KR101404934B1 - 반도체 웨이퍼의 양면 연마 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 양면 연마 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 양면 연마를 위한 방법에 관한 것으로서, 연마 패드의 표면은 각각의 경우에 있어서 중앙으로부터 에지로 나선형으로 연장되는 적어도 하나의 채널 형상 오목부(depression)에 의해 중단되는 것인 반도체 웨이퍼의 양면 연마를 위한 방법에 관한 것이다. 양면에 공급되는 연마제, 국지적으로 개별적으로 조정 가능한 연마제의 양 및 변형된 캐리어 플레이트에 의해, 특히 직경이 450 mm인 반도체 웨이퍼의 경우에 최적화된 연마제 분배가 달성된다.

Description

반도체 웨이퍼의 양면 연마 방법{METHOD FOR THE DOUBLE-SIDE POLISHING OF A SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 웨이퍼의 양면 연마를 위한 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 웨이퍼가 주로 450 mm의 직경을 갖는, 다음 기술 세대의 반도체 웨이퍼의 양면 연마 방법에 관한 것이다.
현재로서는, 300 mm의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼로서 현저하게 연마되거나 또는 에피택셜식으로(epitaxially) 코팅되는 실리콘 웨이퍼가 전자 산업에서의 수요가 많은 대다수 용례에서 사용된다. 기판 직경이 450 mm인 실리콘 웨이퍼는 개발 중이다.
그러나, 기판 직경의 확대는, 현재까지 알려지지 않은 중요한 - 일부 경우에는 또한 완전히 새로운 - 기술적 문제를 수반한다.
공정 단계가 순수하게 기계적이든지(소잉, 그라인딩, 래핑), 화학적이든지(에칭, 세정) 또는 화학-기계적 특성이 있든지(연마), 그리고 또한 열적인 공정이든지(에피택셜 코팅, 어닐링), 다수의 공정 단계는, 부분적으로 이를 위해 사용되는 기계 및 작업 재료와 관련하여 완전한 개선을 요구한다.
반도체 재료로 이루어진 단결정(잉곳)으로부터 슬라이싱된 이후에 반도체 웨이퍼는 다수의 공정 단계에서 추가로 처리된다. 종래 기술에 따르면, 그라인딩 단계, 세정 단계 및 에칭 단계 이후에, 반도체 웨이퍼의 표면은 하나 또는 복수의 연마 단계에 의해 매끄럽게 된다.
반도체 웨이퍼 제조에 있어서 충분히 양호한 에지의 기하학적 형상 및 표면 편평도(flatness)(나노토폴로지)를 획득하는 것은 특히 중요하다.
나노토폴로지는 2 mm × 2 mm의 면적을 갖는 정사각형 측정 윈도우에 대한 높이 변동 PV("peak to valley")로서 보통 표현된다.
반도체 웨이퍼의 최종적인 나노토폴로지는 일반적으로 연마 공정에 의해 형성된다.
단면 연마(SSP; Single-Side Polishing)의 경우에 있어서, 반도체 웨이퍼는 후면에서의 처리 동안 시멘트, 진공 또는 접착에 의해 지지 플레이트 상에 유지되며 다른 면에서의 연마를 겪는다.
양면 연마(DSP; Double-Side Polishing)의 경우에 있어서, 반도체 웨이퍼는 얇은 캐리어 플레이트 내로 느슨하게 삽입되며, 각각 연마 패드로 덮여있는 상부 연마 플레이트와 하부 연마 플레이트 사이에서 "자유 부동(freely floating)" 방식으로 동시에 정면 및 후면에서 연마된다. 이러한 연마 방법은, 보통 실리카 졸에 기초한, 연마제 슬러리의 공급과 함께 이루어진다.
종래 기술은 마찬가지로 고정 접합 연마제를 이용한 연마(FAP; Fixed Abrasive Polishing)를 개시하고 있는데, 이때 반도체 웨이퍼는, 다른 연마 패드와는 달리, 연마 패드에 접합된 연마제 물질을 함유하는 연마 패드["고정 연마제(Fixed Abrasive)" 패드 또는 FA 패드] 상에서 연마된다. 독일 특허 출원 DE 10 2007 035 266 A1은, FA 패드를 이용하여, 실리콘 재료로 이루어진 기판을 연마하기 위한 방법을 설명하고 있다.
DSP 또는 FAP 이후에, 반도체 웨이퍼의 정면은 일반적으로 헤이즈-프리(haze-free) 방식으로 연마된다. 이는 알칼리성 연마 졸의 도움을 받아 더욱 부드러운 연마 패드를 이용하여 보통 이루어진다. 문헌에서는, 이 단계를 종종 화학기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)이라고 한다. CMP 방법은, 예컨대 US 2002-0077039 및 US 2008-0305722에 개시되어 있다.
단면 연마(SSP)와 비교하여, 반도체 웨이퍼의 동시 양면 연마(DSP)는 더욱 경제적일 뿐만 아니라 또한 반도체 웨이퍼의 표면과 관련하여 더욱 높은 편평도를 얻게 된다.
양면 연마는, 예컨대 US 3,691,694에 설명되어 있다. 적절한 양면 연마 기계는 DE 100 07 390 A1에 개시되어 있다. EP 0 208 315 B1에 설명된 바와 같은 양면 연마의 일 실시예에 따르면, 적절하게 치수 설정된 컷아웃(cutout)을 갖는, 금속 또는 플라스틱으로 이루어진 캐리어 플레이트 내의 반도체 웨이퍼는, 기계 및 공정 파라메타에 의해 사전에 정해진 경로 상에서 연마제(연마 졸)의 존재할 때 연마 패드로 덮인 2개의 회전하는 연마 플레이트 사이에서 이동하게 되며, 이에 따라 연마된다(상기 문헌에서는, 캐리어 플레이트를 "템플릿"이라고 함).
양면 연마 단계는, 예컨대 DE 100 04 578 C1에 설명된 바와 같이, 60 내지 90 (쇼어 A) 경도를 갖는 균질의 다공성 폴리머 폼으로 이루어진 연마 패드를 이용하여 보통 행해지는데, DE 100 04 578 C1에는 또한, 상부 연마 플레이트에 고착된 연마 패드에 채널의 네트워크가 만연되어 있으며 하부 연마 플레이트에 고착된 연마 패드는 이러한 텍스쳐 없이 부드러운 표면을 갖는다는 것이 개시되어 있다. 이러한 조치는, 우선 연마 동안 사용되는 연마제의 균일한 분배를 보장하려는 의도이며 다음으로는 연마가 종료된 이후에 상부 연마 플레이트가 상승될 때 반도체 웨이퍼가 상부 연마 패드에 고착되는 것을 방지하려는 의도이다.
상부 연마 패드는, 5 mm × 5 mm 내지 50 mm × 50 mm의 세그먼트 크기 및 0.5 내지 2 mm의 채널 폭과 깊이를 갖는 채널의 규칙적인 체크무늬 구조를 포함한다. 이러한 구조는 바람직하게는 0.1 내지 0.3 바아의 연마 압력에서 연마를 수행하기 위해 사용된다. 실리콘 제거율은 바람직하게는 0.1 내지 1.5 ㎛/min이며, 특히 바람직하게는 0.4 내지 0.9 ㎛/min이다.
그러나, DE 100 04 578 C1에 따른 공정으로 인해 대향면(후면 및 정면)에 있는 반도체 웨이퍼의 외측 에지에서 비대칭적인 연마 제거가 초래된다.
종래 기술에 따른 양면 연마의 경우에 있어서 국지적으로 상이한 연마 제거가 이루어지는 추가적인 원인은, 연마 공정에서 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거되는, 삭마된 재료(반도체 재료, 예컨대 실리콘 또는 실리콘 산화물)가 부분적으로 상이한 정도로 연마 패드 표면에 덮이기(증착되기) 때문이다. 구체적으로, 연마 공정 동안 반도체 웨이퍼의 표면과 접촉하게 되는 연마 패드 표면의 영역은 정해진 시구간에서 자주 통계적으로 대부분이 삭마된 재료로 덮이게 된다. 삭마된 재료로 된 링 형상의 영역이 종종 연마 패드 표면에 형성된다.
연마 패드 표면 상에서 삭마된 재료로 덮이는 영역이 형성되는 것은, 추가적으로 연마 패드와 캐리어 플레이트 사이의 작업 간격에서의 불균일한 연마제 분배에 의해 조장된다.
삭마된 재료로 덮인 연마 패드의 영역은, 그 텍스쳐와 관련하여 그리고 표면 부근에서의 그 조성과 관련하여 패드가 변경되는 영역을 구성한다. 이에 따라 이들 영역은, 삭마된 재료로 덮이는 것에 의해 덜 영향을 받거나 또는 전혀 영향을 받지 않은 영역에 비해 연마 결과와 관련하여 상이한 특성을 갖는다.
연마 패드가 더 많이 덮일수록, 양호한 기하학적 값[GBIR, 웨이퍼 형상, 에지 롤 오프(edge roll-off)]을 갖는 편평한 웨이퍼가 생성되도록 하는 방식으로 연마 기계를 제어하기가 더욱 더 곤란해진다. 더욱이, 웨이퍼의 미세 조도(헤이즈 값)의 증가를 고려할 필요가 있다. 마찬가지로 연마된 웨이퍼 표면 상에서의 LLS 값의 증가 위험 및 연마 스크래치의 위험도 유사한 방식으로 증가한다.
결과적으로 필요하게 되는 연마 패드의 규칙적인 컨디셔닝은 연마 패드의 수명(마모로 인한 수명)을 줄이며 추가적으로 - 연마 패드 상의 기계적인 작용 및 연마 패드에서의 관련된 변화(두께, 패드 구조 등) 때문에 - 웨이퍼의 기하학적 형상 및 형태에 악영향을 준다 .
불균일 연마 제거의 추가적인 원인은, 그 중에서도, 연마 패드 상에서 불균일하게 이루어지는 연마제 분배 그리고 그 결과로서 연마제로 연마될 표면의 불균일한 적심(wetting), 또는 이러한 표면에 대한 연마제의 불균일한 도포이다.
종래 기술에 따르면, 연마제 분배는 중력 및 원심력에 의해 이루어진다. 연마제는 연마 패드와 캐리어 플레이트 사이의 작업 간격 내로 위로부터 도입되며, 그 중에서도 중력 때문에 캐리어 플레이트에 있는 반도체 웨이퍼를 위한 컷아웃을 통해 또한 하부 연마 패드로 유동한다. 이러한 경우에 있어서, 이러한 연마제 분배는 캐리어 플레이트의 회전 운동 및 연마 패드로 덮이는 연마 플레이트의 회전 운동에 의해 조장된다.
균일한 연마제 분배는, 캐리어 플레이트에 의해, 특히 캐리어 플레이트 아래에 놓이는 연마 패드 영역과 관련하여 방해를 받는다. 연마제 분배를 개선하기 위해, US 2006-178089 A는, 하부 연마 패드에 도달하는 연마제가 통과하는 다수의 둥근 개구를 갖춘 캐리어 플레이트를 개시하고 있다.
EP 1 676 672 A1의 교시는, 연마제에 대해 하부 연마 플레이트로의 통로를 제공하는 구멍에 의해 점유되는, 캐리어 플레이트의 면적의 적어도 15 %만큼 하부 연마 플레이트에 대한 연마제의 공급을 개선하는 것을 포함한다.
그러나, 원형 캐리어 플레이트에서의 이러한 추가적인 "연마제용 컷아웃"은 그 관성 모멘트 영역을 감소시키고, 그 결과로서 또한 비틀림에 대한 그 저항을 저하시킨다. 이에 따라 캐리어 플레이트 뒤틀림(warping)의 위험이 증가하기 때문에 이는 불리하다. 캐리어 플레이트의 뒤틀림은 패드 손상, 패드 수명 감소, 입자 생성, 웨이퍼 파괴를 초래하는 연마 스크래치 및 장치에 대한 손상을 초래할 수 있다.
향후 세대의 반도체 웨이퍼, 예컨대 450 mm의 직경을 갖는 향후 세대의 반도체 웨이퍼에서의 표면적의 추가적인 증가 때문에, 연마제의 균일한 분배(연마제의 도포)는, 종래 기술에 따르면 연마 공정 동안 단지 제한된 정도로만 구현될 수 있다.
본 발명의 목적은 이러한 문제 범위로부터 드러난다. 본 발명의 목적은, 캐리어 플레이트의 안정성을 훼손하지 않으면서, 반도체 웨이퍼의 동시 양면 연마 동안 연마 패드 표면에 대한 연마제의 균일한 도포를 보장하는 것이다.
본 발명의 목적은, 캐리어 플레이트에 있는 적절하게 치수 설정된 컷아웃에 위치하고 정면 및 후면을 갖는, 반도체 재료로 이루어진 적어도 하나의 웨이퍼를 동시 양면 연마하는 방법으로서, 상기 동시 양면 연마는 연마제가 공급되는 상태에서 제1 연마 패드로 덮인 상부 연마 플레이트 및 제2 연마 패드로 덮인 하부 연마 플레이트 사이에서 이루어지며, 제1 (상부) 연마 패드의 표면 및 제2 (하부) 연마 패드의 표면은 각각의 경우에 중앙으로부터 에지로 나선형으로 연장되는 적어도 하나의 채널 형상 오목부(depression)에 의해 중단되는 것인 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 캐리어 플레이트의 안정성을 훼손하지 않으면서, 반도체 웨이퍼의 동시 양면 연마 동안 연마 패드 표면에 대한 연마제의 균일한 도포를 보장할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 바람직한 실시예는 도 1 및 도 2에 의해 상세하게 설명 및 해설된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 나선 형태, 즉 (a) 대수적 나선, (b) 아르키메데스의 나선, (c) 페르마의 나선, (d) 3중 나선을 도시한 것이다.
도 2는, 3개의 웨브(4)에 의해 중단된 세그먼트형 연마제 통로(2) 및 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼(5)를 위한 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3)을 갖는, 본 발명에 따라 변형된 캐리어 플레이트(1)의 바람직한 실시예로서, 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼(5)를 위한 컷아웃(3)은 거리(A)를 두고 세그먼트형 연마제 통로(2)에 의해 둘러싸이는 것인 실시예를 도시한 것이다. 이러한 바람직한 실시예에 있어서, 웨브(4)는, 3개의 웨브(4)의 각각의 중심이 서로에 대해 120 °의 각도를 갖도록 배치된다.
본 발명에 따른 공정은, 특정한 기술적 구성요소 또는 개별 공정의 기술적 양태(예컨대, 개별적인 공정 파라메타)에 한정되는 부분적인 양태만을 포함하는 것이 아니라, 관련된 공정 특징을 포함한다. 이들 공정 특징은 아래와 같이 세분된다.
1) 특정 표면 구조를 갖는 연마 패드,
2) 웨이퍼 수용을 위한 캐리어 플레이트의 재구성, 및
3) 양면에서 행해지는 연마제 공급.
종래 기술의 사용에 따라 연마제가 실리카 졸로 제조될 때, 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마(DSP)를 위한 본 발명에 따른 공정에 있어서, 슬러리는 연마제로서 20 내지 50 nm의 크기를 갖는 콜로이드식으로 분배되는 입자를 포함한다.
DSP 동안의 연마제 분배는, 그 중에서도, 연마 공정 동안 반도체 웨이퍼의 정면 및/또는 후면과 재료 제거 방식으로 접촉하게 되는 연마 패드 표면(작업 표면)의 특성에 의해 영향을 받는다. 연마제에 대한 흡수성 및 구조(채널, 오목부, 홈) 양자 모두는, 예컨대 DE 100 04 578 C1에 설명된 바와 같이 DSP 동안 연마제 분배에 영향을 준다.
종래 기술에 따라, 60 내지 90 (쇼어 A) 경도를 갖는 균질의 다공성 폴리머 폼으로 이루어진 원형 연마 패드가 본 발명에 따른 방법을 위해 사용된다.
반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예에 있어서, 상부 연마 플레이트 및 하부 연마 플레이트는 원형 연마 패드로 덮이게 되고, 그 작업 표면에는 나선형으로 연장되는 적어도 하나의 채널(오목부, 홈)이 마련된다.
나선형 채널은 시작 지점 주위에서 원형으로 연장되는 오목부이며, 연장 방향(배향)에 따라 상기 시작 시점으로부터 멀리 나아가거나 상기 시작 지점에 접근한다. 2개의 나선형 채널 사이의 거리[턴(turn)들 사이의 거리(W)]는 일정하거나[아르키메데스의 나선(도 1b)], 또는 - 시작 지점으로부터 볼 때 - 지속적으로 커질 수 있다[대수적 나선(도 1a)].
나선의 특수한 형태는 3중 나선인데, 이는 중간점 주위에 원형으로 배치되는 3개의 아르키메데스의 나선으로 이루어지며 유한한 갯수의 턴 이후에 그 라인은 3개의 나선을 둘러싸는 원형 형태를 형성한다(도 1d).
반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 작업 표면 상의 내측 부분(연마 패드의 가운데 또는 중앙)으로부터 외측 부분(연마 패드의 에지)을 향해 나선형으로 연장되는 적어도 하나의 채널을 갖는 연마 패드를 사용하는 것이 바람직한데, 적어도 하나의 나선형 채널들의 턴들 사이의 거리(W)는 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 지속적으로 커지는 것을 특징으로 한다(대수적 나선, 도 1a).
반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 작업 표면 상의 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 나선형으로 연장되는 채널을 갖는 연마 패드를 사용하는 것을 마찬가지로 참고하는데, 채널들의 턴들 사이의 거리(W)는 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 지속적으로 작아지는 것을 특징으로 한다(페르마의 나선, 도 1c).
특히 바람직하게는, 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 작업 표면 상의 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 나선형으로 연장되는 채널을 갖는 연마 패드가 사용되는데, 채널들의 턴들 사이의 거리(W)가 일정한 것을 특징으로 한다(아르키메데스의 나선, 도 1b).
연마 패드 표면 상의 2개의 나선형 채널 사이에 있는 턴(turn)들 사이의 거리(W)는, - 원형 연마 패드의 직경과 무관하게 - 나선이 적어도 3개의 턴을 갖도록 선택된다.
바람직하게는, 연마 패드의 중앙(시작 지점)으로부터 나선형으로 연마 패드의 에지 영역까지 연장되는, 나선형으로 배치되는 채널이 연마 패드의 표면에 위치하게 된다. 이러한 경우에 있어서, 이러한 나선형 오목부의 단부 지점은 연마 패드의 에지만큼 멀리 도달할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 유사한 바람직한 실시예에 있어서, 연마 패드의 중앙(시작 지점)으로부터 연마 패드의 에지로 연장되는, 2개 이상의 나선형으로 배치되는 채널이 연마 패드의 표면에 위치하게 된다.
이러한 실시예에서는, 반경이 R인 원형 연마 패드의 중간점 주위의 내측 원형 영역에서 연마 패드의 중앙으로부터 에지를 향해 나선형으로 연장되는 3개의 채널이 그 작업 표면에 형성되는 연마 패드를 특별히 참고하는데, 이때 두께(D)를 갖는 연마 패드 표면의 링 형상 외측 영역(에지 영역)에서 3개의 나선형 채널은 원형 코스로 합체된다(3중 나선, 도 1d).
연마 패드 표면의 내측 원형 영역의 반경(R)은 바람직하게는 원형 연마 패드의 반경의 2/3 이상이다. 이러한 경우에 있어서, 외측 링 형상 영역의 두께(D)는 바람직하게는 원형 연마 패드의 반경의 1/3 이하이고, 링 형상의 에지 영역의 외측 반경에서 링 형상의 에지 영역의 내측 반경을 뺀 차에 의한 것이다.
나선형 채널은 0.5 내지 1.5 mm의 바람직한 깊이를 가지며, 1 내지 5 mm의 바람직한 폭을 갖는다. 특히 바람직하게, 나선형 채널은 0.7 내지 1.0 mm의 깊이를 가지며 1.5 내지 3 mm의 폭을 갖는다.
마찬가지로 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 나선형 채널의 폭이 확대되는 것을 참고하는데, 이러한 확대부는 시작 지점으로부터 그 단부까지 나선형 채널의 길이에 걸쳐 균일하게 연장되며, 상기 폭은 나선형 채널의 시작부(원형 연마 패드의 중앙)에서는 바람직하게는 2 mm이고, 나선형 채널의 단부(원형 연마 패드의 에지 또는 에지 영역)에서는 바람직하게는 4 mm이다.
패드 중앙에서의 나선형 채널의 폭에 비해 연마 패드의 작업 표면에서의 나선형 채널의 폭이 더 크기 때문에, 연마제의 분배는 추가적으로 최적화된다.
본 발명에 따르면, 작업 간격에서의 연마제 분배는, 또한 내측 부분으로부터 외측 부분을 향한 깊이의 확대에 의해 이루어질 수 있는데, 이러한 확대부는 시작 지점으로부터 그 단부까지 나선형 채널의 길이에 걸쳐 균일하게 연장되며, 상기 깊이는 나선형 채널의 시작부(원형 연마 패드의 중앙)에서는 바람직하게는 0.5 mm이고, 나선형 채널의 단부(원형 연마 패드의 에지 또는 에지 영역)에서는 바람직하게는 1 mm이다.
나선형 채널의 내측 형태는 반원형(U자 프로파일)이다. 내측 형태가 직사각형인 나선형 채널도 마찬가지로 선호된다.
나선형 채널에 의해 형성되는 오목부와 연마 패드 표면 사이에 형성되는 에지는 바람직하게는 둥글게 된다.
바람직하게는, 연마 패드의 표면들 내에서 나선형으로 배치되는 채널은 동일한 방식으로 배향된다. 연마 패드 표면에서 동일한 방식으로 배향되는 나선형 채널의 사용 - 그리고 이에 따라 기본적으로 동일한 연마 패드들의 사용 - 이 가능한데, 왜냐하면 연마 플레이트들이 그 단부면 - 그리고 이에 따라 또한 활성 연마 패드 표면 - 과 함께 서로를 향하고 있으며 상부 연마 플레이트 및 하부 연마 플레이트가 반대로(정반대로) 회전하기 때문이다.
본 발명에 따른 연마 패드로 각각 덮이게 되는 작업 디스크의 회전 시에 발생하는 원심력에 의해, 연마제는 나선형 채널에서 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 수송되며, 2개의 연마 패드 표면 사이의 거리에 의해 형성되는 작업 간격 내에 균일하게 분배된다.
본 발명에 따른 방법에 따르면, DSP 동안 연마제 분배의 추가적인 최적화를 위해, 본 발명에 따른 나선형 채널이 마련된 연마 패드의 작업 표면을 사용하는 것 이외에도, 반도체 웨이퍼를 수용하고 안내하는 역할을 하는 캐리어 플레이트가 또한 구성될 수 있다.
DSP 동안 사용되는 캐리어 플레이트는, 종래 기술에 따라, 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼(5)가 각각 삽입되는 하나 또는 복수의 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3)을 갖는 둥근 디스크로 이루어진다. 추가적으로, 캐리어 플레이트는 "연마제용 컷아웃"을 가질 수 있는데, 이를 통해 위로부터 작업 간격 내로 도입되는 연마제가 하부 연마 플레이트로 진행한다.
본 발명에 따른 방법의 각각의 실시예와 무관하게, 본 발명에 따른 방법에서는, 반도체 재료로 이루어진 각각의 웨이퍼가 바람직하게는 캐리어 플레이트에 있는 적절하게 치수 설정된 둥근 컷아웃 내로 배치되어, 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 정면이 상부 연마 패드에서 연마되도록 한다.
반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예에서는, 종래 기술에 따른 캐리어 플레이트 대신 변형된 캐리어 플레이트가 사용된다.
본 발명에 따라 변형된 캐리어 플레이트(1)는, 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼(5)를 수용하기 위해 적어도 하나의 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3)을 구비하는데, 적어도 하나의 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3)이 적어도 하나의 추가적인 컷아웃(2)에 의해 둘러싸이며, 이에 따라 거리(A)에서 연마제 통로로서 작용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 변형된 캐리어 플레이트(1)는 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼(5)를 수용하기 위해 적절하게 치수 설정된 적어도 하나의 원형 컷아웃(3)를 구비하는데, 적어도 하나의 원형 컷아웃(3)은, 원형 컷아웃(3)으로부터거리(A)를 두고 링 형상의 방식으로 최대 110 °로 각각의 경우에 서로 거리를 갖는 상태에서 (면적에 대해) 동일한 크기를 갖고 웨브(4)에 의해 분리되는 3개의 세그먼트형 컷아웃(2)에 의해 둘러싸인다는 것을 특징으로 한다.
외측 에지에서 내측 에지를 뺀 차이로부터 초래되는 세그먼트형 컷아웃(2)의 바람직한 두께는 1 내지 10 mm이다. 특히 바람직하게는, 세그먼트형 컷아웃(2)의 두께는 3 내지 7 mm이다. 원형 컷아웃(3)의 외측 에지와 세그먼트형 컷아웃(2)의 내측 에지 사이의 바람직한 거리(A)는 일정하며 5 내지 10 mm이다.
본 발명에 따라 변형된 캐리어 플레이트(1)에서의 세그먼트형 "연마제용 컷아웃"(2)은 캐리어 플레이트의 안정성에 영향을 주지 않는다.
본 발명에 따라 변형된 캐리어 플레이트(1)에 있어서, 각각의 반도체 웨이퍼(5)는 캐리어 플레이트(1)에 있는 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3) 내로 삽입될 수 있으며, 연마 공정 동안 캐리어 플레이트(1)에 있는 컷아웃(3) 내에서의 반도체 웨이퍼(5)의 고유한 회전이 가능하도록 위치설정될 수 있다.
본 발명에 따라 변형된 캐리어 플레이트(1)의 추가적인 바람직한 실시예에 있어서, 캐리어 플레이트(1)에 있는 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3) 내의 적어도 하나의 반도체 웨이퍼(5)의 고유한 회전은 연마 공정 동안 반도체 웨이퍼(5)의 고정에 의해 방지된다.
캐리어 플레이트(1)에 있는 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3)에서의 반도체 웨이퍼(5)의 고정은, 예컨대 하나 또는 복수의 소위 "노치 핑거(notch finger)"의 도움을 받아 이루어질 수 있다.
"노치 핑거"는 돌기로서, 예컨대 캐리어 플레이트(1)에 있는 적절하게 치수 설정된 컷아웃(3)에서 반도체 웨이퍼(5)의 에지에 있는 노치로 돌출되며 이에 따라 캐리어 플레이트(1)에 있는 컷아웃(3) 내에 반도체 웨이퍼(5)를 고정시킨다.
반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법의 제3 실시예에 있어서, 연마제 공급은 상부 연마 플레이트 및 하부 연마 플레이트 양자를 통해 반도체 웨이퍼의 정면 및 후면 상에서 동시에 이루어진다.
이러한 목적을 위해, 출구가 연마 플레이트와 동일한 높이에서 종료되도록 2개의 연마 플레이트의 연마제 출구에 통합되는 개구를 통해, 연마제 공급은 바람직하게는 가압식으로 이루어진다.
특히 바람직하게는, 노출 출구가 연마 플레이트에 있는 개구 내에서 연마 플레이트 또는 단부와 동일한 높이로 종료되도록 2개의 연마 플레이트의 연마제 출구에 통합되는 노즐에 의해, 연마제 공급은 가압식으로 이루어진다.
마찬가지로 연마 공정 이전에 상부 연마 플레이트 및 하부 연마 플레이트에 적용되는 2개의 원형 연마 패드는, 나선형 오목부 너머에 개구를 갖는데, 연마 플레이트 상의 개구의 갯수 및 분포는 연마 패드에서의 개구의 갯수 및 분포에 대응하고, 연마제가 위로부터 작업 간격 내로 아래로 개구를 통과할 수 있도록 하는 방식으로 연마 패드가 연마 플레이트에 적용된다.
바람직하게는, 연마제의 도포를 위한 연마제 출구는 연마 플레이트 및 연마 패드에서 원형으로 배치된다. 특히 바람직하게는, 내측 원형 영역 및 외측 링 형상 영역에 연마제 출구가 배치되는데, 연마 플레이트 또는 연마 패드의 내측 원형 영역의 반경(R)은 바람직하게는 원형 연마 플레이트 또는 연마 패드의 반경의 2/3 이상이다.
연마제 분배의 추가적인 최적화를 위해, 연마 패드의 내측 원형 영역에서 단위 시간 당 개구로부터 작동 간격 내로 나오는 연마제의 양은, 바람직하게는 외측 링 형상의 영역에 위치하는 노즐로부터 동일한 시간에 나오는 양보다 많을 수 있다. 결과적으로, 작업 간격에서의 과도하게 많은 양의 연마제로 인한 "아쿠아플래닝(aquaplaning)" 효과는 목표한 방식으로 대처될 수 있다.
단위 시간마다 상이한 양의 연마제가 설정될 수 있는데, 예컨대 상이한 노즐 단면, 노즐 유형 또는 펌프에 의해 개별적으로 구동되는 노즐에 의해 설정될 수 있다.
연마 플레이트 또는 연마 패드에 있는 개구 또는 연마제 공급을 위한 노즐은 바람직하게는 연마 플레이트 또는 연마 패드의 표면에 대해 수직이다. 특히 바람직하게는, 연마 플레이트 또는 연마 패드에 있는 개구 또는 연마제 공급을 위한 노즐은, 연마 패드 표면에 대해 45 ° 이상 90 ° 이하의 각도를 갖는데, 상기 개구는 상부 연마 플레이트 및 하부 연마 플레이트에 존재하며 또한 상부 연마 패드 및 하부 연마 패드에 존재한다.
실리카 졸 입자가 연마제 공급부의 노즐 또는 라인에서 결정화[겔화(gelation)]하는 것을 방지하기 위해, 연마 공정이 종결된 이후에 노즐은 물로 헹궈진다.
또한 연마 제거를 균일화하는 것과 관련하여 연마 결과를 추가적으로 최적화하기 위해 - 그러나, 여기서는 평면이 평행한 웨이퍼의 초기 기하학적 구조가 사전에 컨디셔닝된다 - , 공급되는 연마제의 온도는 이상적으로 연마 패드의 표면 온도에 대응된다. 이는, 종래 기술에 따른 연마제 및 연마 플레이트의 대응하는 온도 조절에 의해 달성된다. 바람직하게는, 연마제 및 연마 플레이트의 온도는 20 ℃ 내지 30 ℃의 범위에 속하며, 특히 바람직하게는 23 ℃ 내지 27 ℃의 범위에 속한다.
반도체 재료로 이루어진 웨이퍼의 동시 양면 연마를 위한 본 발명에 따른 방법은, 또한 연마제 재생을 위한 장치와 조합될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 측방향 출구를 통해 작업 간격으로부터 나오는, 사용 후 연마제는 예비 여과되며 용기에서 수집되고 물, 신선한 연마제 및 KOH를 이용하여 제어된 방식으로 보충되며, 필터를 통해 연마제를 위한 공급 용기 내로 다시 펌핑된다. 이러한 경우에 있어서, 온도 조절은, 연마제의 바람직한 온도가 유지되도록 보장한다.
본 발명에 따른 방법의 개별적인 양태들은, 종국에는 연마 패드 상의 위치에서 직접 더욱 균일한 연마제 분배가 가능하게 되도록 그리고 결과적으로 DSP 동안 각각의 반도체 웨이퍼에 대한 재료 제거가 더욱 균일하게 이루어지도록 상호작용한다.
1 : 캐리어 플레이트
2 : 연마제 통로
3 : 컷아웃
4 : 웨브
5 : 웨이퍼
A : 거리
W : [턴(turn)들 사이의] 거리

Claims (15)

  1. 캐리어 플레이트(1)에 있는 컷아웃(cutout)(3)에 위치하고 정면 및 후면을 갖는, 반도체 재료로 이루어진 하나 이상의 웨이퍼(5)를 동시 양면 연마하는 방법으로서, 동시 양면 연마는 연마제가 공급되는 상태에서 제1 연마 패드로 덮인 상부 연마 플레이트 및 제2 연마 패드로 덮인 하부 연마 플레이트 사이에서 이루어지며, 제1 (상부) 연마 패드의 표면 및 제2 (하부) 연마 패드의 표면은 각각의 경우에 중앙으로부터 에지로 나선형으로 연장되는 하나 이상의 채널 형상 오목부에 의해 중단되고,
    상기 연마 패드의 표면은 연마 패드의 표면에서 연마 패드의 가운데 점 주위에 원형으로 배치되는 3개의 나선형 채널 형상인 오목부를 가지며, 오목부의 턴(turn)들 사이의 거리(W)는 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 지속적으로 더 커지고, 3개의 나선형 채널 형상인 오목부 각각은 3개의 원형 채널들이 연결되지 않은 상태에서 연마 패드의 에지 영역에서 3개의 나선을 둘러싸는 원형 형태로 합체되고, 외측 에지 영역은 연마 패드의 표면의 외측 1/3에 있는 링 형상 영역에 의해 형성되는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드의 표면에서 나선형으로 연장되는 하나 이상의 채널 형상 오목부는 3개 이상의 턴(turn)을 갖는 것인 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 패드의 표면에서 나선형으로 연장되는 하나 이상의 채널 형상 오목부의 폭은 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 지속적으로 더 커지는 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 패드의 표면에서 나선형으로 연장되는 하나 이상의 채널 형상 오목부의 깊이는 내측 부분으로부터 외측 부분을 향해 지속적으로 더 커지는 것인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캐리어 플레이트(1)에 있는 하나 이상의 원형 컷아웃(3)은, 원형 컷아웃(3)으로부터 거리(A)를 두고 링 형상의 방식으로 최대 110 °로 각각의 경우에 서로 거리를 갖는 상태에서 (면적에 대해) 동일한 크기를 갖고 웨브(4)에 의해 서로 분리되는 3개의 세그먼트형 컷아웃(2)에 의해 둘러싸이는 것인 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캐리어 플레이트(1)에 있는 컷아웃(3) 내에서 반도체 웨이퍼(5)의 고유한 회전이 가능한 것인 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캐리어 플레이트(1)에 있는 컷아웃(3) 내에서 반도체 웨이퍼(5)의 고유한 회전은 컷아웃(3) 내에 고정된 반도체 웨이퍼에 의해 방지되는 것인 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마제 공급은, 상부 연마 플레이트 및 하부 연마 플레이트, 그리고 또한 상부 연마 패드 및 하부 연마 패드 양자 모두에 존재하는 개구를 통해 가압 방식으로 반도체 웨이퍼(5)의 정면 및 후면에 대해 이루어지며, 연마제 공급을 위한 노즐은 연마 플레이트에 있는 개구 내에 통합될 수 있는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 연마제 공급을 위해 연마 플레이트에 통합되는 노즐의 개구, 또는 연마 플레이트, 연마 패드, 또는 양자 모두에 있는 개구의 배향은, 연마 패드의 표면에 대해, 45 ° 이상 90 ° 이하의 각도 범위에 속하는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 연마 패드의 내측 원형 영역에서 단위 시간 당 개구로부터 작동 간격 내로 나오는 연마제의 양은, 외측 링 형상의 영역에 위치하는 개구로부터 동일한 시간에 나오는 양보다 많은 것인 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반도체 재료로 이루어진 하나 이상의 웨이퍼(5)의 정면은 상부 연마 패드에서 연마되는 것인 방법.
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