KR100344922B1 - 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘웨이퍼의 기계적 표면 처리 공정에 의해 표면에 형성된 기계적 손상뿐만 아니라 기계적 손상 주위에 형성된 미세한 결함도 분석할 수 있도록 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법을 제공하기 위하여, 그라인딩, 슬라이싱, 랩핑을 포함하는 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계와, 상기 실리콘웨이퍼에서 기계적 손상 깊이를 측정하고자 하는 일정 영역을 잘라내어 샘플을 형성하는 단계와, 상기 샘플을 일정 경사각을 가진 지지대에 고정시킨 후 앵글 폴리싱하는 단계와, 상기 샘플의 앵글 폴리싱된 영역을 디펙트 에칭하는 단계와, 상기 샘플의 앵글 폴리싱된 영역의 관측을 통해 상기 실리콘웨이퍼 표면의 기계적 손상 깊이를 측정하는 단계를 포함하는 것으로, 실리콘웨이퍼의 기계적 손상을 분석하기 전 실리콘웨이퍼를 열처리하여 기계적 손상 주위의 결함들을 확장하여 관측 가능하게 함으로써 기계적 손상 및 주위 결함들의 깊이를 정확히 측정할 수 있으며, 그에 따라 손상 및 결함 영역을 정확히 제거할 수 있어 후속 공정에 표면 결함이 없는 실리콘웨이퍼를 제공할 수 있으므로 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이(mechanical damage depth) 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘웨이퍼의 기계적 표면 처리에 따라 발생되는 표면의 손상 깊이를 측정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 제조 공정에서는 그라인딩(grinding), 슬라이싱 (slicin g), 랩핑(lapping) 등 다양한 기계적 표면 처리(mechanical surface treatment) 공정이 진행되고 있다.
그리고, 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼의 경우에는 공정 상에서 표면에 기계적 손상이 유발되며, 이러한 기계적 손상은 후 공정에서의 표면 제거 양을 결정하게 하는 근거 자료가 된다.
그러면, 도 1을 참조하여 종래 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하는 방법을 개략적으로 설명한다.
먼저, 그라인딩, 슬라이싱, 랩핑 등의 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하기 위하여, 측정하고자 하는 위치에 대해 일정한 크기, 일 예로 1㎝ × 1㎝ 정도의 크기로 실리콘웨이퍼를 잘라 샘플을 형성한다(S1). 그리고, 샘플을 고정시키기 위한 지지대의 경사각(α)을 결정한 다음(S2), 샘플을 적당한 각도의 경사각(α)을 가진 지지대에 고정시킨다(S3).
그 다음, 일정한 경사각(α)을 가진 지지대에 고정된 샘플을 도 3에서와 같이 앵글 폴리싱(angle polishing)한다(S4). 그러면, 샘플의 표면(11)에서 일정한 깊이에 있는 손상 영역(14)이 표면 에지(13)에서부터 앵글 폴리싱된 경사면(12)에 드러나게 된다. 이후, 기계적 손상의 관측을 용이하게 하기 위하여 앵글 폴리싱된 경사면(12)을 디펙트 에칭(defect etching)한다(S5).
그 다음, 손상 영역(14)이 드러난 경사면(12)을 마이크로스코프(microscope)를 통해 관측한 다음(S6), 도 4에서와 같이 마이크로스코프에 의해 관측된 이미지로부터 손상 깊이를 연산한다(S7). 이때, 손상 깊이의 연산은 도 5에서와 같이 마이크로스코프에 의해 관측된 이미지로부터 손상 영역(14)의 길이(Lz) 즉, 표면 에지(13)에서 경사면(12)에 드러난 손상 영역(14)의 길이를 측정한 후, 다음의 수학식 1에서와 같은 삼각함수법에 의해 실제 웨이퍼의 표면(11)으로부터 기계적 손상 영역의 깊이(Tz)를 연산한다.
이러한 방법에 의해 측정된 기계적 손상 깊이에 따라 후 공정에서의 제거 양을 결정하게 되며, 그에 따라 기계적 손상 깊이에 해당하는 양 만큼의 표면을 제거함으로써 후속 공정에서 표면 결함이 없는 실리콘웨이퍼를 얻을 수 있게 된다.
그러나, 종래의 기계적 손상 깊이 측정 방법에서는 기계적 표면 처리 공정에 의해 실리콘웨이퍼 표면에 형성된 손상들만 분석 가능하므로, 이러한 손상 주위에 존재하는 피트(pit) 결함 등의 미세한 결함들에 대한 정확한 분석이 이루어지지 못한다. 따라서, 후 공정에서 측정된 손상 깊이에 해당하는 양 만큼의 실리콘 표면을 제거하여도 실리콘 표면에는 여전히 미세한 결함들이 존재하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 실리콘웨이퍼의 기계적 표면 처리 공정에 의해 표면에 형성된 기계적 손상뿐만 아니라 기계적손상 주위에 형성된 미세한 결함도 분석할 수 있도록 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 3은 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정을 위해 앵글 폴리싱한 실리콘웨이퍼를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정을 위해 앵글 폴리싱한 단면의 기계적 손상을 관측한 상태를 도시한 것이고,
도 5는 실리콘웨이퍼의 앵글 폴리싱한 단면의 기계적 손상 깊이에 따라 실제 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 연산하는 상태를 도시한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 그라인딩, 슬라이싱, 랩핑을 포함하는 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계와, 상기 실리콘웨이퍼에서 기계적 손상 깊이를 측정하고자 하는 일정 영역을 잘라내어 샘플을 형성하는 단계와, 상기 샘플을 일정 경사각을 가진 지지대에 고정시킨 후 앵글 폴리싱하는 단계와, 상기 샘플의 앵글 폴리싱된 영역을 디펙트 에칭하는 단계와, 상기 샘플의 앵글 폴리싱된 영역의 관측을 통해 상기 실리콘웨이퍼 표면의 기계적 손상 깊이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계에서, 상기 열처리는, 1000℃ 내지 1150℃의 온도에서 3시간 내지 4시간 동안 실시하는 것이 바람직하며, 열처리는 습식 O2분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계에서, 상기 열처리는, 1000℃ 내지 1050℃의 온도에서 3시간 내지 4시간 동안 실시하는 제 1단계 열처리 공정과, 1100℃ 내지 1160℃의 온도에서 100분 내지 120분 동안 실시하는 제 2단계 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1단계 열처리 공정은 N2또는 O2분위기에서 실시하는 것이 바람직하며, 상기 제 2단계 열처리 공정은 습식 O2분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
먼저, 그라인딩, 슬라이싱, 랩핑 등의 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이를 측정하기 위하여, 기계적 표면 처리가 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리한다(S11). 그리고, 실리콘웨이퍼의 열처리는 한번의 열처리 공정으로 하거나 두 번의 열처리 공정으로 진행할 수도 있다.
이때, 실리콘웨이퍼의 열처리를 한번의 열처리 공정으로 할 경우에는 1000℃ 내지 1150℃ 정도의 습식(wet) O2분위기에서 3시간 내지 4시간 정도로 실시하며, 두 번의 열처리 공정으로 할 경우에는 1단계 열처리 공정을 1000℃ 내지 1050℃ 정도의 N2또는 O2분위기에서 3시간 내지 4시간 동안 실시한 후 2단계 열처리 공정을 1100℃ 내지 1160℃ 정도의 습식 O2분위기에서 100분 내지 120분의 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
이러한 열처리 공정에 의해 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼 표면의 기계적 손상 및 기계적 손상 주위에 형성된 피트 등의 결함들이 확장되어 관측 가능한 수준이 된다.
이후, 열처리 공정에 의해 표면의 결함이 확장된 실리콘웨이퍼에서 기계적 손상 깊이를 측정하기 위하여, 측정하고자 하는 위치에 대해 일정한 크기, 일 예로1㎝ × 1㎝ 정도의 크기로 실리콘웨이퍼를 잘라 샘플을 형성한다(S12). 그리고, 샘플을 고정시키기 위한 지지대의 경사각(α)을 결정한 다음(S13), 샘플을 적당한 각도의 경사각(α)을 가진 지지대에 고정시킨다(S14).
그 다음, 일정한 경사각(α)을 가진 지지대에 고정된 샘플을 도 3에서와 같이 앵글 폴리싱한다(S15). 그러면, 샘플의 표면(11)에서 일정한 깊이에 있는 기계적 손상 및 기계적 손상 주위에 형성된 결함들을 포함하는 손상 영역(14)이 표면 에지(13)에서부터 앵글 폴리싱된 경사면(12)에 드러나게 된다. 이후, 기계적 손상의 관측을 용이하게 하기 위하여 앵글 폴리싱된 경사면(12)을 디펙트 에칭한다(S16).
그 다음, 기계적 손상 및 주위의 결함들을 포함하는 손상 영역(14)이 드러난 경사면(12)을 마이크로스코프를 통해 관측한 다음(S17), 도 4에서와 같이 마이크로스코프에 의해 관측된 이미지로부터 손상 깊이를 연산한다(S18). 이때, 손상 깊이의 연산은 도 5에서와 같이 마이크로스코프에 의해 관측된 이미지로부터 기계적 손상 및 주위의 결함들을 포함하는 손상 영역(14)의 길이(Lz) 즉, 표면 에지(13)에서 경사면(12)에 드러난 손상 영역(14)의 길이를 측정한 후, 다음의 수학식 2에서와 같은 삼각함수법에 의해 실제 웨이퍼의 표면(11)으로부터 기계적 손상 영역의 깊이(Tz)를 연산한다.
이러한 방법에 의해 측정된 기계적 손상 깊이에 따라 후 공정에서의 제거 양을 결정하게 되며, 그에 따라 기계적 손상 깊이에 해당하는 양 만큼의 표면을 제거함으로써 후속 공정에서 표면 결함이 없는 실리콘웨이퍼를 얻을 수 있게 된다.
일례로서, 8인치의 그라인딩 처리된 웨이퍼에 대해 열처리 공정을 수행한 경우 기계적 손상 깊이는 6 내지 9 ㎛ 이며, 이것은 종래의 분석방법에서는 기계적 손상 깊이가 2 내지 4 ㎛였던 것에 비해 기계적 손상 깊이가 2 내지 3배 정도 증가한 것으로서, 열처리 공정에 의해 기존의 기계적 손상 주위에 형성되어 있던 결함들이 확장되어 관측 가능한 수준으로 되기 때문에 기계적 손상 깊이가 증가한 것이다.
이와 같이 본 발명은 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼의 기계적 손상을 분석하기 전 실리콘웨이퍼를 열처리하여 기계적 손상 주위의 결함들을 확장하여 관측 가능하게 함으로써 기계적 손상 및 주위 결함들의 깊이를 정확히 측정할 수 있으며, 그에 따라 후 공정에서 기계적 손상 및 결함들의 깊이에 해당하는 양 만큼 정확히 제거할 수 있어 후속 공정에 표면 결함이 없는 실리콘웨이퍼를 제공할 수 있으므로 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- 그라인딩, 슬라이싱, 랩핑을 포함하는 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계와;상기 실리콘웨이퍼에서 기계적 손상 깊이를 측정하고자 하는 일정 영역을 잘라내어 샘플을 형성하는 단계와;상기 샘플을 일정 경사각을 가진 지지대에 고정시킨 후 앵글 폴리싱하는 단계와;상기 샘플의 앵글 폴리싱된 영역을 디펙트 에칭하는 단계와;상기 샘플의 앵글 폴리싱된 영역의 관측을 통해 상기 실리콘웨이퍼 표면의 기계적 손상 깊이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계에서, 상기 열처리는,1000℃ 내지 1150℃의 온도에서 3시간 내지 4시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 열처리는 습식 O2분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 표면 처리 공정이 진행된 실리콘웨이퍼를 열처리하는 단계에서, 상기 열처리는,1000℃ 내지 1050℃의 온도에서 3시간 내지 4시간 동안 실시하는 제 1단계 열처리 공정과;1100℃ 내지 1160℃의 온도에서 100분 내지 120분 동안 실시하는 제 2단계 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1단계 열처리 공정은 N2또는 O2분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제 2단계 열처리 공정은 습식 O2분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 기계적 손상 깊이 측정 방법.
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