KR20120027414A - 고정 연마 입자 가공 장치 및 고정 연마 입자 가공 방법, 그리고 반도체 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 웨이퍼의 제조에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치와 고정 연마 입자 가공 방법, 그리고 반도체 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼 표면에 있어서의 양호한 평탄도를 얻고, 나아가서는, 공정수를 단축하고 그리고 설비의 점유 면적의 증대를 억제할 수 있도록 하기 위해, 하정반(2)의 상면에 인접하고다수매의 반도체 웨이퍼의 상면을 연삭하는 하측 고정 연마 입자층(21)과, 상정반(3)의 저면에 인접하고 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 저면을 연삭하는 상측 고정 연마 입자층(31)과, 하정반(2)과 상정반(3)과의 사이에 수평으로 배치되어, 홀마다 상기 다수매의 반도체 웨이퍼(W)중의 하나를 수용하는 다수의 홀(4a)이 형성된 캐리어 플레이트(4)및, 캐리어 플레이트(4)를 원운동시키는 캐리어 회전 장치(40)를 구비하며, 하측 고정 연마 입자층(21)과 상측 고정 연마 입자층(31)이 탄성부재(21a, 31a)내에 입경이 4㎛ 미만의 연마 입자(21b, 31b)를 분산시켜 고정되어 있는 고정 연마 입자 가공 장치(1)를, 반도체 웨이퍼(W)의 제조 공정에서 이용한다.
Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼의 제조에 이용되는 고정 연마 입자 가공 장치와, 고정 연마 입자 가공 방법 및, 반도체 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
도 15와 도 16에는, 종래의 반도체(실리콘) 웨이퍼의 제조 방법으로서 알려진 방법이 나타나져 있다.
도 15의 방법에 있어서는, 우선, 슬라이스 공정(S110)에서 단결정 잉곳을 슬라이스하여 웨이퍼(W)로 한 후, 모따기 공정(beveling step; S120)에서 그 웨이퍼(W)의 에지(edge; 주연부)를 모따기한다. 계속해서, 랩핑 공정(S130)에서, 입도가 비교적 거친 연마 입자(유리(free) 연마 입자)에 의해 다수매의 웨이퍼(W)의 양면을 동시에 랩핑(배치식(batch-type) 랩핑)한다. 이어서, 에칭 공정(S140)과 경면 연마 공정(S150)을 거쳐 웨이퍼(W)는 최종 제품이 된다.
랩핑 공정(S130)에 대해서 상술하면, 랩핑 공정(S130)은, 도 17에 나타낸 바와 같은 랩핑 장치(100)를 사용하여 행해진다. 랩핑 장치(100)는, 상방의 지지면(101a)을 갖는 하정반(lower surface-plate; 101)과, 하정반(101)의 지지면(101a)의 상방에 위치하는 지지면(102a)을 갖는 상정반(upper surface-plate; 102)과, 하정반(101)의 내경내에 설치된 선 기어(sun gear)(103)와, 하정반(101)의 외주 측에 설치된 내치 기어(104)와, 하정반(101)의 지지면(101a)과 상정반(102)의 지지면(102a)의 사이에 배치되어 선 기어(103)와 내치 기어(104)에 서로 맞물리는 캐리어 플레이트(carrier plate; 105)와, 입도가 비교적 거친 연마 입자(입도가 ＃1000?＃1500의 유리 연마 입자)가 포함된 슬러리를 캐리어 플레이트(105)의 각 홀(105a) 내에 세트된 웨이퍼(W)에 공급하는 슬러리 공급 장치(106)를 구비하고 있다.
하정반(101)과 상정반(102)이 서로 상대적으로 회전할 때, 선 기어(103)와 내치 기어(104)에 의해 캐리어 플레이트(105)는 유성 운동하고, 슬러리 공급 장치(106)로부터 지지면(101a, 102a)에 공급된 유리 연마 입자에 의해 각각의 홀(105a) 내에 세트된 다수매의 웨이퍼(W)의 양면을, 동시에 랩핑하도록 되어 있다.
한편, 도 16에 나타낸 방법에 있어서는, 슬라이스 공정(S210)에서 단결정 잉곳을 슬라이스하여 웨이퍼(W)를 만든다. 이어지는 연삭 공정(S220)에서, 비교적 거친 입도를 갖는 연마 입자(고정 연마 입자)에 의해 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 한번에 1매씩 연삭(매엽식 연삭; single-wafer grinding)한다. 연삭된 웨이퍼(W)는, 이어서, 모따기 공정(S230), 에칭 공정(S240)과 경면 연마 공정(S250)을 거쳐 최종 제품이 된다.
이제, 연삭 공정(S220)에 대해서 상술키로 한다. 연삭 공정(S220)에서는, 도 18(a)과 도 18(b)에 나타낸 연삭 장치(200)가 사용된다. 연삭 장치(200)는, 턴테이블(201)과, 턴테이블(201) 상에 설치되어 웨이퍼(W)를 진공 흡착하는 척(202)과, 척(202)의 상방에 위치하고 연삭용 숫돌(203)이 고정된 숫돌 지지체(204)와, 웨이퍼(W)에 연삭수를 공급하는 연삭수 공급 장치(205)를 구비하고 있다. 연삭용 숫돌(203)은, 입도가 예를 들면 ＃300?＃1000의 연마 입자로 형성되어 있다.
턴테이블(201)과 숫돌 지지체(204)를 서로 상대적으로 회전시키고, 연삭수 공급 장치(205)로부터 연삭수를 공급하면서, 연삭용 숫돌(203)을 웨이퍼(W)의 표면에 밀어붙임으로써, 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 한번에 1매씩 연삭하도록 되어 있다.
이들 랩핑 장치(100)나 연삭 장치(200)에 대해서는 특허문헌 1에 개시되어 있다.
그러나, 이들 도 15와 도 16의 방법으로 웨이퍼(W)를 가공할 경우, 경면 연마 후의 웨이퍼(W) 표면에 흠집이 남는 경우가 있다. 즉, 경면 연마의 전(前) 공정인 랩핑 공정(S130)과 연삭 공정(S220)에 있어서 입도가 비교적 거친 연마 입자로 가공하기 때문에, 통상의 경면 연마로는 그 흠집을 모두 제거할 수 없는 경우가 있다.
이 때문에, 도 19와 도 20 에 나타낸 바와 같이, 랩핑 공정(S130)과 연삭 공정(S220) 후에 그리고 경면 연마 공정(S150 또는 S250) 전에, 마무리 연삭 공정(S135 과 S225)이 행해지고 있다. 마무리 연삭 공정(S135 과 S225)에서는, 레진 본드 숫돌(resin-bonded grindstone) 등의, 입도가 ＃2000?＃8000의 연마 입자를 사용하고, 비교적 자생작용(self-sharpening)을 촉진시키는 숫돌을 사용하여, 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 한번에 1면씩 마무리 가공하도록 되어 있다.
그러나, 도 19 와 도 20에 나타낸 방법에 있어서는, 마무리 연삭 공정(S135 과 S225)의 분만큼 공정수가 증가하고, 필요한 설비의 증가를 수반한다.
또한, 웨이퍼(W)의 직경이 커지면(구체적으로는, 직경이 450mm가 되면), 랩핑 공정(S130)에서 사용하는 랩핑 장치(100)가 대형화되어, 설비의 점유 면적이 증대된다. 또한, 연삭 공정(S220)에서 사용하는 연삭 장치(200)에 대해서도, 랩핑 장치(100)와 비교하여 장치 크기는 작지만, 웨이퍼(W)를 1매씩 처리하기 때문에 설치 대수가 증가하고, 그 결과, 설비의 점유 면적이 증대된다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 안출된 것으로, 반도체 웨이퍼 표면에 있어서의 양호한 평탄도를 얻을 수 있도록 한 고정 연마 입자 가공 장치와 고정 연마 입자 가공 방법을 제공하는 것을 제1 목적으로 하고, 또한, 공정수(數)를 단축하고 그에 따라 설비의 점유 면적의 증대를 억제할 수 있는 반도체 웨이퍼 제조 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
상기 제1 목적을 달성하기 위해, 다수매의 반도체 웨이퍼의 제조에 사용되는 고정 연마 입자 가공 장치로서, 수평으로 배치된 원판 형상의 하정반과, 상기 하정반의 상면에 인접하고 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면을 연삭하는 하측 고정 연마 입자층과, 상기 하정반을, 회전축선을 중심으로 하여 회전시키는 제1 모터와, 상기 하정반의 위에 수평으로 배치된 원판 형상의 상정반과, 상기 상정반의 저면에 인접하고 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 저면을 연삭하는 상측 고정 연마 입자층과, 상기 상정반을, 회전축선을 중심으로 하여 회전시키는 제2 모터와, 상기 하정반과 상기 상정반과의 사이에 수평으로 배치되어, 홀마다 상기 다수매의 반도체 웨이퍼중의 하나를 수용하는 다수의 홀이 형성된 캐리어 플레이트와, 상기 캐리어 플레이트를 원운동(circular movement)시키는 캐리어 회전 장치를 구비하며, 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층이, 탄성부재내에 입경이 4㎛ 미만의 연마 입자를 분산시켜 상태로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 고정 연마 입자 가공 장치가 제공된다.
상기 하정반과 상기 상정반에 의해 상기 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에 각각 작용되는 압력을 250?400g/㎠로 하는 것이 바람직하다.
상기 탄성부재내의 상기 연마 입자의 집중도(concentration ratio)를, 100?150으로 하는 것이 바람직하다.
상기 고정 연마 입자 가공 장치는 추가로, 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 하정반의 상면과의 사이에 배치되는 제1 중간층과, 상기 상측 고정 연마 입자층과 상기 상정반의 저면과의 사이에 배치되는 제2 중간층을 구비하며, 상기 하측 고정 연마 입자층과, 상기 상측 고정 연마 입자층의 두께를, 각각 100?2000㎛로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정 연마 입자 가공 장치를 사용하는 고정 연마 입자 가공 방법으로서, 상기 상정반이 상기 하정반에 대하여 떨어진 상태에서, 상기 캐리어 플레이트의 홀 내에 상기 다수매의 반도체 웨이퍼를 세트하는 세트 공정과, 상기 상정반을 상기 하정반에 접근시키는 접근 공정과, 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에, 각각, 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층의 상기 연마 입자를 밀어붙이는 압착 공정과, 상기 하정반과 상기 상정반을 회전시킴과 동시에 상기 캐리어 플레이트를 원운동시켜, 상기 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에 대하여 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층을 접촉시킴으로써, 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면을 동시에 평탄화(planarizing) 가공하는 평탄화 가공 공정을 구비하는 고정 연마 입자 가공 방법이 제공된다.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위해, 상기의 고정 연마 입자 가공 공정을 구비하는 반도체 웨이퍼 제조 방법으로서, 상기 고정 연마 입자 가공 공정 전에 실시되어 단결정 잉곳을 다수매의 반도체 웨이퍼로 슬라이싱하는 슬라이스 공정과, 상기 고정 연마 입자 가공 공정 후에 실시되어 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면, 또는 적어도 상면을 경면이 될 때까지 연마 가공하는 경면 연마 공정을 구비하는 반도체 웨이퍼 제조 방법이 제공된다.
상기 반도체 웨이퍼 제조 방법은, 고정 연마 입자 가공 공정 후와, 상기 경면 연마 공정 전에 실시되어, 상기 고정 연마 입자 가공 공정에서 연삭된 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 에지를 모따기하는 모따기 공정과, 상기 모따기 공정 후와 상기 경면 연마 공정 전에 실시되어, 회전 상태의 상기 반도체 웨이퍼의 하나의 표면에 에칭액을 분사하여 상기 다수매의 반도체 웨이퍼를 1매씩 에칭하는 매엽 에칭 공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 고정 연마 입자 가공 장치와 고정 연마 입자 가공 방법에 의하면, 탄성부재에 분산시킨 상태로 고정한 입도가 4㎛ 미만의 미세한 연마 입자(고정 연마 입자)를 이용하여 반도체 웨이퍼를 가공하기 때문에, 웨이퍼 표면에 있어서 양호한 평탄도를 얻을 수 있다. 이때, 탄성부재는 탄성을 갖고 있기 때문에, 고정 연마 입자가 웨이퍼에 부여하는 압착력을 탄성부재가 적절히 흡수하여, 웨이퍼의 1점에 힘이 과잉으로 집중되어 웨이퍼 표면에 흠집이 생겨 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하정반과 상정반에 의해 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에 작용되는 압력을, 일반적인 압력인 100?150g/㎠에 비해 높은 250?400g/㎠로 함으로써, 높은 가공 레이트(rate)로 반도체 웨이퍼를 가공하면서, 웨이퍼 표면에 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또, 탄성부재내의 연마 입자의 집중도(이하, 단순히 「집중도」라고 칭함)를, 일반적인 집중도인 약 200 에서 100?150로 함으로써, 반도체 웨이퍼의 가공중에, 탄성부재의 표면으로부터 고정 연마 입자가 탈락되기 쉬워진다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 가공 초기뿐만 아니라 가공 중에 있어서도 높은 가공 레이트를 안정되게 유지할 수 있다.
또한, 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 하정반의 상면과의 사이와, 상기 상측 고정 연마 입자층과 상기 상정반의 저면과의 사이에, 중간층이 배치되고, 상기 하측 고정 연마 입자층과, 상기 상측 고정 연마 입자층의 두께를 공히 100?2000㎛로 함으로써, 100㎛의 하한 설정에 의해, 중간층이 웨이퍼에 직접 접촉하는 것을 회피할 수 있고, 2000㎛의 상한 설정에 의해, 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층의 탄성부재에 과중한 하중이 걸려, 탄성부재의 강도가 저하되어 탄성부재의 파손을 초래하는 것을 회피할 수 있다.
부가하여, 종래 랩핑 공정과 마무리 연삭 공정의 2 공정으로 얻었던 평탄도를, 이 고정 연마 입자를 사용한 고정 연마 입자 가공의 단일 공정으로 얻을 수 있다. 그러므로, 반도체 웨이퍼의 제조에 이 고정 연마 입자 가공을 적용한 경우에는, 공정수를 감축할 수 있음과 함께, 필요한 설비의 수를 억제하여, 설비의 점유 면적의 증대를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 웨이퍼 제조 방법에 의하면, 전술한 바와 같이, 종래의 랩핑 공정과 마무리 연삭 공정의 2 공정으로 얻었던 평탄도를, 이 고정 연마 입자를 사용한 고정 연마 입자 가공의 단일 공정으로 얻을 수 있기 때문에, 공정수를 감축하고 그리고 설비의 점유 면적의 증대를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치의 전체 구성을 각 구성요소를 분리하여 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치의 캐리어 플레이트를 나타내는 상면도(top view)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법 중 고정 연마 입자 가공 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 고정 연마 입자 가공 방법에 있어서의 집중도 100에서의 가공 공정을 나타내는 주요부 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 고정 연마 입자 가공 방법에 있어서의 집중도 200에서의 가공 공정을 나타내는 주요부 확대 단면도이다.
도 8은 선 기어 방식의 랩핑 장치와 무 선 기어(no sun gear) 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 압력 150g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 배치(batch)수와 가공 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 압력 150g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 랩핑했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 10은 선 기어 방식의 랩핑 장치와 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 선 기어 방식의 경우 압력 150g/㎠, 무 선 기어 방식의 경우 200g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 배치수와 가공 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 압력 200g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 랩핑 했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 12는 선 기어 방식의 랩핑 장치와 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 선 기어 방식의 경우 압력 150g/㎠, 무 선 기어 방식의 경우 250g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 배치수와 가공 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 집중도 200, 압력 250g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 14는 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 집중도 100, 압력 250g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 15는 종래 기술 1에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 16은 종래 기술 2에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 17은 종래 기술 1에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 선 기어 방식의 랩핑 장치를 나타내는 개략적인 종단면도이다.
도 18은 종래 기술 2에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 연삭 장치를 나타내는 개략도로서, 도 18(a)는 그 상면도, 도 18(b)는 그 단면도이다.
도 19는 종래 기술 1의 개량예에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 20은 종래 기술 2의 개량예에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치의 캐리어 플레이트를 나타내는 상면도(top view)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법 중 고정 연마 입자 가공 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 고정 연마 입자 가공 방법에 있어서의 집중도 100에서의 가공 공정을 나타내는 주요부 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 고정 연마 입자 가공 방법에 있어서의 집중도 200에서의 가공 공정을 나타내는 주요부 확대 단면도이다.
도 8은 선 기어 방식의 랩핑 장치와 무 선 기어(no sun gear) 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 압력 150g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 배치(batch)수와 가공 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 압력 150g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 랩핑했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 10은 선 기어 방식의 랩핑 장치와 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 선 기어 방식의 경우 압력 150g/㎠, 무 선 기어 방식의 경우 200g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 배치수와 가공 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 압력 200g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 랩핑 했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 12는 선 기어 방식의 랩핑 장치와 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 선 기어 방식의 경우 압력 150g/㎠, 무 선 기어 방식의 경우 250g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 배치수와 가공 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 집중도 200, 압력 250g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 14는 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 집중도 100, 압력 250g/㎠의 조건하에서 반도체 웨이퍼를 가공했을 때의 웨이퍼 표면의 흠집 분포를 나타내는 개략도이다.
도 15는 종래 기술 1에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 16은 종래 기술 2에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 17은 종래 기술 1에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 선 기어 방식의 랩핑 장치를 나타내는 개략적인 종단면도이다.
도 18은 종래 기술 2에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법에 이용하는 연삭 장치를 나타내는 개략도로서, 도 18(a)는 그 상면도, 도 18(b)는 그 단면도이다.
도 19는 종래 기술 1의 개량예에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 20은 종래 기술 2의 개량예에 따른 반도체 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 첨부도면을 참조로, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명한다.
［실시 형태］
도 1?도 5를 참조로, 본 발명의 일 실시 형태의 반도체 웨이퍼 제조 방법, 그 제조 방법에 이용하는 고정 연마 입자 가공 장치 및 가공 방법에 대해서 설명한다.
＜구성＞
본 실시 형태의 반도체 웨이퍼 제조 방법은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 슬라이스 공정(S10)과, 제1 모따기 공정(S20)과, 고정 연마 입자 가공 공정(고정 연마 입자 가공 방법)(S30)과, 제2 모따기 공정(S40)과, 매엽 에칭 공정(S50)및, 경면 연마 공정(S60)을 구비하고 있다.
슬라이스 공정(S10)에서는, 와이어 소(wire saw)나 내주 다이아몬드 날(inner diamond blade) 등의 공지의 슬라이스 장치에 의해 단결정 잉곳을 슬라이스하여, 반도체 웨이퍼(W)를 만든다.
반도체 웨이퍼는, 예를 들면 단결정 실리콘 웨이퍼 또는 다결정 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 반도체 웨이퍼의 직경은, 200mm, 300mm, 450mm 일 수 있다.
제1 모따기 공정(S20)에서는, 슬라이스 공정(S10)에서 슬라이스된 웨이퍼(W)의 에지를 연삭하여, 에지를 둥글게(모따기) 한다.
고정 연마 입자 가공 공정(S30)에서는, 이후에 설명하는 바와 같이, 고정 연마 입자 가공 장치(1)를 이용하여, 다수매의 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 연삭하여 평탄화 가공한다.
제2 모따기 공정(S40)에서는, 고정 연마 입자 가공 공정(S30)에서 가공된 웨이퍼(W)의 에지를 모따기한다.
매엽 에칭 공정(S50)에서는, 공지의 매엽 에칭 장치에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키고, 회전 상태의 웨이퍼(W)의 표면에 에칭액을 분사하여 웨이퍼(W)를 1매씩 에칭한다.
경면 연마 공정(S60)에서는, 매엽 에칭 공정(S50)에서 에칭된 웨이퍼(W)의 상면과 저면, 또는 적어도 상면을, 공지의 경면 연마 장치에 의해 경면이 될 때까지 연마 가공한다.
여기에서, 본 실시 형태의 고정 연마 입자 가공 장치(1)와 그 가공 방법에 대해서 상세히 설명한다.
고정 연마 입자 가공 장치(1)는, 예를 들면, 공지의 랩핑 장치, 양면 연삭 장치, 또는 양면 연마 장치일 수 있다.
본 실시 형태의 고정 연마 입자 가공 장치(1)는, 도 1?도 3에 나타내는 바와 같이, 무 선 기어 방식으로, 수평으로 배치된 원판 형상의 하정반(2)과, 수평으로 배치되어 하정반(2)에 상방으로부터 대향하는 원판 형상의 상정반(3)과, 하정반(2)과 상정반(3)과의 사이에 수평으로 배치되고, 웨이퍼(W)를 수용하는 다수개의 홀(4a)이 형성된 캐리어 플레이트(4)를 구비하고 있다. 캐리어 플레이트(4)는, 예를 들면, 유리 에폭시로 구성되고, 두께는 700㎛이다.
하정반(2)과 상정반(3)은 5?30rpm의 속도로 회전한다. 5rpm 미만의 회전 속도에서는, 가공 레이트의 저하라는 문제점이 있고, 또한, 30rpm를 초과하면, 가공 중에 웨이퍼가 튀어 나와 버리는 또 다른 문제점이 발생한다. 2개의 정반(2, 3)의 바람직한 회전 속도는 10?25rpm이다. 이 범위이면, 일정한 가공 레이트와 평탄성을 달성할 수 있다는 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
하정반(2)과 상정반(3)은, 동일 속도로 회전시켜도, 상이한 속도로 회전시켜도 좋다. 또한, 하정반(2)과 상정반(3)은, 동일한 방향으로 회전시켜도, 상이한 방향으로 회전시켜도 좋다.
하정반(2)의 상면에 인접하여 고정 연마 입자층(하측 고정 연마 입자층)(21)이 형성됨과 함께, 상정반(3)의 저면에 인접하여 고정 연마 입자층(상측 고정 연마 입자층)(31)이 형성되어 있다. 이 하측 고정 연마 입자층(21)과 상측 고정 연마 입자층(31)은 각각 탄성부재(21a, 31a)에, 입경(평균 입경)이 4㎛ 미만의 미세한 연마 입자(고정 연마 입자)(21b, 31b)를 분산시켜 고정하여 형성된 것이다.
탄성부재(21a, 31a)로서는, 경화성 폴리머계 수지(예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴 우레탄 수지, 폴리우레탄 수지, 염화 비닐 수지, 불소 수지)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 연마 입자(21b, 31b)의 직경은, 1㎛ 이상 4㎛ 미만인 것이 바람직하고, 1㎛ 이상 2㎛ 미만인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 1㎛ 이상 4㎛ 미만의 수치는, 입경이 4㎛ 이상이면 웨이퍼(W) 표면의 흠집의 발생이 과제가 되고, 또한 입경이 1㎛ 미만이면 연삭 레이트가 저하된다고 하는 과제에 기초하여 설정된 것이다. 연마 입자로는, 다이아몬드, 실리카, SiC, 알루미나, 또는 지르코니아를 채용할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 하정반(2)의 상면과 하측 고정 연마 입자층(21)과의 사이와, 상정반(3)의 저면과 상측 고정 연마 입자층(31)과의 사이에는, 각각, 중간층(21c, 31c)(접착층이라고도 칭함)을 개재한다.
하측 고정 연마 입자층(21), 상측 고정 연마 입자층(31)의 두께는 100?2000㎛이다. 100㎛ 미만의 두께에서는, 중간층(21c)이나 중간층(31c)이 웨이퍼(W)와 직접 접촉한다는 문제점이 발생한다. 또한, 2000㎛를 초과하면, 탄성부재(21a, 31a)에 과도한 하중이 부과되어, 탄성부재(21a, 31a)의 강도가 저하되어 탄성부재의 파손이라는 문제점이 발생한다. 하측 고정 연마 입자층(21), 상측 고정 연마 입자층(31)의 보다 바람직한 두께는, 300?1800㎛이다. 이 범위이면, 안정된 가공과 탄성부재의 수명의 연장이라는 더욱 적합한 효과를 얻을 수 있다.
탄성부재(21a)와 탄성부재(31a)에 대한 고정 연마 입자(21b)와 고정 연마 입자(31b)의 집중도(밀도 또는 분산도)는 100?150이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 집중도를 일반적인 약 200에서 100?150까지 저하시킴으로써, 웨이퍼(W)의 가공시에 있어 연삭 불능이 된 고정 연마 입자(21b, 31b)가, 탄성부재(21a, 31a)의 표면으로부터 탈락되기 쉬워진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 가공의 초기뿐만 아니라 가공 중에 있어서도 높은 연삭 레이트를 안정되게 유지할 수 있다.
구체적으로, 고정 연마 입자(21b, 31b)에 의한 웨이퍼(W)의 연삭에 있어서는, 각 탄성부재(21a, 31a)에 지지된 고정 연마 입자(21b, 31b)가 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 문질러져, 웨이퍼(W)의 상면과 저면의 일부를 고정 연마 입자(21b, 31b)의 예리한 모서리부가 서서히 깎아내어 연삭이 진행된다. 이러한 연삭에 수반하여, 탄성부재(21a, 31a)의 표면에 노출된 고정 연마 입자(21b, 31b) 중, 연삭에 사용되어 예리한 모서리부가 없어진 고정 연마 입자(21b, 31b)는, 탄성부재(21a, 31a)의 표면으로부터 서서히 탈락되어 간다. 연삭의 초기에서는, 연삭에 사용되어 예리한 모서리부가 없어진 고정 연마 입자(21b, 31b)가 적기 때문에, 웨이퍼(W)의 연삭 레이트는 높다.
그러나, 연삭이 진행되어 가면, 탄성부재(21a, 31a)의 표면에 있어, 연삭에 사용되어 예리한 모서리부가 없어진 고정 연마 입자(21b, 31b)의 수가 증가한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 집중도가 일반치인 200 이상일 경우에는, 예리한 모서리부가 없어진 고정 연마 입자(21b, 31b)가 탄성부재(21a, 31a)의 표면 전체에 고밀도로 존재하게 된다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 연삭을 계속해도, 탄성부재(21a, 31a)의 표면을 메운 다량의 고정 연마 입자(21b, 31b)에 압력이 세분되어 분산되기 때문에, 탄성부재(21a, 31a)의 표면으로부터, 예리한 모서리부가 없어진 고정 연마 입자(21b, 31b)가 탈락되기 어려워진다. 그 결과, 연삭의 중기 이후는, 예리한 모서리부가 둥글게 문질러진 고정 연마 입자(21b, 31b)가 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 문질러져 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 흠집이 발생하기만 하고, 웨이퍼(W)의 상면과 저면의 연삭은 거의 진행되지 않게 된다.
그러나, 본 발명에 있어서는, 집중도를 100?150까지 저하시켰기 때문에, 탄성부재(21a, 31a)의 표면상에서의 각각의 고정 연마 입자(21b, 31b)의 밀도가 낮아진다. 그 때문에, 예리한 모서리부가 둥글게 되어 연삭 불능이 된 고정 연마 입자(21b, 31b)에 집중적으로 하중을 작용시켜, 그 탈락을 촉진시킬 수 있다. 이에 따라, 탄성부재(21a, 31a)의 표면 근방에 고정되어 있는 고정 연마 입자(21b, 31b) 중 다음 단(stage)의 고정 연마 입자(21b, 31b)가 노출되고, 그 예리한 모서리부에 의해, 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 있어 높은 연삭성을, 웨이퍼(W)의 연삭기간 내내 유지할 수 있다.
여기에서 말하는 "집중도"란, 연마 입자를 포함하는 탄성부재내의 연마 입자의 함유율을 나타내며, 탄성부재 1cm3 중에 4.4cts(0.88g)를 포함하는 것을 100으로 한다. 집중도 100 미만에서는, 가공성의 저하라는 문제점이 생긴다. 또한, 집중도가 150을 초과하면, 연마 입자의 자생 작용이 저하된다는 문제점이 발생한다. 집중도가 100?150의 범위이면, 연마 입자의 자생 작용의 촉진과 가공 레이트의 안정화라는 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 캐리어 플레이트(4)에는, 웨이퍼(W)를 수용하는 다수개의 홀(4a)이 캐리어 플레이트(4)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배열되어 있다. 도면에는 홀(4a)의 수가 3개인 것이 나타나져 있지만, 홀(4a)의 개수는 1개를 제외하고는, 한정되지 않는다.
고정 연마 입자 가공 장치(1)는 또한, 하정반(2)을 회전 구동하는 모터(제1 모터)(5)와, 상정반(3)을 회전 구동하는 모터(제2 모터)(6)와, 상정반(3)을 하정반(2)에 대하여 접근과 이탈시키기 위해 상정반(3)을 승강시키는 실린더(승강 장치)(7)와, 하정반(2)과 상정반(3)에 의해 웨이퍼(W)를 가압할 수 있도록 하정반(2)과 상정반(3)의 어느 쪽 또는 양쪽을 서로 접근시키는 방향으로 가압하는 가압 기구(도시 안됨)를 구비하고 있다.
하정반(2)과 상정반(3)은 공히, 회전축선(O1)을 중심으로 회전하도록 되어 있다. 또한, 가압 기구로서는, 예를 들면 하정반(2)과 상정반(3) 각각에 결합된 에어백(air-bag) 방식의 것이 바람직하다.
고정 연마 입자 가공 장치(1)는 또한, 캐리어 플레이트(4)를 수평면 내에서 자전하지 않는 소원운동(small circular movement)시키는 캐리어 회전 장치(40)를 구비하고 있다.
캐리어 회전 장치(40)는, 기체부(basement; 41)와, 캐리어 홀더(42)와, 편심 아암(43)과, 스프로킷(sprocket; 44)과, 타이밍 체인(45)과, 소경 기어(small gear; 제1 기어)(46)와, 모터(캐리어 모터)(47)및, 대경 기어(large gear; 제2 기어)(48)를 구비하고 있다.
기체부(41)는, 캐리어 회전 장치(40)의 골격이 되는 환 형상의 부재로서, 지름 바깥 방향으로 돌출된 베어링부(기체부 베어링부)(41a)가 둘레 방향으로 90°의 간격으로 4개 설치되어 있다.
캐리어 홀더(42)는, 캐리어 플레이트(4)를 보유지지(holding)하는 환 형상의 부재로서, 그 중심축선(O2)이 하정반(2)과 상정반(3)의 회전축선(O1)에 대하여 거리(L)만큼 편심된 상태로, 하정반(2)과 상정반(3)과의 사이에 설치되어 있다. 그리고, 캐리어 홀더(42)는, 중심축선(O2)이 회전축선(O1)을 중심으로 한 반경(L)의 원주상을 움직이는 원운동을 하도록 되어 있다. 또한, 캐리어 플레이트(4)는 캐리어 홀더(42)와 일체로 원운동을 행하나, 캐리어 플레이트(4)의 중심축선을 중심으로 한 회전은 수반하지 않는다. 캐리어 홀더(42)의 외주부에는, 지름 바깥 방향으로 돌출된 베어링부(홀더 베어링부)(42a)가 둘레 방향으로 90°의 간격으로 4개 설치되어 있다.
편심 아암(43)은, 캐리어 홀더(42)의 홀더 베어링부(42a)에 대하여 4개 설치되어 있고, 각각, 원판 형상의 베이스(43a)와, 베이스(43a)의 상면의 편심 위치에 설치되어 상방으로 돌출된 편심축(43b)및, 베이스(43a)의 저면의 중심 위치에 설치되어 하방으로 돌출된 회전축(43c)을 갖고 있다.
편심축(43b)은, 회전축(43c)에 대하여 거리(L)만큼 편심되어 있다. 그리고, 캐리어 홀더(42)의 홀더 베어링부(42a)에 삽입되어 고정되어 있다. 회전축(43c)은, 기체부(41)의 기체 베어링부(41a)에 회전이 자유롭게 부착되어 있다. 또한, 회전축(43c)의 일단(one end)은 기체 베어링부(41a)의 하방으로 각각 돌출되고, 그 돌출부에 스프로킷(44)이 고정되어 있다. 각 스프로킷(44)에는, 타이밍 체인(45)이 수평 상태로 감겨져 있다.
스프로킷(44)과 타이밍 체인(45)은, 4개의 편심 아암(43)이 동기하여, 편심축(43b)이 회전축(43c)을 중심으로 한 반경(L)의 원주상을 움직이는 원운동을 하도록, 편심 아암(43)의 회전축(43c)을 동시에 회전시키는 동기 수단(synchronizing means)으로서 구성된 것이다.
이와는 달리, 스프로킷(44)과 타이밍 체인(45)을 구비한 동기 수단을 다른 동기 수단(예를 들면, 기어 구조의 동력 전달계의 동기 수단)으로 변경하여, 4개의 편심 아암(43)의 동기를 행해도 좋다.
소경 기어(46)는, 소정의 1개의 편심 아암(43)의 회전축(43c)의 일단부에 고정되어 있다. 환언하면, 4개의 편심 아암(43) 중 1개만이 길이가 긴 회전축(43c)을 갖고 있으며, 그 길게 형성된 회전축(43c)의 일단부에 소경 기어(46)가 고정되어 있다.
캐리어 모터(47)는, 캐리어 플레이트(4)를 캐리어 홀더(42)와 일체로 원운동시키는 구동 수단으로서, 상방으로 돌출된 출력축(47a)을 갖고 있다.
대경 기어(48)는, 캐리어 모터(47)의 출력축(47a)에 고정된 기어로서, 소경 기어(46)보다도 대경으로 형성되어 소경 기어(46)와 서로 맞물려 있다.
여기서, 기체부(41)는 기체부 베어링부(41a)와, 캐리어 홀더(42)의 홀더 베어링부(42a)와, 편심 아암(43) 및, 스프로킷(44)을 각각 4개 구비하고 있지만, 그 개수는 이에 한정되지 않고, 캐리어 홀더(42)를 안정되게 지지할 수 있는 개수(예를 들면 3개)이면 좋다.
이와 같이 구성된 고정 연마 입자 가공 장치(1)는, 고정 연마 입자 가공 공정(S30)에 있어서, 도 5에 나타낸 바와 같은 순서로 다수매(여기에서는 3매)의 웨이퍼(W)의 양면을 동시에 평탄화 가공하도록 되어 있다.
구체적으로, 우선, 세트 공정(S31)에 있어서, 상정반(3)이 하정반(2)으로부터 이격된 상태에서, 도시하지 않은 로봇 장치에 의해 웨이퍼(W)를 캐리어 플레이트(4)의 홀(4a)에 세트한다.
계속해서, 접근 공정(S32)에 있어서, 실린더(7)에 의해 상정반(3)을 하정반(2)에 접근시킨다.
이어서, 압착 공정(S33)에 있어서, 가압 기구에 의해, 웨이퍼(W)의 상면과 저면 각각에, 하정반(2)과 상정반(3)의 고정 연마 입자층(21, 31) 나아가서는 고정 연마 입자(21b, 31b)를 가압한다.
압착 공정(S33)에 있어서, 하정반(2)과 상정반(3)에 의해 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 작용되는 압력(이하, 단순히 "압력"이라 칭함)은 250?400g/㎠이다. 압력이 250g/㎠ 미만이면, 가공 레이트가 저하하는 문제점이 발생한다. 또한, 400g/㎠를 초과하면, 고하중에 의해 웨이퍼가 균열되는 문제점이 발생한다. 바람직한 압력은 300?350g/㎠이다. 이 범위의 압력에서는, 가공 레이트가 저하되지 않고 안정적으로 가공할 수 있다는 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
이어서, 평탄화 가공 공정(S34)에 있어서의, 제1 모터(5)와 제2 모터(6)에 의해 하정반(2)과 상정반(3)을 각각 회전시킴과 동시에, 캐리어 모터(47)에 의해 캐리어 플레이트(4)를 원운동시키고, 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 대하여 고정 연마 입자층(21, 31)을 접촉시켜, 고정 연마 입자층(21, 31)에 의해 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 동시에 평탄화 가공한다.
여기서, 평탄화 가공 공정(S34)에 있어서의 캐리어 회전 장치(40)의 동작에 대해서 상세히 설명한다.
캐리어 모터(47)의 출력축(47a)을 회전시키면, 그 회전력이 대경 기어(48)와, 소경 기어(46)와, 스프로킷(44) 및, 타이밍 체인(45)을 통하여 모든 편심 아암(43)의 회전축(43c)에 전달되어, 편심 아암(43)이 각 회전축(43c)을 중심으로 하여 동기 회전한다. 캐리어 홀더(42)가 회전축(43c)에 대하여 편심된 편심축(43b)에 연결되어 있기 때문에, 캐리어 홀더(42), 나아가서는 캐리어 홀더(42)에 보유지지된 캐리어 플레이트(4)가, 편심축(43b)의 원운동에 의해, 중심축선(O2)이 회전축선(O1)을 중심으로 한 반경(L)의 원주상을 움직이는 원운동을 자전하는 일 없이 행하도록 되어 있다.
캐리어 플레이트(4)의 자전을 수반하지 않는 원운동 속도는 1?15rpm이다. 1rpm 미만의 속도에서는, 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 균일하게 연삭할 수 없다는 문제점이 발생한다. 또한, 15rpm을 초과하면, 캐리어 플레이트(4)의 홀(4a)에 보유지지된 웨이퍼(W)의 단면(edge face)에 흠집이 발생한다는 문제점이 발생한다.
＜작용 및 효과＞
본 발명의 일 실시 형태에 따른 전술한 바의 반도체 웨이퍼 제조 방법, 고정 연마 입자 가공 장치 및 가공 방법은, 이하와 같은 효과를 갖는다.
고정 연마 입자 가공 공정(S30)에 있어서, 고정 연마 입자 가공 장치(1)를 사용하여, 탄성부재(21a, 31a)에 분산 고정시킨 4㎛ 미만의 입도가 작은 고정 연마 입자(21b, 31b)로 웨이퍼(W)를 가공하기 때문에, 슬라이스 공정(S10) 후의 웨이퍼(W)에 대하여, 양호한 평탄도를 갖는 표면을 얻을 수 있다. 이때, 웨이퍼(W)는 캐리어 플레이트(4)의 홀(4a)에 자유롭게 올려놓여진 상태이기 때문에(즉, 도 18에 나타낸 바의 종래의 연삭 장치(200)와 같이 진공 흡착된 상태는 아니기 때문에), 양호한 평탄도에 더하여 양호한 나노토포그래피(nanotopography; 웨이퍼(W)의 비흡착 상태 시에 표면에 나타나는 굴곡)를 얻을 수 있다.
또한, 탄성부재(21a, 31a)는 탄성을 갖고 있기 때문에, 고정 연마 입자(21b, 31b)를 웨이퍼(W)에 밀어붙일 때에 웨이퍼(W)가 고정 연마 입자(21b, 31b)로부터 받는 힘을 탄성부재(21a, 31a)가 적절히 흡수하여, 웨이퍼(W)의 1점에 힘이 과도하게 집중되어 웨이퍼(W)에 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 4㎛ 미만이라는 입도가 미세한 연마 입자를 사용하는 것은, 고정 연마 입자 가공 장치(1)가 연마 입자를 고정하여 가공하는 방식을 채용했기 때문에 가능해진 것이다. 달리 말하면, 도 17에 나타낸 바와 같은 종래의 랩핑 장치(100)에서는, 연마 입자가 유리 연마 입자이기 때문에 입도를 미세화하는 것이 어려웠다. 또한, 종래의 연삭 장치(200)에서는, 연마 입자가 고정 연마 입자이기 때문에 입도를 미세화하는 것은 가능하지만, 매엽식이기 때문에 생산성이 낮았다.
이러한 종래 기술에 대비하여, 본 발명에서는, 하정반(2)과 상정반(3)의 표면에, 고정 연마 입자(21b, 31b)를 분산 고정시킨 탄성부재(21a, 31a)로 구성되는 하측 고정 연마 입자층(21)과, 상측 고정 연마 입자층(31)을 형성하여 연마 입자(21b, 31b)의 위치가 고정되도록 고정 연마 입자 가공 장치(1)를 구성했기 때문에, 4㎛ 미만이라는 입도가 미세한 연마 입자(21b, 31b)의 사용이 가능해지고, 그리고 2이상의 다수매의 웨이퍼(W)의 양면을 동시에 가공하는 것이 가능해져, 양호한 생산성을 확보할 수 있다. 그리고, 2이상의 다수매의 웨이퍼를 동시에 처리하기 때문에, 필요한 설비 대수와, 설비의 점유 면적의 증대를 억제할 수 있다.
또한, 이 고정 연마 입자 가공 공정(S30)만으로, 도 19 또는 도 20에 나타낸 종래의 2 공정(랩핑 공정(S130)과 마무리 연삭 공정(S135), 또는, 연삭 공정(S220)과 마무리 연삭 공정(S225))에 의해 얻어진 것과 동일한 평탄도를 얻을 수 있기 때문에, 종래의 방법에 대비하여 공정수를 단축할 수 있다.
그리고, 공정수가 단축되기 때문에, 필요한 설비의 증가를 억제하여, 대 직경의 웨이퍼를 제조하는 경우라도, 설비의 점유 면적의 증대를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 고정 연마 입자 가공 장치(1)에 의하면, 하정반(2)과 상정반(3)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 작용되는 압력을, 종래보다도 높은 250?400g/㎠로 했기 때문에, 종래기술에 대비하여 높은 가공 레이트를 유지함과 동시에, 웨이퍼 표면에 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있다.
［기타］
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시 형태의 반도체 웨이퍼 제조 방법은, 도 4에 나타낸 순서로 공정(S10?S60)이 실시되지만, 도 4의 제조 방법으로 한정되지 않고, 예를 들면 각 공정의 순서를 바꾸는 것이 가능하다. 적어도, 고정 연마 입자 가공 공정(S30)이 슬라이스 공정(S10) 후, 그리고 경면 연마 공정(S60) 전에 실시되도록 되어 있으면 충분하다. 또한, 고정 연마 입자 가공 공정(S30)은, 슬라이스 공정(S10)과 경면 연마 공정(S60)과의 사이에 있어서 다수회 실시되어도 좋다.
실시예
다음으로, 본 발명의 고정 연마 입자 가공 장치를 이용한 반도체 웨이퍼의 고정 연마 입자 가공 방법의 실시예를 설명한다.
소정량의 붕소(boron)가 도프(dope)된 실리콘 융액으로부터 초크랄스키법에 의해 인상된, 직경 306mm, 직동부 길이 2500mm, 비저항 0.01Ω?cm, 초기 산소 농도 1.0×1018atoms/㎤의 단결정 실리콘 잉곳을 복수의 결정 블록으로 절단한 후에, 각 결정 블록의 외주 연삭을 행하였다. 구체적으로는, ＃200의 연마 입자(SiC)를 포함하는 레지노이드 연삭 숫돌을 갖는 외주 연삭 장치에 의해, 결정 블록의 외주부를 6mm만 외주 연삭했다. 이에 따라, 각 결정 블록이 원주 형상으로 성형된다. 다음으로, 원주 형상으로 성형된 결정 블록을 와이어 소에 의해 슬라이스함으로써, 두께 830㎛의 다수매의 실리콘 웨이퍼(반도체 웨이퍼)(W)를 얻었다. 그 후, 회전 중의 모따기용 숫돌을 실리콘 웨이퍼(W)의 외주부에 밀어붙여 실리콘 웨이퍼(W)의 외주부를 모따기했다.
다음으로, 도 1에 나타낸 고정 연마 입자 가공 장치(1)를 사용하여, 실리콘 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 동시에 연삭했다. 고정 연마 입자 가공 장치(1)로서는, 무 선 기어 방식의 랩핑 장치를 채용했다. 이하에서 상세히 설명한다.
우선, 상정반(3)이 하정반(2)으로 부터 떨어진 상태에서, 도시하지 않은 로봇 장치에 의해 3매의 웨이퍼(W)를, 두께 700㎛의 유리 에폭시제 캐리어 플레이트(4)에 형성된 3개의 홀(4a)에 세트했다. 다음으로, 실린더(7)에 의해 상정반(3)을 하정반(2)으로 접근시켰다. 계속해서, 가압 기구(도시 안함)에 의해, 웨이퍼(W)의 상면과 저면 각각에, 하정반(2)(하측 고정 연마 입자층(21)) 및 상정반(3)(상측 고정 연마 입자층(31))을 밀어붙였다. 하정반(2)과 상정반(3)에 의해 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 작용되는 압력은, 150, 200, 및 250g/㎠로 하였다. 이 상태에서, 하정반(2)과 상정반(3)을, 모두 15rpm으로, 서로 상이한 방향으로 회전시켰다. 또한, 캐리어 플레이트(4)의 자전을 수반하지 않는 원운동 속도를 7.5rpm으로 했다.
하측 고정 연마 입자층(21)과 상측 고정 연마 입자층(31)은, 경화 폴리머계의 탄성부재(21a, 31a)에 입경 2㎛의 다이아몬드 연마 입자(21b, 31b)를 분산 고정시켜 형성되어 있고, 두께는 800㎛이다. 또한, 각 탄성부재내의 연마 입자의 집중도는 100 및 200이다. 또, 각 웨이퍼(W)의 상면과 저면의 전체 연삭량은 40?80㎛로 하였다.
또한, 비교예로서, 도 17에 나타낸 선 기어 방식의 랩핑 장치(100)를 사용하여, 유리 연마 입자를 포함하는 랩핑액을 공급하여 실리콘 웨이퍼(W)의 상면과 저면을 동시에 랩핑했다. 하정반(101)과 상정반(102)의 회전 조건, 캐리어 플레이트(105)의 자전을 수반하지 않는 원운동 속도는 상기 실시예와 동일하여, 하정반(101)과 상정반(102)에 의해 웨이퍼(W)의 상면과 저면에 작용되는 압력을 150g/㎠로 하였다.
여기에서, 도 8?도 14를 참조하여, 실시예의 무 선 기어 방식의 랩핑 장치와 비교예의 선 기어 방식의 랩핑 장치를 사용하여, 직경 300mm의 3매의 실리콘 웨이퍼를 동시에 가공했을 때의 가공(연삭) 레이트와 웨이퍼 표면의 흠집의 발생 상황에 대해서 설명한다. 흠집의 검출에는 KLA Tencor사 제조의 SP1(상표명)을 사용하여, 길이가 0.1㎛ 이상의 표면 결함을 흠집으로 판단했다.
유리 연마 입자를 포함하는 랩핑액을 사용하고, 압력을 150g/㎠로 하여, 도 17의 선 기어 방식의 랩핑 장치(100)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 랩핑했다(비교예 1). 또한, 도 1에 나타낸 고정 연마 입자 가공 장치(1)를 사용하고, 압력을 150g/㎠, 집중도를 200으로 하여 웨이퍼(W)를 가공했다(실시예 1).
그 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에 비해, 실시예 1의 경우는, 웨이퍼(W)의 가공 레이트가 거의 반감했다. 또한 도 9는 비교예 1의 웨이퍼 표면상의 흠집 분포를 나타낸다.
다음으로, 실시예 1의 가공 레이트를 비교예 1에서의 가공 레이트와 동일한 정도로 하기 위해, 실시예 1에 대하여 가공시의 압력을 200g/㎠까지 높였다(실시예 2). 그 결과, 도 10에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에 의한 연삭 초기는 비교예 1의 경우와 거의 동일한 가공 레이트가 되었지만, 연속적으로 가공을 행해, 배치(batch)수가 증가할수록, 가공 레이트가 점차로 저하했다. 이는, 가공을 반복하는 동안에 가공에 의해 연삭 불능이 된 연마 입자(21b, 31b)가 탄성부재(21a, 31a)의 표면에서 증가하기 때문이라고 생각할 수 있다. 또한, 비교예 1의 선 기어 방식에서의 가공에서는, 압력을 150g/㎠에서 200g/㎠로 높임(비교예 2)으로써, 도 11에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 표면에 수천 개의 흠집이 발생했다.
다음으로, 실시예 2에 대하여 가공시의 압력을 250g/㎠까지 높였다(실시예 3). 이에 따라, 도 12에 나타낸 바와 같이, 가공 레이트에 대해서는, 실시예 3쪽이 비교예 1에 비해 높아졌다.
한편, 도 13에 나타낸 바와 같이, 실시예(3)에 의한 웨이퍼 표면은, 집중도가 200으로 높기 때문에, 웨이퍼 표면에 수 100개의 흠집이 발생했다. 이는, 가공에 의해 연삭 불능이 된 연마 입자(21b, 31b)가 탄성부재(21a, 31a)의 표면 전역에 다량으로 존재해, 웨이퍼(W)의 연삭을 계속해도, 이러한 연마 입자에 압력이 잘게 분산되어, 연삭 불능이 된 연마 입자가 탄성부재(21a, 31a)의 표면으로부터 탈락되지 않고 웨이퍼 표면을 손상시키기 때문이라고 생각할 수 있다.
그래서, 실시예 3에 있어서 압력은 250g/㎠인 채로 하고, 그리고 집중도를 100까지 저하시켰다(실시예 4). 실시예 4의 결과로서, 가공시에 연삭 불능이 된 연마 입자(21b, 31b)에 연삭시의 하중이 집중해, 탄성부재(21a, 31a)의 표면으로부터의 연마 입자(21b, 31b)의 탈락이 촉진되어, 다음 단의 고정 연마 입자(21b, 31b)가 노출되기 쉬워졌다. 이에 따라, 웨이퍼의 상면과 저면에 있어서 높은 연삭성을 웨이퍼의 연삭 중 상시 유지할 수 있어, 도 14에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 표면의 흠집을 5개 정도까지 저하시킬 수 있었다.
1 : 고정 연마 입자 가공 장치
2 : 하정반(lower surface-plate)
21 : 고정 연마 입자층(하측 고정 연마 입자층)
21a : 탄성부재
21b : 고정 연마 입자(연마 입자)
21c : 중간층
3 : 상정반(upper surface-plate)
31 : 고정 연마 입자층(상측 고정 연마 입자층)
31a : 탄성부재
31b : 고정 연마 입자(연마 입자)
31c : 중간층
4 : 캐리어 플레이트(carrier plate)
4a : 홀(hole)
40 : 캐리어 회전 장치
41 : 기체부(basement)
42 : 캐리어 홀더
43 : 편심 아암
43a : 베이스(base)
43b : 편심축
43c : 회전축
44 : 스프로킷(sprocket)
45 : 타이밍 체인
46 : 소경 기어(small gear)
47 : 모터(캐리어 모터)
48 : 대경 기어(large gear)
5 : 모터(하정반용 모터)
6 : 모터(상정반용 모터)
7 : 실린더(승강 장치)
100 : 랩핑 장치
200 : 연삭 장치
O1: 하정반과 상정반의 회전축선
O2 : 캐리어 플레이트와 캐리어 홀더의 중심축선
2 : 하정반(lower surface-plate)
21 : 고정 연마 입자층(하측 고정 연마 입자층)
21a : 탄성부재
21b : 고정 연마 입자(연마 입자)
21c : 중간층
3 : 상정반(upper surface-plate)
31 : 고정 연마 입자층(상측 고정 연마 입자층)
31a : 탄성부재
31b : 고정 연마 입자(연마 입자)
31c : 중간층
4 : 캐리어 플레이트(carrier plate)
4a : 홀(hole)
40 : 캐리어 회전 장치
41 : 기체부(basement)
42 : 캐리어 홀더
43 : 편심 아암
43a : 베이스(base)
43b : 편심축
43c : 회전축
44 : 스프로킷(sprocket)
45 : 타이밍 체인
46 : 소경 기어(small gear)
47 : 모터(캐리어 모터)
48 : 대경 기어(large gear)
5 : 모터(하정반용 모터)
6 : 모터(상정반용 모터)
7 : 실린더(승강 장치)
100 : 랩핑 장치
200 : 연삭 장치
O1: 하정반과 상정반의 회전축선
O2 : 캐리어 플레이트와 캐리어 홀더의 중심축선
Claims (7)
- 다수매의 반도체 웨이퍼의 제조에 사용되는 고정 연마 입자 가공 장치로서,
수평으로 배치된 원판 형상의 하정반과,
상기 하정반의 상면에 인접하고 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면을 연삭하는 하측 고정 연마 입자층과,
상기 하정반을, 회전축선을 중심으로 하여 회전시키는 제1 모터와,
상기 하정반의 위에 수평으로 배치된 원판 형상의 상정반과,
상기 상정반의 저면에 인접하고 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 저면을 연삭하는 상측 고정 연마 입자층과,
상기 상정반을, 회전축선을 중심으로 하여 회전시키는 제2 모터와,
상기 하정반과 상기 상정반과의 사이에 수평으로 배치되어, 홀마다 상기 다수매의 반도체 웨이퍼중의 하나를 수용하는 다수의 홀이 형성된 캐리어 플레이트및,
상기 캐리어 플레이트를 원운동(circular movement)시키는 캐리어 회전 장치를 구비하며,
상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층이, 탄성부재내에 입경이 4㎛ 미만의 연마 입자를 분산시켜 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 고정 연마 입자 가공 장치. - 제1항에 있어서,
상기 하정반과 상기 상정반에 의해 상기 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에 각각 작용되는 압력을 250?400g/㎠로 한 것을 특징으로 하는 고정 연마 입자 가공 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 탄성부재내의 상기 연마 입자의 집중도를, 100?150으로 한 것을 특징으로 하는 고정 연마 입자 가공 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 하정반의 상면과의 사이에 배치되는 제1 중간층과, 상기 상측 고정 연마 입자층과 상기 상정반의 저면과의 사이에 배치되는 제2 중간층을 추가로 구비하며,
상기 하측 고정 연마 입자층과, 상기 상측 고정 연마 입자층의 두께를, 각각 100?2000㎛로 한 것을 특징으로 하는 고정 연마 입자 가공 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 고정 연마 입자 가공 장치를 사용하는 고정 연마 입자 가공 방법으로서,
상기 상정반이 상기 하정반에 대하여 떨어진 상태에서, 상기 캐리어 플레이트의 홀 내에 다수매의 반도체 웨이퍼를 세트하는 세트 공정과,
상기 상정반을 상기 하정반에 접근시키는 접근 공정과,
상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에, 각각, 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층을 밀어붙이는 압착 공정과,
상기 하정반과 상기 상정반을 회전시킴과 동시에 상기 캐리어 플레이트를 원운동시켜, 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면에 대하여 상기 하측 고정 연마 입자층과 상기 상측 고정 연마 입자층을 접촉시킴으로써, 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면을 동시에 평탄화(planarizing) 가공하는 평탄화 가공 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 고정 연마 입자 가공 방법. - 제5항에 기재된 고정 연마 입자 가공 방법을 고정 연마 입자 가공 공정으로서 구비하는 반도체 웨이퍼 제조 방법으로서,
상기 고정 연마 입자 가공 공정 전에 실시되어, 단결정 잉곳을 다수매의 반도체 웨이퍼로 슬라이싱하는 슬라이스 공정과,
상기 고정 연마 입자 가공 공정 후에 실시되어, 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 상면과 저면, 또는 적어도 상면을 경면이 될 때까지 연마 가공하는 경면 연마 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 고정 연마 입자 가공 공정 후와, 상기 경면 연마 공정 전에 실시되어, 상기 고정 연마 입자 가공 공정에서 연삭된 상기 다수매의 반도체 웨이퍼의 에지를 모따기하는 모따기 공정과,
상기 모따기 공정 후와 상기 경면 연마 공정 전에 실시되어, 회전 상태의 상기 반도체 웨이퍼의 하나의 표면에 에칭액을 분사하여 상기 다수매의 반도체 웨이퍼를 1매씩 에칭하는 매엽(single-wafer) 에칭 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 방법.
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