KR19990037292A - 반도체웨이퍼를 연마하는 방법 및 장치 - Google Patents

반도체웨이퍼를 연마하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체웨이퍼를 연마하는 방법에 관한것이며, 적어도 1개의 반도체웨이퍼의 적어도 1개 측면이 연마판에 대하여 프레스되며, 연마판위에 연마포가 팽팽이 펼쳐 있어 연마된다.
여기서 반도체웨이퍼와 연마판은 상대운동을 한다.
연마시, 반도체웨이퍼는 연마판상의 적어도 2개의 영역을 통과하며, 그 영역은 방사상폭을 구성하며 상이한 온도를 가지고 있다.
온도제어장치가 연마판에 제공되여 그 장치에 의하여 영역의 수, 방사상폭 및 온도는 반도체웨이퍼를 연마하기전에 고정된다.
또한 본 발명은 그 방법을 실행하는 장치에 관한 것이다.

Description

반도체웨이퍼를 연마하는 방법 및 장치
본 발명은 반도체웨이퍼를 연마하는 방법에 관한것이며, 적어도 1개의 반도체웨이퍼의 적어도 1개측면이 연마판에 대하여 프레스되며, 연마판위에 연마포가 팽팽이 펼쳐있어 연마된다.
여기서 반도체웨이퍼와 연마판은 상대운동을 한다.
또한 본 발명은 그 방법을 실행하기 위한 적합한 장치에 관한 것이다.
화학-기게적 연마방법에 의해 반도체웨이퍼를 평탄하게 만드는 것은 평탄하고 흠없고 매끄러운 반도체웨이퍼를 제조하는 처리순서에서 중요한 처리과정을 나타낸다.
여러 제조순서에서, 이 연마과정은 반도체웨이퍼를 전기,전자 및 초소형전자부품의 제조에 대한 개시재료로서 계속 사용전에 최후의 형상형성, 즉 표면특성을 결정적으로 결정하는 과정을 나타낸다.
연마처리의 목적은 서전처리("손상제거")에 의해 손상된 표면층을 제거하고 반도체웨이퍼의 미소거침을 감소시키기 위해 웨이퍼의 양명의 높은 평탄성과 병행성을 특히 달성하기 위한 것이다.
일반적으로 일면연마방법 및 양면연마방법이 사용된다.
일군의 복수반도체웨이퍼("일면일군연마")의 일면연마의 경우에는, 예컨데 점착,결합,접합,진공의 응용에 의한 측면과 캐리어판간에 형상맞춤 및 힘맞춤접속을 형성함으로 캐리어판의 전면에 반도체웨이퍼의 한면을 배치한다.
대체로, 반도체웨이퍼는 동심링의 패턴을 형성하도록 캐리어판에 배치된다.
배치된후, 웨이퍼의 자유면은 연마포가 팽팽이 펼쳐있는 연마판에 대해서 구성된 연마력 및 공급된 연마접착력으로 프레스되여 이들면이 연마된다.
처리공정에서, 캐리어판과 연마판은 통상적으로 상이한 속도로 회전된다.
필요한 연마력은 이후에는 연마헤드로 불리울 압력피스톤에 의해 캐리어판의 뒷면에 전달된다.
사용되는 많은 연마기계는 복수의 연마헤드를 갖도록 구성됨으로, 그들은 복수의 캐리어판을 수용할 수가 있다.
양면연마(DSP)에 있어서는, 복수의 반도체웨이퍼는 연마포가 팽팽이 펼쳐있는 2개의(상부 및 하부)연마판 사이에 가이드됨으로 전면 및 후면이 동시에 연마된다.
이 경우, 반도체웨이퍼는 회전자 디스크로서 응용되고 또한 반도체웨이퍼의 래핑시 동일한 형상에서 사용되는 엷은 웨이퍼캐리어에 놓여진다.
양면연마방법 및 장치는 항상 1군의 반도체웨이퍼("배치연마")를 처리하기 위해 구성된다.
여러요인이 이후 필요기하학적구조로서 불리울 반도체웨이퍼의 필요평탄성 및 병행성의 달성을 어렵게 만든다.
때로는 연마반도체웨이퍼는 서로 병행않된 면을 가지나, 그러나 횡단면에서 웨지의 형상을 취한다.
웨지의 형상은 직선적 부피변화개념을 사용하여 기술될 수 있으며, 직선적 부피변화는 반도체웨이퍼의 중앙에 대해 대칭으로 동일직경에 있는 2개의 측정점간의 부피에 있어서 최대측정차이이다.
통상적으로 측정점은 예컨데 반도체웨이퍼의 에지로부터 6mm 의 거리에 있는 원상에 대칭으로 놓여있다.
키리어판의 에지쪽으로 향하여 있는 반도체웨이퍼의 웨지가 캐리어판의 중앙쪽으로 향하여 있는 웨이퍼에지보다 두꺼우면(엷으면), 이것은 양(음)의 직선웨지형상으로 불리운다.
반도체웨이퍼의 웨지형상의 다른 측정을 소위 TTV 치(TTV=total thickness variation, 총부피변화)이며, 이것은 반도체웨이퍼에 있는 가장 두꺼운 곳과 가장 엷은 곳간의 차이를 나타낸다.
연마에 의해 발생된 반도체웨이퍼의 형상은 결국 재료의 평탄치 않는 제거의 결과이며, 이것은 캐리어판이 그의 중량 때문에 연마시 방사상으로 변형되거나 또는 그의 제조에 의해 원인이 된 어느 방사상 워지형상을 가질 때 발생한다.
때로는, 연마포의 초기마모가 수많은 연마동작의 경과로 악화된 웨이퍼의 기하학적 구조의 원인이 된다.
일정한 기본적 웨지형상은 단일 웨이퍼연마시 운동학적 비율 때문에 재료의 불균질제거를 요구하는 이상적 평탄성의 캐리어판을 사용할때에도 발생한다.
유럽특허 EP-4033A1 에는, 캐리어판을 방사성으로 대칭상태로 약간 임의로 만곡되게 함으로서 연마헤드와 캐리어판의 뒷면사이에 연질의 탄성체의 중간층을 삽입하는 것이 제안되였다.
이와같이하여 어느정도 반도체웨이퍼가 웨지내에 연마되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 이 방법은 자동화될 수 없으며, 그리고 그의 성공은 대부분 중간층을 기저로하여 중간층을 선택하고 삽입하는 운전자의 경험 및 주의에 좌우됨으로 과오를 받기 쉽다.
그러나, 이 방법을 실시시 과오가 발생치않을지라도, 연마반도체웨이퍼의 웨지형상은 상기 구성한계치에 머므르게 된다.
본 발명은 특히 연마반도체웨이퍼의 웨지형상이 낮아지기 위해 반도체웨이퍼를 연마할 때 연마마모의 균일성을 개선하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명은 반도체웨이퍼를 연마하는 방법에 관한 것이며, 적어도 반도체웨이퍼의 적어도 1개면이 연마포가 팽팽이 펴저있는 연마판에 대해 프레스되여 연마되며, 반도체웨이퍼와 연마판은 상대운동을 한다.
거기에서 반도체웨이퍼는 연마시 연마판 위에 있는 적어도 2개 영역을 통과하며, 그 영역은 정해진 방사상폭을 가지며 상이한 온도에 있으며, 온도제어장치가 연마판에 제공되여, 반도체웨이퍼가 연마되기전에 영역의 수, 방사상폭 및 온도를 확정한다.
또한 본 발명은 이 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이며, 그 장치는 연마판에 수용된 체인버시스템을 구비하고 있으며, 체임버시스템은 각 환상체임버에 정해진 조정온도를 가진 온도제어매체가 흐르고 동심되게 배치된 환상체임버로 구성되어 있다.
발명자들에 의해 실시된 조사에 의하면, 연마시 방사상의 볼록한 온도프로파일이 연마판에 형성되며, 이것이 연마반도체웨이퍼가 웨지형상으로 되는 일부의 원인이 된다.
온도프로파일의 원인은 상기 탄성중간층을 사용하여 보상않되는(예컨데 특히 만곡않되는 도자기캐리어판을 사용시)재료의 불균일제거 또는 충분히 보상않되는(덜 강성재로된 캐리어판을 사용시)재료의 불균일제거 때문이다.
본 발명에서는 그러한 보상이 허용되나, 그것은 온도제어영역의 조성에 의해 제거될 물질의 량을 결정하는데 있어서 어느정도 결정적인 연마판의 방사상 온도프로파일을 확정하기 때문이다.
본 발명은 연마시 비교적 넓은 한계내로 설정될 반도체웨이퍼의 웨지형상을 허용한다.
본 발명에 의하여 제어된 양성 또는 음성의 웨지형상을 가진 반도체웨이퍼를 제조할 수 있다.
그러나, 본 발명은 주로 운동학적 영향 및 웨지형상으로 유도하는 캐리어판 또는 연마포의 영향을 보상하며, 그리고 예컨데 연마포의 사용수명의 연장을 달성케한다.
본 발명은 한면연마(한웨이퍼 및 일군연마) 및 양면연마를 위해 사용된다.
본 발명을 더 상세히 다음의 한면일군연마의 실시예를 참조하여 설명한다.
본 발명에 의하여 보증되는 것은 반도체웨이퍼는 연마시 연마판의 적어도 2개 영역을 통과하며 그 영역은 연마판에 있는 온도제어장치에 의해 일정온도로 유지되는 것이다.
그 영역은 바람직하게 동심원으로 배치되여 있으며, 그 영역의 적어도 2개의 온도가 구분된다.
영역의 수, 방사상폭 및 온도는 연미시행전에 고정되며, 연마시행시 그 영역을 유지하는 온도의 변화가능성은 배제되지 않는다.
연마포의 불균일마모의 영향 때문에, 종전의 연마판에서는 반도체웨이퍼의 연마시, 온도가 균일하지 않다.
온도는 종종 연마판의 에지에서 5/2(r 은 연마판의 반경)까지 증가하고 연마판의 중앙으로 하강함으로 방사상으로 볼록한 온도프로파일이 발생한다.
연마판에 수용된 온도제어장치에 의해 일정온도로 유지되는 연마판위에 영역을 형성함으로 온도파일을 균질로 하는 것이 가능하며, 방사상의 볼록한 온도프로파일의 형성을 피하기 위해, 적어도 2개의 온도제어영역이 연마판위에 구성되여야 한다.
예컨데 적합한 형태는 동심원의 형상으로 된 3개의 영역이며, 외측 및 내측영역은 중심영역보다 높은 온도에서 유지된다.
그 결과로서, 반도체웨이퍼의 연마시 연마판의 중심영역에서 생성된 열이 온도제어장치를 통하여 소실된다.
외측 및 내측링, 그럼으로 에지에 근접한 연마판의 부분은 대조적으로 부가열에너지를 받음으로, 합쳐서 평평한 방사상의 온도프로파일이 발생한다.
근본적으로, 본 발명은 연마시 발생하는 어떤 임의의 방사상 온도프로파일을 평평하기 위해 사용될 수 있다.
영역의 수, 영역의 방사상폭 및 영역이 유지하는 온도는 반도체웨이퍼의 연마전에 확정된다.
이미 연마된 반도체웨이퍼의 기하학적 구조를 분석한 데이터, 예컨데 이들 반도체웨이퍼에 대해 결정된 직선부피변화는 상기 요인을 확정하기 위한 기초로서 사용된다.
선행연마작업시 확정된 연마판의 방상온도프로파일에 관계된 측정데이터도 또한 기초자료로서 사용할 수 있다.
연마후 예정될 반도체웨이퍼의 기하학적구조와 확정될 연마판상의 영역수, 영역폭 및 온도간의 기능적 접속을 정기적인 실험에 의해 합목적적으로 확정되며, 그러한 실험에 있어서, 영역의 수, 방사상폭 및 온도는, 체계적으로 변경되고 연마 반도체웨이퍼의 기하학적 구조에 대한 효과가 조사된다.
그러한 실험의 종결후, 연마공정은 간단한 방법으로 자동화된다.
마스터컴퓨터는 입력데이터로서, 선행연마작업시 확정된 방사상온도파일 또는 선행 연마작업시 연마된 반도체웨이퍼의 기하학적 구조(예컨데 웨지형상)에 관계된 데이터를 받고, 경험적으로 발견된 관계에 의거하여 임의의 웨이퍼의 기하학적구조(영역의 수, 방사상폭 및 온도)를 달성하기 위해 필요한 파라미터를 결정한다.
도 1 은 본 발명에 의한 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 개략도이며, 본 장치를 통한 수직단면의 측면도를 나타낸다.
도 2 는 본 장치의 연마판을 관통한 수평단면의 평면도를 나타낸다.
도 3a,3b 및 도 4a,4b 는 본 발명을 이용함으로써 반도체웨이퍼의 기하학적 구조가 영향받는 방법을 개략적으로 나타낸도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1. 연마헤드 2. 캐리어판
3. 연마포 4. 연마판
K. 연마력 5. 반도체웨이퍼
Z1‥‥‥Z5환상체임버 RZ1‥‥‥RZ5귀환관
6. 회전가이드 7. 서모스탯장치
8. 마스터체임버 SZ1‥‥SZ5. 목표온도
9. 메모리
본 발명을 더 상세히 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 청구된 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 개략도이며, 먼저 도 1 에 의해 설명한다.
본 실시예는 복수의 연마헤드(그중의 1개가 표시됨)을 가진 한면연마기계에 관한 것이다.
연마헤드(1)는 연마포(3)를 팽팽하게 패치고 있는 연마판(4)에 대해서 연마력(X)으로 캐리어판(2)을 프레스한다.
캐리어판은 예컨데 진공흡입에 의해 연마헤드위에 지탱되여 있으며, 반도체웨이퍼(5)는 연마포(3)를 향하여 캐리어판(2)의 전면에 고정되여 있다.
연마시, 캐리어판과 연마판은 일정한 회전방향에서 일정한 속도로 회전한다.
장치의 중요한 특징은 동심으로 배치된 통로에 뻗어 있는 연마판에 온도매체가 흐르고 있는 환상체임버이며 도시된 연마판에는 5개의 환상체임버(Z1~Z5)가 제공되여 있으며, 각 환상체임버는 서로 독립되게 예컨데 체임버를 통하여 흐르는 물, 즉 온도제어매체를 가지고 있다.
그리고 온도제어매체는 각 환상체임버에서 특정온도를 가지며, 온도는 서로 상이할 수 있다.
온도제어매체는 유관(VZ1~VZ5)을 통하여 각 환상체임버에 펌프되고, 다시 귀환관(RZ1~RZ5)을 통하여 이들 체임버를 떠난다.
유관 및 귀환관은 연마판(4)하부에 부착된 회전가이드(6)를 통하여 뻗어 있으며, 일목요연하게 하기 위하여 유관 및 귀환관은 단속된 형태로 도시되였다.
또한 온도제어매체는 서모스탯장치(7)에 의해서 필요온도에 유지되며, 서모스탯장치는 환상체임버(Z1~Z5)에 있는 온도제어매체를 위해 목표온도(SZ1~SZ5)를 지시하는 마스터컴퓨터(8)에 의해 제어된다.
한편 마스터컴퓨터는 선행 연마작업시의 측정데이터가 저장되어 있는 기억장치를 액세스하며, 그것에서 자동으로 목표온도를 계산한다.
온도제어매체는 각 환상체임버에 정해진 온도를 유지함으로, 특정온도의 방사상 대칭여역은 연마판에 형성되며, 반도체 웨이퍼는 연마시 이들 영역을 지나간다.
사용가능한 영역의 수는 제공된 환상체임버의 수에 좌우되며, 영역의 방사상폭은 환상체임버의 선정된 방사상폭 및 환상체임버를 흐르는 온도제어매체의 온도에 좌우된다.
도 2 는 도 1 에 의거한 장치의 연마판을 관통한 수평단면의 평면도이다.
온도제어매체의 온도가 각 환상체임버(Z1~Z5)에서 다른 환상체임버에 있는 온도제어매체의 온도와 다르면, 환상체임버는 환상체임버의 수에 일치하는 연마판에 환상체임버의 수를 형성한다.
이들 영역은 관계된 환상체임버에 있는 온도 제어매체의 온도와 대체적으로 일치하는 온도에 유지되며, 2개이상의 인접한 환상체임버에 있는 온도제어매체의 온도가 동일하며는 영역의 수가 대응되게 작게된다.
이것은 이들 환상체임버의 방사상폭의 합계에 대략 일치하는 방사상폭을 가진 연마판의 영역에서 일어나며, 바람직하게는 2~5 의 환상체임버가 제공된다.
바람직하게는 환상체임버의 방사상폭은 연마될 반도체웨이퍼의 직경의 25~120% 에 달한다.
도 2 에 표시된 실례의 대안으로서, 또한 환상체임버는 고유하게 구성될 수 있다(예컨데 미앤더링형상으로). 또한 상기와는 다른 방법으로 예컨데 가열소자와 냉각소자를 연만판에 통합함으로서, 특정온도의 영역을 형성하여 연마판에 정해진 방사상 온도프로파일을 설정하는 것이 가능하며, 이것은 유도(induction)에 의해 또는 연마판에 수용된 전원에 의해 작용될 수 있다.
도 3a,3b 및 도 4a,4b 는 본 발명을 이용함으로서 반도체 웨이퍼의 기하학적구조가 영향받는 상태를 나타낸 개략도이며, 도들은 실시예의 결과를 발명하고 있다.
도 1 에 의거한 장치에서 연마작업후, 양웨지형상을 가진 반도체웨이퍼가 형성되고, 연마작업시 환상체임버(Z1~Z5)를 통하여 환상체임버에서 다음과 같이 온도조절된 온도매체가 흘렀다 : Z1=30℃ , Z2=30℃ , Z3=40℃ , Z4=30℃ 및 Z5=30℃ (도 3a). 환상체임버의 온도를 변경하여(Z1=40℃ , Z2=40℃ , Z3=30℃ , Z4=40℃ , Z5=40℃), 다음과 같은 연마작업후 거이 편탄-평행면을 가진 반도체 웨이퍼를 얻을수 있었다(도 3b).
도 1 에 의거한 장치에서 연마작업후, 음 웨지형상을 가진 반도체웨이퍼가 형성되고, 연마작업시 환상체임버를 통하여 환상체임버(Z1~Z5)에 다음과 온도조정된 온도매체가 흘렀다 : Z1=30℃ , Z2=30℃ , Z3=40℃ , Z4=30℃ 및 Z5=30℃ (도 4a). 한편 환상체임버의 온도의 변화를 통하여 (Z1=20℃ , Z2=20℃ , Z3=50℃ , Z4=20℃ , Z5=20℃), 다음과 같은 연마작업후, 거이 평탄-평행면을 가진 반도체웨이퍼를 얻을수 있었다.
본 발명은 반도체웨이퍼를 연마시, 연마마모의 균일성을 개선할 수 있으므로 우량한 품질의 반도체웨이퍼를 제조할 수 있다.
방법으로서 적어도 1개 반도체웨이퍼의 한면이 연마포를 팽팽이 펼쳐진 연마판에 대해 프레스되여, 연마된다.
또한 상기 방법을 실행하는 장치에 있어서는, 연마판에 수용된 체임버시스템을 구비하며, 그 시스템에는 각 환상체임버에 온도조절된 온도제어매체가 흐르며, 그 환상체임버가 동심원으로 배치되어 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 1개의 반도체웨이퍼의 적어도 1개면이 연마포가 팽팽이 펼쳐진 연마판에 대해서 프레스되며 연마되고, 반도체웨이퍼와 연마판은 상대운동을 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법에 있어서,
    반도체웨이퍼는 연마시 연마판 위에 있는 적어도 2개의 영역을 통과하며, 그 영역들은 정해진 방사상폭과 서로다른 온도를 가지며, 온도제어장치가 연마판에 배치되여 영역의 수, 영역의 방사상폭 및 영역의 온도가 반도체웨이퍼를 연마하기전에 확정되는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    영역은 연마판의 평면도상에서 동심원을 형성한 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    영역의 수, 방사상폭 및 온도는 선행연마작업시 시행되고, 연마판의 방사상온도프로파일의 측정결과의 함수로서 확정됨을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    영역의 수, 방사상폭 및 온도는 이미 연마된 반도체웨이퍼의 기하학적구조의 분석결과의 함수로 확정됨을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    영역의 수, 방사상폭 및 온도는 컴퓨터에 의하여 자동적으로 확정됨을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    영역의 온도는 연마시 변경됨을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    연마는 한면연마, 양면연마 , 단일 웨이퍼연마 및 배치연마로 구성된 1군의 연마방법에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 방법.
  8. 연마포가 팽팽하게 펼쳐져 있고 연마판에 수용된 체임버시스템을 구비한 적어도 1개의 연마판을 가진 반도체웨이퍼를 연마하는 장치에 있어서,
    체임버시스템은 각 환상체임버내에 확정된 조정온도를 가진 온도제어매체가 흐르는 동심으로 배치된 환상체임버를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전송된 처리데이터에 의거하여, 각 환상체임버내의 온도제어매체의 온도를 제어하는 마스터컴퓨터를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    각 환상체임버는 반도체웨이퍼 직경의 25~120% 의 방사상폭을 가진 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼를 연마하는 장치.
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