KR100398704B1 - 실리콘 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단한 후에, 래핑 시에 육각 판상형 연마분말이 혼합된 연마액을 사용하여 연마함으로써, 폴리싱 공정에 투입되는 웨이퍼를 오목 형태로 만들어 롤오프 값이 음의 값을 갖도록 하여, 식각 공정과 폴리싱 공정에서 가장자리의 연마 량이 중심부보다 많은 현상에 의하여 평탄도가 보상되도록 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정; 육각판상형의 연마 분말이 혼합된 연마액에 의하여 절단된 웨이퍼의 양면을 연마하는 래핑공정; 래핑 된 웨이퍼 내부의 손상층을 제거하는 식각 공정; 및 식각 된 웨이퍼 표면을 경면 연마하는 폴리싱 공정을 포함하고, 래핑 공정은, 웨이퍼의 롤오프값이 음의 값을 가지며, 그 범위가 -0.2㎛내지 -0.5㎛ 되도록 하는 것을 특징으로 하며, 또한, 래핑 공정은, 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 TTV가 1㎛ 이하이고, SBIR이 0.5㎛ 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 식각공정과 폴리싱 공정에서 가장 자리의 연마량이 중심부보다 큰 현상에 의하여 웨이퍼가 더욱 볼록 형상화되는 것을 방지할 수 있게 되므로, 웨이퍼의 평탄도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

실리콘 웨이퍼 제조 방법{A manufacturing method of silicon wafer}

본 발명은 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단한 후에, 래핑 시에 종래의 구형 래핑 연마 분말 대신에, 육각 판상형을 사용하여 연마하여, 폴리싱 공정에 투입되는 웨이퍼를 오목 형태로 만들어 롤오프 값이 음의 값을 갖도록 함으로써, 식각 공정과 폴리싱 공정에서 가장자리의 연마량이 중심부보다 많은 현상에 의하여 평탄도가 보상되도록 하여, 제조되는 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있도록 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는, 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정, 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑공정(lapping), 웨이퍼 내부의 손상(Damage)층 제거를 위한 식각 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing)과 후속 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 디바이스용 웨이퍼로 생산되게 된다.

한편, 반도체 디바이스 제조 공정에서 웨이퍼의 형상이나 두께, 평탄도 등과 같은 기하학적인 모양은 반도체 칩의 수율에 크게 영향을 미치므로 엄격하게 관리되고 있다. 특히, 반도체 용량이 64MDRAM 급에서 256MDRAM 급으로 발전하면서, 디바이스 제조 공정은 웨이퍼의 기하학적인 모양에 대한 의존도가 더욱 커지게 되었다. 즉, 최근 반도체 디바이스의 선폭 감소와 IC 집적도의 증가로 인해 웨이퍼의 평탄도는 반도체 제조 공정에서의 생산성과 수율에 커다란 영향을 미친다. 회로 선폭이 미세하면 미세해질수록, 반도체 공정 상에서, 웨이퍼 상의 평탄도 불량에 의해 선의 왜곡현상이 일어나 디바이스 수율 저하를 발생시키는 것이다. 여기서, 웨이퍼의 평탄도란 웨이퍼의 두께 최고치와 최소치 사이의 차를 나타내는 전면 두께 변이(Total Thickness Variation : TTV)와 국소 두께 차이를 나타내는 국소 두께 변이 (Local Thickness Variation : LTV)와 SEMI규격 MI 등에서 표준화되어 있는 값인 SBIR(site backside ideal range)로 정의된다. 따라서 평탄도를 나타내는 TTV와 SBIR에 대한 요구를 충족시킬 수 있는 고품위 웨이퍼의 개발이 필요하게 되었다.

그러나, 위와 같은 종래의 웨이퍼 제조 공정에서와 같이, 실리콘 잉곳으로부터 슬라이싱 공정을 거친 후에 행하는 래핑공정에서는, 웨이퍼 양면을 연마하여, 슬라이싱 공정에서 발생하는 단결정 내부의 손상(damage)층을 제거하고, 웨이퍼의 두께 및 평탄도 균일성을 얻을 목적으로 행해진다. 이때에, 일반적인 래핑 공정은 연마분말과 탈이온수 및 부유제를 혼합한 연마액을 래핑 상하 정반과 웨이퍼 사이에 흐르게 하여 압력을 가하면서, 연마액의 운동 및 미소 파괴 절삭으로 웨이퍼 양면을 연마하는 공정으로서 초기 웨이퍼 평탄도 및 형상을 제어하는 중요한 공정이다. 현재 래핑 공정에서 널리 사용되는 연마분말은, 도 1과 같이 구형이고, 이에 따라 래핑 시에 연마분말이 쉽게 중심부에서 가장자리로 이탈하게 되어 웨이퍼 가장자리의 연마량이 많아지므로, 웨이퍼 중심부위의 두께가 가장자리보다 커서, 도 2와 같이 볼록한 형상으로 되어 롤오프 값이 양의 값을 갖게되는 문제가 있다.

웨이퍼 평탄도에 영향을 미치는 공정으로는 위와 같은 래핑공정 외에도, 식각공정, 및 폴리싱 공정이 있다. 래핑 직후 공정인 식각공정은, 웨이퍼를 식각액이 담긴 조에 넣어 표면을 화학적으로 식각시키는 공정으로서, 식각조 내에서 웨이퍼를 일정한 속도로 회전시키게 되는데, 이때에 가장자리의 상대 회전속도가 중심부보다 크므로, 가장 자리의 식각량이 중심부보다 많아지게 되어, 래핑공정에서 발생한 웨이퍼의 볼록 형상을 더욱 심화시키는 문제가 있다. 마찬가지로, 폴리싱 공정에서는 웨이퍼를 소정의 블록 등에 붙이고, 슬러리(slurry)와 패드에 의한 화학적 기계적 연마가 이루어지도록 하는 것으로서, 이때에도, 웨이퍼는 중심부에 비해 가장자리부의 연마량이 많아져 웨이퍼 중심 부위의 두께가 가장자리보다 큰 볼록 형상이 되고, 이에 따라 식각공정에서 발전된 웨이퍼의 볼록형상을 더욱 가중시키는 문제가있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 소정의 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단한 후에, 래핑 시에 육각 판상형의 연마분말을 사용하여 연마함으로써, 폴리싱 공정에 투입되는 웨이퍼를 오목 형태로 만들어 롤오프 값이 음의 값을 갖도록 하여, 식각 공정과 폴리싱 공정에서 가장자리의 연마량이 중심부보다 많은 현상에 의하여 평탄도가 보상되도록 하자는 데 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 소정의 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,

(a) 상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정;

(b) 육각판상형의 연마 분말이 혼합된 연마액에 의하여 상기 절단된 웨이퍼의 양면을 연마하는 래핑공정;

(c) 상기 래핑 된 웨이퍼 내부의 손상층을 제거하는 식각 공정; 및

(d) 상기 식각 된 웨이퍼 표면을 경면 연마하는 폴리싱 공정을 포함하고, 상기 (b) 공정은, 웨이퍼의 롤오프값이 음의 값을 가지며, 그 범위가 -0.2㎛내지 -0.5㎛ 되도록 하는 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 (b) 공정은, 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 TTV가 1㎛ 이하이고, SBIR이 0.5㎛ 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 래핑 연마 분말 형상.

도 2는 종래의 웨이퍼 형상.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 제조 공정 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 래핑 연마 분말 형상.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼를 ADE 장비로 측정할 때의 방향 설명도.

도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 형상.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 설명한다.

도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 제조 공정의 흐름도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 제조는, 먼저, 소정의 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing)하여 웨이퍼 형태로 얇게 절단하고(S101), 절단된 웨이퍼를 래핑(lapping)하여 양면을 연마한다(S102). 이때, 래핑 공정에서는 웨이퍼 양면을 연마하여, 슬라이싱 공정에서 발생하는 단결정 내부의 손상을 제거하고, 웨이퍼의 두께 및 평탄도 균일성을 얻을 목적으로 행해지는데, 본 발명의 실시예에 따른 래핑 공정은, 도 4에 도시된 바와 같은 육각 판상형의 연마분말과 탈이온수 및 부유제를 혼합한 연마액을 래핑 상하 정반과 웨이퍼 사이에 흐르게 하여 압력을 가하면서, 연마액의 운동 및 미소 파괴 절삭으로 웨이퍼 양면을 연마하게 된다. 이와 같은 래핑 공정은, 초기 웨이퍼 평탄도 및 형상을 제어하는 중요한 공정이다.

여기서, 육각 판상형의 연마분말을 혼합한 연마액을 사용하여 래핑 공정을 실시한 것은, 종래의 구형 연마분말을 사용할 때에 표면 광택도 측면에서는 좋으나, 연마분말이 웨이퍼와 점 접촉을 하여 연마시간이 길어질 뿐만 아니라, 연마분말이 웨이퍼에서 쉽게 이탈되므로 중심부의 연마량이 가장자리보다 적어 롤오프 값이 양(+)의 값을 갖게되는 문제를 개선하고자 한 것이다.

즉, 육각 판상형의 래핑 연마분말이 혼합된 연마액으로 래핑 공정을 실시하게 되면, 연마분말이 웨이퍼와 면접촉을 하게되고, 이에 따라, 구상 연마분말에 비하여 단위시간당 연마되는 연마량이 많고, 연마시간 또한 단축되며, 또한 연마분말이 웨이퍼에서 이탈되기 전에 웨이퍼 중심부에서의 연마량이 많아져 래핑 후의 웨이퍼 형상은, 도 5와 같은 화살표 방향으로 웨이퍼를 측정할 때에, 도 6과 같이 오목한 형상으로 나타나 롤오프값이 음(-)의 값을 갖는다. 이때의 롤오프값은 -0.21㎛로나타났다. 이외에도, 래핑 공정 후에 'ADE-9500' 장비로 웨이퍼를 측정한 결과 평탄도를 나타내는 TTV가 0.78㎛, SBIR이 0.2㎛로 나타났다.

한편, 래핑 공정(S102) 후에는, 종래의 일반적인 공정에서와 같이, 래핑 공정의 기계적 연마로 발생되는 손상층을 산 또는 알카리 용액 등으로 제거하는 식각(etching) 공정(S103), 식각에 의한 불순물 등을 제거하는 식각 후 클리닝, 산소 석출을 촉진시켜 웨이퍼 내의 결함 등을 제거하는 열처리 공정 등을 거쳐, 표면을 경면 연마하는 폴리싱(polishing) 공정(S104), 및 후속 클리닝(S105) 등을 거치게 된다. 여기서, 식각공정(S103)은, 표면을 화학적으로 식각 시키기 위하여 웨이퍼를 식각액이 담긴 조에 넣어 일정한 속도로 회전시키게 되는데, 이때에 가장자리의 상대 회전속도가 중심부보다 크므로, 가장 자리의 식각량이 중심부보다 많아지게 되어, 래핑공정(S102)에서 발생한 웨이퍼의 오목형상을 평탄화시키고, 마찬가지로, 폴리싱 공정(S104)에서는 소정의 블록 등에 붙인 웨이퍼를 슬러리와 패드에 의한 화학적 기계적 연마가 이루어지도록 하는 것으로서, 이때에도, 웨이퍼는 중심부에 비해 가장자리부의 연마량이 많아져 웨이퍼를 더욱 평탄하게 만든다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서는, 소정의 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서, 상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정, 육각판상형의 연마분말이 혼합된 연마액에 의하여 상기 절단된 웨이퍼의 양면을 연마하는 래핑공정, 상기 래핑 된 웨이퍼 내부의 손상층을 제거하는 식각 공정, 상기 식각 된 웨이퍼 표면을 경면 연마하는 폴리싱 공정 등의 단계를 거쳐 제조된 웨이퍼는, 상기 래핑공정 후에 웨이퍼의 롤오프값이 -0.2㎛ 내지 -0.5㎛ 이고, TTV가 1㎛ 이하이며, SBIR이 0.5㎛ 이하로 되게 할 수 있어서, 식각공정과 폴리싱 공정에서 가장 자리의 연마량이 중심부보다 큰 현상에 의하여 웨이퍼가 더욱 볼록 형상화되는 것을 방지할 수 있게 되었다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 제조방법에서는, 소정의 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단한 후에, 래핑 시에 종래의 구형 래핑 연마 분말 대신에, 육각 판상형을 사용하여 연마하여, 폴리싱 공정에 투입되는 웨이퍼를 오목 형태로 만들어 롤오프값이 음의 값을 갖도록 함으로써, 식각공정과 폴리싱 공정에서 가장자리의 연마량이 중심부보다 많은 현상이 보상되도록 하였으므로, 제조되는 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있고, 웨이퍼의 품질이 향상되어, 256 메가 DRAM 급 이상의 미세한 선폭의 고집적 디바이스 공정에서도 사용 가능한 고품위 웨이퍼의 생산 수율을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정의 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정;

   (b) 육각판상형의 연마 분말이 혼합된 연마액에 의하여 상기 절단된 웨이퍼의 양면을 연마하는 래핑공정;

   (c) 상기 래핑 된 웨이퍼 내부의 손상층을 제거하는 식각 공정; 및

   (d) 상기 식각 된 웨이퍼 표면을 경면 연마하는 폴리싱 공정

   을 포함하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (b) 공정은, 웨이퍼의 롤오프값이 음의 값을 가지며, 그 범위가 -0.2㎛내지 -0.5㎛ 되도록 하는 것

   을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (b) 공정은, 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 TTV가 1㎛ 이하이고, SBIR이 0.5㎛ 이하가 되도록 하는 것

   을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.