 한다. 일례로 도 3a∼도 3c에 도시된 것과 같이 Z-타입, ㄹ-타입,-타입 등의 유로구조를 사용할 수 있다. 분산챔버(4)는 단독 또는 2개 이상의 동일 또는 다른 유형의 오리피스(10)가 내장된 쳄버를 직렬로 연결하여 사용할 수 있는데, 단독으로 사용하는 경우 보다 2개 이상을 사용할 경우에 더 효과적인 결과를 수득할 수 있다.
본 발명에서 분산챔버(4)내에 설치되는 오리피스(10)의 재질로는 엔지니어링 플라스틱, 유리강화플라스틱, 카본스틸, 스테인리스 강(SUS), 세라믹, 다이아몬드등 어느 것이나 사용할 수 있고 재질이 특별히 제한되는 것은 아니나, 내구성을 고려할 때 세라믹 또는 다이아몬드인 것이 바람직하다.
오리피스(10)의 직경은 고압펌프(3)와의 상용성 또는 분산효율을 고려할 때 0.05mm 내지 0.5mm 범위의 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1mm 내지 0.3mm이다. 오리피스(10)의 직경이 0.05mm 미만인 경우에는 동일 압력하에서 가속효과에 의해 분산성능은 우수하나 단위 시간당 토출량이 떨어져 생산성 측면에서 바람직하지 못하고, 0.5mm를 초과하는 경우에는 생산성은 증가하게 되나 유체의 가속에 상응할 수 있도록 대용량의 고압펌프를 설치하여야 하기 때문에 경제성이 떨어진다.
도 2에 도시한 바와 같이 오리피스의 모양은 둥근 튜브형태로 제작하는 것이 바람직하다. 단위시간당 금속산화물 슬러리의 제조량은 오리피스의 출구부위 직경의 제곱승에 비례하고, 가압압력의 제곱근에 비례하게 되므로 제조장치 설계시 적정 처리량을 고려하여 적정한 오리피스 직경 및 용량의 압력 펌프를 설치할 수 있다. 본 발명에 있어서 분산을 일으키게 하는 힘(power)은 벽면 충돌 이외에 고속유체의 급속한 속도 변화에 따른 전단력(shearing force) 및 압력변화에 따른 공동화(cavitation) 등을 들 수 있으며, 이들 3가지 힘은 복합적으로 작용되어 진다.
본 발명의 분산공정에서 고압펌프(3)에서의 가압에 의해 가속화된 유체의 속도는 100m/초 이상, 바람직하게 350m/초 이상이 되어야 하며, 이와 같은 속도를 실현하기 위한 고압펌프(3)의 요구압력은 유체의 속도가 100m/초인 경우 50기압이 필요하고, 350m/초인 경우에는 유체속도가 500기압이 되어야 한다.
본 발명에서 사용된 고압펌프(3)는 50기압 이상의 성능을 나타낼 수 있는 것이면 어느 것이나 설치가능하다. 본 발명에 적합한 고압펌프 시스템은 유압식으로서, 1차펌프로 30-150 기압으로 가압후 이를 다시 고압펌프를 사용하여 5-20배 증폭하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 본 발명에서와 같이 반도체 소자 CMP용 슬러리를 제조하고자 할 경우에는 고압펌프를 2개 사용하여 압력맥동을 줄여 주면 오리피스에 압력이 일정하게 작용하여 입자분포가 매우 좁고 일정한 슬러리를 얻을 수 있어 효과적이다. 또한 이와 같이 고압펌프를 2개 사용하여 분산한 경우 특히 금속산화물 슬러리에 입자크기 1㎛의 입자가 매우 적게 포함되어 연마시 μ-스크래치 등의 결함이 발생하지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
현재 시판중인 실리카(데구사(Degussa)社의 Aerosil 200 : 표면적 90㎡/g) 130g, 20%-KOH 용액 18g, 탈이온수 860g의 혼합물을 용량 1㎥이고 테프론 코팅된 프리믹싱 탱크에서 혼합한 후 이송펌프(Diaphragm 1-50기압) 및 고압펌프(Intensifier 펌프 50-2500기압)를 이용하여 입구 및 출구의 직경이 0.4mm이고, 내부 오리피스의 직경이 0.2mm이며, 벽면 충돌이 2회 일어나는-타입 구조를 가지는, 소결 다이아몬드 재질의 오리피스가 설치된 분산챔버로 이송하여 500기압에서 유체의 벽면충돌에 의해 분산시켰다. 분산챔버를 통과하여 나온 샘플의 입자크기, 분포 및 평균 입자크기를 입도분석기(Zetasizer, Malvern사)를 이용하여 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2∼6
고압펌프의 압력을 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 7
실시예 1의 실리카 대신 세리아(CeO2: 표면적 30㎡/g)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 8
실시예 1의 실리카 대신 지르코니아(ZrO2:표면적 30㎡/g)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 9∼13
고압펌프의 압력 및 충돌횟수를 하기 표 1에 기재된 것과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 14
실시예 1에서 20%-KOH 용액을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 15-17
실리카의 사용량을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
금속산화물 압력(atm) 충돌횟수(횟수) pH 고형물농도(중량%) 입자분포(㎚) 평균입자(㎚)
실시예 1 SiO2 500 1 10.7 13 40-390 153
실시예 2 SiO2 300 1 10.9 13 50-520 175
실시예 3 SiO2 800 1 10.7 13 30-370 152
실시예 4 SiO2 1000 1 10.7 13 30-350 145
실시예 5 SiO2 1200 1 10.7 13 30-350 147
실시예 6 SiO2 1500 1 10.6 13 30-320 130
실시예 7 CeO2 500 1 6.8 13 40-550 180
실시예 8 ZrO2 500 1 7.3 13 40∼500 180
실시예 9 SiO2 500 2 10.8 13 30-350 141
실시예 10 SiO2 500 5 10.6 13 30-280 135
실시예 11 SiO2 500 10 10.5 13 30∼250 120
실시예 12 SiO2 1200 5 10.5 13 30-300 125
실시예 13 SiO2 2500 10 10.5 13 30-250 115
실시예 14 SiO2 500 1 4.5 13 40-390 150
실시예 15 SiO2 500 1 10.5 18 30-370 150
실시예 16 SiO2 500 1 10.5 25 30-360 147
실시예 17 SiO2 500 1 10.5 30 30-340 145
비교예 1∼9
시판 실리카(SiO2: 표면적 90㎡/g)130g, 20%-KOH 용액 18g, 탈이온수 860g 및 2mm크기의 유리 비드 300g을 2ℓ용량의 다이노밀 분산기에 넣은 후 분산을 실시하고, 각각의 rpm 및 시간경과별 분산결과를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 10
상기 비교예 1에서 실리카 대신 세리아(CeO2: 30㎡/g)를 사용하고, 20%-KOH 용액을 사용하지 않은 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.
비교예 11
상기 비교예 1에서 실리카 대신 지르코니아(ZrO2: 30㎡/g)를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.
금속산화물 RPM 시간(hr) pH 입자분포(㎚) 평균입자(㎚)
비교예 1 SiO2 1000 1 10.9 50-1200 456
비교예 2 SiO2 1500 1 10.9 50-1200 450
비교예 3 SiO2 2000 1 10.9 50-1100 450
비교예 4 SiO2 2500 1 10.8 50-950 430
비교예 5 SiO2 3000 1 10.7 50-800 420
비교예 6 SiO2 2000 2 10.8 50-1100 420
비교예 7 SiO2 2000 5 10.9 50-1100 400
비교예 8 SiO2 3000 2 10.7 50-750 370
비교예 9 SiO2 3000 5 10.7 50-750 350
비교예 10 CeO2 2000 1 7.3 70-1300 570
비교예 11 ZrO2 2000 1 6.7 80-1550 680
실시예 18
고압 펌프의 사용대수에 따른 분산효과를 확인하기 하여 고압펌프를 2개 사용하여 분산 압력 맥동을 최소화한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
비교예 12
고압펌프를 1개 사용한 것을 제외하고는 실시예 18과 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 하기 표 3에 함께 나타내었다.
비교예 12 실시예 18
설정압력(기압) 500 500
압력맥동(기압)최소최대 60500 450500
입자크기분포(nm) 40-550 40-370
평균크기(nm) 178 170
1㎛이상 입자수(개/㎖) 85,500 5,200
연마성능테스트
상기 실시예 1 , 실시예 2, 실시예 7, 실시예 8, 비교예 1, 비교예 10, 비교예 11에 의해 제조된 금속산화물 슬러리에 대하여, 연마 기기로 6EC(STRASBAUGH사)를 사용하고, 웨이퍼로는 P-TEOS를 도포한 6인치 배어웨이퍼(Bare Wafer)를 사용하여 아래와 같은 조건하에서 연마성능을 평가하였다. 구체적으로, 하기 조건하에서 각각의 슬러리를 이용하여 2분간 연마를 실시한 후, 연마 전후의 두께 변화로부터 연마 속도를 측정하였으며, μ-스크래치는 KLA(TENCOR사)기기를 이용하여 측정하여 각각의 슬러리에 대한 연마성능 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
○ 연마 조건
- 패드 타입(Pad type) : IC1000/Suba Ⅳ Stacked (Rodel사)
- 플레이튼 스피드(Platen Speed) : 120rpm
- 퀼 스피드(Quill Speed) : 120rpm
- 프레셔(Pressure) : 7psi
- 백 프레셔(Back Pressure) : 0psi
- 온도 : 25℃
- 슬러리 유량 : 150㎖/분
분산방법 평균입자분포(nm) 연마성능테스트
연마속도(Å/min) μ-스크래치(개)
실시예 1 40-390(150) 3660 5
실시예 2 50-520(170) 3690 7
실시예 7 40-500(178) 7300 42
실시예 8 40-500(180) 4930 42
비교예 1 50-1200(456) 3500 158
비교예 10 70-1300(570) 7210 290
비교예 11 80-1550(680) 6230 170
SS-25(1:1)카봇사 제품 30-390(160) 3430 123
본 발명에 의하면 종래 비드 사용 및 고속믹서를 사용하는 분산방법과는 달리 유체의 벽면충돌에 의해 분산화시키기 때문에 입자분포가 좁고 균일하며, 평균입자분포 30∼500nm 범위내의 초미립화된 슬러리를 수득할 수 있을 뿐만 아니라 제조된 금속산화물 슬러리의 오염이 없거나 극히 적고, 테일링(tailing)이 없어 μ-스크래치성이 우수하며, 분산정도가 압력 및 충돌횟수에 패턴화되어 있어 재현성이 우수하고, 연속방법으로 생산할 수 있어 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 금속산화물과 물을 프리믹스 탱크에서 혼합한 후, 혼합된 수용액상의 금속산화물 슬러리를 이송펌프에 의해 이송하여 고압펌프내에서 고압으로 가속시키고, 가속화된 슬러리를 오리피스가 설치된 분산챔버내로 주입하여 분산시키는 과정을 포함하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법에 있어서, 상기 오리피스로서 오리피스를 통과하는 금속산화물 슬러리가 오리피스 내벽면과 충돌을 일으킬 수 있을 정도로 각진 굽이(curve)를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 사용함을 특징으로 하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리믹스된 금속산화물의 고형물 농도가 5 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물은 실리카(SiO2), 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 금속산화물의 표면적이 20 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 분산쳄버를 단독으로 사용하거나 또는 2개 이상의 동일 또는 다른 유형의 오리피스가 내장된 쳄버를 직렬로 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 오리피스의 직경은 0.05 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 고압펌프내에서 가압할 때 100m/초 이상의 유체속도로 가속시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  8. 제 1항 또는 제 7항에 있어서, 상기 고압펌프를 1개 사용하거나 또는 2개를 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물의 평균입자 분포가 30 내지 500nm 범위내인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 CMP용 금속산화물 슬러리의 분산방법.
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