KR19980018161A - 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
마무리 정밀도가 좋고, 생산성이 양호한 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘 반도체 웨이퍼의 한쪽에 불순물의 확산층을 보유하며, 상대하는 반대쪽에 불순물의 미확산층을 보유하는 2층 구조로 이루어지는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 있어서, 실리콘 반도체 웨이퍼의 양면에 불순물의 확산층을 형성한 확산웨이퍼 또는 확산층 표면에 산화막을 형성한 확산웨이퍼를, 내주날식 절단장치로 웨이퍼의 두께의 중앙으로부터 2분할로 절단하고, 절단 양측을 평면연삭반에 의해 소요의 두께까지 연삭가공하고, 연삭가공면을 2000번 이상 6000번 이하의 연마입자로 래핑가공하며, 이 가공면을 습식에칭가공하여 마무리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법.
Description
본 발명은 트랜지스터, 다이오드, 사이리스터 등의 디스크리드(개별소자)에 사용되는, 불순물 확산층과 불순물 미확산층의 2층 구조로 이루어지는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
종래로부터 실시되고 있는 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법은, 소요 두께의 웨이퍼의 양면에 불순물에 의한 확산층을 소요의 고온도, 소요의 분위기 내에서 형성한 후, 웨이퍼의 한쪽면으로부터 연삭가공하여 한쪽의 확산층을 연삭 제거하고, 중앙의 미확산층의 노출면을 최종 마무리 경면연마가공하여 이루어지는 것이며, 또, 별도의 방법으로서는, 최근에는, 원재료의 사용량의 저감을 목적으로 하여, 일련의 가공공정을 고려하여, 종래의 약 2배 두께의 웨이퍼의 양면에 확산층을 형성한 후, 웨이퍼의 두께의 중앙으로부터 절단하고, 절단 양면을 연삭가공하며, 최종 마무리 경면연마가공하여 이루어지는 것이다. 절단가공은 내주날식 절단장치에 의해, 웨이퍼를 1장씩 공급-절단-회수하는 낱장식, 또는, 다수장의 웨이퍼를 겹쳐서 접착한 적층체로부터 차례대로 절단하거나, 혹은, 와이어쏘우 등으로 적층체를 다수장 동시에 절단하는 방법이 있다. 또, 최종 마무리 경면연마가공은, 먼저, 웨이퍼 및 유리기판을 세정하고, 이어서, 진공에서 가열, 가압하여 왁스를 사용하여 웨이퍼를 유리기판에 접착한 후, 초미립자 연마제를 사용하여 연마포로 가압연마하며, 이어서, 웨이퍼를 유리기판으로부터 떼어내고, 웨이퍼 위에 잔존하는 왁스를 용제세정으로 제거하므로써 실시된다.
실리콘 반도체 웨이퍼의 사용처를 용도별로 분류하면, IC용과 디스크리드용으로 대별(大別)할 수 있다. 이 때에 웨이퍼에 요구되는 절대두께 및 그 정밀도에 대해 설명하면, IC용 웨이퍼는 그 작동영역이 웨이퍼의 극표면으로 한정되기 때문에, 그 면의 청정도, 평탄도, 면의 거칠기 등은 고집적화에 수반하여 더욱 중요한데, 웨이퍼의 두께 자체는 본래 강도를 증가할 목적 뿐이므로 특성에는 직접 관여하지 않는 것에 대해서, 디스크리드용 웨이퍼는 소자로 되었을 때 그 특성은 웨이퍼 내부구조 전체로부터 결정되며, 특히, 불순물의 미확산층의 두께는 소자의 기본특성을 결정하는 것이므로, 한쪽의 불순물의 확산층 두께가 일정하면 불순물의 미확산층의 두께는 웨이퍼의 전체 두께의 문제이므로, 그 전체 두께가 소자로 되었을 때의 특성을 결정하는 것이며, 그 점에 관해서 IC용과는 명확하게 다르다. 따라서, 소자로 되었을 때의 특성의 균일화를 위하여 디스크리드용 웨이퍼에 대해서는 두께 정밀도의 향상(목표로 하는 두께로부터의 편차, 웨이퍼 면 내의 퍼)이 더욱 엄밀하게 요구되고 있고, 이 점에 대해서는 상기한 종래의 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법으로는 충분히 대응할 수 없게 되었다.
그 최대의 이유는, 최종 마무리 경면연마가공에서는 가공이 웨이퍼의 한쪽면에만 실시되고, 웨이퍼를 유리기판에 왁스로 부착하는데, 디스크리드용 웨이퍼의 마무리 두께는 극히 얇고(IC 용 웨이퍼의 약 1/2의 두께), 따라서, 웨이퍼와 유리기판 사이의 왁스의 개재가, 웨이퍼의 두께, 굴곡, 또는, 이물질의 개재에 의한 오목부 등 품질에 직접 영향을 주고, 현재의 평면연마반에 의해 극히 정밀도가 높게 마무리 된 두께정밀도가 최종 마무리 경면연마가공에 의해 반대로 저하하게 된다. 또, 최종 마무리 경면연마가공에 관한 일련의 공정은 가공에 장시간을 필요로 하여 제조비용 저감에 관해서도 크게 장해로 되고 있다.
본 발명의 목적은 디스크리드용 웨이퍼의 두께 정밀도의 엄밀한 요구에도 충분히 대응할 수 있는 마무리 정밀도를 보유하며, 비용의 면에서도 유리한 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 웨이퍼의 연삭가공 후에 종래의 왁스를 사용하는 마무리 경면연마가공에 대신하여, 연삭가공 후의 양호한 웨이퍼의 두께 정밀도를 그대로 유지할 수 있어서 생산성이 양호한 습식에칭가공을 도입하여 상기한 문제를 해결한 것이다.
즉, 본 발명의 제1발명은 실리콘 반도체 웨이퍼의 한쪽에 불순물 확산층을 보유하며 상대하는 반대쪽에 불순물 미확산층을 보유하는 2층 구조로 이루어지는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 있어서, 실리콘 반도체 웨이퍼의 양면에 확산층을 형성한 확산웨이퍼 또는 확산층 위에 산화막을 형성한 확산 웨이퍼를 내주날식 절단장치로 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 2분할로 절단하고, 절단 양측을 평면연삭반으로 소요의 두께까지 연삭가공하며, 연삭가공면을 2000번 이상 6000번 이하의 연마입자로 편면 래핑가공하며, 그 가공면을 습식에칭가공하여 마무리하는 것을 요지로 하는 것이며, 또, 제2발명은 실리콘 반도체 웨이퍼의 한쪽에 불순물의 확산층을 보유하며 상대하는 반대쪽에 불순물의 미확산층을 보유하는 2층 구조로 이루어지는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 있어서, 실리콘 반도체 웨이퍼의 양면에 불순물의 확산층을 형성한 확산 웨이퍼 또는 확산층 표면에 산화막을 형성한 확산 웨이퍼를, 내주날식 절단장치로 낱장식으로 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 2분할로 절단하고, 절단 양쪽을 2000번 이상 6000번 이하의 연삭숫돌로 연삭가공하며, 연삭가공면을 습식에칭가공하여 마무리하는 것을 요지로 하는 것이다.
본 발명의 제1발명은, 확산 후 웨이퍼를 두께 중앙으로부터 2분할로 절단하는 것을 상정한 소요 두께의 웨이퍼의 양면에 확산층을 형성한 확산 웨이퍼를, 또는, 그 확산층 위에 다시 산화막을 형성하는 말하자면, 웨이퍼 표면을 산화막으로 피복한 상태의 확산 웨이퍼를, 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 내주날식 절단장치로 2분할로 절단하고, 그 절단 양쪽을 평면연삭반으로 소요의 두께까지 연삭가공하고, 그 후, 2000번 이상 6000번 이하의 연마입자로 래핑가공하여 전의 연삭가공에서의 연삭자욱 및 연삭시의 가공굴곡을 제거하고, 그 래핑가공면을 습식에칭가공하여 마무리하는 것이다.
에칭가공은 에칭액이 직접 웨이퍼에 접촉하는 생산성이 극히 양호한 습식에칭방식(이하, 간단히 에칭이라 한다)이다.
또, 여기서 시발소재로서의 웨이퍼 산화막을 형성하여 웨이퍼 전체를 산화막으로 피복한 상태의 확산 웨이퍼가 있는데, 본 발명의 대상으로 하고 있는 에칭가공은 본래 한쪽면(미확산층쪽)만의 에칭이 바람직하고, 이 산화막을 에칭작용에 대한 완전한 보호막면으로서 이용하기 위한 것이다.
물론 이 웨이퍼는 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 2분할로 절단된 것일 뿐, 확산층쪽의 산화막에 의해 마찬가지로 피복되어 있고, 이 웨이퍼를 대상으로 에칭액 중에서 에칭가공할 때에는 산화막이 형성되지 않는 래핑가공면만 에칭되어 산화막이 형성된 확산층면은 에칭가공되지 않으므로 목적을 달성할 수 있다.
따라서, 산화막 형성공정은 필요로 되는 것일 뿐, 웨이퍼의 한쪽면만 에칭가공할 수 있도록 엄밀한 두께공차의 디스크리드용 웨이퍼의 제조가 가능하게 된다.
웨이퍼의 두께 중앙으로부터 내주날식 절단장치에 의한 2분할 절단은, 예컨대, 웨이퍼를 적층체로 절단하는 경우에는, 한 예로서 웨이퍼 100장을 한쪽면에 왁스를 도포하고 욕조에 수직으로 장치하여 고온가열 하에서 웨이퍼 양단으로부터 정밀도 좋게 직각을 유지하면서 가압접착하며, 냉각 후, 잉고트형상 적층체를 형성하며(절단가공 정밀도와 절단시의 절단저항력에 의한 탈락회피의 관계 상, 예컨대 웨이퍼 100장을 대상으로 한다), 잉고트로부터 웨이퍼를 절단하는 종래의 내주날식 절단장치를 사용하여 선단의 1장으로부터 차례대로 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 절단하여 전체 웨이퍼를 회수하고, 접착에 사용한 왁스를 제거하여 웨이퍼를 제작한다.
연마입자는 2000번 이상 6000번 이하로 할 필요가 있으며, 2000번 미만이면 에칭가공 후 양호한 면을 얻기 어렵고, 6000번을 초과하면 에칭가공면은 양호하게 된다 하더라도 연삭에 많은 시간을 필요로 하여 생산성이 급격하게 악화되는 문제가 있다.
여기에서의 번호는 표시번호이며, 실제 입자지름은 다음의 식 (1)에 의해 대략 산출된다.
실제 입자지름(㎜) = (25.4×0.58)/표시번호 ----------- (1)
따라서, 본 발명에 있어서의 2000번 이상 6000번 이하일 뿐 실제 입자지름은 2.5 내지 7.4 ×10-3㎜로 된다.
도 1에 표시하는 장치는 본 발명에서 사용되는 래핑가공장치의 한 예를 표시하는 것이다.
도면에서의 참조부호 (5)는 90°마다 회전하는 포지쇼닝테이블(positioning table)이며, A위치는 흡착반(2)이 웨이퍼(1)를 복수장 흡착반(2)에 흡착지지하는 위치이며, 웨이퍼(1)는 카세트수납부(6)로부터 로딩아암(10)에 의해 웨이퍼 대기홀더(8)에 놓여진 후, 흡착반(2)이 하강하여 웨이퍼(1)를 지지하여 대기하고 있다.
B 및 C위치는 래핑위치이며, 웨이퍼(1)는 공명(孔明)한 금속반의 웨이퍼 흡착반(2)으로 웨이퍼 한쪽면을 진공흡착하여 a방향으로 회전하고, 동 방향의 b방향으로 회전하는 세라믹판(3)을 부착한 정반(4)에 의해 눌려지며, 세라믹판(3)의 상면에 공급되는 연마제 슬러리에 의해 래핑된다.
B위치와 C위치에서 동일한, 2000번 이상 6000번 이하의 연마입자를 사용하여 처리량을 향상시켜도, 또, B위치에서 2000번 이상 6000번 이하의 범위에서 입자분포가 비교적 거친 입자를 사용하는 C위치에서는 비교적 미세한 연마입자에 의한 2단래핑가공을 실시하여도 좋다.
D위치는 웨이퍼(1)의 흡착지지를 해방하여 예컨대 웨이퍼 카세트에 수납하는 위치에서 웨이퍼(1)는 흡착반(2)으로부터 회수홀더(9)에 일단 지지하여 고쳐진 후에 언로딩아암(11)에 의해 카세트 수납부(7)의 카세트에 수납된다.
습식에칭가공방법은, 예컨대, 웨이퍼를 드럼 내에 일정 간격으로 다수장 설치하고, 공지의 에칭액(예컨대 산, 초산, 질산의 혼합액)에 침지하고 회전시키면 산화층 내 확산층 두께 및 미확산층의 각 면에서 에칭되며, 각각 소정 두께의 디스크리드용 웨이퍼가 얻어진다.
본 발명의 작용은, 첫째로 가공두께에 관한 것으로, 본 발명에 의해 그 전 공정의 연삭시의 가공굴곡 및 연삭시의 연삭자욱을 완전하게 제거할 수 있으며, 이 때의 래핑가공값은 다음의 에칭가공값과 합하여도 극히 얕고, 이것은 전의 평면연삭가공에서 두께 정밀도가 극히 양호하게 마무리되어 있는 웨이퍼의 정밀도를 엄밀하게 그대로 유지할 수 있도록 작용하며, 종래의 마무리 경면연마가공에서는 가능하였던 왁스에 의한 부착을 생략할 수 있어서 부착 오차 및 이물질의 개재에 의한 량을 완전하게 회피할 수 있어 두께 정밀도가 양호한 디스크리드용 기판을 제조할 수 있다.
또, 산화막 형성에 대해서, 편면 에칭 저지의 목적으로 한정하여 말하면, 다른 방법으로서는 보호하고자 하는 한쪽면에 대한 왁스, 레지스트코트 등 또는 편면에칭장치의 사용도 가능한데, 전자는 그 후의 웨이퍼의 청결화가 용이한 것은 아니며, 또, 후자는 에칭액이 배면으로 흐른다고 하는 문제가 있는데, 본 발명의 산화막 형성수단은 통상의 에칭액에 대해서 실리콘 반도체의 용해(반응)속도에 비해서 극히 작은 완전한 보호막으로서의 역할 뿐만 아니라 본 발명의 각종 가공공정에서의 불순물에 대한 방호벽으로서의 작용도 있고, 또, 디스크리드용 웨이퍼로 되는 다음의 공정, 예컨대 고온에서의 미확산층측의 새로운 불순물 확산층의 형성에 있어서 형성종료의 확산층측으로부터의 불순물의 외방 확산을 방지하여 목적으로 하고 있는 확산 불순물에 영향을 주는 작용(오토디프)을 배제할 수 있다.
둘째로, 디스크리드용 웨이퍼제조에 대해 큰 폭으로 생산성을 향상시킬 수 있다. 마무리가공에 있어서의 본 발명과 종래 방법과의 마무리 배치(batch) 매수를 고려한 웨이퍼 1장당의 생산성의 비교를 5㎜ψ 웨이퍼에 대해서 표 1에 표시한다.
| 면방향가공속도 | 면방향제거값 | 배치소요시간 | 배치의 마무리매수 | 1장당 소요시간 | |
| 종래의경면연마가공 | 0.5㎛/분 | 8㎛ | 16분20장 | 0.8분/장 | |
| 본발명래핑가공에칭가공합계 | 2㎛/분15㎛/분 | 2㎛4㎛ | 1분0.27분 | 10장125장 | 0.10.0020.102분/장 |
표 1의 1장당의 소요시간으로부터 종래의 방법과 본 발명의 생산성을 비교하면, 종래방법 : 본 발명 = 1/0.8 : 1/0.102 = 1 : 7.8의 식으로 표시하는 결과가 얻어지며, 마무리가공에 있어서는 본 발명의 생산성은 종래방법의 7.8배로 향상한다는 것을 알 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2발명에 대해서 설명한다.
웨이퍼 양면에 불순물이 확산된 확산 웨이퍼를 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 2분할로 절단하는 방법에는, ①내주날식 절단장치에 의해 웨이퍼를 1장씩 절단하고, 회수하는 낱장식 절단방법, ②내주날식 절단장치에 의한 웨이퍼 적층체의 웨이퍼를 순차 절단하여 회수하는 방법 및 ③웨이퍼 적층체를 와이어쏘우로 적층체 웨이퍼 전체 장수를 대상으로 동시에 절단하는 방법이 있다. 각각의 절단방식에 있어서 절단가공 정밀도의 관점에서 보면, ③의 방법은 생산성에 대해서는 최상일 뿐, 다수장의 웨이퍼의 각각의 두께 중앙에 와이어 중심을 각각 일치시키는 수단이 완전하게는 확립되어 있지 않아, 절단가공 정밀도에 대해서는 충분하지 않고, ②의 방법은 종래의 절단장치를 그대로 이용할 수 있어, 간편하기는 하지만, 적층체의 제작시의 균일이 절단가공 정밀도에 영향을 준다고 하는 문제가 있는 것에 대해서, ①의 방법의 내주날식 절단장치로 낱장식으로 절단하는 방법은 기준지지면에 웨이퍼를 지지하고 그 기준면에 대해 항상 일정한 공구위치에서 절단할 수 있으므로 절단가공 정밀도는 3가지의 방법 중에서 가장 좋다.
한 예로서, ①의 방법과 ②의 방법에 대해서 경험적으로 구한 절단가공 정밀도를 두께(웨이퍼의 중심 1점 및 주변 5점에서 측정) 불균일을 3σ(σ는 표준편차)로 표시하면, 가공 후 매수 200장에서,
①의 방법(낱장식) 3σ≒25㎛
②의 방법(적층체) 3σ≒85㎛로 된다.
따라서, 웨이퍼의 절단을 내주날식 절단장치로 낱장식으로 실시하여 두께 불균일을 적게 하므로써 다음 공정의 연삭가공의 연삭대설정을 작게 할 수 있어, 연삭속도를 더욱 낮게 하는 높은 번호의 연마입자 2000번 이상 6000번 이하에 의한 연삭가공을 가능하게 하고, 연삭시의 가공굴곡이 더욱 적고, 연삭시의 연삭 흔적도 극히 약하여 양호한 가공면을 얻을 수 있고, 다음의 에칭가공에 있어서의 에칭가공값을 증가시키는 것만으로 가공굴곡이나 흔적을 완전하게 소멸시킬 수 있다. 또, 이 방법에서는, 래핑가공공정의 생략에 의한 제조비용의 큰 폭의 감소를 도모할 수 있다. 따라서, 이것은 디스크리드의 용도의 목적에 의해서는 유용한 가공방법이다.
연삭숫돌은 2000번 이상 6000번 이하의 것으로 할 필요가 있는데, 2000번 미만이면 가공굴곡 및 면의 거칠기가 커, 에칭가공 후에 목적으로 하고 있는 양호한 면을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있고, 6000번을 초과하면 에칭가공 후의 면은 양호하게 되어도 높은 번호의 연마숫돌로 되는 등, 연삭재의 입자직경이 보다 미세화 하여 연삭가공에 많은 시간을 필요로 하여 생산성이 급격히 저하한다고 하는 문제가 있다. 또, 여기서 번호는 표시번호이며, 실제 입자직경은 상기한 식 (1)에 의해 간략하게 구해진다.
본 발명의 제3발명에 있어서는, 숫돌이 보다 높은 번호로 이루어지면 이루어지는 정도, 연삭입자가 작게 되어 연마입자의 결합재(모재)로부터의 연삭입자의 돌출높이가 감소하여 연삭가공시의 숫돌의 눈막힘의 제거 및 연마입자의 돌출부의 마멸이 심하게 되어 드레싱, 즉, 눈막힘의 제거 및 연마입자의 돌출높이의 확보가 필요하게 된다. 본 발명은 연삭작업 중에 단속적으로 혹은 연속적으로 연삭숫돌의 날면에 연삭액(중량비로 하여 0.01 내지 0.05% 정도의 실리콘 반도체 절삭분 포함)에 공기를 혼합하고, 수적류(水滴流)로 하여 연삭숫돌 날면에 분사하여 드레싱을 실시하는 수단으로 이루어진다. 또, 연삭수류량 및 공기의 혼합량 등의 조건은 숫돌의 시간당 마모량이 이미 알려져 있는 것에 비교하여 시간당의 숫돌 날면으로부터의 제거량을 얻도록 설정한다. 또, 연삭액을 회수하여 사용하는 것은 액에 포함되는 미세한 실리콘 분말은 유용하게 활용할 수 있고, 또, 경제적이다.
드레싱용 장치를 구비한 평면연삭반의 한 예를 도 2에 표시한다. 도면에 있어서, 연삭가공되는 웨이퍼(1)는 진공척(12)에 의해 진공지지되어 회전하는 공작물 테이블(13) 내에서 자전할 수 이는 기구를 구비하여 조립되어 있다. 웨이퍼(1)는 회전축(16)에 의해 고속으로 회전하는 회전숫돌(15)의 숫돌날면(14)으로 연삭가공된다. 참조부호 (17)은 연삭액을 회수하기 위한 배수구이며, 회수된 연삭액은 큰 실리콘조각 등을 침강분리하여 펌프 토출압이 예컨대 17㎏/㎠의 압력으로 실리콘분말을 포함한 그대로 도입관(20)을 통하여 숫돌 날면(14)에서 숫돌의 반경방향 두께를 커버할 수 있도록 편형으로 분사할 수 있는 분사공을 보유하는 선단분사금구(18)를 통하여 분사한다. 이 때, 도입관(20)의 분사공금구(18)의 바로 앞에는 교축부(통과 단면적이 분사공 면적보다 작은 부분)가 존재하고, 연삭액이 유동하는 한 펌프압에 좌우되지 않고 항상 대기압 이하로 유지되므로 필터(21)로부터 공기도입관(19) 및 공기유량조절밸브를 통과하여 용이하게 공기를 흡입하고, 분사되는 수류를 미세한 수적의 흐름으로 하여 분사할 수 있다. 또, 이와 같이 하므로써, 본래 메세한 수적으로 하기에 필요한 일정 이상의 거리(분사공과 숫돌 날면의 거리 H)를 작게 하여 목표로 하는 위치가 정확하게 결정된다. 또, 상기한 수류의 미세한 수적화에 대해서 연마숫돌 입자의 결합제 강도가 커서 보다 많은 량의 공기가 필요한 경우에는, 일반적으로 널리 사용되는 압축공기원(7㎏/㎠)으로부터 도입하는 것도 가능하다.
본 발명의 제2발명에 관한 작용은 2분할의 절단방식으로서 실증적으로 가공정밀도가 가장 양호한 낱장식 절단방법을 채용하고 다음의 연삭공정의 연삭값을 최소화 하며, 일반적으로 보다 높은 번호 규격의 숫돌(보다 미세한 연삭입자를 사용하는 숫돌)에 의해 이루어지는 정도의 연삭속도는 급격히 감소하여 가공시간이 증가하는 것을 상기한 연삭값의 최소화에 의해 상쇄하는, 즉, 생산성을 무시하는 일이 없이 보다 높은 번호의 숫돌(연삭입자 2000번 이상 6000번 이하)의 사용을 가능하게 하며, 그 결과, 그 숫돌에 의한 연삭면의 상태는 연삭가공굴곡은 적고(예컨대 ＜1㎛) 또 연삭시의 숫돌 회전에 의한 자국은 극히 가벼워 양호한 가공면을 얻을 수 있다.
따라서, 에칭가공에서 그 가공값을 증가시키는 것만으로 가공굴곡과 연삭시의 자국을 제거할 수 있고, 가공면의 거칠기(파형을 포함)를 중요시 하지 않는 디스크리드용 웨이퍼, 즉, 디스크리드에는 제1발명에 있어서의 래핑가공을 생략할 수 있어 생산성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
또, 제3발명은, 제2발명이 사용의 대상으로 하고 있는 높은 번호의 숫돌은 연삭입자의 돌출높이가 보다 작기 때문에 눈막힘이 심하고, 수작업에서 운전을 정지하는 드레싱의 빈도가 증가하여 사용하기 곤란하다고 하는 현상을 감안하여 이루어진 새로운 드레싱방법이다. 그 방법은, 연삭시에 사용되는 연삭액을 회수하고(회수액은 실리콘의 연삭시의 극히 미세한 절삭분말을 포함), 그 연삭액을 노즐로부터 연삭숫돌의 날면에 분사하여 드레싱하는 것인데, 그 때에 노즐 선단 근처에 설치된 공기흡입구로부터 공기를 불어넣고 그 도입된 공기와 연삭액을 혼합하며, 연삭액의 분사류를 미세한 수적군의 분사류로서 회전하고 있는 숫돌 날면에 분사한다. 공기의 취입은 노즐 선단 바로 앞에 설치된 교축부에서 공기 도입관을 연결하고 이 교축부에서는 수압의 여부에 상관없이 항상 대기압 이하로 되듯이 작용하므로, 공기의 도입이 용이하다. 또, 상기한 회수액 중의 실리콘 분말이 포함되어 있는데, 중량적으로 극히 소량이므로 실리콘 분말에 의한 효과는 희박하여 오히려 회수액 재이용에 의한 비용면을 배려한 것이다. 이 때, 숫돌 날면에 작용되는 외력은 수적군의 수적 1개에 의한 타격력이며 숫돌이 회전하고 있는 것과 함께 고려되면 극히 짧은 시간 내에서도 다수 반복되는 반복하중이라고 말하며, 이것은 숫돌 날면의 실리콘 분말의 제거는 물론 설정조건에 의한 연삭입자의 결합재(모재)를 피로파괴에 의한 표면으로부터 파괴하는 것으로 된다. 따라서, 보다 미세한 수적으로 이루어지는 분류로 하므로써 효과적으로, 즉, 보다 적은 분사량으로(보다 낮은 분사압으로) 연삭입자의 모재로부터 돌출높이를 일정하게 유지할 수 있으므로 종래의 수작업에 의한 드레싱(눈막힘 제거 및 눈세움)을 대체할 수 있다. 이러한 이유로서, 고속분류를 물체에 분사하여 그 물체 표면의 제거량(연삭량)을 측정하면, 분류속도로서는 노즐 선단 직후에서 최고속이며, 물체에 부여되는 작용력도 최대이겠지만, 실측값으로서는 선단 근처에서는 거의 제거되지 않고, 선단으로부터 거리를 증가할 때마다 일정 거리까지는 그 제거량을 직선적으로 증가시키며 그 후 일정하게 된 후 감소한다고 하는 현상이 있으며, 이 때에는 고속분류는 노즐 선단으로부터 거리를 증가하는 만큼 공기와의 마찰에 의해 일정거리까지는 보다 세분화(수적화)되고, 수적 각각의 타격력은 약화되지만 응력진폭과 피호수명의 관계를 표시하는 S-N 곡선에 있어서의 물체가 명확한 피로한도를 표시하지 않는 숫돌 모재와 같은 경우에는 반복하중의 반복회수의 증가에 의해 피로강도가 더욱 증가한다고 생각된다.
도 1a는 본 발명에서 사용되는 래핑가공장치의 평면도이다.
도 1b는 본 발명에서 사용되는 래핑가공장치의 종단면도의 한 예를 표시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 드레싱용 장치를 구비한 평면연삭반의 종단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
(1) ------------------------ 웨이퍼,
(2) ------------------------ 흡착반,
(3) ---------------------- 세라믹판,
(4) -------------------------- 정반,
(12) ----------------------- 진공척,
(14) -------------------- 숫돌 날면,
(15) ------------------------- 숫돌,
(16) ----------------------- 회전축,
(17) ----------------------- 배수구,
(19) ------------------- 공기도입관.
(실시예 1)
마무리제품이 미확산층 100㎛와 확산층 150㎛로 이루어지는 두께 250㎛의 디스크리드용 웨이퍼를 제조하는 경우에 있어서, 내주날식 절단장치로 웨이퍼의 두께의 중앙으로부터 2분할로 절단하고, 최종적으로 양 표면으로부터 합하여 8㎛ 에칭되는 디스크리드용 웨이퍼를 전제로 생각하여, 두께 1100㎛의 웨이퍼에 양면으로부터 154㎛의 확산층을 형성하고, 이 웨이퍼 100장에 왁스를 도포하고 욕조에 수직으로 장치하여 고온가열 하에서 웨이퍼 양단으로부터 정밀도 좋게 직각을 유지하면서 가압접착하며, 냉각하여 잉고트형상 적층체를 형성하였다(절단가공 정밀도와 절단시의 절단저항력에 의한 탈락회피의 관계 상, 본 실시예에서는 웨이퍼 100장을 대상으로 한다). 그 후, 이 적층체로부터 내주날식 절단장치를 사용하여 선단의 1장으로부터 차례대로 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 절단하여 최종적으로 200장 회수하고, 접착에 사용한 왁스를 용제에 의해 제거하였다. 또, 절단가공 목표 두께는 날의 두께가 330㎛인 때 385㎛로 된다. 다음에, 절단된 웨이퍼의 절단면쪽을 2축 평면 연삭반에서 제1축은 번호 400번의 숫돌로 연삭하고, 이어서, 제2축으로 2000번의 숫돌로 연삭가공하였다. 연삭가공 목표두께는 260㎛로 하였다. 다음에, 도 1에 표시하는 래핑가공장체에 의해 웨이퍼를 1장씩 진공흡착하여 3000번의 연마입자를 개재하여 회전하는 정반에 부착된 세라믹보드에 가압하여 래필가공하였다. 전의 연삭시의 가공굴곡은 ＜1㎛ 이내와 추측할 수 있는 목표 래핑값은 2㎛이다. 래핑가공 목표두께를 258㎛로 하였다. 이어서, 웨이퍼를 드럼 내에 일정 간격으로 다수장 설치하고 에칭액(불산(50중량%), 초산(70중량%), 질산(99중량%)이 체적비로 1:4:2의 액)에 침지하고, 회전하며, 확산층 두께 및 미확산층의 두께는 에칭속도와 동등하게 하면(확산층면쪽은 통상 불순물이 고농도로 도프되어 있고 미확산층쪽과는 에칭속도가 미세하게 다르다) 각각의 면은 4㎛씩 에칭되어 불순물 확산층 150㎛ 비확산층 100㎛로 포함하여 목표 두께 250㎛의 디스크리드용 웨이퍼가 얻어졌다.
실제로 제작된 200장의 디스크리드용 웨이퍼의 평균 두께는 250.3㎛이며, 불균일 3σ는 4.35이었다.
(비교예 1)
마무리제품이 미확산층 100㎛와 확산층 150㎛로 이루어지는 두께 250㎛의 디스크리드 기판을 제조하는 경우에 있어서, 두께 1100㎛의 웨이퍼에 양면으로부터 150㎛의 확산층을 형성하고, 이 웨이퍼 100장에 왁스를 도포하고, 실시예 1과 동일하게 적층체를 형성하였다. 그 후, 이 적층체로부터 내주날식 절단장치를 사용하여 선단의 1장으로부터 차례대로 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 절단하여 최종적으로 200장 회수하고, 접착에 사용한 왁스를 용제에 의해 제거하였다. 또, 절단가공 목표 두께는 날의 두께가 330㎛인 때 385㎛로 된다. 다음에, 절단된 웨이퍼의 절단면쪽을 2축 평면 연삭반에서 제1축은 번호 400번의 숫돌로 연삭하고, 이어서, 제2축으로 2000번의 숫돌로 연삭가공하였다. 연삭가공 목표두께는 258㎛로 한다. 이어서, 최종 마무리가공으로서 통상의 방법에 의해 웨이퍼를 왁스를 사용하여 유리기판에 부착하여 경면연마가공을 실시하였다.
실제로 제작된 200장의 디스크리드용 웨이퍼의 평균 두께는 250.6㎛이며, 불균일 3σ는 6.55이었다.
(실시예 2)
두께 1100㎛ 웨이퍼를 시발소재로 하여 마무리제품이 미확산층 100㎛와 확산층 150㎛로 이루어지는 두께 250㎛의 디스크리드용 웨이퍼를 제조하는 경우에, 양면으로부터 150㎛의 확산층이 형성되고, 또, 그 표면에 1.7㎛의 산화막이 형성되어 있는(이하, 산화막은 무시하여 기재) 시발소재를 준비하고, 시발소재의 웨이퍼 100장을 실시예 1과 동일하게 적층체로 하고, 내주날식 슬라이서로 차례대로 선단의 1장으로부터 두께 중앙으로부터, 절단가공 목표 두께 385㎛로 200장 절단하고, 웨이퍼를 연삭가공 목표두께 256㎛로 실시예 1과 동일하게 연삭가공하고, 래핑가공 목표두께 254㎛로 래핑가공하며, 에칭가공하였다. 단, 래핑가공 후의 웨이퍼 두께는 254㎛이며, 이 웨이퍼를 에칭액 중으 회전하는 드럼 내에서 목표두께 250㎛까지 에칭가공하였는데, 이 때, 에칭은 확산층측의 산화막을 0.35㎛ 정도 에칭하는 것만으로 확산층까지는 도달하지 않는 한편, 래핑가공면만 4㎛ 에칭이 진행되었다. 따라서, 마무리두께는 150㎛의 확산층과 그 외측의 1.35㎛의 산화막과 100㎛의 미확산층을 보유하는 디스크리드용 웨이퍼가 얻어졌다.
또, 최종적으로 존재하고 있는 1.35㎛의 산화막은 다음 공정의 오토도프의 방지에 충분한 두께이다.
실제로 제작된 200장의 디스크리드용 웨이퍼의 평균 두께는 250.7㎛이며, 불균일 3σ는 3.73이었다.
(실시예 3)
두께 980㎛ 웨이퍼를 시발소재로 하여 마무리제품이 미확산층 100㎛와 확산층 150㎛로 이루어지는 두께 250㎛의 디스크리드용 웨이퍼를 제조하는 경우에, 시발소재 웨이퍼의 양면에 150㎛의 확산층을 형성하고, 또, 그 위에 1.7㎛의 산화막을 형성하였다.
이 웨이퍼를 내주날식 절단장치로 낱장식으로 1장씩 두께의 중앙으로부터 2분할로 절단하여 회수하고 이것을 반복하여(목표두께는 산화막의 두께를 제외 325㎛) 200장의 절단 웨이퍼를 얻고, 이어서, 도 2에 표시하는 드레싱용 장치를 구비한 평면연삭반으로 제1축에서 번호 800번의 숫돌로 연삭하고, 이어서, 제2축으로 4000번의 숫돌로 연삭가공하였다(목표두께는 산화막의 두께를 제외 265㎛). 이어서, 이 웨이퍼를 실시예 1과 동일한 에칭액으로 웨이퍼 편면을 15㎛ 에칭하였다. 또, 이 때 웨이퍼는 미확산층만 에칭이 15㎛ 진행하고, 확산층측은 에칭가공이 진행하지 않고, 1.7㎛의 산화막 두께가 1.3㎛로 감소하였다. 따라서, 150㎛의 확산층 위에 1.3㎛의 산화막을 보유하고 반대측의 미확산층은 100㎛로서, 두께가 합계(산화막 두께를 제외) 250㎛의 웨이퍼를 제조할 수 있었다.
또, 이 때, 에칭가공값이 실시예 1, 2에 비교하여 다소 얕게 되는 것은 에칭 전의 연삭가공은 번호 4000번의 숫돌에 의한 것으로 연삭가공굴곡은 극히 작은데(＜0.5㎛), 그 연삭시의 숫돌에 의한 자국이 잔존하고 있으며, 그것을 에칭값의 증가에 의해 완전하게 소멸시키기 때문이다.
또, 평면연삭반을 사용할 때, 높은 번호의 숫돌을 사용하는 것 뿐만 아니라 눈막힘을 일으켰다.
본 발명의 제1발명에 의한 마무리 정밀도가 좋은 웨이퍼를 제조할 수 있고, 또, 마무리연마공정을 생산성이 좋은 에칭방식의 채용에 의해 비용을 절감할 수 있으며, 또, 제2발명에 의한 에칭가공 전의 래핑가공을 생략할 수 있어 큰 폭의 비용 절감이 도모되며, 제3발명의 드레싱장치에 의한 연삭장치의 가동율이 상승하여 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있었다.
Claims (3)
- 실리콘 반도체 웨이퍼의 한쪽에 불순물의 확산층을 보유하며, 상대하는 반대쪽에 불순물의 미확산층을 보유하는 2층 구조로 이루어지는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 있어서,실리콘 반도체 웨이퍼(1)의 양면에 불순물의 확산층을 형성한 확산웨이퍼 또는 확산층 표면에 산화막을 형성한 확산웨이퍼를, 내주날식 절단장치로 웨이퍼의 두께의 중앙으로부터 2분할로 절단하고, 절단 양측을 평면연삭반에 의해 소요의 두께까지 연삭가공하고, 연삭가공면을 2000번 이상 6000번 이하의 연마입자로 래핑가공하며, 이 가공면을 습식에칭가공하여 마무리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법.
- 실리콘 반도체 웨이퍼의 한쪽에 불순물의 확산층을 보유하며 상대하는 반대쪽에 불순물의 미확산층을 보유하는 2층 구조로 이루어지는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법에 있어서,실리콘 반도체 웨이퍼(1)의 양면에 불순물의 확산층을 형성한 확산 웨이퍼 또는 확산층 표면에 산화막을 형성한 확산 웨이퍼를, 내주날식 절단장치로 낱장식으로 웨이퍼의 두께 중앙으로부터 2분할로 절단하고, 절단 양쪽을 2000번 이상 6000번 이하의 연삭숫돌로 연삭가공하며, 연삭가공면을 습식에칭가공하여 마무리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 2000번 이상 6000번 이하의 연삭숫돌(15)에 의한 실리콘 반도체 웨이퍼의 연삭가공에 있어서의 실리콘 반도체 절삭분을 포함하여 회수한 연삭액에 공기를 혼합하고, 연삭 중의 숫돌 날면(14)에 미세한 수적군으로서 분사하여 숫돌 날면의 드레싱을 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 디스크리드용 웨이퍼의 제조방법.
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