KR102382812B1 - 실리콘웨이퍼의 연마방법 - Google Patents

실리콘웨이퍼의 연마방법 Download PDF

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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 정반에 첩부한 연마포 상에 지립을 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 연마헤드가 유지하는 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제1 연마공정, 및, 상기 연마포에 지립을 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 상기 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제2 연마공정을 갖는 실리콘웨이퍼의 연마방법으로서, 상기 제2 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도를, 상기 제1 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록, 상기 연마포의 표면온도를 제어하여 상기 실리콘웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 연마방법이다. 이에 따라, 높은 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 저감을 양립할 수 있는 실리콘웨이퍼의 연마방법이 제공된다.

Description

실리콘웨이퍼의 연마방법
본 발명은, 실리콘웨이퍼의 연마방법에 관한 것이다.
최근, 반도체소자의 소형경량화, 고집적화가 눈부시게 이루어지고 있으며, 이에 따라 모체가 되는 웨이퍼의 고품질화와 대직경화가 진행되고, 직경 300mm를 초과하는 것도 나타나, 요구되는 웨이퍼의 평탄도나 표면거칠기는 점점 까다로워지고 있다.
종래의 연마방법에서는, 주로, 연마포가 첩부된 정반, 웨이퍼를 이면측으로부터 유지하는 연마헤드, 슬러리를 공급하는 노즐을 구비한 연마장치를 이용하고, 정반이나 연마헤드를 회전시키고, 또한 연마포 상에 슬러리를 공급하면서, 연마헤드에 의해 웨이퍼의 표면을 연마포에 슬라이딩접촉하여 연마를 행하고 있다(특허문헌 1 참조).
종래, 웨이퍼의 평탄성(플랫니스)을 만들어 넣기 위해 지립을 포함하는 슬러리를 공급하면서 가공하는 1단째와, 웨이퍼의 표면상태(거칠기, 흠집, 파티클 등)를 만들어 내기 위해 지립을 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 슬러리를 공급하면서 가공하는 2단째로 이루어지는 연마가 실시되고 있었다. 또한, 이러한 복수단의 연마를 행하는 형식에 있어서, 정반회전수 등의 연마조건은 항상 일정했었다.
일본특허공개 2001-334454호 공보
본 발명자들은 지금까지의 연구에 있어서, 상기 1단째와 2단째로 이루어지는 연마를 행하는 경우, 정반회전수를 축으로 하여, 연마 전후에서의 ΔESFQRmax와, 표면거칠기가 트레이드오프의 관계에 있는 것을 발견하였다(도 3). 한편, 도 3은, 정반회전수가 3배속인 경우를 기준으로 하여, 표면거칠기의 상대값(좌축)과 ΔESFQRmax(에지플랫니스)의 상대값(우축)을 나타낸 그래프이다. 그러나, 이러한 관계에서도, 양 품질을 양호하게 하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 개선을 양립할 수 있는 실리콘웨이퍼의 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 정반에 첩부한 연마포 상에 지립을 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 연마헤드가 유지하는 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제1 연마공정, 및, 상기 연마포에 지립을 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 상기 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제2 연마공정을 갖는 실리콘웨이퍼의 연마방법으로서, 상기 제2 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도를, 상기 제1 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록, 상기 연마포의 표면온도를 제어하여 상기 실리콘웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 연마방법을 제공한다.
이와 같이, 제1 연마공정보다 제2 연마공정에서의 연마포의 표면온도를 2℃ 이상 높여 연마함으로써, 높은 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 저감의 양립이 달성된 실리콘웨이퍼를 얻을 수 있다.
또한, 상기 연마포의 표면온도의 제어를, 상기 연마포의 표면온도를 적외선에 의해 취득하면서 행하는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 보다 정확하게 연마포의 표면온도의 제어를 행할 수 있다.
또한 이 경우, 상기 연마포의 표면온도의 제어를, 상기 정반의 회전수, 상기 정반에 흐르는 냉각수의 유량 및 온도 중 적어도 어느 하나를 제어함으로써 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 연마포의 표면온도의 제어를 행함으로써, 용이하게, 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도를, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록 제어하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실리콘웨이퍼의 연마방법이면, 높은 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 저감이 모두 달성된 실리콘웨이퍼를 얻을 수 있다.
[도 1] 실시예 1, 2에 있어서의 연마포의 표면온도의 추이를 나타내는 그래프이다.
[도 2] 본 발명의 실리콘웨이퍼의 연마방법에 있어서 이용할 수 있는 편면연마기의 일 예를 나타내는 개략도이다.
[도 3] ΔESFQRmax와 표면거칠기와의 트레이드오프의 관계를 나타내는 그래프이다.
상기 서술한 바와 같이, 종래, 높은 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 저감을 양립할 수 있는 실리콘웨이퍼의 연마방법이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 추가적인 연구에 의해, 플랫니스에는 지립만을 포함하는 알칼리수용액을 공급하는 1단째의 연마온도(제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도)가, 표면거칠기에는 고분자폴리머만을 포함하는 알칼리수용액을 공급하는 2단째의 연마온도(제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도)가 지배적으로 영향을 주는 것을 발견하였다. 이에, 적외선으로 연마포의 표면온도를 모니터링하고, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도의 온도가 높아지도록 연마함으로써 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 개선의 쌍방이 달성되는 조건을 구하였다.
그리고, 본 발명자들은, 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도를, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록 제어함으로써, 높은 평탄도(플랫니스)와 표면거칠기의 저감을 양립할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.
즉, 본 발명은, 정반에 첩부한 연마포 상에 지립을 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 연마헤드가 유지하는 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제1 연마공정, 및, 상기 연마포에 지립을 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 상기 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제2 연마공정을 갖는 실리콘웨이퍼의 연마방법으로서, 상기 제2 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도를, 상기 제1 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록, 상기 연마포의 표면온도를 제어하여 상기 실리콘웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 연마방법을 제공한다.
이하, 실리콘웨이퍼의 연마방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서는, 도 2에 나타내는 바와 같은, 연마포(1)가 첩부된 정반(2)과, 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 연마헤드(3)를 구비한, 편면연마기(10)를 사용할 수 있다. 이 편면연마기(10)는, 연마포(1) 상에 노즐(4)로부터 연마액(슬러리)을 공급하면서, 그 연마포(1)에 연마헤드(3)가 유지하는 웨이퍼(W)의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 것이다.
한편, 도 2에서는, 1개의 정반 상에 2개의 연마헤드(3)를 갖는 태양을 도시하였으나, 본 발명에서 사용하는 연마장치는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 1개의 정반 상에 1개 또는 3개 이상의 연마헤드를 갖고 있을 수도 있다. 또한, 정반의 수도 특별히 한정되지 않으며, 복수의 정반을 갖고 있을 수도 있다.
연마포(1)로는, 발포우레탄패드 또는 부직포를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 이러한 편면연마기(10)를 이용하여, 우선, 정반(2)에 첩부한 연마포 상에 노즐(4)로부터 지립을 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 연마포(1)에 연마헤드(3)가 유지하는 실리콘웨이퍼(W)의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제1 연마공정을 행한다.
제1 연마공정의 연마액(슬러리)으로는, 지립을 포함하는 알칼리수용액을 이용한다. 알칼리수용액으로는, KOH수용액을 들 수 있다. 지립으로는, 콜로이달실리카가 바람직하다. 단, 지립을 포함하는 알칼리수용액이면, 지립이나 알칼리수용액의 종류는 이것으로 한정되는 것은 아니다.
이어서, 연마포(1)에 지립을 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 연마포(1)에 실리콘웨이퍼(W)의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제2 연마공정을 행한다. 여기서, 본 발명은, 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도를, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록, 연마포의 표면온도를 제어하여 실리콘웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 한다(즉, 도 1에 있어서 ΔT≥2℃). 이와 같이 연마포의 표면온도를 제어함으로써, 높은 평탄도와 표면거칠기의 저감을 양립할 수 있다.
제2 연마공정의 연마액으로는, 지립(예를 들어 콜로이달실리카)은 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 알칼리수용액을 이용한다. 고분자폴리머로는, 웨이퍼에 흡착하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 하이드록시에틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 알칼리수용액으로는, 암모니아수를 들 수 있다. 단, 고분자폴리머나 알칼리수용액의 종류는 이것들로 한정되지 않는다.
제1 연마공정 중 및 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도는, 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도가, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록 제어된다면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 25℃~35℃의 범위 내의 소정의 온도로 할 수 있다. 연마시간은 각각, 2분~8분으로 할 수 있다.
또한, 연마포의 표면온도의 제어를, 연마포의 표면온도를 적외선에 의해 취득하면서 행하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 보다 정확하게 연마포의 표면온도의 제어를 행할 수 있다.
제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도가, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록 하는 수단은 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로는, 연마포의 표면온도를 적외선에 의해 취득하면서, 정반의 회전수, 정반에 흐르는 냉각수의 유량 및 온도 중 적어도 어느 하나를 제어함으로써, 연마포의 표면온도 제어를 행할 수 있다. 예를 들어, 제1 연마공정 종료 후, 정반회전수 상승에 의해 마찰열을 증대시키거나, 정반에 흐르는 냉각수의 온도상승·유량저하를 행함으로써 연마포의 표면온도를 2℃ 이상 상승시킬 수 있다. 제1 연마공정으로부터 제2 연마공정으로의 이행(승온)시간은 예를 들어, 15초~30초로 할 수 있다. 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도가, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록 하는 수단은, 공급하는 연마액의 유량이나 온도, 연마헤드의 회전수나 연마헤드에 흐르는 냉각수의 유량이나 온도를 제어함으로써도 할 수도 있다. 단, 연마포가 첩부되어 있는 정반의 회전수나 정반에 흐르는 냉각수를 제어하는 편이 보다 간단하게 연마포의 표면온도를 제어할 수 있다.
제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도가 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 낮은 경우, 및, 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도와 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도와의 차가 2℃ 미만인 경우에는, 높은 평탄도와 표면거칠기의 저감을 양립할 수 없다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1~2, 비교예 1~3)
도 2에 나타내는 바와 같은, 정반(2)에 첩부한 연마포(1) 상에 노즐(4)로부터 슬러리를 공급하면서, 그 연마포(1)에 연마헤드(3)가 유지하는 웨이퍼(W)의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 편면연마기(10)를 사용하였다. 연마포(1)로는, 부직포를 이용하였다. 연마슬러리에는, 제1 연마공정에 콜로이달실리카를 포함하는 KOH수용액을, 제2 연마공정에 분자량 100만의 HEC(하이드록시에틸셀룰로오스)를 포함하는 암모니아수용액을 이용하였다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 콜로이달실리카를 포함하는 KOH수용액을 공급하면서, 실리콘웨이퍼를 연마한(제1 연마공정) 후, 분자량 100만의 HEC를 포함하는 암모니아수용액의 공급개시와 동시에 정반냉각수를 차단하고, 또한, 정반회전수를 15sec 동안 상승시켜(승온파트), 표 1에 나타내는, 제1 연마공정 중의 정반회전수에 대한 회전수로, 제2 연마공정을 행하였다. 연마 중의 연마포의 표면온도는, 적외선으로 채취하고, 제1 연마공정과 제2 연마공정 중의 평균온도차(ΔT)를 표 1에 나타내었다.
제1 연마공정과 제2 연마공정의 온도차에 대한 ΔESFQRmax와, TMS-3000W(Schmitt사제)를 이용하여 측정한 표면거칠기를 표 1에 정리하였다. 에지플랫니스는, KLA Tencor사의 Wafer Sight를 이용하여 측정하였다. ESFQRmax산출시에는, M49 mode에 존(별칭: Polar Sites)을 전체섹터수 72개, 섹터길이 30mm(2mm E.E.(외주부 제외영역))로 설정하였다. ΔESFQRmax란, 연마 전후의 차분을 나타낸다.
Figure 112019107747202-pct00001
표 1에 나타나는 바와 같이, 제2 연마공정 중의 연마포의 표면온도를, 제1 연마공정 중의 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록 제어한 실시예 1, 2에서는, 평탄도와 표면거칠기의 쌍방에서 규격을 클리어하였다. 한편, 비교예 1~3에서는, 표면거칠기가 규격을 만족하지 않아, 평탄도와 표면거칠기의 양립을 달성할 수 없었다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (3)

  1. 정반에 첩부한 연마포 상에 지립을 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 연마헤드가 유지하는 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제1 연마공정, 및, 상기 연마포에 지립을 포함하지 않고 고분자폴리머를 포함하는 알칼리수용액을 공급하면서, 상기 연마포에 상기 실리콘웨이퍼의 표면을 슬라이딩접촉시켜 연마하는 제2 연마공정을 갖는 실리콘웨이퍼의 연마방법으로서,
    상기 제2 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도를, 상기 제1 연마공정 중의 상기 연마포의 표면온도보다 2℃ 이상 높아지도록, 상기 연마포의 표면온도를 제어하여 상기 실리콘웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 연마방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마포의 표면온도의 제어를, 상기 연마포의 표면온도를 적외선에 의해 취득하면서 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 연마방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마포의 표면온도의 제어를, 상기 정반의 회전수, 상기 정반에 흐르는 냉각수의 유량 및 온도 중 적어도 어느 하나를 제어함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 연마방법.
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