KR20090125058A - 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법 및 실리콘 단결정 웨이퍼 - Google Patents

실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법 및 실리콘 단결정 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 실리콘 단결정 웨이퍼와 연마포 사이에 연마 슬러리를 개재시켜 상기 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마하는 복수 단계의 연마 공정중 최종 단계인 마무리 연마 공정에 있어서, 연마 속도를 10nm/min 이하로 하여 마무리 연마하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법 및 이 방법에 의해 마무리 연마된 실리콘 단결정 웨이퍼에 관한 것이다. 이것에 의해, PID(Polishing Induced Defect)가 적은 실리콘 단결정 웨이퍼를 얻을 수 있는 마무리 연마방법 및 이 방법에 의해 마무리 연마된 실리콘 단결정 웨이퍼가 제공된다.
실리콘 웨이퍼, 단결정, 연마, PID, 결함

Description

실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법 및 실리콘 단결정 웨이퍼{Final polishing process for silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer}
본 발명은, 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마하는 복수단계의 연마 공정 중 최종단계인 마무리 연마방법 및 연마된 실리콘 단결정 웨이퍼에 관한 것이다.
종래, 각종 반도체 디바이스(device) 등에 이용되는 반도체 기판 재료로 사용되는 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법은, 일반적으로 쵸크랄스키(Czochralski; CZ)법이나 부유대역용해(Floating Zone;FZ)법 등으로 단결정 잉곳을 제조하는 단결정 성장 공정과, 이 단결정 잉곳을 슬라이스하여, 적어도 하나의 주 표면이 경면 가공되는 웨이퍼 제조(가공) 공정으로 이루어진다. 이와 같이 제조된 경면 연마 웨이퍼상에 디바이스가 제작된다.
웨이퍼 제조(가공) 공정에 대해 더욱 상세하게 설명하면, 단결정 잉곳을 슬라이스하여 얇은 원판형상의 웨이퍼를 얻는 슬라이스 공정과, 그 슬라이스 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 균열, 결함 등을 방지하기 위해서 그 외주부를 면취하는 면취 공정과, 이 웨이퍼를 평탄화하는 래핑 공정과, 면취 및 래핑된 웨이퍼에 잔류하는 가공 변형을 제거하는 에칭 공정과, 그 웨이퍼 표면을 경면화하는 연마(polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 세정하여 이것에 부착된 연마제나 이물을 제거하는 세정 공정 등을 갖추고 있다. 상기 웨이퍼 가공 공정은 주요 공정을 나타낸 것이며, 그 밖에 평면 연삭 공정이나 열처리 공정 등의 공정이 추가되거나, 동일한 공정을 다단계로 실시하거나, 공정 순서를 바꿀 수 있다.
특히, 연마 공정은 조(粗)연마라 부르는 1차 연마 공정과 정밀연마라 부르는 마무리 연마 공정으로 구분되고, 경우에 따라 1차 연마 공정을 다시 2공정 이상으로 나누어 1차, 2차 연마 공정 등으로 부르고 있다. 각각의 연마 공정에서는, 연마 슬러리의 조성이나 연마 압력 등에 변화를 주어 각각의 공정에 적합한 조건으로 하고 있다.
연마 공정에서는, 예를 들면 회전 가능한 정반 상에 첩부된 연마포와, 연마 헤드의 웨이퍼 지지반에 지지된 에칭을 마친 실리콘 단결정 웨이퍼 등을, 적절한 압력으로 접촉하여 연마한다. 이 때, 콜로이달 실리카(colloidal silica)를 함유한 알칼리 용액(연마 슬러리, 연마제 등이라 불림)이 이용되고 있다. 이러한 연마제를 연마포와 실리콘 단결정 웨이퍼의 접촉면에 첨가함으로써, 연마 슬러리와 실리콘 단결정 웨이퍼가 메카노케미컬(Mechanochemical) 작용을 일으켜 연마가 진행된다.
그런데, 디바이스 룰(Device Rule)의 미세화가 진행됨에 따라, 디바이스 제작에 있어서 문제가 될 수 있는 결함 사이즈도 작아지고 있어, 지금까지 문제시 되지 않았던 미소한 볼록형상의 결함에 주목하게 되었다. 이러한 결함은, 종래의 검사 장치에서는 거의 검출되지 않을 정도의 미소한 것이지만, 예를 들면, 일본특허공개 2004－193529호 공보에 기재되어 있는 콘포컬(confocal;공초점) 광학계 레이저 현미경 등을 이용하여 관측할 수 있게되었다. 미소 결함으로는, 단독 돌기, 복수 돌기, 선상 돌기, 미소 LPD(Light Point Defect) 등이 확인되고 있다.
이러한 미소 결함은 연마 공정에서 도입되는 것도 많다. 연마 공정에 있어서 도입되는 결함은, PID(Polishing Induced Defect)로 총칭된다.
그리고, 상기 서술한 바와 같이, 종래에 문제시 되지 않았던 미소한 PID에 대해서도 그 발생을 억제시킬 필요가 생겼다.
이와 같은 PID의 발생을 억제하기 위해, 예를 들어 일본특허공개 2005－45102호 공보에는 연마 슬러리를 소정의 것으로 제어하는 것이 제안되어 있다. 그러나 이러한 방법으로도 PID를 억제하기는 불충분했다.
본 발명은, 이러한 문제을 감안하여 이루어진 것으로, PID가 적은 실리콘 단결정 웨이퍼를 얻을 수 있는 마무리 연마방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 실리콘 단결정 웨이퍼와 연마포 사이에 연마 슬러리를 개재시켜 상기 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마하는 복수 단계의 연마 공정 중 최종 단계인 마무리 연마 공정에 있어서, 연마 속도를 10nm/min 이하로 하여 마무리 연마하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법을 제공한다.
이러한 마무리 연마 공정에 있어서, 연마 속도를 10nm/min 이하로 하여 마무리 연마하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법인 경우, 마무리 연마 공정중의 PID 생성을 억제할 수 있다. 또한 연마 속도는 5nm/min 이하의 저속으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그 결과, PID가 적은 실리콘 단결정 웨이퍼로 할 수 있다.
이 경우, 상기 마무리 연마에 있어서의 연마 속도를, 상기 연마되는 실리콘 단결정 웨이퍼와 상기 연마포의 상대속도를 조절함으로써, 조절하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 마무리 연마에 있어서의 연마 속도를, 연마되는 실리콘 단결정 웨이퍼와 연마포의 상대속도를 조절함으로써 조절하면, 간편한 조절 방법으로 연마 속도를 조절할 수 있어 충분한 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 마무리 연마에 있어서의 연마대(代)를 5nm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 마무리 연마에 있어서의 연마대를 5nm 이상으로 하면, 실리콘 단결정 웨이퍼 표면의 헤이즈(haze)를 보다 확실하게 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 마무리 연마 공정중 적어도 종료 시점에 있어서의 연마 속도를 10nm/min 이하로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 마무리 연마 공정중 적어도 종료 시점에 있어서의 연마 속도를 10nm/min 이하로 하면 PID의 저감 효과를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 마무리 연마 공정에 있어서, 처음, 연마 속도가 10nm/min를 초과하고, 이후의 연마 속도를 10nm/min 이하로 하면, 생산성을 현저히 저하시키지 않고 마무리 연마를 행할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법으로 마무리 연마된 실리콘 단결정 웨이퍼로서, 웨이퍼 표면의 PID가, 직경 300mm 웨이퍼로 환산하여 100개 미만인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공한다.
이러한 상기 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법에 의해 마무리 연마된 실리콘 단결정 웨이퍼인 경우, 웨이퍼 표면의 PID가, 직경 300mm 웨이퍼로 환산하여 100개 미만인 실리콘 단결정 웨이퍼로 할 수 있으며, 지금까지 없었던 PID가 적고, 품질이 높은 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공할 수 있다.
본 발명과 관련된 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법에 의하면, 마무리 연마 공정중 PID의 생성을 억제시킬 수 있어, PID가 적은 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공할 수 있다. 또한 이러한 실리콘 단결정 웨이퍼를 디바이스 공정에 투입하면, 좋은 수율로 디바이스를 제작할 수 있다.
도 1은, 실험예 1 및 2의 마무리 연마 공정에서의 연마 속도와 웨이퍼 표면상의 PID 개수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는, 실험예 3의 마무리 연마 공정에서의 연마 속도와 웨이퍼 표면상의 PID 개수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 실험예 4의 마무리 연마 공정에서의 연마 속도와 웨이퍼 표면상의 PID 개수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는, 실험예 3의 마무리 연마 공정에서의 연마대와 웨이퍼 표면상의 PID 개수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 연마 공정 중에 PID가 발생하는 원리를 가설한 설명도이다.
도 6은, 편면 연마장치의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
도 7은, 선상 돌기를 콘포컬 광학계 레이저 현미경과 원자간력 현미경(atomic force microscope)으로 촬영한 화상이다.
이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
상기 서술한 바와 같이, 종래에는 문제시 되지 않았던 미소한 PID에 대해서도 그 발생을 억제시키는 것이 요망되고 있다.
종래의 PID는 주로 1차 연마, 2차 연마에서 도입되는 것으로 여기고 있었으며, 연마대가 매우 적은 마무리 연마에 따른 효과는 거의 없다고 보고 있었다. 그러나 본 발명자들의 조사를 통해, 마무리 연마도 PID의 발생에 적지 않게 영향을 주고 있음을 알게 되었다.
대표적 PID인 선상 돌기가 발생하는 원리 중 하나로서 본 발명자들이 생각해 낸 가설을, 연마 공정이 1차 연마, 2차 연마, 마무리 연마의 3단계의 공정을 갖는 경우에 대해 도 5를 참조하면서 설명한다.
선상 결함은, 종래의 검사 장치에서는 거의 검출되지 않는 미소한 PID이지만, 예를 들면, 콘포컬 광학계 레이저 현미경을 이용해 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면을 관찰하면 쉽게 관찰할 수 있다(도 7(a)). 그 특징으로는, 도 7(b)(c)에 나타낸 바와 같이, 원자간력 현미경(AFM)으로 그 선상 결함을 관찰한 경우, 높이가 5nm 이하, 폭이 100~300nm, 길이가 대체로 0.5㎛ 이상의 선상이며 돌기상인 결함이다.
다음에, 도면을 이용하여 연마 공정 중에 PID가 발생하는 원리의 가설에 대해 설명한다. 도 5(a)에는 1차 연마 종료 후, 2차 연마 개시전인 실리콘 단결정 웨이퍼를 나타내고 있다. 1차 연마 후에도 PID는 발생하고 있지만, 1차 연마에 기인하는 PID는, 2차 연마에서의 연마대가 크기 때문에 문제될 일은 없다.
도 5(b)에는 2차 연마 상태를 나타낸다.
연마 슬러리 내에는 연마 입자(콜로이달 실리카 등)와는 별도로 이물이 혼입되어 있다. 이와 같은 이물로 볼 수 있는 것은, 예를 들면 연마 슬러리 배관계 오염이나, 콜로이달 실리카의 겔화물, 연마 슬러리 원료 중의 실리카 이외의 입자, 연마포에서 떨어져 나온 섬유의 이물 등을 들 수 있다. 이들 이물은 많든 적든 존재하며, 일반적으로 연마 능력을 가지고 있지 않다. 따라서, 이들 이물이 부착된 부분은 연마가 지연되어 미소한 돌기상의 결함이 된다(도 5(c)).
도 5(d)에는 마무리 연마 상태를 나타낸다.
2차 연마에서 발생한 선상 돌기 중 일부는 마무리 연마에서 제거되지만, 일부는 잔류한다. 또한, 마무리 연마 중에도 상기 2차 연마 중과 동일한 메카니즘에 의해 마무리 연마에 기인한 선상 돌기가 발생한다.
이렇게 하여 마무리 연마가 종료된 후에는, 도 5(e)와 같이, 2차 연마에 기인한 PID와 마무리 연마에 기인한 PID가 실리콘 단결정 웨이퍼의 피연마면 상에 발생한다.
이러한 가설에 기초하여, 본 발명자들은 연마 공정에 있어서의 연마 속도를 늦춰 천천히 연마하면, 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면에 부착된 이물이, 돌기가 형성되기 전에 제거된다고 보았다.
실리콘 단결정 웨이퍼를 마무리 연마하는 목적은, 웨이퍼 표면을 헤이즈가 해소될 때까지 평활하게 하면서 청정하게 마무리하는 데에 있다. 또한, 이 목적을 달성하기 위해 연마 재료, 연마 조건, 연마대 등이 관리되고 있다. 그러나 마무리 연마 공정에서의 연마 속도는, 어디까지나 설정한 연마 조건으로 정해지는 결과이 므로, 특별히 범위를 특정하거나 관리하지 않았었다. 즉, 종래의 마무리 연마에서는 연마대가 통상 10~80nm 정도 이하로 매우 적고, 연마 속도를 관리할 필요가 없어, 헤이즈 정도가 규격 내에 들어갈 때까지 연마를 행하고 있을 뿐이었다. 또한, 생산의 형편상, 연마 속도를 가능한 한 빠르게 하고 있었다.
그러나, 본 발명자들은 본 발명자들이 발견해 낸 상기 서술한 바와 같은 견해를 통해, 마무리 연마 공정에서도 연마 속도를 관리하여 제어함으로써 마무리 연마 공정에서 발생하는 PID, 특히 선상 돌기를 억제할 수 있으며, 그 결과, 연마 공정 전체에서 발생하는 PID의 총량도 억제할 수 있다는 생각에 도달하여 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 구체적으로 설명한다.
이하에서는, 연마 공정이 1차 연마, 2차 연마, 마무리 연마의 3단계의 공정을 갖는 경우에 대해 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 복수 단계의 연마 공정을 갖는 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조공정에 적용시킬 수 있다.
우선, 실리콘 단결정 웨이퍼를 준비하여, 연마 공정 전의 각종 처리를 행한다. 본 명세서에서 말하는 실리콘 단결정 웨이퍼란, 웨이퍼 전체가 실리콘 단결정으로 이루어지는 웨이퍼 외에, 적어도 피연마면이 실리콘 단결정인 웨이퍼도 포함 한다. 예를 들면, 절연체 상에 단결정 실리콘층이 형성되어 있는 SOI(Silicon on Insulator) 웨이퍼 등의 마무리 연마에도 본 발명을 적용시킬 수 있다.
다음에, 이 실리콘 단결정 웨이퍼에 대해 통상의 방법을 이용하여 1차 연마, 2차 연마를 행한다. 여기서의 연마방법은 특별히 한정되지 않는다. 연마장치로는 양면 연마장치, 편면 연마장치 중 하나를 이용해도 된다. 또한, 연마 슬러리의 조성, 온도, 연마 압력, 연마대, 연마 속도 등의 각종 조건도 특별히 한정되지 않는다.
이렇게 하여 1차 연마, 2차 연마를 행한 실리콘 단결정 웨이퍼에 대해, 연마 공정 중 최종단계인 마무리 연마를, 연마 속도(1분당 연마대) 10nm/min 이하로 행한다. 이는 마무리 연마 공정 중에 항상 연마 속도를 반드시 10nm/min 이하로 해야 한다는 것만을 의미하는 것이 아니며, 마무리 연마 공정중 적어도 일부에 있어서 연마 속도를 10nm/min 이하로 연마하는 태양을 포함한다. 특히, 마무리 연마 공정에 있어서, 우선, 연마 속도를 10nm/min 초과하도록 고속으로 하며, 그 후에 연마 속도를 10nm/min 이하로 하고, 마무리 연마 공정 중 적어도 종료 시점에 있어서의 연마 속도를 10nm/min 이하로 하는 것이 바람직하다.
연마 속도를 10nm/min 이하로 하는 이유에 대해서는 후술한다.
마무리 연마에 있어서의 연마장치로서는 양면 연마장치, 편면 연마장치 중 어느 하나에도 본 발명을 적용시킬 수 있다.
도 6에 편면 연마장치의 일례의 개략 단면도를 나타냈다.
이 편면 연마장치(21)는, 연마 패드(22)가 첨부된 정반(23)과, 실리콘 단결정 웨이퍼(W)를 유지하는 연마 헤드(25)와, 연마 슬러리 공급 수단(26) 등을 구비하고 있다. 정반(23)과 연마 헤드(25)가 도시하지 않는 구동원에 의해 회전되고, 웨이퍼(W)가 연마 패드(22)에 슬라이딩 접촉되어 실리콘 단결정 웨이퍼(W)의 피연마면이 연마된다. 연마시에는, 연마 슬러리 공급 수단(26)으로부터 연마 슬러리가 공급된다.
연마 속도를 조절하기 위해서는 여러 수단을 채용할 수 있지만, 연마되는 실리콘 단결정 웨이퍼와 연마포의 상대속도를 조절함으로써 조절하면, 간편한 조절 방법으로 연마 속도를 조절할 수 있으면서 충분한 효과를 얻을 수 있다. 실리콘 단결정 웨이퍼와 연마포의 상대속도의 조절은, 예를 들어 도 6에 나타낸 편면 연마장치일 경우에는 정반(23)의 회전속도와 연마 헤드(25)의 회전속도를 조절함으로써 행할 수 있다.
그 밖에, 연마 슬러리의 조성이나 pH, 연마포의 종류나 사용시간, 연마시 온 도, 연마 압력 등을 조절함으로써 연마 속도를 조절할 수 있으며, 적당히 선택할 수 있다.
연마 속도를 소정의 값으로 하기 위한 구체적인 상기 각종 조건은, 예를 들면, 실제로 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마해, 연마대의 측정을 통해 연마 속도를 산출하여 실험적으로 구할 수 있다.
이상과 같이, 마무리 연마 공정에 있어서 연마 속도를 10nm/min 이하로 함으로써 마무리 연마에 있어서의 PID의 발생을 억제시킬 수 있다. 또한, 연마 속도를 5nm 이하의 저속으로 하는 것이 보다 바람직하다. 특히, 마무리 연마 공정에 있어서 우선 연마 속도를 10nm/min 초과인 것으로 하여 효율이 좋게 헤이즈를 저감시키고, 그 후에 연마 속도를 10nm/min 이하로 하고, 마무리 연마 공정중 적어도 종료 시점에 있어서의 연마 속도를 10nm/min 이하로 할 경우, 충분히 PID도 저감시킬 수 있다. 이렇게 하면, 생산성을 현저히 저하시키지 않고 마무리 연마를 행할 수 있고, 헤이즈와 PID를 함께 저감시킬 수 있으므로 바람직하다. 이 경우 연마 속도를 10nm/min 이하로 하여 연마하는 연마대는, 예를 들면 1nm 이상으로 하면 되며, 충분히 PID를 저감시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 헤이즈를 저감시키기 위해서는, 마무리 연마에 있어서의 연마대를 5nm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이하, 상기 서술한 연마 속도를 10nm/min 이하로 하는 이유 등에 대해, 연마 공정이 1차 연마, 2차 연마, 마무리 연마의 3단계의 공정을 갖는 경우에 대해 실시한 실험예를 통해 설명한다.
(실험예 1)
우선, 1차 연마 직전까지 각종 처리를 실시한 실리콘 단결정 웨이퍼를 2매 준비했다. 준비한 실리콘 단결정 웨이퍼는 직경 200mm, P형(비저항 1Ωcm 이상)인 CZ 실리콘 단결정 웨이퍼이다.
다음에, 1차 연마를, 양면 연마장치로, 연마포를 발포 우레탄, 연마 슬러리를 NaOH 베이스 콜로이달 실리카로 하고, 연마대를 양면 합계로 약 20㎛로 하여 행했다.
그 다음, 2차 연마를, 편면 연마장치로, 연마포를 폴리우레탄 부직포, 연마 슬러리를 NaOH 베이스 콜로이달 실리카로 하고, 연마대를 대략 0.5~1.5㎛로 하여 실시하였다.
다음에, 마무리 연마를 도 6에 나타낸 바와 같은 편면 연마장치를 이용해, 연마포를 사용시간 1000분 정도의 폴리우레탄스웨이드, 연마 슬러리를 NH4OH 베이스 콜로이달 실리카, 연마 시간을 2.5분으로 하여 실시하였다. 단, 정반의 회전속도를 25rpm(시료 1), 40rpm(시료 2)로 했다. 연마 후, 마무리 연마에서의 연마대를 측정한 바, 연마대는 각각 8.30nm(시료 1), 20.6nm(시료 2), 연마 속도는 각각 3.32nm/min(시료 1), 8.24nm/min(시료 2)였다.
연마된 각 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면상의 PID 측정을, 콘포컬 광학계 레이저 현미경(레이저 테크사제 MAGICS)을 이용해 실시하였다. MAGICS의 측정 조건은, Normal Scan, Slice Level 24mV로 하고, 직경 200mm 웨이퍼의 측정값은 직경 300mm의 면적당 수로 환산했다. 측정된 결함이, 실제 연마 공정에서 도입된 PID인지를 판별하는 것은 곤란하지만, 본 명세서에서는, 콘포컬 광학계 레이저 현미경을 이용해 측정할 수 있는 결함을 PID라 간주한다.
PID의 개수는 각각 31개(시료 1), 47개(시료 2)였다. 또한 이 둘의 시료 모두 PID의 1/3 정도가 선상 돌기, 2/3 정도가 미소 LPD였으며, 그 밖의 결함종은 미미하였다.
(실험예 2)
실험예 1과 마찬가지로, 1차 연마 직전까지 각종 처리를 실시한 실리콘 단결 정 웨이퍼 2매를 준비했다. 준비한 실리콘 단결정 웨이퍼는 직경 200mm, P형(비저항 1Ωcm 이상)인 CZ 실리콘 단결정 웨이퍼이다. 단, 연마포는 사용시간이 5000분 정도 경과한 것을 이용하여, 정반의 회전속도를 25rpm(시료 3), 40rpm(시료 4)로 하여 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마를 실시하였다. 이 때의 연마대는 각각 22.4nm(시료 3), 36.4nm(시료 4)였으며, 연마 속도는 각각 8.96nm/min(시료 3), 14.6nm/min(시료 4)였다.
PID의 개수는 실험예 1과 같이 측정한 바, 각각 61개(시료 3), 110개(시료 4)로, 각각 1/3 정도가 선상 돌기, 2/3 정도가 미소 LPD였으며, 그 밖의 결함종은 미미하였다.
실험예 1, 2를 통해 얻은 마무리 연마 공정에서의 연마 속도와 PID 개수의 관계를 도 1에 나타냈다.
도 1로부터 연마 속도와 PID 개수 사이에 정비례(正)의 상관관계가 있음을 알 수 있다.
또한, 실험예 1과 실험예 2에서는, 사용시간(패드 라이프)이 상이한 연마포를 사용했기 때문에, 동일한 정반 회전속도인 경우여도 연마 속도가 상이하지만, 연마 속도와 PID 개수의 관계에 주목하면 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다.
(실험예 3)
우선, 1차 연마 직전까지 각종 처리를 실시한 실리콘 단결정 웨이퍼 6매를 준비했다. 준비한 실리콘 단결정 웨이퍼는 직경 200mm, P형(비저항 1Ωcm 이상)인 CZ 실리콘 단결정 웨이퍼이다.
다음에, 1차 연마를, 편면 연마장치로, 연마포를 폴리우레탄 부직포, 연마 슬러리를 NaOH 베이스 콜로이달 실리카로 하고, 연마대를 대략 8~12㎛로 하여 행했다.
그 다음, 2차 연마를, 편면 연마장치로, 연마포를 폴리우레탄 부직포, 연마 슬러리를 NaOH 베이스 콜로이달 실리카로 하고, 연마대를 대략 0.5~1.5㎛로 하여 행했다.
다음에, 마무리 연마를 도 6에 나타낸 바와 같은 편면 연마장치를 이용해, 연마포를 폴리우레탄스웨이드, 연마 슬러리를 NH4OH베이스 콜로이달 실리카로 하여 실시하였다. 단, 연마 헤드의 회전속도를 일정하게 하고, 정반의 회전속도, 연마 시간을 이하의 표 1과 같이 연마했다.
연마 후, 마무리 연마에 있어서의 연마대를 측정한 결과, 표 1와 같은 연마대, 연마 속도를 나타냈다.
시료번호 웨이퍼직경(mm) 정반 회전속도 연마시간 연마대(nm) 연마속도(nm/min)
5 200 10rpm 6분 64.1 10.7
6 200 10rpm 12분 119.4 10.0
7 200 5rpm 6분 43.5 7.26
8 200 5rpm 12분 72.1 6.01
9 200 2rpm 12분 39.1 3.26
10 200 2rpm 30분 75.3 2.51
시료 5~10의 PID 개수를 실험예 1과 동일하게 측정하여, 도 2에 마무리 연마 공정에서의 연마 속도와 PID 개수의 관계를 나타냈다.
도 2를 통해서도 연마 속도와 PID 개수 사이에 정비례의 상관관계가 있음을 알 수 있다.
도 4에는, 실험예 3에 있어서의 연마대와 PID 개수의 관계 나타냈다. 도 4를 통해, 거의 동일한 연마 속도로 연마되고 연마대가 상이한 시료간(즉, 정반 회전 속도가 동일하면서 연마 시간이 상이하게 연마된 시료간)에서의 상관관계는 없다는 것을 보였다. 즉, 연마대 자체와 PID 수 사이에는 직접적으로 상관관계가 없음을 알 수 있다.
(실험예 4)
실험예 1과 마찬가지로, 단, 직경 300mm, P형(비저항 1Ωcm 이상)인 CZ 실리콘 단결정 웨이퍼 4매를 준비하여, 정반 회전수를 43, 30, 20, 10rpm(시료 11~14)로 하여 마무리 연마를 행했다. 이 때의 연마대는 각각 44.6, 29.4, 18.2, 6.17nm였고, 연마 속도는 각각 19.1, 12.6, 7.83, 2.65nm/min였다.
시료 11~14의 PID 개수를 실험예 1과 같이 측정하여, 마무리 연마 공정에서의 연마 속도와 PID 개수의 관계를 도 3에 나타냈다.
도 3를 통해서도 연마 속도와 PID 개수 사이에 정비례의 상관관계가 있음을 알 수 있다.
실험예 1~4 각각의 마무리 연마에서의 연마 조건 및 PID 개수를 표 2에 정리했다.
실험예 번호 시료번호 웨이퍼직경(mm) 연마속도(nm/min) PID개수(개) (注)직경 300mm 웨이퍼 환산
1 1 200 3.32 31
2 8.24 47
2 3 200 8.96 61
4 14.6 110
3 5 200 10.7 102
6 10.0 98
7 7.26 82
8 6.01 78
9 3.26 61
10 2.51 53
4 11 300 19.1 160
12 12.6 110
13 7.83 66
14 2.65 36
이상의 실험 결과로부터, 마무리 연마 공정에서의 연마 속도는 10nm/min 이하로 하는 경우에 PID의 발생을 효과적으로 억제시킬 수 있어, 직경 300mm 웨이퍼로 환산하여 100개 정도 미만으로 매우 적은 연마 웨이퍼를 제공할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 연마 속도를 더욱 늦추면 PID 개수를 더욱 억제할 수 있으며, 예를 들어 연마 속도를 5nm/min 이하로 하면, PID 개수를 80개 정도 이하로 억제할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 마무리 연마 공정에서의 연마 속도의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 생산성과의 균형이나, 헤이즈의 저감 효과, 제어의 용이성 등으로 결정하는데, 예를 들면 0.1nm/min 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는, 예시일 뿐으로, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술 목표 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 같은 효과를 나타내는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술 목표 범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 실리콘 단결정 웨이퍼와 연마포 사이에 연마 슬러리를 개재시켜 상기 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마하는 복수 단계의 연마 공정 중 최종 단계인 마무리 연마 공정에 있어서, 연마 속도를 10nm/min 이하로 하여 마무리 연마하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마무리 연마 공정에 있어서 연마 속도를, 상기 연마되는 실리콘 단결정 웨이퍼와 상기 연마포의 상대속도를 조절함으로써, 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마무리 연마 공정에 있어서 연마대를 5nm 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마무리 연마 공정 중 적어도 종료 시점에 있어서의 연마 속도는 10nm/min 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    실리콘 단결정 웨이퍼의 마무리 연마방법에 의해 마무리 연마된 실리콘 단결정 웨이퍼로서, 웨이퍼 표면의 PID가, 직경 300mm 웨이퍼로 환산하여, 100개 미만인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼.
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