KR100737879B1 - 반도체 웨이퍼의 제조방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 제조방법 Download PDF

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Abstract

(목적)광택도가 다른 표리면을 갖는 반도체 웨이퍼를 낮은 가격으로 얻는다. 표리면의 광택도를 각각 임의로 선택가능하다.
(구성)썬기어를 갖고 있지 않은 양면연마장치에서 캐리어플레이트(11)의 각 유지구멍(11a)에 실리콘 웨이퍼(W)를 삽입한다. 각 웨이퍼의 이면은 상향으로 한다. 웨이퍼 이면에 발포우레탄 폼패드(14)를, 웨이퍼 표면에 부직포패드(15)를 눌러 붙인다. 상정반(12)측으로부터 슬러리를 공급하고, 캐리어홀더(20), 캐리어플레이트(11)가 수평면 내에서 자전을 수반하지 않는 원운동을 행하게 한다. 이 결과, 각 실리콘 웨이퍼(W)의 표리면은 각각 전면 균일하게 연마된다. 이때, 우레탄패드(14)는 부직포패드(15)보다 웨이퍼의 침식량이 작다. 따라서, 이면이 이지면이고, 표면이 경면인 연마우레탄을 얻을 수 있다. 또는 다른 침식량이 되는 연마포를 상하에 이용한다. 더욱이, 상하의 정반의 회전속도를 다르게 한다. 이들 방법에 의해서도 표리면에서 광택도가 다른 반도체 웨이퍼를 제작할 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 웨이퍼의 제조방법, 자세히는 썬기어(sun gear)가 조립되어 있지 않은 구조의 양면연마장치를 이용하여 반도체 웨이퍼를 연마함으로써, 광택도가 다른 표리면을 갖는 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있는 반도체 웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 양면 연마 웨이퍼의 제조는 이하의 공정에 의해 행해진다. 즉, 단결정 실리콘 잉곳을 얇게 썰어 실리콘 웨이퍼를 제작한 후, 이 실리콘 웨이퍼에 대하여 모따기, 래핑, 산에칭의 각 공정이 순차적으로 실행된다. 다음에, 웨이퍼 표리양면을 경면(鏡面)화하는 양면연마가 실시된다.
이 양면연마에는 통상, 중심부에 썬기어가, 외주부에 인터널기어가 각각 배치된 유성(遊星)기어구조를 갖는 양면연마장치가 이용된다. 이 양면연마장치에서는 캐리어플레이트에 복수개 형성된 웨이퍼 유지구멍의 내부에 실리콘 웨이퍼를 삽입하여 유지한다. 그리고, 그 상방으로부터 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 실리콘 웨이퍼에 공급하면서, 서로 대향하는 면에 연마포가 배치된 상정반 및 하정반을 그들 실리콘 웨이퍼의 표리양면에 각각 눌러 붙이고, 캐리어플레이트를 썬기어와 인터널기어 사이에서 자전 및 공전시킴으로써, 각 실리콘 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하게 된다.
그런데, 이 유성기어식의 양면연마장치에서는 그 장치중앙부에 썬기어가 설치되어 있다. 이로 인해, 예를 들면 300㎜웨이퍼 등의 대구경 웨이퍼를 양면연마하는 장치를 제작하는 경우, 이 썬기어가 설치되어 있는 만큼 캐리어플레이트, 나아가서는 양면연마장치의 전체가 대형화된다. 예를 들면, 장치의 직경이 3m이상이나 되어 버린다는 문제점이 있었다.
그래서, 이 문제점을 해소하는 종래기술로서, 예를 들면 일본국 특허공개평11-254302호 공보에 기재된 양면연마장치가 알려져 있다.
이 양면면마장치는 실리콘 웨이퍼가 유지되는 복수개의 웨이퍼 유지구멍을 갖는 캐리어플레이트와, 이 캐리어플레이트의 상하에 배치되어, 각각의 대향면에 각 웨이퍼 유지구멍 내의 실리콘 웨이퍼의 표리양면을 같은 광택도로 연마하는 연마포가 배치된 상정반 및 하정반과, 이들 상정반 및 하정반 사이에 유지된 캐리어플레이트를 이 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 운동시키는 캐리어운동수단을 구비하고 있다.
이 캐리어플레이트의 운동이란, 캐리어플레이트는 자전하지 않고, 실리콘 웨이퍼를 웨이퍼 유지구멍 내에서 선회시킬 수 있는 원운동을 의미한다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 양면연마 중, 상정반 및 하정반은 수직인 각 회전축을 중심으로 하여 서로 반대방향으로 회전하고 있다.
따라서, 실리콘 웨이퍼의 양면연마시에는 캐리어플레이트의 각 웨이퍼 유지구멍에 실리콘 웨리퍼를 각각 유지하고, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 실리콘 웨이퍼에 공급하면서, 아울러 상정반 및 하정반을 회전시키면서, 캐리어플레이트에 자전을 수반하지 않는 원운동을 행하게 한다. 이 결과, 각 실리콘 웨이퍼가 동시에 양면연마된다.
그리고, 이 양면연마장치에는 썬기어가 조립되어 있지 않기 때문에, 그 만큼 캐리어플레이트 상에 있어서의 각 웨이퍼 유지구멍의 형성공간이 확대된다. 그 결과, 썬기어식과 같은 크기와 외경을 갖고 있어도, 그 양면연마장치(이하, 무(無)썬기어식 양면연마장치라고 하는 경우가 있다)에서는 취급가능한 실리콘 웨이퍼의 치수를 크게 할 수 있다.
그러나, 종래의 무썬기어식 양면연마장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 양면연마방법에서는 이하의 과제가 있었다.
즉, 이 양면연마방법에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 표리양면이 같은 광택도로 완성되어 있었다. 이것은 상정반 및 하정반에 각각 배치된 연마포로서, 같은 종류, 같은 재질의 연마포가 사용되어 있었기 때문이다. 덧붙여 범용되고 있는 연마포는 3개의 타입으로 크게 나뉜다. 제 1은 발포우레탄시트로 이루어지는 발포우레탄타입, 제 2는 폴리에스테르 등의 부직포에 우레탄수지를 함침시킨 부직포타입, 제 3은 스웨이드타입이다.
이와 같이, 종래의 양면연마방법에서는 실리콘 웨이퍼의 표리양면이 같은 광택도로서 완성되어 있었기 때문에, 예를 들면, 웨이퍼 이면의 광택도를 저하시키고 이 이면만을 이지(梨地)면으로 하고 싶은 경우, 또는 실리콘 웨이퍼의 이면을 게터링면으로 하기 위해 웨이퍼표면에만 경면연마를 실시하고 싶은 경우 등에는 대응할 수 없었다.
이 발명의 목적은 광택도가 다른 표리면을 갖는 반도체 웨이퍼를 선택적으로 또한 낮은 가격으로 얻을 수 있는 반도체 웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것이다.
이 발명의 목적은 이면을 광센서에 의해 검지가능하며, 그 표리의 식별이 가능한 반도체 웨이퍼를 제조할 수 있는 반도체 웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 이 발명의 다른 목적은 고평탄도이며, 웨이퍼의 연마량이 적고, 연마시간이 짧고, 게다가 웨이퍼의 양면연마시에 웨이퍼 이면이 경면화되기 어려운 반도체 웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것이다.
청구항 1에 기재된 발명은 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 이 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 연마포가 각각 배치된 상정반 및 하정반 사이에서, 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 운동시킴으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 반도체 웨이퍼의 제조방법으로서, 상기 상정반의 연마포 및 하정반의 연마포 중 어느 한쪽에, 나머지 다른 쪽과는 연마시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 침식량이 다른 연마포를 이용함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면의 광택도와 그 이면의 광택도를 다르게 한 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
사용하는 양면연마장치로서는 썬기어가 조립되어 있지 않고, 상정반 및 하정반 사이에서 캐리어플레이트를 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 무썬기어식 양면연마장치이면 된다.
여기서 말하는 반도체 웨이퍼에는 예를 들면 실리콘 웨이퍼, 갈륨비소 웨이퍼 등을 들 수 있다. 반도체 웨이퍼의 크기도 한정되지 않는다. 예를 들면, 30㎜웨이퍼 등의 대구경 웨이퍼라도 좋다. 또한, 반도체 웨이퍼는 한쪽면이 산화막에 의해 피복되어 있는 것이라도 좋다. 이 경우의 연마로서, 반도체 웨이퍼의 산화막과는 반대측의 베어웨이퍼면을 선택적으로 연마하도록 해도 된다.
캐리어플레이트에 형성하는 웨이퍼 유지구멍의 개수는 1개라도 복수개라도 된다. 웨이퍼 유지구멍의 크기는 연마되는 반도체 웨이퍼의 크기에 따라 임의로 변경된다.
캐리어플레이트의 운동은 케리어플레이트의 표면(또는 이면)과 평행한 면내에서의 운동이면 되고, 운동의 방향 등은 한정되지 않는다. 예를 들면, 상정반 및 하정반 사이에서 유지된 반도체 웨이퍼가 웨이퍼 유지구멍의 내부에서 선회하는 캐리어플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동이라도 된다. 그 외, 캐리어플레이트의 중심선을 중심으로 한 원운동, 편심위치에서의 원운동, 직선운동 등이라도 된다. 이 직선운동의 경우, 상정반 및 하정반을 각각의 축선을 중심으로 회전시키는 쪽이 웨이퍼 표리양면을 균일하게 연마할 수 있다.
사용하는 슬러리의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면, pH가 9∼11의 알칼리성 에칭액에, 평균입자지름 0.02∼0.1㎛정도의 콜로이달실리카입자(연마숫돌입자)를 분산시킨 것을 사용할 수 있다. 또, 산성에칭액 중에 연마숫돌입자를 분산시킨 것이라도 된다. 슬러리의 공급량은 캐리어플레이트의 크기에 따라 다르며, 한정되지 않는다. 예를 들면, 1.0∼2.0리터/분이다. 슬러리의 반도체 웨이퍼에의 공급은 캐리어플레이트의 중심부에 대하여 행할 수 있다.
상정반 및 하정반의 회전속도는 한정되지 않는다. 예를 들면, 같은 속도에서 회전시켜도 되며, 다른 속도에서 회전시켜도 된다. 또, 이들 회전방향도 한정되지 않는다. 즉, 같은 방향으로 회전시켜도 되며, 서로 반대방향으로 회전시켜도 된다. 단, 반드시 상정반 및 하정반을 동시에 회전시키지 않아도 된다. 그것은 이 발명이 반도체 웨이퍼의 표리양면에 상정반 및 하정반의 각 연마포를 눌러 붙인 상태에서 캐리어플레이트를 운동시키는 구성을 채용하고 있기 때문이다.
상정반 및 하정반의 반도체 웨이퍼에 대한 압압력은 한정되지 않는다. 예를 들면 150∼250g/㎠이다.
또, 웨이퍼 표리양면의 연마량 및 연마속도도 한정되지 않는다. 이 웨이퍼 표면과 웨이퍼 이면의 연마속도의 차이는 웨이퍼 표리양면의 광택도에 큰 영향을 미친다.
이들 상정반 및 하정반에 배치되는 연마포의 종류 및 재질은 한정되지 않는다. 예를 들면, 경질발포우레탄 폼패드, 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 부직포패드를 들 수 있다. 그 외, 부직포로 이루어지는 기포 상에 우레탄수지를 발포시킨 패드 등도 들 수 있다.
여기서는 상정반용 연마포, 하정반용 연마포로서, 웨이퍼연마시에 있어서, 반도체 웨이퍼의 침식량이 서로 다른 것이 채용되어 있다. 또한, 침식량은 한정되지 않는다.
이 반도체 웨이퍼의 침식량을 다르게 하는 방법은 한정되지 않는다. 예를 들면, 서로 경도가 다른 재질의 연마포, 서로 밀도가 다른 재질의 연마포, 서로 압축률이 다른 재질의 연마포, 또는 서로 압축탄성률이 다른 재질의 연마포 등을 채용할 수 있다. 이와 같이 경도, 밀도, 압축률 또는 압축탄성률이 다른 연마포를 사용하여, 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하도록 하면, 반도체 웨이퍼의 표리양면이 다른 광택도가 되도록 연마된다.
또한, 여기서, 「광택도가 다르다」란 것은 웨이퍼의 한쪽 면(통상, 웨이퍼표면)이 웨이퍼의 다른 면(통상, 웨이퍼 이면)에 비해 고광택도인 것을 의미한다. 광택도의 측정은 공지의 측정기(예를 들면 일본전색(日本電色)사제품 측정기)를 이용하여 행할 수 있다.
또, 이와 같이 반도체 웨이퍼의 침식량을 다르게 하는 방법으로서는 예를 들면 같은 재질의 연마포에 있어서 경도, 밀도, 압축률, 압축탄성률을 다르게 해도 된다.
웨이퍼 표리양면의 광택도 차의 정도는 한정되지 않는다. 예를 들면, 연마된 웨이퍼 표면이 경면연마면이고, 웨이퍼 이면이 이지면이라도 된다. 또, 웨이퍼 표면이 경면이고, 웨이퍼 이면이 전혀 연마되지 않은 면이라도 된다.
또, 청구항 2에 기재된 발명은 상기 캐리어플레이트의 운동은 캐리어플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동인 청구항 1에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
여기서 말하는 자전을 수반하지 않는 원운동이란, 캐리어플레이트가 상정반 및 하정반의 축선으로부터 소정거리만큼 편심한 상태를 항상 유지하여 선회하는 원운동의 것을 말한다. 이 자전을 수반하지 않는 원운동에 의해 캐리어플레이트 상의 모든 점은 같은 크기의 작은 원의 궤적을 그리게 된다.
더욱이, 청구항 3에 기재된 발명은 상기 상정반의 연마포의 경도와, 상기 하정반의 연마포의 경도는 다른 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
이들 연마포의 경도는 한정되지 않는다. 예를 들면, 50∼100°(Asker경도계)의 것을 사용한다.
한쪽의 연마포와 다른쪽의 연마포의 경도비도 한정되지 않는다. 예를 들면, 1:1.05∼1.60의 것을 사용한다.
더욱이 또한, 청구항 4에 기재된 발명은 상기 상정반의 연마포의 밀도와, 상기 하정반의 연마포의 밀도는 다른 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
이들 연마포의 각 밀도는 한정되지 않는다. 예를 들면, 0.30∼0.80g/㎤의 것을 사용한다.
한쪽의 연마포와 다른쪽의 연마포의 밀도비도 한정되지 않는다. 예를 들면, 1:1.1∼2.0의 것을 사용한다.
그리고, 청구항 5에 기재된 발명은 상기 상정반의 연마포의 압축률과, 상기 하정반의 연마포의 압축률은 다른 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
각각의 연마포의 압축률은 한정되지 않는다. 예를 들면 1.0∼8.0%의 범위의 것을 사용한다.
이들 연마포의 압축률의 비율도 한정되지 않는다. 예를 들면, 1:1.2∼8.0의 것을 사용한다.
또, 청구항 6에 기재된 발명은 상기 상정반의 연마포의 압축탄성률과, 상기 하정반의 연마포의 압축탄성률은 다른 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
각각의 연마포의 압축탄성률은 한정되지 않는다. 예를 들면, 60∼90%의 범위의 것을 사용한다.
한쪽의 연마포의 압축탄성률과 다른쪽의 압축탄성률의 비율도 한정되지 않는다. 예를 들면, 1:1.1∼1.5의 것을 사용한다.
또, 청구항 7에 기재된 발명은 상기 상정반의 연마포 및 하정반의 연마포 중 어느 한쪽이 발포우레탄 폼패드이며, 나머지 다른쪽이 부직포패드인 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
발포우레탄 폼패드 및 부직포패드의 경도, 밀도, 압축률 및 압축탄성률은 한정되지 않는다. 바람직한 값은 발포우레탄 폼패드의 경우에서 경도(Asker경도계) 80∼95°, 밀도 0.4∼0.8g/㎤, 압축률 1.0∼3.5%, 압축탄성률 50∼70%이다. 이에 대하여, 부직포패드의 경우는 경도 60∼82°, 경도 0.2∼0.6g/㎤, 압축률 2.5∼8.5%, 압축탄성률 70∼88%이다.
더욱이, 청구항 8에 기재된 발명은 상기 슬러리는 상기 웨이퍼 유지구멍의 바로 위에 배치된 슬러리 공급구멍으로부터 공급되는 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
슬러리는 실리콘 웨이퍼가 존재하는 범위에 대하여 직접적으로 공급되는 것이 바람직하다. 또한, 슬러리를 공급하는 방법은 한정되지 않는다. 예를 들면, 이 슬러리 공급측의 면이 반도체 웨이퍼의 상면인 경우에는 슬러리 공급노즐에 의한 자연낙하라도 된다. 이 경우, 캐리어플레이트에 슬러리가 하정반측으로 낙하하는 구멍을 형성해도 된다.
청구항 9에 기재된 발명은 상기 반도체 웨이퍼의 침식량이 작은 연마포를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표리면 중 한쪽의 면을 가볍게 연마함으로써 경폴리시면으로 한 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
경폴리시면의 연마의 정도는 한정되지 않는다.
다음에, 청구항 10에 기재된 발명은, 상기 반도체 웨이퍼는 그 한쪽면이 산화막에 의해 피복되어 있는 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
산화막의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 경우에 있어서의 실리콘 산화막 등을 들 수 있다. 산화막의 두께도 한정되지 않는다. 이 산화막측의 웨이퍼면을 이지면으로서 연마해도 되고, 연마하지 않고 비연마면으로 해도 된다.
이어서, 청구항 11에 기재된 발명은 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 각각 연마포가 배치되고, 또한 각 회전축을 중심으로 하여 회전하는 상정반 및 하정반 사이에서, 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 운동시키고, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 반도체 웨이퍼의 제조방법으로서, 상기 상정반 및 하정반 중 어느 한쪽의 회전속도를 나머지 다른쪽과는 다른 회전속도로 함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면의 광택도와 그 이면의 광택도를 다르게 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
상정반 및 하정반의 회전속도는 한정되지 않는다. 예를 들면, 저속으로 회전되는 측의 정반의 회전속도는 5∼15rpm의 범위내에서 변화하고, 고속으로 회전되는 측의 정반의 회전속도는 20∼30rpm으로 변화한다. 이 때의 상정반 및 하정반의 회전속도비도 한정되지 않는다. 예를 들면, 1:4로부터 1:5까지로 한다. 또한, 한쪽의 정반을 회전시키지 않고(회전속도를 0으로 한다), 반도체 웨이퍼의 한쪽면만을 연마하도록 해도 된다.
그리고, 청구항 12에 기재된 발명은 상기 캐리어플레이트의 운동은 캐리어플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동인 청구항 11에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
다음에, 청구항 13에 기재된 발명은, 상기 반도체 웨이퍼는 그 한쪽면이 산화막에 의해 피복되어 있는 청구항 11 또는 청구항 12에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
청구항 14에 기재된 발명은, 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마제를 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 대향배치된 한쌍의 연마부재 사이에서, 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 운동시킴으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 반도체 웨이퍼의 제조방법으로서, 한쪽의 연마부재를 고정숫돌입자를 갖는 고정숫돌입자체로 하고, 다른 쪽의 연마부재를 이 고정숫돌입자체에 대향하는 면에 연마포가 배치된 연마정반으로 함으로써, 반도체 웨이퍼의 표리면의 연마량을 다르게하는 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
반도체 웨이퍼로서는 실리콘 웨이퍼, 갈륨비소 웨이퍼 등이 있다. 반도체 웨이퍼의 크기도, 예를 들면 300㎜웨이퍼 등의 대구경 웨이퍼라도 된다. 반도체 웨이퍼의 한쪽면이 산화막에 의해 피복된 것이라도 된다. 이 경우, 반도체 웨이퍼의 산화막과는 반대측의 베어웨이퍼면을 선택적으로 연마해도 된다.
양면연마장치는 썬기어가 조립되어 있지 않고, 한쌍의 연마부재 사이에서 캐리어플레이트를 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 무썬기어식 양면연마장치라면 한정되지 않는다.
캐리어플레이트에 형성되는 웨이퍼 유지구멍의 개수는 1개라도 복수개라도 된다. 웨이퍼 유지구멍의 크기는 연마되는 반도체 웨이퍼의 크기에 따라서 임의로 변경된다.
캐리어플레이트의 운동은 캐리어플레이트의 표면(또는 이면)과 평행한 면내에서의 운동이면 되고, 운동의 방향 등은 한정되지 않는다. 예를 들면 한쌍의 연마부재 사이에 유지된 실리콘 웨이퍼가 그 대응하는 웨이퍼 유지구멍 내에서 선회되는, 캐리어플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동 등이라도 된다. 그 외에, 캐리어플레이트의 중심선을 중심으로 한 원운동, 편심위치에서의 원운동, 직선운동 등이라도 된다. 또한, 이 직선운동의 경우는 한쌍의 연마부재를 각각의 축선을 중심으로 회전시키는 쪽이, 웨이퍼 표리양면을 균일하게 연마할 수 있다.
사용하는 연마제의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면, 유리숫돌입자를 함유하지 않는 알칼리액만이라도 된다. 또, 이 알칼리액에 평균입자지름 0.02∼0.1㎛정도의 콜로이달실리카입자(연마숫돌입자)를 분산시킨 슬러리라도 된다. 단, 한쪽의 연마부재로서 고정숫돌입자체를 사용하므로, 유리숫돌입자를 함유하지 않는 알칼리액의 쪽이 바람직하다.
이 연마제의 공급량은 캐리어플레이트의 크기에 따라 다르며, 한정되지 않는다. 예를 들면, 1.0∼2.0리터/분이다. 연마제의 반도체 웨이퍼의 공급은 반도체 웨이퍼의 경면측에 행할 수 있다. 또한 이 연마제는 웨이퍼의 운동범위에 공급한 쪽이 바람직하다.
각각의 연마부재의 회전속도는 한정되지 않는다. 같은 속도로 회전시켜도 되며, 다른 속도로 회전시켜도 된다. 각 회전방향도 한정되지 않는다. 즉, 같은 방향으로 회전시켜도 되며, 서로 반대방향으로 회전시켜도 된다. 반드시 한쌍의 연마부재를 동시에 회전시키지 않아도 된다. 그것은 이 발명이 반도체 웨이퍼의 표리양면에 각 연마부재를 눌러 붙인 상태에서 캐리어플레이트를 운동시키는 구성을 채용하고 있기 때문이다.
각 연마부재의 반도체 웨이퍼에 대한 압압력은 한정되지 않는다. 예를 들면 150∼250g/㎠이다.
반도체 웨이퍼의 선택연마되는 면은 한정되지 않는다. 또, 웨이퍼 표리양면의 연마량도 한정되지 않는다. 예를 들면 웨이퍼 이면이 이지면인 한쪽면이 경면웨이퍼인 경우, 경면(웨이퍼표면)측의 연마량이 5∼20㎛, 이지면측의 연마량이 1㎛이하이다. 이와 같이, 웨이퍼 한쪽면의 연마를 다른면보다 크게 하는 선택연마를 행함으로써, 웨이퍼 표리면의 광택도를 다르게 할 수 있다.
고정숫돌입자체의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면 고정숫돌입자를 결합재로 소정형상, 예를 들면, 두꺼운 원반형상으로 굳힌 연마숫돌, 테이프기재의 표면 및/또는 이면에 고정숫돌입자가 결합재에 의해 고정된 연마테이프, 실리카미분말, 세리아미분말 및/또는 알루미나미분말을 소정 형상으로 성형한 후 소성한 것이라도 된다.
고정숫돌입자의 입자지름은 한정되지 않는다. 예를 들면, 0.1∼3.0㎛이다.
연마정반에 배치되는 연마포의 종류 및 재질은 한정되지 않는다. 예를 들면 경질의 발포우레탄 폼패드, 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 연질의 부직포패드 등을 얻을 수 있다. 그 외, 부직포로 이루어지는 기포 상에 우레탄수지를 발포시킨 패드 등도 들 수 있다.
또, 청구항 15에 기재된 발명은 상기 연마제가 알칼리액인 청구항 14에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
이 알칼리액에는 유리숫돌입자를 함유하지 않는다. 또, 알칼리액의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면 NaOH, KOH, 피페라진 등을 들 수 있다. 이 알칼리액의 pH는 한정되지 않는다. 예를 들면 pH9∼11이다.
청구항 16에 기재된 발명은 상기 고정숫돌입자체가 연마숫돌이고, 상기 연마포가 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 연질의 부직포패드인 청구항 14 또는 청구항 15에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
청구항 17에 기재된 발명은, 상기 캐리어플레이트의 운동은 캐리어플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동인 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
여기서 말하는 자전을 수반하지 않는 원운동이란, 캐리어플레이트가 상정반 및 하정반의 축선으로부터 소정거리만큼 편심한 상태를 항상 유지하여 선회하는 원운동의 것을 말한다. 이 자전을 수반하지 않는 원운동에 의해 캐리어플레이트 상의 모든 점은 같은 크기의 작은 원의 궤적을 그리게 된다.
청구항 18에 기재된 발명은 랩 후의 반도체 웨이퍼를 알칼리성 에칭액에 의해 에칭하는 알칼리에칭공정과, 이 알칼리에칭 후, 반도체 웨이퍼의 표면에 저손상용 연삭숫돌을 이용하여 저손상 연삭을 행하는 표면연삭공정과, 이 표면연삭을 행한 후, 반도체 웨이퍼의 표면을 경면연마함과 아울러, 알칼리에칭에 의해 반도체 웨이퍼의 이면에 형성된 요철을 가볍게 연마하는 양면연마공정을 구비한 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
알칼리성 에칭액으로서는 예를 들면 KOH, NaOH 등의 용액을 들 수 있다. 이 때의 에칭량은 웨이퍼 표리양면 합쳐 15∼30㎛이다.
그리고, 표면연삭공정에서는 그 마무리시에 저손상 표면연삭을 행한다. 마무 리 표면연삭만이라도 되며, 비교적 거칠게 연삭하는 1차 표면연삭과, 마무리 표면연삭의 조합이라도 된다. 더욱이, 1차 표면연삭과 마무리 표면연삭 사이에 2차 연삭이나, 3차 연삭을 행해도 된다.
이 표면연삭의 연삭량은 3∼15㎛이다. 마무리용 표면연삭장치에 조립된 연삭숫돌로서는 예를 들면 레지노이드연삭숫돌을 채용할 수 있다. 이 마무리 표면연삭공정에서는 웨이퍼 표면이 거칠어지기 힘들고, 게다가 비손상면이라도 연삭할 수 있는 높은 번수의 연삭숫돌을 이용한 쪽이 바람직하다. 구체예를 들면, #1000∼#8000, 바람직하게는 #2000∼#4000의 레지노이드연삭숫돌이다.
보다 구체적인 마무리 표면연삭용 숫돌로서는 예를 들면 디스코주식회사제품 #1500∼#3000의 레지노이드연삭숫돌 등을 들 수 있다. 특히 「IF-01-1-4/6-B-M01」(연삭숫돌의 상품명)이 바람직하다.
또, 1차 표면연삭에는 #300∼#600의 비트리파이드 연삭숫돌을 이용할 수 있다.
표면연삭 후의 가공손상은 예를 들면 1∼3㎛이다. 손상이 크면, 후의 양면연마에 있어서의 웨이퍼 표면의 연마량이 증가한다. 이 연마량이 10㎛를 넘으면, 연마시간이 길어진다는 문제와, 이면이 오버연마되어 완전한 경면이 될 우려가 있다.
이 발명에서는 웨이퍼 표리양면을 동시연마하기 전에 웨이퍼 표면에 저손상의 연삭을 실시하기 위해, 웨이퍼 표면의 연삭량을 10㎛미만(예를 들면 7㎛정도)까지 줄일 수 있다. 따라서, 연마시간이 단축되고, 스루 풋이 향상한다. 또, 이면의 오버연마에 의한 완전경면화를 방지할 수 있다.
상기 양면연마공정에 있어서의 웨이퍼 표면의 연마량은 한정되지 않는다. 종래의 연마량의 12㎛보다 작아진다. 예를 들면 7㎛이다. 사용되는 연마포에는 예를 들면 경질발포우레탄 폼패드, 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 패드 등을 들 수 있다.
여기서 말하는 반도체 웨이퍼의 표면이 고평탄도라는 것은 사이트평탄도, 예를 들면 25㎜×25㎜의 면적을 갖는 사이트이며, 이면기준의 높이 차(SBIR)가 0.3㎛이하인 것을 의미한다.
또, 이 양면연마공정의 웨이퍼 이면연마란, 알칼리에칭에 의해 반도체 웨이퍼의 이면에 형성된 요철을 경도로 연마하고, 그 요철의 일부를 제거하고, 이 웨이퍼 이면을 반경면으로 하는 것을 의미한다.
웨이퍼 이면의 연마량은 통상은 0.5∼1.5㎛정도이다. 더욱이 연마포로서는 상기 웨이퍼 표면용 각 연마포를 채용할 수 있다.
또, 웨이퍼 표면을 경면화하는 동시에 웨이퍼 이면을 반경면가공하는 방법은 한정되지 않는다. 예를 들면, 웨이퍼표면용 연마포에 의한 웨이퍼 표면의 연마속도와, 웨이퍼 이면용 연마포에 의한 웨이퍼 이면의 연마속도를 다르게 하는 방법 등이라도 된다.
양면연마공정에서 사용되는 양면연마장치로서는 예를 들면 불이초기계(不二越機械)주식회사제품 LPD-300(장치명) 등을 들 수 있다.
청구항 19에 기재된 발명은 상기 양면연마공정에서의 반도체 웨이퍼의 표면의 연마량이 3∼10㎛이고, 반도체 웨이퍼의 이면의 연마량이 0.5∼1.5㎛인 청구항 18에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
표면연마량이 3㎛미만에서는 표면에 손상이 잔류한다. 또, 10㎛를 넘으면, 연마시간이 길어지고, 스루 풋이 저하한다.
또, 웨이퍼 이면의 연마량이 0.5㎛미만에서는 이면거칠기 저감효과가 부족하다. 또, 1.5㎛를 넘으면 경면화에 의한 표리의 식별이 불가능하다는 결함이 생긴다.
이와 같이, 웨이퍼 표면의 연마량을 3∼10㎛, 웨이퍼 이면의 연마량을 0.5∼1.5㎛로 함으로써, 센서에 의해 웨이퍼 표리면의 휘도(광택도)에 기초하여 웨이퍼의 표리면을 식별할 수 있다.
청구항 20에 기재된 발명은 상기 양면연마공정에서는 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 이 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 연마포가 각각 배치된 상정반 및 하정반 사이에서 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 운동시킴으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에연마하는 청구항 18 또는 청구항 19에 기재된 반도체 웨이퍼의 제조방법이다.
청구항 1 내지 청구항 13에 기재된 발명에 의하면, 양면연마장치에 있어서 슬러리를 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 상정반 및 하정반 사이에서 캐리어플레이트를 그 플레이트의 표면과 평행한 면내에서 운동시킨다. 이로 인해, 반도체 웨이퍼의 한쪽면 또는 양면이 연마포에 의해 연마된다.
이 때, 상정반 및 하정반에 배치된 연마포의 한쪽을, 다른쪽의 연마포와는 웨이퍼연마시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 침식량이 다른 것으로 했기 때문에, 무썬기어식 양면연마장치를 이용하여, 웨이퍼 표리양면의 광택도가 다른 연마를 행할 수 있다.
그리고, 청구항 1 내지 청구항 13에 기재된 발명에 의하면, 무썬기어식 양면연마장치를 사용하고, 광택도가 다른 웨이퍼 표리면을 갖는 반도체 웨이퍼를 선택적으로 또한 낮은 가격으로 얻을 수 있다.
특히, 청구항 2 및 청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 상정반 및 하정반 사이에서 반도체 웨이퍼를 유지하고, 이 상태를 유지한채, 캐리어플레이트를 이 플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동을 시켜 웨이퍼면을 연마한다. 자전하지 않는 원운동에 의하면, 캐리어플레이트 상의 모든 점이 완전히 같은 운동을 한다. 이것은 일종의 요동운동이라고 할 수 있다. 즉, 요동운동의 궤적이 원이 된다고 생각할 수도 있다. 이와 같은 캐리어플레이트의 운동에 의해, 연마 중, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 유지구멍 내에서 선화하면서 연마된다. 이로 인해, 웨이퍼 연마면의 대략 전영역에 걸쳐 균일하게 연마를 행할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 외주부의 연마처짐 등도 저감할 수 있다.
또, 청구항 3 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 한쪽의 연마포에 다른쪽의 연마포와는 다른 경도, 밀도, 압축률, 압축탄성률을 갖는 재질의 연마포를 사용하여 반도체 웨이퍼의 연마를 행한다. 이로 인해 간단하고 또한 낮은 가격으로 양연마포의 반도체 웨이퍼의 침식량을 다르게 할 수 있다. 또, 기존의 무썬기어식 양면연마장치에도, 상정반 및 하정반의 연마포를 바꿔 까는 간단한 작업을 행하는 것만으 로, 평이하고 또한 낮은 가격으로 이 발명의 방법을 실시할 수 있다.
더욱이, 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 상정반 및 하정반에 발포우레탄 폼패드 또는 부직포 패드를 배치하여 반도체 웨이퍼를 양면연마하면, 반도체 웨이퍼의 한쪽의 면이 경면이고, 그 다른쪽의 면이 이지면인 양호한 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 고정밀도의 한쪽면 이지의 경면 웨이퍼를 용이하게 얻을 수 있다.
더욱이, 청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 웨이퍼 연마에 있어서, 슬러리를 캐리어플레이트의 웨이퍼 유지구멍의 바로 위의 위치로부터 공급한다. 그 결과, 슬러리는 직접적으로 반도체 웨이퍼에 대하여 공급되게 된다.
그리고, 청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼의 표리면 중 한면을 반도체 웨이퍼의 침식량이 적은 연마포에 의해 가볍게 연마함으로써 경폴리시면으로 할 수 있다.
또, 청구항 10에 기재된 발명 및 청구항 13에 기재된 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼의 한쪽면이 산화막에 의해 피복되어 있다. 따라서, 이 산화막과 반대측의 베어실리콘면을 소정의 정도로 연마할 수 있다. 이로 인해, 이 베어실리콘면을 임의의 광택도를 갖는 면에 연마할 수 있다.
더욱이, 청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 슬러리를 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 무썬기어식 양면연마장치의 상정반 및 하정반사이에서 캐리어플레이트를 이 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 운동시킨다. 이로 인해, 반도체 웨이 퍼의 표면 및/또는 이면이 연마포에 의해 연마된다.
이 때, 상정반 및 하정반 중, 한쪽의 정반의 회전속도를 다른쪽 정반의 그것과는 다른 회전속도로 한다. 이로 인해, 무썬기어식 양면연마장치를 이용하여, 웨이퍼 표리양면의 광택도가 다른 연마를 행할 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 무썬기어식 양면연마장치를 이용하여, 광택도가 다른 표리면을 갖는 반도체 웨이퍼를 선택적으로 또한 낮은 가격으로 얻을 수 있다.
또, 이와 같이, 상정반 및 하정반의 회전속도를 서로 다르게 하는 구성으로 했기 때문에, 기존의 무썬기어식 양면연마장치에 대하여도, 평이하고 또한 낮은 가격으로 이 발명을 적용할 수 있다.
청구항 14 내지 청구항 17에 기재된 발명에 의하면, 연마제를 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 고정숫돌입자체와 연마포 사이에서 캐리어플레이트를 그 플레이트의 표면과 평행한 면내에서 운동시킨다. 이로 인해, 반도체 웨이퍼의 표리양면이 이들 고정숫돌입자체 및 연마포에 의해 연마된다.
이 때, 고정숫돌입자체 또는 연마포의 어느 하나에 의해서, 표리면 중 어느 한쪽의 면의 연마량이 커지도록 그 일면에 대하여 선택연마가 행해진다. 즉, 연마롤러 등의 고정숫돌입자체에 의한 웨이퍼 한쪽면의 연마량과, 연마포에 의한 웨이퍼 다른면의 연마량에 차가 생긴다. 그 결과, 이 무썬기어식 양면연마장치를 이용하여, 웨이퍼 표리양면의 광택도가 다른 연마를 행할 수 있다.
특히, 청구항 15에 기재된 발명에 의하면, 양면연마시에 그 연마제로서 숫돌입자를 함유하지 않는 알칼리액을 이용한다. 이로 인해, 웨이퍼의 경면의 평탄도를 높일 수 있다.
또, 청구항 17에 기재된 발명에 의하면, 고정숫돌입자체와 연마정반 사이에서 반도체 웨이퍼를 유지하고, 이 상태를 유지한채, 캐리어플레이트를 이 플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동을 시켜 웨이퍼면을 연마한다. 자전하지 않는 원운동에 의하면, 캐리어플레이트 상의 모든 점이 완전히 같은 운동을 한다. 이것은 일종의 요동운동이라고도 할 수 있다. 즉, 요동운동의 궤적이 원이 된다고 생각할 수도 있다. 이와 같은 캐리어플레이트의 운동에 의해, 연마 중, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 유지구멍 내에서 선회하면서 연마된다. 이로 인해, 웨이퍼 연마면의 대략 전영역에 걸쳐 균일하게 연마를 행할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 외주부의 연마처짐 등도 저감할 수 있다.
청구항 18 내지 청구항 20에 기재된 발명에 의하면, 랩 웨이퍼를 알칼리에칭하고, 웨이퍼 표면에 저손상의 표면연삭을 행한다. 이 표면연삭에 의해, 나중의 양면연마시에 웨이퍼 표면의 연마량이 10㎛미만까지 저감된다. 연삭손상이 작은 웨이퍼 표면의 연마에서의 연마량이 10㎛미만이 되므로, 연마량이 감소하고, 연마시간이 단축된다.
표면연삭 후, 웨이퍼 표면을 경면연마함과 동시에 웨이퍼 이면을 가볍게 연마한다. 이 결과, 웨이퍼 이면에 거친 요철이 발생하지 않는다. 또, 이후의 디바이스공정에서의 이면식별이 용이해진다. 더욱이, 나노토포그래피의 발생을 해소할 수도 있다. 나노토포그래피란, 산에칭에 의해 실리콘 웨이퍼면에 생기는 20∼30㎜간격의 물결이다.
청구항 18 내지 청구항 20에 기재된 발명에 의하면, 웨이퍼 이면에 거친 요철이 나타나는 것을 억제할 수 있고, 이면에의 먼지 부착을 저감할 수 있다. 게다가, 웨이퍼의 양면연마를 행해도 웨이퍼이면이 완전경면화되지 않기 때문에, 센서에 의한 웨이퍼 표리의 검지가 가능해진다.
또, 웨이퍼 표면의 연마량을 저감할 수 있고, 연마공정에서의 스루 풋이 향상한다. 또, 알칼리에칭에 의해 이면의 물결발생을 방지하고, 경면에의 물결전사를 방지함으로써, 디바이스공정에 있어서의 노광의 해상도의 저하를 방지할 수 있다.
또, 양면동시연마에 의한 나노토포그래피 발생방지에 의해, CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정에서의 막후분포악화 등에 의한 디바이스 제품수율저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 양면연마장치의 전체구성을 나타내는 그 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법의 양면연마 중의 상태를 나타내는 그 종단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 연마방법에 있어서의 연마 중의 상태를 나타내는 그 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 양면연마장치의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 캐리어플레이트에 운동력을 전달하는 운동력 전달계의 요부를 확대하여 나타내는 그 단면도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 슬러리 공급구멍의 위치를 나타내는 단면도 및 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 연마 중의 상태를 나타내는 그 단면도.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 양면연마장치를 나타내는 그 사시도.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법의 양면연마 중의 상태를 나타내는 종단면도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법에 있어서의 연마 중의 상태를 나타내는 그 단면도.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 양면연마장치의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 관한 캐리어플레이트에 운동력을 전달하는 운동력 전달계의 요부를 확대하여 나타내는 그 단면도.
도 13은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 연마제 공급구멍의 위치를 나타내는 평면도.
도 14는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법을 나타내는 플로시트.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법에 이용되 는 양면연마장치를 모식적으로 나타내는 평면도.
도 16은 본 발명의 제 6 실시예에 관한 양면연마장치의 요부를 확대하여 나타내는 그 단면도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1∼도 6은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 제 1 실시예에서는 실리콘 웨이퍼의 표면을 경면으로 하고, 그 이면을 이지면으로 하는 연마를 예를 들어 설명한다.
도 1, 도 2에 있어서, 10은 제 1 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법에 있어서 사용하는 양면연마장치이다. 이 양면연마장치(10)는 5개의 웨이퍼 유지구멍(11a)이 플레이트축선주변에(원주방향으로) 72도마다 형성된 평면에서 볼때 원판형상의 유리에폭시제의 캐리어플레이트(11)와, 각각의 웨이퍼 유지구멍(11a)에 선회 가능하게 삽입되어 유지된 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼(W)를 상하로부터 끼움과 아울러, 실리콘 웨이퍼(W)에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써 웨이퍼면을 연마하는 상정반(12) 및 하정반(13)을 구비하고 있다. 상정반(12)과 하정반(13) 사이에 캐리어플레이트(11)가 설치되어 있다. 실리콘 웨이퍼(W)는 그 한쪽면이 실리콘산화막에 의해 덮여져 있어도 된다. 또, 이 캐리어플레이트(11)의 두께(600㎛)는 실리콘 웨이퍼(W)의 두께(730㎛)보다 약간 얇아져 있다.
상정반(12)의 하면에는 웨이퍼 이면을 이지면으로 연마하는 경질의 발포우레탄 폼패드(14)가 배치되어 있다. 또, 하정반(13)의 상면에는 웨이퍼 표면을 경면화하기 위한 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 연질의 부직포패드(15)가 배치되어 있다(도 3). 경질발포우레탄 폼패드(14)(로델사제품 MHS15A)의 경도는 85°(Asker경도계), 밀도는 0.53g/㎤, 압축률은 3.0%, 그 두께는 1000㎛이다. 한편, 연질 부직포패드(15)(로델사제품 Suba600)의 경도는 80°(Asker경도계), 압축률은 3.5%, 압축탄성률은 75.0%로서, 두께는 1270㎛로 되어 있다. 이와 같이, 상정반(12)측의 경질발포우레탄 폼패드(14) 쪽이 딱딱하기 때문에, 소정의 연마압에서의 웨이퍼 양면연마시에 실리콘 웨이퍼(W)가 패드의 내부에 침식하기 어렵고, 반대로 연질부직포패드(15) 쪽이 부드럽기 때문에, 웨이퍼 양면연마시에 실리콘 웨이퍼(W)가 패드의 내부에 침식하기 쉽다.
또한, 이들 경질발포우레탄 폼패드(14)와 연질부직포패드(15)의 밀도, 압축률 및 압축탄성률의 각 관계에 있어서도, 마찬가지로, 경질발포우레탄 폼패드(14)쪽이 고밀도이며, 고압축률, 저압축탄성률로서, 모두 실리콘 웨이퍼(W)가 패드의 내부에 침식하기 쉬운 조건으로 되어 있다.
이것은 도 3을 참조해도 분명하다. 즉, 경질발포우레탄 폼패드(14)측의 침식량(d1)에 비해, 연질부직포 패드(15)의 침식량(d2)쪽이 크게 되어 있다.
또한, 양패드(14, 15)에 관해서, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리의 유지력에 관해서 언급하면, 당연히, 부드러운 연질부직포패드(15)쪽이 딱딱한 경질발포우레탄 폼패드(14)와 비교하여 슬러리의 유지력은 커진다. 슬러리의 유지력이 클수록 연마숫돌입자가 패드면에 다량으로 부착되어서, 연마속도는 커진다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 상정반(12)은 상방으로 연장된 회전축(12a)을 통해, 상측회전모터(16)에 의해 수평면 내에서 회전구동된다. 또, 이 상정반(12)은 그 축선방향으로 진퇴시키는 승강장치(18)에 의해 수직방향으로 승강된다. 이 승강장치(18)는 실리콘 웨이퍼(W)를 캐리어플레이트(11)에 배급할 때 등에 사용된다. 또한, 상정반(12) 및 하정반(13)의 실리콘 웨이퍼(W)의 표리양면에 대한 압압은, 상정반(12) 및 하정반(13)에 조립된 도시하지 않는 에어백방식 등의 가압수단에 의해 행해진다.
하정반(13)은 그 출력축(17a)을 통해, 하측회전모터(17)에 의해 수평면 내에서 회전된다.
이 캐리어플레이트(11)는 그 캐리어플레이트(11) 자체가 자전하지 않도록, 캐리어 원운동기구(19)에 의해, 그 캐리어플레이트(11)의 상하면과 평행한 면(수평면) 내에서 원운동한다.
다음에, 도 1, 도 2, 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여, 이 캐리어 원운동기구(19)를 상세히 설명한다.
이들 도면에 나타내는 바와 같이, 이 캐리어 원운동기구(19)는 캐리어플레이트(11)를 바깥쪽으로부터 유지하는 환상의 캐리어홀더(20)를 갖고 있다. 이들 부재(11, 20)는 연결구조(21)를 통해 연결되어 있다. 여기서 말하는 연결구조(21)란, 캐리어플레이트(11)를 그 캐리어플레이트(11)가 자전하지 않고, 게다가 이 플레이트(11)의 열팽창시의 연장을 흡수할 수 있도록 캐리어홀더(20)에 연결시키는 수단이다.
즉, 이 연결구조(21)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 캐리어홀더(20)의 내주플랜지(20a)에, 홀더주위방향으로 소정 각도마다 돌출하여 설치된 다수개의 핀(23)과, 각 대응하는 핀(23)을 캐리어플레이트(11)의 외주부에 각 핀(23)과 대응하는 위치에 대응하는 수만큼 형성된 긴 구멍형상의 핀홀(11b)을 갖고 있다.
이들 핀홀(11b)은 핀(23)을 통해 캐리어홀더(20)에 연결된 캐리어플레이트(11)가 그 반경방향으로 약간 이동할 수 있도록, 그 구멍 길이방향을 플레이트반경방향과 합치시키고 있다. 각각의 핀홀(11b)에 핀(23)을 느슨히 삽입시켜 캐리어플레이트(11)를 캐리어홀더(20)에 장착함으로써, 양면연마시의 캐리어플레이트(11)의 열팽창에 의한 연장이 흡수된다. 또한, 각 핀(23)의 원부는 이 부분의 외주면에 설치된 외나사를 통해, 상기 내주플랜지(20a)에 형성된 나사구멍에 비틀어 박혀있다. 또, 각 핀(23)의 원부의 외나사의 바로 상부에는 캐리어플레이트(11)가 탑재되는 플랜지(23a)가 일체적으로 둘러 설치되어 있다. 따라서 핀(23)의 틀어박힘 양을 조정함으로써, 플랜지(23)에 탑재된 캐리어플레이트(11)의 높이 위치가 조정 가능해진다.
본 캐리어홀더(20)의 외주부에는 90도마다 바깥쪽으로 돌출한 4개의 축받침부(20b)가 설치되어 있다(도 1). 각 축받침부(20b)에는 소경원판형상의 편심암(24)의 상면의 편심위치에 돌출하여 설치된 편심축(24a)이 삽입부착되어 있다. 또, 이들 4개의 편심암(24)의 각 하면의 중심부에는 회전축(24b)이 설치되어 있다. 이들 회전축(24b)은 환상의 장치기체(25)에 90도마다 합계 4개 설치된 축받침부(25a)에 각각 선단부를 하방으로 돌출시킨 상태로 삽입부착되어 있다. 각 회전축(24b)의 하방의 돌출된 선단부에는 각각 스프로킷(26)이 고착되어 있다. 그리고, 각 스프로킷(26)에는 무단의 타이밍체인(27)이 수평상태로 걸쳐져 있다. 또한, 이 타이밍체인(27)을 기어구조의 운동전달계로 변경해도 된다. 이들 4개의 스프로킷(26)과 타이밍체인(27)은 4개의 편심암(2)이 동기하여 원운동을 행하도록, 4개의 회전축(24b)을 동시에 회전시키는 동기수단을 구성하고 있다.
또, 이들 4개의 회전축(24b) 중, 1개의 회전축(24b)은 더욱이 길게 형성되어 있고, 그 선단부가 스프로킷(26)보다 하방으로 돌출되어 있다. 이 부분에 동력전달용 기어(28)가 고착되어 있다. 이 기어(28)는 예를 들면 기어모터 등의 원운동용 모터(9)의 상방으로 연장되는 출력축에 고착된 대경인 구동용 기어(30)에 서로 맞물려 있다. 또한, 이와 같이 타이밍체인(27)에 의해 동기시키지 않아도, 예를 들면, 4개의 편심암(24)의 각각에 원운동용 모터(29)를 설치시켜서, 각 편심암(24)을 개별로 회전시켜도 된다. 단, 각 모터(29)의 회전은 동기시킬 필요가 있다.
따라서, 원운동용 모터(29)의 출력축을 회전시키면, 그 회전력은 기어(30, 28) 및 긴 회전축(24b)에 고착된 스프로킷(26)을 통해 타이밍체인(27)에 전달되고, 이 타이밍체인(27)이 회전함으로써, 다른 3개의 스프로킷(26)을 통해, 4개의 편심암(24)이 동기하여 회전축(24b)을 중심으로 수평면 내에서 회전한다. 이로 인해, 각각의 편심축(24a)에 일괄하여 연결된 캐리어홀더(20), 나아가서는 이 캐리어홀더(20)에 유지된 캐리어플레이트(11)가 이 캐리어플레이트(11)에 평행한 수평면 내에서 자전을 수반하지 않는 원운동을 행한다. 즉, 캐리어플레이트(11)는 상정반(12) 및 하정반(13)의 축선(a)으로부터 거리(L)만큼 편심한 상태를 유지하여 선회한다. 이 거리(L)는 편심축(24a)과 회전축(24b)의 거리와 같다. 이 자전을 수반하지 않는 원운동에 의해, 캐리어플레이트(11) 상의 모든 점은 같은 크기의 작은 원의 궤적을 그린다.
또, 도 6에는 이 장치에 있어서 그 슬러리 공급구멍의 위치를 나타낸다. 예를 들면 상정반(12)에 형성된 복수의 슬러리 공급구멍은 이들 복수의 실리콘 웨이퍼(W)의 중심위치에 배치되어 있다. 즉, 슬러리 공급구멍(SL)은 상정반(12)의 중심부, 바꿔말하면, 캐리어플레이트(11)의 중심부에 위치하고 있다. 이 결과, 연마 중에 있어서 실리콘 웨이퍼(W)의 이면에는 슬러리에 의한 박막이 항상 유지되게 된다. 또, 이 슬러리공급구멍의 위치를 웨이퍼 유지구멍의 바로 위에 배치해도 된다. 더욱이, 각 웨이퍼 유지구멍에 의해 형성되는 소정의 폭의 환상의 범위에 배치해도 된다. 실리콘 웨이퍼가 이동하는 범위에 대하여 직접적으로 슬러리를 공급할 수 있기 때문이다.
다음에, 이 양면연마장치(10)를 이용한 실리콘 웨이퍼(W)의 연마방법을 설명한다.
우선, 캐리어플레이트(11)의 각 웨이퍼 유지구멍(11a)에 각각 선회가능하게 실리콘웨이퍼(W)를 삽입한다. 이 때, 각 웨이퍼 이면은 상향으로 한다. 다음에, 이 상태로, 각 웨이퍼 이면에 경질발포우레탄 폼패드(14)를 200g/㎠로 눌러 붙임과 아울러 각 웨이퍼 표면에 연질부직포패드(15)를 200g/㎠로 눌러 붙인다.
그 후, 이들 양 패드(14, 15)를 웨이퍼 표리양면에 눌러 붙인채로, 상전반(12)측으로부터 슬러리를 공급하면서, 원운동용 모터(29)에 의해 타이밍체인(27)을 회전시킨다. 이로 인해, 각 편심암(24)이 수평면 내에서 동기회전하고, 각 편심축(24a)에 일괄하여 연결된 캐리어홀더(20) 및 캐리어플레이트(11)가 이 플레이트(11) 표면에 평행한 수평면 내에서 자전을 수반하지 않는 원운동을 24rpm으로 행한다. 그 결과, 각 실리콘 웨이퍼(W)는 대응하는 웨이퍼 유지구멍(11a) 내에서 수평면 내에서 선회하면서, 각각의 웨이퍼 표리양면이 양면연마된다. 또한, 여기서 사용하는 슬러리는 pH10.6의 알칼리성 에칭액 중에, 평균입자지름 0.05㎛의 콜로이달실리카로 이루어지는 연마숫돌입자가 분산된 것이다.
이 때, 상술한 바와 같이 상정반(12)의 경질발포우레탄 폼패드(14)에서는, 하정반(13)의 연질부직포패드(15)의 경우보다 실리콘 웨이퍼(W)의 침식량이 작다. 그로 인해, 종래의 무썬기어식 양면연마장치에 의한 양면연마와 같이, 상정반 및 하정반에 같은 재질, 같은 종류의 연마패드가 배치되고, 웨이퍼 양면연마가 같은 광택도의 연마로밖에 되지 않은 것에 비해, 이 제 1 실시예의 양면마장치(10)를 이용한 양면연마에서는 웨이퍼 이면이 이지면이고, 웨이퍼 표면이 경면으로 된, 표리양면의 광택도가 다른 양면동시연마를 실현할 수 있다.
또, 여기서는 양면연마시에, 캐리어플레이트(11)를 이 캐리어플레이트(11)의 자전을 수반하지 않는 원운동을 시켜 웨이퍼 표리양면을 연마한다. 이와 같은 캐리어플레이트(11)의 특수한 운동에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마했기 때문에, 웨이퍼 표리양면의 대략 전영역에 있어서 균일하게 연마를 행할 수 있다.
그리고, 이와 같이 연마포(14, 15)의 재질을 다르게 하여, 실리콘 웨이퍼(W)의 침식량을 다르게 하도록 구성했기 때문에, 간단하게 또한 낮은 가격으로 웨이퍼 표리양면의 광택도가 다른 실리콘 웨이퍼(W)가 얻어진다. 또한, 이와 같이 광택도를 다르게 한 웨이퍼 표리면은 그 광택도에 따라 소정의 평탄도가 달성되어 있다.
또, 이 제 1 실시예의 양면연마장치(10)는 캐리어플레이트(11)를 원운동시키지 않아도, 상측 회전모터(16)에 의해 상정반(12)을 5rpm으로 회전시킴과 아울러, 하측 회전모터(17)에 의해 하정반(13)을 25rpm으로 회전시키는 것만으로, 각 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마할 수 있다.
이 경우, 각 실리콘 웨이퍼(W)가 웨이퍼 유지구멍(11a) 중에서 선회가능하게 삽입·유지되어 있기 때문에, 이 연마 중, 각 실리콘 웨이퍼(W)는 회전속도가 빠른 측의 정반의 회전방향을 따라 회전(자전)한다. 이와 같이 실리콘 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써, 상정반(12) 및 하정반(13)에 의한 연마에서는 웨이퍼 외주로 향할수록 주변속도가 커진다는 영향을 없앨 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 표리양면의 각각의 면전영역을 균일하게 연마할 수 있다.
이와 같이, 상정반(12)과 하정반(13)에 회전속도의 차를 두도록 하여 양면연마를 해도, 무썬기어식 양면연마장치를 이용하여, 경면완성의 웨이퍼 표면과, 이지완성의 웨이퍼 이면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 또, 상정반(12) 및 하정반(13)을 같은 회전속도로 회전시켜, 웨이퍼 표면이 경면이고 웨이퍼 이면이 이지면인 실리콘 웨이퍼(W)를 제조하도록 해도 된다.
또한, 이 캐리어플레이트(11)를 원운동시키면서, 상정반(12) 및 하정반(13)을 회전시켜, 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마해도 된다. 이 경우, 상정반(12) 및 하정반(13)의 회전속도는 웨이퍼 표리양면에 연마얼룩이 발생하지 않을 정도로 느리게 한 쪽이 바람직하다. 이와 같이 하면, 실리콘 웨이퍼(W)의 표리양면을 그 각면 의 전영역에 있어서 균일하게 연마할 수 있다. 또한 상정반(12) 및 하정반(13)을 회전시키면, 실리콘 웨이퍼(W)에 접촉하는 정반면(연마포)을 항상 새롭게 하여, 슬러리를 실리콘 웨이퍼(W)의 전체면에 평균적으로 공급할 수 있어 바람직하다.
여기서, 실제로, 제 1 실시예의 무썬기어식 양면연마장치(10) 및 그 양면연마조건에 기초하여, 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마했을 때의, 경면화된 실리콘 웨이퍼 표면의 광택도와, 이지면으로 된 웨이퍼 이면의 각 광택도를 측정했다. 그 결과 경면화된 웨이퍼 표면의 광택도는 일본전색사의 측정기로 330% 이상이었다. 이에 대하여 웨이퍼 이면의 광택도는 200∼300%였다. 또한, 연마 후의 실리콘 웨이퍼에는 통상의 방법에 따라 세정이 실시된다.
다음에, 도 7에 기초하여, 이 발명의 제 2 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법을 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시예에서는 제 1 실시예의 상정반(12)에 배치된 경질발포우레탄 폼패드(14) 대신에, 슬러리가 거의 표면에 부착되지 않은 경질플라스틱판(40)을 채용한 예이다.
이로 인해, 그 연마작업 중, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면은 연질부직포패드(15)에 의해서만, 침식량(d2)으로 패드의 내부에 침식하여 경면연마되지만, 경질플라스틱판(40)에 접촉된 실리콘 웨이퍼(W)의 이면은 전혀 연마되지 않는다. 이로 인해, 예를 들면, 산에칭에 의한 물결(나노토포그래피)이 그대로 남은 이면을 갖는 실리콘 웨이퍼로 완성된다.
그 외의 구성, 작용, 효과는 제 1 실시예와 대략 같으므로 그 설명을 생략한 다.
다음에, 이 발명의 제 3 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법을 설명한다.
제 3 실시예에서는 도 1에 나타내는 제 1 실시예에 있어서의 상정반(12)에 배치된 연마포와, 하정반(13)에 배치된 연마포를 같은 연질부직포패드(15)로 하고, 게다가 상측 회전모터(16)에 의한 상정반(12)을 저속회전(5rpm)시키는 한편, 하측 회전모터(17)에 의한 하정반(13)을 고속회전(25rpm)시켜 양면연마를 행한 예이다. 이 때, 슬러리의 공급량은 2.0리터/분, 웨이퍼 표면의 연마량은 10㎛, 웨이퍼 이면의 연마량은 1㎛ 이하이다.
이로 인해, 웨이퍼 표리양면의 연마속도에 차이가 생기고, 실리콘 웨이퍼(W)의 표리양면의 광택도가 다르다. 이 때, 캐리어플레이트(11)는 원운동시키지 않는다.
실제로, 이와 같은 조건에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마한 바, 웨이퍼표면의 연마속도가 0.5㎛/분이라는 시험결과가 얻어졌다. 그리고, 얻어진 실리콘 웨이퍼(W)의 광택도는 웨이퍼 표면이 330% 이상, 웨이퍼 이면이 200∼300%이며, 웨이퍼 이면의 광택도에 저하가 보였다.
또한, 이 연마시에 상정반(12) 및 하정반(13)에 배치된 연마포 중의 한쪽의 연마포를 다른쪽의 연마포에 비해 실리콘 웨이퍼의 침식량이 다른 연마포로 해도 된다.
그 다른 구성, 작용, 효과는 제 1 실시예와 대략 같으므로 그 설명은 생략한 다.
다음에, 이 발명의 제 4 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법을 설명한다.
제 4 실시예에서는 제 3 실시예의 양정반(12, 13)을 회전시킨 웨이퍼 양면연마시에 제 1 실시예의 경우와 같도록, 캐리어플레이트(11)을 자전을 수반하지 않는 원운동을 행하게 한 예이다.
이 경우의 캐리어플레이트(11)의 원운동속도는 24rpm이다. 또, 상정반(12)의 회전속도를 5rpm으로 하고, 하정반(13)의 회전속도를 25rpm으로 한다. 슬러리의 공급량은 2.0리터/분, 웨이퍼 표면의 연마량은 10㎛, 웨이퍼 이면의 연마량은 1㎛이하이다.
실제로 이와 같은 조건에서 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마한 바, 웨이퍼 표면의 연마속도가 0.5㎛/분이라는 시험결과가 얻어졌다. 그리고, 얻어진 실리콘 웨이퍼(W)의 광택도는 웨이퍼 표면이 330% 이상, 웨이퍼 이면이 200∼300%였다.
그 외의 구성, 작용, 효과는 제 1 실시예와 대략 같으므로 설명을 생략한다.
이하, 이 발명의 제 5 실시예를 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 이 실시예에서는 양면연마시에 상향배치된 실리콘 웨이퍼의 표면을 경면으로 하고, 하향배치된 이면을 이지면으로 하는 연마를 예로서 설명한다.
도 8, 도 9에 있어서, 110은 이 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 연마방법이 적용되는 양면연마장치이다. 이 양면연마장치(110)는 상기 제 1 실시예의 그것과 대략 같은 구성이며, 5개의 웨이퍼 유지구멍(11a)이 형성된 캐리어플레이트(11)와, 각각의 웨이퍼 유지구멍(11a)에 선회가능하게 유지된 실리콘 웨이퍼(W)에 대하여 상대적으로 이동함으로써, 웨이퍼 표면을 경면으로 연마하는 상측 배치의 연마롤러(연마숫돌)(112)와, 연마포에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 이면을 약간 연마하여 이지면으로 하는 하측배치의 연마정반(13)을 구비하고 있다.
연마롤러(112)는 상향 배치되는 웨이퍼 표면을 경면연마하는 고정숫돌입자체이며, 고정숫돌입자를 결합재를 통해, 원반형상으로 굳힌 것이다. 구체적으로는, 이 연마롤러(112)는 에폭시수지로 이루어지는 직경 300㎜, 두께 10㎜의 롤러본체를 주체로 하고, 연마작용면을 포함하는 그 드러내는 면의 전영역에, 입자지름 3㎛의 미세한 연마숫돌입자(실리카입자)가 고정된 롤러이다. 이 연마숫돌입자의 수지전체에 대한 혼입량은 체적비에서 합성수지(100)에 대하여 15로 설정되어 있다. 이 연마롤러(112)에 있어서의 연마숫돌입자의 고정에는 액상의 상온 경화에폭시수지에 숫돌입자를 혼합하여 금형에 붓는 방법이 채용되어 있다.
한편, 연마정반(13)의 상면에는 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 연질의 부직포패드(15)가 배치되어 있다. 부직포패드(15)(로델사제품 「MH-15」)의 경도는 80°(Asker경도계)로서, 두께는 1270㎛로 되어 있다.
도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 연마롤러(112)는 상방으로 연장된 회전축(12a)을 통해, 상측 회전모터(16)에 의해 수평면 내에서 회전한다. 또, 이 연마롤러(112)는 승강장치(18)에 의해 수직방향으로 승강된다. 연마롤러(112) 및 연마정반(13)의 실리콘 웨이퍼(W)의 표리양면에 대한 압압은, 연마롤러(112) 및 연마정반(13)에 조립된 도시하지 않는 가압수단에 의해 행해진다.
연마정반(13)은 그 출력축(17a)을 통해, 하측 회전모터(17)에 의해 수평면 내에서 회전한다. 이 캐리어플레이트(11)는 그 캐리어플레이트(11) 자체가 자전하지 않도록, 캐리어 원운동기구(19)에 의해 수평면 내에서 원운동한다.
도 8, 도 9, 도 11 내지 도 13에 나타내는 바와 같이, 이 캐리어 원운동기구(19)는 상기 제 1 실시예의 그것과 대략 같으며, 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 이 장치에서는 원운동용 모터(29)의 출력축을 회전시키면, 그 회전력은 기어(30, 28) 및 스프로킷(26)을 통해 타이밍체인(27)에 전달된다. 이 타이밍체인(27)이 회전함으로써, 다른 3개의 스프로킷(26)을 통해, 4개의 편심암(24)이 동기하여 회전축(24b)을 중심으로 수평면 내에서 회전한다. 이로 인해, 각각의 편심축(24a)에 일괄하여 연결된 캐리어홀더(20), 나아가서는 이 캐리어홀더(20)에 유지된 캐리어플레이트(11)가 수평면 내에서 자전을 수반하지 않는 원운동을 행한다. 즉, 캐리어플레이트(11)는 연마롤러(112) 및 연마정반(13)의 축선(a)으로부터 거리(L)만큼 편심한 상태를 유지하고 선회한다. 이 자전을 수반하지 않는 원운동에 의해, 캐리어플레이트(11) 상의 모든 점은 같은 크기의 작은 원의 궤적을 그린다.
또, 도 13에는 이 장치의 연마제 공급구멍의 위치를 나타낸다. 예를 들면 연마롤러(112)에 형성되는 복수의 연마제 공급구멍은 실리콘 웨이퍼(W)가 항상 존재하는 소정폭의 원환상의 영역(X)에 배치되어 있다. 웨이퍼(W)가 요동해도 경면완성되는 그 표면에, 항상 연마제가 공급되도록 구성되어 있다. 연마제에는 pH가 10.5로 조정되고, 아미노에틸 에타놀아민을 주성분으로 한 알칼리액이 사용되어 있다. 이 결과, 연마 중에 있어서, 웨이퍼(W)의 이면의 연마제에 의한 박막이 유지되게 된다.
다음에, 양면연마장치(110)를 이용한 실리콘 웨이퍼(W)의 연마방법을 설명한다.
우선, 캐리어플레이트(11)의 각 웨이퍼 유지구멍(11a)에 실리콘 웨이퍼(W)를 삽입한다. 이 때, 각 실리콘 웨이퍼 표면은 상향으로 한다. 다음에, 이 상태로, 각 웨이퍼 표면에 연마롤러(112)를 200g/㎠로 눌러 붙임과 아울러, 각 웨이퍼 이면에 연질부직포패드(15)를 200g/㎠로 눌러 붙인다.
그 후, 이들 양부재(112, 15)를 웨이퍼 표리양면에 눌러 붙인채, 연마롤러(112)측으로부터 연마제를 공급하면서, 원운동용 모터(29)에 의해 타이밍체인(27)을 회전시킨다. 이로 인해, 각 편심암(24)이 수평면 내에서 동기회전하고, 캐리어홀더(20) 및 캐리어플레이트(11)가 수평면 내에서, 자전을 수반하지 않는 원운동을 15rpm에서 행한다. 그 결과, 각 실리콘 웨이퍼(W)는 대응하는 웨이퍼 유지구멍(11a) 내에서 수평면 내에서 선회하면서, 각각의 웨이퍼 표리양면이 연마된다.
여기서는 캐리어플레이트(11)를 이 캐리어플레이트(11)의 자전을 수반하지 않는 원운동을 행하고 웨이퍼 표리양면을 연마한다. 이와 같은 캐리어플레이트(11)의 특수한 운동으로 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마하도록 했기 때문에, 웨이퍼 표리양면의 대략 전영역에 있어서 균일하게 연마할 수 있다.
그리고, 이와 같이 웨이퍼 표리양면을 연마하는 한쌍의 연마부재로서, 연마롤러(112)(표면용)와, 연마포가 배치된 연마정반(13)(이면용)을 채용했기 때문에, 예를 들면, 웨이퍼 표면을 선택적으로 연마하고, 웨이퍼 표리양면의 연마량을 다르게 할 수 있다. 따라서 웨이퍼 표리양면에서 광택도가 다른 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있다.
또한, 이 실시예의 양면연마장치(110)는 캐리어플레이트(11)를 원운동시키지 않아도, 상측 회전모터(16)에 의해 연마롤러(112)를 예를 들면 25rpm으로 회전시킴과 아울러, 하측 회전모터(17)에 의해 연마정반(13)을 예를 들면 10rpm으로 회전시키는 것만으로 각 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마할 수 있다.
이 경우, 각 실리콘 웨이퍼(W)가 웨이퍼 유지구멍(11a) 중에서 선회가능하게 삽입·유지되어 있기 때문에, 이 연마 중, 각 실리콘 웨이퍼(W)는 회전속도가 빠른 측의 정반의 회전방향에 따라 회전(자전)한다. 이와 같이 실리콘 웨이퍼(W)를 자전시킴으로써, 연마롤러(112) 및 연마정반(13)에 의한 연마에서는 웨이퍼 외주에 향할수록 회전속도가 커진다는 영향을 없앨 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 표리양면의 각각의 면전영역을 균일하게 연마할 수 있다.
이와 같이, 연마롤러(112)와 연마정반(13)에 회전속도의 차를 두고 양면연마를 행하도록 해도, 이 무썬기어식 양면연마장치를 이용하여, 경면완성의 웨이퍼 표면과, 이지완성의 웨이퍼 이면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 또, 연마롤러(112) 및 연마정반(13)을 같은 회전속도로 회전시켜, 웨이퍼 표면이 경면이고 웨이퍼 이면이 이지면인 실리콘 웨이퍼(W)를 제조하도록 해도 된다.
더욱이, 이 캐리어플레이트(11)을 원운동시키면서, 연마롤러(112) 및 연마정반(13)을 회전시켜, 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마해도 된다. 이 경우, 연마롤러(112) 및 연마정반(13)의 회전속도는 웨이퍼 표리양면에 연마얼룩이 발생하지 않을 정도로 느리게 한 쪽이 바람직하다. 이와 같이 하면, 실리콘 웨이퍼(W)의 표리양면을 그 각 면의 전영역에 있어서 균일하게 연마할 수 있다. 또한, 연마롤러(112) 및 연마정반(13)을 회전시키면, 실리콘 웨이퍼(W)에 접촉하는 정반면이 항상 새롭게 되며, 연마제를 실리콘 웨이퍼(W)의 전체면에 평균적으로 공급할 수 있어 바람직하다.
실제로, 이 실시예의 양면연마장치(10) 및 그 양면연마조건에 기초하여, 실리콘 웨이퍼(W)를 양면연마했을 때의, 경면화된 실리콘 웨이퍼 표면의 광택도와, 이지면으로 된 웨이퍼 이면의 각 광택도를 측정했다. 그 결과, 경면화된 웨이퍼 표면의 광택도는 일본전색사의 측정기로 330% 이상이었다. 이에 대하여 웨이퍼 이면의 그것은 200∼300%였다.
다음에, 이 발명의 제 6 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 14는 이 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법을 나타내는 플로시트이다. 도 15는 이 실시예에 관한 반도체 웨이퍼의 제조방법에 이용되는 양면연마장치의 평면도이다. 도 16은 이 양면연마장치의 요부확대단면도이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에 있어서는 슬라이스, 모따기, 랩, 알칼리에칭, 표면연삭, 양면연마, 마무리세정의 각 공정을 거쳐, 반도체 웨이퍼가 제작된다. 이하, 각 공정을 상세히 설명한다.
CZ법에 의해 끌어 올려진 실리콘 잉곳은 슬라이스공정(S101)에서, 두께 860㎛정도의 8인치의 실리콘 웨이퍼에 슬라이스된다.
다음에, 이 실리콘 웨이퍼에 모따기(S102)가 실시된다. 즉, 웨이퍼의 외주부가 #600의 메탈모따기용 숫돌에 의해, 소정의 형상으로 거칠게 모따기된다. 이로 인해, 이 웨이퍼의 외주부는 소정의 둥그스름한 형상(예를 들면 MOS형의 모따기형상)으로 성형된다.
다음에, 이 모따기가공이 실시된 실리콘 웨이퍼는 래핑공정(S103)에서 래핑된다. 이 래핑공정에서는 실리콘 웨이퍼를 서로 평행하게 유지된 랩정반 사이에 배치하고, 알루미나숫돌입자와 분산제와 물의 혼합물인 랩액을, 이 랩정반과 실리콘 웨이퍼 사이에 흐르게 한다. 그리고, 가압하에서 회전·마찰을 행함으로써, 웨이퍼 표리양면을 기계적으로 랩한다. 이 때의 랩양은 웨이퍼의 표리양면을 합쳐 40∼80㎛정도이다.
계속해서, 이 랩공정 후의 실리콘 웨이퍼에 알칼리에칭이 행해진다(S104).
알칼리성 에칭액으로서는 고농도의 NaOH용액이 이용된다. 그 에칭온도는 90℃, 에칭시간은 3분이다. 이 때의 에칭량은 웨이퍼 표리양면 합쳐 20㎛정도이다. 이와 같이, 산에칭 대신에 알칼리에칭을 채용했기 때문에, 웨이퍼 표리양면에는 주기 10㎜정도, 높이 수십∼수백㎚의 물결이 발생하지 않는다.
다음에, 이 에칭 웨이퍼에는 표면연삭이 실시된다(S105). 구체적으로는 #2000번의 레지노이드연삭숫돌을 탑재한 표면연삭장치에 의해, 표면연삭이 실시된다. 이 때의 연삭량은 10㎛정도이다. 또한, 표면연삭 후의 가공손상은 1∼3㎛이다.
이 표면연삭 후, 실리콘 웨이퍼의 표면의 경면완성과, 그 이면의 요철의 가벼운 연마를 동시에 행하는 양면연삭이 실시된다(S106). 이 양면연마장치로서는 도 15 및 도 16에 나타내는 양면연마장치가 채용되어 있다. 이하, 이 양면연마장치를 간단히 설명한다.
도 15 및 도 16에 있어서, 210은 양면연마장치이다. 이 양면연마장치(210)에서는 캐리어플레이트(211)에 복수 형성된 웨이퍼 유지구멍(212) 내에 실리콘 웨이퍼(W)를 삽입·유지하고, 그 상방으로부터 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 실리콘 웨이퍼(W)에 공급하면서, 각 실리콘 웨이퍼(W)의 양면을 동시에 연마한다.
즉, 회전 가능하게 설치된 썬기어(213)와 인터널기어(214) 사이에, 외주부에 외기어(211a)를 갖는 캐리어플레이트(211)를 자전 및 공전 가능하게 설치하고, 캐리어 플레이트(211)에 유지된 실리콘 웨이퍼(W)의 표리양면(상, 하면)을 각각의 대향면에 연마포(215), 연마포(216)가 각각 배치된 상정반(217)과 하정반(218)에 의해 압압·미끄럼 접촉함으로써, 실리콘 웨이퍼(W)의 양면을 동시에 연마한다.
또한, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(경면)을 연마하는 연마포(215)로서는 슬러리의 유지력이 크고, 웨이퍼 표면의 연마속도가 빠르게 되는(0.5㎛/분) 로데르·니타주식회사제품의 연마포「suba800」가 채용되어 있다. 또, 웨이퍼 이면(반경면)용 연마포로서는 슬러리의 유지력이 작아서, 웨이퍼 이면의 연마속도가 늦어지는(0.07㎛/분) 로데르·니타주식회사제품 연마포「UR-100」가 채용되어 있다. 이와 같이 웨이퍼 표면용 연마포(215)와 웨이퍼 이면용 연마포(216)에 슬러리의 유지력에 차가 생기고, 연마속도에 차이가 주어지는 다른 소재의 연마포를 채용했기 때문에, 웨이퍼의 양면연마시에 웨이퍼 표면은 경면완성되어도, 웨이퍼 이면은 경면화되기 어렵다.
이 양면연마에 의한 웨이퍼 표면의 연마량은 7㎛정도이다. 한편 웨이퍼 이면의 연마량은 1.5㎛이하이다.
이와 같이, 경면연마되는 웨이퍼 표면은 미리 표면연삭공정에서 저손상연삭이 실시되어 있다. 따라서, 이 양면연마공정에서는 그 웨이퍼 표면의 연마량을 7㎛까지 줄일 수 있다. 그 결과, 양면연마 후의 웨이퍼 표면은 SBIR에서 0.3㎛ 이하의 고평탄도 웨이퍼가 된다. 게다가 이와 같이 연마량이 감소하므로 연마시간도 단축된다.
또, 웨이퍼 이면은 이 양면연마시에 가볍게 연마됨으로써, 알칼리에칭시에 웨이퍼 이면에 발생한 거친 요철의 일부를 제거하고, 이 요철의 정도를 억제할 수 있다.
게다가, 여기서는 이면연마시의 연마량을 0.5∼1.5㎛로 했기 때문에, 웨이퍼 이면의 휘도를 웨이퍼 이면검출센서를 사용하여 웨이퍼 표면의 검지가 가능한 휘도로 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 표면과 웨이퍼 이면을 자동적으로 식별할 수 있다.
그 후, 이 실리콘 웨이퍼에 마무리세정공정(S107)을 실시한다. 구체적으로는 RCA계의 세정으로 한다.
더욱이, 제 6 실시예에서는 썬기어식 양면연마장치를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 상기 제 1 실시예에 관한 무썬기어식 양면연마장치(도 1)를 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광택도가 다른 표리면을 갖는 반 도체 웨이퍼를 선택적으로 또한 낮은 가격으로 얻을 수 있는 반도체 웨이퍼의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 이면을 광센서에 의해 검지가능하며, 그 표리의 식별이 가능한 반도체 웨이퍼를 제공할 수 있는 반도체 웨이퍼의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 고평탄도이며, 웨이퍼의 연마량이 적고, 연마시간이 짧고, 게다가 웨이퍼의 양면연마시에 웨이퍼 표면이 경면화되기 어려운 반도체 웨이퍼의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 이 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 연마포가 각각 배치된 상정반 및 하정반 사이에서, 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 자전을 수반하지 않는 원운동시킴으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 반도체 웨이퍼의 제조방법으로서,
    상기 상정반의 연마포 및 하정반의 연마포 중 어느 한쪽은 발포우레탄 폼패드이고, 나머지 다른 쪽은 이 발포우레탄 폼패드와는 연마시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 침식량이 다른 부직포 패드를 이용함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면의 광택도와 그 이면의 광택도를 다르게 한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상정반의 연마포 및 상기 하정반의 연마포는 경도, 밀도, 압축률 및 압축탄성율 중, 어느 하나가 다른 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 슬러리는 상기 웨이퍼 유지구멍의 바로 위에 배치된 슬러리 공급구멍으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 침식량이 작은 연마포를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표리면 중 한쪽의 면을 가볍게 연마함으로써 경폴리시면으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 5항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 침식량이 작은 연마포를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표리면 중 한쪽의 면을 가볍게 연마함으로써 경폴리시면으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  10. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 그 한쪽면이 산화막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마제를 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 대향배치된 한쌍의 연마부재 사이에서, 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 자전을 수반하지 않는 원운동시킴으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 반도체 웨이퍼의 제조방법으로서,
    한쪽의 연마부재를 고정숫돌입자를 갖는 연마숫돌로 이루어진 고정숫돌입자체로 하고, 다른쪽의 연마부재를 이 고정숫돌입자체에 대향하는 면에, 부직포에 우레탄수지를 함침·경화시킨 연질의 부직포패드로 이루어진 연마포가 배치된 연마정반으로 함으로써, 반도체 웨이퍼의 표리면의 연마량을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서, 상기 고정숫돌입자체 및 상기 연마포를 사용한 연마시에 반도체 웨이퍼에 공급되는 연마제가 알칼리액인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
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  21. 캐리어플레이트에 형성된 웨이퍼 유지구멍 내에 반도체 웨이퍼를 유지하고, 연마숫돌입자를 함유하는 슬러리를 이 반도체 웨이퍼에 공급하면서, 연마포가 각각 배치된 상정반 및 하정반 사이에서, 상기 캐리어플레이트의 표면과 평행한 면내에서 이 캐리어플레이트를 자전을 수반하지 않는 원운동시킴으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표리양면을 동시에 연마하는 반도체 웨이퍼의 제조방법으로서,
    상기 상정반의 연마포 및 하정반의 연마포 중 어느 한쪽에, 상기 반도체 웨이퍼의 침식량이 작고, 나머지 다른 쪽과는 연마시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 침식량이 다른 연마포를 이용함으로써, 반도체 웨이퍼의 표리면 중 한쪽의 면을 가볍게 연마함으로써 경폴리시면으로 하는 것으로 반도체 웨이퍼의 표면의 광택도와 그 이면의 광택도를 다르게 한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 상정반의 연마포 및 상기 하정반의 연마포는 경도, 밀도, 압축률 및 압축탄성율 중, 어느 하나가 다른 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 상기 슬러리는 상기 웨이퍼 유지구멍의 바로 위에 배치된 슬러리 공급구멍으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
  24. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 그 한쪽면이 산화막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법.
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