KR101340246B1 - 반도체 웨이퍼 연마용 연마 패드 및 반도체 웨이퍼 연마법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 제1 단계에서, 그리고 고상 재료를 함유하지 않고 pH값이 적어도 11.8인 연마제(polishing agent)를 공급하면서 입자 크기가 0.1 내지 1.0 ㎛인 고정 결합된 연마재(abrasive)를 포함하는 연마 패드에 의해 반도체 웨이퍼의 후면을 연마하고, 제2 단계에서, 반도체 웨이퍼의 정면을 연마하며, 이때 pH값이 11.8 미만인 연마제가 공급되는 것인 반도체 웨이퍼 연마법이 제공된다. 반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하기 위한 연마 패드는 연마재 함유층과, 강성 플라스틱으로 이루어진 층, 그리고 또한 부직포 컴플라이언트 층(compliant layer)을 포함하며, 상기 층들은 점착제(pressure-sensitive adhesive) 층에 의해 서로 결합된다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 연마용 연마 패드와 반도체 웨이퍼 연마법에 관한 것이다.
연마할 반도체 웨이퍼는 통상 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘(예컨대, 실리콘-게르마늄)으로부터 얻은 층 구조를 갖는 기판이다. 상기 실리콘 웨이퍼는 특히 메모리 칩(DRAM), 마이크로프로세서, 센서, 발광 다이오드 등과 같은 반도체 소자를 제조하는 데 사용된다.
특히 메모리 칩과 마이크로프로세서를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼에 관한 요건은 더욱더 엄격해지고 있다. 이러한 요건은 우선 (예컨대, 결함 밀도, 금속 불순물을 포획하기 위한 내부 게터에 관한) 결정 특성 자체뿐만 아니라, 특히 웨이퍼의 형상 및 평탄도에 관련된다. 2개의 완벽한 면평행(plane-parallel) 면을 갖고, 특히 소자가 제조될 실리콘 웨이퍼의 면 상의 평탄도가 우수하며, 표면 조도(粗度)가 낮은 실리콘 웨이퍼가 바람직하다. 웨이퍼 에지에서의 두께 감소와 에지 영역에서의 불량한 형상으로 인해 일반적으로 불가능한, 소자측의 전체 면적을 이용하는 것을 가능하게 하는 것 또한 바람직할 것이다.
종래의 반도체 웨이퍼 연마법들은 이러한 에지 롤오프(edge roll-off)의 원인이 되는 것으로 공지되어 있다. 이들 종래의 반도체 웨이퍼 연마법은 우선, 연마 슬러리를 공급하면서 연마 패드에 의해 반도체 웨이퍼의 양면을 동시 연마하는, 제거 연마인 양면 연마(DSP)와, 이와 대조적으로 연성 연마 패드를 사용하여 단지 정면("소자측")만의 최종 연마를 포함하는, 소위 헤이즈 프리(haze-free) 연마(피니싱)인 기계 화학적 연마(CMP)를 포함한다. 이들 연마법 양자에서, 연마재(abrasive)는 연마제(polishing agent) 슬러리 형태로 공급된다.
반도체 웨이퍼의 연마에 있어서 상대적으로 신규하지만, 반도체 소자 산업에서 이미 공지되어 있고 상당히 오랜 시간 동안 익히 알려져 있는 것은 소위 "고정 연마재 연마"(Fixed Abrasive Polishing; FAP) 기법이며, 이 고정 연마재 연마 기법에서는 반도체 웨이퍼가, 연마 패드에 결합된 연마재 물질을 포함하는 연마 패드("고정 연마 패드") 상에서 연마된다.
그러한 FAP 연마 패드가 사용되는 연마 단계는 이하에서 축약하여 FAP 단계라고 칭한다.
DSP 및 CMP와의 주된 차이점은 DSP와 CMP에서는 연마 패드가 연마재를 전혀 포함하지 않는다는 사실이다.
독일 특허 출원 DE 102 007 035 266 A1에는 2개의 FAP 타입 연마 단계를 포함하는, 실리콘 재료로 이루어진 기판의 연마법이 설명되어 있으며, 상기 2개의 연마 단계는, 제1 연마 단계에서는 고상 재료인 비결합 연마재를 함유하는 연마제 슬러리가 기판과 연마 패드 사이에 유입되는 반면, 제2 연마 단계에서는 상기 연마제 슬러리가 고상 재료를 함유하지 않는 연마제 용액으로 대체된다는 점에서 상이하다.
이미 전술한 바와 같이, 종래 기술에 따라 연마된 반도체 웨이퍼는 에지 영역에서 바람직하지 않은 두께 감소(edge roll-off)를 나타낸다.
에지 형상은, 대개 실리콘 웨이퍼의 총 두께 또는 실리콘 웨이퍼의 정면 및/또는 후면의 에지 형상에 관련되고 실리콘 웨이퍼의 에지 영역에서 통상적으로 관찰되는 실리콘 웨이퍼의 두께 감소 또는 이와 마찬가지로 실리콘 웨이퍼의 에지 영역에 있어서 실리콘 웨이퍼의 정면 및/또는 후면의 평탄도 감소를 특징 지우는 데 사용될 수 있는, 하나 이상의 에지 롤오프 파라메터를 특정하는 것에 의해 통상적으로 정량화된다. 실리콘 웨이퍼의 에지 롤오프 측정법이 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38(1999), pp. 38-39에 설명되어 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서의 에지 롤오프를 사실상 제거하고, 반도체 웨이퍼의 정면 및/또는 후면의 평탄도를 증가시켜 양질의 반도체 웨이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 제1 단계에서, 고상 재료를 함유하지 않고 pH값이 적어도 11.8인 연마제를 공급하면서 입자 크기가 0.1 내지 1.0 ㎛인 고정 결합 연마재를 포함하는 연마 패드에 의해 반도체 웨이퍼의 후면을 연마하고, 제2 단계에서, 반도체 웨이퍼의 정면을 연마하며, 이때 pH값이 11.8 미만인 연마제가 공급되는 것인 반도체 웨이퍼 연마법에 의해 달성된다.
본 발명자는, 고정 결합 연마재를 포함하는 연마 패드와, 또한 pH가 11.8 이상인 무연마재 연마제를 사용하여 반도체 웨이퍼의 후면을 연마할 때, 종래의 연마법에서 관찰되는 반도체 웨이퍼 두께의 에지 롤오프가 발생하지 않고, 이러한 방식으로 연마된 반도체 웨이퍼는 에지에서의 두께가 오히려 증가한다는 것을 파악하였다. 이에 관하여, 연마제의 pH값은 중요한 기준인 것으로 확인되었다.
pH값이 11.8 미만이어야 하는 연마제를 사용하여 정면을 연마하는 후속 과정에 의해, 연마 패드가 고정 결합 연마재를 포함하는지 또는 연마 패드가 (종래의 CMP 연마 패드와 마찬가지로) 연마재를 포함하지 않는지의 여부와 무관하게 반도체 웨이퍼의 탁월한 에지 형상이 형성될 수 있다.
이는, pH값이 11.8 미만인 연마제를 사용하는 FAP 방법이 종래의 CMP 연마법(연마제의 pH값과는 대체로 무관함)과 유사한 방식으로 에지 롤오프를 형성하는 경향이 있다는 사실에 기인한다.
그러나, 후면의 연마 중에 사전에 에지에서의 증가가 있었기 때문에, 정면 연마는 이들 2가지 효과의 상쇄를 초래한다.
이로 인해, 반도체 웨이퍼는 그 두께의 에지 롤오프를 전혀 갖지 않는다.
이에 따라, 오랜 요구가 만족되는데, 특히 그 이유는, 엄밀하게 말해서 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서의 에지 롤오프와 불량한 형상으로 인해, 전체 웨이퍼 영역보다는 단지 배제되는 특정 에지부(2 내지 3 mm)를 제외한 반도체 웨이퍼 영역만이 반도체 소자 제조를 위해 활용 가능하다는 사실 때문이다. 본 발명의 결과로서, 생산성에 있어서의 막대한 증가를 예상할 수 있는데, 그 이유는 본 발명에 의해, 배제되는 에지부가 사실상 0으로 감소하고, 최초로 웨이퍼 영역 전체가 활용될 수 있는 반도체 웨이퍼가 실제적으로 얻어지기 때문이다.
본 발명은 종래 기술에 의해 제안되지 않았다. 알칼리성 범위인 pH 10 내지 12의 연마제를 사용하는 FAP를 채용하는 것이 DE 102 007 035 266 A1으로부터 공지되어 있지만, 상기 독일 특허에서 청구되는 방법은 반드시 반도체 웨이퍼의 동일한 하나의 면에 대해서, 한가지 과정은 연마재를 함유하는 연마제를 이용하고, 다른 하나는 연마재를 함유하는 연마제를 이용하지 않는 2개의 FAP 연마 과정을 제공한다. 반도체 웨이퍼의 후면에 대한 제1 FAP 연마법과, 반도체 웨이퍼의 정면에 대한 제2 FAP 또는 CMP 연마법의 조합은 개시되어 있지 않다.
또한, 종래 기술에서는 11.8 이상의 pH에서의 선택적 재료 제거는, 예컨대 반도체 웨이퍼의 중앙에서보다 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 더 적은 양의 재료가 제거되는 것에 의해 이루어짐을 인식하지 못하였다. 이와 관련하여, 연구를 할 이유는 또한 전혀 없는데, 그 이유는 기존에 FAP 경우와 CMP 경우 양자에서의 pH값이 그러한 선택적 효과를 가질 수 없고, 오히려 FAP 경우에는 연마 패드에 결합되는 연마재에 의한 기계적 제거를 화학적으로 지지하거나 증폭시키고, CMP 경우에는 연마제에 함유되는 연마재에 의한 기계적 제거를 화학적으로 지지하거나 증폭시키는 것으로 당업자가 사전에 가정하였으며, 이러한 화학적 지지 또는 증폭은 웨이퍼 영역 전체에 걸쳐 균일하게 일어나기 때문이다.
FAP 경우에 이것이 매우 상이한 것으로 판명되고, 연마제의 pH값이 그러한 선택적 제거를 가능하게 한다는 사실은 놀라운 것이다. FAP 기술이, 모든 연마법에서 항상 발생하는 에지 롤오프를 실제적으로 완전히 제거하는 데 적절할 수 있다는 사실은 결코 예측할 수 없었다. 당업자는, 임의의 연마법에서 재료 제거를 가능한 한 작게 유지하고, 반도체 웨이퍼를 오목하거나 볼록하게 연마함으로써 가능한 한 최외측 에지 영역까지 에지 롤오프를 제한하고자 노력하는 것이 필요한 것으로 사전에 가정하였다.
따라서, 연마된 반도체 웨이퍼의 에지 롤오프는 주어진 것으로 받아들여졌다.
후속하는 에피택시 단계에 있어서, 종래 기술에서는 에피택시 리액터에서의 예처리 단계에서 상기 에지 롤오프를 상쇄시키고자 하는 시도가 이루어졌다.
에지 그라인딩에 의해 에지 영역의 불량한 형상을 제거하고자 하는 다른 노력은 적절한 해결책이 못 되는데, 특히 그 이유는 처리시에 에지에 생성되는 손상이 취급 중에 실제적으로 복구하기 어려운 문제를 일으키기 때문이며, 즉 임의의 경우에 에지 그라인딩에 후속하여 에지 연마 처리가 실시되어야 한다. 이는 DSP 후에 에지 롤오프를 제거하는 데 적절하겠지만, 에지 롤오프는 차후의 CMP 단계 이후에 재형성되기 때문에, 이는 또한 거의 경제적이지 않은 것으로 입증된다.
따라서, 본원에서 청구되는 방법은 정면 연마 직후에 그러한 에지 롤오프가 없고 임의의 추가의 조치가 없이 (정면의 CMP 또는 FAP 이후) 정밀 연마 웨이퍼를 제공하는 유일한 가능성을 구성한다.
특히 (ITRS = "International Technology Roadmap for Semiconductors"에 따른) 22 nm 설계 규칙 요건의 관점에서, 그리고 반도체 웨이퍼 직경의 혁신적인 증가(300 mm로부터 450 mm로의 변화)에 관하여 우수한 기하학적 특성 및 나노토폴로지 특성을 갖는 웨이퍼의 제조- 훨씬 더 중요해지고 있음 - 과정에서, 이러한 요건을 충족시키는 연마법을 개발하는 것이 중요하였다.
특히 필요한 형상, 여기에서는 주로 반도체 웨이퍼 에지 형상과 나노토폴로지를 얻는 데 있어서, 종래의 재료 제거 화학 기계적 연마(CMP)가 처리 기술의 관점에서, 구체적으로 말하자면 반도체 웨이퍼의 에지 롤오프와, 이와 관련된, 요구되는 형상 특성에 관하여 이용될 수 있는 반도체 웨이퍼 상의 영역 또는 배제되는 에지부(당업자는 "고정 품질 영역"이라는 용어도 또한 사용함)에 대하여 더 이상 이러한 요건을 충족시키는 것이 불가능하다는 것은 상당히 오랜 시간 동안 이미 명백하였다.
청구되는 범위의 pH값으로 고정 결합된 연마재를 포함하는 연마 패드를 사용하는 본 발명에 따른 연마법은, 단지 후면만의 단면(單面) 연마에 관련해서 또는 양면 동시 연마 과정에서 수행된다.
상기 연마법에서, pH값은 연마 대상 반도체 웨이퍼의 초기 형상에 따라 변할 수도 있고 일정한 값으로 설정될 수도 있다.
후면과 정면의 순차 연마로서 구현되는, 고정 결합 연마재를 포함하는 연마 패드에 의한 2 단계 FAP가 특히 바람직하다.
이 경우, 2개의 연마 과정, 즉 후면 연마와 정면 연마는 서로에 대해 조정될 수 있기 때문에, 특히 웨이퍼 에지 영역에서의 웨이퍼 형상과 웨이퍼 나노토폴로지에 대해 목표로 하는 영향력을 행사할 수 있다.
이러한 목적으로, 본 발명에 따르면 후면은 정면과는 상이한 pH값을 이용하여 연마되어야만 한다.
따라서 2개의 연마 프로파일(정면 및 후면)을 중첩하는 것에 의해, 특히 매우 특유한 결과적인 에지 프로파일이 형성될 수 있고, 에지 롤오프는 이상적으로 0으로 감소될 수 있다.
따라서, 웨이퍼 외측 에지에서의 두께 프로파일을 변경하기 위해 본 발명에 따른 pH값의 변화가 이용된다.
이와 대조적으로, 상기 연마법이 수행되는 방식과는 무관하게 다양한 기계 화학적 연마법(양면 연마, 단면 연마, 제거 연마 또는 헤이즈 프리 연마)가 고정된 pH값을 이용하여 수행된다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서의 형상에 관하여 목표로 하는 영향력을 행사하는 것이 불가능하게 된다.
본 발명에 따른 방법은 특히 직경이 450 mm인 차세대 기술의 반도체 웨이퍼 연마의 경우에 특히 유리한데, 그 이유는 그러한 대형 직경의 경우에 종래의 연마법의 사용에 의해 에지 영역의 형상에 관한 문제가 특히 두드러지기 때문이다. 본 발명에 따른 방법에서 청구되는 바와 같은 pH 제어 연마는 이러한 문제를 제거한다.
본 발명에 따른 방법으로 인해, 반도체 웨이퍼의 외측 에지 영역, 구체적으로는 반도체 웨이퍼의 에지에 대하여 10 mm 이하의 거리 범위, 특히 바람직하게는 5 mm 이하의 거리 범위에서의 형상이 개선된다.
반도체 웨이퍼의 후면 연마 중에 연마제 용액은 바람직하게는, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TetraMethylAmmonium Hydroxide; TMAH) 또는 임의의 소망하는 이들의 혼합물을 포함한다.
연마제 용액에서의 상기 화합물의 비율은 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%, 매우 바람직하게는 0.01 내지 0.2 중량%이다.
탄산칼륨의 사용은 특히 바람직하다.
연마제 용액의 pH값은 적어도 11.8이다.
연마제 용액은 또한 하나 이상의 추가의 첨가제, 예컨대 습식제 및 계면활성제와 같은 표면 활성 첨가제(surface-active additive)와, 보호 콜로이드로서 작용하는 안정제와, 방부제와, 살균제와, 알콜, 그리고 착화제(complexing agent)를 더 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 후면 연마 중에 연마 패드(FAP 또는 FA 패드)에 결합된 연마재를 포함하는 연마 패드가 사용된다.
적절한 연마재는, 예컨대 세륨, 알루미늄, 규소, 지르코늄 원소로 이루어진 산화물 입자와, 탄화규소, 질화붕소 및 다이아몬드와 같은 경질 재료 입자를 포함한다.
매우 적절한 연마 패드는 복제된 미세 구조 형상을 갖는 표면 토포그래피를 갖는다. 이러한 미세 구조["포스트(post)"]는, 예컨대 원통형 또는 다각형 단면을 갖는 컬럼 형태, 또는 피라미드나 절두 피라미드 형태를 갖는다.
그러한 연마 패드에 관한 보다 상세한 설명이, 예컨대 WO 92/13680 A1 및 US 2005/227590 A1에 포함되어 있다.
연마 패드에 결합된 산화세륨 입자의 사용은 매우 바람직하다(US6602117B1 또한 참고).
FAP 연마 패드에 포함되는 연마재의 평균 입자 크기는 바람직하게는 0.1 내지 1.0 ㎛, 매우 바람직하게는 0.1 내지 0.6 ㎛, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.25 ㎛이다.
다층 구조를 갖는 연마 패드는 상기 연마법을 수행하는 데 매우 적절하다. 이 경우, 연마 패드의 층들 중 하나의 층은 컴플라이언트 층(compliant layer)이다. 따라서, 패드 높이는 조정될 수 있으며, 연속적인 변이를 따른다. 컴플라이언트 층은 바람직하게는 부직포 층이다. 폴리우레탄으로 함침된 폴리에스테르 섬유로 이루어진 층이 매우 적합하다("부직포").
컴플라이언트 층은 바람직하게는 연마 패드의 최저층에 해당한다. 컴플라이언트 층 위에는 바람직하게는 폴리우레탄으로 이루어진 발포체 층이 배치되는데, 예컨대 이 발포체 층은 접착제 층에 의해 컴플라이언트 층에 고정된다. PU 발포체 위에는 경질의 강성재, 바람직하게는 경질 플라스틱으로 이루어진 층이 배치되는데, 이 경질 플라스틱에 대해서는, 예컨대 폴리카보네이트가 적합하다. 이 강성층 위에는 복제된 미세 구조를 갖는 층, 즉 실제적으로 고정된 연마재 층이 배치된다.
그러나, 컴플라이언트 층은 또한 발포체 층과 강성재 층 사이, 또는 고정된 연마재 층 바로 아래에 배치될 수 있다.
다양한 층들은, 바람직하게는 점착제(Pressure-Sensitive Adhesive; PSA)층에 의해 서로 고정된다.
본 발명자는 종래 기술의 FAP 연마 패드에 항시 존재하는 PU 발포체 층이 없는 연마 패드가 우수한 결과를 초래한다는 것을 확인하였다.
이 경우, 연마 패드는 중복 미세 구조를 갖는 층과, 컴플라이언트 층, 그리고 폴리카보네이트와 같은 강성 플라스틱으로 이루어진 층을 포함하며, 컴플라이언트 층은 연마 패드의 중간층이나 최저층일 수 있다.
이러한 신규의 연마 패드는 멀티플레이트 연마 기계(Applied Materials, Inc.로부터의 AMAT Reflection)에서 사용하기에 매우 적합하다. 이 연마 기계는, 5 구역 멤브레인 캐리어를 포함하며, 이 캐리어는 캐리어의 압력 프로파일이 5개 구역에서 상이하게 설정되게 한다. 컴플라이언트 연마 패드와 함께, 이것은 연마된 웨이퍼의 형상에 관하여 우수한 결과를 초래한다.
연마재를 함유하는 연마제는 바람직하게는 반도체 웨이퍼의 정면의 연마 중에 사용된다.
연마제 슬러리에서의 연마재의 비율은 바람직하게는 0.25 내지 20 중량%, 매우 바람직하게는 0.25 내지 1 중량%이다.
연마재 입자의 크기 분포는 바람직하게는 기본적으로 모노모달(monomodal)이다.
평균 입자 크기는 5 내지 300 nm, 매우 바람직하게는 5 내지 50 nm이다.
연마재는 기판 재료를 기계적으로 제거하는 재료, 바람직하게는 알루미늄, 세륨 또는 규소 원소로 이루어진 산화물 중 하나 이상을 포함한다.
콜로이드 분산 실리카(colloidally disperse silica)를 함유하는 연마제 슬러리가 매우 바람직하다.
연마제 슬러리는 바람직하게는, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)와 같은, 이 슬러리에 첨가되는 첨가제를 함유한다.
그러나, 연마제 슬러리는 하나 이상의 추가의 첨가제, 예컨대 습식제와 계면활성제와 같은 표면 활성 첨가제와, 보호 콜로이드로서 작용하는 안정제와, 방부제와, 살균제와, 알콜, 그리고 착화제를 함유할 수 있다.
정면 연마 중에 pH값은 11.8 미만이어야만 한다.
pH값은 바람직하게는 10 내지 11.5 범위이다.
고정 결합 연마재를 포함하지 않는 연마 패드가 연마 과정 중에 사용되는 것이 바람직하다. 종래의 CMP 연마 패드가 이러한 목적에 적합하다. 사용되는 CMP 연마 패드는 다공성 기재를 갖는 연마 패드이다.
연마 패드는 바람직하게는 열가소성 또는 열경화성 폴리머를 포함한다. 다수의 재료, 예컨대 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르 등이 재료로서 적절하다.
연마 패드는 바람직하게는 고상 미세 다공성 폴리우레탄을 포함한다.
폴리머로 함침된 발포형 플레이트 또는 펠트나 섬유 기판으로 이루어진 연마 패드의 사용도 또한 바람직하다.
코팅형/함침형 연마 패드는 또한 코팅과 기판에서의 기공 분포와 기공 크기가 상이하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
연마 패드는 실질적으로 평면일 수도 있고, 그외에 천공될 수도 있다.
연마 패드의 다공도를 제어하기 위해, 필러가 연마 패드에 도입될 수 있다.
상용 연마 패드로는, 예컨대 Rodel Inc.로부터의 SPM 3100 또는 DCP-시리즈 패드, 그리고 또한 상품명이 IC1000TM, PolytexTM 또는 SUBATM인, Rohm & Hass로부터의 패드가 있다.
그러나, 설명한 연마 패드 대신에, 후면 연마 중에 사용되는 것과 같은 FAP 패드를 사용하는 것이 가능하며, 이것도 마찬가지로 바람직하다.
대체로, 반도체 웨이퍼는 연마 헤드의 도움을 받아, 연마할 측면에 의해 연마 플레이트 상에 놓여 있는 연마 패드에 대해 압박된다.
연마 헤드는 또한, 기판을 측방향으로 에워싸고 기판이 연마 중에 연마 헤드로부터 슬라이딩하는 것을 방지하는 리테이너 링을 포함한다.
최신 연마 헤드의 경우, 연마 패드로부터 멀리 떨어져 있는 실리콘 웨이퍼의 측면은, 인가되는 연마 압력을 전달하는 탄성 멤브레인 상에 놓인다. 멤브레인은 가능하다면 세분되는, 가스 또는 액체 쿠션을 형성하는 챔버 시스템의 일부이다.
그러나, 연마 헤드는 또한 멤브레인 대신에 탄성 지지부("백킹 패드")가 사용되는 경우에 사용된다.
기판은, 이 기판과 연마 패드 사이에 연마제를 공급하면서, 연마 헤드와 연마 플레이트가 회전하는 것에 의해 연마된다.
이 경우, 연마 헤드는 추가적으로 연마 패드에 걸쳐 횡방향으로 이동될 수 있으며, 이에 의해 연마 패드 영역에 관한 보다 광범위한 활용이 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 단일 플레이트 및 멀티플레이트 연마 기계에서 동등하게 수행될 수 있다.
바람직하게는 2개, 특히 바람직하게는 3개의 연마 플레이트와 연마 헤드를 구비하는 멀티플레이트 연마 기계의 사용이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서의 에지 롤오프가 사실상 제거되고, 반도체 웨이퍼의 정면 및/또는 후면의 평탄도가 증가된 양질의 반도체 웨이퍼를 제조할 수 있다.
예
제1 단계에서, 특정 pH값으로 설정된 연마액을 공급하면서, 연마재가 고정 결합된 연마 패드에 의해, 에지에 특정 두께 프로파일이 형성되도록 하는 방식으로 직경이 300 mm인 실리콘 웨이퍼의 후면이 연마된다.
연마 패드는 산화세륨(CeO2) 입자를 갖는 절두 피라미드 형태의 복제된 미세 구조를 포함한다.
입자 크기는 0.1 내지 1.0 ㎛이다.
FAP 연마 과정은 실리카 졸의 사용 없이 단지 알칼리성 용액의 pH값의 증가에 의해서만 가능하여, 그렇지 않은 경우에 예상되는 에지 롤오프를 에지 상승부로 전환하는데, 다시 말해서 필요시에 양방향으로의 곡률을 생성한다.
pH값이 적어도 11.8인 무연마재 연마액에 의한 후면 연마의 결과로서, 웨이퍼 에지 영역에 상승부가 형성되고, 이에 따라 바이어스가 형성되는데, 이 바이어스는, 11.2의 pH값으로 일어나는 후속하는 웨이퍼의 정면 연마 과정 중에, 이러한 경우에 형성되는 경향이 있는 에지 롤오프를 상쇄하고, 이에 따라 평면 웨이퍼 에지 영역이 형성된다.
이 경우에, 정면 연마는 통상의 CMP 단계로서 또는 pH값이 11.8 미만인 고정 연마재 연마로서 실시될 수 있다. 양자의 연마법은 웨이퍼의 에지 롤오프 형성을 유발한다. 양자의 정면 연마 타입에 있어서 본 발명에 따른 방법이 성공적으로 수행되었다.
실험을 통해, 웨이퍼 후면의 소망하는 표면 조도를 설정하기 위해서는, 예컨대 Glanzox 3900*과 같은 적절한 실리카 졸을 사용하는 제2 부분 연마 단계를 실시하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌으며, 상기 제2 부분 연마 단계도 마찬가지로 FAP 연마 패드 상에서 이루어진다.
*Glanzox 3900은 일본의 Fujimi Incorporated에 의해 농축물로서 제공되는 연마제 슬러리에 대한 제품명이다. pH가 10.5인 농축물은 평균 입자 크기가 30 내지 40 nm인, 대략 9 중량%의 콜로이달 SiO2를 함유한다.
추가적인 표면 조도 감소를 위해, 그리고 결함 밀도(예컨대, LLS = "Localized Light Scatterers")의 감소를 위해, 다른 전형적인 통상의 CMP 연마 단계(연성 패드 + 알칼리성 실리카 졸)가 임의의 시기에 소량 제거하는 헤이즈 프리 연마 과정으로서 추가될 수 있지만, 이것이 본 발명의 성공에 필수적인 것은 아니다.
Claims (6)
- 반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하기 위한 연마 패드로서, 고정 결합된 연마재를 포함하는 연마재 함유층과, 강성 플라스틱으로 이루어진 층, 그리고 또한 부직포 컴플라이언트 층(compliant layer)을 포함하고, 상기 층들은 점착제(pressure-sensitive adhesive) 층에 의해 서로 결합되며, 상기 층들은 상기 컴플라이언트 층, 상기 강성 플라스틱으로 이루어진 층, 및 상기 연마재 함유층의 순서대로 배치되거나 또는 상기 강성 플라스틱으로 이루어진 층, 상기 컴플라이언트 층, 및 상기 연마재 함유층의 순서대로 배치되는 것인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 강성 플라스틱으로 이루어진 층은 폴리카보네이트를 포함하는 것인 연마 패드.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연마 패드는 폴리우레탄 발포체로 이루어진 추가의 층을 포함하는 것인 연마 패드.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컴플라이언트 층은 폴리에스테르 섬유를 포함하는 것인 연마 패드.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연마재 함유층은 세륨, 알루미늄, 규소 또는 지르코늄 원소로 이루어진 산화물 입자 또는 경질 재료 입자를 포함하는 것인 연마 패드.
- 제1항 또는 제2항에 따른, 고정 결합된 연마재를 포함하는 연마 패드를 사용하는 반도체 웨이퍼 연마법.
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