KR101409738B1 - 웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents

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카즈시게 타카이시
케이치 타카나시
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

본 발명의 목적은, 캐리어로부터 발생하는 소음을 억제하고, 또한, 연마 후의 웨이퍼의 두께 편차를 저감시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 웨이퍼(20)를 유지시키는 둥근 구멍(11)을 가지며, 두께가 웨이퍼(20)보다 얇은 캐리어(10)의 상하에 위치하는 한 쌍의 연마 패드(30)의 표면(30a)에, 연마액을 공급하고, 상기 캐리어(10)에 대해 상기 연마 패드(30)를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써, 상기 캐리어(10)에 유지된 웨이퍼(20)의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 연마 방법으로서, 상기 캐리어(10)의 두께와 상기 웨이퍼(20)의 두께의 차가 소정 값에 도달함에 기인하여 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보를 검출함으로써, 상기 웨이퍼(20)의 두께를 산출해내고, 연마를 종료시키는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼의 연마 방법{WAFER POLISHING METHOD}
본 발명은, 웨이퍼의 연마 방법, 특히, 웨이퍼를 캐리어에 유지시킨 상태로, 표면에 연마 패드를 점착시킨 상측 정반(定盤) 및 하측 정반 사이에서 캐리어를 회전시킴으로써 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 연마 공정에서는, 복수의 웨이퍼의 표면 및 이면을 동시에 연마할 수 있으므로, 생산성이 향상되고, 웨이퍼의 표면 및 이면의 평탄도가 향상되는 등의 이유에서, 웨이퍼를 유지시키는 둥근 구멍을 가지며 두께가 웨이퍼의 두께보다 얇은 캐리어에 웨이퍼를 유지시킨 상태로, 웨이퍼의 양면에 대해, 표면에 연마 패드를 점착시킨 상측 정반 및 하측 정반을 꽉 누르고, 회전하는 상측 정반 및 하측 정반 사이에서 웨이퍼를 운동시켜서 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 연마 방법이, 일반적으로 채용되고 있다. 상기 연마 방법에서는, 지립(砥粒, abrasive grain)을 포함하는 연마액이 일반적으로 사용되고 있다.
여기서, 상기의 캐리어 및 지립을 포함하는 연마액을 이용한 연마 방법에서는, 연마액에 포함되는 지립에 의해 캐리어가 마모되어, 캐리어의 두께에 편차가 생기는 결과, 연마 후의 웨이퍼의 두께에 편차가 발생한다는 문제가 있었다.
특허문헌 1에는, 웨이퍼의 양면을 동시에 연마할 때 발생하는 캐리어의 마모를 억제할 수 있는 양면 연마 장치용 캐리어가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 있어서의 양면 연마 장치용 캐리어는, 수지로 이루어진 모체의 표면을 DLC(Diamond Like Carbon)막으로 코팅한 캐리어이기 때문에, 일반적으로 이용되는, 금속제 캐리어, 금속판의 표리면(表裏面)에 수지를 코팅한 캐리어나, 수지제 캐리어에 비해 제조 비용이 높아진다는 문제가 있었다.
한편, 웨이퍼의 양면을 동시에 연마할 때의 연마액으로서, 지립을 포함하지 않는 연마액을 이용할 경우, 금속제 캐리어, 금속판의 표리면에 수지를 코팅한 캐리어, 또는 수지제 캐리어 중 어느 캐리어를 사용한 경우에 있어서도, 캐리어의 마모를 억제할 수 있지만, 연마가 진행됨에 따라 캐리어의 두께와 웨이퍼의 두께의 차가 작아졌을 때, 연마 패드가 캐리어에 접촉하여 캐리어를 진동시키는 결과, 캐리어로부터 소음이 발생한다는 문제가 있다.
캐리어가 계속하여 진동하는 상태에서 연마를 행하면, 캐리어로부터 소음이 발생하는 문제뿐만 아니라, 웨이퍼의 양면에 대한 연마 패드의 접촉상태가 변동되고, 그 결과, 연마에 의해 저감되어야 할 웨이퍼 두께의 편차가 반대로 증가되는 문제도 발생한다. 이 때문에, 캐리어가 진동하기 시작하는 시점을 확실하게 검출하여, 이 시점에서 연마를 종료시킬 필요가 있다.
특허문헌 2에는, 웨이퍼를 캐리어에 유지시킨 상태로 상하의 회전하는 정반 사이에서 운동시킴으로써 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 방법에 있어서, 웨이퍼의 연마에 따라 발생하는 정반의 진동 중 연마의 진행도를 반영하여 진동 레벨이 변화하는 1 또는 복수의 특정 주파수를 미리 선택하고, 연마중에 상기 특정 주파수의 진동 레벨의 변화를 검출하여 진동 레벨의 변화로부터 연마의 종료 시점을 추정하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 웨이퍼를 연마할 때의 연마음을 이용하여 연마를 종료시키는 연마 방법으로서는, 예컨대 특허문헌 3 및 4에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼를 연마할 때의 연마음을 검출하고, 연마음의 변화에 근거하여, 연마의 종료점을 판정하는 방법을 들 수 있다. 이 방법에 따르면, 비교적 간단한 장치 구성에 의해, 연마의 종료점을 연마 프로세스 진행 중에 판정할 수 있다.
일본 특허공개공보 제2006-303136호 일본 특허공개공보 제2005-252000호 일본 특허공개공보 H06-45299호 일본 특허공개공보 제2001-15467호
그러나, 특허문헌 2의 발명의 경우, 실제로는, 정반의 진동뿐만 아니라, 정반의 진동, 웨이퍼의 진동 및 캐리어의 진동으로 이루어지는 모든 진동을 상측 정반의 상면에 설치된 진동 센서가 검출하기 때문에, 검출되는 특정 주파수의 진동 레벨의 변화에는 노이즈가 혼입하며, 그 결과, 진동 레벨의 변화를 정확하게 측정할 수 없다. 이 때문에, 연마의 종료 시점을 확실하게 검출할 수 없어, 연마 후의 웨이퍼의 두께 편차가 악화되는 문제가 발생한다.
또한, 특허문헌 3 및 4의 발명에서는, 연마 종료 시점의 판정을 정량적으로 행할 수 있으나, 캐리어를 이용하여 연마를 행한 경우는 고려되어 있지 않아, 캐리어의 마모에 기인한 연마 후의 웨이퍼의 두께 편차에 대해서는, 여전히 해결해야 할 과제로서 남아있다.
본 발명의 목적은, 캐리어로부터 발생하는 소음을 억제하고, 또한, 연마 후의 웨이퍼의 두께 편차를 저감시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 웨이퍼를 유지시키는 둥근 구멍을 가지며, 두께가 웨이퍼보다 얇은 캐리어의 상하에 위치하는 한 쌍의 연마 패드의 표면에 연마액을 공급하고, 상기 캐리어에 대해 상기 연마 패드를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써 상기 캐리어에 유지된 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 연마 방법에 대해, 상기의 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 상기 캐리어의 두께와 상기 웨이퍼의 두께의 차가 소정 값에 도달할 때 상기 캐리어가 진동이나 소리 등의 정보를 발생시키며, 이 정보를 검출함으로써 상기 웨이퍼의 두께를 산출해내고, 연마를 종료시킴으로써, 상기 웨이퍼의 연마량을 안정적으로 제어할 수 있기 때문에, 캐리어로부터 발생하는 소음을 유효하게 억제할 수 있는 동시에, 연마 후의 두께 편차가 저감된 웨이퍼를 얻을 수 있음을 알아내었다.
상기의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
(1) 웨이퍼를 유지시키는 둥근 구멍을 가지며, 두께가 웨이퍼보다 얇은 캐리어의 상하에 위치하는 한 쌍의 연마 패드의 표면에, 연마액을 공급하고, 상기 캐리어에 대해 상기 연마 패드를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써, 상기 캐리어에 유지된 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 연마 방법으로서, 상기 캐리어의 두께와 상기 웨이퍼의 두께의 차가 소정 값에 도달함에 기인하여 상기 캐리어가 발생시키는 정보를 검출함으로써, 상기 웨이퍼의 두께를 산출해내고, 연마를 종료시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
(2) 상기 연마의 종료는, 상기 캐리어로부터 얻어진 정보를 토대로, 설정한 2종의 주파수 영역의 신호인 제 1 신호 및 제 2 신호를 추출하여, 제 1 신호의 강도가 소정 값 이상이고, 또한 제 2 신호의 강도가 소정 값 이하가 되는 것을 검출함으로써, 연마의 종료점을 판정하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(3) 상기 연마액은, 지립을 포함하지 않는 연마액인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(4) 상기 캐리어가 발생시키는 정보는, 소리 및/또는 진동인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(5) 상기 정보가 발생될 때의, 상기 캐리어의 두께와 상기 웨이퍼의 두께의 차는, 0.1∼20㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(6) 상기 웨이퍼의 표면에 대해 수직방향인 상기 연마 패드에 가하는 압력은, 100∼300g/㎠의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(7) 상기 캐리어가 발생시키는 정보의 검출은, 캐리어마다 설치된 검출 센서에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(8) 상기 검출 센서는, 상기 캐리어를 유지시키기 위한 기구에 설치하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(9) 상기 검출 센서는, 상기 캐리어를 동작시키기 위한 아우터 기어에 설치하는 것을 특징으로 하는 상기 (8)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(10) 상기 캐리어가 발생시키는 소리의 검출은, 주파수가 10∼1000Hz의 범위인 소리를 검출함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(11) 상기 연마액은, 소정의 고분자 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (3)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
(12) 상기 정보로부터의 신호의 추출은, 검출한 정보를 A/D변환한 디지털 데이터에 대해, 파워 스펙트럼(power spectrum)을 산출하고, 설정된 주파수 영역의 파워 스펙트럼 신호 강도의 평균치 혹은 최대치를 산출하는 것임을 특징으로 하는 상기 (2)에 기재된 웨이퍼의 연마 방법.
본 발명에 따르면, 캐리어로부터 발생하는 소음을 억제하고, 또한, 연마 후의 웨이퍼의 두께 편차를 저감시킬 수 있는 연마 방법의 제공이 가능해진다.
도 1은 웨이퍼의 연마 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 방법의 하나의 실시형태에 대해, 웨이퍼 연마시의 각 부재의 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 캐리어가 발생시키는 정보의 강도를 나타낸 그래프로서, (a)는 캐리어가 발생시키는 소리의 강도, (b)는 캐리어가 발생시키는 진동의 강도를 각각 나타낸 것이다.
도 4는 연마를 행했을 때의, 경과 시간(초)과, 캐리어가 발생시키는 정보로부터 추출한 2종의 주파수 영역의 신호(제 1 신호 및 제 2 신호)의 강도(A.U.)와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 연마를 행했을 때의, 경과 시간(초)과, 캐리어로부터 발생된 진동 신호의 강도(m/s2)와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 지립을 함유하지 않은 연마액 및 지립을 함유하는 연마액을 이용하여 웨이퍼의 연마를 행한 각각의 경우에 대해, 연마 시간(min)과 캐리어의 두께 변동율(%)과의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하에서는, 본 발명에 의한 웨이퍼의 연마 방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명에 의한 웨이퍼의 연마 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(20)를 유지시키는 둥근 구멍(11)을 가지며, 두께가 웨이퍼(20)보다 얇은 캐리어(10)의 상하에 위치하는 한 쌍의 연마 패드(30)의 표면(30a)에, 연마액(도시 생략)을 공급하고, 상기 캐리어(10)에 대해 상기 연마 패드(30)를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써, 상기 캐리어(10)에 유지된 웨이퍼(20)의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 연마 방법이다.
그리고, 상기 캐리어(10)의 두께와 상기 웨이퍼(20)의 두께의 차가 소정 값에 도달함에 기인하여 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보를 검출함으로써 상기 웨이퍼(20)의 두께를 산출해내고, 연마를 종료시키는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성을 채용함으로써, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 캐리어(10)의 두께(TC)와 상기 웨이퍼(20)의 두께(TW)의 차가 소정 값에 도달함에 기인하여 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보(도 2에서는, 캐리어(10)의 화살표방향의 진동에 의해 발생하는 정보)를 검출함으로써, 상기 웨이퍼의 두께(TW)를 산출해내어, 연마를 종료시키는 것이 가능해지기 때문에, 웨이퍼(20)의 연마량을 확실하게 제어할 수 있으며, 그 결과, 연마 후의 두께 편차가 저감된 웨이퍼(20)를 얻을 수 있다.
여기서, 도 3은, 캐리어가 정보(여기서는, 소리 및 진동을 나타냄)를 발생시키고 있을 때와, 발생시키고 있지 않을 때의 각각에 대해, 정보(소리 및 진동)의 강도를 나타낸 그래프로서, (a)는 캐리어가 발생시키는 소리에 관한 데이터, (b)는 캐리어가 발생시키는 진동에 관한 데이터이다. 도 3 (a) 및 (b)의 각각 파선으로 둘러싸인 부분이, 캐리어로부터 소리 및 진동이 발생되고 있는 상황을 나타내고 있는 것인데, 정보를 발생시키고 있지 않을 때와 비교하면, 소리 및 진동의 강도가 큰 것을 알 수 있다. 이 때문에, 예컨대, 웨이퍼(20)가 원하는 두께가 될 때의 소리나 진동을 미리 파악해 두고, 그 소리나 진동에 도달했을 때 연마를 종료시키는 등의 방법으로, 정확하게 연마의 제어를 행할 수 있다.
또한, 상기 연마의 종료는, 캐리어(10)의 두께와 상기 웨이퍼(20)의 두께의 차가 소정 값에 도달함에 기인하여 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보를 취득하고, 취득된 정보로부터 설정한 2종의 주파수 영역의 신호인 제 1 신호 및 제 2 신호를 추출하여, 제 1 신호의 강도가 소정 값 이상이고, 또한 제 2 신호의 강도가 소정 값 이하가 됨을 검출함으로써, 연마의 종료점을 판정하는 것이 바람직하다.
상기 정보로부터 추출한 제 1 신호 및 제 2 신호란, 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보를 취득하고, 취득된 정보로부터 소정의 처리에 의해 추출된 주파수 영역이 다른 2종의 신호를 말하며, 본 발명에서는, 주파수가 큰 신호를 제 1 신호, 주파수가 작은 신호를 제 2 신호로 하고 있다. 참고로, 상기 제 1 신호 및 제 2 신호의 각각의 주파수에 대해서는, 제 1 신호와 제 2 신호와의 조합으로 연마 종료점을 제어할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지는 않으며, 임의의 수치로 할 수 있다.
여기서, 도 4는, 연마를 행했을 때의, 경과 시간(초)과, 캐리어(10)가 발생시키는 정보(진동)로부터 추출한 2종의 주파수 영역의 신호(제 1 신호 및 제 2 신호)의 강도(A.U.)와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4로부터도 알 수 있듯이, 캐리어로부터 소음이 발생하기 전까지는, 제 1 신호 및 제 2 신호 모두 강도가 변동되고 있지만, 소음이 발생한 시점에서, 제 1 신호는 강도가 커지고 있는 한편, 제 2 신호는 강도가 작은 채로 있음을 알 수 있다. 이 때문에, 미리 제 1 신호가 상회해야 할 강도(소정 값) 및 제 2 신호가 하회해야 할 강도(소정 값)를 설정해두면, 정량적으로 연마 종료점을 판정할 수 있다.
한편, 도 5는, 연마를 행했을 때의, 경과 시간(초)과, 캐리어로부터 발생된 진동 신호의 강도(m/s2)와의 관계를 나타낸 그래프인데, 단지 진동 신호를 검출하는 것만으로는, 동일한 정도의 크기의 피크가 다수 보여지므로(0∼480초, 700∼1000초), 상술한 캐리어로부터의 소음이 발생하는 타이밍을 파악하는 것이 불가능하여, 연마의 종료점을 판정할 수는 없다.
또한, 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보는, 상기 웨이퍼의 두께(TW)를 산출해 낼 수 있는 정보라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 캐리어가 발생시키는, 소리, 진동 또는 열 등을 생각할 수 있는데, 용이하고도 확실하게 상기 웨이퍼(20)의 연마 종료 시점을 검출할 수 있다는 점에서, 상기 캐리어(10)로부터 발생되는 소리 및/또는 진동인 것이 바람직하다.
참고로, 상기 정보로부터의 신호 추출 방법은, 상술한 제 1 신호 및 제 2 신호를 유효하게 추출할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지는 않지만, 예컨대, 비교적 용이하게, 원하는 신호 데이터를 얻을 수 있다는 점에서, 검출한 정보를 A/D변환시킨 디지털 데이터에 대해, 파워 스펙트럼을 산출하고, 설정된 주파수 영역의 파워 스펙트럼 신호 강도의 평균치 혹은 최대치를 산출함으로써 행하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 상기 정보에 필터 처리를 실시하여 특정 주파수만을 A/D변환하거나, 필터 처리후에 피크 유지 처리를 행하는 것도 가능하다.
또한, 상기 캐리어(10)로부터의 정보가 발생될 때의, 상기 캐리어(10)의 두께(TC)와 상기 웨이퍼(20)의 두께(TW)의 차(TC-TW)는, 연마 패드(30)의 회전수나 압력, 연마액의 종류 등에 따라서도 달라지는데, 보다 정확한 연마량의 제어가 가능하다는 점에서, 0.1∼20㎛의 범위인 것이 바람직하다.
상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보(소리 또는 진동 등)는, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 캐리어(10)의 근방에 설치된 검출 센서(40)에 의해 검출할 수 있다. 여기서, 상기 검출 센서(40)로서는, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이, 소리 검출 마이크(41)나, 진동 검출 센서(42) 등을 들 수 있다.
검출되는 정보가 소리인 경우, 그 주파수는 10~1000Hz의 범위인 것이 바람직하다. 연마의 종료 시점을 파악하기에 적합한 음역이라고 생각되기 때문이며, 상기 범위를 벗어난 소리를 검출하여 연마를 종료시킬 경우, 원하는 웨이퍼 두께를 얻지 못할 우려가 있기 때문이다.
또한, 상기 제 1 신호의 주파수 영역은 200∼1000Hz의 범위이고, 상기 제 2 신호의 주파수 영역은 10∼200Hz의 범위인 것이 보다 바람직하다. 상기 제 1 신호 및 제 2 신호가, 이러한 파장범위이면, 상기 캐리어(10)로부터 소음이 발생했을 때, 각각의 신호 강도의 차가 크게 다르기 때문에, 확실하게 연마 종료점을 판정할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 캐리어(10)가 발생시키는 진동을 검출할 경우에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 캐리어(10)를 유지시키기 위한 기구(도 1에서는, 상기 캐리어(10)를 동작시키기 위해 이용되는 부재인 아우터 기어(50))에, 상기 진동 검출 센서(42)를 설치하여, 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보를 검출하는 것이 바람직하다. 상기 캐리어(10) 자체는, 연마 패드(30)에 끼워진 상태이기 때문에, 그 진동을 검출하는 것은 어렵고, 상기 아우터 기어(50)의 진동을 검출하는 것이, 용이하고도 확실하게 상기 캐리어(10)로부터의 정보를 취득할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 검출된 캐리어(10)가 발생시키는 소리 및/또는 진동은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 신호화되어 제어장치(60)에 보내지며, 제어장치(60)에 의해, 제 1 신호 및 제 2 신호의 추출이 행해지고, 연마의 계속 또는 종료를 판단하는 것도 가능하다.
본 발명의 연마 방법에서 이용되는 캐리어(10)란, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 대상인 웨이퍼(20)를 유지시키기 위한 부재로서, 웨이퍼(20)를 유지시키기 위한 둥근 구멍을 가지며, 두께(TC)는 웨이퍼(20)의 두께(TW)보다 얇다. 상기 캐리어(10)의 형상이나 재질에 대해서는, 특별히 한정되지는 않으며, 통상의 웨이퍼(20)의 양면 연마에 이용되는 캐리어를 사용할 수 있다. 상기 캐리어(10)의 재질로서는, 내마모성이 높고, 연마포와의 마찰계수가 작으며, 또한 내산성 또는 내알칼리성이 높은 재질이 바람직하다. 예컨대, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지에 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등의 강화 섬유를 복합시킨 섬유 강화 플라스틱을 채용할 수 있다.
또한, 상기 연마 패드(30)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 웨이퍼(20)를 상하로부터 끼운 상태로 슬라이딩시킴으로써 웨이퍼(20)의 양면을 동시에 연마하기 위한 부재이다. 상기 연마 패드(30)의 재질로서는, 웨이퍼(20) 및 캐리어(10)와의 마찰계수가 작은 재질이 바람직하다. 예컨대, 경도(쇼어 D)가 75∼85이고 압축율이 2∼3%인 우레탄제의 재질을 채용할 수 있다. 또한, 상기 연마액 중에 지립을 포함하지 않을 경우에는, 상기 연마 패드(30)는, 고정지립을 가지는 연마 패드인 것이 바람직하다. 여기서, 고정지립이란, 연마 패드 표면에 고정된, 연마 패드 모재와는 다른 재질의 고체를 말하며, 예컨대, 실리카나 알루미나 등의 세라믹스류, 다이아몬드나 실리콘 카바이드 등의 단체(單體) 또는 화합물류 또는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 고분자 중합체 등으로 이루어진 것을 이용할 수 있다. 또한, 그 형상은, 입자형상에 한정되지 않고, 고체이거나, 겔형상 등이어도 상관없다. 또한, 상기 실리카의 종류로서는, 예컨대, 건식법(연소법·아크법), 습식법(침강법·졸겔법)으로 제작한 것 모두 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 연마 방법에 이용되는 연마액은, 지립을 포함하지 않는 연마액인 것이 바람직하다. 지립을 포함한 연마액을 이용할 경우, 연마의 종료를 위해 필요한 상기 캐리어(10)로부터의 정보를 검출하기가 곤란해지기 때문이다. 여기서, 상기 「지립을 포함하지 않는 연마액」이란, 불가피하게 상기 연마액에 함유되는 지립성분에 대해 포함할 가능성은 있지만, 적극적으로 상기 지립성분을 함유시키지는 않는 연마액을 말한다.
여기서, 도 6은, 지립을 포함하는 연마액과 지립을 포함하지 않는 연마액을 각각 이용하여, 캐리어를 연마한 경우의, 연마 시간(min)과 캐리어의 두께 변동율(%)과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 6으로부터, 지립을 포함하는 연마액을 이용한 경우, 캐리어의 마모량이 많음을 알 수 있다.
상기 연마액의 종류로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 예컨대, pH를 8~14의 범위내로 조정한 알칼리성 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. pH가 8미만이면 에칭 작용이 낮아, 연마 레이트가 저하되는 한편, pH가 14를 초과하면 연마액의 취급이 곤란해진다. 알칼리성 수용액으로서는, 암모니아수용액, 수산화칼륨이나 수산화나트륨 등의 수산화 알칼리성 수용액, 탄산 알칼리성 수용액을 채용할 수 있다. 그 이외에, 히드라진이나 아민류의 수용액을 채용할 수 있다. 연마 레이트를 높이는 관점에서, 특히 아민류의 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 연마액은, 소정의 고분자 성분을 함유하는 것이 바람직하다. 상기 캐리어(10)로부터 발생하는 소음(우는 듯한 소리)을 한층 감소시킬 수 있기 때문이다. 고분자 성분의 종류에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 히드록시에틸셀룰로오스 또는 폴리에틸렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 히드록시에틸셀룰로오스는, 분자량이 비교적 크기 때문에, 상기 연마 패드(30)와 상기 캐리어(10) 사이에 있어서의 베어링 작용에 의해 상기 연마 패드(30) 및 상기 캐리어(10)의 마찰계수를 효율적으로 저감시킬 수 있고, 그 결과, 연마 후의 웨이퍼 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 연마액에 첨가되는 고분자 성분의 농도는, 0.01ppm∼1000ppm의 범위가 바람직하다. 고분자 성분의 농도가 0.01ppm미만인 경우에는, 연마시의 마찰계수가 커져, 연마 후의 웨이퍼 표면에 결함이 발생할 우려가 있기 때문이며, 한편 1000ppm을 초과할 경우에는, 연마 레이트가 극단적으로 저하되어, 경면연마에 많은 시간이 소요되기 때문이다.
또한, 연마액에 포함되는 금속 이온을 제거하는 관점에서, 상기 연마액 중에 킬레이트제를 첨가하는 것이 바람직하다. 킬레이트제의 종류는, 금속 이온에 대한 킬레이트 능력을 가지는 물질이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 포스폰산계 킬레이트제, 아미노카르복실산계 킬레이트제 등을 채용할 수 있는데, 알칼리성 수용액에 대한 용해도를 고려했을 경우에는, 아미노카르복실산계 킬레이트제가 바람직하다. 또한, 중금속 이온의 킬레이트 능력을 고려했을 경우에는, 에틸렌디아민사초산(EDTA : Ethylene Diamine Tetraacetic Acid) 또는 디에틸렌트리아민오초산(DTPA : Diethylene Triamine Pentaacetic Acid) 등의 아미노카르복실산염이 보다 바람직하다. 킬레이트제의 농도는, 0.1ppm∼1000ppm의 범위가 바람직하며, 이것에 의해, Cu, Zn, Fe, Cr, Ni, Al 등의 금속 이온을 포획할 수 있다.
또한, 본 발명의 연마 방법에서는, 상기 캐리어(10)에 대해, 상기 연마 패드(30)를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(20)의 표면을 연마한다. 그 슬라이딩 방법은, 특별히 한정할 필요는 없고, 상기 연마 패드(30)만, 또는, 상기 캐리어(10)만을 움직임으로써 슬라이딩시켜도 되고, 상기 연마 패드(30) 및 상기 캐리어(10)의 쌍방을 상대적으로 움직임으로써 슬라이딩시켜도 상관없다.
또한, 상기 웨이퍼(20)의 표면에 대해 수직방향인 상기 연마 패드(30)에 가하는 압력은, 100∼300g/㎠의 범위인 것이 바람직하다. 100g/㎠ 미만인 경우, 압력이 너무 작기 때문에, 소리나 진동 등의 상기 캐리어(10)가 발생시키는 정보가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이며, 한편, 300g/㎠를 초과하면, 압력이 너무 크기 때문에, 상기 캐리어(10)의 소리나 진동이 발생하기 쉬워져, 상기 웨이퍼(20)의 연마 종료 시점을 정확하게 파악하지 못할 우려가 있기 때문이다.
참고로, 상술한 내용은, 본 발명의 실시형태의 일례를 나타낸 것에 지나지 않으며, 청구의 범위에 있어서 다양한 변경을 가할 수 있다.
[실시예]
(실시예 1)
실시예 1로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(20)를 유지시키는 둥근 구멍(11)을 가지며, 두께가 웨이퍼(20)보다 얇은 750㎛인 캐리어(10)의 상하에 위치하는 한 쌍의 우레탄제 연마 패드(30)의 표면에, 지립을 포함하지 않는 연마액(킬레이트제로서 농도가 10ppm인 에틸렌디아민사초산, 고분자 성분으로서 농도가 1ppm인 히드록시에틸셀룰로오스를 첨가한 수산화칼륨 수용액)을 공급하고, 상기 캐리어에 대해 상기 연마 패드를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써, 상기 캐리어에 유지된 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 연마 방법에 의해, 직경이 300mm인 실리콘 웨이퍼(20)의 연마를 행하였다. 연마 종료점의 판정은, 각 캐리어(10)로부터 발생하는 진동을, 아우터 기어(50)에 설치된 진동 검출 센서(42)에 의해 취득하고, 취득된 진동으로부터 제 1 신호(200~1000Hz의 평균치) 및 제 2 신호(10~100Hz의 평균치)를 추출하여, 제 1 신호의 강도가 소정 값(0.02A.U.) 이상이고, 또한 제 2 신호의 강도가 소정 값(0.02A.U.) 이하가 되는 것을 검출함으로써 행하였다.
연마의 각 조건(연마액의 종류, 연마액 중의 고분자 성분의 유무 및 연마 종료점의 검출방법)에 대해서는, 표 1에 나타내었다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 연마는, 총 5회(25매)를 행하였다.
(실시예 2)
실시예 2는, 각 캐리어(10)로부터 발생하는 소리를, 각 캐리어(10)의 근방에 설치된 소리 검출 마이크(41)에 의해 취득하고, 취득한 소리로부터 제 1 신호(480Hz) 및 제 2 신호(100Hz)를 추출한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 실리콘 웨이퍼(25매)를 연마하였다.
연마의 각 조건(연마액의 종류, 연마액 중의 고분자의 유무 및 연마 종료점의 검출방법)에 대해서는, 표 1에 나타내었다.
(비교예 1)
비교예 1로서, 지립을 포함한 연마액(콜로이달 실리카를 유리(遊離)지립으로서 함유한 수산화칼륨 수용액)을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건에 의해, 실리콘 웨이퍼(25매)를 연마하였다.
연마의 각 조건(연마액의 종류, 연마액 중의 고분자 성분의 유무 및 연마 종료점의 검출방법)에 대해서는, 표 1에 나타내었다.
(비교예 2)
비교예 2로서, 캐리어가 발생시키는 정보(소리 또는 진동)가 아니라, 설정시간에 의해 연마를 제어한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건에 의해, 실리콘 웨이퍼(25매)를 연마하였다.
연마의 각 조건(연마액의 종류, 연마액 중의 고분자 성분의 유무 및 연마 종료점의 검출방법)에 대해서는, 표 1에 나타내었다.
(평가 방법)
(1) 캐리어의 마모에 대해
실시예 1 및 비교예 1에 대해, 연마 전, 연마 시작으로부터 소정시간 경과 후 및 연마 종료 후의 캐리어의 두께(TC)를 측정하여, 연마 시간과 캐리어의 두께(TC)과의 관계를 플로팅함으로써, 캐리어의 마모도에 관한 평가를 행하였다. 그 결과를 도 6 및 표 1에 나타내었다.
(2) 웨이퍼의 두께 편차에 대해
실시예 및 비교예에 의해 얻어진 각 실리콘 웨이퍼에 대해, KLA-Tencor사에서 제조된 Wafer Sight를 이용하여, 웨이퍼의 두께 분포를 측정하고, 각 웨이퍼의 두께의 편차를 산출하였다. 그리고, 모든 웨이퍼의 평균치를 산출함으로써, 두께의 편차를 평가하였다. 평가 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 작을수록 양호한 결과이다.

 연마액 연마 종료점의
검출방법
 평가
종류 고분자 캐리어의
마모		 웨이퍼의 두께 편차(㎛)
실시예 1 지립 없음 히드록시에틸셀룰로오스 캐리어가 발생시키는 진동 거의 없음
(도 6)		 0.3
실시예 2 지립 없음 히드록시에틸셀룰로오스 캐리어가 발생시키는 소리 - 0.3
비교예 1 지립 있음 없음 캐리어가 발생시키는 진동 큼
(도 6)		 0.5
비교예 2 지립 없음 히드록시에틸셀룰로오스 시간 - 0.6
표 1 및 도 6으로부터, 실시예 1 및 실시예 2의 연마 방법에 의해 연마한 경우, 비교예 1 및 비교예 2의 연마 방법에 비해, 캐리어의 마모가 거의 없고, 얻어진 실리콘 웨이퍼의 두께 편차가 작다는 것을 알 수 있다. 한편, 지립을 포함한 연마액을 이용하여 연마한 비교예 1 및 설정시간에 의해 연마를 제어한 비교예 2의 연마 방법에서는, 캐리어의 마모가 크고, 두께의 편차도 크다는 것을 알 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 따르면, 캐리어로부터 발생하는 소음을 억제하고, 또한, 연마 후의 웨이퍼의 두께 편차를 저감시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 제공할 수 있게 된다.
10 : 캐리어
11 : 둥근 구멍
20 : 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼
30 : 연마 패드
40 : 검출 센서
41 : 소리 검출 마이크
42 : 진동 검출 센서
50 : 아우터 기어
60 : 제어장치

Claims (12)

  1. 웨이퍼를 유지시키는 둥근 구멍을 가지며, 두께가 웨이퍼보다 얇은 캐리어의 상하에 위치하는 한 쌍의 연마 패드의 표면에, 연마액을 공급하고, 상기 캐리어에 대해 상기 연마 패드를 상대적으로 슬라이딩시킴으로써, 상기 캐리어에 유지된 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 연마 방법으로서,
    상기 연마액으로서, 지립을 포함하지 않는 연마액을 이용하며, 상기 캐리어의 두께와 상기 웨이퍼의 두께의 차가 0.1∼20㎛의 범위에 도달함에 기인하여 상기 연마 패드에 끼워진 캐리어의 진동에 의해 발생한 주파수가 10∼1000Hz의 범위인 소리(音) 또는 진동 중 적어도 하나의 정보를 검출함으로써, 상기 웨이퍼의 두께를 산출해내고, 연마를 종료시키며,
    상기 캐리어의 진동에 의해 발생하는 정보의 검출은, 각 캐리어를 유지하기 위한 기구에 설치된 검출 센서에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연마의 종료는, 상기 캐리어로부터 얻어진 정보를 토대로, 설정한 2종의 주파수 영역의 신호인 제 1 신호 및 제 2 신호를 추출하여, 제 1 신호의 강도가 소정 값 이상이고, 또한 제 2 신호의 강도가 소정 값 이하가 되는 것을 검출함으로써, 연마의 종료점을 판정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면에 대해 수직방향인 상기 연마 패드에 가하는 압력은, 100∼300g/㎠의 범위인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 센서는, 상기 캐리어를 동작시키기 위한 아우터 기어에 설치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 연마액은, 소정의 고분자 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 정보로부터의 신호의 추출은, 검출한 정보를 A/D변환한 디지털 데이터에 대해, 파워 스펙트럼을 산출하고, 설정된 주파수 영역의 파워 스펙트럼 신호 강도의 평균치 혹은 최대치를 산출하는 것임을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 방법.
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