KR102599908B1 - 연마 장치 - Google Patents

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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 연마 패드에 연마액을 골고루 퍼지게 하고, 얇은 웨이퍼라 하더라도 엣지 칩핑의 발생을 방지하여, 웨이퍼를 양호하게 연마하는 것을 과제로 한다.
연마 장치의 연마 패드는, 연마 지립을 함유하고, 또한 지지 베이스에 접착되는 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 연마 패드는, 평탄한 연마면까지 연통하는 복수의 연통 구멍을 가지며, 연마액이 복수의 홈에 골고루 퍼져 복수의 연통 구멍을 통과하여 연마면에 공급된다. 연마 패드에 있어서, 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 연마면에는 홈이 형성되어 있지 않기 때문에, 평탄한 연마면으로 웨이퍼를 연마할 수 있다. 홈측면과 연마면 사이의 각형부가 웨이퍼에 맞닿지 않기 때문에, 웨이퍼의 외주 엣지에 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있다.

Description

연마 장치{POLISHING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼를 연마하는 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에서는, 복수의 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라서 분할함으로써 반도체 디바이스를 형성한다. 반도체 디바이스의 소형화 및 경량화를 도모하기 위해, 반도체 웨이퍼를 분할하기 전에 반도체 웨이퍼의 이면을 연삭하고 있다. 이와 같이 반도체 웨이퍼를 연삭하면, 반도체 웨이퍼의 이면에 마이크로크랙으로 이루어진 1 ㎛ 정도의 연삭 왜곡층이 생성된다. 반도체 웨이퍼의 두께가 100 ㎛ 이하로 얇아지면, 이 연삭 왜곡층에 의해 반도체 디바이스의 항절 강도가 저하된다고 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 반도체 웨이퍼를 소정의 두께로 연삭한 후, 반도체 웨이퍼의 이면에 폴리싱 가공, 웨트 에칭 가공, 드라이 에칭 가공 등을 하여, 반도체 웨이퍼의 이면에 생성된 연삭 왜곡층을 제거하여, 반도체 디바이스의 항절 강도의 저하를 방지하고 있다.
한편, DRAM이나 플래시메모리 등과 같이 메모리 기능을 갖는 디바이스가 복수 형성된 반도체 웨이퍼에서는, 연삭 왜곡층을 제거하면 메모리 기능이 저하된다고 하는 문제가 있다. 이것은, 반도체 웨이퍼 이면의 연삭 왜곡층이 제거되면 게터링 효과가 소실되어, 반도체 웨이퍼의 내부에 함유한 구리 등의 금속 이온이 디바이스가 형성된 표면측에 부유함으로써 전류 누설이 발생하기 때문이라고 생각된다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 반도체 웨이퍼의 이면에 0.2 ㎛ 이하의 두께의 마이크로크랙으로 이루어진 게터링층을 형성하기 위한 연마 패드가 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 연마 패드는, 실리콘과 고상 반응을 유발하는 고상 반응 미립자(연마용 지립)와, 실리콘보다 모스 경도가 높은 게터링층 형성 미립자(게터링용 지립)를 혼입한 액상 결합재를 부직포에 함침시켜 구성되어 있다.
반도체 웨이퍼를 소정의 두께로 연삭한 후, 알칼리 용액을 공급하면서 이 연마 패드로 반도체 웨이퍼의 이면을 연마한다. 이것에 의해, 연마 패드의 고상 반응 미립자가 작용하여, 반도체 웨이퍼의 이면에 잔존한 연삭 지석에 의한 연삭 왜곡층이 제거된다. 그 후, 순수를 공급하면서, 이 연마 패드로 반도체 웨이퍼의 이면을 연마한다. 이것에 의해, 게터링층 형성 미립자가 작용하여 미세한 상처가 반도체 웨이퍼의 이면에 형성되고, 게터링층이 형성된다. 게터링층에 의해 반도체 디바이스의 항절 강도의 저하가 억제되고, 게터링 효과를 갖는 반도체 디바이스가 제조된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2015-46550호 공보
여기서, 일반적으로 연마 패드에는, 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마면에 복수의 홈이 형성되어 있다. 반도체 웨이퍼를 연마할 때에는, 연마 패드에 공급되는 알칼리 용액이나 순수가, 이 복수의 홈을 통과하여 연마면 전면에 골고루 퍼진다. 이 상태에서, 회전하는 연마 패드가 반도체 웨이퍼에 회전 접촉됨으로써, 반도체 웨이퍼가 연마된다. 그러나, 홈측면과 연마면 사이의 각형상의 각형부가 반도체 웨이퍼의 외주 엣지에 반복하여 맞닿음으로써 외주 엣지에 부하가 걸려, 얇은 반도체 웨이퍼의 경우 엣지 칩핑이 발생하는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 연마 패드에 연마액을 골고루 퍼지게 하고, 얇은 웨이퍼라 하더라도 엣지 칩핑의 발생을 방지하여, 웨이퍼를 양호하게 연마할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일양태의 연마 장치는, 웨이퍼를 연마하는 연마 장치에 있어서, 웨이퍼를 상면에 유지하는 척테이블과, 척테이블에 유지된 웨이퍼를 연마하는 연마 수단을 구비하고, 연마 수단은, 회전 스핀들과, 회전 스핀들의 선단에 고정된 마운트와, 마운트에 착탈 가능하게 장착된 연마 공구를 구비하고, 연마 공구는, 연마액 공급 수단에 연통하여 연마액을 통과시키는 공급 구멍을 중앙에 구비하는 원환형의 지지 베이스와, 지지 베이스의 지지면에 접착된 연마 패드를 구비하고, 연마 패드는, 연마 지립을 함유하고, 또한 지지면에 접착되는 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 연마 패드는, 접착면으로부터, 접착면과는 반대의 면인 평탄한 연마면까지 연통하는 복수의 연통 구멍을 가지며, 공급 구멍으로부터 공급된 연마액이 복수의 홈에 골고루 퍼져 복수의 연통 구멍을 통과하여 연마면에 공급된다.
본 발명의 일양태의 연마 장치는, 웨이퍼를 연마하는 연마 장치에 있어서, 웨이퍼를 상면에 유지하는 척테이블과, 척테이블에 유지된 웨이퍼를 연마하는 연마 수단을 구비하고, 연마 수단은, 회전 스핀들과, 회전 스핀들의 선단에 고정된 마운트와, 마운트에 착탈 가능하게 장착된 연마 공구를 구비하고, 연마 공구는, 연마액 공급 수단에 연통하여 연마액을 통과시키는 공급 구멍을 중앙에 구비하는 원환형의 지지 베이스와, 지지 베이스의 지지면에 접착된 연마 패드를 구비하고, 연마 패드는, 실리콘과 고상 반응을 유발하는 고상 반응 미립자를 액상 결합재에 투입하고 부직포에 함침시키고 건조시켜 형성되고, 또한 지지면에 접착되는 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 부직포는, 접착면으로부터, 접착면과는 반대의 면인 평탄한 연마면까지 연통하는 복수의 연통 구멍을 가지며, 공급 구멍으로부터 공급된 연마액이 복수의 홈에 골고루 퍼져 복수의 연통 구멍을 통과하여 연마면에 공급된다.
이들 구성에 의하면, 연마 패드에 있어서, 지지 베이스의 지지면에 접착되는 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 연마면에는 홈이 형성되어 있지 않기 때문에, 평탄한 연마면으로 웨이퍼를 연마할 수 있다. 홈측면과 연마면 사이의 각형부가 웨이퍼에 맞닿지 않기 때문에, 웨이퍼의 외주 엣지에 칩핑이 생기는 것을 방지하면서, 연마 지립에 의해 웨이퍼를 연마할 수 있다. 또한, 지지 베이스의 공급 구멍으로부터 공급되는 연마액은, 연마 패드의 접착면에 형성되는 복수의 홈에 골고루 퍼지고, 또한 연통 구멍을 통과하여 홈으로부터 연마면에 공급된다. 이들에 의해, 연마 패드에 연마액을 골고루 퍼지게 하고, 얇은 웨이퍼라 하더라도 엣지 칩핑의 발생을 방지하여, 웨이퍼를 양호하게 연마할 수 있다.
본 발명에 의하면, 연마 패드에 연마액을 골고루 퍼지게 하고, 얇은 웨이퍼라 하더라도 엣지 칩핑의 발생을 방지하여, 웨이퍼를 양호하게 연마할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 연마면에 홈이 형성된 연마 패드에 의한 연마 가공의 설명도이다.
도 3a 및 도 3b는, 본 실시형태에 관한 연마 패드를 구비하는 연마 공구의 설명도이다.
도 4a 및 도 4b는, 본 실시형태에 관한 연마액의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 관한 왜곡층 제거 공정을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는, 본 실시형태에 관한 게터링층 형성 공정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 연마 장치에 관해 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 관한 연마 장치의 사시도이다. 도 2는, 연마면에 홈이 형성된 연마 패드에 의한 연마 가공의 설명도이다. 또, 본 실시형태에 관한 연마 장치는, 도 1에 도시한 바와 같은 연마 전용의 장치에 한정되지 않고, 예컨대, 연삭, 연마, 세정 등의 일련의 가공이 전자동으로 실시되는 풀오토 타입의 가공 장치에 삽입되어도 좋다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치(1)는, 후술하는 연마 패드(47)를 이용하여, 화학 기계 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)에 의해 웨이퍼(W)를 연마하도록 구성되어 있다. 웨이퍼(W)는 실리콘 웨이퍼로 이루어지며, 표면(W1)에 복수의 스트리트가 격자형으로 형성되고, 스트리트에 의해 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)의 이면(W2)을 연삭하여 소정의 두께(예컨대 100 ㎛)로 할 때, 웨이퍼(W)의 표면(W1)에 형성되는 디바이스를 보호하기 위해, 웨이퍼(W)의 표면(W1)에는 보호 부재로서의 보호 테이프(T)가 접착되어 있다. 웨이퍼(W)는, 피가공면인 이면(W2)을 상측으로 하여 후술하는 척테이블(21)에 유지된다.
연마 장치(1)의 베이스(11)의 상면에는, Y축 방향으로 연장된 직사각형의 개구가 형성되고, 이 개구는 척테이블(21)과 함께 이동 가능한 테이블 커버(12) 및 주름상자형의 방수 커버(13)에 덮여 있다. 방수 커버(13)의 아래쪽으로는, 척테이블(21)을 Y축 방향으로 이동시키는 이동 수단(24)과, 척테이블(21)을 연속 회전시키는 회전 수단(22)이 설치된다. 척테이블(21)의 상면에는, 다공질의 다공성재에 의해 보호 테이프(T)를 통해 웨이퍼(W)를 유지하는 유지면(23)이 형성되어 있다. 유지면(23)은, 척테이블(21) 내의 유로를 통해 흡인원(도시되지 않음)에 접속되어 있다.
이동 수단(24)은, 베이스(11) 상에 배치된 Y축 방향으로 평행한 한쌍의 가이드 레일(51)과, 한쌍의 가이드 레일(51)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 Y축 테이블(52)을 갖고 있다. Y축 테이블(52)의 배면측에는, 너트부(도시되지 않음)가 형성되고, 이 너트부에 볼나사(53)가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼나사(53)의 일단부에 연결된 구동 모터(54)가 회전 구동됨으로써, 척테이블(21)이 한쌍의 가이드 레일(51)을 따라서 Y축 방향으로 움직인다. 회전 수단(22)은, Y축 테이블(52) 상에 설치되어 있고, 척테이블(21)을 Z축 둘레에 회전 가능하게 지지하고 있다.
베이스(11)에는 칼럼(14)이 설치되어 있고, 칼럼(14)에는, 연마 수단(연마 유닛)(41)을 Z축 방향으로 가공 이송하는 가공 이송 수단(31)이 설치된다. 가공 이송 수단(31)은, 칼럼(14)에 배치된 Z축 방향으로 평행한 한쌍의 가이드 레일(32)과, 한쌍의 가이드 레일(32)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 Z축 테이블(33)을 갖고 있다. Z축 테이블(33)의 배면측에는 너트부(도시되지 않음)가 형성되고, 이 너트부에 볼나사(34)가 나사 결합되어 있다. 볼나사(34)의 일단부에 연결된 구동 모터(35)에 의해 볼나사(34)가 회전 구동됨으로써, 연마 수단(41)이 가이드 레일(32)을 따라서 가공 이송된다.
연마 수단(41)은, 하우징(42)을 통해 Z축 테이블(33)의 전면(前面)에 부착되어 있고, 회전 스핀들(43)의 하부에 연마 공구(48)를 설치하여 구성되어 있다. 회전 스핀들(43)에는 플랜지(45)가 설치되고, 플랜지(45)를 통해 하우징(42)에 연마 수단(41)이 지지된다. 회전 스핀들(43)의 하부에는 마운트(44)가 부착되고, 마운트(44)에는 지지 베이스(46)와 연마 패드(47)로 구성되는 연마 공구(48)가 장착된다. 연마 수단(41)에는, 연마 패드(47)에 연마액을 공급하는 연마액 공급 수단(연마액 공급 유닛)(60)이 접속되어 있다. 밸브(65)가 개방되면, 연마 수단(41)에 알칼리 용액이 공급되고, 밸브(66)가 개방되면, 연마 수단(41)에 순수가 공급된다. 연마액에는, 알칼리 용액 등과 함께 순수가 포함된다.
연마 장치(1)에는, 장치 각 부를 통괄 제어하는 제어부(도시되지 않음)가 설치된다. 제어부는 밸브(65, 66)를 제어한다. 제어부는, 각종 처리를 실행하는 프로세서나 메모리 등에 의해 구성된다. 메모리는, 용도에 따라서 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등의 하나 또는 복수의 기억 매체로 구성된다. 이와 같이 구성된 연마 장치(1)에서는, 연마 패드(47)가 Z축 둘레에 회전되면서 척테이블(21)에 유지되는 웨이퍼(W)에 접근된다. 그리고, 연마 패드(47)가 웨이퍼(W)의 이면(W2)에 회전 접촉함으로써 웨이퍼(W)가 연마된다.
여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 연마 패드(96)로서, 연마면(91)에 연마액의 공급을 보조하는 홈(92)을 형성한 것이 알려져 있고, 홈(92)을 통과하여 연마면(91) 전면에 연마액이 골고루 퍼짐으로써 웨이퍼(W)가 양호하게 연마된다. 그러나, 도 2에 도시한 바와 같이, 연마 패드(96)의 홈(92)에는 홈측면(93)과 연마면(91) 사이에 각형상의 각형부(94)가 생겼고, 연마시에 연마 패드(96)의 각형부(94)가 웨이퍼(W)의 외주 엣지에 반복하여 맞닿음으로써 외주 엣지에 부하가 걸려, 웨이퍼(W)가 얇은 경우에 외주 엣지가 절결되는 경우가 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 연마 패드에서 지지 베이스에 접착되는 접착면측에 홈을 형성함으로써, 연마면을 평탄하게 형성하여, 홈(92)의 각형부(94)에 의해 웨이퍼(W)의 외주 엣지에 칩핑이 생기는 것을 방지하고 있다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 연마 패드(47)의 구성에 관해 상세히 설명한다. 도 3a 및 도 3b는, 본 실시형태에 관한 연마 패드를 구비하는 연마 공구의 설명도이다. 도 3a는, 지지 베이스에 연마 패드가 접착되기 전의 상태를 나타내는 도면이다. 도 3b는, 연마 공구의 사시도이다. 도 4a 및 도 4b는, 본 실시형태에 관한 연마액의 흐름을 설명하는 도면이다. 도 4a는, 연마 수단에서의 연마액의 흐름을 설명하는 도면이다. 도 4b는, 연마 패드에서의 연마액의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 연마 공구(48)(도 3b 참조)는, 원환형의 지지 베이스(46)에 연마 패드(47)가 접착되어 구성된다. 지지 베이스(46)는 알루미늄 합금 등에 의해 형성되어 있고, 중앙 부분에는 연마액이 통과하는 공급 구멍(46a)이 개구되어 있다. 또한, 지지 베이스(46)에는 둘레 방향으로 간격을 두고 암나사 구멍(46b)이 형성되어 있다. 지지 베이스(46)의 하면은 연마 패드(47)의 지지면(46c)을 형성하고 있고, 지지면(46c)에 연마 패드(47)가 접착된다.
연마 패드(47)는 원반형으로 형성되어 있다. 연마 패드(47)의 상면은, 지지 베이스(46)의 지지면(46c)에 접착되는 접착면(47a)이며, 접착면(47a)에는, 연마액의 통로가 되는 복수의 홈(47b)이 교차하여 형성되어 있다. 홈(47b)에서의 연마액의 통로는, 후술하는 연통 구멍(연통 기공)보다 크게 형성되어 있다. 이에 따라, 연마 패드(47)에 공급되는 연마액은, 연통 구멍보다 홈(47b)에 우선적으로 골고루 퍼진다. 즉, 연마액은, 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 도달하기 전에, 접착면(47a)의 홈(47b)을 따라서 연마 패드(47)의 직경 방향으로 퍼진다. 홈(47b)에 의해, 연마 패드(47)의 직경 방향으로 연마액을 골고루 퍼지게 한 후, 연통 구멍에 의해, 홈(47b)으로부터 연마면(47c)에 연마액을 공급하기 때문에, 연마 패드(47)에 연마액을 골고루 퍼지게 할 수 있다. 홈(47b)의 깊이 및 폭은, 홈(47b)의 통로가 연통 구멍보다 크면 특별히 한정되지 않고, 가공 조건에 따라 변경할 수 있다. 연마액의 점도가 높아 홈(47b)에서 흐르기 어려운 경우는, 홈(47b)의 깊이를 깊게 한거나 또는 폭을 넓게 함으로써, 연마액이 홈(47b)에서 흐르기 쉽게 할 수 있다. 또한, 연마 패드(47)의 하면은, 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면(47c)이며, 평탄하게 형성되어 있다. 연마 패드(47)는, 예컨대 직경 450 mm, 두께 10 mm로 형성되어 있다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 연마 패드(47)의 접착면(47a)이, 지지 베이스(46)의 지지면(46c)에 양면 접착 테이프에 의해 접착됨으로써 연마 공구(48)가 구성된다.
연마 패드(47)는, 연마 지립으로서, 예컨대, 실리콘과 고상 반응을 유발하는 고상 반응 미립자(81)가 액상 결합재에 투입되고, 이 액상 결합재를 함침시킨 부직포가 건조되어 형성되어 있다(도 4a 및 도 4b 참조). 연마 지립으로는, 실리콘보다 모스 경도가 높은 게터링층 형성 미립자(82)가 연마 패드(47)에 포함되어 있어도 좋다.
고상 반응 미립자(81)로는, SiO2, CeO2, ZrO2 등이 이용되고, 고상 반응 미립자(81)의 입경은, 예컨대 2 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 게터링층 형성 미립자는 모스 경도가 9 이상인 것이 바람직하고, 게터링층 형성 미립자(82)로는, 다이아몬드, SiC, Al2O3, WC, TiN, TaC, ZrC, AlB, B4C 등이 이용된다. 게터링층 형성 미립자(82)의 입경은, 예컨대 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
연마 패드(47)의 재질로는, 특별히 제한은 없고, 부직포 외에는, 예컨대, 발포 폴리우레탄, 다공질 불소 수지를 이용할 수 있다. 연마 패드(47)는, 무수한 구멍(기공)을 갖고 있고, 접착면(47a)으로부터 연마면(47c)까지를 연통하여, 다수의 연통 구멍(연통 기공)을 형성하고 있다. 홈(47b)으로부터 공급되는 연마액은 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 공급된다(도 4a 및 도 4b 참조). 일반적으로 연마 패드는 중앙에 구멍이 형성되어 있고, 이 구멍을 통과하여 연마면까지 연마액이 공급되지만, 본 실시형태의 연마 패드(47)는 연통 구멍을 갖고 있기 때문에, 중심에 구멍이 형성되어 있지 않아도, 공급 구멍(46a)으로부터 공급되는 연마액은 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)까지 도달할 수 있다.
또한, 액상 결합재로는, 예컨대 우레탄을 용매로 용해한 액체가 이용되며, 용매로는, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 아세톤, 아세트산에틸 등이 이용된다. 연마 패드(47)에는, 고상 반응 미립자(81)가 2종류 이상 포함되어 있어도 좋다. 또한, 게터링층 형성 미립자(82)가 2종류 이상 포함되어 있어도 좋다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 이와 같이 구성되는 연마 공구(48)는, 회전 스핀들(43)의 하단에 부착되어 있는 마운트(44)의 하면에 착탈 가능하게 장착된다. 마운트(44)에는 상면으로부터 하면을 관통하는 볼트 삽입 구멍(도시되지 않음)이 형성되어 있고, 볼트 삽입 구멍에 삽입된 볼트(71)가 지지 베이스(46)에 형성되는 암나사 구멍(46b)(도 3a 및 도 3b 참조)에 삽입됨으로써, 연마 공구(48)가 마운트(44)에 장착된다. 이 때, 회전 스핀들(43)의 중심에 형성되는 유로(43a)가, 지지 베이스(46)에 형성되는 공급 구멍(46a)에 연통한다.
회전 스핀들(43)의 유로(43a)에는, 밸브(65, 66)를 통해 각각 알칼리 용액 공급원(61), 순수 공급원(62)이 접속되어 있다. 알칼리 용액 공급원(61) 및 순수 공급원(62)은 연마액 공급 수단(60)을 구성하고 있다. 연마액으로서의 알칼리 용액 공급원(61)의 알칼리 용액 또는 순수 공급원(62)의 순수는, 유로(43a) 및 공급 구멍(46a)을 통과하여 연마 패드(47)에 공급된다. 이 때, 도 4b에 도시한 바와 같이, 연마액은, 우선 접착면(47a)에 형성되는 홈(47b)을 통과하여 연마 패드(47)의 중심측으로부터 외측으로 골고루 퍼지고, 그 후, 홈(47b)으로부터 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 공급된다.
이와 같이, 연마 패드(47)에 있어서, 접착면(47a)측에 연마액의 통로가 되는 복수의 홈(47b)이 형성되기 때문에, 연마면(47c)측에는 홈을 형성할 필요가 없다. 이에 따라, 연마면(47c)을 평탄하게 형성할 수 있기 때문에, 홈측면(93)과 연마면(91) 사이의 각형부(94)(도 2 참조)가 웨이퍼(W)에 맞닿지 않고, 웨이퍼(W)의 외주 엣지에 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있다. 평탄한 연마면(47c)을 이용하여, 고상 반응 미립자(81)에 의해 웨이퍼(W)를 양호하게 연마할 수 있다.
또한, 연마액은, 연마액 공급 수단(60)으로부터 유로(43a)를 통과하여 지지 베이스(46)의 공급 구멍(46a)으로부터 연마 패드(47)에 공급되고, 접착면(47a)의 복수의 홈(47b)을 통과하여, 연마 패드(47)의 중심으로부터 외측으로 골고루 퍼진다. 또한 연마액은, 연통 구멍을 통과함으로써 홈(47b)으로부터 연마면(47c)에 공급된다. 즉, 지지 베이스(46)의 공급 구멍(46a)으로부터 공급된 연마액은, 연마면(47c)에 도달하기 전에, 접착면(47a)의 홈(47b)을 따라서 연마 패드(47)의 직경 방향으로 퍼진다. 이들에 의해, 연마 패드(47)에 연마액을 골고루 퍼지게 할 수 있고, 웨이퍼(W)의 엣지 칩핑을 방지할 수 있고, 웨이퍼(W)를 양호하게 연마할 수 있다.
알칼리 용액 공급원(61)에는 알칼리 용액이 수용되어 있다. 알칼리 용액 공급원(61)에서의 알칼리 용액은, pH 10 이상 pH 12 이하인 것이 바람직하다. pH 10 이상 pH 12 이하의 알칼리 용액으로는, TMAH(수산화테트라메틸암모늄), 피페라진, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등이 이용된다. 또한, 순수 공급원(62)에는 순수가 수용되어 있다. 순수 공급원(62)의 순수는, 공장 내의 배관으로부터 공급되어도 좋다.
후술하는 왜곡층 제거 공정에서 웨이퍼(W)로부터 연삭 왜곡층을 제거할 때에는, 밸브(65)가 개방되어, 알칼리 용액이 알칼리 용액 공급원(61)으로부터 유로(43a)에 공급된다. 유로(43a)에 공급된 알칼리 용액은 연마 패드(47)의 홈(47b)에 골고루 퍼지고, 또한 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 퍼진다. 이에 따라, 연마 패드(47)에 포함되는 고상 반응 미립자(81)가 작용하여 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다.
게터링층 형성 공정에서 웨이퍼(W)에 게터링층을 형성할 때에는, 밸브(66)가 개방되어 순수가 순수 공급원(62)으로부터 유로(43a)에 공급된다. 유로(43a)에 공급된 순수는 홈(47b)에 골고루 퍼지고, 또한 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 퍼지는 것에 의해, 연마 패드(47)에 포함되는 게터링층 형성 미립자(82)가 작용하여 웨이퍼(W)에 게터링층을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 연마 패드(47)에 의한 웨이퍼(W)의 가공 방법에 관해 설명한다. 연마 패드(47)에 의한 웨이퍼(W)의 가공 방법은, 알칼리 용액을 공급하면서 연마 패드(47)로 웨이퍼(W)의 이면(W2)을 연마하여 절삭 왜곡층을 제거하는 왜곡층 제거 공정과, 순수를 공급하면서 연마 패드(47)로 웨이퍼(W)의 이면(W2)을 상처를 형성하는 게터링층 형성 공정을 포함하고 있다. 도 5는 본 실시형태에 관한 왜곡층 제거 공정, 도 6a 및 도 6b는 게터링층 형성 공정을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 우선 왜곡층 제거 공정이 실시된다. 소정의 두께로 연삭 가공된 웨이퍼(W)는, 보호 테이프(T)가 접착되는 표면(W1)을 하측, 이면(W2)을 상측으로 하여 척테이블(21)에 반입되고, 웨이퍼(W)는 보호 테이프(T)를 통해 척테이블(21)에서 유지된다. 또한, 이동 수단(24)(도 1 참조)에 의해 척테이블(21)이 연마 수단(41)의 아래쪽으로 이동되고, 척테이블(21)의 회전축과 연마 패드(47)의 회전축이 틀어지도록 위치 부여된다.
척테이블(21)이 Z축 둘레에 회전되고, 연마 패드(47)도 Z축 둘레에 척테이블(21)과 동일 방향으로 회전된다. 그리고, 가공 이송 수단(31)(도 1 참조)에 의해 예컨대 300 g/㎠의 연마 압력으로 연마 패드(47)가 웨이퍼(W)의 이면(W2)을 향해 가공 이송되고, 연마 패드(47)의 연마면(47c)이 웨이퍼(W)의 이면(W2) 전체에 회전 접촉되어 웨이퍼(W)가 연마된다.
이 때, 밸브(66)가 폐쇄되고, 밸브(65)가 개방되어, 연마액 공급 수단(60)의 알칼리 용액 공급원(61)으로부터 회전 스핀들(43) 내의 유로(43a)에 알칼리 용액이 공급된다. 이에 따라, 지지 베이스(46)에 형성되는 공급 구멍(46a)을 통해 연마 패드(47)에, 예컨대 1분간 0.5 리터의 비율로 알칼리 용액이 공급된다. 알칼리 용액은, 연마 패드(47)의 회전에 의한 원심력을 받아, 연마 패드(47)의 접착면(47a)에 형성되는 홈(47b)을 통과하여 연마 패드(47)의 외측으로 퍼지고, 홈(47b)으로부터 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 공급된다. 알칼리 용액은 연마면(47c)에 퍼져 웨이퍼(W)가 연마된다. 또, 연마 레이트는 예컨대 0.72 ㎛/분으로 설정되고, 연마 시간은 예컨대 2분으로 설정된다.
이와 같이 하여 왜곡층 제거 공정을 실시함으로써, 연마 패드(47)에 포함되는 고상 반응 미립자(81)가 강하게 작용하여 웨이퍼(W)의 이면(W2)이 소정량 연마되고, 알칼리 용액에 의해 에칭되기 때문에, 연삭 가공으로 웨이퍼(W)의 이면(W2)에 생성된 연삭 왜곡층이 제거된다.
도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 왜곡층 제거 공정의 후에는, 게터링층 형성 공정이 실시된다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 척테이블(21)이 Z축 둘레에 회전되고, 연마 패드(47)도 Z축 둘레에 척테이블(21)과 동일 방향으로 회전된다. 그리고, 가공 이송 수단(31)(도 1 참조)에 의해, 예컨대 50 g/㎠의 연마 압력으로 연마 패드(47)가 웨이퍼(W)의 이면(W2)을 향해 가공 이송되고, 연마 패드(47)의 연마면(47c)이 웨이퍼(W)에 회전 접촉되어 웨이퍼(W)가 연마된다.
이 때, 밸브(65)가 폐쇄되어 유로(43a)에 대한 알칼리 용액의 공급이 정지되고, 밸브(66)가 개방되어 순수 공급원(62)으로부터의 순수의 공급으로 전환된다. 이에 따라, 지지 베이스(46)에 형성되는 공급 구멍(46a)을 통해 연마 패드(47)에, 예컨대 1분간 1.0 리터의 비율로 순수가 공급된다. 순수는 공급 구멍(46a)으로부터 연마 패드(47)의 접착면(47a)의 홈(47b)에 골고루 퍼지고, 홈(47b)으로부터 연통 구멍을 통과하여 연마면(47c)에 퍼진다
도 6b에 도시한 바와 같이, 연마 패드(47)에 순수가 공급되면서 연마 패드(47)가 웨이퍼(W)에 회전 접촉되어 있는 상태로, 이동 수단(24)(도 1 참조)에 의해 화살표 N의 방향으로 척테이블(21)이 이동된다. 즉, 웨이퍼(W)의 이면(W2)이 슬라이딩되면서, 척테이블(21)의 회전축과 연마 패드(47)의 회전축이 Y축 방향으로 멀어지도록 이동된다. 척테이블(21)의 화살표 N으로 나타내는 방향으로의 이동은, 예컨대 이동 속도 0.67 mm/초로 1분간 실시되고, 척테이블(21)은 약 40 mm 이동된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 이면(W2)에는 미세한 상처가 생긴다
이와 같이 하여 게터링층 형성 공정을 실시함으로써, 연마 패드(47)에 포함되는 게터링층 형성 미립자(82)가 강하게 작용하여 웨이퍼(W)의 이면(W2)에 게터링층을 형성할 수 있다.
연마 패드(47)의 접착면(47a)에 알칼리 용액 및 순수의 통로가 되는 복수의 홈(47b)이 형성되어 있기 때문에, 평탄한 연마면(47c)으로 웨이퍼(W)를 연마할 수 있고, 홈측면(93)과 연마면(91) 사이의 각형부(94)(도 2 참조)가 웨이퍼(W)에 맞닿지 않는다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 외주 엣지에 칩핑이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 알칼리 용액 및 순수는, 알칼리 용액 공급원(61) 또는 순수 공급원(62)으로부터 유로(43a)를 통과하여 지지 베이스(46)의 공급 구멍(46a)으로부터 연마 패드(47)에 공급되고, 접착면(47a)에 형성되는 복수의 홈(47b)에 골고루 퍼진다. 그리고, 연마액은 연통 구멍을 통과하는 것에 의해, 홈(47b)으로부터 연마면(47c)에 공급된다.
이와 같이 하여, 왜곡층 제거 공정에서는, 알칼리 용액을 연마 패드(47)에 골고루 퍼지게 할 수 있기 때문에, 고상 반응 미립자(81)를 작용시켜 웨이퍼(W)를 양호하게 연마할 수 있다. 또한, 게터링층 형성 공정에서는, 순수를 연마 패드(47)에 골고루 퍼지게 할 수 있기 때문에, 게터링층 형성 미립자(82)를 작용시켜 웨이퍼(W)에 게터링층을 형성할 수 있다. 이들에 의해, 연마 패드(47)에 알칼리 용액 및 순수를 골고루 퍼지게 할 수 있고, 웨이퍼(W)의 엣지 칩핑을 방지하여, 웨이퍼(W)에 게터링층을 양호하게 형성할 수 있다.
이상과 같이, 연마 패드(47)에 있어서, 지지 베이스(46)의 지지면(46c)에 접착되는 접착면(47a)에 복수의 홈(47b)이 형성되어 있고, 연마면(47c)에는 홈이 형성되어 있지 않기 때문에, 평탄한 연마면(47c)으로 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다. 홈측면(93)과 연마면(91) 사이의 각형부(94)(도 2 참조)가 웨이퍼(W)에 맞닿지 않기 때문에, 웨이퍼(W)의 외주 엣지에 칩핑이 생기는 것을 방지하면서, 연마 지립(고상 반응 미립자(81), 게터링층 형성 미립자(82))에 의해 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다. 또한, 지지 베이스(46)의 공급 구멍(46a)으로부터 공급되는 연마액은, 연마 패드(47)의 접착면(47a)에 형성되는 복수의 홈(47b)에 골고루 퍼지고, 또한 연통 구멍을 통과하여 홈(47b)으로부터 연마면(47c)에 공급된다. 이들에 의해, 연마 패드(47)에 연마액을 골고루 퍼지게 하고, 얇은 웨이퍼(W)라 하더라도 엣지 칩핑의 발생을 방지하여, 웨이퍼(W)를 양호하게 연마할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 연마 패드(47)의 접착면(47a)에 격자형의 홈(47b)이 형성되는 구성으로 했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 홈(47b)은, 지지 베이스(46)의 공급 구멍(46a)으로부터 공급되는 연마액이 직경 방향으로 퍼지도록 형성되어 있으면 되며, 비스듬히 교차하여 형성되어 있어도 좋고, 연마 패드(47)의 중심으로부터 외주를 향해 방사형으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 연마 패드(47)에 고상 반응 미립자(81) 및 게터링층 형성 미립자(82)가 포함되는 구성으로 했지만, 고상 반응 미립자(81)와 함께 알칼리 미립자가 포함되어 있어도 좋다. 연마 패드(47)에 순수가 공급됨으로써, 알칼리 미립자가 용해되어 알칼리 용액이 생성되기 때문에, 알칼리 용액을 공급하기 위한 알칼리 용액 공급원(61)을 연마 장치(1)에 설치할 필요가 없어, 간편한 장치 구성으로 웨이퍼(W)를 가공할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 게터링층 형성 공정에서, 이동 수단(24)에 의해 척테이블(21)이 Y축 방향으로 이동됨으로써(도 1 및 도 6b 참조), 웨이퍼(W)의 이면(W2)에 게터링층이 형성되는 구성으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 웨이퍼(W)의 이면(W2)이 슬라이딩되면서 척테이블(21)의 회전축과 연마 패드(47)의 회전축이 멀어지도록 이동되면, 연마 패드(47)가 척테이블(21)에 대하여 이동되는 구성으로 해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼(W)로서 반도체 디바이스 웨이퍼가 이용되는 구성으로 했지만, 반도체 기판, 무기 재료 기판, 패키지 기판 등의 각종 웨이퍼가 이용되어도 좋다. 반도체 기판으로는, 실리콘, 비소화갈륨, 질화갈륨, 실리콘카바이드 등의 각종 기판이 이용되어도 좋다. 무기 재료 기판으로는, 사파이어, 세라믹스, 유리 등의 각종 기판이 이용되어도 좋다. 반도체 기판 및 무기 재료 기판은 디바이스가 형성되어 있어도 좋고, 디바이스가 형성되어 있지 않아도 좋다. 패키지 기판으로는, CSP(Chip Size Package), WLCSP(Wafer Level Chip Size Package), EMI(Electro Magnetic Interference), SIP(System In Package), FOWLP(Fan Out Wafer Level Package)용의 각종 기판이 이용되어도 좋다. 또한, 웨이퍼로서, 디바이스 형성후 또는 디바이스 형성전의 리튬탄탈레이트, 리튬나이오베이트, 또한 생세라믹스, 압전 소자가 이용되어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 표면(W1)에는 보호 테이프(T)가 접착되는 구성으로 했지만, 웨이퍼(W)의 표면(W1)에는 서브스트레이트가 접착되는 구성으로 해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 가공 장치로서 웨이퍼를 연마하는 연마 장치를 예시하여 설명했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은, 가공 기구에 가공액이 공급되면서 웨이퍼(W)를 가공하는 다른 가공 장치에 적용 가능하다. 예컨대, 연마 장치 및 이것을 조합한 클러스터 장치 등에 적용되어도 좋다.
또한, 본 발명의 각 실시형태를 설명했지만, 본 발명의 다른 실시형태로서, 상기 각 실시형태를 전체적 또는 부분적으로 조합한 것이어도 좋다.
또한, 본 발명의 실시형태는 상기 각 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경, 치환, 변형되어도 좋다. 나아가, 기술의 진보 또는 파생된 다른 기술에 의해, 본 발명의 기술적 사상을 다른 방법으로 실현할 수 있다면, 그 방법을 이용하여 실시되어도 좋다. 따라서, 특허청구범위는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함될 수 있는 모든 실시양태를 커버하고 있다.
본 실시형태에서는, 본 발명을 웨이퍼를 연마 가공하는 연마 장치에 적용한 구성에 관해 설명했지만, 가공 기구에 가공액이 공급되면서 웨이퍼(W)를 가공하는 가공 장치에 적용하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 연마 패드에 연마액을 골고루 퍼지게 하고, 얇은 웨이퍼라 하더라도 엣지 칩핑의 발생을 방지하여, 웨이퍼를 양호하게 연마할 수 있는 효과를 가지며, 특히 웨이퍼를 연마 가공하는 연마 장치에 유용하다.
1 : 연마 장치
21 : 척테이블
23 : (척테이블의)유지면(상면)
41 : 연마 수단
43 : 회전 스핀들
44 : 마운트
46 : 지지 베이스
46a : 공급 구멍
46c : 지지면
47 : 연마 패드
47a : 접착면
47b : 홈
47c : 연마면
48 : 연마 공구
60 : 연마액 공급 수단
61 : 알칼리 용액 공급원
62 : 순수 공급원
81 : 고상 반응 미립자
82 : 게터링층 형성 미립자
W : 웨이퍼
W1 : (웨이퍼의)표면
W2 : (웨이퍼의)이면

Claims (2)

  1. 웨이퍼를 연마하는 연마 장치에 있어서,
    웨이퍼를 상면에 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 웨이퍼를 연마하는 연마 수단을 포함하고,
    상기 연마 수단은, 회전 스핀들과, 상기 회전 스핀들의 선단에 고정된 마운트와, 상기 마운트에 착탈 가능하게 장착된 연마 공구를 포함하고,
    상기 연마 공구는, 연마액 공급 수단에 연통하여 연마액을 통과시키는 공급 구멍을 중앙에 포함하는 원환형의 지지 베이스와, 상기 지지 베이스의 지지면에 접착된 연마 패드를 포함하고,
    상기 공급 구멍은 상기 지지 베이스에 있어서 상기 연마액 공급 수단 측으로부터 상기 지지 베이스의 상기 지지면까지 연장되고 상기 연마 패드의 내부까지는 연장되지 않아서 연마액은 상기 연마액 공급 수단으로부터 상기 공급 구멍을 통과하여 상기 지지 베이스의 상기 지지면에 접착된 상기 연마 패드에 공급되고,
    상기 연마 패드는, 연마 지립을 함유하고, 또한 상기 지지면에 접착되는 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 상기 복수의 홈은 상기 접착면으로부터 상기 접착면과 상기 접착면과는 반대의 면인 평탄한 연마면 사이의 지점까지 연장되고,
    상기 연마 패드는, 상기 복수의 홈으로부터, 상기 평탄한 연마면까지 연장되는 복수의 연통 구멍을 가지며, 상기 공급 구멍으로부터 공급된 상기 연마액이 상기 복수의 홈에 골고루 퍼져 상기 복수의 연통 구멍을 통과하여 상기 연마면에 공급되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 웨이퍼를 연마하는 연마 장치에 있어서,
    웨이퍼를 상면에 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 웨이퍼를 연마하는 연마 수단을 포함하고,
    상기 연마 수단은, 회전 스핀들과, 상기 회전 스핀들의 선단에 고정된 마운트와, 상기 마운트에 착탈 가능하게 장착된 연마 공구를 포함하고,
    상기 연마 공구는, 연마액 공급 수단에 연통하여 연마액을 통과시키는 공급 구멍을 중앙에 포함하는 원환형의 지지 베이스와, 상기 지지 베이스의 지지면에 접착된 연마 패드를 포함하고,
    상기 공급 구멍은 상기 지지 베이스에 있어서 상기 연마액 공급 수단 측으로부터 상기 지지 베이스의 상기 지지면까지 연장되고 상기 연마 패드의 내부까지는 연장되지 않아서 연마액은 상기 연마액 공급 수단으로부터 상기 공급 구멍을 통과하여 상기 지지 베이스의 상기 지지면에 접착된 상기 연마 패드에 공급되고,
    상기 연마 패드는, 실리콘과 고상(固相) 반응을 유발하는 고상 반응 미립자를 액상 결합재에 투입하고 부직포에 함침시키고 건조시켜 형성되고, 또한 상기 지지면에 접착되는 접착면에 복수의 홈이 형성되어 있고, 상기 복수의 홈은 상기 접착면으로부터 상기 접착면과 상기 접착면과는 반대의 면인 평탄한 연마면 사이의 지점까지 연장되고,
    상기 부직포는, 상기 복수의 홈으로부터, 상기 평탄한 연마면까지 연장되는 복수의 연통 구멍을 가지며, 상기 공급 구멍으로부터 공급된 상기 연마액이 상기 복수의 홈에 골고루 퍼져 상기 복수의 연통 구멍을 통과하여 상기 연마면에 공급되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
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