KR20000073768A - 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭(Silicon Ingot Laser Beam Slicing) 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법에 있어서, 실리콘 잉고트를 성장시키는 단계와; 성장된 실리콘 잉고트를 레이저 절삭 수단으로 절삭하여 실리콘 웨이퍼를 형성하는 단계와; 형성된 실리콘 웨이퍼의 가장자리(edge)를 레이저 절삭 수단을 사용하여 일정 모양으로 가공하는 단계와; 실리콘 잉고트 성장 단계시 발생하는 도너(donor)를 제거하기 위한 열처리 공정을 수행하는 단계와; 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 불순물을 제거하는 외형 게터링(external gettering) 공정을 수행하는 단계와; 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 미립자 등을 제거하는 세정/건조 공정을 수행하는 단계와; 실리콘 웨이퍼의 오염, 평탄도 및 휘어짐을 검사하는 단계와; 실리콘 웨이퍼를 패키징하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 기존의 실리콘 잉고트 절삭기술이 안고 있는 웨이퍼의 평탄도 및 표면 거칠기 문제 등을 혁신적으로 개선시킬 수 있으며, 소모성인 수용성 슬러리(slurry)를 대체한 반영구적인 방법이기 때문에 비용을 삭감할 수 있고, 외형 게터링 후의 연마 공정과 같은 부수적인 공정 단계가 생략됨에 따라 공정 싸이클 타임을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법{METHOD FOR SLICING A SILICON INGOT WITH A LASER BEAM}
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트(a silicon ingot) 절삭 방법에 관한 것으로, 특히, 레이저 빔(LASER beam)을 이용한 실리콘 잉고트 절삭 방법에 관한 것이다.
통상의 반도체 웨이퍼 제조 공정에서는, 멀티 와이어 쏘우어(Multi wire sower)를 사용하여 잉고트를 절삭하는 과정이 포함된다.
이러한 쏘우어를 사용한 통상의 반도체 웨이퍼 제조 과정을 도 1a 내지 도 1k를 참조하여 상세히 기술한다.
먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 실리콘 성장기술인 CZ(Czochralski), MCZ(Magnetic Czochralski) 기법 등을 사용하여 결정체, 즉, 실리콘 잉고트를 성장시킨다.
그런 다음, 성장된 실리콘 잉고트를 도 1b에 도시한 바와 같이, 멀티 와이어 쏘우어를 사용하여 절삭하므로써, 얇은 판 형태의 웨이퍼를 형성하고, 형성된 웨이퍼를 세정한다.
이렇게 세정된 웨이퍼의 가장자리(edge)를 도 1c에 도시한 바와 같이, 다이아몬드 휠(diamond wheel)을 이용하여 일정한 모양으로 가공한다.
한편, 절삭 과정에서의 불균일하게 손상된 층을 균일하게 하고, 평탄도(flatness)와 두께(thickness)를 향상시키는 랩핑(Lapping) 공정을 수행하는데, 이것은 도 1d에 도시되어 있다. 도 1d의 래핑 과정을 수행한 다음 마킹 작업을 수행하고 웨이퍼를 세정한다.
도 1e에서는, 도 1b, 도 1c 및 도 1d 공정에서 발생된 손상층을 제거하는 에칭 공정을 수행하고, 웨이퍼를 세정 및 건조시킨다.
그런 다음, 도 1f에서는 결정 성장시 산소에 의해 발생된 도우너를 제거하기 위해 열처리한 후, 웨이퍼를 세정 및 건조시킨다.
도 1g를 참조하면, 디바이스의 특성을 저하시키는 것을 방지하기 위해서, 웨이퍼에 잔존하는 금속성 불순물(Metallic Impurities)을 제거하는 외형 게터링(External Gettering) 공정을 수행하고, 웨이퍼를 세정 및 건조시킨다.
또한, 도 1e에서 에칭된 웨이퍼의 단면 또는 양면을 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing ; CMP) 기법으로 연마하는데, 이러한 공정은 도 1h에 도시되어 있다.
도 1h의 연마 공정 수행후, 도 1i에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 표면에 존재하는 미립자, 유기물 등을 RCA 세정법등으로 제거한다.
그런 다음, 도 1j에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 오염, 상처, 평탄도, 휘어짐 등을 측정하고, 도 1k에 도시한 바와 같이 웨이퍼를 패키징(packaging)하므로써, 일련의 반도체 웨이퍼 제조 공정이 완료된다.
그러나, 상술한 멀티 와이어 쏘우어를 사용하여 실리콘 잉고트를 절단하는 종래의 반도체 웨이퍼 제조 공정은 아래와 같은 문제점들을 안고 있다.
첫째, 운영비가 지나치게 높다는 문제가 있다. 즉, 절삭 공정시 수용성 슬러리(slurry)와 같은 연마제를 사용하기 때문에, 이에 따른 부수적인 비용이 많이 들며, 또한, 지속적으로 작업 효율이 높은 수용성 슬러리를 연구 개발하여야 한다.
둘째, 절삭 공정에서 웨이퍼의 휘어짐, 물결, 표면 거칠기등 능력감소 문제가 중요하게 대두된다. 이에 따라 추가적인 CMP 공정을 필요로 하여 작업의 복잡성 및 비용의 증대를 수반하게 된다.
셋째, 와이어 쏘우어의 경우, 잉고트 송부기구, 와이어의 장력 및 선속, 슬러리의 공급조건등 제어해야 할 항목이 여러 가지가 있어 작업능률을 떨어뜨린다는 문제가 대두되었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 반도체 웨이퍼 제조 공정에서 레이저(LASER ; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 빔을 이용하여 잉고트(ingot)를 절삭함으로써 부수적인 공정 단계들을 삭감하고 절삭과정에서의 평탄도를 개선하도록 한 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭(Silicon Ingot Laser Beam Slicing) 방법에 있어서, 실리콘 잉고트를 성장시키는 단계와; 성장된 실리콘 잉고트를 레이저 절삭 수단으로 절삭하여 실리콘 웨이퍼를 형성하는 단계와; 형성된 실리콘 웨이퍼의 가장자리(edge)를 레이저 절삭 수단을 사용하여 일정 모양으로 가공하는 단계와; 실리콘 잉고트 성장 단계시 발생하는 도너(donor)를 제거하기 위한 열처리 공정을 수행하는 단계와; 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 불순물을 제거하는 외형 게터링(external gettering) 공정을 수행하는 단계와; 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 미립자 등을 제거하는 세정/건조 공정을 수행하는 단계와; 실리콘 웨이퍼의 오염, 평탄도 및 휘어짐을 검사하는 단계와; 실리콘 웨이퍼를 패키징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법을 제공한다.
도 1a 내지 도 1k는 종래의 쏘우어(sower)를 사용한 실리콘 웨이퍼 제조 과정을 도시한 도면들,
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 레이저 빔을 사용한 실리콘 웨이퍼 제조 과정을 도시한 도면들.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 레이저 매질 12 : 레이저 빔
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법은 도 2a의 결정체 성장 단계로부터 시작된다. 즉, 도 2a에 도시한 바와 같이, 실리콘 성장기술인 CZ(Czochralski), MCZ(Magnetic Czochralski) 기법 등을 사용하여 결정체, 즉, 실리콘 잉고트(ingot)를 성장시킨다.
그런 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 멀티-사이드 무빙 레이저(Multi-side Moving LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation))로 잉고트를 절삭하여 얇은 판 형태의 웨이퍼를 형성한다. 이러한 웨이퍼의 형성은, 소정의 레이저 매질(10)이 구비된 멀티-사이드 무빙 레이저를 실리콘 잉고트에 근접시켜 연속적인 절삭을 실시하므로써 구현된다. 즉, 도 2b에 도시한 바와 같이, 레이저내의 레이저 매질(10)이 좌측에서 우측, 또는 우측에서 좌측으로 이동이 가능하므로, 레이저 매질(10)에서 출력되는 레이저 빔(12)을 이용하여 실리콘 잉고트를 얇은 판 형태로 절삭할 수 있는 것이다.
이때, 레이저 빔이란, 주지하는 바와 같이, 전자가 빛을 흡수하고 방출함으로써 생기는 몇가지 광학적 성질을 응용한 것으로, 전자에 대한 입사광량자와 하향천이에 따른 결과로서 출력되는 높은 방향성을 지닌 코히런트(Coherent) 단색광을 말하며, 이러한 사실은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 실시예에 적용되는 레이저 매질(10)로는, 바람직하게는, 이트륨과 산화 알루미늄의 합성 가네트인 CO2YAG(Yttrium Aluminum Garnet)을 이용할 수 있을 것이며, 보다 바람직하게는, 높은 출력밀도를 갖는 군사용 레이저를 이용할 수 있을 것이다.
한편, 도 2c를 참조하면, 절삭된 웨이퍼의 가장자리(edge)를 멀티-사이드 무빙 레이저 빔(12)을 이용하여 일정한 모양으로 가공한다. 즉, 도 2c에 도시한 바와 같이, 레이저내의 레이저 매질(10)이 상/하 이동이 가능하므로 종래의 다이아몬드 휠(Diamond Wheel)을 대체하여 웨이퍼의 가장자리를 용이하게 가공할 수 있는 것이다.
도 2c의 과정을 수행한 다음 마킹 작업을 수행하고 웨이퍼를 세정한다.
그런 다음, 도 2d에서는 결정 성장시 산소에 의해 발생된 도우너(donor)를 제거하기 위해 열처리한 후, 웨이퍼를 세정 및 건조시킨다.
도 2e를 참조하면, 디바이스의 특성을 저하시키는 것을 방지하기 위해서, 웨이퍼에 잔존하는 금속성 불순물(Metallic Impurities)을 제거하는 외형 게터링(External Gettering) 공정을 수행한다.
도 2e의 연마 공정 수행후, 도 2f에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 표면에 존재하는 미립자, 유기물 등을 RCA 세정법등으로 제거한다.
그런 다음, 도 2g에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 오염, 상처, 평탄도, 휘어짐 등을 측정하고, 도 2h에 도시한 바와 같이 웨이퍼를 패키징(packaging)하므로써, 본 발명에 따른 멀티-사이드 무빙 레이저를 이용한 반도체 웨이퍼 제조 공정이 완료된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 멀티 와이어 쏘우어(multi wire sower) 및 다이아몬드 휠이 레이저 빔으로 대체됨에 따라, 랩핑 공정, 에칭 공정, 연마 공정 및 기타 세정/건조 공정등이 삭제됨을 알 수 있다.
즉, 본 발명은 기존의 실리콘 잉고트(ingot) 절삭기술이 안고 있는 웨이퍼의 평탄도 및 표면 거칠기 문제 등을 혁신적으로 개선시킬 수 있으며, 소모성인 수용성 슬러리(slurry)를 대체한 반영구적인 방법이기 때문에 비용을 삭감할 수 있고, 외형 게터링(external gettering) 후의 연마 공정과 같은 부수적인 공정 단계가 생략됨에 따라 공정 싸이클 타임을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭(Silicon Ingot Laser Beam Slicing) 방법에 있어서,
    상기 실리콘 잉고트를 성장시키는 단계와;
    상기 성장된 실리콘 잉고트를 레이저 절삭 수단으로 절삭하여 실리콘 웨이퍼를 형성하는 단계와;
    상기 형성된 실리콘 웨이퍼의 가장자리(edge)를 상기 레이저 절삭 수단을 사용하여 일정 모양으로 가공하는 단계와;
    상기 실리콘 잉고트 성장 단계시 발생하는 도너(donor)를 제거하기 위한 열처리 공정을 수행하는 단계와;
    상기 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 불순물을 제거하는 외형 게터링(external gettering) 공정을 수행하는 단계와;
    상기 실리콘 웨이퍼에 잔존하는 미립자 등을 제거하는 세정/건조 공정을 수행하는 단계와;
    상기 실리콘 웨이퍼의 오염, 평탄도 및 휘어짐을 검사하는 단계와;
    상기 실리콘 웨이퍼를 패키징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 절삭 수단은 상/하, 좌/우 이동가능한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭 방법.
KR1019990017258A 1999-05-14 1999-05-14 반도체 웨이퍼 제조 공정에서의 실리콘 잉고트 레이저 빔 절삭방법 KR20000073768A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013161820A (ja) * 2012-02-01 2013-08-19 Shin Etsu Polymer Co Ltd 基板及び基板加工方法
CN109382921A (zh) * 2017-08-04 2019-02-26 株式会社迪思科 硅晶片的生成方法

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