KR20150033640A - 반도체 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 경면 연마 공정 전에, 정전 용량식 형상 측정 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면 변위의 Warp 데이터를 측정하고, 반도체 웨이퍼의 외주부의 소정의 폭을 추출 범위로 설정하고, 이 추출 범위에 있어서, 소정의 피팅 범위에 있어서의 피팅 함수로 Warp 데이터의 피팅을 행함으로써, 반도체 웨이퍼의 외주부에서의 가공 변형에 의한 Warp 데이터의 변화의 영향을 제외하여, 추출 범위에서의 상기 피팅한 Warp 데이터의 Range(최대값-최소값)를 구하고, 이 구한 Range에 의해, 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를 평가하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법이다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼 제조의 중간 공정에 있어서, 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피를 양호한 정밀도로 평가할 수 있는 반도체 웨이퍼의 평가 방법이 제공된다.

Description

반도체 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법{EVALUATION METHOD AND PRODUCTION METHOD FOR SEMICONDUCTOR WAFERS}

본 발명은, 반도체 웨이퍼의 평가 방법 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 실리콘 단결정 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼의 제조 방법은, 쵸크랄스키법(CZ법)에 의해 얻어진 단결정 잉곳을 슬라이스하여 얇은 원판 형상의 웨이퍼로 가공하는 슬라이스 공정과, 웨이퍼의 균열, 결함을 방지하기 위하여 외주부를 모따기하는 모따기 공정과, 웨이퍼를 평탄화하는 래핑(lapping) 공정과, 이들 공정에서 웨이퍼 표층에 잔류한 가공 변형을 제거하는 에칭 공정과, 웨이퍼 표면을 경면화(鏡面化)하는 경면 연마 공정과, 연마 가공에서 부착된 연마제나 이물 등의 오염물을 제거하는 세정 공정을 가지고 있다. 필요에 따라, 상기 공정 외에 열처리나 연삭 등의 공정을 더하거나, 공정 순서를 바꾸거나, 동일한 공정을 복수회 행하는 경우도 있다.

최근, 반도체 디바이스의 고집적화에 수반하여, 미세한 디바이스 기술로서 STI(Shallow Trench Isolation) 등의 프로세스가 채용되고 있다. 이에 따라, 회로 배선 패턴을 반도체 웨이퍼 표면에 형성하려면, 반도체 웨이퍼 상에, 보다 평탄하고 균일한 두께의 절연막을 형성할 필요가 있는데, 예를 들면, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등에 의해 절연막을 평탄하게 하는 방법이 반도체 디바이스 제조 공정에서 이용되고 있다.

종래에는, 반도체 웨이퍼 표면의 미세한 요철 형상(이하, 웨이브라고도 함)은, 디바이스 제조 공정에 특별한 영향을 미치지 않았다. 그러나, STI의 경우, CMP에 의해 볼록부가 선택적으로 연마되기 때문에, 상기 웨이브가 원인이 되어 절연막의 두께가 불균일해지는 문제가 발생하였다. 웨이브는, 나노토포그래피라는 파라미터를 이용하여 표현된다. 나노토포그래피란, 웨이퍼 표면의 평탄도를 나타내는 지표로서, 0.1 mm 내지 수십 mm의 공간 파장 영역에 있어서의 비흡착 상태의 웨이퍼 표면의 웨이브를 나타낸다.

나노토포그래피는, 일반적으로, ADE Corporation 제품인 Nanomapper, KLA-Tencor Corporation 제품인 NanoPro, Raytex Corporation 제품인 Dynasearch 등의 장치로 측정되고 있는데, 이 장치들은 광학식이며, 피측정물의 표면반사를 이용하여 측정하기 때문에, 대상이 되는 웨이퍼는 표면의 반사율이 어느 정도 높은 경면 상태일 필요가 있다.

따라서, 슬라이스 웨이퍼나 연삭 웨이퍼 등, 중간 공정만을 거친 반사율이 낮은 표면을 갖는 웨이퍼를 대상으로, 이 측정 장치들로 나노토포그래피를 측정한 값은, 정밀도가 낮아 신뢰할 수 없었다.

또한, 최근에는, 웨이퍼 제조 방법의 중간 공정에 있어서의 나노토포그래피를 열화시키는 요인으로, 와이어 쏘로 단결정 잉곳을 슬라이스할 때에 와이어의 주행 방향으로 발현하는 웨이브나, 래핑 공정, 양두(兩頭) 연삭 공정에서 발현하는 링 형상의 웨이브 등을 들 수 있다.

이러한 웨이브를 저감하는 방법으로서, 슬라이스 후에 양두 연삭 공정, 양면 래핑 공정, 양면 연마 공정을 행하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에서는, 웨이퍼 절단시에 표면에 형성된 변형층(歪層)과 매크로한 웨이브의 성분이, 양두 연삭 공정에서 제거되며, 또한 웨이퍼의 평탄도가 향상되고, 그 후에 양면 래핑함으로써, 양두 연삭 공정에서 발생한 미세한 표면의 웨이브를 제거할 수 있다고 개시하고 있다.

그러나, 슬라이스시에 발생하는 웨이브의 크기는, 사용하는 절단 장치의 성능, 와이어의 사양, 절단 조건, 및 절단시의 와이어 단선 등의 이상(異常)에 따라, 크게 변하는 경우가 있다. 마찬가지로, 래핑 공정에서 발현하는 웨이브의 크기는, 정반이나 캐리어에 따라 변하는 경우가 있다. 또한, 양두 연삭 공정에서 발현하는 웨이브의 크기는, 지석(砥石)과 웨이퍼의 상대 위치 관계나, 지석의 날카로움에 따라 변하는 경우가 있다.

이 요인들로 인해 웨이퍼 표면에 생긴 웨이브의 잔류는, 최종 공정인 경면 연마 공정에서 제거하는 것이 곤란하므로, 슬라이스 공정이나 래핑 공정과 같은 웨이퍼 제조 방법의 중간 공정 시점에서, 발현한 웨이브의 크기를 모니터링하여 관리할 필요가 있다. 그러나, 광학식 표면 반사를 이용하는 종래의 측정 방법에서는, 전술한 바와 같이 웨이브를 양호한 정밀도로 검출할 수 없다는 문제가 있었다.

이러한 표면의 반사율이 낮은 반도체 웨이퍼의 웨이브를 측정하는 종래 기술의 방법으로서, 정전 용량 방식의 형상 측정 장치를 이용하여 얻어지는 Warp 데이터를, 적어도 단파장측 주기 1 mm 이하, 및 장파장측 주기 50 mm 이상의 파장 대역을 컷오프하여 밴드 패스 필터링하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

일본특허공개 2002-124490호 공보 WO2006/018961

그러나, 슬라이스, 래핑, 연삭 후의 웨이퍼는, 가공 변형에 의해 Warp 데이터가 본래의 형상을 나타내지 않아, 전술한 웨이브를 높은 정밀도로 검출할 수 없다는 문제가 있다. 이에 따라, 에칭을 행하여 가공 변형을 제거하고, Warp 데이터가 본래의 형상을 나타낸 후에 상기 측정 방법으로 웨이브를 검출할 필요가 있지만, 이것으로는 래핑, 연삭 등의 공정의 관리가, 효율적으로 이루어지지는 않는다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 반도체 웨이퍼 제조의 중간 공정에 있어서, 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피를 양호한 정밀도로 평가할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 슬라이스 공정, 래핑 공정 및/또는 연삭 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피를 평가하는 방법으로서,

상기 경면 연마 공정 전에, 정전 용량식 형상 측정 장치를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면 변위의 Warp 데이터를 측정하고, 상기 반도체 웨이퍼의 외주부의 소정의 폭을 추출 범위로 설정하고, 이 추출 범위에 있어서, 소정의 피팅 범위에 있어서의 피팅 함수로 상기 Warp 데이터의 피팅을 행함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 외주부에서의 가공 변형에 의한 Warp 데이터의 변화의 영향을 제외하여, 상기 추출 범위에서의 상기 피팅한 Warp 데이터의 Range(최대값-최소값)를 구하고, 이 구한 Range에 의해, 상기 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를 평가하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법을 제공한다.

이와 같이 평가를 행함으로써, 경면 연마 공정 전에, 연삭 공정 등에 의한 가공 변형이 잔존하고, 표면이 경면이 아닌 반도체 웨이퍼의 표면 상태에 대하여, 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피와 상관성이 높고, 정밀도가 좋은 평가를 효율적으로 실시할 수 있다.

이때, 상기 추출 범위를, 상기 반도체 웨이퍼의 에지에서부터 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치까지의 범위 내에서 설정하고, 상기 피팅 범위를, 상기 반도체 웨이퍼의 에지에서부터 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치에서부터 에지를 향해 직경 방향으로 직경의 30분의 1의 폭의 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다.

이러한 추출 범위 및 피팅 범위로 설정함으로써, 경면 연마 후의 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피에 영향을 주는 외주부의 링 형상의 요철을, 경면 연마 전에, 확실하고, 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.

이때, 상기 피팅 함수를, 일차 함수로 하는 것이 바람직하다.

이러한 피팅 함수로 함으로써, 간이하고, 보다 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.

이때, 상기 구한 Range가 0.7μm 이하이면, 상기 반도체 웨이퍼를 양품(良品)으로 판정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 양품을 판정함으로써, 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피를 효율적으로, 보다 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.

또한, 본 발명은, 슬라이스 공정, 래핑 공정 및/또는 연삭 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정을 포함하는 반도체 웨이퍼의 제조 방법으로서,

상기 슬라이스 공정, 래핑 공정, 연삭 공정, 에칭 공정 중 적어도 하나의 공정을 행한 반도체 웨이퍼를, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 평가 방법에 의해 평가하고, 이 평가 결과에 기초하여, 상기 슬라이스 공정, 래핑 공정, 연삭 공정, 에칭 공정 중 적어도 하나의 공정을 관리하면서, 상기 반도체 웨이퍼를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조 방법을 제공한다.

이와 같이 반도체 웨이퍼를 제조함으로써, 제조 공정의 이상 등을 조기에 파악하여, 양호한 나노토포그래피를 갖는 반도체 웨이퍼를, 효율적이면서 확실하게 제조할 수 있으므로, 제조 로스의 저감이나 수율의 향상을 도모할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 경면 연마 공정 전에, 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피를 효율적으로, 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 이용할 수 있는 정전 용량 방식의 형상 측정 장치를 이용한 측정 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 이용할 수 있는 정전 용량 방식의 형상 측정 장치를 이용한 측정 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 Warp 데이터의 측정 조건을 나타내는 도면이다.
도 4는 래핑 후의 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터를 종래 기술로 해석한 단면 형상을 나타내는 그래프이다.
도 5는 에칭 후의 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터를 종래 기술로 해석한 단면 형상을 나타내는 그래프이다.
도 6은 래핑 후의 반도체 웨이퍼와 에칭 후의 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터를 종래 기술로 해석한 데이터에 대하여, 경면 웨이퍼의 나노토포그래피와의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 7은 래핑 공정 후의 웨이퍼의 Warp 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 8은 에칭 공정 후의 웨이퍼의 Warp 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 9는 래핑 공정 후의 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 10은 래핑 후, 에칭, 및 경면 연마한 웨이퍼와, 연삭 후, 에칭, 및 경면 연마한 웨이퍼의 외주부의 링 형상의 요철 변위의 위치를 나타내는 도면이다.
도 11은 나노토포그래피와 단면 형상의 측정 조건을 나타내는 도면이다.
도 12는 반도체 웨이퍼의 나노토포그래피의 단면 형상을 나타내는 그래프이다.
도 13은 Warp 데이터의 추출 조건을 나타내는 도면이다.
도 14는 추출한 Warp 데이터의 그래프이다.
도 15는 피팅 함수를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 피팅을 행한 Warp 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 17은 피팅을 행한 Warp 데이터를 평균화한 그래프이다.
도 18은 마이컬슨 간섭계의 구성 원리를 나타내는 개략도이다.
도 19는 마이컬슨 간섭계에 의해 얻어진 화상이다.
도 20은 Nanomapper의 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
도 21은 본 발명에 따라 피팅을 행한 래핑 후의 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터와 경면 웨이퍼의 나노토포그래피를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예 1, 2에 있어서, 본 발명에 따라 피팅을 행한 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터에 대하여, 경면 웨이퍼의 나노토포그래피와의 상관을 나타내는 그래프이다.

본 발명자는, 반도체 웨이퍼의 제조 방법의 최종 공정인 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼 외주부에서 검출되는 웨이브를, 중간 공정 후의 시점에서 검출하고자 하였다. 그리고, 중간 공정 후의 반도체 웨이퍼, 예를 들어 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 반도체 웨이퍼 등의 표면을, 정전 용량 방식의 형상 측정 장치를 이용하여 측정하고, 얻어진 Warp 데이터를 이용하여 평가를 행하는 것에 생각이 미쳤다. 나아가, 본 발명자들은 이하와 같이 검토를 행하였다.

도 1, 2에, 본 발명에서 이용할 수 있는 정전 용량 방식의 형상 측정 장치를 이용한 측정 방법의 원리를 나타낸다.

일반적으로, 정전 용량 방식의 형상 측정은, 피측정물(반도체 웨이퍼)의 두께를 기준으로 행해지고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같은 프로브(1)와 피측정물(2)이 정전 용량을 형성하고, 프로브(1)와 피측정물(2) 사이의 거리(D)의 변화에 따라 정전 용량이 변한다. 정전 용량-전압 변환 회로에서, D에 비례한 전압을 출력시켜 변위를 계측한다. 또한, 도 2와 같이 변위계의 프로브(1)를 피측정물(2)의 양측으로, 기지의 거리(c)로 고정하여, 표면 변위(a 및 b)를 측정하면, 피측정물(2)의 두께(t)는, 식 t = c-(a+b)로 구해진다.

본 발명에서는, 상기 피측정물의 두께(t)를 이용하는 것이 아닌, 표면 변위(a 혹은 b)를 이용하여 해석을 행한다. 이는, 나노토포그래피라 불리는 파라미터가, 반도체 웨이퍼의 표면을 기준으로 하여 측정되기 때문이다. 상기와 같이 표면 변위(a 혹은 b)를 측정하여 얻어지는 데이터를, Warp 데이터라 한다.

상기 Warp 데이터에 대하여, 적어도 단파장측 주기 1mm 이하, 및 장파장측 주기 50mm 이상의 파장 대역을 컷오프하여, 밴드 패스 필터링하는 종래 기술을 이용한 경우, 예를 들어 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 반도체 웨이퍼는, 도 3과 같이 측정 조건을 4 라인(0 deg, 45 deg, 90 deg, 135 deg)으로 했을 때, 도 4와 같은 단면 형상이 된다. 또한, 에칭을 행한 반도체 웨이퍼는, 가공 변형이 대부분 제거되어, 본래의 Warp 데이터에 가깝기 때문에, 이 에칭을 행한 반도체 웨이퍼에 대하여 동일하게 측정한 경우에는, 도 5와 같은 단면 형상이 된다.

래핑 공정 후의 반도체 웨이퍼(도 4)와 에칭 공정 후의 반도체 웨이퍼(도 5)에 대하여, 상기와 같이 얻어진 외주부의 요철 변위와, 후공정의 양면 경면 연마 공정으로 처리하여 얻어진 경면 웨이퍼에 대하여, Nanomapper로 측정하여 얻어진 웨이퍼 외주부의 링 형상의 요철 변위를, 일대일로 대응시키고, 그 상관 관계를 조사하였다.

그 결과, 도 6과 같이, 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 웨이퍼의 기여율(상관계수의 제곱)은 0.24로, 에칭 공정 후의 웨이퍼의 기여율 0.71과 비교했을 때 낮았다.

도 7은 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 웨이퍼의 Warp 데이터이고, 도 8은 래핑 공정의 후에 에칭 공정을 행한 후의 웨이퍼의 Warp 데이터이다. 여기서, 도 7에서는, 래핑 공정 후의 웨이퍼의 Warp 데이터와 슬라이스 공정 후의 Warp 데이터에 대한 변화량(이하, ΔWarp라 함)은, ΔWarp(래핑 공정 후 - 슬라이스 공정 후) = 4.6μm였다. 또한, 도 8에서는, 래핑 공정과 에칭 공정 후의 웨이퍼의 Warp 데이터에 대한 슬라이스 공정 후의 Warp 데이터에 대한 변화량(ΔWarp)은, ΔWarp(에칭 공정 후 - 슬라이스 공정 후) = 1.9μm였다.

종래 기술의 측정 방법의 문제점은, 도 7과 같이, 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 웨이퍼의 Warp 데이터가, 슬라이스 공정 후의 Warp 데이터에 대하여 변화량 ΔWarp가 큰 경우에는, 도 8과 같이, 에칭 처리를 행하여 가공 변형을 제거한 ΔWarp가 작은 웨이퍼와 비교했을 때, 외관상, 외주부의 Warp 데이터가 크고 직선적으로 변하고 있는 영향에 의해, 외주부의 요철 변위도 외관상, 크게 나타난다. 또한, 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 웨이퍼는, ΔWarp의 불균형도 크기 때문에, 경면 연마 공정 후의 웨이퍼의 나노토포그래피와의 상관성이 낮았다.

단, 나노토포그래피에 큰 영향을 미치는 것은, Warp 데이터에 있어서 곡선적인 성분, 또는, 변곡점의 유무라는 것을 경험칙으로 알고 있다. 이에, 가공 변형에 의한 외주부의 Warp 데이터의 직선적인 큰 변화를 제외함으로서, 높은 정밀도의 나노토포그래피의 평가가 가능하다는 것을 발견하였다.

본 발명자들은, 이상의 내용에 기초하여, 이하와 같이 경면 연마 전의 반도체 웨이퍼의 Warp 데이터에 피팅을 행함으로써, 경면 연마를 행한 이 웨이퍼의 나노토포그래피와 상관이 높은 평가를 행할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

이하, 본 발명에 대하여, 실시형태의 일례로서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는, 슬라이스 공정, 래핑 공정 및/또는 연삭 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조되는 실리콘 단결정 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼에 대하여, 경면 연마 공정 전에, 반도체 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피를 평가한다. 여기서, 래핑 공정과 연삭 공정은, 어느 하나를 행해도 되고, 두가지 모두를 행해도 된다.

이 평가에서는, 경면 연마 공정 전에, 정전 용량식 형상 측정 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면 변위의 Warp 데이터를 측정하고, 반도체 웨이퍼의 외주부의 소정의 폭을 추출 범위로 설정하고, 이 추출 범위에 있어서, 소정의 피팅 범위에 있어서의 피팅 함수로 Warp 데이터의 피팅을 행함으로써, 반도체 웨이퍼의 외주부에서의 가공 변형에 의한 Warp 데이터의 변화의 영향을 제외하여, 추출 범위에서의 피팅한 Warp 데이터의 Range(최대값-최소값)를 구하고, 이 구한 Range에 의해, 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를 평가한다.

경면 연마 공정 전에는, 반도체 웨이퍼의 표면은 경면이 아니기 때문에, 광학식 장치로는 정밀도가 낮아, 평가는 곤란했었다. 따라서, 본 발명에서는, 상기한 도 1, 2에 나타내는 바와 같은 정전 용량식 형상 측정 장치에 의해 Warp 데이터를 측정하여 평가를 행한다. 이때, 경면 연마 공정 전에는, 연삭 공정 등에 의한 가공 변형이 잔존해 있어, 해당 가공 변형에 따라 Warp 데이터가 외관상 크게 변한다. 본 발명에서는, Warp 데이터에 대하여, 웨이퍼 외주부의 추출 범위, 피팅 범위 및 피팅 함수의 세 가지 파라미터를 지정하여 피팅을 행함으로써, 가공 변형에 의한 Warp 데이터의 변화의 영향을 제외하여, Range(최대값-최소값)를 구한다. 따라서, 구한 Range에 의해 연마 후의 나노토포그래피를 양호한 정밀도로 평가할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 경면 연마 공정 전의 중간 공정에 있어서, 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼 표면의 나노토포그래피와 상관이 높은 평가를 행할 수 있으므로, 각 공정의 제조 조건 등을 효율적이면서 양호한 정밀도로 관리할 수 있다.

이하, Warp 데이터의 외주부의 추출 범위의 설정과, 이 추출 범위에 있어서의 피팅 범위의 설정에 대하여 설명한다.

CZ법으로 제조된 직경 300mm의 실리콘 단결정 웨이퍼를 시료 웨이퍼로 하여, 래핑 공정 후의 가공 변형을 갖는 웨이퍼의 Warp 데이터를, 정전 용량식 형상 측정 장치를 이용하여, 도 3과 같이, 측정 조건을 4 라인(0 deg, 45 deg, 90 deg, 135 deg), FQA(Flatness Quality Area: 웨이퍼의 평탄도 적용 영역) 294 mm, 측정 간격 1 mm 피치로 측정하였다. 얻어진 Warp 데이터는, 도 9와 같이 된다.

여기서, 래핑이나 양두 연삭을 행한 웨이퍼에 있어서, 도 3과 같은 측정 조건으로 측정한 Warp 데이터는, 에칭 공정과 경면 연마 공정을 거친, 경면 연마 후의 웨이퍼 표면의 나노토포그래피에 큰 영향을 주는 외주부의 링 형상의 요철 변위의 위치는, 도 10과 같이, 래핑품(래핑 후에 에칭과 경면 연마를 행한 웨이퍼)이나 양두 연삭품(연삭 후에 에칭과 경면 연마를 행한 웨이퍼)에서 크게 다르지 않다.

링 형상의 요철 변위의 위치는, 도 11의 나노토포그래피에 의한 도 12의 단면 형상 데이터로부터 판단하면, 웨이퍼의 에지에서부터 중심을 향해(직경 방향으로), 직경의 15분의 1의 위치인, 중심(O)에서부터 반경 방향으로 130 mm의 위치에 있어서 대체로 극값이 있다.

그리고, 반경 방향 130 mm의 위치에서부터 에지를 향해 직경 방향으로 Warp 데이터의 곡선적 변화를 평가하기 위해서는, 직선의 기준면이 필요하다. 반경 방향 130 mm의 위치에서부터 중심을 향해 일정 폭의 Warp 데이터가 필요하지만, 예를 들어 반경 방향 100 ~ 110 mm의 위치까지 Warp 데이터를 추출하면, 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 가공 변형의 영향에 의한 외관상의 곡선적인 변화 성분이 포함된다. 이에, 에지에서부터 중심을 향해(직경 방향으로), 직경의 10분의 1의 위치인, 중심(O)에서부터 반경 방향으로 120 mm인 위치를 기준면의 적절한 개시(開始) 위치라고 생각하였다.

이상으로부터, Warp 데이터의 외주부의 추출 범위는, 에지에서부터 중심 방향으로 직경의 10분의 1의 위치까지의 범위로 하고, 또한, 이 추출 범위에 있어서의 Warp 데이터의 피팅 범위를, 상기 구한 에지에서부터 직경 방향으로(중심을 향해), 직경의 10분의 1의 위치에서부터, 에지를 향해 직경 방향으로 직경의 30분의 1의 위치까지의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

따라서, Warp 데이터를 측정해, 추출 범위, 피팅 범위를 상기와 같이 설정할 수 있다. 단, 상기한 바와 같이, 외주부의 링 형상 요철은, 대체로 동일한 위치에 형성되기 때문에, 추출 범위를, 반도체 웨이퍼의 에지에서부터 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치까지의 범위 내에서 설정하고, 피팅 범위를, 반도체 웨이퍼의 에지에서부터 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치에서부터 에지를 향해 직경 방향으로 직경의 30분의 1의 폭의 범위 내에서 설정하는 것이, 평가의 정밀도가 좋고, 간이하므로 바람직하다. 이 경우, 예를 들어, 직경 300 mm의 웨이퍼인 경우, 중심을 기준(O)으로 하여, 추출 범위는 반경 방향으로(에지를 향해) 120 mm의 위치에서부터 에지(150 mm의 위치)까지의 범위 내, 피팅 범위는 반경 방향으로(에지를 향해) 120 mm의 위치에서부터 130 mm의 위치(폭 10 mm)까지의 범위 내가 된다.

도 13과 같은 각 측정 각도로, 상기와 같이 설정한 추출 범위에 있어서, 반도체 웨이퍼의 외주부의 Warp 데이터를 추출한 것이 도 14이다.

다음에, Warp 데이터의 피팅 범위에서의 피팅 함수에 의한 피팅 방법에 대하여 설명한다.

피팅 함수에 대해서는, 외주부의 Warp 데이터의 큰 곡선적 변화를 평가하는 것이 중요하고, 이에 따라, 기준면은 직선일 필요가 있으므로, 피팅 함수는 일차 함수(y = ax+b)로 하여, 피팅하는 것이 바람직하다. 여기서, y는 함수이고, x는 임의의 반경 위치를 나타내는 변수이고, a, b는 상수이다.

피팅 방법에 대해서는, 각 측정 각도에 있어서의 Warp 데이터의 피팅 범위에서, 우선, 일차 함수의 근사식을 구한다.

구하는 방법으로는, 예를 들어, 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)와 같이, 최소 제곱법, 엑셀의 solver와 Visual Basic에 의한 프로그래밍을 이용하여, 각 측정 각도의 피팅 범위의

[수학식 1]

∑[(( ax+b)-f(x))²]

가 최소값이 되는 상수 a, b를 결정하여, 일차 함수의 근사식(y = ax+b)을 구한다. f(x)는, 임의의 반경 위치에 있어서의 Warp 데이터의 실측값이다. 그리고, 이 구한 각 측정 각도의 상수 a, b를 사용하여, 각 측정 각도에 있어서의 Warp 데이터에 대하여, [f(x)-(ax+b)]의 피팅을 행한다. 도 14에 나타내는 추출 범위의 데이터에 대하여, 피팅[f(x)-(ax+b)]을 행한 것이 도 16이다.

그리고, 각 측정 각도로 피팅을 행한 Warp 데이터(도 16)를 평균화하면, 도 17과 같이 된다. 도 17로부터, 에지에서부터 중심을 향해(직경 방향으로) 직경의 10분의 1의 위치까지의 범위인 120~150mm의 범위에 있어서의 Range(최대값-최소값)를 구한다. 이 Range에 의해, 경면 연마 후의 반도체 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를, 높은 정밀도로 추정할 수 있다. 한편, 평균화하지 않고, 도 16의 피팅한 데이터의 각 측정 각도에서의 Range를 구해도 되고, 또는, 하나의 측정 각도에서의 Range를 구해도 된다.

여기서, 일반적으로 경면 웨이퍼의 나노토포그래피의 측정에 이용되고 있는 ADE Corporation의 제품 Nanomapper에 대하여, 간단하게 설명한다. Nanomapper는, 마이컬슨 간섭계를 이용하고 있으며, 그 마이컬슨 간섭계의 구성을 도 18에 나타낸다.

우선, 광원(13)으로부터 나온 광은 콜리메이터 렌즈(14)에 의해 평행광이 되고, 하프 미러(15)에서 2개의 광로로 분할(진폭 분할)된다. 2개로 나누어진 광속(光束)은, 각각 참조 미러(11)와 피측정물(12)(여기에서는, 반도체 웨이퍼를 말함)에서 반사되고, 본래 광로를 되돌아가 하프 미러(15)에 의해 겹쳐지고, CCD 카메라(16)에 의해 간섭무늬 화상(도 19)이 캡처된다. 일방의 참조 미러(11)를 높은 정밀도로 연마된 평면(참조면)으로 하고, 타방(피측정물(12))의 피검면(被檢面)의 형상을 측정한다. 상기 간섭계에 의해 얻어진 반도체 웨이퍼의 면내 데이터는, 노이즈 제거 등의 처리가 행해지고, 그 후, 도 20에 나타내는 바와 같이 설정에 따라 정해지는 윈도우 사이즈(21)를 웨이퍼(22) 면내에서 이동시켜, 윈도우(23) 내의 PV값(24)(최대값-최소값)을, 그 윈도우(23)의 중심값(25)으로 바꿔놓음으로써, 나노토포그래피의 데이터가 된다.

상기 윈도우 사이즈는, 일반적으로 0.5 mm ~ 10 mm가 사용되고 있으며, 고객(디바이스 제조 메이커)의 웨이퍼 규격에 따르지만, 종래 기술에 의한 중간 공정에 있어서의 나노토포그래피의 관리에 있어서는, 경면 연마 공정에서의 경면 가공에 의한 수정분을 고려할 때, 윈도우 사이즈(21)는 경험적으로 10 mm를 채용하는 경우가 많다.

CZ법으로 제조된 직경 300 mm의 실리콘 단결정 웨이퍼를 시료 웨이퍼로 하여, 본 발명에 의해 얻어지는 Warp 데이터와 Nanomapper에 의한 나노토포그래피의 상관을 확인하였다. 우선, 래핑 공정 후의 웨이퍼에 대하여, 정전 용량 방식에 의한 형상 측정 장치를 이용해 측정하여 Warp 데이터를 얻었다. 그리고, 본 발명에 의해, 상기 최적의 외주부의 추출 범위, 피팅 범위, 및 피팅 함수를 설정하고, 피팅 조작을 행하여 외주부의 Warp 데이터를 얻었다. 그리고, 해당 Warp 데이터에 대하여, 래핑 공정 후의 시료 웨이퍼를 후공정인 에칭 공정, 양면 경면 연마 공정으로 순서대로 처리하여 얻어진 경면 웨이퍼에 대하여, Nanomapper로 측정하여 얻어진 화상과 단면 형상을 대응시킨 결과를 도 21에 나타낸다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따라 얻어진 Warp 데이터에 있어서, Range가 큰 경우는, Nanomapper로 측정하여 얻어진 단면 형상 데이터에서 외주부에 링 형상의 요철 변위가 크고, 양호한 상관이 얻어지는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 평가 방법에 의해, 래핑 공정 등의 중간 공정 후의 가공 변형을 갖는 웨이퍼를 측정하여 얻어진 Warp 데이터는, 경면 연마 가공 후의 이 웨이퍼를 광학식 측정장치를 이용하여 측정한 나노토포그래피 데이터와 상관 관계를 가진다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 제조 방법에 있어서, 슬라이스 공정, 래핑 공정, 연삭 공정, 에칭 공정 등의 중간 공정 후에, 본 발명의 평가 방법을 실시함으로써, 최종 공정인 경면 연마 공정 후의 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를 높은 정밀도로 평가할 수 있다.

이하, 본 발명의 평가 방법에 의해, 반도체 웨이퍼의 제조 공정을 관리하는 방법에 대하여 설명한다.

이 관리에 있어서는, 설정한 기준으로 반도체 웨이퍼를 발취하고, 본 발명의 평가 방법을 이용하여, 이 웨이퍼를 측정하여, 피팅한 측정 결과의 Range가, 설정한 합격 여부 기준값을 넘은 경우에, 제조 공정에 피드포워드와 피드백을 행하는 것이 바람직하다.

(발취 평가)

일반적으로 발취 평가는, 반도체 웨이퍼의 약 100 ~ 250매로 이루어진 1 로트(= 잉곳 단위)에 대하여 행한다. 슬라이스 공정 후의 웨이퍼인 경우에는, 잉곳의 절단 위치의 머리부(K)·중심(C)·꼬리부(P)의 3개소로부터 발취한다. 래핑 공정 후의 웨이퍼인 경우에는, 25 ~ 50매당 1 ~ 4매를 발취한다.

이와 같이 발취한 웨이퍼를, 본 발명의 평가 방법에 의해 Range(최대값-최소값)를 구하여, 최종 공정인 경면 연마 공정 후의 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를 평가한다.

(불량 판정)

상기 구한 Range의 결과를 토대로, Range≤0.7μm를 웨이퍼의 합격 여부 기준값으로 설정하여, 간이하게 웨이퍼의 불량 판정을 행하는 것이 바람직하다. Range≤0.7μm를 만족한다면, 경면 연마 공정 후의 웨이퍼의 나노토포그래피는 충분히 양호한 것이 된다.

상기 발취 평가의 결과, 평가한 웨이퍼 전수가 합격 여부 기준값을 넘은 경우, 해당 로트는 전체수 불량 판정(로트 아웃)으로 하여, 해당 관리하는 공정으로 피드백한다. 불량품이 발생한 경우에도, 적어도 1매가 양품으로 판정된 경우에는, 해당 관리하는 공정으로의 피드백과 최종 검사 공정으로의 피드포워드를 행한다.

(제조 공정으로의 피드백)

예로서 슬라이스 공정, 래핑 공정 등에 평가 결과를 피드백하는 경우에 대하여 설명한다.

슬라이스 공정에 대해서는 기본적으로 조건을 조정할 수 없어, 개선을 위해 해석을 행하게 된다. 불량이 발생한 슬라이스 기계 번호나 와이어, 메인롤러 등의 재료를 층별 해석한다.

래핑 공정에 대해서는, 정반 수정, 캐리어 교환, 홈(溝) 청소를 행함으로써 기준값에 들어갈 때까지 조정을 행한다. 범위 내로 조정할 수 없는 경우에는, 정반 교환을 행한다.

양두 연삭 공정에 대해서는, 시프트(웨이퍼에 대한 지석축 상의 지석 위치의 조정)와 틸트(웨이퍼면에 대한 지석면과의 기울기 조정)에 의해 기준값에 들어갈 때까지 조정을 행한다. 또한, 웨이퍼를 유지하는 정압 패드의 좌우 유량을 조정하는 경우도 있다. 하지만 범위 내로 조정할 수 없을 때에는, 캐리어 교환, 지석 교환을 행한다.

(최종 검사 공정으로의 피드포워드)

제품의 요구 항목에 나노토포그래피가 설정되어 있는 경우, 최종 공정인 경면 연마 공정 후에, Nanomapper 등을 이용한 최종 검사 공정에 있어서 웨이퍼의 전수 검사·선별을 실시한다. 제품의 요구 항목에 나노토포그래피가 설정되어 있지 않은 경우는, 1 로트당 25 매만을 본 발명으로 평가하고, 최종 검사 공정으로의 피드포워드를 행한다.

이러한 관리 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼의 제조 방법의 중간 공정인 슬라이스 공정, 래핑 공정, 연삭 공정 및 에칭 공정 등을 관리할 수 있으므로, 제조 조건의 재검토, 개선 등의 조기 대응이 가능해진다. 또한, 웨이퍼 품질의 좋고 나쁨도 경면 연마 공정 이전의 중간 공정에서 관리할 수 있으므로, 제품 로스의 저감이나 수율 및 생산성의 향상을 기대할 수 있다.

상기 반도체 웨이퍼의 제조 공정의 관리 방법을 이용하여 반도체 웨이퍼를 제조하면, 제조 공정의 이상 등을 조기에 파악하여, 나노토포그래피가 개선된 반도체 웨이퍼를 제조할 수 있으므로, 수율이 높고 효율적인 반도체 웨이퍼 제조가 가능해진다.

[ 실시예 ]

이하, 실시예를 나타내 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

가공 변형을 갖는 웨이퍼 표면을 정전 용량식 형상 측정 장치를 이용하여 얻어진 Warp 데이터의 처리에 있어서, 최적의 외주부의 추출 범위, 피팅 범위, 및 피팅 함수의 조합을 이용하여, 본 발명의 평가 방법을 행하였다.

시료 웨이퍼로서, CZ법으로 제조된 직경 300 mm의 실리콘 단결정 웨이퍼를 이용하였다. 래핑 공정 후의 경면 연마가 실시되지 않은 웨이퍼에 대하여, 정전 용량 방식의 형상 측정 장치를 이용해 측정하여 Warp 데이터를 얻었다. 이 Warp 데이터에 대하여, 외주부의 추출 범위를, 에지에서부터 중심을 향해 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치까지의 범위로 하고(중심에서부터 직경 방향으로 120 ~ 150 mm의 범위), 또한, 상기 추출 범위에 있어서의 Warp 데이터의 피팅 범위를, 에지에서부터 중심을 향해 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치에서부터, 에지를 향해 직경 방향으로 직경의 30분의 1의 위치까지의 범위로 하고(중심에서부터 직경 방향으로 120 ~ 130 mm의 범위), 피팅 함수를 일차 함수로 하여 피팅을 행하여, 외주부의 Range(최대값-최소값)를 구하였다.

구한 Range와 이 웨이퍼를 후공정인 에칭 공정, 양면 경면 연마 공정으로 차례로 처리하여 얻어진 경면 웨이퍼에 대하여, Nanomapper로 측정하여 얻어진 웨이퍼 외주부의 링 형상의 요철 변위를, 일대일로 대응시키고, 그 상관 관계를 조사하여 비교하였다.

그 결과, 도 22와 같이, 기여율 0.91로 매우 높은 상관이 얻어졌다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로, 단, 래핑 공정과 에칭 공정을 행한 후의 경면 연마가 실시되지 않은 웨이퍼에 대하여, 본 발명에 의해 Warp 데이터 측정, 피팅을 행하여, Range를 구하였다. 이 Range와 이 웨이퍼를 후공정인 양면 경면 연마 공정으로 처리하여 얻어진 경면 웨이퍼에 대하여, Nanomapper로 측정하여 얻어진 웨이퍼 외주부의 링 형상의 요철 변위를, 일대일로 대응시키고, 그 상관 관계를 조사하여 비교하였다.

그 결과, 도 22와 같이, 기여율 0.93으로 매우 높은 상관이 얻어졌다.

이상의 결과를 정리하면, 표 1과 같이, 래핑 후의 기여율은, Warp 데이터를 종래 기술로 해석한 0.24(도 6)에서, 본 발명의 피팅에 의해 0.91로 크게 개선되었고, 에칭 후의 기여율은, Warp 데이터를 종래 기술로 해석한 0.71(도 6)에서, 본 발명의 피팅에 의해 0.93으로 개선되었다.

기여율(R2)
	종래 기술	실시예 1, 2
래핑 후	0.24	0.91
에칭 후	0.71	0.93

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 슬라이스 공정, 래핑 공정 및/또는 연삭 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 웨이퍼의 표면의 나노토포그래피를 평가하는 방법에 있어서,
   상기 경면 연마 공정 전에, 정전 용량식 형상 측정 장치를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼의 표면 변위의 Warp 데이터를 측정하고, 상기 반도체 웨이퍼의 외주부의 소정의 폭을 추출 범위로 설정하고, 이 추출 범위에 있어서, 소정의 피팅 범위에 있어서의 피팅 함수로 상기 Warp 데이터의 피팅을 행함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 외주부에서의 가공 변형에 의한 Warp 데이터의 변화의 영향을 제외하여, 상기 추출 범위에서의 상기 피팅한 Warp 데이터의 Range(최대값-최소값)를 구하고, 이 구한 Range에 의해, 상기 경면 연마 공정 후의 반도체 웨이퍼 표면의 나노토포그래피를 평가하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 추출 범위를, 상기 반도체 웨이퍼의 에지에서부터 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치까지의 범위 내에서 설정하고, 상기 피팅 범위를, 상기 반도체 웨이퍼의 에지에서부터 직경 방향으로 직경의 10분의 1의 위치에서부터 에지를 향해 직경 방향으로 직경의 30분의 1의 폭의 범위 내에서 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 피팅 함수를, 일차 함수로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구한 Range가 0.7μm 이하이면, 상기 반도체 웨이퍼를 양품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
5. 슬라이스 공정, 래핑 공정 및/또는 연삭 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정을 포함하는 반도체 웨이퍼의 제조 방법으로서,
   상기 슬라이스 공정, 래핑 공정, 연삭 공정, 에칭 공정 중 적어도 하나의 공정을 행한 반도체 웨이퍼를, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼의 평가 방법에 의해 평가하고, 이 평가 결과에 기초하여, 상기 슬라이스 공정, 래핑 공정, 연삭 공정, 에칭 공정 중 적어도 하나의 공정을 관리하면서, 상기 반도체 웨이퍼를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 제조 방법.

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