KR102047814B1 - 웨이퍼 연마 방법 - Google Patents

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KR102047814B1
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류이치 다니모토
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

(과제) 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼라도 그 영향을 억제하여 압력 존마다 적절한 연마 압력을 부여하고, 이에 따라 웨이퍼의 평탄도를 높인다.
(해결 수단) 웨이퍼의 압압면이 복수의 압력 존으로 구획되고, 각 압력 존을 독립적으로 가압 제어 가능한 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 구비한 웨이퍼 연마 장치를 이용하여 웨이퍼의 표면을 경면 연마하는 웨이퍼 연마 방법으로서, 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피 맵을 측정하는 측정 스텝(스텝 S1)과, 상기 나노토포그래피 맵의 측정 결과에 기초하여 상기 웨이퍼에 대한 상기 연마 헤드의 연마 압력을 압력 존마다 설정하여 연마 가공을 실시하는 연마 스텝(스텝 S2, S3)을 갖는다.

Description

웨이퍼 연마 방법
본 발명은, 웨이퍼 연마 방법에 관한 것으로, 특히, 표면에 나노토포그래피(nanotopography)가 형성된 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 기판 재료로서 실리콘 웨이퍼가 널리 이용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 단결정 잉곳에 외주 연삭, 슬라이스, 랩핑, 에칭, 양면 연마, 편면 연마, 세정 등의 공정을 순차 행함으로써 제조된다. 이 중, 편면 연마 공정은, 웨이퍼 표면의 요철이나 굴곡을 제거하여 평탄도를 높이기 위해 필요한 공정으로, CMP(Chemical Mechanical Polishing: 화학적 기계 연마)법에 의한 경면 가공이 행해진다.
통상, 실리콘 웨이퍼의 편면 연마 공정에서는 매엽식의 웨이퍼 연마 장치(CMP 장치)가 이용된다. 이 웨이퍼 연마 장치는, 연마 패드가 접착된 회전 정반과, 연마 패드 상의 웨이퍼를 압압하면서 보유 지지하는 연마 헤드를 구비하고 있고, 슬러리를 공급하면서 회전 정반 및 연마 헤드를 각각 회전시킴으로써 웨이퍼의 편면을 연마한다.
웨이퍼의 평탄도를 높이기 위해, 웨이퍼의 압압면을 복수의 압력 존으로 분할하고, 각 압력 존을 독립적으로 가압 제어 가능한 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 구비한 웨이퍼 연마 장치도 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 동심원상으로 구획된 제1∼제3 압력 존(압력실)을 갖는 이 웨이퍼 연마 장치가 기재되어 있다.
최근, 실리콘 웨이퍼에 있어서는 「나노토포그래피」라고 칭해지는 표면의 굴곡 성분이 문제가 되고 있다. 이 나노토포그래피는, 「휨」이나 「Warp」보다도 파장이 짧고, 「표면 거칠기」보다도 파장이 긴, 파장 λ＝0.2∼20㎜의 굴곡 성분이며, PV값(Peak to Valley값)은 0.2㎛ 이하인 얕은 굴곡이다. 나노토포그래피값이 적정값을 초과하면, 디바이스 프로세스에 있어서의 STI(Shallow Trench Isolation)의 수율에 크게 영향을 미친다고 되어 있다.
웨이퍼의 나노토포그래피를 개선하기 위해, 예를 들면 특허문헌 2에는, 나노토포그래피의 평균값 성분의 요철량과 당해 요철을 평탄화하기 위한 지석(砥石)의 틸트 조정량 및 시프트 조정량의 관계식을 미리 구해 두고, 당해 관계식에 기초하여 이후의 연삭 공정에 있어서의 지석의 틸트 조정 및 시프트 조정을 행하는 웨이퍼의 연삭 방법이 기재되어 있다.
일본공개특허공보 2010-120160호 일본공개특허공보 2007-95987호
멀티 존 가압 방식을 채용하는 종래의 웨이퍼 연마 장치는, 연마 패드와 대향하는 웨이퍼의 표면을 기준으로 하여 연마 압력을 설정함과 함께, 웨이퍼의 두께가 큰 곳에서는 연마 압력이 강해지도록, 각 압력 존의 연마 압력을 웨이퍼의 두께에 따라서 조정하기 때문에, 웨이퍼 표면의 요철이나 굴곡을 제거하여 평탄도를 높이는 것이 가능하다.
그러나, 종래의 웨이퍼 연마 장치에서는, 각 압력 존에 균일한 연마 압력을 설정한 경우에서도, 나노토포그래피가 존재하는 영역에서는 설정값과 상이한 연마 압력이 가해짐으로써 웨이퍼의 두께의 균일성이 악화된다는 문제가 있다. 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 나노토포그래피가 없는 웨이퍼에서는 웨이퍼 전면(全面)에 설정값대로의 균일한 압력이 가해지기 때문에, 가공 후의 웨이퍼는 가공 전의 웨이퍼의 두께의 균일도를 유지할 수 있다. 그러나, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼의 표면에 나노토포그래피가 존재하는 경우, 비록 웨이퍼의 두께의 균일도는 도 6(a)의 웨이퍼와 동일했다고 해도, 웨이퍼의 이면측에는 설정값과 상이한 연마 압력이 가해진다. 이 상태에서 웨이퍼를 연마하면 웨이퍼의 표면의 볼록부에 연마 압력이 집중되어, 연마 압력이 높은 부분의 연마 레이트가 높아지기 때문에, 도시하는 바와 같이 가공 후의 웨이퍼의 두께는 불균일해지고, 이에 수반하여 웨이퍼의 평탄도도 악화된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼라도 그 영향을 억제하여 압력 존마다 적절한 연마 압력을 부여하고, 이에 따라 웨이퍼의 평탄도를 높이는 것이 가능한 웨이퍼 연마 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 웨이퍼 연마 방법은, 웨이퍼의 압압면이 복수의 압력 존으로 구획되고, 각 압력 존을 독립적으로 가압 제어 가능한 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 구비한 웨이퍼 연마 장치를 이용하여 웨이퍼의 표면을 경면(鏡面) 연마하는 웨이퍼 연마 방법으로서, 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피 맵을 측정하는 측정 스텝과, 상기 나노토포그래피 맵의 측정 결과에 기초하여 상기 웨이퍼에 대한 상기 연마 헤드의 연마 압력을 압력 존마다 설정하여 연마 가공을 실시하는 연마 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.
멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 이용하여 웨이퍼의 경면 연마를 실시하는 경우, 웨이퍼 표면을 기준으로 하여 웨이퍼의 두께에 따른 연마 압력 제어가 행해지기 때문에, 나노토포그래피가 큰 영역에서는 웨이퍼가 과도하게 연마되고, 이에 따라 웨이퍼의 두께의 균일성이 악화되어, 웨이퍼의 평탄도도 저하될 우려가 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 나노토포그래피가 큰 영역에서의 연마 압력의 증가를 억제할 수 있어, 가공 여유분의 증가에 의한 웨이퍼의 두께의 균일성의 악화를 회피하여 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있다.
본 발명에 의한 웨이퍼 연마 방법은, 나노토포그래피가 큰 영역일수록 당해 영역에 대한 상기 연마 압력이 작아지도록 당해 연마 압력을 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 나노토포그래피의 크기에 반비례한 연마 압력을 설정하여, 나노토포그래피의 볼록부의 고저차가 큰 영역일수록 연마 압력을 작게 함으로써, 나노토포그래피가 큰 영역에서의 연마 압력의 증가를 억제할 수 있어, 가공 여유분의 증가에 의한 웨이퍼의 두께의 균일성의 악화를 회피하여 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있다.
본 발명에 의한 웨이퍼 연마 방법은, 나노토포그래피의 크기와 당해 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼에 대한 적절한 연마 압력의 환산식을 미리 준비해 두고, 상기 나노토포그래피 맵의 측정 결과와 상기 환산식으로부터 각 압력 존의 연마 압력을 산출하는 것이 바람직하다. 나노토포그래피의 크기에 대응한 적절한 연마 압력을 정의한 환산식을 이용함으로써, 나노토포그래피 맵의 측정 결과로부터 각 압력 존의 적절한 연마 압력을 적은 연산량으로 간단하게 산출하여 설정할 수 있다.
본 발명에 의한 웨이퍼 연마 방법은, 동일한 압력 존에 속하는 복수의 사이트 나노토포그래피의 평균값으로부터 당해 압력 존의 연마 압력을 산출하는 것이 바람직하다. 이 경우, 동일한 압력 존 내의 복수의 사이트 나노토포그래피의 평균값으로부터 산출한 연마 압력을 당해 압력 존의 연마 압력으로 해도 좋다. 혹은, 동일한 압력 존 내의 복수의 사이트 나노토포그래피의 각각으로부터 산출한 복수의 연마 압력의 평균값을 당해 압력 존의 연마 압력으로 해도 좋다. 어느 경우에서도 각 압력 존에 대하여 적절한 연마 압력을 설정할 수 있어, 가공 여유분의 증가에 의한 웨이퍼의 두께의 균일성의 악화를 회피하여 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 압력 존은 동심원상으로 구획되어 있는 것이 바람직하다. 랩핑 공정에서 만들어지는 나노토포그래피의 대부분은 링 형상의 패턴이 되지만, 연마 헤드의 압력 존을 동심원상으로 배치함으로써, 링 형상의 나노토포그래피 패턴에 맞춘 적절한 연마 압력을 설정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼라도 그 영향을 억제하여 압력 존마다 적절한 연마 압력을 부여하고, 이에 따라 웨이퍼의 평탄도를 높이는 것이 가능한 웨이퍼 연마 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 웨이퍼 연마 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로서, (a)는 단면도, (b)는 웨이퍼의 압압면을 구성하는 멤브레인의 저면도이다.
도 2는 도 1의 웨이퍼 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 3은 나노토포그래피 맵의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 나노토포그래피와 연마 압력의 관계를 나타내는 환산식의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 웨이퍼면 내의 나노토포그래피 및 연마량(가공 여유분)의 관계를 나타내는 그래프로서, (a)는 종래의 가압 제어 방식으로 웨이퍼를 연마한 경우, (b)는 본 발명의 가압 제어 방식으로 웨이퍼를 연마한 경우를 각각 나타내고 있다.
도 6은 종래의 웨이퍼 연마 방법의 문제점을 설명하기 위한 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 웨이퍼 연마 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로서, (a)는 단면도, (b)는 웨이퍼의 압압면을 구성하는 멤브레인의 저면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 연마 장치(1)는, 연마 패드(22)가 접착된 회전 정반(21)과, 회전 정반(21) 상에 올려놓여진 웨이퍼(W)를 압압하면서 보유 지지하는 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드(10)를 구비하고 있다. 연마 패드(22)가 접착된 회전 정반(21)의 주면(主面)은 연마 헤드(10)의 압압면과 대향하고 있고, 당해 압압면보다도 충분히 큰 평면 사이즈를 갖는다. 연마 패드(22) 상에 슬러리를 공급하면서 회전 정반(21) 및 연마 헤드(10)를 각각 회전시킴으로써, 연마 패드(22)와 접하는 웨이퍼(W)의 편면을 연마할 수 있다.
연마 헤드(10)는, 회전축(11)과, 회전축(11)의 하단에 형성된 가압 플랜지(12)와, 가압 플랜지(12)의 저면에 형성된 독립 가압 방식의 리테이너 링(14)과, 가압 플랜지(12)에 부착된 멤브레인(16)을 구비하고 있고, 멤브레인(16)을 통하여 웨이퍼(W)를 에어 가압하는 웨이퍼 가압 기구를 구성하고 있다.
리테이너 링(14)은 가압 플랜지(12)의 저면의 외주부에 형성된 가이드 부재이다. 리테이너 링(14)은 멤브레인(16)과 동일하게 연마 패드(22)의 상면을 압압 가능하게 구성되어 있고, 리테이너 링(14)의 저면은 연마 패드(22)에 접촉(접지)하고 있다. 리테이너 링(14)의 저면을 연마 패드(22)에 밀어붙여 접촉시킴으로써 웨이퍼(W)의 수평 방향의 움직임을 확실히 규제할 수 있어, 연마 헤드(10)의 외측으로의 웨이퍼의 튀어나옴을 방지할 수 있다. 이러한 독립 가압 방식의 리테이너 링(14)을 구비한 연마 헤드(10)는, 웨이퍼의 형상을 유지한 채로 압압하기 때문에, 연마 압력이 웨이퍼 표면의 나노토포그래피의 영향을 받기 쉽다.
멤브레인(16)의 저면은 웨이퍼의 이면(상면)의 전면과 접촉하고 있다. 멤브레인(16)은 멤브레인 가압 라인(18)에 접속되어 있고, 멤브레인(16)의 내부에는 에어가 이송된다. 멤브레인 가압 라인(18)으로부터 멤브레인(16) 내로 에어가 공급되어 멤브레인(16)이 팽창됨으로써 웨이퍼(W)가 하방으로 압압된다. 멤브레인(16)의 내부 공간은, 복수의 압력 존으로 구분되어 있고, 멤브레인 가압 라인(18)으로부터 멤브레인(16) 내로 공급되는 에어에 의해 각 압력 존 내의 압력이 개별적으로 제어된다. 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에 있어서는 동심원상으로 구획된 제1∼제7 압력 존(Z1∼Z7)이 형성되어 있고, 각 압력 존(Z1∼Z7)에 공급되는 에어의 압력을 개별적으로 설정함으로써, 멤브레인(16)과 접하는 웨이퍼(W)에는 표면의 요철 형상에 맞춘 적절한 압압력이 부여된다.
도 2는, 도 1의 웨이퍼 연마 장치(1)를 이용한 웨이퍼의 연마 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 웨이퍼 연마 방법은, 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드(10)로 웨이퍼를 압압하면서 경면 연마하는 공정에 앞서, 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피 맵을 미리 측정하여, 이 측정 결과로부터 웨이퍼에 대한 적절한 연마 압력을 연마 헤드의 압력 존마다 산출하고, 이 산출 결과를 이용하여 웨이퍼의 연마 압력을 제어하면서 연마 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다. 그 때문에, 우선 가공 대상의 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피 맵을 측정한다(스텝 S1).
가공 대상이 되는 웨이퍼는, CZ법에 의해 육성된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 와이어 소에 의해 잘라내지고, 랩핑(양면 연삭)이 실시된 웨이퍼이다. 나노토포그래피는 웨이퍼의 가공 공정(슬라이스∼연마)에서 만들어지는 것으로, 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼를 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 이용하여 편면 연마한 경우에는 웨이퍼의 두께의 균일성이 악화되는 경우가 있기 때문이다.
나노토포그래피 맵은, 광학 간섭식의 평탄도·나노토포그래피 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다. 이들 장치는 광학식으로, 웨이퍼의 표면 반사를 이용하여 나노토포그래피를 측정한다. 마이켈슨(Michelson) 간섭계에 의해 취입된 실리콘 웨이퍼의 면 내 데이터는, 노이즈 제거 등의 처리가 행해진 후, 설정에 의해 결정되는 윈도우 사이즈를 웨이퍼면 내에서 이동시키고, 윈도우 내의 PV값을 그 윈도우의 중심값으로 치환함으로써, 나노토포그래피의 데이터가 된다.
도 3은, 나노토포그래피 맵의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 나노토포그래피 맵은, 웨이퍼면 내의 나노토포그래피의 강도 분포를 나타내는 것으로, 격자 형상으로 구분된 영역(사이트) 내의 나노토포그래피(사이트 나노토포그래피)의 크기를 나타낸 것이다. 도 3은 사이트 나노토포그래피의 크기를 색별로 나타내고 있어, 색이 가장 연한 영역은 기준면으로부터의 편차가 작은(0∼8㎚) 개소이고, 그 다음으로 색이 연한 영역은 기준면으로부터의 편차가 큰(8∼12㎚) 개소이고, 색이 가장 진한 영역은 기준면으로부터의 편차가 더욱 큰(12∼15㎚) 개소이다. 도 3의 나노트포그래피 맵은, 외주부의 편차가 크고, 링 형상의 나노토포그래피 패턴이 형성된 웨이퍼인 것을 나타내고 있다. 이러한 링 형상의 나노토포그래피 패턴의 대부분은, 웨이퍼의 랩핑 공정에서 형성되는 것이 알려져 있다.
다음으로, 나노토포그래피 맵의 측정 결과로부터 웨이퍼면 내의 연마 압력을 연마 헤드의 압력 존마다 산출한다(도 2의 스텝 S2). 각 압력 존의 적절한 연마 압력은, 사이트 나노토포그래피의 크기와 이에 대응하는 적절한 연마 압력을 일대일로 대응시킨 환산식을 이용하여 산출할 수 있다. 각 압력 존의 연마 압력은, 동일한 압력 존 내의 다수의 사이트 나노토포그래피의 평균값을 구한 후, 당해 평균값으로부터 구한 연마 압력을 당해 압력 존 내의 적절한 연마 압력으로서 이용한다. 혹은, 개개의 사이트 나노토포그래피의 값으로부터 당해 사이트 내의 적절한 연마 압력을 구한 후, 동일한 압력 존 내의 다수의 연마 압력의 평균값으로부터 환산하여 구한 연마 압력을 당해 압력 존 내의 적절한 연마 압력으로서 이용해도 좋다. 사이트 나노토포그래피의 크기에 따른 적절한 연마 압력의 산출에는, 미리 작성하여 둔 환산식을 이용할 수 있다.
도 4는, 나노토포그래피와 연마 압력의 관계를 나타내는 환산식의 일 예를 나타내는 그래프로서, 가로축은 사이트 나노토포그래피값, 세로축은 연마 압력비를 각각 나타내고 있다. 여기에서 「연마 압력비」란, 웨이퍼 표면의 나노토포그래피의 크기에 반비례하는 적절한 연마 압력을, 나노토포그래피가 없는 웨이퍼의 표면을 연마하는 경우에 필요한 연마 압력에 대한 비로 나타낸 것이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 나노토포그래피의 영향을 억제하여 웨이퍼의 평탄도를 높이기 위해서는, 나노토포그래피가 클수록 연마 압력이 작아지도록 웨이퍼의 연마 압력을 제어할 필요가 있다. 즉, 연마 압력비는 나노토포그래피에 반비례하는 값인 것이 필요하다. 예를 들면 도시하는 바와 같이, 나노토포그래피의 값 x에 대한 적절한 연마 압력비 y를 구하기 위한 환산식은, y＝－0.0167x＋1.1이다.
이러한 환산식을 이용하여 사이트 나노토포그래피에 대응하는 연마 압력비를 산출함으로써, 나노토포그래피값이 큰 영역에서의 연마 압력의 증가를 억제할 수 있어, 가공 여유분의 증가에 의한 웨이퍼의 평탄도가 악화되는 사태를 회피할 수 있다.
다음으로, 압력 존마다 산출한 연마 압력을 멤브레인 연마 헤드의 각 압력 존으로 설정한 후, 웨이퍼 연마 장치(1)에 의한 웨이퍼의 연마 가공을 실시한다(도 2의 스텝 S3). 웨이퍼 연마 장치(1)는 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드(10)를 구비하고, 웨이퍼를 압압하면서 연마 가공을 실시할 때, 연마 압력 제어를 압력 존마다 행함과 함께, 나노토포그래피의 영향에 의해 연마 압력이 증가하는 위치의 연마 압력을 미리 감소시키기 때문에, 나노토포그래피의 영향을 받아 웨이퍼가 과도하게 연마되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 웨이퍼의 두께의 균일성을 확보할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 웨이퍼 연마 방법은, 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피 맵의 측정 결과에 기초하여 웨이퍼에 대한 연마 압력을 연마 헤드의 압력 존마다 설정하기 때문에, 나노토포그래피가 큰 영역에서의 연마 압력의 증가를 억제할 수 있고, 가공 여유분의 증가에 의한 웨이퍼의 두께의 균일성의 악화를 회피하여 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있다. 또한, 나노토포그래피의 크기와 당해 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼에 대한 적절한 연마 압력을 정의한 환산식을 이용하여 각 압력 존의 연마 압력을 산출하기 때문에, 각 압력 존의 적절한 연마 압력을 적은 연산량으로 용이하게 산출하여 설정할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시 형태로 한정되는 일 없이, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하고, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것인 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는, 복수의 압력 존을 동심원상으로 설정하고 있지만, 압력 존의 형상은 반드시 동심원상일 필요는 없고, 임의의 형상으로 설정할 수 있다. 또한 연마 대상의 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼로 한정되지 않고, 여러 가지 소재의 웨이퍼를 대상으로 할 수 있다.
실시예
나노토포그래피가 형성된 웨이퍼를 경면 연마할 때, 연마 헤드의 가압 제어 방식이 웨이퍼의 평탄도에 어떠한 영향을 미치는지를 평가했다. 평가 시험에서는, 우선 양면 연삭 가공이 실시된 직경 300㎜의 단결정 실리콘 웨이퍼(양면 연마 후의 웨이퍼)의 샘플을 2매 준비하여, 그들의 나노토포그래피 맵을 측정했다. 나노토포그래피 맵의 측정에는 광학 간섭식의 평탄도·나노토포그래피 측정 장치(KLA Tecnor사: "WaferSight3")를 이용했다. 웨이퍼면 내의 사이트 사이즈는 26㎜×8㎜로 하고, 각 사이트의 나노토포그래피의 크기를 각각 구하여 매핑했다.
다음으로, 종래 및 본 발명의 가압 제어 방식으로 한쪽 및 다른 한쪽의 웨이퍼 샘플을 각각 경면 연마 가공하여 폴리시드 웨이퍼의 비교예 샘플 및 실시예 샘플을 얻었다. 즉, 종래의 가압 제어 방식에서는, 나노토포그래피와는 관계 없이 웨이퍼 표면 기준으로 연마 압력을 설정하여 웨이퍼를 연마 가공하여 폴리시드 웨이퍼를 얻었다. 한편, 본 발명의 가압 제어 방식에서는, 전술한 바와 같이, 나노토포그래피 맵의 측정 결과로부터의 웨이퍼의 연마 압력을 연마 헤드의 압력 존마다 산출하고, 이 산출 결과를 이용하여 웨이퍼의 연마 압력을 압력 존마다 설정하여 웨이퍼를 연마 가공하여 폴리시드 웨이퍼를 얻었다. 웨이퍼 연마 장치로서는, 도 1에 나타낸 제1∼제7 가압 존을 갖는 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 구비한 웨이퍼 연마 장치를 이용했다.
그 후, 광학 간섭식의 평탄도·나노토포그래피 측정 장치(KLA Tecnor사: "WaferSight3")를 이용하여 폴리시드 웨이퍼의 연마량(가공 여유분)의 면 내 분포를 측정했다.
도 5(a) 및 (b)는, 웨이퍼면 내의 나노토포그래피 및 연마량(가공 여유분)의 관계를 나타내는 그래프로서, (a)는 종래의 가압 제어 방식으로 웨이퍼를 연마한 경우, (b)는 본 발명의 가압 제어 방식으로 웨이퍼를 연마한 경우를 각각 나타내고 있다. 도 5(a) 및 (b)의 그래프의 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 반경 방향의 거리(㎜), 좌측의 세로축은 가공 여유분(㎚), 우측의 세로축은 나노토포그래피(㎚)를 각각 나타내고 있다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 종래의 가압 제어 방식에 의한 웨이퍼 연마 방법에서는, 웨이퍼 중심으로부터 ±125㎜ 이상 떨어진 웨이퍼 외주부에 있어서 나노토포그래피가 기준 레벨로부터 보아 플러스측(볼록측)으로 약 10㎚까지 커지고, 또한 나노토포그래피의 증가에 맞추어 가공 여유분도 크게 증가했다. 웨이퍼 중심으로부터 ±100㎜까지의 범위에서는 가공 여유분량이 약 480㎚인 것에 대하여, 웨이퍼 중심으로부터 ±125㎜ 이상의 범위에서는 가공 여유분량이 최대로 약 500㎚가 되었다.
한편, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 가압 제어 방식에 의한 웨이퍼 연마 방법에서는, 웨이퍼 중심으로부터 ±125㎜ 이상 떨어진 웨이퍼 외주부에 있어서 나노토포그래피가 기준 레벨로부터 보아 플러스측(볼록측)으로 약 7㎚까지 커졌지만, 도 1에 나타내는 압력 존(Z2)에 있어서 연마 압력을 종래보다도 약 10％ 낮게 하는 가압 제어가 행해진 결과, 나노토포그래피의 증가에 의하지 않고 가공 여유분의 변화량은 작아졌다. 즉, 웨이퍼 중심으로부터 ±50㎜의 범위에서는 가공 여유분량이 약 500㎚인 것에 대하여, 웨이퍼 중심으로부터 ±125㎜ 이상의 범위에서는 가공 여유분량이 최대로 약 495㎚가 되었다. 이 결과로부터, 본 발명의 연마 방법에 의하면, 종래의 연마 방법과 같이 나노토포그래피값이 큰 영역에서의 가공 여유분의 증가에 의한 웨이퍼의 평탄도의 악화를 회피할 수 있는 것이 확인되었다. 본 발명은, 종래보다도 나노토포그래피 품질이 향상하는 일은 없지만, 나노토포그래피 품질의 향상을 다소 희생해서라도 웨이퍼의 평탄도의 향상을 도모할 수 있는 점에서 매우 유리하다.
1 : 웨이퍼 연마 장치
10 : 연마 헤드
11 : 회전축
12 : 가압 플랜지
14 : 리테이너 링
16 : 멤브레인
18 : 멤브레인 가압 라인
21 : 회전 정반
22 : 연마 패드
W : 웨이퍼
Z1-Z7 : 압력 존

Claims (5)

  1. 웨이퍼의 압압면이 복수의 압력 존으로 구획되고, 각 압력 존을 독립적으로 가압 제어 가능한 멀티 존 가압 방식의 연마 헤드를 구비한 웨이퍼 연마 장치를 이용하여 웨이퍼의 표면을 경면(鏡面) 연마하는 웨이퍼 연마 방법으로서,
    웨이퍼의 표면의 나노토포그래피 맵을 측정하는 측정 스텝과,
    상기 나노토포그래피 맵의 측정 결과에 기초하여 상기 웨이퍼에 대한 상기 연마 헤드의 연마 압력을 압력 존마다 설정하여 연마 가공을 실시하는 연마 스텝을 갖고,
    상기 연마 스텝은, 나노토포그래피가 큰 영역일수록 당해 영역에 대한 상기 연마 압력이 작아지도록 당해 연마 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    나노토포그래피의 크기와 당해 나노토포그래피가 형성된 웨이퍼에 대한 연마 압력의 환산식을 미리 준비해 두고, 상기 나노토포그래피 맵의 측정 결과와 상기 환산식으로부터 각 압력 존의 연마 압력을 산출하는 웨이퍼 연마 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    동일한 압력 존에 속하는 복수의 사이트 나노토포그래피의 평균값으로부터 당해 압력 존의 연마 압력을 산출하는 웨이퍼 연마 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 압력 존은 동심원상으로 구획되어 있는 웨이퍼 연마 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 압력 존은 동심원상으로 구획되어 있는 웨이퍼 연마 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017210450A1 (de) * 2017-06-21 2018-12-27 Siltronic Ag Verfahren, Steuerungssystem und Anlage zum Bearbeiten einer Halbleiterscheibe sowie Halbleiterscheibe
CN108908063A (zh) * 2018-07-20 2018-11-30 清华大学 根据耗材生命周期调整抛光压力的控制方法和控制系统
CN110962039A (zh) 2018-09-29 2020-04-07 康宁股份有限公司 载体晶片和形成载体晶片的方法
DE102018221922A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-18 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben mittels einer Drahtsäge, Drahtsäge und Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium
CN110193776B (zh) * 2019-06-11 2020-07-03 英特尔半导体(大连)有限公司 晶圆抛光的抛光压力控制方法、装置和设备
JP7143831B2 (ja) * 2019-10-11 2022-09-29 信越半導体株式会社 ウェーハ形状の測定方法
CN111496665A (zh) * 2020-04-24 2020-08-07 华海清科股份有限公司 一种化学机械抛光控制方法及控制系统
JP6844733B1 (ja) 2020-05-21 2021-03-17 信越半導体株式会社 基板ウェーハの製造方法、及び基板ウェーハ
JP7290140B2 (ja) * 2020-09-09 2023-06-13 株式会社Sumco ウェーハ研磨方法およびウェーハ研磨装置
US20230339069A1 (en) * 2022-04-20 2023-10-26 Siltronic Corporation System and method for processing silicon wafers
CN115401587B (zh) * 2022-09-28 2023-06-27 浙江芯晖装备技术有限公司 一种抛光头及半导体晶圆平坦化设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006524588A (ja) * 2003-04-28 2006-11-02 マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド 微細形状ワークピースを機械的及び／又は化学機械的に研磨するためのシステム及び方法
JP2012235072A (ja) * 2011-05-09 2012-11-29 Sumco Corp ウェーハ表面処理方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6231428B1 (en) 1999-03-03 2001-05-15 Mitsubishi Materials Corporation Chemical mechanical polishing head assembly having floating wafer carrier and retaining ring
JP4764693B2 (ja) 2005-09-29 2011-09-07 信越半導体株式会社 半導体ウェーハの製造方法及び両頭研削装置
US20070167110A1 (en) 2006-01-16 2007-07-19 Yu-Hsiang Tseng Multi-zone carrier head for chemical mechanical polishing and cmp method thereof
US7930058B2 (en) 2006-01-30 2011-04-19 Memc Electronic Materials, Inc. Nanotopography control and optimization using feedback from warp data
US7503833B2 (en) 2006-02-16 2009-03-17 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Three-dimensional network for chemical mechanical polishing
US20100330890A1 (en) 2009-06-30 2010-12-30 Zine-Eddine Boutaghou Polishing pad with array of fluidized gimballed abrasive members
DE102009051007B4 (de) * 2009-10-28 2011-12-22 Siltronic Ag Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe
US8712575B2 (en) * 2010-03-26 2014-04-29 Memc Electronic Materials, Inc. Hydrostatic pad pressure modulation in a simultaneous double side wafer grinder
US9242337B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Applied Materials, Inc. Dynamic residue clearing control with in-situ profile control (ISPC)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006524588A (ja) * 2003-04-28 2006-11-02 マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド 微細形状ワークピースを機械的及び／又は化学機械的に研磨するためのシステム及び方法
JP2012235072A (ja) * 2011-05-09 2012-11-29 Sumco Corp ウェーハ表面処理方法

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Publication number Publication date
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