[논문]연마 Recycling 시간에 따른 콜로이드 실리카 슬러리의 안정성 및 연마속도

최은석; 배소익

doi:10.4191/kcers.2007.44.2.098

연마 Recycling 시간에 따른 콜로이드 실리카 슬러리의 안정성 및 연마속도
Effect of Recycling Time on Stability of Colloidal Silica Slurry and Removal Rate in Silicon Wafer Polishing 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.44 no.2 = no.297, 2007년, pp.98 - 102

최은석 ((주)실트론 기술연구소) , 배소익 ((주)실트론 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The stability of slurry and removal rate during recycling of colloidal silica slurry was evaluated in silicon wafer polishing. The particle size distribution, pH, and zeta potential were measured to investigate the stability of colloidal silica. Large particles appeared as recycling time increased while average size of slurry did not change. Large particles were identified by EDS(energy dispersive spectrometer) as foreign substances from pad or abraded silicon flakes during polishing. As the recycling time increased, pH of slurry decreased and removal rate of silicon reduced but zeta potential decreased inversely. Hence, it could be mentioned that decrease of removal rate is related to consumption of $OH^-$ ions during recycling. Attention should be given to the control of pH of slurry during polishing.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 실리콘 웨이퍼의 1차 폴리싱 과정을 통해, 폴리싱에 사용되는 슬러리의 recycling 시간에 따른 안정성에 관하여 연마 입자의 입도 분포 및 안정성, pH, 제타 전위(zeta potential) 관점에서 평가하였고, recycling 과정 중 pH 변화와 wafer 연마 속도와의 상관 관계에 관하여 고찰하였다.
본 연구에서는 콜로이드 실리카가 연마 입자로 사용된 상용화된 실리콘 웨이퍼 연마용 슬러리인 Nalco 2371 (Rohm and Haas Co.)을 사용하여 1차 폴리싱 과정 동안 recycling을 하면서 연마 과정 중에 발생하는 슬러리의 안정성과 그에 따른 웨이퍼 연마 속도에 관하여 고찰하였다. 실험에 사용된 슬러리는 28wt%의 콜로이드 실리카를 함유한 것으로서, 실리콘 웨이퍼 폴리싱을 위해 콜로이드 실리카의 함량을 2.

가설 설정

100분(Fig. 3(b))까지 recycling 후에도 하나의 정규 분포만을 보인다. 하지만 180분(Fig.

제안 방법

5 wt%로 초순수와 혼합하여 사용하였다. Recycling 시간은 총 500분으로써 웨이퍼 연마 안정성을 확보하기 위해 250분 recycling 과정을 통해 연마 후 총 슬러리 용량의 50%를 배수하고, 그 양만큼 새로운 슬러리로 보충하여 나머지 250분 동안 recycling 하면서 웨이퍼 연마를 진행하였다. Fig.
슬러리 recycling 과정 중 발생하는 pH 감소와 실리콘웨이퍼의 연마 속도에 관한 영향을 슬러리의 pH를 변화시키면서 연마 전후 웨이퍼 두께 측정을 통해 평가하였다. Fig.
Recycling 시간에 따른 슬러리 안정성을 분석하기 위한 시료는 슬러리 공급 탱크에서 필터를 통하여 웨이퍼로 공급되는 것을 채취하였다. 슬러리는 pH(HandyLab pH/LF12, Schott), 입도 및 제타 전위(ELS 8000, Otsuka Electronics), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, ERAX-8000)과 EDS(energy dispersive spectrometer, Voyager3000)를 이용하여 평가하였다. 슬러리의 pH 변화에 따른 연마 속도변화는 200 mm 실리콘 웨이퍼(p-type, (100))를 polishing machine(POLI-500, GNP Tech.
슬러리는 pH(HandyLab pH/LF12, Schott), 입도 및 제타 전위(ELS 8000, Otsuka Electronics), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, ERAX-8000)과 EDS(energy dispersive spectrometer, Voyager3000)를 이용하여 평가하였다. 슬러리의 pH 변화에 따른 연마 속도변화는 200 mm 실리콘 웨이퍼(p-type, (100))를 polishing machine(POLI-500, GNP Tech.) 통해 연마를 진행한 후 연마 전후 두께 측정 (ADE 9500, ADE Corp.)을 통하여 확인하였다. 실리콘 웨이퍼 연마를 위한 상세한 연마 조건은 Table 1에 나타내었다.
4 는 recycling 과정 전후와, recycling 후 슬러리 침전물의 주사 전자현미경 사진이다. 슬러리의 침전물을 분석하기 위해서 미세 그리드에 액상의 슬러리를 떨어뜨려 건조한 후에 진행하였다. Recycling 전 슬러리는 Fig.
연마 입자 외에 슬러리 내부에 존재하는 거대 입자의 존재를 확인하고자 좀더 상세한 분석을 진행하였다. Fig.
콜로이드 실리카로 구성되어 있는 실리콘 웨이퍼 CMP 용 슬러리를 이용한 폴리싱에서 recycling 시간에 따른 안정성과 웨이퍼 연마 속도와의 관련성에 관해 고찰하였다. Recycling 시간에 따라 슬러리의 평균 입도 크기는 일정하게 유지 되었다.

대상 데이터

먼저 슬러리 공급 탱크에서 슬러리가 공급되고 웨이퍼 연마 과정에 참여한 슬러리는 다시 슬러리 공급 탱크로 회수 및 공급되는 과정을 걸쳐 진행된다. Recycling 시간에 따른 슬러리 안정성을 분석하기 위한 시료는 슬러리 공급 탱크에서 필터를 통하여 웨이퍼로 공급되는 것을 채취하였다. 슬러리는 pH(HandyLab pH/LF12, Schott), 입도 및 제타 전위(ELS 8000, Otsuka Electronics), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, ERAX-8000)과 EDS(energy dispersive spectrometer, Voyager3000)를 이용하여 평가하였다.
)을 사용하여 1차 폴리싱 과정 동안 recycling을 하면서 연마 과정 중에 발생하는 슬러리의 안정성과 그에 따른 웨이퍼 연마 속도에 관하여 고찰하였다. 실험에 사용된 슬러리는 28wt%의 콜로이드 실리카를 함유한 것으로서, 실리콘 웨이퍼 폴리싱을 위해 콜로이드 실리카의 함량을 2.5 wt%로 초순수와 혼합하여 사용하였다. Recycling 시간은 총 500분으로써 웨이퍼 연마 안정성을 확보하기 위해 250분 recycling 과정을 통해 연마 후 총 슬러리 용량의 50%를 배수하고, 그 양만큼 새로운 슬러리로 보충하여 나머지 250분 동안 recycling 하면서 웨이퍼 연마를 진행하였다.
이들의 근원을 살펴보면 Si와 0는 슬러리의 연마 입자인 콜로이드 실리카와 연마된 실리콘 웨이퍼에 기인한 것이다. 실험에 사용된 패드는 주 성분이 폴리에스테르 및 폴리우레탄 계열로써 C, H, O 등의 원소로 구성되어 있어 C의 경로는 패드임을 알 수 있다. 결국 연마 부산물로써 검출된 이물질이 슬러리의 연마 입자, 연마된 실리콘 웨이퍼와 연마된 패드에 의해서 발생된 것임을 확인할 수 있었다.

성능/효과

하지만 li아it scattering intensity distribution 에 의한 분포를 살펴보면 100분 이상 recycling이 진행됨에 따라 연마 부산물의 유입으로 인해 거대 입자 분포가 나타났고, EDS 결과로부터 이는 연마 과정 중에 유입된 연마 패드 및 연마된 실리콘 입자와 콜로이드 실리카로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다. Recycling 시간이 증가함에 따라 슬러리의 pH는 감소하는 반면, 제타 전위는 증가하는 경향을 나타내었다. pH의 감소는 슬러리 내의 OH「이온의 감소로 이어진다.
외부의 조건에 의해 슬러리의 화학적 안정성이 저하되면 콜로이드 실리카의 분산 안정성이 저하되어 균일하게 분산되어 있는 연마 입자는 응집이 되고 입도 크기는 증가하게 된다.〃 하지만 1차 폴리싱을 진행하면서 recycling 하는 동안 슬러리의 평균 입도 크기에는 변화가 없는 것으로 보아 recycling 하는 과정에서의 슬러리 화학적인 안정성은 비교적 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
실험에 사용된 패드는 주 성분이 폴리에스테르 및 폴리우레탄 계열로써 C, H, O 등의 원소로 구성되어 있어 C의 경로는 패드임을 알 수 있다. 결국 연마 부산물로써 검출된 이물질이 슬러리의 연마 입자, 연마된 실리콘 웨이퍼와 연마된 패드에 의해서 발생된 것임을 확인할 수 있었다.
Recycling 시간에 따라 슬러리의 평균 입도 크기는 일정하게 유지 되었다. 하지만 li아it scattering intensity distribution 에 의한 분포를 살펴보면 100분 이상 recycling이 진행됨에 따라 연마 부산물의 유입으로 인해 거대 입자 분포가 나타났고, EDS 결과로부터 이는 연마 과정 중에 유입된 연마 패드 및 연마된 실리콘 입자와 콜로이드 실리카로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다. Recycling 시간이 증가함에 따라 슬러리의 pH는 감소하는 반면, 제타 전위는 증가하는 경향을 나타내었다.

참고문헌 (10)

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