KR101245054B1 - 웨이퍼 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 연마 방법이 개시된다. 웨이퍼 연마 방법은 패드 상에 웨이퍼를 배치시키는 단계; 상기 웨이퍼를 1차 연마하는 단계; 상기 웨이퍼를 2차 연마하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계를 포함하고, 상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계는 상기 웨이퍼를 제 1 압력으로, 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정; 상기 제1과정에서 연마된 웨이퍼를, 상기 제 1 압력보다 더 낮은 제 2 압력으로, 상기 제 1 회전 속도보다 더 낮은 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정; 및 상기 제2과정에서 연마된 웨이퍼를, 상기 제 2 압력 이상 및 상기 제1 압력 미만인 제 3 압력으로, 상기 제 1 회전 속도 및 상기 제 2 회전 속도 사이인 제3 회전 속도로, 연마하는 제3과정을 포함한다.
Description
실시예는 웨이퍼 연마 방법에 관한 것이다.
통상 웨이퍼 폴리싱은 웨이퍼가 디바이스 과정에 들어가기에 앞서 최종적으로 평탄도와 표면 조도를 만드는 과정이기 때문에 매우 중요한 과정이다. 이러한 중요성 때문에 많은 연구소나 연구원들에 의해서 연구된다. 그리고 웨이퍼의 특수성 때문에 대부분의 총체적인 연구가 완벽하게 밝혀지고 있지 않은 상태이다.
이러한 파이널 폴리싱 공정에 적용되는 방법은 캐리어에 의하여 이송된 웨이퍼가 폴리싱 패드 위에서 회전함으로써, 웨이퍼의 표면이 기계적으로 평탄화되도록 하고 동시에 폴리싱 패드 위로 화학적 반을 수행하는 연마액을 공급하여 화학적으로 평탄화가 이루어지게 한다.
이와 같은 웨이퍼 최종 연마 공정인 파이널 폴리싱은 웨이퍼의 뒷면에 일정 압력을 가압하는 연마 헤드 및 연마포가 부착된 테이블이 회전 연마하는 기계적인 반응과 콜로이달 실리카로 구성된 연마 연마액에 의한 화학적인 반응으로 연마된다.
이와 같은 연마 공정은 웨이퍼의 표면의 미세 파티클을 제어하고 헤이즈를 제어하는 역할을 수행한다. 이와 같은 연마 공정에서 발생되는 디펙의 예로서는 연마액의 이물질, 뭉친 덩어리, 연마 포의 찌꺼기 및 연마되지 않는 이물질 등을 들 수 있다.
이와 같은 디펙을 측정할 때, 비정상적인 십자가 형상의 노이즈가 나타날 수 있고, 이를 제어하기 위한 연구가 다양하게 진행 중이다.
실시예는 디펙을 최소화하고, 십자가 형상의 노이즈를 억제하는 웨이퍼 연마 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 웨이퍼 연마 방법은 패드 상에 웨이퍼를 배치시키는 단계; 상기 웨이퍼를 1차 연마하는 단계; 상기 웨이퍼를 2차 연마하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계를 포함하고, 상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계는 상기 웨이퍼를 제 1 압력으로, 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정; 상기 제1과정에서 연마된 웨이퍼를, 상기 제 1 압력보다 더 낮은 제 2 압력으로, 상기 제 1 회전 속도보다 더 낮은 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정; 및 상기 제2과정에서 연마된 웨이퍼를, 상기 제 2 압력 이상 및 상기 제1 압력 미만인 제 3 압력으로, 상기 제 1 회전 속도 및 상기 제 2 회전 속도 사이인 제3 회전 속도로, 연마하는 제3과정을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계는, 상기 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안 상기 웨이퍼에 연마액을 분사하고, 상기 연마액은 물, 수용성 고분자 및 콜로이드 실리카를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 압력은 10 kPa 내지 14 kPa이고, 상기 제 2 압력은 0.5 kPa 내지 1.5 kPa이고, 상기 제 3 압력은 0.5 kPa 내지 1.5 kPa일 수 있다.
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일 실시예에서, 상기 제 1 회전 속도는 45rpm 내지 55rpm이고, 상기 제 2 회전 속도는 8rpm 내지 12rpm이고, 상기 제 3 회전 속도는 20rpm 내지 40rpm일 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼 연마 방법은 3차 연마 단계에서, 연마 압력 및 회전 속도를 적절하게 제어하여, 십자가 형상의 노이즈를 효과적으로 제어할 수 있다. 특히, 3차 연마에서, 연마 압력이 감소한 후, 다시 증가하고, 회전 속도가 감소 한 후, 다시 증가되는 경우, 십자 형상과 같은 노이즈의 발생이 최대한 감소되었다.
도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼를 연마하는 과정을 도시한 블럭도이다.
도 3은 3차 연마 단계를 도시한 블럭도이다.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼를 연마하는 과정을 도시한 블럭도이다.
도 3은 3차 연마 단계를 도시한 블럭도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 정반, 패드, 웨이퍼 또는 층 등이 각 정반, 패드, 웨이퍼 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 도시한 개략도이다. 도 2는 실시예에 따른 웨이퍼를 연마하는 과정을 도시한 블럭도이다. 도 3은 3차 연마 단계를 도시한 블럭도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 유동 헤드(104), 테이블(106) 및 폴리싱 패드(108) 등을 포함한다. 웨이퍼(100)가 저면에 부착되고 축(102)에 설치된 유동헤드(104)는 본체의 상측에 회전가능하게 설치된다. 테이블(106)의 폴리싱 패드(108)에 밀착되어 일정한 압력으로 회전하게 된다.
폴리싱 패드(108)는 본체 하부의 구동수단에 의해 회전하게 회전축으로 연결 설치된다. 폴리싱 패드(108)는 유동헤드(104)의 플래튼의 저면에 설치된 웨이퍼(100)가 장착되는 폴리싱 리테이너링(110)에 결합되어 구성된다.
상기 유동 헤드(104)는 소정의 회전 속도로 회전하고, 소정의 압력으로 상기 웨이퍼(100)를 가압한다. 이대, 상기 유동 헤드(104)는 공기압에 의해서, 상기 웨이퍼(100)를 가압할 수 있다. 이에 따라서, 상기 웨이퍼(100)는 상기 유동 헤드(104)의 압력, 즉, 연마 압력에 의해서, 연마된다. 즉, 상기 연마 압력은 상기 유동 헤드(104) 및 상기 폴리싱 패드(108) 사이의 압력에 해당된다.
또한, 상기 폴리싱 패드(108)는 폴리우레탄 발포 스웨이드 타입이 사용될 수 있다. 또한, 이와 같은 웨이퍼 연마 장치에 사용되는 연마액은 물, 수용성 고분자, 콜로이드 실리카 및 알칼리 화합물을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 연마 방법은 1차 연마하는 단계(S10), 2차 연마하는 단계(S20) 및 3차 연마하는 단계(S30)를 포함한다.
상기 1차 연마하는 단계(S10)에서는 연마액로, 물, 수용성 고분자, 콜로이드 실리카 및 알칼리 화합물이 사용된다. 또한, 상기 1차 연마하는 단계(S10)에서, 연마 압력은 약 10kPa 내지 약 14kPa일 수 있다. 또한, 상기 1차 연마하는 단계(S10)에서, 상기 웨이퍼의 회전 속도는 약 40rpm 내지 약 60rpm일 수 있다. 또한, 상기 1차 연마하는 단계(S10)에서, 상기 웨이퍼의 연마 시간은 약 100초 내지 약 200초일 수 있다.
상기 2차 연마하는 단계(S20)에서는 연마액로, 물, 수용성 고분자, 콜로이드 실리카 및 알칼리 화합물이 사용된다. 또한, 상기 2차 연마하는 단계(S20)에서, 연마 압력은 약 10kPa 내지 약 14kPa일 수 있다. 또한, 상기 2차 연마하는 단계(S20)에서, 상기 웨이퍼의 회전 속도는 약 40rpm 내지 약 60rpm일 수 있다. 또한, 상기 2차 연마하는 단계(S20)에서, 상기 웨이퍼의 연마 시간은 약 100초 내지 약 200초일 수 있다.
상기 1차 연마하는 단계(S10) 및 상기 2차 연마하는 단계(S20) 사이에 드레싱 공정이 진행될 수 있다. 즉, 상기 1차 연마하는 단계(S10)에서 발생되는 잔유물 등은 상기 드레싱 공정에서 제거되고, 상기 폴리싱 패드는 연마 공정에 적합하도록 처리될 수 있다.
또한, 상기 2차 연마하는 단계(S20) 및 상기 3차 연마하는 단계(S30) 사이에 드레싱 공정이 진행될 수 있다. 즉, 상기 2차 연마하는 단계(S20)에서 발생되는 잔유물 등은 상기 드레싱 공정에서 제거되고, 상기 폴리싱 패드는 연마 공정에 적합하도록 처리될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 3차 연마하는 단계(S30)는 2단계의 연마 과정들(S100, S200)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 3차 연마하는 단계(S30)는 제 1 연마 압력 및 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정(S100) 및 제 2 연마 압력 및 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정(S200)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 2 연마 압력은 상기 제 1 연마 압력보다 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 연마 압력은 10 kPa 내지 14 kPa이고, 상기 제 2 연마 압력은 0.5 kPa 내지 1.5 kPa일 수 있다.
또한, 상기 제 2 회전 속도는 상기 제 2 회전 속도보다 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 회전 속도는 약 45rpm 내지 약 55rpm이고, 상기 제 2 회전 속도는 약 10rpm 내지 약 40rpm일 수 있다.
또한, 상기 제 1 연마 압력 및 상기 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정(S100)은 약 80초 내지 약 150초 동안 진행되고, 상기 제 2 연마 압력 및 상기 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정(S200)은 약 10초 내지 약 80초 동안 진행될 수 있다.
도 4을 참조하면, 상기 3차 연마하는 단계(S30)는 3단계의 연마 과정들(S100, S200, S300)을 더 포함할 수 있다. 상기 3차 연마하는 단계(S30)는 제 1 연마 압력 및 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정(S100), 제 2 연마 압력 및 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정(S200) 및 제 3 연마 압력 및 제 3 회전 속도로 연마하는 제3과정(S300)을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 3 연마 압력은 상기 제 2 압력 이상 및 상기 제 1 압력 미만일 수 있다. 또한, 상기 제 3 회전 속도는 상기 제 1 회전 속도 및 상기 제 2 회전 속도 사이일 수 있다. 이때, 상기 제 1 압력은 약 10 kPa 내지 약 14 kPa이고, 상기 제 2 압력 및 상기 제 3 압력은 약 0.5 kPa 내지 약 1.5 kPa일 수 있지만, 상기 제3압력은 상기 제2압력 이상으로 설정된다. 또한, 상기 제 1 회전 속도는 약 45rpm 내지 약 55rpm이고, 상기 제 2 회전 속도는 약 8rpm 내지 약 12rpm이고, 상기 제 3 회전 속도는 약 20rpm 내지 약 40rpm일 수 있다.
또한, 상기 제 1 연마 압력 및 상기 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정(S100)은 약 60초 내지 약 80초 동안 진행될 수 있다. 상기 제 2 연마 압력 및 상기 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정(S200)은 약 70초 내지 약 90초 동안 진행될 수 있다. 상기 제 3 연마 압력 및 상기 제 3 회전 속도로 연마하는 제3과정(S300)은 약 5초 내지 약 15초 동안 진행될 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 웨이퍼 연마 방법은 3차 연마 단계(S30)에서, 연마 압력 및 회전 속도를 적절하게 제어하여, 십자가 형상의 노이즈를 효과적으로 제어할 수 있다. 특히, 3차 연마(S30)에서, 연마 압력이 감소한 후, 다시 증가하고, 회전 속도가 감소한 후, 다시 증가되는 경우, 십자 형상과 같은 노이즈의 발생이 최대한 감소되었다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실험예#1
본 실험예에서, 최종 연마 장치는 공기압에 의해서, 웨이퍼에 압력을 가하는 장비를 사용하였다. 또한, 연마액으로 물, 수용성 고분자, 콜로이드 실리카 및 알칼리 화합물이 사용되었다. 또한, 연마포로 폴리우레탄 발포 스웨이드 타입이 사용되었다. 1차 연마 단계는 약 160초 동안, 약 12kPa의 압력으로 약 50rpm의 회전속도로 진행되었다. 또한, 2차 연마 단계는 약 160초 동안 약 12kPa의 압력으로 약 50rpm의 회전 속도로 진행되었다. 또한, 3차 연마 단계는 아래의 표1과 같이 연마 압력 및 회전 속도를 2단계로 나누고, 연마 시간을 변경하면서 진행되었다.
구분 | 12kPa, 50rpm | 1kPa, 10rpm | 총 시간 |
ref | 160초 | 0초 | 160초 |
group#1 | 150초 | 10초 | 160초 |
group#2 | 130초 | 30초 | 160초 |
group#3 | 80초 | 80초 | 160초 |
group#4 | 0초 | 160초 | 160초 |
결과
이와 같이, 연마된 웨이퍼의 헤이즈 레벨(Haze level)은 다음의 표2와 같이 도출되었다.
구분 | ref | group#1 | group#2 | group#3 | group#4 |
헤이즈 레벨 | 0.013 | 0.013147 | 0.0133108 | 0.012693 | 0.0111338 |
실험예#2
실험예#1과 동일하게 진행되었고, 3차 연마 단계만 아래의 표3과 같이 연마 압력을 2단계로 나누고, 연마 시간은 고정시킨 상태에서, 회전 속도를 변경하면서, 진행되었다.
구분 | 12kPa, 80초 | 1kPa, 80초 | 총 시간 |
ref | 50rpm | 50rpm | 160초 |
group#1 | 50rpm | 40rpm | 160초 |
group#2 | 50rpm | 30rpm | 160초 |
group#3 | 50rpm | 20rpm | 160초 |
group#4 | 50rpm | 10rpm | 160초 |
결과
이와 같이, 연마된 웨이퍼의 헤이즈 레벨은 다음 표4와 같이 도출되었다.
구분 | ref | group#1 | group#2 | group#3 | group#4 |
헤이즈 레벨 | 0.0167 | 0.01818 | 0.01767 | 0.01590 | 0.01375 |
실험예#3
실험예#1과 동일하게 진행되었고, 3차 연마 단계에서만, 아래의 표5와 같이, 연마 압력을 2단계로 나누고, 연마 시간은 고정시킨 상태에서, 회전 속도를 변경하면서, 진행되었다.
구분 | 12kPa, 80초 | 1kPa, 80초 | 총 시간 |
group#1 | 50rpm | 5rpm | 160초 |
group#2 | 50rpm | 10rpm | 160초 |
group#3 | 50rpm | 13rpm | 160초 |
group#4 | 50rpm | 15rpm | 160초 |
group#5 | 50rpm | 20rpm | 160초 |
group#6 | 50rpm | 30rpm | 160초 |
group#7 | 50rpm | 40rpm | 160초 |
group#8 | 50rpm | 50rpm | 160초 |
결과
이와 같이, 연마된 웨이퍼의 십자가 또는 선 형상의 노이즈 발생률 및 29㎚ 이하의 LLS(localized light scatterers)결함의 수는 다음 표6과 같이 도출되었다.
구분 | 십자가형 노이즈 | 선형 노이즈(%) | LLS 수 |
group#1 | 0 | 75 | 793.9 |
group#2 | 0 | 25 | 151.8 |
group#3 | 0 | 13 | 174.9 |
group#4 | 0 | 0 | 195.9 |
group#5 | 0 | 0 | 184.0 |
group#6 | 0 | 0 | 198.0 |
group#7 | 25 | 0 | 325.0 |
group#8 | 50 | 0 | 1266.8 |
실험예#4
실험예#1과 동일하고, 3차 연마하는 단계(S30)에서, 아래의 표7과 같이, 3단계에 걸쳐서 웨이퍼가 연마되었다.
구분 | 12kPa, 70초 | 1kPa, 80초 | 1kPa, 10초 | 총시간 |
group#1 | 50rpm | 10rpm | 20rpm | 160초 |
group#2 | 50rpm | 10rpm | 30rpm | 160초 |
group#3 | 50rpm | 10rpm | 40rpm | 160초 |
결과
아래의 표8에 도시된 바와 같이, 매우 낮은 비율의 십자가 형상의 노이즈, 선 형상의 노이즈 및 매우 낮은 수의 LLS가 발생됨을 알 수 있었다.
구분 | 십자가형 노이즈 | 선형 노이즈(%) | LLS 수 |
group#1 | 0 | 0 | 158.9 |
group#2 | 0 | 0 | 187.1 |
group#3 | 0 | 13 | 293.8 |
유동 헤드(104)
테이블(106)
폴리싱 패드(108)
웨이퍼(100)
테이블(106)
폴리싱 패드(108)
웨이퍼(100)
Claims (6)
- 패드 상에 웨이퍼를 배치시키는 단계;
상기 웨이퍼를 1차 연마하는 단계;
상기 웨이퍼를 2차 연마하는 단계; 및
상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계를 포함하고,
상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계는
상기 웨이퍼를 제 1 압력으로, 제 1 회전 속도로 연마하는 제1과정;
상기 제1과정에서 연마된 웨이퍼를, 상기 제 1 압력보다 더 낮은 제 2 압력으로, 상기 제 1 회전 속도보다 더 낮은 제 2 회전 속도로 연마하는 제2과정; 및
상기 제2과정에서 연마된 웨이퍼를, 상기 제 2 압력 이상 및 상기 제1 압력 미만인 제 3 압력으로, 상기 제 1 회전 속도 및 상기 제 2 회전 속도 사이인 제3 회전 속도로, 연마하는 제3과정을 포함하는 웨이퍼 연마 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 웨이퍼를 3차 연마하는 단계에서,
상기 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안 상기 웨이퍼에 연마액을 분사하고,
상기 연마액은 물, 수용성 고분자 및 콜로이드 실리카를 포함하는 웨이퍼 연마 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 압력은 10 kPa 내지 14 kPa이고,
상기 제 2 압력은 0.5 kPa 내지 1.5 kPa이고,
상기 제 3 압력은 0.5 kPa 내지 1.5 kPa인 웨이퍼 연마 방법. - 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 회전 속도는 45rpm 내지 55rpm이고, 상기 제 2 회전 속도는 8rpm 내지 12rpm이고, 상기 제 3 회전 속도는 20rpm 내지 40rpm인 웨이퍼 연마 방법.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
KR20020055249A (ko) * | 2000-12-28 | 2002-07-08 | 박종섭 | 반도체 소자의 화학적 기계적 연마 방법 |
JP2003234315A (ja) * | 2001-12-04 | 2003-08-22 | Sanyo Chem Ind Ltd | Cmpプロセス用研磨液 |
-
2011
- 2011-09-15 KR KR1020110092746A patent/KR101245054B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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