KR100486144B1 - 실리콘웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘웨이퍼의 연마 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘웨이퍼의 표면을 경면 연마하는 방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명인 실리콘웨이퍼의 연마 방법은 실리콘 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정 등의 일련 과정을 통하여 제조되어진 실리콘웨이퍼를 준비하여, 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성하는 제 1단계와, 상기 실리콘웨이퍼에 형성된 산화막 중에서 상기 실리콘웨이퍼의 상부면 산화막만을 제거하는 제 2단계와, 상기 제 2단계에 의한 실리콘웨이퍼를 양면 동시 연마하는 제 3단계와, 상기 양면 동시 연마한 실리콘웨이퍼 하부면의 산화막을 제거하면서 양면을 세정하는 제 4단계와, 상기 4단계에서 세정한 실리콘웨이퍼의 상부면만을 약 1 내지 3㎛ 연마하여 경면화시키는 제 5단계를 포함하는 것이 특징이다.

Description

실리콘웨이퍼의 연마 방법{A method for polishing silicon wafer}

본 발명은 실리콘웨이퍼의 연마 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘웨이퍼의 표면을 경면 연마하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘웨이퍼는 실리콘 단결정 잉곳을 제조한 후에, 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정 등을 통하여 제조된다. 그리고, 이렇게 제조된 실리콘웨이퍼를 연마(polishing) 공정을 통하여 그 표면의 두께 편차를 줄임으로서, 실리콘웨이퍼의 표면을 평탄화시킨다.

반도체 기술은 최근에 생산 원가의 절감 및 제품 성능의 향상을 위하여 점차로 고집적화 공정으로 급속하게 발전하고 있으며, 이에 따라 실리콘웨이퍼에 요구되는 표면 평탄도는 더욱 엄격해지고 있다.

그러나, 종래의 일반적인 연마 공정, 즉 단면 연마 공정으로 실리콘웨이퍼를 연마 할 경우에는 연마하고자 하는 면의 반대면을 진공이나 Wax를 이용하여 지지판에 고정한 상태에서 상부면만을 연마 패드를 이용하여 연마한다. 이 때, 지지판에 고정하는 과정에서 실리콘웨이퍼의 미소한 형태 변형이 이루어지고, 이 상태에서 연마가 되는 것이다. 이에, 진공에 의한 실리콘웨이퍼의 고정 시 발생한 실리콘웨이퍼의 형태 변형이 그대로 상부면 연마에 반영되므로 실리콘웨이퍼 상부면의 평탄화 개선의 한계를 나타내는 것이다.

따라서, 이러한 종래의 단면 연마 공정으로는 최근에 요구되는 엄격한 표면 평탄도를 만족하는 실리콘웨이퍼를 제조할 수 없으며, 이에 양면 동시 연마 공정이 개발되었다.

이러한 양면 동시 연마 공정을 통하여 실리콘웨이퍼를 연마 할 경우에는 실리콘웨이퍼 전후의 요철면을 동시에 제거하므로 단면 연마 공정에 비하여 실리콘웨이퍼 전체 형상 및 평탄도를 매우 향상시킬 수 있었다.

그러나, 현재 기존 반도체 공정 장비의 대부분이 단면 폴리싱 웨이퍼 기준으로 운용되고 있으며, 향후 고집적도 공정으로의 공정 개선 시에도 노광 공정을 중심으로 한정된 공정이 변화하게 되므로, 대부분 단면 연마에 의한 실리콘웨이퍼를 기준으로 운용되던 기존 장비에서 양면 폴리싱에 따른 문제점이 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 양면 연마에 의하여 실리콘웨이퍼 상부면의 평탄도를 향상시키면서, 하부면의 실리콘 표면 자체는 연마되지 않도록 하는 단면 연마의 효과를 나타낼 수 있는 실리콘웨이퍼의 연마 방법을 제공하려는 것이다.

이를 위한 본 발명인 실리콘웨이퍼의 연마 방법은 실리콘 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정 등의 일련 과정을 통하여 제조되어진 실리콘웨이퍼를 준비하여, 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성하는 제 1단계와, 상기 실리콘웨이퍼에 형성된 산화막 중에서 상기 실리콘웨이퍼의 상부면 산화막만을 제거하는 제 2단계와, 상기 제 2단계에 의한 실리콘웨이퍼를 양면 동시 연마하는 제 3단계와, 상기 양면 동시 연마한 실리콘웨이퍼 하부면의 산화막을 제거하면서 양면을 세정하는 제 4단계와, 상기 4단계에서 세정한 실리콘웨이퍼의 상부면만을 약 1 내지 3㎛ 연마하여 경면화시키는 제 5단계를 포함하는 것이 특징이다. 여기에서, 상기 제 1단계는 상기 준비된 실리콘웨이퍼를 이소 프로필 알코올(Isopropyl-alcohol) 0.01ppm 이상을 포함하면서, 오존 농도가 20ppm 이상인 오존수에 침지시킴으로서 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성하고, 이 때, 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 형성시키는 산화막은 약 20 Å이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 상기 제 2단계는 상기 제 1단계에 의해 양쪽 면에 산화막이 형성된 실리콘웨이퍼의 상부면만을 불산 용액을 사용하여 스핀 에칭(spin-etching)함으로서, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면의 산화막만을 제거하거나, 또는 상기 양쪽 면에 산화막이 형성된 실리콘웨이퍼의 상부면만을 불산 증기에 노출시킴으로서, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면의 산화막만을 제거하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 3단계에서 양면 동시 연마는 상기 실리콘웨이퍼의 산화막이 제거된 상부면의 연마 정반의 회전 속도(V1)를 상기 실리콘웨이퍼의 산화막이 형성되어 있는 하부면의 연마 정반의 회전 속도(V2)보다 2배 이상이 되도록 하여 상기 실리콘웨이퍼를 양면 동시 연마하고, 이 때, 상기 양면 동시 연마 공정에 사용되는 연마 슬러리는 실리콘 산화막은 연마시키지 않으면서 실리콘 표면을 선택적으로 연마하는 선택적 연마 슬러리인 것이 바람직하며, 상기 선택적 연마 슬러리는 알카리(Alkali)계 실리카(silica) 슬러리 및 수산화 칼륨(KOH), 초순수가 혼합되어 형성되고, 상기 알카리계 실리카 슬러리의 구성 요소 중 연마 입자의 무게 혼합비가 10%wt 이하가 되도록 혼합된 것이 더욱 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 실리콘웨이퍼의 연마 방법의 전체 공정 순서는 도 1에 도시된 바와 같다.

먼저 본 발명을 실시하기 위한 준비 단계(P)로서, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정 등의 일련 공정을 통하여 제조되어진 실리콘웨이퍼를 준비한다.

그 후, 제 1단계(S1)로서 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성시킨다.

이 때, 상기 준비된 실리콘웨이퍼를 이소 프로필 알코올(Isopropyl-alcohol) 0.01ppm 이상을 포함하고, 오존 농도가 20ppm 이상인 오존수에 침지시킴으로서 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성하는 것이 바람직하며, 또한, 이 때 실리콘웨이퍼의 양쪽 면 표면에 형성되는 산화막은 약 20 Å이상의 두께로 형성한다. 여기에서 오존수에 0.01ppm 이상의 이소 프로필 알코올을 포함시키는 것은 실리콘웨이퍼의 표면에 산화막을 형성시키는 과정에서 일정 시간의 경과에 따른 오존의 농도 반감을 억제하기 위하여 첨가하는 것이다.

다음으로, 제 2단계(S2)로서 상기 양쪽 면에 형성된 실리콘웨이퍼의 산화막 중에서 상기 실리콘웨이퍼의 상부면 산화막만을 제거한다.

이 때, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면만을 불산 용액을 사용하여 스핀 에칭(spin-etching)함으로서 제거하거나, 또는, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면만을 불산 증기에 노출시킴으로서 제거하는 것이 바람직하다.

다음으로 제 3단계(S3)로서, 상기 제 2단계에 의한 실리콘웨이퍼를 양면 동시 연마한다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1단계(S1) 및 제 2단계(S2)에 의하여 실리콘웨이퍼(W)는 산화막이 형성된 하부면(S2)과 산화막이 제거된 상부면(S1)으로 형성된 상태에서 양면 동시 연마가 이루어지므로, 산화막이 형성된 하부면(S2)은 산화막이 제거된 상부면(S1)에 비교하여 연마가 적게 되면서 양면 동시 연마가 이루어진다. 즉, 실리콘웨이퍼(W)의 양쪽 면(S1, S2)의 요철면을 동시에 제거함으로서 실리콘웨이퍼(W)의 전체 형상 및 평탄도를 향상시키는 양면 동시 연마의 효과를 살리면서, 산화막이 형성된 하부면(S2)에서는 실제로 실리콘웨이퍼(W)의 자체 표면이 연마되지 않도록 하여 단면 폴리싱의 효과가 나타나도록 할 수 있는 것이다.

이 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘웨이퍼(W)의 산화막이 제거된 상부면(S1)의 상부 연마 정반(10-1)의 회전 속도(V1)를 실리콘웨이퍼(W)의 산화막이 형성된 하부면(S2)의 하부 연마 정반(10-2)의 회전 속도(V2)보다 2배 이상이 되도록 하여 실리콘웨이퍼(W)를 양면 동시 연마하는 것이 바람직하다.

따라서, 실리콘웨이퍼(W)의 산화막이 형성된 하부면(S2)은 산화막이 제거된 상부면(S1)에 비교하여 더욱 적게 연마가 되도록 하고, 산화막이 제거된 상부면(S1)은 더욱 많이 연마 되도록 하여, 산화막이 형성된 하부면(S2)과 산화막이 제거된 상부면(S1) 사이에 연마 차이를 극대화할 수 있는 것이다. 그 결과 산화막이 형성된 하부면(S2)에서는 산화막이 적게 연마되어 산화막이 형성된 하부면(S2)에서의 실리콘웨이퍼(W) 표면 자체는 연마가 되지 않도록 하고, 산화막이 제거된 상부면(S1)에서는 실리콘웨이퍼(W) 표면 자체가 더욱 많이 연마되도록 할 수 있는 것이다.

그리고, 제 3단계(S3)의 양면 동시 연마 공정에 사용되는 연마 슬러리는 실리콘 산화막(S2)은 연마시키지 않으면서 실리콘 표면(S1)을 선택적으로 연마하는 선택적 연마 슬러리인 것이 바람직하며, 이러한 선택적 연마 슬러리로는 알카리(Alkali)계 실리카(silica) 슬러리 및 초순수, 수산화 칼륨(KOH)을 혼합하여 형성된 것이 더욱 바람직하다. 이 때, KOH의 비율은 알카리계 실리카 슬러리의 종류에 따라 조절하여 사용한다. 그리고, 여기에서 알카리계 실리카 슬러리의 구성 요소 중 연마 입자의 무게 혼합 비율은 10%wt 이하로 제한하여 연마 입자에 의한 기계적인 연마를 최대한 억제하는 것이 더욱 바람직하다.

이는 수산화 칼륨(KOH)은 Etchant로서 실리콘 표면(S1)과 실리콘 산화막(S2)과의 제거 비율이 500배 이상 차이가 나므로 상기 선택적 연마 슬러리 내의 KOH 비율이 높을수록 화학적으로 제거되는 비율의 차이가 커져 공정 중의 실리콘 산화막(S2)의 제거를 막을 수 있는 것이다. 즉, 산화막이 형성된 하부면(S2)은 적게 연마하고, 산화막이 제거된 상부면(S1)만을 선택적으로 많이 연마할 수 있는 선택적 연마 슬러리를 사용함으로서, 산화막이 형성된 하부면(S2)과 산화막이 제거된 상부면(S1)의 연마 차이를 극대화할 수 있는 것이다.

다음으로, 제 4단계(S4)로서 상기 양면 동시 연마한 실리콘웨이퍼 하부면의 산화막을 제거하면서 상기 실리콘웨이퍼의 양면을 세정한다.

그 후, 제 5단계(S5)로서, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면만을 1 내지 3㎛ 연마함으로서 경면화 한다.

상술한 바와 같은 제 1단계(S1) 내지 제 5단계(S5)를 통하여, 실리콘웨이퍼의 하부면은 실리콘 표면 자체는 연마되지 않으면서, 상부면만을 경면화시킬 수 있으며, 또한 양면 동시 연마에 의한 실리콘웨이퍼의 전체 형성 및 평탄도의 향상을 꾀할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

본 발명은 양면 연마에 의하여 실리콘웨이퍼 상부면의 평탄도를 향상시키면서, 하부면의 실리콘 표면 자체는 연마되지 않도록 하는 단면 연마의 효과를 나타낼 수 있는 실리콘웨이퍼의 연마 방법을 제공하였다.

도 1은 본 발명의 전체 공정 순서도.

도 2는 본 발명 중의 양면 동시 연마 공정의 개념 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

10-1, 10-2 : 연마 정반 11 : 연마 패드

W : 실리콘웨이퍼 S1 : 산화막 제거 면

S2 : 산화막 형성 면

Claims (9)

1. 실리콘 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정 등의 일련 과정을 통하여 제조되어진 실리콘웨이퍼를 준비하여,

   상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성하는 제 1단계와;

   상기 실리콘웨이퍼에 형성된 산화막 중에서 상기 실리콘웨이퍼의 상부면 산화막만을 제거하는 제 2단계와;

   상기 제 2단계에 의한 실리콘웨이퍼를 양면 동시 연마하는 제 3단계와;

   상기 양면 동시 연마한 실리콘웨이퍼 하부면의 산화막을 제거하면서 양면을 세정하는 제 4단계와;

   상기 4단계에서 세정한 실리콘웨이퍼의 상부면만을 약 1 내지 3㎛ 연마하여 경면화시키는 제 5단계를 포함하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1단계는 상기 준비된 실리콘웨이퍼를 이소 프로필 알코올(Isopropyl-alcohol) 0.01ppm 이상을 포함하면서, 오존 농도가 20ppm 이상인 오존수에 침지시킴으로서 상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 산화막을 형성하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 실리콘웨이퍼의 양쪽 면에 형성시키는 산화막은 약 20 Å이상의 두께로 형성하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계는 상기 제 1단계에 의해 양쪽 면에 산화막이 형성된 실리콘웨이퍼의 상부면만을 불산 용액을 사용하여 스핀 에칭(spin-etching)함으로서, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면의 산화막만을 제거하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계는 상기 제 1단계에 의해 양쪽 면에 산화막이 형성된 실리콘웨이퍼의 상부면만을 불산 증기에 노출시킴으로서, 상기 실리콘웨이퍼의 상부면의 산화막만을 제거하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3단계에서 양면 동시 연마는 상기 실리콘웨이퍼의 산화막이 제거된 상부면의 연마 정반의 회전 속도(V1)를 상기 실리콘웨이퍼의 산화막이 형성되어 있는 하부면의 연마 정반의 회전 속도(V2)보다 2배 이상이 되도록 하여 상기 실리콘웨이퍼를 양면 동시 연마하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 양면 동시 연마 공정에 사용되는 연마 슬러리는 실리콘 산화막은 연마시키지 않으면서 실리콘 표면을 선택적으로 연마하는 선택적 연마 슬러리인 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 선택적 연마 슬러리는 알카리(Alkali)계 실리카(silica) 슬러리 및 수산화 칼륨(KOH), 초순수가 혼합되어 형성된 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 선택적 연마 슬러리는 상기 알카리계 실리카 슬러리의 구성 요소 중 연마 입자의 무게 혼합비가 10%wt 이하가 되도록 혼합된 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 연마 방법.