KR100728887B1 - 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 웨이퍼 양면 연마방법이 개시된다. 개시된 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법은, 상부정반과 하부정반이 대향되며 설치되고, 상기 하부정반 위에 실리콘 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 설치되며, 상기 상부정반 및 상기 하부정반의 내면에 연마패드가 각각 부착 설치되는 양면 연마장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에 있어서, (a) 상기 실리콘 웨이퍼에 스톡 슬러리(Stock Slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 1차 연마하는 단계와; (b) 상기 실리콘 웨이퍼에 상기 스톡 슬러리(Stock Slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 2차 연마하는 단계와; (c) 상기 실리콘 웨이퍼에 파이널 슬러리(Final Slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 3차 연마하는 단계와; (d) 상기 실리콘 웨이퍼 초순수를 공급하여 소정 시간 동안 4차 연마하는 단계와; (e) 상기 실리콘 웨이퍼에 계면활성제를 공급하여 소정 시간 동안 5차 연마하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
파이널 슬러리, 양면 연마장치, 스톡 슬러리
Description
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법이 적용되는 양면 연마장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10. 웨이퍼
11. 하부정반
12. 캐리어
13. 상부정반
14. 연마패드
15. 슬러리 공급부
본 발명은 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 표면을 양면 경면 연마하기 위한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼는 실리콘 단결정 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 슬라이싱(slicing) 후에 양면 연삭 및 습식 에칭(etching) 공정을 거쳐, 일정한 두께와 평탄도를 유지하기 위한 단면 그라인딩(grinding)과 에지(edge) 연마 공정을 거친 웨이퍼에 대하여 10∼30㎛ 양면 연마한다. 그리고 양면 연마한 웨이퍼를 세정하며, 세정 후에 단면(그라인딩된 면)을 1 ∼2㎛ 연마하여 경면화한다.
반도체 기술은 최근에 생산 원가의 절감 및 제품 성능의 향상을 위하여 점차로 고집적화롤 급속하게 발전하고 있으며, 이에 따른 실리콘 웨이퍼의 평탄화뿐만 아니라, 양면 연마한 웨이퍼의 하부면(back side)의 0.20㎛ 이상 크기의 LLS(Localized Light Scatterers) 관리를 요구하고 있다.
종래의 양면 연마 공정에서는 단면 그라인더 기계적 가공 손상(Damage)(Front side) 제거 및 에칭 공정에서 선택적 식각에 의한 표면 굴곡(back side)을 제거하면서 고 평탄도를 얻기 위한 목적으로 공정 개발되어 왔다.
이러한 목적으로 실리콘 웨이퍼를 양면 연마장치에서의 연마 단계는, 실리콘 웨이퍼 단위 면적 당 연마 하중 100∼150gf/㎠으로 하고, 상하정반 rpm을 5∼10, 연마제를 공급하여 1∼3분 동안 연마하는 제1연마 단계와, 실리콘 웨이퍼 단위 면적당 연마 하중 250∼300gf/㎠으로 하고, 상하정반 rpm을 15∼20, 상기 연마제를 공급하여 15∼30분 동안 연마하는 제2연마 단계와, 실리콘 웨이퍼 단위 면적당 하중을 100 ∼150gf/㎠으로 하고, 상하정반 rpm을 15∼20, 초순수를 공급하여 1∼2분 동안 연마하는 제3연마 단계와, 실리콘 웨이퍼 단위 면적당 연마 하중을 100∼150gf/㎠, 상하정반 rpm을 15∼20, 계면활성제를 공급하여 1∼2분 동안 연마하는 제4연마 단계를 포함한다.
상기한 제1연마 단계와, 제2연마 단계에서 사용하는 연마제(stock slurry)는 SiO2 wt% 15∼20, pH 10.5∼11.5, SiO2 입자 크기가 80∼120nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용한다.
그리고 제4연마 단계에서 사용하는 계면활성제는 pH 3.0∼4.0인 케미컬(chemical)을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 연마 패드는 경도(hardness)가 높은 패드(asker-c 69∼78)가 사용되며, 실리콘 웨이퍼를 잡아주는 캐리어는 웨이퍼 두께보다 5∼100㎛ 얇은 것을 사용한다.
이와 같은 양면 연마 공정을 통해서 종래의 일반적인 연마공정, 즉 단면 연마공정으로 실리콘 웨이퍼를 연마할 경우에는 연마하고자 하는 면의 반대면을 진공이나 왁스(wax)를 이용하여 지지판에 고정한 상태에서 상부면만을 연마패드를 이용하여 연마한다.
이때 상기 지지판에 고정하는 과정에서 실리콘 웨이퍼의 미소 형태의 변형이 이루어지고, 이에 진공에 의한 실리콘 웨이퍼의 고정 시 발생한 실리콘 웨이퍼의 형태 변형이 그대로 상부 연마면에 반영되므로 실리콘 웨이퍼 상부면의 평탄화 개선의 한계를 나타내는 것이다.
따라서 이러한 종래의 단면 연마 공정으로는 최근에 요구하는 엄격한 표면 평탄도를 만족하는 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 없으며, 이에 양면 동시 연마 공정이 개발되었다.
이러한 양면 동시 연마 공정을 통하여 실리콘 웨이퍼를 연마할 경우에는 실리콘 웨이퍼 전후의 요철면을 동시에 제거하므로, 단면 연마공정에 비하여 실리콘 웨이퍼의 전체 형상 및 평탄도를 매우 향상시킬 수 있으나, 최근 반도체 공정에서 문제가 되고 있는 양면 웨이퍼의 하부면 LLS 요구 수준을 만족하지는 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 스톡 슬러리(Stock Slurry) 연마 단계 이후 파이널 슬러리(Final Slurry)로 연마하는 단계를 추가함으로써 하부면의 LLS 및 미소 거칠기를 개선하도록 한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법은, 상부정반과 하부정반이 대향되며 설치되고, 상기 하부정반 위에 실리콘 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 설치되며, 상기 상부정반 및 상기 하부정반의 내면에 연마패드가 각각 부착 설치되는 양면 연마장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에 있어서, (a) 상기 실리콘 웨이퍼에 스톡 슬러리(Stock Slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 1차 연마하는 단계와; (b) 상기 실리콘 웨이퍼에 상기 스톡 슬러리를 공급하여 소정 시간 동안 2차 연마하는 단계와; (c) 상기 실리콘 웨이퍼에 파이널 슬러리(final slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 3차 연마하는 단계와; (d) 상기 실리콘 웨이퍼 초순수를 공급하여 소정 시간 동안 4차 연마하는 단계와; (e) 상기 실리콘 웨이퍼에 계면활성제를 공급하여 소정 시간 동안 5차 연마하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법이 적용되는 양면 연마장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
우선, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법이 적용되는 양면 연마장치의 구성을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상부정반(13)과 하부정반(11)이 대향되며 설치되고, 상기 하부정반(11) 위에 웨이퍼(10)가 수납되는 캐리어(Carrier)(12)가 설치되며, 상기 상부정반(13) 및 하부정반(11)의 내면에 연마포인 연마패드(14)가 각각 부착 설치된다. 그리고 상기 상부정반(13)에는 슬러리가 공급되는 슬러리 공급부(15)가 구비된다.
상기와 같이 구성된 양면 연마장치를 이용하여 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법은, 양면 웨이퍼 하부면의 0.20㎛ 크기 LLS를 500ea 이하로 개선하고, 하부면의 미소 거칠기 개선한 것이다.
이를 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 양면 연마에 의하여 실리콘 웨이퍼 상부면의 평탄도를 향상시키면서, 하부면(Back Side)의 LLS를 개선할 수 있는 효과를 나타낼 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이다.
이를 위한 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법은, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정, 단면 그라인딩 공정, 에지 연마공정 등의 일련 과정을 통하여 제조한 웨이퍼를 양면 연마하는 것이다.
이때 상기한 에칭 공정은, 알카리(KOH) 케미칼에 의하여 16∼22㎛ 식각시키고, 단면 그라인딩 공정에서는 상부면을 6∼13㎛ 그라인딩한다.
그리고 이 실리콘 웨이퍼를 양면 연마장치에서 양면 연마하는 단계는 다음과 같이 이루어진다.
우선, 제1연마 단계는, 실리콘 웨이퍼(10)의 단위 면적당 연마 하중 100∼150gf/㎠으로 하고, 상부 및 하부정반(11,13)의 rpm을 5∼10, 스톡 슬러리(stock slurry)를 공급하여 1∼3분 동안 1차 연마한다.(단계 110)
그리고 제2연마 단계는, 실리콘 웨이퍼(10)의 단위 면적당 연마 하중 250∼300gf/㎠으로 하고, 상부 및 하부정반(11,13)의 rpm을 15∼20, 상기 스톡 슬러리를 공급하여 15∼30분 동안 2차 연마한다.(단계 120)
또한 제3연마 단계는, 실리콘 웨이퍼(10)의 단위 면적당 하중 100∼150gf/㎠으로 하고, 상부 및 하부정반(11,13)의 rpm을 15∼20, 파이널 슬러리(final slurry)를 공급하여 1∼2분 동안 3차 연마한다.(단계 130)
이어서, 제4연마 단계는, 실리콘 웨이퍼(10)의 단위 면적당 연마 하중을 100∼150gf/㎠, 상부 및 하부정반(11,13)의 rpm을 15∼20, 초순수를 공급하여 1∼2분 동안 연마하는 4차 연마한다.(단계 140)
그리고 제5연마 단계는, 실리콘 웨이퍼(10)의 단위 면적당 하중을 100∼150gf/㎠으로 하고, 상부 및 하부정반(11,13)의 rpm을 5∼10으로 하여 계면활성제를 공급하여 1∼2분 동안 5차 연마한다.(단계 150)
상기한 제1연마 단계와 제2연마 단계에서 사용하는 상기 스톡 슬러리는 SiO2 wt% 15∼20, pH 10.5∼11.5, SiO2 입자 크기가 80∼120nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용한다.
그리고 제3연마 단계에서 사용하는 파이널 슬러리는, SiO2 wt % 3.5∼4.8, pH 10.0∼11.0, SiO2 입자 크기가 32∼38nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용한다.
또한 제5연마 단계에서 사용하는 계면활성제는 pH 3.0∼4.0인 케미칼을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 연마패드(14)는 경도가 높은 패드(asker-c)가 사용되며, 실리콘 웨이퍼(10)를 잡아주는 캐리어(12)는 실리콘 웨이퍼(10)의 두께보다 5∼100㎛ 얇은 것을 사용한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 양면 연마방법의 종래 기술과의 차이는, 양면 연마 가공 단계 중 연마제로서 파이널 슬러리를 사용하는 단계를 추가하여 연마를 한다는 것이다. 이때의 연마 하중은 스톡 슬러리를 사용하는 연마 가공 단계들 중 가장 높은 하중의 30∼50%의 압력을 사용하고, 상부 및 하부정반(11,13)의 rpm 및 캐리어(12)의 rpm은 스톡 슬러리를 사용하는 연마 가공 단계들 중 연마 하중이 가장 높은 단계와 같은 rpm을 사용하여도 무방하다.
이렇게 하여 양면 연마된 실리콘 웨이퍼(10)는 단면 연마 시 보다 평탄도를 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼(10)의 하부면(back Side) LLS를 개선시키기 위해 하부면을 재 연마하는 공정 없이 하부면 LLS 및 미소 거칠기를 개선시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
양면 연마장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에서 하부면(back Side)의 표면 거칠기 및 LLS를 개선하기 위해 양면 연마에서 연마제로 스톡 슬러리만을 사용하는 종래의 양면 연마 방식에서 스톡 슬러리 연마 단계 이후에 파이널 슬러리로 연마하는 단계를 추가함으로써 하부면의 0.20㎛ 크기의 LLS를 500e이하 및 미소 거칠기를 개선할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정 한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (14)
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- 상부정반과 하부정반이 대향되며 설치되고, 상기 하부정반 위에 실리콘 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 설치되며, 상기 상부정반 및 상기 하부정반의 내면에 연마패드가 각각 부착 설치되는 양면 연마장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에 있어서,(a) 상기 실리콘 웨이퍼에 스톡 슬러리(Stock Slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 1차 연마하는 단계와;(b) 상기 실리콘 웨이퍼에 상기 스톡 슬러리(Stock Slurry)를 공급하여 소정 시간 동안 2차 연마하는 단계와;(c) 상기 실리콘 웨이퍼에 0.20㎛ 이상 크기의 LLS(Localized Light Scatterers)를 관리하기 위한 파이널 슬러리를 공급하여 소정 시간 동안 3차 연마하는 단계-여기서, 연마압력은 상기 스톡 슬러리를 이용할 경우 상부 및 하부 정반에 의해 가해지는 하중의 30∼50%의 압력을 사용함-와;(d) 상기 실리콘 웨이퍼 초순수를 공급하여 소정 시간 동안 4차 연마하는 단계와;(e) 상기 실리콘 웨이퍼에 계면활성제를 공급하여 소정 시간 동안 5차 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제4항에 있어서,상기 스톡 슬러리는 SiO2 wt% 15∼20, pH 10.5∼11.5, SiO2 입자 크기가 80∼120nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제4항에 있어서,상기 파이널 슬러리는, SiO2 wt % 3.5∼4.8, pH 10.0∼11.0, SiO2 입자 크기가 32∼38nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제4항에 있어서,상기 계면활성제는 pH 3.0∼4.0인 케미칼을 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 상부정반과 하부정반이 대향되며 설치되고, 상기 하부정반 위에 실리콘 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 설치되며, 상기 상부정반 및 상기 하부정반의 내면에 연마패드가 각각 부착 설치되는 양면 연마장치를 이용한 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법에 있어서,(a) 상기 실리콘 웨이퍼의 단위 면적당 연마 하중 100∼150gf/㎠으로 하고, 상기 상부 및 하부정반의 rpm을 5∼10, 스톡 슬러리를 공급하여 1∼3분 동안 1차 연마하는 단계와;(b) 상기 실리콘 웨이퍼의 단위 면적당 연마 하중 250∼300gf/㎠으로 하고, 상기 상부 및 하부정반의 rpm을 15∼20, 상기 스톡 슬러리를 공급하여 15∼30분 동안 2차 연마하는 단계와;(c) 상기 실리콘 웨이퍼의 단위 면적당 하중 100∼150gf/㎠으로 하고, 상기 상부 및 하부정반의 rpm을 15∼20, 파이널 슬러리를 공급하여 1∼2분 동안 3차 연마하는 단계와;(d) 상기 실리콘 웨이퍼의 단위 면적당 연마 하중을 100∼150gf/㎠, 상기 상부 및 하부정반의 rpm을 15∼20, 초순수를 공급하여 1∼2분 동안 연마하는 4차 연마하는 단계와;(e) 상기 실리콘 웨이퍼의 단위 면적당 하중을 100∼150gf/㎠으로 하고, 상기 상부 및 하부정반의 rpm을 5∼10으로 하여 계면활성제를 공급하여 1∼2분 동안 연마하는 5차 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 실리콘 웨이퍼는 10∼30㎛ 양면 연마된 후, 상부면을 1 ∼2㎛ 연마하여 경면화 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제8항에 있어서,상기 양면 연마 단계들을 수행하기 전에, 에칭 공정에서는 KOH 케미칼을 사용하여 16∼22㎛ 식각하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제10항에 있어서,상기 에칭 공정 후에 단면 그라인딩 공정에서는 상기 실리콘 웨이퍼의 한 면을 6∼13㎛ 그라인딩하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제8항에 있어서,상기 스톡 슬러리는 SiO2 wt% 15∼20, pH 10.5∼11.5, SiO2 입자 크기가 80∼120nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제8항에 있어서,상기 파이널 슬러리는, SiO2 wt % 3.5∼4.8, pH 10.0∼11.0, SiO2 입자 크기가 32∼38nm를 초순수에 10∼15배로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
- 제8항에 있어서,상기 계면활성제는 pH 3.0∼4.0인 케미칼을 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법.
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| KR1020050126464A KR100728887B1 (ko) | 2005-12-20 | 2005-12-20 | 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100728887B1 true KR100728887B1 (ko) | 2007-06-14 |
Family
ID=38359571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050126464A KR100728887B1 (ko) | 2005-12-20 | 2005-12-20 | 실리콘 웨이퍼 양면 연마방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100728887B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100880108B1 (ko) * | 2007-09-18 | 2009-01-21 | 주식회사 실트론 | 반도체 웨이퍼 연마방법 및 이를 위한 반도체 웨이퍼연마장치 |
| KR101563925B1 (ko) | 2013-12-24 | 2015-10-29 | 일진디스플레이(주) | 슬러리 및 이를 이용한 에지 그라인딩 장치 |
| EP4343820A1 (en) * | 2022-09-21 | 2024-03-27 | Qorvo US, Inc. | Methods for polishing bulk silicon devices |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010102535A (ko) * | 1999-03-30 | 2001-11-15 | 시마무라 테루오 | 연마체, 연마장치, 연마방법 및 반도체 소자의 제조방법 |
| KR20030043793A (ko) * | 2000-05-31 | 2003-06-02 | 미츠비시 스미토모 실리콘 주식회사 | 양면연마장치를 사용한 반도체 웨이퍼의 연마방법 |
-
2005
- 2005-12-20 KR KR1020050126464A patent/KR100728887B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20030043793A (ko) * | 2000-05-31 | 2003-06-02 | 미츠비시 스미토모 실리콘 주식회사 | 양면연마장치를 사용한 반도체 웨이퍼의 연마방법 |
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| KR100880108B1 (ko) * | 2007-09-18 | 2009-01-21 | 주식회사 실트론 | 반도체 웨이퍼 연마방법 및 이를 위한 반도체 웨이퍼연마장치 |
| KR101563925B1 (ko) | 2013-12-24 | 2015-10-29 | 일진디스플레이(주) | 슬러리 및 이를 이용한 에지 그라인딩 장치 |
| EP4343820A1 (en) * | 2022-09-21 | 2024-03-27 | Qorvo US, Inc. | Methods for polishing bulk silicon devices |
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