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1. KR1020090045145 - POLISHING COMPOSITION FOR SILICON WAFER, COMPOSITION KIT FOR SILICON WAFER POLISHING, AND METHODS OF POLISHING SILICON WAFER

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[ KO ]
명 세 서
실리콘 웨이퍼용 연마 조성물, 실리콘 웨이퍼 연마용 조성물 키트 및 실리콘 웨이퍼의 연마 방법 {POLISHING COMPOSITION FOR SILICON WAFER, COMPOSITION KIT FOR SILICON WAFER POLISHING, AND METHODS OF POLISHING SILICON WAFER}
기 술 분 야
 본 발명은 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물, 실리콘 웨이퍼 연마용 조성물 키트 및 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
 반도체 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼의 연마 공정에서, 연마지립인 콜로이달 실리카를 함유하는 연마제 조성물이 많이 사용되었다(예를 들면, 일본 특허 공고 (소)61-38954호(특허 문헌 1)). 최근에는 실리콘 디바이스의 고집적화에 따라, 연마된 실리콘 웨이퍼의 오염이나 결함에 대한 제한이 엄격해지고 있다. 예를 들면, 연마된 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 미량 금속에 의한 오염, 또는 연마제에 함유된 실리카의 결합체에 의한 손상의 발생이 큰 문제가 되고 있으며, 이러한 오염이나 결함에 의해 디바이스 제조 공정의 수율이 저하되는 것을 회피할 수 없었다.
 연마된 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 미소 금속은, 연마제 조성물에 포함되는 금속에 기인하는 것이며, 그 금속 불순물의 대부분은 콜로이달 실리카에서 유래하고 있다고 알려져 있다. 따라서, 연마제 조성물의 금속 불순물 함유량, 특히 콜로이달 실리카의 불순물 함유량을 감소시키는 것이 요구되고 있다. 이 요구에 대하여, 고순도의 콜로이달 실리카를 포함하는 연마 조성물을 사용하는 방법이 제안되어 있지만(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)11-214338호 공보(특허 문헌 2) 참조), 이러한 고순도의 연마 조성물은 일반적으로 고가이기 때문에 비용 문제가 발생한다.
 따라서, 종래의 연마제 조성물에 함유되어 있는 콜로이달 실리카를 실질적으로 함유하지 않는 연마제 조성물로 연마를 하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 (소)62-259769호 공보(특허 문헌 3) 참조). 그러나, 실질적으로 콜로이달 실리카를 함유하지 않는 연마제 조성물은, 피연마물인 실리콘 웨이퍼 표면에 생성되어 있는 산화막(이하, 자연 산화막이라고도 함)을 제거하는 기능이 없기 때문에, 실질적으로 연마를 행할 수 없다.
 자연 산화막의 제거를 목적으로서는 연마 공정에 이용된 예이기는 하지만, 연마 공정 전에 HF 수용액으로 자연 산화막을 제거하고, 그 후 실질적으로 콜로이달 실리카를 함유하지 않는 연마제 조성물로 연마가 행해진 예가 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2002-16025호 공보(특허 문헌 4) 참조). 그러나, HF 수용액으로 자연 산화막을 제거하는 공정은 번잡하고, HF 수용액으로 자연 산화막을 제거하는 공정에서 자연 산화막이 제거된 실리콘 웨이퍼는, 다음의 연마 공정으로 이동하는 동안 그 표면이 완전히 무방비한 상태이기 때문에, 각종 오염의 위험성에 노출된다. 번잡함이나 위험함은, 정밀 연마에서도 조연마에서도 마찬가지이다.
 특허 문헌 1: 일본 특허 공고 (소)61-38954호 공보
 특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (평)11-214338호 공보
 특허 문헌 3: 일본 특허 공개 (소)62-259769호 공보
 특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제2002-16025호 공보
발명의 상세한 설명
 본 발명은 반도체 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막을 제거하고, 이어서 실리콘의 연마를 효율적으로 행하거나, 또는 자연 산화막의 제거와 함께 반도체 웨이퍼의 연마를 효율적으로 행할 수 있는 연마 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 이 연마 조성물을 사용한 실리콘 웨이퍼의 연마 방법 및 이 연마 조성물을 제공하기 위한 키트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 금속 불순물이 매우 적은 연마 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 연마 후의 실리콘 웨이퍼 중의 금속 불순물 및 연마 후의 실리콘 웨이퍼 표면의 손상을 감소시킬 수 있는 연마 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
 본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 연마 조성물은 킬레이트제를 포함할 수 있다. 본 발명에서 알칼리성 물질은, N-(2-아미노에틸)에탄올아민, 피페라진, 2-아미노에탄올, 에틸렌디아민, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화테트라메틸암모늄, 탄산나트륨 또는 탄산칼륨으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 킬레이트제는 에틸렌디아민사아세트산, 디에틸렌트리아민오아세트산, 니트릴로삼아세트산, N-히드록시에틸에틸렌디아민삼아세트산 또는 히드록시에틸이미노이아세트산으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 연마 조성물은 pH가 10.5 내지 12.5인 것이 바람직하다. 본 발명의 연마 조성물은, 산화세륨의 농도가 연마 조성물을 사용하는 사용 포인트에서 상기 조성물 1000 중량부에 대하여 0.0025 내지 1 중량부인 것이 바람직하다.
 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 제공한다. 본 발명의 연마 방법은 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하기 위한 연마 방법(제1 실시 형태)과 산화막의 제거를 포함시킨 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하는 연마 방법(제2 및 제3 실시 형태)을 포함한다.
 제1 실시 형태에 따른 연마 방법은 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아로 실리콘 웨이퍼 표면을 연마하는 공정을 포함한다. 제2 실시 형태에 따른 연마 방법은 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아로 실리콘 웨이퍼 표면을 연마함으로써 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하는 공정과, 이어서 실리콘 웨이퍼를 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물로 연마하는 공정을 포함한다. 제3 실시 형태에 따른 연마 방법은, 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물로 실리콘 웨이퍼를 연마하는 공정을 포함한다.
 또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼 연마용 조성물 키트를 제공한다. 이 키트는 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 포함할 수 있다. 또한, 이 키트의 콜로이달 세리아와 알칼리성 연마 조성물 중 어느 하나 이상에 킬레이트제를 포함시킬 수 있다. 본 발명의 키트에서 알칼리성 물질은 N-(2-아미노에틸)에탄올아민, 피페라진, 2-아미노에탄올, 에틸렌디아민, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화테트라메틸암모늄, 탄산나트륨 또는 탄산칼륨으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 킬레이트제는 에틸렌디아민사아세트산, 디에틸렌트리아민오아세트산, 니트릴로삼아세트산, N-히드록시에틸에틸렌디아민삼아세트산 또는 히드록시에틸이미노이아세트산으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
 본 발명의 연마 조성물을 사용함으로써, 매우 효과적으로 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막의 제거와 실리콘 웨이퍼의 연마를 행할 수 있다. 콜로이달 세리아와 알칼리성 물질을 포함하는 알칼리성 연마 조성물로 연마를 행함으로써, 금속 오염 및 표면 결함을 발생시키지 않고 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막을 제거함과 동시에, 실리콘 웨이퍼의 연마를 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 연마 방법에 따르면, 실리콘 웨이퍼 위의 자연 산화막을 효율적으로 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 연마 방법은 금속 오염 및 표면 결함을 발생시키지 않고 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막을 제거함과 동시에 실리콘 웨이퍼의 연마를 행할 수 있다.
 <발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
 본 발명은 반도체 웨이퍼용 연마 조성물, 특히 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼의 1차 연마에 사용되는 연마 조성물에 관한 것이다.
 본 발명의 제1 실시 형태의 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물은 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 연마 조성물을 포함한다. 본 명세서에서 콜로이달 세리아는 산화세륨 분말을 물에 분산시킨 것을 말한다.
 본 발명의 연마 조성물은 산화세륨을 포함하는 것을 특징으로 한다. 종래에는 산화세륨에 의해 연마하면 실리콘 웨이퍼에 손상이 발생한다고 생각되었기 때문에 산화세륨은 실리콘 웨이퍼의 연마에는 부적합하다고 인식되었다. 따라서, 현재까지 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물로서 산화세륨이 사용되는 경우는 없었다. 본 발명은 산화세륨이 실리콘 웨이퍼의 표면에 생성되어 있는 산화막(자연 산화막)을 효과적으로 제거할 수 있다는 것을 발견한 것에 기초한다. 본 발명의 연마 조성물은, 연마시에 미량의 산화세륨을 포함한 상태로 사용함으로써, 자연 산화막을 효율적으로 제거할 수 있다.
 즉, 본 발명에서 산화세륨은 자연 산화막의 제거를 위해, 물은 연마 공정에서 산화세륨 및 알칼리성 물질을 패드와 반도체 웨이퍼의 접촉면에 공급하기 위해 기능한다.
 본 발명의 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물은 킬레이트제를 추가로 포함할 수 있다. 킬레이트제는 금속에 의한 반도체 웨이퍼의 오염을 방지하기 위한 것이다.
 본 발명의 연마 조성물은 콜로이달 실리카를 포함하지 않기 때문에, 금속 불순물의 혼입이 매우 적으므로 금속 불순물을 포획하기 위한 킬레이트제를 첨가할 필요는 특별히 없다. 그러나, 연마 조성물의 제조 또는 사용 중에 금속 불순물이 혼입될 가능성이 있다. 이 때문에, 이들 금속 불순물을 포획하기 위해 킬레이트제를 사용하는 것은 바람직하다. 킬레이트제를 사용함으로써, 연마 조성물 중에 존재하는 금속 이온이 킬레이트제와 반응하여 착이온을 형성하고, 실리콘 웨이퍼 표면으로의 금속 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
 이하, 각 성분의 설명과 연마제 조성물의 제조법에 대하여 설명한다.
 <연마제 조성물의 각 성분>
 (1) 콜로이달 세리아
 본 발명의 연마 조성물에는 산화세륨 분말과 물을 포함하는 콜로이달 세리아를 사용한다. 콜로이달 세리아는 산화세륨을 물에 분산시켜 제조할 수도 있고, 미리 산화세륨과 물을 혼합한 것을 구입할 수도 있다. 콜로이달 세리아는, 예를 들면 나야콜(Nayacol)사 등으로부터 입수할 수 있다.
 (1-1) 산화세륨
 콜로이달 세리아에 포함되는 산화세륨은 50 내지 500 ㎚, 바람직하게는 80 내지 250 ㎚의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. 산화세륨의 평균 입경이 50 ㎚보다 작으면, 자연 산화막의 제거 효율이 악화된다. 산화세륨의 평균 입경이 500 ㎚를 초과하면, 연마 후의 실리콘 웨이퍼에 손상이 잔존하기 쉽기 때문에 효과적이지 않다.
 산화세륨의 양은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼의 연마에서는, 실제의 연마 가공시에 사용하는 희석된 상태(이하, 연마의 사용 포인트라고도 함)에서 2.5 ppm 내지 1000 ppm(연마 조성물 1000 중량부에 대하여 0.0025 내지 1 중량부), 바람직하게는 2.5 ppm 내지 250 ppm(연마 조성물 1000 중량부에 대하여 0.0025 내지 0.25 중량부)이다. 2.5 ppm 미만이면, 자연 산화막의 제거 효율이 악화된다. 1000 ppm을 초과하면 자연 산화막의 제거는 효율적으로 행해지지만 경제성이 악화된다.
 이와 같이 본 발명에서는 실제 연마 가공시에 사용하는 희석된 상태에서 미량의 산화세륨을 함유하는 것이 바람직하다.
 (2) 물
 본 발명에서는 매체로서 물을 사용한다. 물은 불순물을 최대한 감소시킨 것이 바람직하다. 예를 들면, 이온 교환 수지에 의해 불순물 이온을 제거한 탈이온수를 사용할 수 있다. 나아가서는, 이 탈이온수를 필터에 통과시켜 현탁물을 제거한 것 또는 증류수를 사용할 수도 있다. 한편, 본 명세서에서는 이들 불순물을 최대한 감소시킨 물을 간단히 "물" 또는 "순수"라고 하는 경우가 있으며, 특별히 명기하지 않고 사용하는 경우, "물" 또는 "순수"는 상기한 바와 같은 불순물을 최대한 감소시킨 물을 의미한다.
 (3) 알칼리성 연마 조성물
 본 발명의 조성물은 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 포함한다. 또한, 매체로서 사용하는 물은 상술한 바와 같다.
 (3-1) 알칼리성 물질
 알칼리성 물질은 N-(2-아미노에틸)에탄올아민, 피페라진, 2-아미노에탄올, 에틸렌디아민, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화테트라메틸암모늄, 탄산나트륨 또는 탄산칼륨으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 빠른 연마 속도를 실현하기 위해서는 N-(2-아미노에틸)에탄올아민, 피페라진, 2-아미노에탄올, 에틸렌디아민 등의 아민류로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 연마 조성물에 포함되는 이들 알칼리성 물질의 양은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼의 연마에서는, 연마의 사용 포인트에서 100 ppm 내지 10000 ppm인 것이 바람직하다. 100 ppm 미만이면, 실리콘의 연마 속도가 낮기 때문에 실용적이지 않다. 10000 ppm을 초과하면, 연마면이 부식된 것과 같이 거친 모양이 되기 쉽다.
 (4) 킬레이트제
 본 발명의 조성물은 임의 성분으로서 킬레이트제를 포함한다.
 킬레이트제는 에틸렌디아민사아세트산, 디에틸렌트리아민오아세트산, 니트릴로삼아세트산, N-히드록시에틸에틸렌디아민삼아세트산 또는 히드록시에틸이미노이아세트산으로부터 선택할 수 있다. 본 발명에서는 이들을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 연마 조성물에 포함되는 킬레이트제의 양은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 연마의 경우, 연마의 사용 포인트에서 10 ppm 내지 1000 ppm인 것이 바람직하다.
 <연마제 조성물의 제조>
 본 발명의 연마 조성물은 일반적으로 상기한 각 성분을 원하는 함유율로 물에 혼합하여 분산시킬 수 있다. 예를 들면, 산화세륨 분말을 사용하는 경우, 산화세륨 분말 및 알칼리성 물질을 원하는 함유율이 되도록 물과 혼합할 수 있다. 또한, 콜로이달 세리아를 사용하는 경우에는, 산화세륨 분말과 물로부터 원하는 농도의 콜로이달 세리아를 제조하거나, 또는 콜로이달 세리아를 구입한 경우에는 필요에 따라 물로 원하는 농도로 희석한 후, 알칼리성 물질을 혼합할 수 있다. 상기한 예는 일례이며, 콜로이달 세리아, 알칼리성 물질 및 킬레이트제의 혼합 순서는 임의이다. 예를 들면, 연마 조성물에서 알칼리성 물질 및 킬레이트제 이외의 각 성분의 분산과, 알칼리성 물질 및 킬레이트제의 용해 중 어느 하나를 먼저 행할 수도 있고, 동시에 행할 수도 있다. 또는, 원하는 함유율의 콜로이달 세리아와 원하는 함유율의 알칼리성 연마 조성물을 각각 제조하고, 이들을 혼합할 수도 있다.
 본 발명의 조성물이 킬레이트제를 포함하는 경우에는, 상기한 각 절차 중 어느 하나의 과정에서 킬레이트제(미용해된 것일 수도 있고, 또는 물에 용해시킨 것일 수도 있음)를 원하는 농도로 용해시킬 수 있다.
 상기한 성분을 수중에 분산 또는 용해시키는 방법은 임의이다. 예를 들면, 날개식 교반기에 의한 교반 등을 이용하여 분산시킬 수 있다.
 본 발명의 연마 조성물은, 실제 연마 가공시에 사용하는 희석된 상태에서 공급할 수 있지만, 비교적 고농도의 원액(이하, 간단히 원액이라고도 함)으로서 제조하여 공급할 수 있다. 이러한 원액은 원액의 상태로 저장 또는 수송 등을 행하여, 실제 연마 가공시에 희석하여 사용할 수 있다. 본 발명의 연마 조성물은, 연마 조성물의 취급의 관점에서 고농도의 원액 형태로 제조되어 연마 조성물의 수송 등이 행해지며, 실제 연마 가공시에 연마 조성물을 희석하는 것이 바람직하다.
 상술한 각 성분의 바람직한 농도 범위는, 실제 연마 가공시(연마의 사용 포인트)의 것을 기재하였다. 원액의 경우 연마 조성물은 당연히 고농도가 되며, 그 바람직한 농도는 연마 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 산화세륨이 0.01 내지 10 중량%, 알칼리성 물질이 5 내지 25 중량%, 킬레이트제가 0.04 내지 4 중량%이다.
 본 발명의 연마 조성물은 알칼리성 물질을 포함하는 경우, 10.5 내지 12.5의 pH를 갖는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서 실리콘 웨이퍼의 연마를 효율적으로 행할 수 있다.
 이어서, 본 발명의 연마 방법을 설명한다. 본 발명의 연마 방법은 상기 본 발명의 연마 조성물을 사용한 연마 방법이다.
 제1 실시 형태의 연마 방법은 실리콘 웨이퍼 표면 위의 산화막을 제거하기 위한 연마 방법이다. 이 연마 방법에서는, 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아를 연마제로서 사용한다. 구체적으로는, 원하는 농도를 갖는 콜로이달 세리아를 준비하여 실리콘 웨이퍼를 이 콜로이달 세리아로 연마하고, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 공정을 포함한다.
 제2 실시 형태의 연마 방법은 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 사용하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이다. 구체적으로는, 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아로 실리콘 웨이퍼 표면을 연마함으로써 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하는 공정과, 이어서 실리콘 웨이퍼를 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물로 연마하는 공정을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이다.
 제3 실시 형태의 연마 방법은 콜로이달 세리아 및 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 연마제를 사용하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이다. 구체적으로는, 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 실리콘 웨이퍼용 연마 조성물로 실리콘 웨이퍼를 연마하는 공정을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이다.
 본 발명의 연마 방법의 연마 공정에는 공지된 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 보유된 실리콘 웨이퍼를 연마천을 부착한 회전반에 밀착시키고, 연마액을 흘려 회전시킴으로써 연마를 행할 수 있다. 연마액의 유량, 회전판 등의 회전 속도 등의 조건은 연마의 조건에 따라 상이하지만, 종래의 조건 범위를 이용할 수 있다.
 본 발명에서 연마 가능한 웨이퍼는 바람직하게는 실리콘 웨이퍼이며, 예를 들면 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등을 포함하는 것이다. 이하의 설명에서는, 실리콘 웨이퍼를 예를 들어 설명한다.
 제1 실시 형태에 따른 연마 방법에서는, 우선 원하는 농도의 산화세륨을 포함하는 콜로이달 세리아를 상기한 연마 조성물의 제조법의 란에서 설명한 절차로 준비한다. 콜로이달 세리아가 고농도의 원액으로 준비되는 경우, 원액을 물로 원하는 농도로 희석한다. 희석은 교반법 등의 공지된 혼합 또는 희석 수단을 사용하여 행할 수 있다. 콜로이달 세리아의 산화세륨 분말의 함유량은 연마의 사용 포인트에서 2.5 내지 1000 ppm인 것이 바람직하다.
 이어서, 산화세륨과 물을 포함하는 미량의 산화세륨을 포함하는 콜로이달 세리아를 사용하여 실리콘 웨이퍼를 연마한다. 이 미량의 산화세륨을 포함하는 콜로이달 세리아를 사용하는 연마 공정은 특히 실리콘 웨이퍼 위에 형성되는 자연 산화막의 제거에 적합하다. 따라서, 산화세륨과 물을 포함하는 콜로이달 세리아는 실리콘 웨이퍼 위에 형성되는 자연 산화막 제거용의 연마 조성물로서 본원 발명에 포함된다.
 본 발명의 제2 실시 형태의 연마 방법에서는, 우선 원하는 농도의 산화세륨을 포함하는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 상기한 연마 조성물의 제조법의 란에서 설명한 절차로 준비한다. 이들 연마제를 사용하여 실리콘 웨이퍼 표면 위의 산화막(자연 산화막)을 제거하는 공정과, 실리콘 웨이퍼를 연마하는 공정을 포함하는 2단계의 절차로 연마를 행한다. 또한, 콜로이달 세리아를 연마제로서 사용하는 경우, 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 추가로 알칼리성 연마 조성물로 연마하는 2단계의 방법을 취하는 것은, 콜로이달 세리아가 자연 산화막의 제거는 행할 수 있지만, 실리콘 웨이퍼의 연마는 행할 수 없기 때문에, 알칼리성 연마 조성물로 연마를 행할 필요가 있다. 자연 산화막의 제거 공정과 실리콘 웨이퍼의 연마 공정은, 각각의 공정으로 이루어지는 연속된 일련의 공정으로서 행할 수도 있고, 또는 연속하지 않는 각각의 공정으로 행할 수도 있다.
 제3 실시 형태의 연마 방법에서는, 콜로이달 세리아 및 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물을 사용하기 때문에, 연마제 중에 미리 알칼리성 물질을 포함시킨다. 그 때문에, 자연 산화막의 제거를 행하면서 실리콘 웨이퍼의 연마를 행할 수 있다.
 본 발명의 연마 조성물은, 연마액으로서 소정의 농도로 각 성분을 미리 혼합하여 실리콘 웨이퍼와 같은 피연마물에 공급하는 것이 바람직하다.
 이어서, 본 발명의 연마용 조성물 키트에 대하여 설명한다.
 연마용 조성물 키트의 제1 실시 형태는, 콜로이달 세리아 및 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물을 포함한다.
 연마용 조성물 키트의 제2 실시 형태는, 콜로이달 세리아, 알칼리성 물질과 물을 포함하는 알칼리성 연마 조성물 및 킬레이트제를 포함한다.
 본 발명의 연마용 조성물 키트에서는, 콜로이달 세리아 및 알칼리성 연마 조성물은 각각 상이한 용기에 수용되는 것이 바람직하다. 또한, 킬레이트제는 콜로이달 세리아 및 알칼리성 연마 조성물 중 어느 하나 또는 모두에 첨가할 수 있다.
 또한, 본 발명의 연마용 조성물 키트의 상기 형태는 일례이며, 다양한 형태를 취할 수 있다는 것은 당업자에게 있어서 분명하다. 예를 들면, 콜로이달 세리아는 물과 미리 혼합된 상태로 용기에 수용될 수도 있고, 또는 산화세륨 분말과 물을 각각 포장하여 용기에 수용할 수도 있다. 또한, 알칼리성 연마 조성물의 알칼리성 물질은 물과 미리 혼합된 상태로 용기에 수용될 수도 있고, 또는 알칼리성 물질과 물을 각각 포장하여 용기에 수용할 수도 있다. 또는, 본 발명의 연마용 조성물 키트의 각 성분(각 물질과 매체)은 각각의 용기에 수용할 수도 있고, 각 성분의 일부를 미리 혼합하여 1개의 용기에 수용할 수도 있다.
 본 발명에서, 알칼리성 물질 또는 킬레이트제가 복수 포함되는 경우에는, 이들은 1개의 용기에 포함될 수도 있고, 또는 각각의 용기에 포함될 수도 있다.
 본 발명의 키트는 상기 연마용 조성물의 각 성분 뿐만 아니라, 필요에 따라 각 성분을 혼합하여 교반하기 위한 혼합 용기, 교반 장치, 사용 설명서 등(단, 이들로 한정되지 않음)의 추가 요소를 첨가할 수 있다.
 본 발명의 연마용 조성물 키트는, 실제 연마 가공시에 사용하는 희석된 상태로 포장하여 저장 및 수송할 수 있지만, 원액의 연마 조성물을 각 조성물의 성분으로 나눈 상태로 포장하여 저장 및 수송할 수도 있다. 원액의 경우, 예를 들면 콜로이달 세리아, 알칼리성 물질 및 킬레이트제의 고농도의 원액을 키트로서 원하는 형태로 포장하여 저장 및 수송하고, 연마 직전에 그 원액을 소정의 농도로 혼합하여 희석할 수 있다. 본 발명의 키트에서는, 콜로이달 세리아에 포함되는 산화세륨의 농도가 0.01 내지 20 중량%인 것이 바람직하다.
 상술한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물, 연마 방법, 연마용 조성물 키트는, 실리카 등의 금속 오염이나 표면 결함이 있는 기가 되는 지립을 포함하지 않기 때문에, 금속 오염 및 표면 결함을 발생시키지 않는다. 또한, 극미량의 산화세륨을 포함하기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막의 제거와 실리콘 웨이퍼의 연마를 행할 수 있다.
실 시 예
 이하에 본 발명의 실시예를 기재한다. 이하의 실시예에서, 특별히 언급하지 않는 한 수치는 중량부이다. 또한, 이하의 실시예는 본 발명의 예시이며, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다.
 <연마 방법>
 우레탄계 패드(닛타 하스사 제조 SUBA600)를 부착한 회전하는 정반(正盤)에 P 타입, (100)의 4인치 실리콘 웨이퍼를 보유한 헤드 2기를 가압하고, 헤드도 회전시켜, 하기 표 1 등에 기재된 각 연마액을 공급하여 연마를 행하였다. 연마의 진전은 패드의 온도를 모니터함으로써 행하였다. 연마의 전후에 웨이퍼의 중량을 측정하고, 중량 감소로부터 연마 속도를 산출하였다.
 <연마 조건>
 압력: 300 gr/㎠
 정반 회전수: 120 rpm
 연마액 공급 속도: 200 ㎖/분
 연마액 온도: 약 25 ℃
 연마 초기의 패드 온도: 약 35 ℃
 (실시예 1 내지 4)
 콜로이달 세리아 및 알칼리성 연마 조성물을 사용한 실리콘 웨이퍼의 2단계 연마 및 콜로이달 세리아만을 사용한 실리콘 웨이퍼의 연마의 예를 나타낸다.
 <연마액의 준비>
 연마액 A
 하기 표 1에 나타낸 각 성분을 혼합하여, 연마액 A(콜로이달 세리아 연마제)를 제조하였다.
 
표 1
 DIW: 탈이온수
 콜로이달 세리아: 산화세륨 5 중량%를 포함하는 수용액
 연마액 B
 하기 표 2에 나타낸 각 성분을 혼합하여, 연마액 B(알칼리성 연마 조성물)를 제조하였다.
 
표 2
 DIW: 탈이온수
 EA: N-(2-아미노에틸)에탄올
 PD: 피페라진
 상술한 연마 조건을 사용하여 표 3에 나타낸 실시예 1 내지 4의 연마를 행하고, 연마 속도를 측정하였다.
 
표 3
 결과
 실시예 1 내지 4의 연마 속도(μ/분)는 이하와 같다.
 
표 4
 상기한 결과는, 연마액 A는 산화막에만 작용하고, 실리콘 연마에는 관여하지 않는다는 것을 나타내고 있다. 또한, 연마액 B는 산화막이 제거된 후, 실리콘을 연마하고 있는 것을 나타내고 있다.
 이상의 결과로부터 콜로이달 세리아는, 실리콘 웨이퍼 위의 산화막만을 제거한다는 것을 알 수 있었다.
 (실시예 5 내지 10, 비교예 1 내지 5)
 콜로이달 세리아 및 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 연마액을 사용하여 실리콘 웨이퍼의 연마의 예를 나타낸다. 실시예 5 내지 10 및 비교예 1 내지 5는, 6인치 실리콘 웨이퍼를 보유한 헤드 1기를 가압하여 연마하였다. 한편, 비교예로서, 콜로이달 세리아 대신에 콜로이달 실리카를 사용한 연마의 예 및 알칼리성 연마 조성물만을 사용한 연마의 예를 나타내었다.
 하기 표 5에 나타낸 각 성분을 혼합하여, 연마액을 제조하였다. 이들 연마액을 사용하여, 상기 연마 조건으로 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하였다. 연마 시간은 20분으로 하였다.
 
표 5
 DIW: 탈이온수
 EA: N-(2-아미노에틸)에탄올
 PD: 피페라진(6수염)
 콜로이달 세리아: 산화세륨 5 중량%를 포함하는 수용액
 콜로이달 실리카: 산화규소 농도 50 중량%의 수용액
 <결과>
 자연 산화막을 제거할 수 있게 될 때까지의 시간을 측정하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.
 
표 6
 미량의 산화세륨(콜로이달 세리아) 및 알칼리성 연마 조성물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물은 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막의 제거와 실리콘 웨이퍼의 연마를 동시에 행할 수 있다.
 콜로이달 실리카를 사용한 비교예 3 내지 5에서는, 실리콘 웨이퍼가 연마되기 위해서는 콜로이달 세리아에 비해 상당히 고농도의 콜로이달 실리카를 사용할 필요가 있으며, 평균 연마 속도도 본 발명의 조성물에 비해 느리다는 것을 알 수 있었다. 미량의 세리아와 알칼리성 물질을 포함하는 본 발명의 연마 조성물은, 우선 산화막을 제거하고, 이어서 실리콘을 효율적으로 연마한다는 것을 알 수 있었다.
 (실시예 11 및 비교예 6)
 연마 조성물 중에 포함되는 금속 불순물의 농도를 측정하였다. 측정한 연마 조성물은, 실시예 6의 연마액 및 비교예 5의 연마액의 원액이며, 아질런트(Agilent) 7500 ICP-MS에 의해 측정하였다. 결과를 표 7에 나타낸다.
 
표 7
 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물은 종래의 연마 조성물에 비해 금속 불순물을 감소시킬 수 있다.
산업상 이용 가능성
 본 발명은 반도체 웨이퍼의 연마의 분야에 이용 가능하다.