KR100526092B1 - 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼의 에지연마에 적합한 연마제인 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물에 관한 것이다. 본 조성물은 웨이퍼용 에지연마 슬러리에 있어서, 콜로이달 실리카와 발연실리카를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와같이, 본 발명인 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물은 2종의 연마입자가 혼합 사용되어 우수한 연마제거 속도와 무결점의 에지표면을 형성시키기 위한 연마 조성물로 웨이퍼의 에지표면에 발생하는 크랙(crack)과 같은 결점을 제거하여 이후의 웨이퍼 제조 공정 및 반도체 제조공정에서 치핑(chipping)이나 크랙킹(cracking)을 방지하고 경면 연마된 웨이퍼표면의 오염을 감소시키며 연마제거 속도가 빠르기 때문에 사용상 효율성을 극대화 한다.
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물에 관한 것으로 좀더 상세하게 설명하면 반도체 소자 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 제조 공정시 웨이퍼의 에지 부분에 발생하는 결점을 제거하기 위한 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼는 단결정 실리콘 주괴로부터 만들어지게 되는데 실리콘 주괴는 폴리(poly)실리콘을 고온에서 용융시키고 결정핵을 넣어 일정한 속도로 끌어올려 제조한다. 성장된 실리콘 주괴는 양쪽 끝부분을 절단하고 일정한 두께로 슬라이싱하여 거친면을 제거하기위한 래핑(lapping), 식각(etching), 경면연마(polishing), 세정(cleaning)의 공정을 거쳐 제조된다.
상기 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 에지연마는 통상 래핑(lapping) 이후에 시행되는 공정으로 웨이퍼의 에지부분에 발생하는 결점을 제거하기 위해 수행된다.
웨이퍼 에지 부분에 발생하는 결점은 크랙(crack) 및 거친면의 생성일 수 있다. 에지부분에 발생된 크랙은 웨이퍼 제조공정 및 반도체 제조공정에서 웨이퍼의 이송 및 보관시 외부로부터 가해지는 힘에 의한 웨이퍼의 파괴를 유발한다. 또한 에지 부분에 생성된 거친면 역시 웨이퍼 카세트에 가해지는 힘으로부터 웨이퍼의 파괴를 유발시킨다.
최근에 반도체칩의 생산성을 높이기 위하여 대구경의 웨이퍼가 사용되고 있으며 이러한 웨이퍼의 대구경화는 반도체 생산공정에서 웨이퍼 취급상의 문제를 유발하게 되며 웨이퍼의 파손을 막기 위하여 에지연마 슬러리가 광범위하게 적용되어 지고 있다.
또한, 에지연마 슬러리는 웨이퍼 제조 공정에서 발생할 수 있는 입자 오염을 감소시켜야 한다. 웨이퍼 제조공정상 발생할 수 있는 입자 오염은 외부입자의 부착 및 실리콘 주괴의 제조에서 생성된 결정기원입자(COP)에 기인하는 LPD(Light Point Defect)가 있다. 실리콘 웨이퍼의 표면정밀도를 나타내는 LPD는 외부 입자들이 웨이퍼 생산 공정중 웨이퍼상에 흡착되어 세정공정에서 제거되지 않고 남아 생성될 수 있으며 이렇게 생성되는 외부입자는 사용되는 연마제의 건조에 의해 생성되기도 하며 공기중 입자의 흡착에 의해 생성되기도 한다.
연마제의 건조에 의해 생성되는 외부 입자는 에지연마 슬러리일 수 있다. 일반적으로 웨이퍼 연마에 사용되는 연마제는 무정형 실리카를 사용하여 화학적 연마를 위한 첨가제가 사용된 것으로 사용되는 연마입자는 크기가 수십 nm에서 수백 nm의 크기를 가진다. 웨이퍼상에 입자의 흡착을 가져오는 외부입자로서 연마입자는 비교적 큰 크기를 갖는 것이 일반적이다. 에지연마 슬러리에 사용되는 연마입자는 연마제거율을 높이기 위해 비교적 큰 입자를 사용한다. 따라서 이러한 연마입자의 사용은 웨이퍼상에 연마입자에 의한 오염을 발생시키는 문제점이 있다.
이와같은 문제점을 해결하기 위해 에지연마 슬러리에 관한 광범위한 연구가 진행되어 다양한 특허가 발표되고 있으며 특허사례는 다음과 같다.
첫째, 이노우에유따까등은 일본특허 특2000-0005891에서 연마입자로서 이산화규소를 사용하고 다양한 염기성 화합물을 추가로 함유하며 사용되는 이산화규소의 양이 0.005 내지 50중량 %의 에지연마 조성물을 사용하여 웨이퍼상의 입자오염이 적은 조성물을 제조하였다.
둘째, 미국특허 US 6,312,487에서 타나카(Tanaka)는 평균 입자크기가 8 내지 500 nm 크기를 가지는 이산화규소를 사용하고 여기에 10 내지 3000 nm 크기를 가지는 금속화합물을 사용하며 수소이온농도를 조절하기 위한 약산과 약알카리의 완충용액을 사용한 조성물에 관하여 발표하였다.
세째, 미국특허 US 6,257,954에서 로버트(Robert)등은 에지연마의 효과를 높이기 위한 연마 기구로서 에지연마 슬러리의 온도를 높이는 장치를 고안 하였다.
이상의 예에서 보았듯이 웨이퍼의 취급을 용이하게 하고 파괴를 막기 위하여 통상 웨이퍼의 에지부분을 연마하는 것이 일반적인데 여기에 사용되는 슬러리가 에지연마 슬러리이다. 에지연마 슬러리는 연마 공정이 경면연마와는 달리 웨이퍼를 각각 매엽식으로 연마하게 되므로 생산성 측면에서 20매 단위로 연마되는 경면연마에 비해 떨어지게 된다. 따라서 웨이퍼의 생산성을 높이기 위해서 사용되는 에지연마 슬러리는 높은 연마제거율을 가지는 것이 바람직하다. 에지연마 슬러리가 높은 연마제거율을 가지기 위해서 연마입자의 사용량을 높이거나 화학적 연마를 빠르게 하기위해 첨가제를 조절하는 방법이 일반적으로 사용된다.
현재 적용되고 있는 에지연마 슬러리의 경우 연마입자의 사용량은 약 40%정도로 경면연마 슬러리의 입자에 비해해 상당히 높은 편이다. 이것은 기계적 연마의 효과를 크게 하여 웨이퍼의 생산성을 높이기 위한 요구 때문이다. 경면연마시 특히 일차연마의 경우 입자 크기는 100nm 전후의 입자가 약 25-30%까지 사용되고 있는 반면 에지연마 슬러리에 사용되는 입자는 200nm 이상의 입자도 사용되고 있다.
본 발명은 상기와 같이, 웨이퍼의 이송 및 반도체 제조 공정에서 발생할 수 있는 웨이퍼의 파괴와 웨이퍼 표면의 오염을 방지하기 위하여 안출한 것으로, 웨이퍼의 에지 부분 연마에 사용되는 연마 슬러리에 관한 것으로 연마 입자로 콜로이달 실리카와 발연실리카를 혼합사용하여 기존의 에지연마 슬러리에 비해 빠른 연마제거속도를 가지며 웨이퍼표면에 입자의 부착이 없는 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
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상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼용 에지연마 슬러리에 있어서, 평균입경 75~85nm의 콜로이달 실리카 10~50wt%와 평균입경 35~45nm의 발연실리카 1~5wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물을 제공한다.여기서, 상기 혼합물에 계면활성제, 킬레이트화제, 살균제 중 적어도 어느 하나를 5wt%이하로 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명인 웨이퍼용 에지연마 조성물에 관해 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
기존의 에지 연마 슬러리에 비해 빠른 연마제거속도를 가지고 공정효율을 높이기 위한 웨이퍼 에지연마용 슬러리를 제조하기 위하여 본 발명에서는 콜로이달 실리카와 발연실리카 2종의 연마입자를 사용하여 기존의 에지 연마 슬러리에 비해 빠른 연마제거속도를 가지는 슬러리를 제조 하였다.
제조된 에지연마 슬러리는 연마입자로서 무정형의 콜로이달 실리카와 발연시리카를 동시에 혼합 사용하였으며 에지연마 슬러리의 pH를 조절하기 위한 염기성 화합물과 연마슬러리의 연마효율을 높이고 안정성을 위한 첨가제를 사용하여 제조 하였다.
발명에 사용된 실리카는 크기가 평균 80nm인 콜로이달 실리카와 일차입자 크기가 약 40nm인 발연실리카를 사용하였다. 콜로이달 실리카는 물유리로부터 이온교환법에 의해 제조된 매우 안정화된 입자로 입자는 구형의 형태를 가지고 있다. 이에 비해 발연실리카는 사염화규소를 산소, 수소와 함께 공기중에서 연소시켜 제조된 것으로 일차입자의 크기가 약 40nm이다.
사용된 연마입자는 콜로이달 실리카가 10 내지 50wt%, 발연실리카는 1내지 5wt%를 가지도록 첨가하였다. 이종의 연마입자를 사용하여 에지연마 슬러리의 안정성을 가지도록 하며 수백 nm의 크기를 가지는 입자를 생성하여 연마제거율을 높이는 효과를 가지도록 하였다.
연마입자의 사용량이 10wt% 이하인 경우 바람직한 연마제거율을 나타내지 못하며 50wt% 이상인 경우 웨이퍼상에 입자의 부착을 일으킬 수 있다.
사용된 염기성 화합물을 에지연마 슬러리의 pH를 조절하기 위한 것으로서 화학적 연마의 효과를 나타낼수 있는 염기성 화합물이 사용될 수 있다. 이러한 염기성 화합물로서는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 메틸아민, 에틸아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 및 테트라메틸암모늄 히드록시드 등일 수 있다. 이러한 염기성 화합물은 0.5 내지 10wt%의 범위에서 사용될 수 있다.
염기성 화합물의 사용은 에지연마 슬러리의 화학적 연마작용을 위한 것으로 상기한 범위의 사용이 바람직하며 0.5wt% 이하로서 사용하게 되면 화학적 연마는 거의 일어나지 않아 연마제거율은 감소하는 경향을 나타내며 10wt% 이상의 사용은 과도한 식각작용을 유발하며 슬러리의 안정성을 감소시키는 효과가 있다.
본 발명의 에지연마 슬러리는 이종의 연마입자가 혼합 사용되어 웨이퍼를 연마하게 된다. 이종의 연마입자의 사용은 연마제거율을 높이는 효과가 있지만 연마슬러리의 안정성을 저하시키는 문제를 유발하기도 한다. 이러한 문제를 해결하여 연마슬러리의 안정성을 높이고 장시간 보관시 문제를 발생시키지 않도록 하기 위한 소량의 첨가제가 사용될 수 있으며 이러한 첨가제의 사용은 5wt%를 넘지 않는다.
본 발명의 효과를 저하시키지 않고 슬러리의 안정성을 증가시키기 위한 다양한 첨가제가 혼합될 수 있으며 이러한 첨가제는 계면활성제, 킬레이트화제, 살균제 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 에지연마 슬러리는 연마입자인 콜로이달 실리카를 물중에 혼합하고 여기에 염기성 화합물을 첨가하여 pH를 조절한다. pH가 조절된 혼합액에 발연실리카를 소량씩 첨가하여 교반시킴으로서 발연실리카를 안정하게 분산시킬 수 있다. 다른 첨가제는 연마입자가 고르게 분산된 수용액 중에 첨가, 분산되어 웨이퍼용 에지연마 슬러리가 제조 된다.
제조된 에지연마 슬러리는 고농도의 액체 형태로 제조되며 웨이퍼를 연마하기 위한 공정에 투입될 경우 원하는 농도로 희석되어 사용될 수 있다.
이하 실시예에서 본 발명을 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1)
평균입자 크기가 약 80nm인 콜로이달 실리카를 초순수로 희석하여 입자함량이 40 무게퍼센트가 되도록 하였으며, 염기성 화합물을 첨가하여 슬러리의 pH가 11.0 이상이 되도록 하였다. pH가 조절된 조성물에 일차입자 크기가 약 40nm인 발연실리카를 1 무게퍼센트 첨가하고 120분 교반하여 연마입자를 액중에 분산시켰다. 분산된 연마조성물에 첨가제를 첨가하여 최종 연마조성물을 제조 하였다. 제조된 연마 조성물은 초순수로 20배 희석하여 연마에 사용하였다. 연마는 (100)배향의 p형(p-type) 6〃플랫(flat) 웨이퍼를 사용하여 수행 하였다.
상기의 방법으로 연마된 웨이퍼의 연마제거율은 약 0.134㎛/min 수준이었으며 웨이퍼의 에지부분과 전면부에 입자의 흡착과 같은 오염은 발생하지 않았다.
(실시예 2)
실시예1에서와 같은 방법으로 슬러리를 제조하였으며 사용된 발연실리카의 함량을 2무게퍼센트로 조정하여 최종연마조성물을 제조하였다. 제조된 연마슬러리는 실시예 1에서 동일한 방법으로 연마를 수행하였다.
상기의 방법으로 연마된 웨이퍼의 연마제거율은 약 0.144㎛/min 수준이었으며 웨이퍼의 에지부분과 전면부에 입자의 흡착과 같은 오염역시 발생하지 않았다.
(실시예 3)
실시예1에서와 같은 방법으로 슬러리를 제조하였으며 사용된 발연실리카의 함량을 3무게퍼센트로 조정하여 최종연마조성물을 제조하였다. 제조된 연마슬러리는 실시예 1에서 동일한 방법으로 연마를 수행하였다.
상기의 방법으로 연마된 웨이퍼의 연마제거율은 약 0.145㎛/min 수준이었으며 발연실리카의 함량을 4무게퍼센트, 5무게퍼센트로 증가시켜 제조한 슬러리의 연마제거율은 증가하지 않고 약 0.145㎛/min 수준으로 제어 되었다. 발연실리카를 혼합사용하지 않은웨이퍼의 에지부분과 전면부에 입자의 흡착과 같은 오염역시 발생하지 않았으며 연마된 웨이퍼의 에지면 거칠기는 약 3.2 의 수준으로 제어되었다.
(비교예)
평균입자 크기가 약 80nm인 콜로이달 실리카를 초순수로 희석하여 입자함량이 40 무게퍼센트가 되도록 하였으며, 염기성 화합물을 첨가하여 슬러리의 pH가 11.0 이상이 되도록 하였다. pH가 조절된 슬러리에 첨가제를 첨가하고 초순수로 20배 희석하여 연마에 사용하였다. 연마는 (1 0 0)배향의 p형(p-type) 6〃플랫(flat) 웨이퍼를 사용하여 수행 하였다.
발연실리카가 첨가되지 않은 연마조성물의 연마제거율은 약 0.12㎛/min 수준이었으며 웨이퍼 에지부분과 전면부에 입자의 오염은 발생하지 않았다.
이와같이, 본 발명인 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물에 관한 실시예 및 비교예에서 연마입자로서 발연실리카를 혼합사용하지 않고 콜로이달실리카만 사용한 경우 연마제거율은 약 0.12㎛/min의 수준이었으며 발연실리카를 혼합사용한 조성물의 연마제거율이 0.145㎛/min 수준으로 약 20%정도 높은 수준으로 나타났다. 이로써, 연마제거율의 증가는 웨이퍼 제조 공정시간을 단축시킬 수 있기 때문에 생산성의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 제조된 연마조성물은 콜로이달 실리카 1종의 연마입자가 사용된 조성물에 비해 높은 연마제거율을 가지며 웨이퍼 상으로의 입자 흡착과 같은 오염을 발생시키지 않았다.
본 발명인 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물은 연마제거율이 높으며, 웨이퍼의 에지표면에 발생하는 크랙(crack)과 같은 결점을 제거하여 이후의 웨이퍼 제조 공정 및 반도체 제조공정에서 치핑(chipping)이나 크랙킹(cracking)을 방지하고 경면연마된 웨이퍼표면의 오염을 감소시키며 연마제거 속도가 빠르기 때문에 사용자의 사용상 효율성을 극대화 하는 매우 훌륭한 발명이다.
도 1은 에지연마 수행 이전의 웨이퍼 에지부분을 나타낸 사진이고,
도 2는 본 발명인 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물에 관한 에지 연마 슬러리로 연마된 웨이퍼의 에지부분을 나타낸 사진이다.
Claims (5)
- 웨이퍼용 에지연마 슬러리에 있어서,평균입경 75~85nm의 콜로이달 실리카 10~50wt%와 평균입경 35~45nm의 발연실리카 1~5wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 혼합물에 계면활성제, 킬레이트화제, 살균제 중 적어도 어느 하나를 5wt%이하로 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼용 에지연마 조성물.
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