KR20010108380A - 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 방법 및 압력 분사기 - Google Patents

반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 방법 및 압력 분사기 Download PDF

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KR20010108380A
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요시무라이찌로
엘크헨리에프
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헨시에크스테펜더블유
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헨넬리 헬렌 에프
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Abstract

단결정 잉곳으로 슬라이스된 반도체 웨이퍼를 가공하는 방법은, 웨이퍼 두께를 감소시키고 웨이퍼의 슬라이싱으로 유발된 손상을 제거하기 위해 웨이퍼 전면과 후면에 대해 래핑 작업을 포함한다. 그 후, 웨이퍼 두께를 더 감소시키고 래핑 작업 후에 남아있는 손상을 더 제거하기 위해서 웨이퍼는 부식 작업을 받게된다. 래핑 작업과 부식 작업으로 유발된 전면과 후면 손상을 균일하게 제거하기 위해서 웨이퍼는 연속적으로 양면 연마 작업을 받게되고, 이로 인해 웨이퍼의 편평도를 증가시키고, 연마된 전면과 후면을 남긴다. 최종적으로, 웨이퍼 후면은 후면 손상 작업을 받게되고, 전면은 실적으로 손상이나 거칠어짐으로부터 보호되지만 웨이퍼 후면은 손상된다. 본 발명의 압력 분사기는 압력 분사기 내에서 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 홀더를 포함하고, 지지면과 웨이퍼 전면 사이의 손상 접촉을 방지하기 위해 전면은 분사기의 지지면으로부터 상방 소정의 거리에서 홀더에 의해 지지되며, 웨이퍼 후면은 분사된 연마 슬러리에 노출된다.

Description

반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 방법 및 압력 분사기 {METHOD AND PRESSURE JETTING MACHINE FOR PROCESSING A SEMICONDUCTOR WAFER}
반도체 웨이퍼는 일반적으로 실리콘 잉곳 (ingot) 과 같은 단결정 잉곳으로 제조되고, 잉곳은 연속 과정에서 웨이퍼를 적절하게 배향하기 위한 1 이상의 플랫 (flat) 을 가지기 위해 트림되고 연삭된다. 그 후, 잉곳은 개별 웨이퍼로 슬라이스되며, 웨이퍼의 두께를 감소시키고, 슬라이싱 작업으로 인한 손상을 제거하며, 또한 고반사표면을 만들기 위해 각 웨이퍼는 다수의 웨이퍼 성형 작업 또는 가공 작업을 받게 된다.
종래의 웨이퍼 성형 과정에서, 우선 각 웨이퍼의 주연부는 다른 가공동안 웨이퍼 손상 위험을 감소시키기 위해 가장자리 연삭 작업에 의해 둥글게 된다. 다음으로, 슬라이싱 작업에 의한 표면 손상을 제거하고 서로 대향하는 전면과 후면을 편평하고 평행하게 만들기 위해서 상당한 양의 재료가 각 웨이퍼의 전면과 후면에서 제거된다. 웨이퍼의 전면과 후면에 대해 종래의 래핑 작업 (lapping operation) (연마입자를 포함하는 래핑 슬러리 (slurry) 를 이용), 또는 종래의 연삭 작업 (연마 입자가 부착된 디스크 사용), 또는 래핑 작업과 연삭 작업 모두를 실시하여 상기 재료가 제거된다. 그 후, 웨이퍼의 두께를 더 감소시키고 래핑 및/또는 연삭 작업에 의한 기계적 손상을 제거하기 위해서, 각 웨이퍼를 화학 부식액과 접촉시켜 웨이퍼를 부식시킨다.
최종적으로, 각 웨이퍼 전면에서 소량의 재료를 제거하기 위해서 각 웨이퍼 전면은 연마 패드 및 연마입자와 화학 부식액을 포함하는 연마 슬러리를 사용하여 연마된다. 연마 작업으로, 부식 작업에 의한 손상이 제거되고 각 웨이퍼의 전면은 손상이 없는 고반사면으로 된다.
가공된 반도체 웨이퍼의 품질 결정에 있어서, 웨이퍼의 편평도는 연속 사용 및 웨이퍼로부터 다이스된 반도체 칩 품질에 직접적으로 영향을 주기 때문에, 웨이퍼의 편평도는 고객에게 중요한 요소이다. 편평도는 다수의 측정 방법으로 결정될 수 있다. 예컨대, "Taper" 는 웨이퍼의 연마되지 않은 후면과 선택된 초점면 사이의 비평형성의 측정치이다. "STIR" (Site Total Indicated Reading) 은 웨이퍼의 선택된 영역 (예컨대, 1 제곱 cm) 에 있어 선택된 초점면 위의 최고점과 웨이퍼에서 초점면 아래의 최하점 사이의 차이를 나타내고, 항상 양수이다. "SFPD" (Site Focal Plane Deviation) 는 웨이퍼의 선택된 영역에 있어 (예컨대, 1 제곱 cm) 선택된 초점면 위의 최고점 또는 아래의 최하점이고, 양수 또는 음수이다. 종종 전체 편평도 변화 측정에 사용되는 "TTV" (TotalThickness Variation) 는 웨이퍼의 최대 두께와 최소 두께의 차이다. 또한, 웨이퍼에서 TTV 는 웨이퍼의 연마 품질을 나타내는 중요한 값이다.
전술한 반도체 웨이퍼를 가공하는 종래 방법은 웨이퍼 편평도에 있어서 많은 단점을 가지고 있다. 예컨대, 산-기재의 부식액에서 웨이퍼를 부식하면 일반적으로 래핑 작업 또는 연삭 작업에 의해 생성된 편평도가 저하된다. 또한, 단일면 연마 작업의 편평도 성능은 주로 연마되는 웨이퍼의 형상에 따라 일정하지 않다. 단일면 연마 작업은 단일면 평탄화 과정으로, 편평화 능력이 제한되어 있다.
상기 한계를 극복하고 더욱 편평한 웨이퍼에 대한 요구를 충족하기 위해서, 웨이퍼 제조업자에 의해 양면 연마 작업이 연마 과정으로 선택되었다. 양면 연마 작업에서, 각 웨이퍼의 전면과 후면은 동시에 연마되어서, 웨이퍼의 양면에서 균일하게 재료가 제거된다. 통상적으로, 양면 연마 작업용 기구는 연마 슬러리를 웨이퍼에 작용시키면서 반대 방향으로 회전하는 서로 대향하는 회전 패드 (웨이퍼의 각 면에 하나의 패드가 할당됨) 를 포함한다. 하지만, 양면 연마 작업은 일반적으로 후면에 작은 손상을 남기면서 동일하게 연마된 전면과 후면을 가진 웨이퍼를 만든다. 양면 연마 작업은 웨이퍼의 후면에서 외인성 게터링 사이트가 부족하기 때문에 고객에게는 만족스럽지 않다. 차라리, 고객은 연속 가공 작업에서 외인성 게터링을 유도하기 위한 표면 손상을 가진 후면 및 연마된 전면을 갖춘 웨이퍼를 선호한다.
웨이퍼 표면을 단일면 연마 작업하는 종래 과정에 있어서, 필요하다면 열적도너 소멸 (thermal donor annihilation) 을 위한 급속 열적 풀림 (RTA) 및 단일면 연마 전에 웨이퍼의 후면은 손상 작업을 받게 된다. RTA 는 후면에 미리 유도된 손상량을 감소시키고 단일면 연마 작업동안 뒤틀림을 유도한다.
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼 (wafer) 를 가공하기 위한 방법 및 압력 분사기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이퍼의 연속 가공시 외인성 게터링 (extrinsic gettering) 을 유도하기에 적절한 연마된 전면과 손상된 후면을 제공하면서 반도체 웨이퍼의 편평도를 개선하는 방법 및 압력 분사기에 관한 것이다.
도 1 은 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예를 도시한 공정 계통도,
도 2 는 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예를 도시한 공정 계통도, 및
도 3 은 압력 분사기에서 웨이퍼를 지지하기 위해 이 압력 분사기에 사용되는 본 발명에 따른 장치를 도시한 개략도.
본 발명의 다수 목적 중 하나는 웨이퍼의 편평도를 향상시키는 반도체 웨이퍼 가공 방법과, 가공된 각 웨이퍼는 일반적으로 연마된 손상이 없는 전면과 웨이퍼의 연속 가공 동안 웨이퍼의 외인성 게터링을 유도하기 위해 충분히 손상된 후면을 가진 상기 방법, 및 간단하게 수행되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 중 하나는 웨이퍼의 연속 가공 동안 웨이퍼의 외인성 게터링을 유도하기 위해 웨이퍼의 후면은 압력 분사기에 의해 충분히 손상되지만, 웨이퍼의 전면은 보호되는 압력 분사기를 제공하는 것이다.
일반적으로, 단결정 잉곳으로부터 슬라이스된 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 본 발명의 방법은, 웨이퍼의 두께를 감소시키고 웨이퍼의 슬라이싱 동안 유발된 손상을 제거하기 위해서 웨이퍼의 전면과 후면에 대한 래핑 작업을 포함한다. 그 후, 웨이퍼의 두께를 더 감소시키고 래핑 작업 후에 남아있는 손상을 더 제거하기 위해서 웨이퍼는 화학 부식액에 침지되어 부식 작업을 받게 된다. 그 후에, 웨이퍼는 재료를 웨이퍼의 전면과 후면에서 동시에 균일하게 제거하는 양면 연마 작업을 받게 되어서, 래핑 작업과 부식 작업으로 유발된 손상을 균일하게 제거하여 웨이퍼의 편평도를 증가시키고 연마된 전면과 후면을 남긴다. 최종적으로, 웨이퍼의 전면은 실질적으로 손상이나 거칠게 되는 것으로부터 보호되는 반면, 웨이퍼의 후면은 웨이퍼의 후면에 손상을 유도하는 후면 손상 작업을 받게 된다.
기계 내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지면과, 웨이퍼의 적어도 한 면에 손상을 유도하기 위해서 연마 슬러리가 웨이퍼에 분사되는 노즐을 갖춘 압력 분사기용 본 발명의 장치는, 일반적으로 압력 분사기의 지지면에 위치하며 상단부와 하단부를 갖춘 웨이퍼 홀더 (holder) 를 포함한다. 웨이퍼 홀더는 그 내부에 웨이퍼를 수용하고 압력 분사기의 지지면으로부터 상방 소정의 거리에서 웨이퍼를 수평으로 지지하도록 되어 있다. 웨이퍼의 한 면은 상방으로 향하여, 노즐에서 분사된 연마 슬러리에 노출되며, 웨이퍼의 다른 면은 하방으로 향하여, 압력 분사기의 지지면과 손상 접촉되지 않도록 와퍼 홀더에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 목적과 특징은 부분적으로 이후에 지적될 것이다.
본 발명의 다수 목적은 반도체 웨이퍼를 래핑 작업이나 연삭 작업 및 웨이퍼를 화학 부식액에 완전히 침지시키는 부식 작업, 웨이퍼의 전면과 후면을 연마하고 편평도를 향상시키기 위해서 종래의 양면 연마 작업, 및 전면은 손상이나 거칠게 되는 것으로부터 보호되는 반면 웨이퍼의 후면은 손상되는 후면 손상 작업으로 달성된다. 본 발명의 방법은 실리콘으로 구성된 반도체 웨이퍼와 함께 이후에 설명되고, 상기 방법은 가공된 웨이퍼, 디스크, 또는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다른 재료로 구성된 것들에 적용될 수 있다.
도 1 에서는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 바람직한 방법을 설명하였다. 반도체 웨이퍼는 소정의 초기 두께를 가지기 위해 종래의 내경 톱이나 종래의 와이어 톱을 사용하여 단결정 잉곳으로부터 슬라이스된다. 슬라이스된 웨이퍼는 일반적으로 주연부, 및 마주보는 전면과 후면을 갖춘 디스크 형상이다. 각 웨이퍼의 초기 두께는 실질적으로 소망하는 최종 두께보다 크기 때문에, 다음 가공 작업 동안 웨이퍼의 손상이나 파괴 위험 없이 웨이퍼 재료를 전면과 후면으로부터 제거한다. 슬라이싱 후에, 슬라이싱 작업시에 웨이퍼 상에 퇴적된 입자물질을 제거하기 위해서 웨이퍼를 초음파 세정하게 된다. 그 후, 웨이퍼의 주연부는 다른 가공 동안 웨이퍼의 손상 위험을 감소시키기 위해서 종래의 가장자리 연삭기 (도시되지 않음) 로 절삭된다 (둥글게 된다).
다음으로, 연마 입자를 포함하는 래핑 슬러리를 사용하여 웨이퍼의 전면과 후면으로부터 재료를 제거하기 위해서 웨이퍼는 종래의 래핑 기계에 배치된다. 래핑 작업은 실질적으로 웨이퍼의 두께를 감소시켜, 웨이퍼 슬라이싱 작업으로 유발된 손상을 제거하고, 전면과 후면을 편평하고 평행하게 한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 연마 입자가 부착된 연마 디스크를 사용하여 전면과 후면을 연삭하는 종래의 연삭 작업은 래핑 작업 대신 또는 이 래핑작업과 함께 수행될 수 있다. 그 후, 웨이퍼는 45%(중량) 의 KOH 또는 NaOH 를 포함하는 종래의 가성 부식 용액과 같은 화학 부식액에 완전히 침지됨으로써 부식되어, 웨이퍼의 전면과 후면으로부터 추가로 재료를 제거하여 이전의 가공 작업 동안 유발된 손상을 감소시킨다. 산-기재의 부식액 내에서 웨이퍼의 액침 부식 작업은 래핑 작업이나 연삭 작업 동안 달성된 웨이퍼의 편평도를 저하시킨다는 것을 당업자는 인지할 것이다.
액침 부식 후에, 이전의 가공 작업으로 유발된 손상을 제거하기 위해서 웨이퍼는 웨이퍼의 전면과 후면을 동시에 연마하기 위한 종래의 양면 연마기 (도시되지 않음) 에 배치된다. 종래의 양면 연마기로는 피터 울터스 (Peter Wolters) 에 의해 제작된 모델명 Double-Side Polisher AC2000 이 있다. 상기 기계는 연마 패드로 한정되는 연마면을 가진 회전 하부 정반 (platen) 과, 연마 패드 위에 배치되며 회전 하부 정반과 연마 패드에 대해서 회전가능한 캐리어 (carrier) 를 포함한다. 웨이퍼는 그의 전면이 연마 패드와 접촉한 상태에서 캐리어에 고정된다. 웨이퍼의 전면에 반대로 대면하는 제 2 연마 패드는 상부 정반에 장착된다. 상부 정반은 상부 정반과 연마 패드를 웨이퍼 캐리어와 하부 정반에 대해서 회전시키는 모터 구동식 스핀들에 부착된다. 제 2 연마 패드가 움직여 웨이퍼의 후면과 연마 접촉할 수 있도록 스핀들은 수직축을 따라서 상하로 움직일 수 있고, 웨이퍼는 2 개의 연마 패드 사이에 끼워진다.
양면 연마 작업 동안, 연마 입자와 화학 부식액을 포함하는 종래의 연마 슬러리는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 도포된다. 바람직한 연마 슬러리로는 델라웨어주 Wilmington 의 DuPont 에서 제조된 제품명 Syton HT50 이다. 연마 패드는 웨이퍼의 전면과 후면으로부터 재료를 동시에 균일하게 제거하기 위해서 슬러리를 웨이퍼의 표면에 작용시켜, 래핑 작업과 부식 작업으로 유발된 많은 손상을 제거하고, 실질적으로 웨이퍼의 편평도를 향상시키며, 웨이퍼의 연마된 전면과 후면을 만들게 된다.
전면과 후면으로부터 손상을 제거하기 때문에, 웨이퍼의 후면에 게터링 사이트 (gettering site) 가 바람직하지 않게도 적게 존재하게 된다. 이 때문에, 웨이퍼의 후면은 후면 손상 작업을 받게 되고, 이 작업에서 웨이퍼의 전면이 아닌 후면은 연속 가공 작업 동안 웨이퍼의 외인성 게터링을 위한 게터링 사이트를 제공하기 위해서 손상된다. 도 1 에 도시된 제 1 실시예에 있어서, 웨이퍼의 전면은 보호층으로 피복되고, 웨이퍼는 압력 분사기 내에 배치되며, 웨이퍼의 후면은 웨이퍼의 후면에 손상을 유도하기 위해서 종래의 압력 분사 작업을 받게된다. 웨이퍼의 전면을 피복하는 바람직한 한 방법으로는 보호 테이프로 표면을 덮는 것이다. 이러한 테이프로는 미네소타주 Minneapolis 의 미네소타 광업 및 제조사에서 제조된 모델명 3M495 이다. 예컨대, 테이프 두께는 0.1 내지 1 mm 인 것이 바람직하다. 테이프는 웨이퍼의 전면에 부착되고 후면 손상 작업 후에 제거될 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 압력 분사 작업시 웨이퍼의 전면에 보호층을 제공하기 위해 테이핑 외의 다른 종래의 피복 기술도 사용될 수 있다. 예컨대, 광저항 필름이 전면에 도포될 수 있다. 상기 광저항 필름으로서는 AZ Electronic 사에서 제조된 모델명 AZ1512 이다. 필름 두께는 약 0.1 내지 0.5 mm 인 것이 바람직하다. 다른 방법으로, 전면은 유리 필름으로 피복될 수 있다. 표면은 유리 재료로 피복되고 유리는 표면상에서 경화된다. 후면 손상 작업 후에 유리는 용해된다. 상기 유리 재료로는 미시간주 Midland 의 Dow Chemical 사에서 제조된 상표명 Cyclotene 이다. 유리 필름 두께는 약 0.1 내지 1 mm 인 것이 바람직하다.
각 웨이퍼를 종래의 압력 분사기 (도시되지 않음) 에 배치시킴으로써 압력 분사 작업이 수행된다. 바람직한 압력 분사기로는 일본 Ikuro 의 Mitsubishi Materials 사에서 제조된 모델명 C04 이다. 웨이퍼는 압력 분사기의 이동 벨트 (도시되지 않았지만 도 3 에 도시된 벨트와 유사) 상에 배치되고, 이때 웨이퍼의 보호된 전면은 아래로 향해 벨트와 대면하게 되고 후면은 위로 향해 노출된다. 웨이퍼는 챔버를 통하여 이동되고, 이 챔버 안에서 물과 연마 입자의 혼합물을 포함하는 슬러리가 웨이퍼의 후면 쪽으로 소망하는 압력으로 노즐 (도시되지 않았지만 도 3 에 도시된 노즐과 유사) 로부터 분사된다. 입자들은 후면에 손상을 유도하기 위해 충분한 힘으로 웨이퍼의 후면에 충돌된다. 분사 압력에 의해 웨이퍼가 하방으로 벨트에 밀착될 때, 전면을 덮는 보호층은 압력 분사기 벨트와의 손상 접촉으로부터 전면을 보호한다. 분사된 슬러리 내의 연마 입자는 알루미나 입자나 이산화실리콘 입자인 것이 바람직하고, 이 둘 다 일본의 Fujimi 사로부터 이용가능하다. 예컨대, 입자 크기는 약 1 내지 10 마이크론이다. 슬러리내의 입자 농도는 대략 0.5 중량% 내지 20 중량% 이다. 연마 슬러리는 약 1 내지 20 psi 로 가압되어, 대략 20 내지 200 초 동안 웨이퍼 후면에 분사된다.
후면 손상 작업 후에, 보호층은 웨이퍼의 전면에서 제거된다. 예컨대, 보호층이 보호 테이프라면, 테이프는 단순히 웨이퍼로부터 벗겨진다. 보호층이 광저항 필름이라면, 이 필름은 필름에 도포된 화학 용액에 의해 용해된다. 바람직한 용액으로는 AZ Electronic 사에서 제조된 상품명 AZ S-L6 Stripper 이다. 유사하게 유리 필름은 필름에 도포된 화학 용액에 의해 용해된다. 유리 필름을 용해하는 바람직한 용액으로는 오하이오주 Columbus 의 Ashland Chemical 사에서 제조된 상품명 HF 이다. 그 후, 웨이퍼는 세정되고, 마침내 웨이퍼의 전면은 종래의 마무리 연마 작업을 받게 되고, 이 작업에서 웨이퍼는 단일면 연마 기계에 배치되며, 웨이퍼 전면은 손상이 없는 고반사면으로 만들기 위해 전면은 연마 입자를 포함하는 종래의 연마 슬러리를 사용하여 연마된다.
도 1 을 참조하면, 양면 연마 작업 후에 웨이퍼의 전면에 보호층을 도포하는 대신, 압력 분사 작업시 웨이퍼를 벨트 (광의로는, 압력 분사기의 "지지면") 로부터 상방 소정의 거리에서 지지함으로써 전면을 보호할 수 있다. 이렇게 하면, 통상적으로 웨이퍼를 아래로 벨트에 밀어붙임으로써 전면을 긁고 손상시키는 분사 스프레이의 압력으로 유발되는 전면 손상이 방지된다. 도 3 에서는 압력 분사 작업 동안 압력 분사기의 벨트 (23) 상방에서 웨이퍼 (W) 를 유지하기 위한 바람직한 웨이퍼 홀더 (21) 를 도시하였다. 롤러 (25) 위의 벨트 (23) 및 연마 입자와 탈이온수를 포함하는 연마 슬러리가 분사되는 분사 노즐 (27) 과 같은 압력분사기의 특정 요소들은 본 발명의 설명을 위해서만 도식적으로 나타내었다. 압력 분사기의 구조와 작동은 일반적이고 당업자에게 공지된 것으로, 웨이퍼 홀더 (21) 의 설명에 필요한 사항 외에는 더이상 설명하지 않는다.
웨이퍼 홀더 (21) 는 통상적으로 절두 원뿔형으로, 상단부 (33) 와 하단부 (35) 를 갖고 있다. 웨이퍼 홀더 (21) 의 하단부 (35) 직경은 웨이퍼 홀더로 지지되는 웨이퍼 (W) 의 직경보다 실질적으로 작다. 웨이퍼 홀더 (21) 의 상단부 (33) 직경은 홀더 내로 웨이퍼를 수용하기 위해 웨이퍼 (W) 직경보다 실질적으로 크다. 웨이퍼 (W) 를 홀더 내로 쉽게 삽입하고 홀더로부터 슬러리를 배출하기 위해서 웨이퍼 홀더 (21) 의 측면의 1 이상의 슬릿 (도시되지 않음) 은 홀더의 상단부 (33) 로부터 아래로 신장된다. 웨이퍼 홀더 (21) 는 폴리우레탄이나 폴리프로필렌 (PP), 염화폴리비닐 (PVC), 디플루오르화폴리비닐리덴 (PVDF), 황화폴리페닐렌 (PPS), 염화폴리비닐 공중합체 (CPVC), 또는 테플론이나 스테인레스 강과 같은 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 하지만, 웨이퍼 홀더 (21) 는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 재료로 구성될 수 있다.
도 3 을 참조하면, 작업시 웨이퍼 홀더 (21) 는 압력 분사기의 벨트 (23) 위에 배치되며, 이때 웨이퍼 홀더의 하단부 (35) 는 벨트 상에 놓이게 된다. 웨이퍼 (W) 가 벨트 (23) 와 웨이퍼 홀더의 하단부 (35) 로부터 상방 소정의 거리에서 홀더에 안착될 때까지, 상기 웨이퍼는 그의 전면이 하방으로 향한 상태에서 수동으로 또는 로봇에 의해 웨이퍼 홀더 (21) 의 상단부 (33) 를 통해 하강하게 된다. 압력 분사 작업 동안, 노즐 (27) 로부터 분사된 연마 슬러리는 후면 손상을 유도하기 위해 웨이퍼 (W) 의 후면에 충돌한다. 웨이퍼 홀더 (21) 는, 벨트 (23) 의 상방에서 웨이퍼를 지지하여, 가압된 스프레이로 인해 웨이퍼가 아래로 벨트에 밀려 붙이는 것을 방지함으로써 웨이퍼 (W) 전면을 보호한다. 이렇게 해서, 웨이퍼의 전면은 벨트와의 접촉으로 긁히지 않거나 손상되지 않는다.
도 2 에서는 본 발명의 과정의 제 2 실시예를 도시하였고, 이에 따르면, 후면 손상 작업은 웨이퍼를 종래의 단일면 연마기 내에 배치함으로써 수행된다. 바람직한 단일면 연마기로서는 R.Howard Strasbaugh 사에 의해 제조된 모델명 6DZ 이다. 왁스층을 세라믹 블록에 도포하고 웨이퍼 후면은 노출된 상태에서 웨이퍼 전면이 블록에 부착되어, 웨이퍼 전면은 손상이나 거칠어지는 것으로부터 보호됨으로써 웨이퍼는 세라믹 블록에 장착된다. 웨이퍼 후면은 연마 패드의 연마면과 접촉하고, 블록은 연마기의 턴테이블 (turntable) 상에 배치된다. 연마 헤드가 연마기에 장착되고, 세라믹 블록을 통과하는 축을 따라서 수직 이동할 수 있다.
턴테이블이 회전함에 따라, 연마 헤드는 블록이 턴테이블 쪽으로 나아가도록 세라믹 블록에 대해서 이동되고, 이로 인해 연마 패드의 연마면과 연마 접촉하도록 웨이퍼 후면을 가압한다. 연마 입자와 탈이온수를 포함하는 연마 슬러리는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 도포된다. 바람직한 연마 슬러리로는 일본 Fujimi 사에서 제조된 모델명 FO1200 이다. 상기 슬러리 내에 존재하는 입자들은 알루미나 입자들이다. 하지만, 이산화실리콘 입자, 다이아몬드 입자, 또는 다른 적절한 연마 입자도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 알루미나 입자 대신사용될 수 있다. 연마 패드는 웨이퍼 후면에 손상을 유도하기 위해 웨이퍼 후면에 슬러리를 작용시킨다. 소망하는 손상을 유도하기 위해서, 슬러리 내에 포함된 입자 크기는 단일 연마 작업에 사용되는 종래의 연마 슬러리에 포함된 입자보다 실질적으로 크다. 예컨대, 손상을 유도하는 연마 슬러리 내에 포함된 입자들은 약 1 내지 10 마이크론인 것이 바람직하다. 연마 슬러리 내의 입자 농도는 약 0.5 내지 20 중량% 인 것이 바람직하다.
도 2 에 도시된 실시예에 있어서, 연마 슬러리에 대한 필요성을 없애기 위해서 삭마 패드를 연마 패드 대신에 사용할 수 있다. 바람직한 삭마 패드로는 미네소타주 Minneapolis 의 미네소타 광업 및 제조사에서 제조된 모델명 3M 산화세륨 패드가 있다. 삭마 패드는 돌출 리지 (ridge) 를 갖고 있는데, 이 리지는 바람직하게는 산화세륨으로 구성되며, 패드와 일체로 형성된다. 작업시, 세라믹 블록은 블록이 턴테이블 쪽으로 나아가도록 하방으로 이동되고, 이로 인해 웨이퍼 후면에 손상을 유도하기 위해서 연마 패드의 돌출 리지와 연마 접촉하도록 웨이퍼 후면을 가압한다. 삭마 패드와 웨이퍼 사이에 냉각수가 공급된다. 단일면 연마기는 약 2 psi 보다 낮은 연마 압력에서 약 20 내지 200 초 동안 작동되는 것이 바람직하다.
후면 손상 작업 후에, 웨이퍼는 세라믹 블록으로부터 분리되고, 웨이퍼를 세정하기 위해서 종래의 세정 작업을 받게 된다. 최종적으로, 웨이퍼 전면이 손상이 없는 고반사면을 가지도록 웨이퍼 전면은 종래의 마무리 연마 작업을 받게 된다.
실시예Ⅰ
각각 약 8 인치의 직경을 갖는, 대략 10 개의 실리콘 반도체 웨이퍼를 전술한 도 2 에 도시된 방법에 따라서 가공하였다. 보다 상세하게는, 양면 연마 작업 후에, 웨이퍼는 전술한 단일면 연마기 내에 배치되어 후면 손상 작업을 받게된다. 3M 산화세륨 삭마 패드와 물을 사용하여 웨이퍼 후면에 손상을 유도하였다. 단일면 연마기는 1.7 psi 연마 압력에서 60 초 동안 작동하게 된다. 한 웨이퍼의 후면에 대해 산화물 유도형 적층 결함 (OISF) 의 수를 측정하였다. OISF 는 다음의 외인성 게터링의 가능한 유효성을 결정하기 위해 사용되는 측정치이다. 일반적으로 고객에게 소망되는 OISF 의 수는 10,000 내지 40,000 개/cm2범위이다. 후면 손상 작업 후에 해석된 웨이퍼는 소망하는 범위 내인, 약 29,700 개/cm2의 OISF 를 가졌다.
전술한 관점에서, 본 발명의 다수 목적은 달성되었고 다른 유리한 결과가 도출되었다고 볼 수 있다. 액침 부식 작업 후에 웨이퍼를 양면 연마함으로써, 웨이퍼의 편평도는 단지 단일면 연마를 사용하는 종래 과정에 따라서 가공된 웨이퍼의 편평도보다 실질적으로 향상되었다. 웨이퍼 후면에 대해 후면 손상 작업을 실시함으로써, 다음의 외인성 게터링을 위해서 후면을 충분히 손상시킬 수 있다. 압력 분사 작업 동안 전면을 보호층으로 피복하고, 압력 분사 작업 동안 압력 분사기의 벨트 상방에서 웨이퍼를 지지하거나, 또는 왁스를 사용하여 웨이퍼의 전면을 단일면 연마기 내의 세라믹 블록에 부착하여 후면 손상 작업시 웨이퍼전면을 보호함으로써, 양면 연마 작업으로 얻어진 전면의 편평도나 연마 특성을 저하시키지 않고 후면 손상이 유도된다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 전술한 방법에서 다양한 변화가 가능하고, 전술하였거나 도면에 나타난 모든 사항들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 단결정 잉곳으로부터 슬라이스되고 전면과 후면을 가진 반도체 웨이퍼를 가공하는 방법에 있어서,
    (a) 웨이퍼 두께를 감소시키고 웨이퍼의 슬라이싱으로 유발된 손상을 제거하기 위해서 웨이퍼 전면과 후면에 대한 래핑 작업 단계,
    (b) 웨이퍼 두께를 더 감소시키고 래핑 작업 후에 남아있는 손상을 더 제거하기 위해서 웨이퍼를 화학 부식액에 침지시키는 웨이퍼에 대한 부식 작업 단계,
    (c) 래핑 작업과 부식 작업으로 유발된 손상을 균일하게 제거하기 위해서 웨이퍼 전면과 후면으로부터 재료를 동일하고 균일하게 제거시키고, 이로 인해 웨이퍼의 편평도를 향상시키고 연마된 전면과 후면을 유지하도록 웨이퍼에 대한 양면 연마 작업 단계, 및
    (d) 웨이퍼 전면은 실질적으로 손상이나 거칠어지는 것으로부터 보호하면서 웨이퍼 후면은 손상되도록 하는 웨이퍼 후면에 대한 후면 손상 작업 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 후면 손상 작업은
    (a) 웨이퍼 전면에 보호층을 도포하는 단계,
    (b) 웨이퍼 후면이 노출되도록 웨이퍼를 압력 분사기에 배치시키는 단계, 및
    (c) 압력 분사기를 작동시켜 연마 입자를 포함하는 슬러리를 웨이퍼 후면에 분사시키는 단계를 포함하며, 웨이퍼 후면에 연마 입자들이 충돌하여 웨이퍼 후면 손상을 유도하고, 웨이퍼 전면에 도포된 보호층은 실질적으로 슬러리에 의한 전면 손상이나 거칠어지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 보호층은 테이프, 광저항 필름, 및 유리 필름 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 후면 손상 작업은
    (a) 웨이퍼 전면은 실질적으로 압력 분사기와 어떠한 접촉도 하지 않도록 웨이퍼는 압력 분사기 내에 지지되며, 웨이퍼 후면이 노출되도록 웨이퍼를 압력 분사기 내에 배치시키는 단계, 및
    (b) 압력 분사기를 작동시켜 연마 입자를 포함하는 슬러리를 웨이퍼 후면에 분사시키는 단계를 포함하며, 웨이퍼 후면에 연마 입자들이 충돌하여 웨이퍼 후면 손상을 유도하고, 실질적으로 슬러리에 의한 전면 손상이나 거칠어지는 것을 방지하면서 전면이 압력 분사기와 어떠한 접촉도 하지 않도록 그 전면을 지지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 웨이퍼는 압력 분사기 내에 배치된 웨이퍼 홀더에 위치하고, 이 웨이퍼 홀더는 압력 분사기의 지지면으로부터 상방 소정의 거리에서 웨이퍼를 지지할 수 있으며, 웨이퍼 후면은 상방으로 향하여 노출되고, 웨이퍼 전면은 하방으로 향하여 실질적으로 압력 분사기의 지지면과 접촉하지 않도록 웨이퍼를 지지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 후면 손상 작업은
    (a) 왁스를 사용하여 웨이퍼 전면을 단일면 연마기에 사용되는 블록에 부착시키는 단계,
    (b) 웨이퍼 후면은 노출되어 연마 패드와 대면하도록 단일면 연마기의 연마 패드 상에 블록을 위치시키는 단계, 및
    (c) 웨이퍼 후면을 연마하기 위해서 단일면 연마기를 작동하는 단계를 포함하며, 웨이퍼 후면에 손상이 유도될 때, 웨이퍼 전면은 실질적으로 왁스층과 블록에 의해 손상과 거칠어짐으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 웨이퍼 후면을 연마하기 위해 단일면 연마기를 작동시키는 단계는 연마 패드와 웨이퍼 후면 사이에 연마 슬러리를 도포하는 단계를 포함하고, 이 연마 슬러리는 웨이퍼 후면에 손상을 유도하는 크기의 연마 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 연마 패드는 단일면 연마기의 작동시 웨이퍼 후면에 손상을 유도할 수 있는 돌출 리지를 가진 삭마 패드인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 전면과 후면을 가진 웨이퍼를 가공하기 위한 압력 분사기에 있어서, 상기 압력 분사기는
    압력 분사기 내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 지지면과,
    웨이퍼 손상을 유도하기에 충분한 압력으로 웨이퍼 쪽으로 연마 슬러리를 분사하기 위한 노즐, 및
    압력 분사기의 지지면에 놓이며 상단부와 하단부를 가진 웨이퍼 홀더를 포함하고, 이 웨이퍼 홀더는 웨이퍼를 수용하고 통상적으로 압력 분사기의 지지면으로부터 상방 소정의 거리에서 웨이퍼를 수평으로 지지하며, 웨이퍼의 한 면은 상방으로 향하여 노즐로부터 분사된 연마 슬러리에 노출되고, 웨이퍼의 다른 면은 하방으로 향하여 압력 분사기의 지지면과 손상 접촉하지 않게 웨이퍼 홀더에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 압력 분사기.
  10. 제 9 항에 있어서, 웨이퍼 홀더는 일반적으로 절두 원뿔형이고, 웨이퍼가 압력 분사기의 지지면과 웨이퍼 홀더의 하단부로부터 상방 소정의 거리에서 웨이퍼 홀더 내에 놓이도록 웨이퍼 홀더의 하단부는 실질적으로 웨이퍼 직경보다 작은 직경을 가지며, 웨이퍼의 상단부는 웨이퍼 홀더 내로 웨이퍼를 수용하기 위해서 웨이퍼 직경보다 실질적으로 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 분사기.
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