KR20130077481A - 화학기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼가 장착된 헤드를 패드가 부착된 회전하는 폴리싱 테이블에 혼합 슬러리 공급하에 회전시켜 상기 웨이퍼를 평탄화하는 화학기계적 연마 장치는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 슬러리를 포함하는 혼합 슬러리를 포함한다.
Description
본 발명은 화학기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘카바이드(SiC) 단결정 웨이퍼를 연마하는 화학기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법에 관한 것이다.
대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 실리콘(Si)이 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN 및 ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다.
여기서, GaN, AlN 및 ZnO 에 비해 SiC는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있어, GaN, AlN 및 ZnO 등의 기판에 비해 각광을 받고 있다.
SiC 기판을 사용하는 상업적인 디바이스는 SiC 웨이퍼의 완벽한 평탄화를 요구하기 때문에, 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정은 SiC 웨이퍼를 취급하는 과정에서 핵심적인 역할을 할 것으로 간주된다.
본 발명의 일 실시예는, 실리콘카바이드(SiC) 웨이퍼에 대한 화학기계적 연마를 용이하게 수행하는 화학기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 웨이퍼가 장착된 헤드를 패드가 부착된 회전하는 폴리싱 테이블에 혼합 슬러리 공급하에 회전시켜 상기 웨이퍼를 평탄화하는 화학기계적 연마 장치에 있어서, 상기 혼합 슬러리는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 슬러리를 포함하는 화학기계적 연마 장치를 제공한다.
상기 다이아몬드 입자는 100nm 이하의 크기를 가질 수 있다.
상기 혼합 슬러리는 콜로이달 실리카를 포함하는 수산화칼륨(KOH-based colloidal silica) 및 과산화수소(H2O2)를 더 포함할 수 있다.
상기 다이아몬드 슬러리는 상기 혼합 슬러리에서 1 내지 5 부피비(vol%)일 수 있다.
상기 과산화수소는 상기 혼합 슬러리에서 15 내지 20 부피비(vol%)일 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 상기 화학기계적 연마 장치를 이용한 화학기계적 연마 방법을 제공한다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 실리콘카바이드(SiC) 웨이퍼에 대한 화학기계적 연마를 용이하게 수행하는 화학기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법을 설명하기 위한 표 또는 사진이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법을 설명하기 위한 표 또는 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치는 연마 대상물인 실리콘카바이드(SiC) 단결정 웨이퍼(W)를 하면에 장착하는 회전 가능한 헤드(100), 웨이퍼(W)를 연마하는 패드(210)가 상면에 부착된 회전 가능한 폴리싱 테이블(200), 패드(210) 상면에 혼합 슬러리(300)를 공급하는 슬러리 공급 노즐(400), 및 패드(210)의 표면 상태를 최적화하기 위해 회전하여 패드(210)를 컨디셔닝(conditioning)하는 컨디셔너 디스크(500)를 포함한다.
혼합 슬러리(300)는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 슬러리, 콜로이달 실리카를 포함하는 수산화칼륨(KOH-based colloidal silica) 슬러리 및 과산화수소(H2O2)수를 포함한다.
다이아몬드 슬러리에 포함된 다이아몬드 입자는 웨이퍼(W)가 낮은 표면 거칠기를 가져 표면품질이 향상되도록 100nm 이하의 크기를 가질 수 있다. 또한, 다이아몬드 슬러리는 혼합 슬러리에서 1 내지 5 부피비(vol%)일 수 있다.
과산화수소수는 웨이퍼(W)의 표면을 빠르게 산화시킬 수 있는 산화제로서 이용되며, 과산화수소수는 혼합 슬러리에서 15 내지 20 부피비(vol%)일 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법을 설명한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법을 설명하기 위한 표 또는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 시 조건을 나타낸 표이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실험예(Test1-1), 제2 실험예(Test1-2) 및 제3 실험예(Test1-3) 각각은 다이아몬드 슬러리(diamond slurry)의 부피를 제외한 조건들을 동일하게 하였다.
상세하게, 본 발명의 제1 실험예(Test1-1)에서, 혼합 슬러리는 콜로이달 실리카(크기: 120nm)를 포함하는 수산화칼륨(KOH-based colloidal silica) 슬러리 3L, 과산화수소(H2O2)수 610ml, 다이아몬드 슬러리(diamond slurry) 30ml를 포함하며, 2인치 실리콘 카바이드 웨이퍼(2" SiC wafer)를 사용하였으며, 로델 니터 회사(Rhodel Nitter Inc.)의 슈바 800(SUBA 800)패드를 사용하였으며, 혼합 슬러리 공급 속도는 150ml/min으로 설정하였으며, 폴리싱 테이블/헤드의 각각의 회전 속도는 100/80 rpm 각각으로 설정하였으며, 헤드 압력은 800g/cm3으로 설정하였으며, 폴리싱 시간은 1시간(1hour)로 설정하였다. 제2 실험예(Test1-2) 및 제3 실험예(Test1-3) 각각은 제1 실험예(Test1-1)와 대비하여 혼합 슬러리가 다이아몬드 슬러리(diamond slurry)를 60ml 및 120ml 각각을 포함한다.
도 3은 원자현미경(atomic force microscope, AFM) 장비를 이용하여 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 전후에 따라 부분적으로 미세하게 웨이퍼의 표면 품질을 나타낸 사진이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제1 실험예(Test1-1), 제2 실험예(Test1-2) 및 제3 실험예(Test1-3) 각각에 따른 화학기계적 연마 전(Before CMP) 및 후(After CMP)를 비교하면 제1 실험예(Test1-1), 제2 실험예(Test1-2) 및 제3 실험예(Test1-3) 각각에 따른 화학기계적 연마 후(After CMP)에 웨이퍼의 표면 품질이 향상됨을 확인하였다.
도 4는 대조예로서 종래의 기계적 연마(After MP)와 종래의 화학기계적 연마(After CMP)를 한 웨이퍼의 표면과 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 후의 웨이퍼의 표면을 광학현미경으로 분석하여 나타낸 사진이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제1 실험예(Test1-1), 제2 실험예(Test1-2) 및 제3 실험예(Test1-3) 각각에 따른 화학기계적 연마 방법 후의 웨이퍼 표면이 종래의 기계적 연마(After MP)와 종래의 화학기계적 연마(After CMP)를 한 웨이퍼의 표면 대비 품질이 향상되었음을 확인하였다.
도 5는 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 전후 각각의 웨이퍼의 가공량을 무게로 측정하여 계산해 가공된 두께를 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 전후 각각의 웨이퍼의 표면품질을 측정을 하여 수치적인 변화량을 나타낸 표이다. 도 6의 (a)는 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 전을 나타내며, (b)는 본 발명의 실험예들에 따른 화학기계적 연마 방법 후를 나타낸다.
도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제1 실험예(Test1-1), 제2 실험예(Test1-2) 및 제3 실험예(Test1-3) 각각에 따른 화학기계적 연마 방법 후에 웨이퍼 표면품질이 향상되었음을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법은 실리콘카바이드(SiC) 웨이퍼에 대한 화학기계적 연마를 용이하게 수행하여 웨이퍼의 표면품질을 향상시킨다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
웨이퍼(W), 헤드(100), 패드(210), 폴리싱 테이블(200), 혼합 슬러리(300), 웨이퍼(W)
Claims (6)
- 웨이퍼가 장착된 헤드를 패드가 부착된 회전하는 폴리싱 테이블에 혼합 슬러리 공급하에 회전시켜 상기 웨이퍼를 평탄화하는 화학기계적 연마 장치에 있어서,
상기 혼합 슬러리는 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 슬러리를 포함하는 화학기계적 연마 장치. - 제1항에서,
상기 다이아몬드 입자는 100nm 이하의 크기를 가지는 화학기계적 연마 장치. - 제2항에서,
상기 혼합 슬러리는 콜로이달 실리카를 포함하는 수산화칼륨(KOH-based colloidal silica) 및 과산화수소(H2O2)를 더 포함하는 화학기계적 연마 장치. - 제3항에서,
상기 다이아몬드 슬러리는 상기 혼합 슬러리에서 1 내지 5 부피비(vol%)인 화학기계적 연마 장치. - 제4항에서,
상기 과산화수소는 상기 혼합 슬러리에서 15 내지 20 부피비(vol%)인 화학기계적 연마 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 화학기계적 연마 장치를 이용한 화학기계적 연마 방법.
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