KR100963043B1 - 웨이퍼의 제조방법 및 웨이퍼의 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 제조방법 및 웨이퍼의 연마장치에 대한 것이다. 본 발명에 의한 웨이퍼 제조방법은, 웨이퍼의 표면제어를 위해 연마하는 경면 연마공정에 있어서, 연마액을 공급하면서 연마패드로 웨이퍼의 경면을 기계적으로 연마하는 기계적 연마단계와; 상기 기계적 연마단계를 거친 웨이퍼를 세정액으로 세정하는 세정단계와; 상기 세정단계가 진행되는 중에 산성의 첨가제용액으로 웨이퍼의 표면을 중화시켜 코팅하는 코팅단계를 포함한다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여, 연마과정에서 발생한 오염물질이 웨이퍼의 경면에 고착되는 것을 방지함과 동시에 웨이퍼의 경면을 중화시키기 때문에 표면에칭이나 미세 결함의 발생을 억제하게 된다.

연마, 웨이퍼, 경면, 첨가제, 중화

Description

웨이퍼의 제조방법 및 웨이퍼의 연마장치{A Manufacturing Method and A Pollishing Device For Wafer}

도 1은 종래의 일반적인 웨이퍼의 연마장치를 예시한 평면도.

도 2는 웨이퍼의 연마과정에서 발생한 웨이퍼의 표면결함을 보여주는 예시도.

도 3는 연마액 에칭에 의한 표면결함을 보여주는 예시도.

도 4는 연마액의 고착형태의 표면결함을 보여주는 예시도.

도 5는 본 발명에 의한 웨이퍼의 연마장치의 바람직한 실시예의 구성을 예시한 개요도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10.........웨이퍼 연마장치 11.........하정반

13.........연마헤드 15.........연마액 공급수단

본 발명은 웨이퍼의 연마공정에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 연마과정에 의한 표면 결함을 첨가제용액의 적절한 사용에 의해 방지하는 웨이퍼의 제조방법 및 연마장치에 대한 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 웨이퍼의 연마장치를 예시한 평면도이고, 도 2는 웨이퍼의 연마과정에서 발생한 표면결함을 보여주는 예시도이다. 도 3은 연마액 에칭에 의한 표면결함을, 그리고 도 4는 연마액 고착형태의 표면결함을 보여준다.

웨이퍼의 경면 연마공정에서 사용되는 연마장치는 화학적인 연마와 동시에 기계적인 연마를 수행하는 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 장치이다.

도 1의 웨이퍼 연마장치(10)는, 연마공정에서 웨이퍼의 경면과 접촉되는 연마패드가 설치된 하정반(11)과, 하면에 웨이퍼가 밀착된 상태에서 승강하고 웨이퍼를 연마패드에 가압한 상태에서 웨이퍼를 회전시키는 연마헤드(13), 웨이퍼의 경면에 연마액(slurry)을 공급하는 연마액공급수단(15)을 포함한다.

이와 같은 구성을 가지는 연마장치(10)를 사용하는 종래 방법에 의하는 경우는, 입자(particle) 크기를 달리하는 연마액을 웨이퍼 경면에 공급하면서, 다단계에 걸쳐 연마헤드(13)로 웨이퍼를 가압 회전시켜 경면연마를 수행하였다.

그러나, 상기와 같은 종래의 연마공정에 의하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있어 왔다.

종래의 방법에 의하는 경우는, 연마과정에서 연마액에 포함된 입자가 경면에 고착하여 이후 가공과정에서 떨어져나감으로써 도 2와 같은 수십 나노(nano) 크기에 이르는 표면결함이 발생하는 문제가 있어 왔다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 2, 3 단계에 걸친 연마과정에서 알카리성의 연마액이 활성화된 경면과 반응하여 표면에칭이 일어나기도 하고, 도 4에 도시된 바와 같이 연마액에 포함된 미세 입자가 완전히 제거되지 않고 고착하는 형태로 수 나노(nano) 크기의 표면결함이 발생하는 문제가 있어 왔다.

본 발명의 목적은, 웨이퍼의 표면에 연마액의 잔유물이 고착되거나 연마액에 의해 표면에칭이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능한 웨이퍼의 제조방법 및 웨이퍼의 연마장치를 구현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 웨이퍼의 제조방법은, 표면제어를 위해 연마하는 경면 연마공정에 있어서, 연마액을 공급하면서 연마패드로 웨이퍼의 경면을 기계적으로 연마하는 기계적 연마단계와; 상기 기게적 연마단계를 거친 웨이퍼를 세정액으로 세정하는 세정단계와; 상기 세정단계가 진행되는 중에 첨가제용액 용액으로 웨이퍼의 표면을 중화시켜 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마공정에 의하는 것을 특징으로 한다.

첨가제용액 용액은 폴리[에틸렌 프로필렌]글리콜(poly[ettylene propylene)glycol)을 초순수에 용해시킨 것이 특징이다.

첨가제용액 용액은 Ph3 내지 4로 유지되는 것이 특징이다.

첨가제용액 용액은 폴리[에틸렌 프로필렌]글리콜을 초순수에 2 내지 3%부피로 첨가되는 것이 특징이다.

코팅단계는 연마액의 입자의 크기를 달리하여 다단계에 걸쳐 수행되는 각 기계적 연마공정에 대한 세정단계의 중간에 수행되는 것이 특징이다.

기계적 연마는 3단계에 걸쳐 수행되며, 상기 코팅단계는 제 1단계의 연마가 종료된 후에는 세정시간이 종료되기 5 내지 15초 전부터 10 내지 20초간 수행되며; 제 2단계 및 제 3 단계에서는 세정시간이 종료되기 5 내지 15초 전부터 5 내지 15초간 수행되는 것이 특징이다.

본 발명에 의한 실시예의 웨이퍼의 연마장치는, 하정반의 상부에 설치되며, 웨이퍼의 경면에 접촉하여 경면연마를 수행하는 연마패드와; 상기 연마패드의 상방에 이동 가능하게 설치되며, 하면에 부착되는 웨이퍼와 일체가 되어 회전하여 상기 웨이퍼의 경면이 상기 연마패드에 의해 연마되게 하는 연마헤드와; 상기 연마헤드와 연마패드 사이로 연마액을 공급하는 연마액 공급수단과; 기계적 연마가 종료된 후 웨이퍼 경면의 세정을 위한 세정액을 공급하는 세정액공급수단과; 웨이퍼 경면에 대한 세정이 종료되기 전에 경면코팅을 위한 첨가제용액를 공급하는 첨가제용액 공급수단을 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여, 연마과정에서 발생한 오염물질이 웨이퍼의 경면에 고착되는 것을 방지함과 동시에 웨이퍼의 경면을 중화시키기 때문에 표면에칭이나 미세 결함의 발생을 억제하게 된다.

이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 웨이퍼의 제조방법과 그에 사용되는 웨이퍼의 연마장치의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 실시예의 웨이퍼의 연마장치를 예시한다.

도시된 본 실시예의 웨이퍼의 연마장치는, 연마패드가 상면에 부착되는 하정 반과, 웨이퍼를 연마패드에 가압 회전시키는 연마헤드와, 웨이퍼 경면에 연마액을 공급하는 수단을 포함한다.

그리고, 본 실시예의 웨이퍼 연마장치에는 기계적 연마 후에 경면을 세정하는데 사용하는 세정액공급수단이 구비되어 있다.

그러나, 세정액 공급수단은 기계적 연마를 위한 수단과 일체로 되는 것도 가능하지만, 이를 별도의 수단으로 분리시키는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예의 웨이퍼의 연마장치에는 연마과정의 표면결함을 방지하고 경면을 보호하기 위해 첨가제 용액을 공급하는 첨가제 공급수단이 더 구비된다.

첨가제 공급수단은 다단에 걸쳐 기계적인 연마가 이루어지는 웨이퍼의 연마공정의 각 단계에 대해 첨가제 용액의 공급이 가능하도록 설치되어야 한다.

본 실시예에서는 각 단계의 연마가 이루어지는 위치에 별개의 첨가제공급수단을 구비시키고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 하나의 첨가제 공급수단을 각 단계의 연마가 수행되는 위치로 이동가능하도록 설치시키는 것도 가능하다.

본 실시예에서는 상기 연마장치를 사용하여, 연마제의 입자의 크기를 변화시키면서 다단에 걸쳐서 웨이퍼 경면 연마를 행하게 된다.

본 실시예의 웨이퍼 연마공정은 3단계에 걸쳐 수행되는데, 통상적으로 제 1연마단계는 웨이퍼 표면을 일정두께 식각하여 평탄도를 확보하기 위해 수행되고, 제 2와 제 3 연마단계는 웨이퍼 표면의 미세특성을 제어하기 위해 수행된다.

따라서, 제 1 연마단계에서는 연마액의 입자크기가 다소 큰 특징으로 가지며, 이후의 제 2와 제 3 연마단계로 갈수록 표면의 평탄도를 미세제어하기 위해 연 마액의 입자크기는 작아지게 된다.

본 실시예에서 상기 제 1, 제 2, 제 3 의 각 연마단계는, 연마액을 공급하면서 연마패드로 웨이퍼의 경면을 기계적으로 연마하는 단계가 먼저 수행되며, 이 과정이 종료된 후에는 연마액이 웨이퍼의 표면에 고착되는 것을 방지하는 세정단계가 수행되게 된다.

본 실시예에서는 웨이퍼 경면이 연마액의 잔류물에 오염되거나 연마액에 의해 표면에칭이 일어나는 것으로 부터 웨이퍼의 경면을 보호하기 위해, 세정단계가 진행되는 중간에 첨가제 용액으로 웨이퍼 경면을 코팅(coating)하는 단계가 수행되게 된다.

본 실시예에서 사용되는 첨가제 용액은 산성인 폴리(에틸렌 프로필렌)글리콜[ poly(ettylene propylene)glycol]을 초순수에 용해시켜 Ph3 내지 4로 유지되도록 하여 사용한다.

웨이퍼의 표면은 알카리성의 연마액이 고착되기 때문에 첨가제 용액을 사용하게 되면, 산성인 첨가제 용액과 반응하여 웨이퍼 표면을 중화시킨다.

또한 본 실시예에서 첨가제용액은 폴리[에틸렌 프로필렌]글리콜을 초순수에 2 내지 3%로 첨가시킨 후 사용하며, 사용량은 1.5LPM 내지 2LPM이 되도록 제어한다.

상술한 바와 같은 첨가제 용액으로 웨이퍼의 표면을 덮는 코팅단계는 연마액의 입자의 크기를 달리하여 다단계에 걸쳐 수행되는 각 연마공정에 대해 다른 방식으로 수행된다.

본 실시예의 제 1 연마단계에서 수행되는 코팅단계는 세정단계가 종료되기 약 15초 전에 시작되어 15초 정도 유지시킨 후 10초간 세정 시간을 유지한다. 본 실시예의 제 2 와 제 3 연마단계에서 수행되는 코팅단계는 세정단계가 종료되기 10초전에 시작되어 15초 정도 유지 시킨 후 10초간 추가적으로 세정단계를 진행한다.

그러나 이에 한정되는 것이 아니고, 실시예에 따라서는 연마의 각 단계와 그 단계의 특징에 대응하여 코팅시간과 조건의 변화를 주는 것도 가능하다.

또한 연마단계 역시도 본 실시예와 같이 3단계에 한정되는 것이 아니고, 실시예에 따라 평탄도의 향상을 위하여 다단연마 공정에 의할 수 있으며, 각 연마단계의 세정시마다 코팅이 가능하지만, 실시예에 따라 연마단계와 코팅단계의 회수를 달리 할 수도 있다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 웨이퍼의 제조방법과 웨이퍼의 연마장치의 작용을 설명한다.

본 실시예의 웨이퍼의 연마공정에는 다단에 걸친 각 연마단계의 세정과정 중에 첨가제 용액을 사용하여 표면을 코팅하기 때문에, 경면의 오염이 없는 상태에서 경면을 코팅하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 연마액의 잔류물이 고착되는 것을 방지할 수 있게 되며, 따라서 그 잔류물이 떨어져 나감으로 발생하는 도 2에 도시된 바와 같은 수십나노에 이르는 표면 결함을 예방할 수 있게 된다.

또한 연마의 각 단계에서 연마액 잔류물이 표면에 고착되어 평탄도를 저해하는 도 4에 도시된 바와 같은 미세한 표면결함이 발생하는 것도 예방할 수 있게 된 다.

그리고, 웨이퍼 표면에 잔류하는 연마액을 중화시키기 때문에 제 2, 제 3 단계에 걸쳐 연마공정이 수행되는 과정과 이후 보관에서, 연마액에 의해 표면이 에칭되는 것도 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해, 웨이퍼의 표면을 첨가제용액로 적절한 처리를 하는 것에 의해 연마액의 입자가 경면에 고착되는 것과 고착된 연마액이 떨어져 나감으로서 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있게 한다..

또한, 웨이퍼의 표면을 중화시켜 연마액에 의해 표면에칭이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 연마공정에서 발생할 수 있는 다양한 형태의 표면결함을 제거하여 고도의 평탄도를 가지는 고품질 웨이퍼의 제작이 가능하게 된다.

Claims (7)

1. 웨이퍼의 표면제어를 위해 연마하는 경면 연마공정에 있어서,

   알칼리성 연마액을 공급하면서 연마패드로 웨이퍼의 경면을 기계적으로 연마하는 기계적 연마단계와;

   상기 기계적 연마단계를 거친 웨이퍼를 세정액으로 세정하는 세정단계와;

   상기 세정단계가 진행되는 중에 산성의 첨가제용액으로 상기 알칼리성 연마액이 공급된 웨이퍼의 표면을 중화시켜 코팅하는 코팅단계를 포함하는 연마공정에 의하는 웨이퍼의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제용액은 폴리[에틸렌 프로필렌]글리콜( poly[ettylene propylene)glycol)을 초순수에 용해시킨 것이 특징인 연마공정에 의하는 웨이퍼의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 첨가제용액은 Ph3 내지 4로 유지되는 것이 특징인 연마공정에 의하는 웨이퍼의 제조방법.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 첨가제용액은 폴리[에틸렌 프로필렌]글리콜을 초순수에 2 내지 3%부피로 첨가하여 제조하는 것이 특징인 연마공정에 의하는 웨이퍼의 제조방법.
5. 청구항 1내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 코팅단계는 연마액의 입자의 크기를 달리하여 다단계에 걸쳐 수행되는 각 기계적 연마공정에 대한 세정단계의 중간에 수행되는 것이 특징인 연마공정에 의하는 웨이퍼의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 기계적 연마는 3단계에 걸쳐 수행되며, 상기 코팅단계는 제 1단계의 연마가 종료된 후에는 세정시간이 종료되기 5 내지 15초 전부터 10 내지 20초간 수행되며;

   제 2 단계 및 제 3 단계에서는 세정시간이 종료되기 5 내지 15초 전부터 5 내지 15초간 수행되는 것이 특징인 연마공정에 의하는 웨이퍼의 제조방법.
7. 하정반의 상부에 설치되며, 웨이퍼의 경면에 접촉하여 경면연마를 수행하는 연마패드와;

   상기 연마패드의 상방에 이동 가능하게 설치되며, 하면에 부착되는 웨이퍼와 일체가 되어 가압 회전하여 상기 웨이퍼의 경면이 상기 연마패드에 의해 연마되게 하는 연마헤드와;

   상기 연마헤드와 연마패드 사이로 알칼리성 연마액을 공급하는 연마액 공급수단과;

   상기 연마패드에 의한 기계적 연마가 종료된 후 웨이퍼 경면의 세정을 위한 세정액을 공급하는 세정액공급수단과;

   웨이퍼 경면에 대한 세정이 종료되기 전에 상기 알칼리성 연마액이 공급된 웨이퍼의 경면을 중화시켜 코팅하기 위한 산성의 첨가제용액을 공급하는 첨가제용액 공급수단을 포함하여 구성되는 웨이퍼의 연마장치.

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