KR100216389B1 - 더미 웨이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조공정에서 사용되는 테스트 더미웨이퍼를 제공하며, 그것은 실리콘 웨이퍼보다 더 양호한 엣칭저항과 기판에 요구되는 양호한 경면특성 및 평면도를 가지며 제조공정에서 아무런 오염을 일으키지 않는다. 더미 웨이퍼는 유리상 카본으로 구성되며 적어도 한면은 바람직하게 0.005㎛이하인 표면거칠기 (Ra)를 갖도록 경면연마된다.

본 발명의 더미 웨이퍼는 CVD막의 두께를 모니터링하기 위하여 더미 웨이퍼로서의 매우 양호한 특성을 갖는다. 0.1Ω·㎝이하인 고유 전기저항을 갖는 더미 웨이퍼는 스퍼터링에 의해 형성된 막의 두께를 모니터링하고, 청정도를 확인하기위하여 더미 웨이퍼로서 매우 양호한 특성을 나타낸다.

Description

[발명의 명칭]

더미 웨이퍼

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 반도체 메모리와 반도체 집적회로와 같은 반도체 디바이스 제조공정에서 사용하는 더미 웨이퍼에 관한 것이다.

[관련기술의 설명]

반도체 디바이스 제조에 있어서 경면연마된 실리콘 웨이퍼가 기판으로서 사용되고, 목적으로 하는 반도체 디바이스 형태에 따라서 폴리실리콘 또는 Si₃N₄막이 CVD에 의해서 기판에 형성되거나, W박막이 스퍼터링에 의해 기판에 형성된다.

반도체 디바이스의 성능과 집적도가 증가함에 따라서 요구품질은 계속해서 엄격해지고 매우 높은 수준의 가공정도와 청정도가 요구된다. 그러므로 반도체 디바이스 제조라인에서 제품과 동일 방식으로 경면연마된 실리콘 웨이퍼는 각 공정에서 가공 정도와 세정도를 확인하는 동안 각 프로세싱이 실행되도록 하기 위해 각종의 검사 항목을 검토하기 위한 테스트 웨이퍼(이하 더미 웨이퍼로 참조됨)로 사용된다. 그런 더미 웨이퍼에 대한 예는 막 형성후 막 두께를 모니터링 하기 위해 사용되는 더미 웨이퍼, 웨이퍼에 부착된 입자의 수를 측정함으로써 각 공정의 정도를 검사하기 위한 더미 웨이퍼 등을 포함한다.

반도체 디바이스 제조라인은 일반적으로 적어도 100가지 공정으로 이루어지므로, 다수의 더미 웨이퍼가 요구된다. 실리콘 웨이퍼는 고가이며 따라서 가능한한 여러번 더미 웨이퍼로서 반복해서 사용되어질 것이 요구된다. 예를들어 막 두께를 모니터링하는데 사용되는 더미 웨이퍼는 그 위에 형성된 박막이 엣칭에 의해 제거된 후 다시 사용된다. 그러나 엣칭된 실리콘 웨이퍼는 표면 특성이 열화되며, 그래서 또다시 경면연마되어야 한다. 또한 실리콘 웨이퍼의 표면특성은 자체적으로 막형성에 사용된 재료에 좌우되므로, 엣칭에 의해 열화된 층을 엣칭에 의해 제거하는 것이 필요하다.

그런 경우에 있어서, 엣칭 후에 실리콘 웨이퍼를 재 연마함으로써 경면이 얻어진다해도 웨이퍼의 두께가 점차적으로 감소하기 때문에 반복사용의 횟수는 제한된다.

따라서, 실리콘 웨이퍼와 같은 특성을 나타내고 더미 웨이퍼로서 사용될 때, 뛰어난 엣칭 저항을 나타내는 대체 재료에 대해 실험이 행해진다.

실리콘 웨이퍼에 대한 대체 재료의 실례는 경면연마되고 SiC, Si₃N₄등으로 된 세라믹 기관으로 구성되는 더미 웨이퍼를 포함한다. 그러나 그런 더미 웨이퍼는 경면특성과 편평도 견지에서는 실리콘 웨이퍼보다 열등하며, 제조공정에서 먼지 입자를 발생하는 문제점을 가지며 따라서 반도체 디바이스 오염원을 일으키는 문제점을 갖고 있다.

[발명의 요약]

본 발명은 상기한 상황을 고려하여 달성되었으며 본 발명의 목적은 실리콘 웨이퍼 보다 더 뛰어난 엣칭 저항기판에 대해 요구되는 뛰어난 경면특성과 편평도를 가지며 제조공정에서 어떠한 오염원도 일으키지 않는 더미 웨이퍼를 공급하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 적어도 한 개의 면이 0.005㎛이하인 표면거칠기(Ra)를 갖도록 경면처리되고 유리상 카본을 포함하며 반도체 디바이스 제조공정에서 사용되는 테스트 더미 웨이퍼가 제공된다.

본 발명에 따라 더미 웨이퍼는 CVD에 의해 형성된 두께를 모니터링하기 위한 양호한 특성을 갖는다. 그러나, 0.1Ω·㎝이상의 고유전기저항값을 갖는 더미 웨이퍼는 스퍼터링에 의해 형성된 막의 두께를 모니터링하고, 청정도를 확인하기 위한 더미 웨이퍼로서 매우 양호한 특성을 나타낸다.

더미 웨이퍼에 대해 열간 정수압 가압(hot htdrostatic pressing)처리가 수행되었을 때 고밀도 제품이 획득된다.

그 제품이 경면연마될 때, 더욱 양호한 경면특성과 엣칭저항을 갖는 더미 웨이퍼가 얻어진다.

반도체 디바이스 제조공정에서 테스트 더미 웨이퍼로서 사용되는 실리콘 웨이퍼를 대용할 수 있고 우수한 엣칭저항을 나타내는 재료를 찾기 위한 집중적인 연구결과 본 발명자들은 본 발명의 목적이 유리상 카본을 사용하여 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다.

비록 종래의 세라믹 기판이 좋지 않은 경면특성과 편평도에 대한 문제점과 제조공정에서 생겨난 입자에 기인한 오염원을 일으키는 문제점을 갖고 있지만, 유리상카본을 갖는 더미 웨이퍼는 이런 모든 문제를 제거할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 더미 웨이퍼는 (1) 우수한 경면특성, (2) 편평도를 가지며, (3) 제조공정에서 생긴 입자에 기인한 오염원을 일으키지 않는다.

(1) 종래의 세라믹 더미 웨이퍼는 다결정체로 이루어지며 그래서 결정입계는 경면 연마된 표면에 나타나며, 그렇게 해서 기껏해야 0.008㎛인 표면거칠기(Ra)를 얻는다. 반면에 본 발명의 더미 웨이퍼는 비결정 유리상 카본으로 이루어지고 그래서 경면연마에 의해 결정입계가 나타나지 않으며, 그렇게 해서 0.005㎛이하인 표면거칠기(Ra)를 갖는 우수한 경면을 얻는다.

(2) 편평도에 대해 종래의 세라믹 더미 웨이퍼는 외부치수에서 200㎛정도의 휨을 나타내며 이것은 불만족 스럽지만, 본 발명의 더미 웨이퍼는 외부치수에서 실리콘 웨이퍼와 같은 수준인 50㎛정도의 휨을 나타낸다.

(3) 일부의 제조공정에서 종래의 세라믹 더미 웨이퍼는 플라즈마 조사에 의해 먼지 입자를 발생시키며 따라서 이것이 반도체 디바이스의 오염원을 일으킨다. 비록 본 발명의 더미 웨이퍼가 플라즈마 조사에 의해 미세입자를 발생시키지만, 그 미세입자는 탄소 입자이며 따라서 플라즈마 분위기하에서 쉽게 기화함으로써 반도체 디바이스의 어떠한 오염원도 일으키지 않는다.

그런 이유에서 적어도 한 면이 0.005㎛이하인 표면거칠기(Ra)을 가지며 경면연마된 유리상카본을 포함하는 더미 웨이퍼는 Si₃N₄또는 폴리실리콘을 사용하여 CVD에 의해 형성된 막의 두께를 모니터링하는 더미 웨이퍼로서 사용될 수 있다.

심지어 Si₃N₄또는 폴리실리콘의 박막이 더미 웨이퍼를 재사용하기 위해 엣칭에 의해서 제거될 때라도, 더미 웨이퍼는 엣칭후 표면거칠기가 실리콘 웨이퍼에서와 같이 열화되지 않으며, 따라서 매우 양호한 엣칭 저항을 갖는다.

또한 본 발명자는 유리상 카본을 포함하는 더미 웨이퍼가 Si₃N₄4 또는 폴리실리콘을 사용하여 CVD에 의해 형성된 막의 두께를 모니터링하기 위한 더미 웨이퍼이외의 더미 웨이퍼로서 사용될 수 있도록 하기 위해 유리상카본의 고유전기 저항이 제어될 수 있다는 것을 알게 되었다.

상세히는, 도미 웨이퍼가 스퍼터링에 의해서 형성된 막의 두께를 모니터링하기 위한 더미 웨이퍼로 대체될 수 있도록 하기 위해 고유전기저항이 적어도 0.1Ω·㎝로 제어될 수 있다. 또한, 더미 웨이퍼는 그 더미 웨이퍼에 부착된 입자의 수를 측정하므서 각 단계에서 청정도를 검사하기 위한 입자수 측정 더미 웨이퍼로서도 사용될 수 있다.

본 발명의 더미 웨이퍼를 생산하는 방법은 한정되지 않으며 그 더미 웨이퍼는 공지된 방법대로 열경화성 수지분발의 성형체를 성형하고, 불활성 가스중에서 성형체를 소정한 후, 적어도 일면이 0.005㎛이하의 표거칠기 (Ra)를 갖도록 경면연마를 실시한다.

더미 웨이퍼의 고유 전기저항은 온도 증가율, 발화온도, 발화시간 등을 제어함으로써 제어될 수 있다. 예를들어 고유 전기저항은 발화온도를 낮은 수준으로 설정함으로서 증가될 수있다.

더미 웨이퍼가 소성후 열간 정수압처리를 거치고, 그 다음 경면연마될 때, 고밀도 유리상카본이 획득되고 그 결과 더미 웨이퍼는 경면 연마에 의해 감소된 표면 거칠기를 갖는 매우 양호한 표면특성과 더욱 양호한 엣칭 저항을 저항을 갖는다.

본 발명은 유리상카본을 포함하는 조성에 한정되지 않으며 통상의 열경화성 수지가 재료로서 사용될 수 있다. 사용될 수 있다고 알려진 수지재료의 예로는 페놀수지, 에폭시수지, 폴리에스터수지, 푸란수지, 요소수지, 멜러민수지, 알키드수지, 크실렌수지 등이 있다.

[발명의 상세한 설명]

비록 본 발명이 실시예에 관해서 설명되었지만 본 발명은 이러한 실시예에 제한되지 않으며 적절한 수정이 상기 및 이하에서 설명된 발명의 요지에 따라 본 발명의 기술적 범위내에서 이루어질 수 있다.

[실시예 1]

이 발명의 3가지 더미 웨이퍼에 대한 실례 1부터 3까지가 다음에 준비되어 있다.

[본 발명의 실례 1]

100 내지 200㎛크기는 미립자를 갖는 페놀 포름알데히드 수지분말이 24시간동안 100℃의 온도에서 건조되고, 주입 성형기의 원재료 공급장치에 공급되고 그 다음 성형온도 160℃와 성형압력 200㎏/㎠에서 1분동안 유지된 후 외부지름(Φ)이 150㎜이고 두께 1.5㎜를 갖는 디스크형태로 성형된다. 성형체의 스풀이 제거되고, 버는 성형체의 가장자리로부터 제거된다. 그 다음 성형체는 찌그러짐을 제거하기 위해 2분동안 압력 100㎏/㎠ 및 고압에서 120℃로 유지된다.

그 성형체는 고순도 흑연지그에 의해 유지되고 다음의 상태에서 탄화된다. 즉, 성형체는 120 내지 450℃, 450℃ 내지 850℃ 그리고 850 내지 1450℃의 온도범위내에서 각각의 온도증가율 10±3℃/hr, 15±3℃/hr 그리고 20±3℃/hr에서 100㎖/min의 유량의 질소가스 분위기하에서 소성된다. 그 다음 성형체는 최고도달온도에서 5시간동안 유지된 다음 850℃의 온도범위내에서는 25℃/hr의 율로 그리고 온도가 감소단계동안에 850℃아래의 온도범위내에서 냉각된다.

소성후, 기판은 연삭기에 의해 100±0.5㎜의 외부지름이 되도록 가공되며, 그 연삭기는 연삭기의 선단에 장착된 전착 다이아몬드 연삭 숫돌을 갖는 연삭숫돌축과 기판이 가동되도록 기판을 고정 및 회전시키는 기판축을 포함하는 2개축을 갖는다.

전착 다이아몬드 연삭숫돌은 번호 #600이며, 가공후 단면의 표면거칠기(Rmax)는 0.2㎛이다.

그 다음 기판은 더미 웨이퍼를 제작하기 위하여 양면 연마기의 양면에 장착된 홈을 이룬 주철표면판을 갖는 양면 연마기(Speed Fam Corp., 16B)를 사용해서 연마된다.

연마공정은 연마용 알루미늄 결정번호 #800, #4000 그리고 #10000을 각각 사용하여 초벌연마, 중간연마 마지막연마의 3단계로 구성된다.

연마 후, 표면거칠기(Ra)는 0.003㎛이고, 고유 전기저항은 4×10^-3Ω·㎝이고 열팽창계수는 4×10^-6/℃이다.

[본 발명의 실례 2]

본 발명의 실례 2의 더미 웨이퍼는 소성동안 최고 도달온도가 850℃인 것을 제외하고는 본 발명의 실례 1과 같은 방법으로 제작된다.

연마후 표면거칠기(Ra)는 0.004㎛이었고, 고유 전기저항은 0.12Ω·㎝이었으며, 열팽창계수는 6×10^-6/℃이다.

[본 발명의 실례 3]

본 발명의 실례 3의 더미 웨이퍼는 소성동안 최고도달온도가 1550℃인 것과, 온도범위 850℃ 내지 1550℃내에서 온도증가율이 20±3℃/hr인 것과 열간정수압 가압(HIP처리)이 양면을 연마하기전에 5시간의 유지시간 동안 2600℃, 200기압에서 열간정수압 가압처리 되는 것을 제외하고는 본 발명의 실례 1과 같은 방법으로 제작된다.

연마후 표면거칠기(Ra)는 0.001㎛이었고, 고유 전기저항은 3×10-3Ω·㎝이었고, 열팽창계수는 3×10^-6/℃이다.

그 다음 본 발명의 실례 1부터 3까지 더미 웨이퍼와 실리콘 웨이퍼는 CVD성막공정에서, 막 두께에 대한 두께를 모니터링하기 위해 사용되고, 이 더미 웨이퍼의 특성이 조사된다.

Si₃N₄막은 같은 조건에서 감압 CVD에 의해 4개의 더미 웨이퍼 각각에서 형성되고, 막 두께가 측정된다. 그 후 얻어진 Si₃N₄막은 150℃에서 H₃PO₄4로 엣칭하여 제거되고 각 더미 웨이퍼의 표면거칠기(Ra)가 측정된다.

폴리실리콘 막은 위에서 설명된 것과 같은 방법으로서 4개의 더미 웨이퍼의 각각에서 형성되고 막의 두께가 측정된다. 얻어진 폴리실리콘 막은 실온에서 플루오르화수소산/질산으로 엣칭하여 제거되고 그 후 각 더미 웨이퍼의 표면거칠기(Ra)가 측정된다.

얻어진 결과는 표 1에 나타나 있다.

[표 1]

A : 막 형성전

B : 엣칭후

* 모든값은 10번의 평균치

표 1에 나타난 결과는 본 발명의 실례 1부터 3까지의 모든 더미 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼의 두께 (허용오차범위 ±0.005㎛)와 같은 두께를 갖는다는 것을 나타내며, CVD성막공정에서 막의 두께를 모니터링하기 위해 실리콘 웨이퍼로 대체될 수 있다.

엣칭후 표면거칠기의 결과는 비록 0.002㎛의 표면거칠기(Ra)를 갖는 실리콘 웨이퍼가 엣칭후 0.010㎛ 또는 그 이상의 표면거칠기(Ra)를 나타낸다고 할지라도 본 발명의 실례 1부터 3까지의 모든 더미웨이퍼는 엣칭후 0.010㎛미만의 Ra를 나타내며 따라서 엣칭저항이 매우 양호하다는 것을 나타낸다. 특히 HIP처리를 시행한 본 발명의 실례 3은 성막전에 매우 양호한 경면특성과 매우 양호한 엣칭 저항을 갖는다.

[실시예 2]

W(텅스텐)막은 본 발명의 실례 1부터 3까지의 더미 웨이퍼 및 스퍼터링에 의한 실리콘 웨이퍼의 각각에서 성막되고 막 두께가 측정된다. 얻어진 W 박막은 50℃에서 과산화수소수로 엣칭하므로서 제거되고 각 더미 웨이퍼의 표면거칠기(Ra)가 측정된다. 얻어진 결과가 표 2에 있다.

[표 2]

A : 막 형성전

B : 엣칭후

* 모든값은 10번의 평균치

본 발명의 실례 1부터 3까지의 더미 웨이퍼는 낮은 고유전기저항값을 가지며, 허용오차범위(±0.05㎛)를 넘는 W막 두께 형성의 원인이 된다. 그러나 본 발명의 실례 2의 더미 웨이퍼는 실제적으로 실리콘 웨이퍼와 같은 두께를 갖는 W의 막형성 원인이 되며 0.1Ω·㎝ 또는 그 이상의 고유 전기저항을 갖는다.

이와 같이 본 발명의 실례 2의 더미 웨이퍼는 또한 스퍼터된 막의 두께를 모니터링하는데 사용될 수 있다는 것이 알려졌다.

본 발명의 실례 1부터 3까지의 모든 더미 웨이퍼는 실시예 1에서와 같이 매우 양호한 엣칭 저항을 갖는다. 특히 HIP공정이 시행된 본 발명의 실례 3은 엣칭 저항이 매우 양호하다.

[실시예 3]

청정도를 확인하기 위한 더미 웨이퍼로서의 특성을 시험하기 위하여, 4개의 더미 웨이퍼가 반도체 디바이스회로를 형성하는 포토리소그래픽 단계후에 청정 단계를 거치며 표면에 부착된 미립자의 수가 측정된다. 미분간섭 현미경에 의해 25㎠당 미립자수가 계산된다. 그 얻어진 결과가 표 2에 나타나 있다.

비록 실리콘 웨이퍼의 미립자 평균수가 10.6이지만, 본 발명의 실례 1부터 3까지 미립자수는 이 값의 1/2이하이고 극히 작은 수이다. 그러나, 본 발명의 실례 2의 더미 웨이퍼는 실제적으로 실리콘 웨이퍼에서 계산된 것과 같은 미립자수를 나타낸다. 따라서, 고유 전기저항 0.1Ω·㎝ 또는 그 이상을 갖는 본 발명의 더미 웨이퍼는 청정도를확인하기 위한 더미 웨이퍼로서도 사용될 수 있다.

위 구조를 갖는 본 발명은 엣칭저항에서 실리콘 웨이퍼보다 더 탁월하고 기판에 요구되는 경면특성 및 편평도에서 탁월한 더미 웨이퍼를 제공할 수 있으며 제조공정에서 아무런 오염원을 일으키지 않는다.

Claims (5)

1. 반도체 디바이스 제조공정에서 테스트 더미 웨이퍼로서 사용되는 더미 웨이퍼에 있어서, 유리상 카본으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
2. 제1항에 있어서, 0.005㎛이하인 표면거칠기(Ra)를 갖도록 적어도 한면이 경면연마된 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고유 전기저항이 0.1Ω·㎝이상인 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
4. 제1항 또는 제3항중 어느 한 항에 있어서, 열간정수압 가압이 시행되는 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
5. 제3항에 있어서, 고유 전기저항이 0.1Ω·㎝이상인 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.