KR102159232B1 - 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 콜로이달 실리카, 암모니아, 및 하이드록시에틸셀룰로오스를 함유하고, 콜로이달 실리카의 1차입자경이 20nm 이상 30nm 미만, 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량이 40만 이상 70만 이하, 연마제 중에 존재하는 입자의 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D1, 콜로이달 실리카를 연마제 중의 콜로이달 실리카의 농도와 동일해지도록 수중에 분산시켰을 때의 콜로이달 실리카의 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D2라 했을 때, D1/D2가 1.5 이상 2.5 이하인 연마제, 시즈닝한 후에 건조시키고, 순수 적하 후 100초 경과한 후의 접촉각이 60° 이상인 연마포를 사용하는 마무리 연마방법이다. 이에 따라, 전체적인 헤이즈레벨이 좋고, 외주부의 헤이즈불균일도 적고, 미소결함도 적은 실리콘 웨이퍼가 얻어지는 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마방법이 제공된다.

Description

실리콘 웨이퍼의 마무리 연마방법{METHOD FOR FINAL POLISHING OF SILICON WAFER}
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마방법 및 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼는, 도 6에 나타내는 바와 같은, 연마포(602)가 붙어 있는 정반(603)과, 연마제 공급기구(604)와, 연마헤드(606) 등으로 구성된 연마장치(601)를 이용하여, 연마헤드(606)로 반도체 웨이퍼(W)를 유지하고, 연마제 공급기구(604)로부터 연마포(602) 상에 연마제(605)를 공급함과 함께, 정반(603)과 연마헤드(606)를 각각 회전시켜 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 연마포(602)에 슬라이딩 접촉(摺接)시킴으로써 연마를 행하고 있다.
또한, 반도체 웨이퍼의 연마는, 연마포의 종류나 연마제의 종류를 바꾸어, 다단으로 행해지는 경우가 많은데, 처음 행해지는 양면 연마를 1차연마, 1차연마 후에 행해지는 연마를 2차연마, 마지막 단에서 행해지는 연마공정을 마무리 연마나 파이널 연마라 부르고 있다.
마무리 연마공정에서는, 편면 연마가 많이 이용되고 있으며, 표면결함이 적고, 헤이즈라 불리는 웨이퍼 표면의 거칠기가 작아지도록, 연마제나 연마포가 선정되는데, 일반적으로는 알칼리 베이스의 콜로이달 실리카 함유 연마제와 스웨이드 타입의 연마포가 이용된다. 연마 후의 웨이퍼는, 표면이 소수성이기 때문에, 표면에 이물이 부착되거나, 연마제 중의 알칼리에 의해 표면이 불균일하게 에칭되어, 헤이즈 불균일이 발생하거나 한다. 이에 따라, 연마 후의 웨이퍼 표면을 친수화하여, 이물의 부착이나 표면의 에칭불균일을 억제하기 위하여, 하이드록시에틸셀룰로오스와 같은 수용성 셀룰로오스를 연마제에 첨가하는 것이 알려져 있다.
또한, 웨이퍼의 헤이즈에 관해서는, 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)를 연마제에 첨가하는 경우, 그 밖의 셀룰로오스를 첨가한 경우보다, 헤이즈레벨을 크게 저감시킬 수 있는 것도 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나, 하이드록시에틸셀룰로오스는, 웨이퍼의 친수성 향상에는 적합하지만, 여과가 어려울 뿐 아니라, 응집되기 쉬워, 웨이퍼의 미소한 표면결함을 증가시킨다는 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위하여, 저분자량의 하이드록시에틸셀룰로오스에 의한 여과성의 개선이나, 원액으로 여과한 후, 희석액을 재차 여과하는 방법(예를 들어, 특허문헌 2 참조)이나, 희석 전후의 지립의 평균2차입자경의 비율을 컨트롤하는 방법(예를 들어, 특허문헌 3 참조)이 제안되어 있다.
일본특허공개 2008-053414호 공보 국제공개 제2013/108777호 국제공개 제2013/108770호
그런데, 최근 웨이퍼 표면의 평활성의 개선 요구가 높아짐에 따라, 웨이퍼 표면의 거칠기(헤이즈) 개선를 위해, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 세정에 에칭력이 작은 브러시 세정 등이 도입되고 있다. 브러시 세정은, SC1(암모니아와 과산화수소수의 혼합액)세정으로 대표되는 배치식 약액에 의한 세정에 비해, 적은 에칭량으로 세정이 가능하므로, 에칭에 기인한 웨이퍼 표면의 헤이즈 악화를 억제할 수 있다.
실리콘 웨이퍼의 헤이즈는, 레이저 산란방식의 웨이퍼 표면검사장치(예를 들어 KLA 텐코사제의 Surfscan SP3 등)로 측정하고, 일반적으로는 웨이퍼 전체면의 평균값을 그 웨이퍼의 대표값으로 사용한다. 또한, 면내의 헤이즈레벨을 맵으로서 출력하는 것도 가능하며, 헤이즈맵은, 평균값으로는 나타나지 않는 국소적인 헤이즈이상을 육안으로 판정할 때에 이용된다.
헤이즈맵은, 통상 오토스케일로 출력하는 경우가 많으므로, 헤이즈레벨의 개선에 수반하여, 헤이즈불균일은 용이하게 확인 가능하게 되어, 특히 외주부에 발생하는 헤이즈불균일이 문제시되게 되었다. 도 7에 헤이즈맵의 예를 나타낸다. 또한, 도 8에 웨이퍼 외주부에 발생한 헤이즈불균일의 예를 나타낸다.
이 외주부에 발생하는 헤이즈불균일은, 특히 연마포 수명 초기 등, 연마포의 연마제 유지력이 낮은 상태에서 발생이 현저해지므로, 연마포의 기동(立上)시간(시즈닝시간)을 연장하거나, 더미 웨이퍼의 연마를 행하는 등으로 대응하고 있다. 그러나, 연마장치의 장시간 정지에 따른 생산성의 저하나, 시즈닝이나 더미 웨이퍼의 러닝에 따른 기동비용의 증가, 연마포 수명의 저하가 문제되고 있었다.
또한, 웨이퍼 표면의 친수성을 향상시키고, 연마제에 의한 표면의 불균일한 에칭을 억제하기 위하여, 분자량이 큰 하이드록시에틸셀룰로오스를 첨가한 경우, 여과성의 문제로부터, 표면결함이 증가한다는 문제가 있다. 표면결함을 개선하는 방법으로서, 원액으로 여과한 후, 희석액을 재차 여과하는 방법(특허문헌 2 참조)이나, 희석 전후의 평균2차입자경의 비율을 컨트롤하는 방법(특허문헌 3 참조)이 제안되어 있는데, 웨이퍼의 젖음성과 미소결함의 상반된 품질을 모두 만족하기에는 불충분하였다.
본 발명은 상기 서술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 전체적인 헤이즈레벨이 좋고, 외주부의 헤이즈불균일도 적고, 미소결함도 적은 실리콘 웨이퍼가 얻어지는 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 정반에 붙어 있는 연마포에 연마제를 공급하면서, 상기 연마포에 실리콘 웨이퍼를 슬라이딩 접촉시킴으로써 마무리 연마를 행하는 마무리 연마방법에 있어서, 상기 연마제로서, 콜로이달 실리카, 암모니아, 및 하이드록시에틸셀룰로오스를 함유하고, 상기 콜로이달 실리카의 BET법에 의해 측정된 1차입자경이 20nm 이상 30nm 미만이고, 상기 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량이 40만 이상 70만 이하이고, 상기 연마제 중에 존재하는 입자의 동적 광산란법 또는 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D1, 상기 콜로이달 실리카를 상기 연마제 중의 콜로이달 실리카의 농도와 동일해지도록 수중에 분산시켰을 때의 콜로이달 실리카의 동적 광산란법 또는 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D2라 했을 때, D1/D2가 1.5 이상 2.5 이하인 것을 사용하고, 상기 연마포로서, 상기 연마포를 시즈닝한 후에 건조시키고, 상기 연마포 상에 순수를 적하하고, 이 적하 후 100초 경과한 후의 상기 순수와 상기 연마포의 접촉각이 60° 이상인 것을 사용하여 상기 실리콘 웨이퍼를 마무리 연마하는 것을 특징으로 하는 마무리 연마방법을 제공한다.
이렇게 마무리 연마하면, 전체적인 헤이즈레벨이 좋고, 외주부의 헤이즈불균일도 적고, 미소결함도 적은 실리콘 웨이퍼가 얻어진다.
이때, 상기 시즈닝의 실시시간을 30분간으로 할 수 있다.
시즈닝시간을 30분으로 하면, 예를 들어 연마장치 본체를 이용하여 시즈닝을 행하는 경우여도, 연마장치에 의한 연마를 일단 정지함에 따른 생산성의 저하를 적게 끝낼 수 있다. 또한, 연마제를 이용한 시즈닝을 행하는 경우, 실시시간을 30분으로 하면 연마제 비용을 저감할 수 있고, 또한 연마포의 막힘에 따른 연마포 수명의 저하도 억제할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 상기 본 발명의 연마방법으로 마무리 연마된 실리콘 웨이퍼를 제공한다.
이처럼, 본 발명의 마무리 연마방법을 이용한다면, 전체적인 헤이즈레벨이 좋고, 외주부의 헤이즈불균일도 적고, 최근의 웨이퍼 표면의 평활성에 대한 요구를 만족시키면서, 미소결함도 적은 반도체 웨이퍼가 된다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마방법이면, 전체적인 헤이즈레벨이 좋고, 외주부의 헤이즈불균일도 적고, 미소결함도 적은 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 마무리 연마방법에서 사용할 수 있는 편면 연마장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 연마포의 순수와의 접촉각의 경시변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 시즈닝시간의 차이에 따른 접촉각의 경시변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 시즈닝시간의 차이에 따른 접촉각의 경시변화를 나타내는 사진이다.
도 5는 연마포의 순수 적하 후 100초 후의 접촉각을 나타내는 도면이다.
도 6은 일반적인 편면 연마장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 7은 마무리 연마 후의 웨이퍼의 헤이즈맵의 일 예를 나타내는 사진이다.
도 8은 마무리 연마 후의 웨이퍼의 외주부에 있어서의 헤이즈불균일의 일 예를 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 먼저, 본 발명의 마무리 연마방법에 사용 가능한 연마장치에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같은 연마장치(1)는, 주로, 연마포(2)가 붙어 있는 정반(3)과, 연마제 공급기구(4)와, 연마헤드(6) 등으로 구성되어 있다. 이 연마장치(1)에서는, 연마헤드(6)로 실리콘 웨이퍼(W)를 유지하고, 연마제 공급기구(4)로부터 연마포(2) 상에 연마제(5)를 공급함과 함께, 정반(3)과 연마헤드(6)를 각각 회전시켜 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 연마포(2)에 슬라이딩 접촉시킴으로써 연마를 행하고 있다.
이러한, 연마장치(1)를 이용하여 실리콘 웨이퍼를 연마하는 경우의, 본 발명의 마무리 연마방법을 이하에 설명한다.
본 발명의 마무리 연마방법에서는, 연마제(5)로서, 콜로이달 실리카, 암모니아, 및 하이드록시에틸셀룰로오스를 함유하는 것을 사용하는데, 이 연마제는, BET법에 의해 측정된 콜로이달 실리카의 1차입경은 20nm 이상 30nm 미만, 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량이 40만 이상 70만 이하이고, 또한 연마제 중에 존재하는 입자의 동적 광산란법 또는 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D1, 콜로이달 실리카를 연마제 중의 콜로이달 실리카의 농도와 동일해지도록 수중에 분산시켰을 때의 콜로이달 실리카의 동적 광산란법 또는 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D2라 했을 때, D1/D2가 1.5 이상 2.5 이하인 조건을 만족하는 연마제로 한다.
일반적으로, 하이드록시에틸셀룰로오스와 같은 수용성 고분자를 함유하는 연마제는, 수용성 고분자가 매개가 되어 지립(콜로이달 실리카)을 응집시키므로, 수용성 고분자를 함유하지 않는 연마제에 비해, 지립경이 커지는 경향을 보인다. 이 수용성 고분자의 응집에 대한 영향은, 연마제 중에 존재하는 입자의 동적 광산란법 혹은, 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 D95(체적기준의 입도분포에 있어서 누적체적비율이 95%가 되는 입자경)를 이용하여, 평가할 수 있다는 것에 본 발명자는 상도하였다.
구체적으로는, 수용성 고분자를 함유하는 연마제 중에 존재하는 입자의 D95를 D1, 연마제 중의 콜로이달 실리카와 동일농도가 되도록 수중에 분산시킨 콜로이달 실리카의 D95를 D2로 했을 때의, D1/D2의 값을 구함으로써, 연마제 중에 포함되는 수용성 고분자 등의 첨가제에 기인한 지립의 응집상황을 수치화할 수 있다. 연마제 중에 존재하는 입자로는, 콜로이달 실리카의 비율이 않으나, 그 밖에 예를 들어 하이드록시에틸셀룰로오스의 응집물이나, 기타 첨가제에 기인한 응집물 등도 포함된다. D1/D2의 값이 1.0 부근이면 지립의 응집은 없으며, D1/D2의 값이 1.0보다 커질수록, 연마제 중에 포함되는 수용성 고분자 등의 첨가제에 의해, 응집이 진행되고 있다고 판단할 수 있다. 따라서, D1/D2의 값이 작다면, 연마제 중의 지립의 응집에 기인한 미소결함을 억제할 수 있다. 한편, D95의 측정은, 예를 들어, 시마즈제작소제의 나노입자경 분포측정장치 SALD-7100 등의 측정장치를 이용하여 행할 수 있다.
또한, 웨이퍼 표면의 헤이즈는, 콜로이달 실리카(지립)의 BET법으로 측정되는 지립의 비표면적에 기초하여 계산한 1차입경(평균1차입경이라고도 함)에도 영향을 받는다. 동일연마하중이면, 지립의 1차입경이 작은 것이 지립에 대한 압력분산효과를 얻을 수 있는데, 지립의 1차입경이 20nm보다 작으면 응집되기 쉬워지므로, 표면결함레벨이 악화된다. 또한 연마레이트도 저하되므로, 생산성이 내려가 비용이 상승한다. 또한, 지립의 1차입경이 30nm 이상이 되면 압력분산효과가 불충분해져 헤이즈가 악화된다. 이에 따라, 웨이퍼의 헤이즈레벨, 표면결함레벨, 연마레이트의 밸런스를 위해, 지립의 평균1차입자경은, 20nm 이상, 30nm 미만일 필요가 있다.
웨이퍼 표면의 친수성(젖음성)은, 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량의 영향이 크고, 중량평균분자량이 큰 것이 헤이즈불균일을 저감할 수 있는데, D1/D2의 값이 커져, 지립의 응집에 기인한 미소결함이 증가한다. 또한, D1/D2를 작게 하기 위하여, 하이드록시에틸셀룰로오스의 첨가농도를 낮추거나, 분산제를 첨가하거나 하는 경우, D1/D2가 작아질 수는 있으나, 충분한 친수효과를 얻을 수 없다. 따라서, 웨이퍼 표면의 친수성의 확보와 미소결함의 억제를 위해서는, 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량은 40만 이상 70만 이하이고, 이때의 D1/D2의 값은, 1.5 이상 2.5 이하인 것이 필요하다. 특히, D1/D2의 값은 2.3 이하인 것이 보다 바람직하다.
이러한 연마제를 이용한다면, 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마에서 발생하는 헤이즈불균일의 억제와 미소결함의 저감이 가능하다.
나아가, 본 발명에서는, 연마포(2)로서, 시즈닝한 후 완전히 건조시키고, 순수를 적하하고, 이 적하 후 100초 경과한 후의 순수와 연마포의 접촉각이 60° 이상이 되는 것을 사용한다. 한편, 시즈닝이란, 일반적으로는 세라믹스나 더미 웨이퍼를 이용하여, 교환 직후의 새로운 연마포의 표면을 평활화하는 연마포의 기동작업을 말하며, 순수나 연마제를 이용하여 행해진다. 시즈닝은, 장시간 행해지는 경우가 많은데, 그동안, 연마를 일단 정지할 필요가 있으므로, 반도체 웨이퍼의 생산성이 저하된다. 또한, 연마제를 이용하여 시즈닝을 행하는 경우, 연마제 비용의 상승이나, 연마포 수명에 영향을 주기 때문에, 단시간에 종료하는 것이 바람직하다.
헤이즈맵에서 확인되는 웨이퍼 외주부의 헤이즈불균일은, 특히 연마포 수명 초기 등의, 연마포의 연마제 유지력이 낮은 상태에서 현저하므로, 연마포의 연마제 유지성의 영향도 받고 있는 것으로 보인다. 연마포의 수명 초기의 연마제 유지성은, 순수를 연마포 상에 적하하고, 일정시간 경과 후의 접촉각으로 평가할 수 있다. 연마포 상에 적하한 순수는, 시간의 경과와 함께 연마포에 스며들기 때문에, 접촉각이 변한다. 연마제의 유지성이 좋은 연마포란, 접촉각이 크고, 이 접촉각의 경시변화가 적은 연마포라고 정의할 수 있다. 이에, 본 발명에서는, 순수 적하 후 100초 경과한 후의 접촉각이 60°이상인, 연마제의 유지성이 양호한 연마포를 사용함으로써, 연마포의 수명 초기여도 헤이즈불균일의 발생이 적은 실리콘 웨이퍼의 연마를 가능하게 하였다.
도 2에, 스웨이드 타입의 연마포 A-1, B, C, D, E를 30분간 시즈닝하여, 접촉각의 경시변화를 측정한 결과를 나타낸다. 시즈닝을 행함에 따라, 각 연마포의 표면상태는 연마포마다의 차가 거의 보이지 않고 거의 같아져 있으므로, 순수 적하 직후의 접촉각은 거의 동일하다. 한편, 연마포마다 접촉각의 경시변화가 상이한 것을 알 수 있다.
도 3에 동일한 연마포를 이용하여, 시즈닝시간을 30분(연마포 A-1), 시즈닝시간을 120분(연마포 A-2), 240분(연마포 A-3)으로 변화시킨 경우의 접촉각의 경시변화를 나타낸다. 동일한 연마포라도, 순수 적하 직후의 접촉각은 거의 동일하지만, 시즈닝시간에 의해 접촉각의 경시변화가 상이한 것을 알 수 있다. 이때의 액적의 상태예를 도 4에 나타낸다. 또한, 연마포 A-1, A-2, A-3, B, C, D, E에 있어서의 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각을 도 5에 나타낸다.
연마포의 제조공정에서는, 정포제(整泡劑)로서 계면활성제 등의 첨가제가 이용된다. 첨가제는, 제조업체나 연마포의 종류에 따라, 첨가하는 종류나 첨가량이 상이하다. 이들 첨가제는, 연마포 제조공정 중에서 완전히 제거되지는 않고, 일부 연마포 중에 잔류하므로, 연마포에 따라 접촉각의 경시변화가 상이하다. 또한, 이 잔류 첨가제는, 시즈닝 중에 서서히 저하되어 가므로, 동일한 연마포여도, 시즈닝 전후로 잔류 첨가제 농도가 상이하고, 접촉각의 경시변화가 상이하다.
특히, 마무리 연마에 일반적으로 이용되는 스웨이드 타입의 마무리 연마포라면, 30분간의 시즈닝을 행한다면, 연마포 표면의 미소한 요철을 충분히 평활화할 수 있으므로, 안정된 접촉각의 평가가 가능하다. 또한, 접촉각에 대한 영향이 큰 친수계의 첨가제는, 비교적 빨리 잔류농도가 저하되므로, 30분간의 시즈닝으로, 잔류 첨가제의 영향을 어느 정도 제외한 접촉각의 측정이 가능하다.
이상으로부터, 연마포의 연마제 유지성의 평가방법으로서, 연마포 표면에 순수를 적하 후, 일정시간 경과 후의 접촉각에 따라, 연마포의 젖음성을 평가하는 방법이 유효하다.
구체적으로는, 30분간의 시즈닝 후, 완전히 건조시킨 연마포 표면에 순수를 적하하고, 100초 경과 후의 접촉각이 60°이상이라면, 연마포 수명 초기여도 충분한 연마제 유지성이 있는 연마포라고 판단할 수 있다. 한편, 접촉각은, 일반적인 접촉각계를 사용하여 측정하면 된다. 접촉각계로는, 예를 들어 주식회사 마츠보제의 모바일 접촉각계 PG-X를 이용할 수 있다.
시즈닝에 의해, 접촉각이 60°이상이 되는 표면상태를 얻을 수 있는데, 선정한 연마포에 따라서는 시즈닝시간이 길어져, 생산성의 저하나 기동비용이 증대하므로, 5~120분 정도의 단시간의 시즈닝, 특히 30분간의 시즈닝으로, 100sec 경과 후의 접촉각이 60°이상이 되는 연마포를 선정하는 것이 바람직하다.
이들과 같은, 연마제 및 연마포를 조합하여 마무리 연마를 실시함으로써, 연마포 수명 초기부터, 웨이퍼의 헤이즈불균일의 발생, 특히 웨이퍼 외주의 헤이즈불균일의 발생 및 미소결함의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 이러한 마무리 연마방법으로 마무리 연마한 반도체 웨이퍼이면, 전체적인 헤이즈레벨이 좋고, 외주부의 헤이즈불균일도 적고, 최근의 웨이퍼 표면의 평활성에 대한 요구를 만족시키면서, 미소결함도 적은 반도체 웨이퍼가 된다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
본 발명의 마무리 연마방법에 의해 실리콘 웨이퍼를 마무리 연마하였다.
먼저, 지립(BET법에 의해 측정된 평균1차입자경이 25nm인 콜로이달 실리카), 암모니아, 하이드록시에틸셀룰로오스, 및 순수를 배합하여, 연마제를 조정하였다. 실시예 1에 있어서, 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량은, 50만이었다. 한편, 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량은, 겔침투 크로마토그래피를 이용하여, 폴리에틸렌옥사이드 환산값으로서 산출하였다. 또한, 이때의 D1/D2의 값은 1.86이었다.
연마포는, 도 5에 나타낸 연마포 E를 사용하였다. 이 연마포 E는, 상기 서술한 바와 같이, 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각은 114.5°였다. 한편, 연마포의 시즈닝조건은, 본 발명에서 특별히 한정되지 않으나, 이번에는 세라믹 정반을 이용하여, 웨이퍼 연마시와 동일한 연마하중, 회전수로 행하였다. 또한, 마무리 연마에서 사용하는 연마제를, 마무리 연마시와 동일한 유량으로 이용하였다.
또한, 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각의 측정은 시즈닝 종료 후, 브러시를 이용하여 순수로 연마포 표면을 세정한 후, 접촉각 측정용 샘플을, 웨이퍼의 연마결과에 영향을 주지 않는 위치로부터 잘라낸 후, 이 샘플로 연마포의 평가를 행하였다. 한편, 접촉각 측정용 샘플은, 시즈닝 후에 24시간 이상 방치하여, 완전히 건조시키고, 주식회사 마츠보제의 모바일 접촉각계 PG-X를 이용하여 접촉각의 측정을 행하였다.
연마장치는, 오카모토제작소제 PNX332B를 이용하여, 피연마물로서, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를, 연마하중: 150g/cm2, 정반회전수: 30rpm, 헤드회전수: 30rpm, 연마제유량: 1L/min의 조건으로 연마를 행하였다. 또한, 마무리 연마 전에 행한 2차연마조건은 모두 동일하게 하고, 마무리 연마는, 절삭량(取り代)이 같아지도록, 연마시간을 조정하였다. 마무리 연마 후의 웨이퍼는, 매엽식의 브러시 세정기를 이용하여, 세정 후의 헤이즈레벨이, 0.08ppm을 초과하지 않도록 에칭조건을 조정하였다.
마무리 연마 후의 웨이퍼의 헤이즈의 평가는, KLA 텐코사제 웨이퍼 표면검사장치 Surfscan SP3으로 행하였다. 헤이즈불균일의 판정은, 통상은 오토스케일로 출력한 헤이즈맵을 이용하여, 육안으로 판정하였으나, 이번에는, 헤이즈레벨 0.08ppm 이하의 웨이퍼만을 이용하여, 맵으로 확인 가능한 헤이즈불균일에 근사한 패턴이 얻어지도록 임계값을 설정하고, 임계값을 넘은 비율(이하에서는, 이 비율을 Defect%라 호칭함)을 산출하였다. 한편, 도 7과 도 8의 헤이즈맵은, 웨이퍼 외주에서부터 2mm을 제외하고 측정한 맵인데, 육안 판정과의 정합성을 위해, 본 실시예 1에 있어서의 헤이즈불균일의 수치화는 웨이퍼 외주에서부터 3mm을 제외하고 산출하였다.
상기 방법으로 수치화한 Defect%는, 도 7의 헤이즈맵인 경우 1.1%, 도 8의 헤이즈불균일인 경우에 5.2%였다. Defect%의 판정기준은, 도 8의 헤이즈불균일을 NG판정으로 하기 위하여, 5% 이하를 합격으로 하고, 5%를 초과하는 경우에는 불합격으로 하였다.
품질 평가에 있어서, 미소결함은, 후술하는 비교예 1을 기준으로 판정하였다. 미소결함은, 편차가 크기 때문에, 비교예 1의 레벨보다, 1.5배 미만을 ○, 1.5배 이상 2배 미만을 △, 2배 이상을 ×로 표기하였다.
표 1에 실시예 1, 후술하는 실시예 2-6, 및 후술하는 비교예 1-8의 연마제, 연마포의 조건, 연마 후의 웨이퍼 품질을 나타낸다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤이즈레벨이 양호함과 함께, 헤이즈불균일(Defect%)은 1.1%로 합격기준인 5.0%를 크게 하회하는 양호한 값이 되었다. 또한, 미소결함에 대해서도 만족하는 결과가 얻어졌다.
(실시예 2)
연마제 중의 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량을 40만, D1/D2를 1.51로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤이즈레벨이 양호함과 함게, 헤이즈불균일(Defect%)은 3.3%로 합격기준인 5.0%를 하회하는 양호한 값이 되었다. 또한, 미소결함에 대해서도 만족하는 결과가 얻어졌다.
(실시예 3)
연마제 중의 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량을 70만, D1/D2를 2.28로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤이즈레벨이 양호함과 함께, 헤이즈불균일(Defect%)은 2.9%로 합격기준인 5.0%를 하회하는 양호한 값이 되었다. 또한, 미소결함에 대해서도 만족하는 결과가 얻어졌다.
(실시예 4)
연마포를 도 5에서 나타낸 연마포 A-3으로 변경한 것, 즉 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각이 62.8°인 연마포를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤이즈레벨이 양호함과 함께, 헤이즈불균일(Defect%)은 2.9%로 합격기준인 5.0%를 하회하는 양호한 값이 되었다. 또한, 미소결함에 대해서도 만족하는 결과가 얻어졌다.
(실시예 5)
연마포를 도 5에서 나타낸 연마포 C로 변경한 것, 즉 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각이 63.9°인 연마포를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤이즈레벨이 양호함과 함께, 헤이즈불균일(Defect%)은 4.6%로 합격기준인 5.0%를 하회하는 양호한 값이 되었다. 또한, 미소결함에 대해서도 만족하는 결과가 얻어졌다.
(실시예 6)
연마포를 도 5에서 나타낸 연마포 D로 변경한 것, 즉 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각이 81.9°인 연마포를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤이즈레벨이 양호함과 함께, 헤이즈불균일(Defect%)은 3.9%로 합격기준인 5.0%를 하회하는 양호한 값이 되었다. 또한, 미소결함에 대해서도 만족하는 결과가 얻어졌다.
(비교예 1)
연마제 중의 콜로이달 실리카의 평균1차입자경을 35nm, D1/D2를 2.28로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1은, 평균1차입자경이 35nm로, 30nm 이상이므로, 헤이즈의 평균값이 0.0750ppm으로 악화되어, 실시예에 비해 약 15% 높은 결과가 되었다. 따라서, 평균1차입자경은 30nm 미만인 것이 필요함을 알 수 있었다. 단, 입자경이 너무 작으면 연마레이트가 저하되기 때문에, 평균1차입자경은 20nm 이상일 필요가 있다.
(비교예 2)
연마제 중의 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량을 30만, D1/D2를 1.51로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량이 40만 미만이었기 때문에, 친수성이 충분히 얻어지지 않았으며, 헤이즈불균일(Defect%)은 8.4%로 합격기준인 5.0%를 대폭 상회하였다.
(비교예 3)
연마제 중의 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량을 100만, D1/D2를 2.28로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 친수성이 충분히 얻어져, 헤이즈불균일(Defect%)은 양호한 값이 되었지만, 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량이 70만보다 크기 때문에, 연마제 중의 콜로이달 실리카의 응집이 실시예보다 촉진되었고, 미소결함이 증가하여, 판정은 ×가 되었다.
(비교예 4)
연마제 중의 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량을 70만, D1/D2를 2.80으로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다. 비교예 4에서는, 하이드록시에틸셀룰로오스의 첨가농도를 달리 함으로써 D1/D2를 변화시키고 있다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, D1/D2가 2.5보다 크기 때문에, 헤이즈불균일(Defect%)은 5.5%로 합격기준인 5.0%를 상회하였다.
(비교예 5)
연마제 중의 하이드록시에틸셀룰로오스의 평균중량분자량을 50만, D1/D2를 1.23으로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다. 한편, 비교예 5만 D1/D2를 작게 하기 위하여, 분산제의 첨가를 행하였다. 분산제로는, 비이온계 계면활성제나, 음이온계 계면활성제를 이용할 수 있다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, D1/D2가 1.5보다 작았기 때문에, 친수성이 충분히 얻어지지 않았으며, 헤이즈불균일(Defect%)은 5.9%로 합격기준인 5.0%를 상회하였다.
(비교예 6)
연마포를 도 5에서 나타낸 연마포 A-1로 변경한 것, 즉 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각이 0.0°인 연마포를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 연마포의 연마제 유지성능이 충분하지 않아, 헤이즈불균일(Defect%)은 11.3%로 합격기준인 5.0%를 크게 상회하는 값으로 악화되었다.
(비교예 7)
연마포를 도 5에서 나타낸 연마포 A-2로 변경한 것, 즉 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각이 53.5°인 연마포를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 연마포의 연마제 유지성능이 충분하지 않아, 헤이즈불균일(Defect%)은 5.2%로 합격여부 기준인 5.0%를 상회하는 값으로 악화되었다.
(비교예 8)
연마포를 도 5에서 나타낸 연마포 B로 변경한 것, 즉 순수 적하 후 100초 경과 후의 접촉각이 40.8°인 연마포를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 품질을 평가하였다.
그 결과, 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 연마포의 연마제 유지성능이 충분하지 않아, 헤이즈불균일(Defect%)은 6.3%로 합격여부 기준인 5.0%를 상회하는 값으로 악화되었다.
Figure 112017011517007-pct00001
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (3)

  1. 정반에 붙어 있는 연마포에 연마제를 공급하면서, 상기 연마포에 실리콘 웨이퍼를 슬라이딩 접촉시킴으로써 마무리 연마를 행하는 마무리 연마방법에 있어서,
    상기 연마제로서, 콜로이달 실리카, 암모니아, 및 하이드록시에틸셀룰로오스를 함유하고,
    상기 콜로이달 실리카의 BET법에 의해 측정된 1차입자경이 20nm 이상 30nm 미만이고,
    상기 하이드록시에틸셀룰로오스의 중량평균분자량이 40만 이상 70만 이하이고,
    상기 연마제 중에 존재하는 입자의 동적 광산란법 또는 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D1, 상기 콜로이달 실리카를 상기 연마제 중의 콜로이달 실리카의 농도와 동일해지도록 수중에 분산시켰을 때의 콜로이달 실리카의 동적 광산란법 또는 레이저 회절 산란법에 의해 측정된 누적체적비율이 95%가 되는 입자경을 D2라 했을 때, D1/D2가 1.5 이상 2.5 이하인 것을 사용하고,
    상기 연마포로서, 상기 연마포를 시즈닝한 후에 건조시키고, 상기 연마포 상에 순수를 적하하고, 이 적하 후 100초 경과한 후의 상기 순수와 상기 연마포의 접촉각이 60° 이상인 것을 사용하여 상기 실리콘 웨이퍼를 마무리 연마하는 것을 특징으로 하는 마무리 연마방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시즈닝의 실시시간을 30분간으로 하는 것을 특징으로 하는 마무리 연마방법.
  3. 삭제
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