KR20030015885A - 반도체 웨이퍼의 연마방법 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼의 경면연마공정, 특히 마무리연마에서 사용되는 연마포로 특정한 연마포를 사용함으로써, 웨이퍼 표면에 미소한 흠이나 숨어있는 흠이 발생하지 않도록 한 반도체 웨이퍼의 연마방법을 제공한다. 연마포를 사용하여 반도체 웨이퍼를 경면연마하는 연마공정에서, 냅층의 두께가 500㎛ 이상의 연마포를 사용하여 연마하도록 하였다.

Description

반도체 웨이퍼의 연마방법{METHOD OF POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}

반도체 웨이퍼의 가공방법으로서, 단결정 잉곳으로부터 박판(웨이퍼)을 잘라내는 슬라이스공정, 웨이퍼의 모따기, 랩핑, 에칭, 연마, 세정 등의 공정을 거쳐서 제조된다.

케미컬 에칭된 웨이퍼표면은 경면연마공정에서, 평활하고 변형이 없는 경면으로 가공된다. 실리콘웨이퍼의 경면연마는, 연마제를 공급하면서, 웨이퍼와 연마포의 사이에 일정한 가중(加重)과 상대속도를 부여하면서 행한다. 연마제는 알칼리용액중에 콜로이달실리카 등이 분산된 것을 주로 사용하고 있다.

연마공정중에서도, 평탄화를 목적으로 한 거친 연마(1차연마라 불림)와 표면거칠기의 개선이나 연마 흠의 제거를 목적으로 한 마무리연마 등 2단계 이상의 복수단계 연마공정을 채용하는 것이 일반적이다.

1차연마에서는, 발포 우레탄시트나 폴리에스테르 등의 부직포에 우레탄수지를 함침시킨 경질인 연마포(벨로어타입)와 연마촉진제를 첨가한 고능률의 연마제가 사용되고 있다.

마무리연마에서는, 부직포의 기초포 위에 우레탄수지를 발포시킨 2층의 스웨이드형상 연마포(스웨이드타입)와 헤이즈라고 불리는 집광등 아래에서 관찰되는 웨이퍼표면상의 흐림을 제어하기 위해서 첨가제를 가한 연마제등이 사용되고 있다.

특히 마무리연마에 사용되는 스웨이드타입의 연마포에 관해서 더욱 상세하게 설명하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 폴리에스테르 펠트에 폴리우레탄을 함침시킨 기초재에 폴리우레탄을 코트(적층)하여, 폴리우레탄내에 발포층을 성장시키고, 표면부를 제거하여 발포층에 개구부를 구비한 것이다. 이 층을 냅층이라고 부르고, 이 두께 또는 길이에 대해서는 일단 규정은 마련하고 있지만, 일반적으로 450㎛ 정도의 범위로 사용되고 있다.

마무리연마후의 웨이퍼표면에, 연마가 원인이라고 생각되는 미소한 흠이나 숨어있는 흠이 발생하는 경우가 있었다. 이들의 흠이 발생하면 디바이스공정 등으로 제품수율이 나쁘게 되는 문제가 있다.

여기서, 웨이퍼표면의 미소한 흠(연마 미약흠이라고도 한다)이란, 파티클 카운터에서 입자지름이 0.10㎛ 이하로 카운트되는 대단히 작은 연마 흠을 말한다.

또한, 웨이퍼표면의 숨어있는 흠이란, 통상의 외관검사에서는 관찰할 수 없는 결함(디메지)이고, 웨이퍼를 선택 에칭하여 관찰하는 방법으로 평가된다.

본 발명은, 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼라고도 함)의 경면(鏡面) 연마공정, 특히 마무리연마에 사용되는 연마포로서 특정한 연마포를 사용함으로써 웨이퍼 표면에 미소한 흠이나 숨어있는 흠이 발생하지 않도록 한 반도체 웨이퍼의 연마방법에 관한 것이다.

[발명의 개시]

본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 반도체 웨이퍼의 경면연마공정, 특히 마무리연마에 사용되는 연마포로 특정한 연마포를 사용함으로써, 웨이퍼표면에 미소한 흠이나 숨어있는 흠이 발생하지 않도록 한 반도체 웨이퍼의 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마방법은, 스웨이드타입의 연마포를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마공정에서, 냅층의 두께가 500㎛ 이상의 연마포를 사용하여 연마하는 것을 특징으로 한다.

냅층의 두께(냅길이)에 대해서는, 종래로부터 일단 규정은 마련하고 있지만, 특별히 엄격한 관리는 행하여지지 않고, 일반적으로 450㎛ 전후의 냅길이로 연마가 행하여지고 있었다. 본 발명자들이 냅길이와 미소한 흠, 숨어있는 흠의 발생과의 관계에 착안하여 연구를 진행시킨 바, 냅길이가 줄어들면 미소한 흠, 숨어있는 흠의 발생으로 이어지는 것을 알 수 있고, 반대로 냅길이를 500㎛ 이상으로 함으로써 미소한 흠, 숨어있는 흠이 거의 발생하지 않게 된다고 하는 새로운 지견을 얻었다.

이것은, 냅길이를 길게 함으로써, 웨이퍼에 직접 접하는 마무리연마포 표층이 지금까지 이상으로 적절한 탄성을 유지하면서 연마할 수 있기 때문에, 혹은 흠을 발생시키는 원인으로 될 수 있는 미소한 불순물을 보다 긴 냅층 안에 완전히 넣어 버릴 수 있기 때문에, 흠의 발생이 억제된다고 생각된다.

또한, 연마포의 형태로서, 연마포가 부직포로 이루어지는 기초재부와 우레탄으로 이루어지는 냅층을 가지는 표층부의 2층으로 형성된 스웨이드타입의 연마포(도 1)인 것, 또는 연마포가 경질 플라스틱 시트로 이루어지는 기초재부와, 우레탄으로 이루어지는 냅층을 가지는 표층부와, 그 연마포의 기초재부의 하면에 접착된 탄성체 시트로 이루어지는 하층부와의 3층 구조로 되어 있는 스웨이드타입의 연마포인 것(도 2)이 바람직하다. 특히 기초재에 부직포를 사용하지 않은 후자의 3층의 연마포가 바람직하다.

상기 3층의 연마포로, 예를 들면 경질 플라스틱 시트는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리이미드, 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄 등의 비교적 경질의 부류에 속하는 플라스틱을 사용할 수 있다. 또한 탄성체 시트로서는, 발포실리콘고무, 발포우레탄고무 등, 스폰지형상의 고무탄성체가 바람직하다. 이러한 연마포를 사용하면, 냅길이를 길게 함으로써 미소한 흠이나 숨어있는 흠이 거의 발생하지 않게 됨과 동시에, 가공시의 수평방향의 힘에 의한 연마포의 기복, 특히 하층부의 기복이 표층부로 전파하는 것을 억제하고, 또한 웨이퍼 자체의 휘어짐이나 기복에 기인하는 연마대의 불균일성을 개선하고, 웨이퍼 전체의 평탄도 유지능력이 향상되고, 웨이퍼 바깥둘레부의 처짐 방지 및 뛰어난 평탄도와 면거칠기를 가지는 경면연마 웨이퍼를 얻을 수 있다.

이들의 연마포를 사용하여 연마하는 공정으로서는, 마무리연마공정이 바람직하다. 본 발명에서 말하는 「마무리연마」란, 복수단계에서 행하는 연마의 최종연마를 말한다. 냅층을 가지는 연마포를 사용한 연마는 마무리연마 이외로도 생각할 수 있지만, 본 발명의 연마방법을 마무리연마공정에 적용함으로써, 마무리연마에서 발생하는 극히 미소한 연마 흠(연마 미약흠)을 방지할 수 있다.

본 발명방법에서 사용되는 연마포의 냅길이를 500㎛ 이상으로 한 것은, 파티클 카운터에서 평가하였을 때의 0.10㎛ 이하의 신호(미소한 흠)가 현저히 감소하는 것을 알 수 있고, 그 이상으로 하면 가공으로 인한 미소한 흠의 발생을 방지할 수 있는 것이 분명해졌기 때문이다. 상한은 특별히 한정되지 않지만, 냅길이가 너무나 긴 연마포를 제조하는 것은 곤란하고, 현상태에서는 약 600㎛ 정도가 사용할 수 있는 범위라고 생각된다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명의 방법에 사용되는 연마포의 일례를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 방법에 사용되는 연마포의 다른 예를 나타내는 개략단면도이다.

도 3은 본 발명의 방법에 사용되는 연마장치의 일례를 나타내는 측면설명도이다.

도 4는 비교예 1에 있어서의 연마 미소한 흠의 발생상태를 나타내는 연마웨이퍼의 평면도이다.

도 5는 비교예 1에 있어서의 숨어있는 흠의 발생상태를 나타내는 연마웨이퍼의 평면도이다.

도 6은 실시예 1에 있어서의 연마 미소한 흠의 발생상태를 나타내는 연마웨이퍼의 평면도이다.

도 7은 실시예 1에 있어서의 숨어있는 흠의 발생상태를 나타내는 연마 웨이퍼의 평면도이다.

도 8은 냅길이와 연마 미소한 흠의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 냅길이와 숨어있는 흠의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10은 비교예 3에 있어서의 연마 미소한 흠의 발생상태를 나타내는 연마웨이퍼의 평면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하에 본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마방법에 사용되는 연마포의 구성예를 도 1 및 도 2를 사용하여 설명하고, 또한 연마장치의 구조예를 도 3을 사용하여 설명한다.

연마 미약흠이나 숨어있는 흠은, 배치식의 마무리연마공정 및 낱장식의 CMP 마무리연마공정 등으로 관찰되는 것으로, 마무리연마에 사용하는 장치의 구성, 요컨대 연마장치 등이 도 3에 나타낸 장치예에 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 방법에 사용되는 연마포의 일례를 나타내는 도면이고, (a)는 개략단면도 및 (b)는 (a)의 확대개략단면도이다. 도 1에 있어서, 부호 10은 본 발명의 방법에 사용되는 연마포이고, 기초재부(12)와 이 기초재부(12)의 상면에 설치된 표층부(14)의 2층 구조로 되어 있다.

상기 기초재부(12)는 부직포로 구성되고, 상기 표층부(14)는 우레탄으로 이루어지는 냅층(16)을 가지고 있다. 본 발명의 연마방법에 있어서는, 상기 냅층 (16)의 두께를 500㎛ 이상으로 하는 것이 필요하다.

도 2는 본 발명의 방법에 사용되는 연마포의 다른 예를 나타내는 개략단면도이다. 도 2에 있어서, 부호 10a는 본 발명의 방법에 사용되는 연마포이고, 도 1과마찬가지로, 기초재부(12a)와 이 기초재부(12a)의 상면에 형성된 표층부(14)를 갖지만, 그 외에 상기 기초재부(12a)의 하면에 하층부(18)가 설치되어, 3층 구조로 되어 있는 점이 특징이다.

상기 기초재부(12a)는 경질 플라스틱제의 박막 강성필름 등으로 이루어지는 시트로 구성되고, 상기 표층부(14)는 도 1에 나타낸 경우와 마찬가지로 우레탄으로 이루어지는 냅층(16)을 가지고 있다. 상기 하층부(18)는, 상기 기초재부(12a)의 하면에 접착된 탄성체 시트로 구성되어 있다. 도 2의 구성에 있어서도, 냅층(16)의 두께는 500㎛ 이상으로 하는 것이 필요하다.

본 발명의 반도체 웨이퍼의 연마방법의 실시는, 종래 공지의 연마장치가 적용 가능하지만, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같은 연마장치가 사용된다. 도 3은 배치식의 연마장치의 일례를 나타내는 것이고, 연마장치(A)는 회전축(37)에 의해 소정의 회전속도로 회전되는 연마정반(30)을 가지고 있다. 이 연마정반(30)의 상면에는 연마포(P)가 부착되어 있다.

부호 33은 워크유지반으로 상부 하중(35)을 통해 회전샤프트(38)에 의해서 회전된다. 여러 장의 웨이퍼(W)는 접착수단에 의해서 워크유지반(33)의 하면에 유지된 상태로 상기 연마포(P)의 표면에 눌려지고, 동시에 연마제 공급장치(도시하지 않음)로부터 연마제 공급관(34)을 통해서 소정의 유량으로 연마제 용액(슬러리) (39)을 연마포(P)상에 공급하며, 이 연마제 용액(39)을 통해 웨이퍼(W)의 피연마면이 연마포(P) 표면과 미끄럼 마찰되어 웨이퍼(W)의 연마가 행하여진다. 본 발명의 방법에 있어서는, 연마포(P)로서, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같은 연마포(10,10a)가 사용되는 것이다.

낱장식의 연마장치에서도, 기본적인 연마구성은 배치식과 대략 동일하다. 배치식의 연마와 크게 다른 점은, 웨이퍼를 유지하는 부분에 낱장식의 헤드를 가지고, 1헤드당 1장의 웨이퍼를 유지하여 연마한다는 점이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다. 이들의 실시예는 예시적으로 나타내는 것으로 한정적으로 해석되어서는 안 되는 것은 말할 필요도 없다.

(비교예 1 및 2)

에피택셜층의 두께(에피 두께)가 10㎛의 8인치 에피택셜웨이퍼(이하 에피웨이퍼라고도 한다)를 낱장식의 CMP 마무리연마기로 연마하였다. 마무리연마조건은, 연마압력 200g/㎠, 상대속도 50m/min, 연마대 0.1㎛에서 행하였다. 연마제는, 콜로이달 실리카함유의 알칼리용액(pH = 10)을 사용하였다.

연마포는 도 2에 나타내는 바와 같은 3층의 마무리연마포를 사용하였다. 구체적인 구조는, 연마포가 폴리에틸렌 테레프탈레이트제의 경질 플라스틱시트(이번은 두께 188㎛의 것을 사용. 이하, 이것을 #188PET라고 부르도록 한다)로 이루어지는 기초재부와, 냅층이 420㎛(비교예 1) 및 470㎛ (비교예 2)의 표층부 FS-3(제일 레이스사제 상품명)으로 구성되어 있고, 또한 그 연마포의 기초재부의 하면에 하부층으로서 또한 탄성체 시트 HN-400 (산폴리머사제 상품명)을 붙인 3층 구조이다(이하, FS-3/#188PET/HN-400이라고 부르도록 한다).

냅층의 두께는, 주사형 전자현미경 S-4000, 4160 (히다치 제작소사제 상품명)에 의한 연마포 단면관찰에 의해 확인되었다.

웨이퍼 표면의 미소한 흠(연마 미약흠)은, 파티클 카운터 LS-6500(히다치 전자엔지니어링사제 상품명)을 사용하고, 입자지름이 0.10㎛ 이하로서 카운트되는 대단히 작은 흠으로서 평가하였다.

숨어있는 흠은, 50중량% HF : 61중량% HNO₃: 100중량% CH₃COOH : H₂O = 1 : 15 : 3 : 3 (체적비)의 혼산(混酸)(JIS H0609-B액)에 웨이퍼를 1분간 침지시켜 에칭한 후, 집광등 아래에서의 외관검사에 의해 관찰하였다.

비교예 1 및 2(FS-3/#188PET/HN-400)에서는, 수는 적지만 연마 미소한 흠 및 숨어있는 흠이 함께 발생하였다. 웨이퍼(W)에 대한 대표적인 연마결과(비교예 1의 결과)를 도 4(연마 미소한 흠) 및 도 5(숨어있는 흠)에 나타낸다. 도 4의 연마 미소한 흠(입자지름이 0.10㎛∼0.09㎛)의 카운트수는 338개이었다. 또 도면에는 0.10㎛ 이상의 입자지름의 것도 플롯(plot)되어 있다.

(실시예 1 및 2)

비교예 1 및 2와 마찬가지인 구성의 연마포이고, 스웨이드타입의 마무리연마포의 표층부를 FS-3에서 냅층이 520㎛(실시예 1) 및 570㎛(실시예 2)의 FS-7(제일 레이스사제 상품명)로 바꾸고, FS-7/#188PET/HN-400의 3층 구조로 하여, 비교예 1 및 2와 같은 조건, 같은 연마제로 연마를 하였다.

실시예 1 및 2(FS-7/#188PET/HN-400)에서는, 연마 미소한 흠, 숨어있는 흠 모두 거의 발생하지 않았다. 웨이퍼(W)에 대한 대표적인 연마결과(실시예 1의 결과)를 도 6(연마 미소한 흠) 및 도 7(숨어있는 흠)에 나타낸다. 또, 도 6의 연마 미소한 흠(입자지름 0.10㎛∼0.09㎛)의 카운트 수는 74개이었다.

그리고, 비교예 1 및 2(FS-3/#188PET/HN-400)와 실시예 1 및 2(FS-7/ #188PET/HN-400)의 양자의 결과를 그래프로 나타내면 도 8 및 도 9와 같이 된다. 여기서 도 8의 연마 미소한 흠의 유무에 있어서는 입자지름 0.10㎛ 이하의 카운트수가 100개 이하인 것을 없음, 그것보다 많은 것을 있음으로 하였다. 또한 도 9의 숨어있는 흠에 대해서는 외관검사에서 조금이라도 선 형상의 흠이 보이는 것을 있음으로 하였다.

(비교예 3 및 4)

8인치 에피웨이퍼(에피두께 10㎛)를 배치식의 마무리연마기로 연마하였다. 마무리연마포에는, 부직포와 폴리우레탄층으로 이루어지는 도 1과 같은 2층의 연마포이고, 냅층이 400㎛(비교예 3) 및 450㎛(비교예 4)의 연마포 시갈 7355FM(제일 레이스사제 상품명)을 사용하였다.

비교예 3 및 4에 있어서, 웨이퍼 표면의 미소한 흠을 비교예 1 및 2와 같이 평가한 결과, 미소한 흠이 면내 전체에 관찰되었다. 웨이퍼(W)에 대한 대표적인 연마결과(비교예 3의 결과)를 도 10(연마 미소한 흠)에 나타낸다. 이 연마 미소한 흠(입자지름 0.10㎛m∼0.09㎛)의 카운트수는 827개이었다. 또한 비교예 3 및 4에 있어서, 도 5와 같은 웨이퍼 표면의 숨어있는 흠도 관찰되었다.

(실시예 3 및 4)

비교예 3 및 4와 같은 구성의 연마포(도 1의 2층연마포)이고, 냅층을 530㎛(실시예 3) 및 550㎛(실시예 4)로 바꾼 것을 사용하여 비교예 3 및 4와 같이 웨이퍼를 연마하였다.

그 결과, 웨이퍼 표면의 미소한 흠(연마 미약흠) 및 숨어있는 흠 모두 어느 쪽의 연마포를 사용한 경우도 거의 관찰되지 않았다.

(실시예 5)

연마기는 비교예 3 및 4와 같은 배치식의 연마장치를 사용하여, 마무리연마포로서 3층 연마포를 사용하였다.

3층 연마포에는, 냅층 570㎛(실시예 2와 같다)의 FS-7/#188PET/HN- 400을 사용하였다.

그 결과, 웨이퍼 표면의 미소한 흠 및 숨어있는 흠은 관찰되지 않았다. 또한, 웨이퍼 바깥둘레부의 평탄도도 2층 연마포를 사용하였을 때 보다도 양호하였다.

상기한 바와 같이, 연마장치의 형태(배치식, 낱장식)를 막론하고, 2층 연마포, 3층 연마포 등을 막론하고, 냅길이의 길이에 따라서, 웨이퍼 표면의 연마 미소한 흠(미약흠) 및 숨어있는 흠의 발생을 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다. 특히 500㎛ 이상 길이의 냅층을 가지는 마무리연마포를 사용하는 것이 유효하다.

또, 본 발명은 상기 실시형태 및 실시예의 기재에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태 및 실시예는 단순한 예시이고, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 같은 작용효과를 이루는 것은, 어떠한 것이더라도 본 발명의 기술범위에 포함되는 것은 말할 필요도 없다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 웨이퍼의 경면연마공정, 특히 마무리연마에서 사용되는 연마포로서 특정한 연마포를 사용함으로써, 웨이퍼 표면에 미소한 흠, 숨어있는 흠이 발생하지 않은 웨이퍼를 안정하게 제조할 수 있다는 큰 효과가 달성된다.

Claims (4)

1. 연마포를 사용하여 반도체 웨이퍼를 경면연마하는 연마공정에 있어서, 냅층의 두께가 500㎛ 이상의 연마포를 사용하여 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 연마방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연마포가, 부직포로 이루어지는 기초재부와, 우레탄으로 이루어지는 냅층을 가지는 표층부의 2층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 연마방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연마포가, 경질 플라스틱 시트로 이루어지는 기초재부와, 우레탄으로 이루어지는 냅층을 가지는 표층부와, 그 연마포의 기초재부의 하면에 접착된 탄성체 시트로 이루어지는 하층부의 3층 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 연마방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마포를 사용하여 경면연마하는 공정이, 마무리연마공정인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 연마방법.