KR20170038865A - 실리콘 웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼의 연마 방법 Download PDF

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Abstract

초벌 연마용 연마액(224)을 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면에 공급하면서, 웨이퍼(W)의 표면을 연마하는 제1 연마 공정과, 상기 제1 연마 공정에 이어서, 상기 제1 연마 공정을 끝낸 후의 상기 초벌 연마용 연마포(223)에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액(225)을 공급하여, 상기 웨이퍼(W)의 피(被)연마면에 상기 보호막 형성 용액(225)을 접촉시켜, 상기 피연마면에 보호막(W1)을 형성하는 보호막 형성 공정과, 마무리 연마용 연마액을 상기 초벌 연마용 연마포(223)와는 상이한 마무리 연마용 연마포의 연마면에 공급하면서, 상기 웨이퍼(W)의 보호막의 형성면을 연마하는 제2 연마 공정을 구비한다.

Description

실리콘 웨이퍼의 연마 방법{METHOD FOR POLISHING SILICON WAFER}
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
최근, 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 방법으로서는, 실리카 입자 등의 지립(abrasive grain)을 알칼리성 수용액 중에 함유시킨 연마액을 공급하면서, 실리콘 웨이퍼와, 연마포를 상대적으로 회전시켜 행하는 CMP(화학적 기계적 연마)가 일반적이다. CMP는, 지립에 의한 기계적 연마 작용과, 알칼리성 수용액에 의한 화학적 연마 작용을 복합시킨 기술이다. 상기 2개의 연마 작용을 복합시킴으로써, 실리콘 웨이퍼의 표면에 대하여 높은 평탄도가 얻어지는 것이 알려져 있다. 이 실리콘 웨이퍼의 CMP 처리는, 통상, 양면 연마 공정으로부터 편면 연마 공정으로 복수의 단계를 거쳐 연마가 행해진다.
양면 연마 공정은, 소망으로 하는 두께까지 실리콘 웨이퍼를 연마하는 것을 목적으로 행해진다. 구체적으로는, 폴리우레탄 등의 경질의 연마용 연마포를 이용하여 연마 속도가 비교적 빠른 조건으로, 실리콘 웨이퍼의 표리면을 동시에 연마한다. 이 양면 연마에 의해, 연마 후의 실리콘 웨이퍼 두께의 불균일을 작게 하도록 평탄화됨과 함께, 나노토포그래피(nanotopography)와 같은 굴곡(waviness) 성분이 제거된다.
편면 연마 공정에서는, 양면 연마된 실리콘 웨이퍼의 편측 표면의 거칠기를 개선하는 것을 목적으로 행해진다. 구체적으로는, 스웨이드와 같은 연질의 연마포 및 미소 사이즈의 지립을 사용하여, 나노토포그래피나 헤이즈와 같은 실리콘 웨이퍼 표면 상의 미소한 면 거칠기(마이크로러프니스)를 저감 하도록 편면 연마가 행해진다. 이 편면 연마 공정에서는, 연마포의 종류, 연마액 중의 지립 사이즈나 알칼리 농도를 변경하면서, 복수 단계로 나누어 연마 처리가 행해진다.
이 편면 연마 공정에 관한 기술로서, 실리콘 웨이퍼 표면의 헤이즈를 개선하는 것을 목적으로, 알칼리성 실리카와, 수용성 고분자와, 환상 유기 화합물을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 경면 연마에 사용되는 연마제와, 그것을 이용한 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본특허공보 제5321430호
상기 특허문헌 1에서도 보고되어 있는 바와 같이, 편면 연마 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼 표면의 헤이즈 레벨을 저감시키는 것을 목적으로, 연마액 중에 수용성 고분자를 첨가시키는 것이 일반적으로 행해지고 있다.
그런데, 양면 연마 공정을 거친 실리콘 웨이퍼의 표층부에는, 양면 연마 가공시의 메커니컬 작용에 의해 도입된 가공 대미지(변형)가 잔존하고 있다. 이 때문에, 다음의 편면 연마 공정에 있어서, 이 가공 대미지를 제거하도록 연마할 필요가 있다. 그러나, 연마액 중에 수용성 고분자가 첨가되어 있으면, 연마 속도(연마 레이트)가 크게 저하되기 때문에, 가공 대미지를 제거하기 위해, 막대한 시간과 공수(工數)가 드는 문제가 있다.
상기 문제에 대해서는, 양면 연마 공정을 거친 실리콘 웨이퍼에 대하여 행하는 1회째의 편면 연마 처리(이하, 초벌 연마(rough polishing)라고도 함)에 있어서, 연마액 중에 수용성 고분자를 첨가하지 않고 연마함으로써 연마 속도를 저하시키는 일 없이 가공 대미지를 제거할 수 있다. 또한, 계속되는 2회째 이후의 편면 연마 처리(이하, 마무리 연마라고도 함)에 있어서, 연마액에 수용성 고분자를 첨가하여 연마함으로써 소망으로 하는 표면 거칠기로 연마할 수 있다.
그런데, 본 발명자의 실험에 의하면, 상기의 초벌 연마 및 마무리 연마에 의해 제작된 실리콘 웨이퍼는, 그 웨이퍼 표면에 에피택셜 성장 처리를 실시한 경우, 제작된 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 45㎚ 사이즈 이하의 미소 LPD(Light Point Defect)가 다발하는 문제가 있는 것이 판명되었다. 또한, 본 발명자는, 후술하는 바와 같이, 초벌 연마 후에 실리콘 웨이퍼 표면에 워터 마크 결함이 발생하고, 이 워터 마크 결함이 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 미소 LPD의 발생 원인인 것을 알게 되었다.
본 발명의 목적은, 편면 연마 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼 표면으로의 워터 마크 결함의 발생을 저감할 수 있는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 미소 LPD가 발생하는 원인을 예의 검토했다.
이 원인 조사로서, 표면에 미소 LPD를 갖는 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 대해서, LPD의 맵 관찰을 함과 함께, LPD의 실체 관찰을 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 실시했다. 또한, 웨이퍼 결함 검사 장치(레이저텍사 제조; Magics) 및 AFM을 이용하여 실체 관찰을 행하고, LPD의 결함 분류를 행했다.
도 1은 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰된 LPD 맵이며, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에는, 미소 LPD가 다수 점재하고 있는 것을 알 수 있다.
도 2는 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰된 LPD의 결함 분류 결과를 나타내는 그래프이며, SF(스태킹·폴트) 결함이나 힐록(hillock) 등이 일반적인 에피택셜 결함에 비해, 미소한 오목 결함의 개수가 많은 것을 알 수 있다.
도 3은 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰된 미소 오목 결함의 AFM상(象)을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3의 A-B간에 있어서의 최표면의 고저차를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4로부터 분명한 바와 같이, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에서 관찰되는 미소 오목 결함의 실체는, 외연부가 링 형상으로 솟아오른, 직경 약 26㎛, 높이 약 15㎚ 정도의 크레이터 형상의 미소 오목 결함이었다.
이들 결과로부터, 이 미소 오목 결함이 미소 LPD의 개수 레벨을 결정하고 있다고 추측된다.
다음으로, 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰된 미소 오목 결함의 발생 원인에 대해서 조사했다. 구체적으로는, 에피택셜 성장 처리를 행하기 전의 실리콘 웨이퍼 표면을 표면 결함 검사 장치(KLA-Tencor사 제조: Surfscan SP-2)를 이용하여, DIC 모드로 단차 3㎚ 이상의 결함이 관찰된 좌표 위치와, 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면에서 미소 오목 결함이 관찰된 좌표 위치를 비교한 결과, 양자의 결함 발생 위치는 거의 일치하는 것이 확인되었다.
이 때문에, 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰된 결함 부위를 AFM을 이용하여 실체 관찰을 행했다. 그 결과를 도 5에 나타낸다. 도 6은 도 5의 C-D간에 있어서의 최표면의 고저차를 나타내는 도면이다. 도 5 및 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰된 미소 오목 결함과 동일하게, 실리콘 웨이퍼의 표면에서 관찰되는 미소 오목 결함의 실체는, 외연부가 링 형상으로 솟아오른, 직경 약 20㎛, 높이 약 22㎚ 정도의 크레이터 형상의 결함(이하, 워터 마크 결함이라고 함)인 것이 확인되었다.
이 실리콘 웨이퍼 표면에서 관찰되는 워터 마크 결함은, 그 링 형상의 중심부가 외주부보다 얇다는 점에서, 워터 마크 결함의 형성시의 반응에 에칭을 수반하고 있다고 추측된다. 즉, 실리콘 웨이퍼 표면에서 발생하는 워터 마크 결함은, 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 알칼리 등의 수용액이 물방울로서 존재하고, 이 알칼리 성분에 의해 웨이퍼의 표면이 에칭되면서, 공기 중의 산소가 물방울에 스며들고, 이 산소와의 반응으로, 반응염이 생성하는 현상에 의해 발생하고 있는 것으로 추측된다.
이 현상이 발생할 수 있는 공정으로서는, 편면 연마 공정에 있어서, 초벌 연마로부터 마무리 연마로 실리콘 웨이퍼가 이송되는 공중 반송시에 워터 마크 결함이 발생하고 있는 것이 확인되었다.
필시, 편면 연마의 초벌 연마 공정 종료 후의 실리콘 웨이퍼의 표면에, 연마 슬러리 성분이 포함되는 물방울이 잔존함으로써, 워터 마크 결함이 형성되고 있다고 생각된다.
도 7에, 워터 마크 결함의 추정 발생 메커니즘을 나타낸다. 또한, 도 7의 하단은, 상단과 대응하는, 실리콘 웨이퍼의 표층 부분에 있어서의 부분 확대도이다.
편면 연마 공정에 있어서의 초벌 연마 종료 후는, 실리콘 웨이퍼의 피(被)연마면에는, 초벌 연마에서 사용한 연마 슬러리가 잔사(殘渣)로서 존재하고 있다. 또한, 이 피연마면은, 소수성이다. 이 때문에, 도 7(A)의 상단에 나타내는 바와 같이, 피연마면에는 연마 슬러리를 포함하는 물방울이 형성되어 있다. 도 7(A)의 하단에 나타내는 바와 같이, 이 물방울에는, 연마 슬러리 기인의 알칼리 성분(도면에서는, K＋, OH－로 표기)이 존재하고 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 표층에 있어서, 물방울에 접촉하고 있는 부분에서는, 표층 부분의 실리콘(도면에서는, Si로 표기)이 용해되어, 물방울 중에 취입된다. 그리고, 초벌 연마가 종료되고, 다음 공정의 마무리 연마로 도달함에 있어서, 연마 헤드를 상승시킨 상태에서는, 물방울에는, 공기 중에 존재하는 산소(도면에서는, O2로 표기)가 취입된다.
다음으로, 초벌 연마 종료 후의 실리콘 웨이퍼는, 연마 헤드에 접착된 채 건조 상태로 공중 반송되어, 다음 공정의 마무리 연마로 이송된다(도 7(B)의 상단).
이 공중 반송 중에, 물방울 중의 KOH에 의해, 물방울이 부착되어 있는 부분의 피연마면의 Si가 에칭되고, 이 에칭 반응에 의해 K2SiO3이나 H2SiO3이 생성된다. 또한, 물방울은, 공중 반송 중에 증발한다. 이 때문에, 생성한 K2SiO3이나 H2SiO3은, 물방울이 존재하고 있던 외주부에, 퇴적하듯이 잔류한다(도 7(B)의 하단).
그리고, 마무리 연마에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 피연마면이 마무리 연마된다(도 7(C)의 상단). 이 마무리 연마에서는, 적은 여유분으로의 연마이기 때문에, 공중 반송 중에 형성된 워터 마크는 제거되지 않고, 마무리 연마 종료 후의 실리콘 웨이퍼의 표면에는, 크레이터 형상의 워터 마크 결함이 잔존한다(도 7(C)의 하단).
또한, 본 발명에 있어서, 워터 마크 결함은, 표면 결함 검사 장치(KLA-Tencor사 제조: Surfscan SP-2)를 이용하여, DIC 모드로 실리콘 웨이퍼의 표면에서 관찰되는 단차 3㎚ 이상의 결함을 AFM으로 실체 관찰을 행한 경우에, 적어도, 높이가 약 10㎚, 직경이 약 10㎛인 크기를 갖는 링 형상의 결함이라고 정의한다.
상기와 같이, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 미소 LPD가 발생하는 원인은, 편면 연마 공정의 초벌 연마로부터 마무리 연마로 도달하는, 실리콘 웨이퍼의 공중 반송 중에 형성되는 워터 마크 결함에 기인하는 것을 발견했다.
본 발명은, 전술과 같은 인식에 기초하여 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법은, 수용성 고분자를 포함하지 않고, 또한 지립을 포함하는 알칼리성 수용액을 주제(primary agent)로 하는 연마액을 연마포에 공급하면서, 실리콘 웨이퍼의 편면 표면을 연마하는 제1 연마 공정과, 상기 제1 연마 공정에 이어서, 상기 제1 연마 공정을 끝낸 후의 연마포에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액을 공급하여, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 연마 공정으로 연마된 피연마면에 상기 보호막 형성 용액을 접촉시켜, 상기 피연마면에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정과, 수용성 고분자를 포함하고, 또한 지립을 포함하는 알칼리성 수용액을 주제로 하는 연마액을 상기 제1 연마 공정에서 사용한 연마포와는 상이한 연마포에 공급하면서, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 보호막 형성 공정으로 형성된 보호막의 형성면을 연마하는 제2 연마 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제1 연마 공정에 이어서 실시하는 보호막 형성 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 피연마면에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액을 접촉시킨다. 이에 따라, 제1 연마 공정 후의 실리콘 웨이퍼의 피연마면에 보호막을 형성한다.
이 보호막은, 초벌 연마로서의 제1 연마 공정으로부터, 마무리 연마로서의 제2 연마 공정에 이르는 실리콘 웨이퍼의 공중 반송 중에, 피연마면을 공기 중의 산소로부터 보호한다. 또한, 초벌 연마 후는, 사용한 연마액이 피연마면에 잔류하고 있지만, 보호막은, 이 연마액에 포함되는 알칼리 성분에 의한 에칭을 억제하는 에칭 스토퍼로서 기능한다.
이와 같이, 피연마면이 공기 중에 노출되는 것을 막기 때문에, 피연마면과 공기중의 산소의 반응이 억제된다. 또한, 잔류하는 연마액 중의 알칼리 성분에 의해 피연마면이 에칭되는 일이 없다. 이 때문에, 편면 연마 공정에 있어서, 초벌 연마로부터 마무리 연마로 실리콘 웨이퍼를 이송하는 공중 반송시에 있어서의 워터 마크 결함의 발생을 저감할 수 있다. 결과적으로, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조한 후의, 워터 마크 결함을 기인으로 하는 미소 오목 결함을 저감할 수 있다.
일반적으로, 편면 연마 공정에서는 양면 연마 공정에서 사용하는 연마포보다도 연질의 연마포가 사용된다. 이 때문에, 실리콘 웨이퍼가 연마포 내에 가라앉은 상태로 연마가 진행되는 점에서, 웨이퍼 외주부에 있어서 연마포가 원래대로 되돌아가고자 하는 반력의 작용이 커져, 에지 롤 오프라고 칭해지는 웨이퍼의 외주 처짐을 발생시키는 문제가 있다.
초벌 연마의 초기시는, 연마에 의한 발열은 웨이퍼 중심부에서 높고, 외주부에서 낮다는 점에서, 초벌 연마를 행하기 전의 웨이퍼 표면에 존재하는 자연 산화막은, 발열성이 높은 웨이퍼의 중심부에 존재하는 자연 산화막으로부터 먼저 제거되고, 웨이퍼의 외주부의 자연 산화막은 늦게 제거되는 경향이 있다.
보호막 형성 공정에서는 초벌 연마용 연마포의 연마면에, 수용성 고분자를 포함하는 보호막 형성 용액을 공급하여 피연마면에 보호막을 형성하고 있다는 점에서, 초벌 연마용 연마포에 수용성 고분자가 잔류한다. 이 때문에, 다음 사이클의 제1 연마 공정에서는, 초벌 연마용 연마포에 수용성 고분자가 잔류한 상태로 초벌 연마가 행해진다. 이 경우, 수용성 고분자에 의해, 실리콘 웨이퍼 표면의 자연 산화막의 제거능이 저하되게 된다.
따라서, 수용성 고분자가 잔류하는 초벌 연마용 연마포에 의한 초벌 연마에서는, 자연 산화막의 제거능이 저하되기 때문에, 웨이퍼 표면의 자연 산화막의 제거가 늦을수록, 웨이퍼의 외주부의 연마량이 억제된다. 즉, 본 발명의 연마 방법을 적용함으로써, 다음 사이클 이후의 초벌 연마에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 에지 롤 오프량을 저감할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 보호막 형성 용액의 수용성 고분자 농도가 10ppm 이상 30ppm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 보호막 형성 공정에 있어서의 보호막 형성 용액의 수용성 고분자 농도가 상기 범위 내이면, 실리콘 웨이퍼의 피연마면에, 워터 마크 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 정도의 막두께로 보호막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 농도 범위이면, 초벌 연마용 연마포로의 수용성 고분자의 잔류도 적고, 초벌 연마에 영향을 줄 정도는 아니기 때문에, 다음 사이클의 초벌 연마에 있어서도 연마 레이트를 극단적으로 저하시키는 일도 없다. 또한, 상기 농도 범위이면, 보호막 형성 공정에서 실리콘 웨이퍼의 피연마면에 형성되는 보호막의 두께는 수백Å(수십 ㎚) 정도이고, 다음의 마무리 연마에 있어서 단시간에 웨이퍼 표면의 보호막을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 보호막 형성 용액에 사용되는 수용성 고분자는, 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물 또는 비(非)이온성 고분자 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물로서는, 예를 들면, 하이드록시에틸셀룰로오스를 들 수 있다. 또한, 비이온성 고분자 화합물로서는, 예를 들면, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 등을 들 수 있고, 이들 고분자 화합물 중 1종 또는 복수종을 함유시켜도 좋다. 이러한 수용성 고분자를 사용함으로써, 실리콘 웨이퍼의 피연마면에 보호막을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의, LPD 맵을 나타내는 도면이다.
도 2는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 존재하는 미소 LPD의 결함 분류 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 존재하는, 직경 26㎛, 높이 15㎚의 미소 오목 결함의 AFM상을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A-B간에 있어서의 최표면의 고저차를 나타내는 도면이다.
도 5는 실리콘 웨이퍼의 표면에 존재하는, 직경 20㎛, 높이 22㎚의 워터 마크 결함의 AFM상을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 C-D간에 있어서의 최표면의 고저차를 나타내는 도면이다.
도 7은 워터 마크 결함의 추정 발생 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치의 전체를 나타내는 평면도이다.
도 9는 상기 일 실시 형태에 있어서의 연마 장치의 일부를 절결한 측면도이다.
도 10은 본 실시 형태에 있어서의 보호막 형성 프로세스를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예 1, 2 및 비교예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의 미소 LPD수를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예 1, 2 및 비교예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기 Ra를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의, LPD 맵을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 2의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의, LPD 맵을 나타내는 도면이다.
도 15는 비교예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의, LPD 맵을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예 3의 수용성 고분자 농도와 워터 마크 결함의 개수의 관계를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
[웨이퍼의 연마 장치의 구성]
도 8은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치의 전체를 나타내는 평면도이다. 도 9는, 이 일 실시 형태에 있어서의 연마 장치의 일부를 절결한 측면도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 연마 장치(1)는, 연마 슬러리를 이용하여 웨이퍼(W)의 표면을 복수 단계적으로 연마하는 장치이다. 구체적으로는, 연마 장치(1)는, 웨이퍼(W)의 초벌 연마 처리, 이 초벌 연마 처리보다도 세밀한 거칠기로 연마하는 제1 마무리 연마 처리, 이 제1 마무리 연마보다도 세밀한 거칠기로 연마하는 제2 마무리 연마 처리를 실시하는 장치이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 마무리 연마 처리를 제1 마무리 연마 처리 및 제2 마무리 연마 처리의 2단계로 했지만, 마무리 연마 처리를 1단계로 행하는 구성이라도 좋다.
이 연마 장치(1)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상자 형상의 케이스체(20)에 형성된 연마 처리부(2)와, 이 연마 처리부(2)의 상방에 형성된 웨이퍼 보유지지 회전부(3)와, 이 웨이퍼 보유지지 회전부(3)에 설치된 연마 헤드(4)를 구비하고 있다.
연마 처리부(2)에서는, 연마 헤드(4)의 세정이나, 웨이퍼(W)의 연마나 린스 등이 적절히 행해진다. 이 연마 처리부(2)는, 케이스체(20)의 상면의 외연 방향을 따라 배치된, 세정부(21)와, 초벌 연마부(22)와, 제1 마무리 연마부(23)와, 제2 마무리 연마부(24)를 구비하고 있다. 또한, 초벌 연마부(22), 제1 마무리 연마부(23) 및, 제2 마무리 연마부(24)는, 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 초벌 연마부(22)에 대해서 상세하게 설명하고, 제1 마무리 연마부(23) 및 제2 마무리 연마부(24)에 대해서는 설명을 간략화한다.
<세정부(21)>
세정부(21)에는, 웨이퍼(W)가 적절히 올려놓여진다. 이 웨이퍼(W)는, 연마 헤드(4)에 보유지지되어 초벌 연마부(22) 등에서 연마된다. 또한, 세정부(21)에는, 연마된 웨이퍼(W)가 연마 헤드(4)에 의해 올려놓여진다. 이 웨이퍼(W)는, 외부에 적절히 반송된다. 또한, 세정부(21)에서는, 이 세정부(21)의 상방에 위치하는 연마 헤드(4)의 세정이 적절히 행해진다.
<초벌 연마부(22)>
초벌 연마부(22)는, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 케이스체(20) 내에 설치된 정반(定盤) 회전 구동 수단(221)과, 이 정반 회전 구동 수단(221)의 회전축에 설치된 원판 형상의 초벌 연마용 정반(222)과, 도시하지 않는, 초벌 연마용 연마액 공급부와, 보호막 형성 용액 공급부를 구비하고 있다.
초벌 연마용 정반(222)의 상면에는, 초벌 연마용 연마포(223)가 설치되어 있다. 초벌 연마용 연마액 공급부는, 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면에, 초벌 연마용 연마액을 적절히 공급한다. 보호막 형성 용액 공급부는, 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면에, 보호막 형성 용액을 적절히 공급한다.
<제1 마무리 연마부(23)>
제1 마무리 연마부(23)는, 정반 회전 구동 수단(231)과, 제1 마무리 연마 정반(232)과, 제1 마무리 연마용 연마포(233)의 연마면에 제1 마무리 연마용 연마액을 공급하는 제1 마무리 연마용 연마액 공급부와, 린스액 공급부를 구비한다.
<제2 마무리 연마부(24)>
제2 마무리 연마부(24)는, 정반 회전 구동 수단(241)과, 제2 마무리 연마 정반(242)과, 제2 마무리 연마용 연마포(243)의 연마면에 제2 마무리 연마용 연마액을 공급하는 제2 마무리 연마용 연마액 공급부와, 린스액 공급부를 구비한다.
웨이퍼 보유지지 회전부(3)는, 웨이퍼(W)를 보유지지하여 회전시킴과 함께, 웨이퍼(W)를 세정부(21), 초벌 연마부(22), 제1 마무리 연마부(23), 제2 마무리 연마부(24)에 순차 공중 반송이 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 보유지지 회전부(3)는, 케이스체(20) 내에 배치된 지지체 스핀들(31)과, 이 지지체 스핀들(31)의 회전축에 설치된 평면에서 보았을 때 대략 십자형인 상자 형상의 지지체(32)를 구비하고 있다. 지지체(32)의 십자 형상의 각 선단에는, 연마 헤드(4)가 각각 2개씩 설치되어 있다. 또한, 지지체(32)의 내부에는, 연마 헤드(4)를 각각 회전시키는 헤드 회전 구동 수단(33)이 설치되어 있다.
또한, 초벌 연마부(22)에서는, 정반 회전 구동 수단(221)과 헤드 회전 구동 수단(33)에 의해, 회전 구동 수단이 구성되어 있다. 또한, 제1 마무리 연마부(23)는, 정반 회전 구동 수단(231)과 헤드 회전 구동 수단(33)의 조합, 제2 마무리 연마부(24)는, 정반 회전 구동 수단(241)과 헤드 회전 구동 수단(33)의 조합에 의해, 각각 회전 구동 수단이 구성되어 있다.
[웨이퍼의 연마 장치의 작용]
다음으로, 전술의 연마 장치(1)의 작용으로서, 웨이퍼(W)의 연마 방법에 대해서 설명한다.
우선, 지지체(32)를 하강시켜, 연마 헤드(4)의 웨이퍼 척(도시 생략)으로 세정부(21) 상의 웨이퍼(W)를 흡인 보유지지한다. 다음으로, 지지체(32)를 상승시킨 후, 지지체(32)를 90° 회전시켜, 웨이퍼(W)를 보유지지하고 있는 연마 헤드(4)를 초벌 연마부(22)의 상방에 위치시킨다.
<제1 연마 공정>
연마 헤드(4)를 헤드 회전 구동 수단(33)으로 회전시키면서 지지체(32)를 하강시킨다. 그리고, 초벌 연마용 연마포(223)에 초벌 연마용 연마액(224)을 공급하고, 또한, 회전하고 있는 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면에, 연마 헤드(4)로 보유지지하고 있는 웨이퍼(W)를 접촉시킨다. 이에 따라, 도 10(A)에 나타내는 바와 같이, 초벌 연마용 연마액(224)의 존재하에서, 웨이퍼(W)가 초벌 연마용 연마포(223)에 밀어붙여진 상태로 초벌 연마가 행해진다.
초벌 연마용 연마포(223)는, 벨루어(velour) 타입이나 스웨이드 타입의 것을 채용할 수 있고, 연마 레이트를 높이는 관점에서는, 비교적, 경도가 높은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
제1 연마 공정은, 편면 연마 공정에 있어서의 초벌 연마 공정에 상당하고, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하고, 웨이퍼(W)의 표면부의 가공 대미지를 제거하는 것을 목적으로 하여 실시된다. 연마 레이트를 높이기 위해, 제1 연마 공정에서 사용되는 초벌 연마용 연마액(224)에는, 지립이 포함된다. 지립으로서는, 콜로이달 실리카, 세리아, 다이아몬드, 알루미나 등을 들 수 있다.
또한, 초벌 연마용 연마액(224)은 수용성 고분자를 포함하지 않는다. 수용성 고분자는 연마 레이트를 크게 저하시키는 작용이 있기 때문에, 높은 연마 레이트가 요구되는 초벌 연마용 연마액(224)에 수용성 고분자를 함유시키는 것은 적합하지 않다. 단, 초벌 연마 후의 웨이퍼(W)의 피연마면에 보호막(W1)이 형성되지 않고, 연마 레이트에 지장을 초래하지 않는 농도 범위 내이면, 지립의 응집을 억제하기 위해, 약간의 수용성 고분자를 함유시켜도 좋다.
초벌 연마용 연마액(224)은, 알칼리액을 주제로 하는, pH8∼pH13으로 조정된 알칼리성 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 알칼리제로서는, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 리튬, 수산화 테트라메틸암모늄, 피페라진이 대표적인 것이지만, 그 외에, 탄산 암모늄 수용액, 그 외 특정 아민이 첨가된 알칼리성 수용액 등을 예시할 수 있다.
제1 연마 공정에 있어서의 그 외의 연마 조건으로서는, 연마 시간, 연마 헤드(4)의 회전수, 웨이퍼(W)의 접촉압 등을 들 수 있지만, 소망으로 하는 연마량에 따라서 적절히 설정하면 좋다.
제1 연마 공정의 종료 후는, 초벌 연마용 연마액(224)의 공급을 정지한다.
<보호막 형성 공정>
이어서, 상기 제1 연마 공정에 이어서, 보호막 형성 공정을 실시한다. 이 보호막 형성 공정은, 종래, 초벌 연마로부터 마무리 연마에 도달할 때에, 웨이퍼(W)의 피연마면에 발생하고 있던 워터 마크 결함을 억제하기 위해 실시된다.
도 8로 되돌아와, 보호막 형성 공정에서는, 제1 연마 공정을 끝낸 후, 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면과 웨이퍼(W)의 피연마면을 접촉시킨 상태로, 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액을 공급한다. 이에 따라, 도 10(B)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 피연마면에 보호막 형성 용액(225)을 접촉시킨다. 이 접촉에 의해, 웨이퍼(W)의 피연마면에 보호막(W1)이 형성된다.
보호막 형성 공정을 실시함에 있어서, 제1 연마 공정의 종료 후에, 지지체(32)를 상승시켜, 초벌 연마용 연마포(223)로부터 웨이퍼(W)의 피연마면을 떨어뜨린 경우, 웨이퍼(W)의 피연마면은 공기 중에 대하여 노출되게 된다. 이 피연마면에는, 댕글링 본드가 존재하기 때문에, 초벌 연마부(22)와는 상이한, 제1 마무리 연마부(23) 등의 연마 스테이지로 공중 반송할 때에, 공기 중의 부유 파티클로부터의 오염이나, 산소와의 반응에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 워터 마크 결함이 형성되어 버린다. 여기에서 형성된 워터 마크 결함은, 에피택셜 성장시키면 미소 오목 결함이 되어, 최종적으로 미소 LPD로서 검출되는 문제가 있다.
그래서, 보호막 형성 공정은, 웨이퍼(W)의 피연마면의 공기 중으로의 노출을 극력 피하기 위해, 제1 연마 공정을 실시한 연마 스테이지와 동일 스테이지가 되는, 초벌 연마용 연마포(223) 상에서 행해지는 것이 바람직하다.
또한, 보호막 형성 용액을 웨이퍼(W)의 피연마면에 접촉시킬 때, 웨이퍼(W)와 연마 스테이지는 회전시키면서 접촉시켜도 좋고, 정지시킨 상태로 접촉시켜도 좋다. 웨이퍼(W)의 중심부에 대응하는 위치까지 확실히 보호막 형성 용액을 도달시켜 보호막(W1)을 형성하는 관점에서는, 웨이퍼(W)와 연마 스테이지(초벌 연마용 연마포(223))를 서로 역방향으로 회전시키면서, 보호막 형성 용액을 웨이퍼(W)의 피연마면에 접촉시키는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(W)를 초벌 연마용 연마포(223)에 밀어붙이듯이 가압하면서 웨이퍼(W)와 연마 스테이지의 쌍방을 회전시킨 경우는, 보호막 형성 용액 중의 알칼리 성분에 의한 에칭 작용과, 초벌 연마용 연마포(223)에 의한 에칭 잔사물의 제거 작용에 의해, 초벌 연마 후의 웨이퍼(W)의 피연마면이 연마되게 된다. 즉, 보호막 형성 공정에 있어서는, 지립을 포함하지 않는 상태로 웨이퍼(W)의 피연마면의 연마가 진행되기 때문에, 제1 연마 공정(초벌 연마)에 있어서 지립 기인으로 발생한 웨이퍼(W)의 피연마면의 가공 흠집을 제거할 수 있고, 또한 연마 후의 웨이퍼(W)의 피연마면에 소정의 보호막(W1)이 형성된다.
<보호막 형성 용액(225)>
보호막 형성 용액(225)에 포함되는 수용성 고분자는, 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물 또는 비이온성 고분자 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물로서는, 하이드록시에틸셀룰로오스를 들 수 있다. 비이온성 고분자 화합물로서는, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 등을 들 수 있다. 또한, 수용성 고분자는, 직쇄상으로서, 일단이 소수기, 타단이 친수기인 미셀상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
수용성 고분자 농도는, 10ppm 이상 30ppm 이하의 범위 내가 바람직하다. 10ppm 미만에서는, 웨이퍼(W)의 피연마면에 보호막 형성 용액(225)을 접촉시켜도, 웨이퍼(W)의 피연마면에 소망하는 효과가 얻어질 정도로, 보호막(W1)이 형성되지 않을 우려가 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 피연마면에 워터 마크 결함이 형성될 우려가 있다.
다른 한편, 30ppm을 초과하면, 웨이퍼(W)의 피연마면에 형성되는 보호막(W1)의 두께가 지나치게 두꺼워져 버려, 그 후에 행하는 제2 연마 공정에 있어서, 보호막(W1)을 제거하기 위한 연마 시간이 증대할 우려가 있다.
보호막 형성 용액(225)은, 알칼리액을 주제로 하는 것이 바람직하다.
초벌 연마 직후는, 초벌 연마용 연마포(223)와 웨이퍼(W)의 피연마면의 사이에는, 초벌 연마용 연마액(224)이 존재하고 있다. 이 때문에, 초벌 연마용 연마액(224)이 잔존하고 있는 곳에 보호막 형성 용액(225)을 공급하게 되지만, 보호막 형성 용액(225)에, 알칼리 성분을 사용하지 않는 경우, 초벌 연마용 연마액(224)과, 보호막 형성 용액(225)에서는, 큰 pH차가 발생하게 된다. 이러한 큰 pH차가 있으면, 초벌 연마용 연마포(223)와 웨이퍼(W)의 피연마면의 사이에, 존재하고 있는 성분이 응집하고, 이 응집 성분에 의해, 웨이퍼(W)의 피연마면에 흠집을 발생시켜버릴 우려가 있다. 이 때문에, 보호막 형성 용액(225)은, 예를 들면, 아민 등의 알칼리 성분을 미량 첨가함으로써, pH 조정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 보호막 형성 용액(225)의 pH가 10∼11의 범위 내로 조정 가능하면, 특별히 알칼리 성분의 종류는 제한되지 않는다.
또한, 전술한 대로, 보호막 형성 공정에서는, 지립을 포함하지 않는 상태로 웨이퍼(W)의 피연마면의 연마를 진행시킴으로써, 제1 연마 공정에 있어서의 지립 기인의 가공 흠집을 제거할 수 있기 때문에, 보호막 형성 용액(225)은, 지립을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
<보호막(W1)>
보호막(W1)은, 수용성 고분자가, 소수기의 부분에서 웨이퍼(W)의 피연마면에 부착함으로써 형성된 유기막이다.
보호막(W1)은, 막두께가 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위 내가 바람직하다. 막두께가 상기 범위 내이면, 초벌 연마부(22)로부터 제1 마무리 연마부(23)로 웨이퍼(W)를 공중 반송해도, 피연마면에, 초벌 연마용 연마액(224)을 기인으로 하는 알칼리 성분이나, 공기 중의 산소가 접촉하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 이들 성분에 의해 웨이퍼(W)의 피연마면은 에칭되지 않는다.
상기와 같이 보호막 형성 공정을 실시함으로써, 웨이퍼(W)의 피연마면에는 보호막(W1)이 형성된다. 도 10(C)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 피연마면에 보호막(W1)이 존재함으로써, 종래, 초벌 연마로부터 마무리 연마에 도달하는 공중 반송 중의, 워터 마크 결함의 발생을 저감할 수 있다.
보호막 형성 공정의 종료 후는, 보호막 형성 용액(225)의 공급을 정지, 그리고, 연마 헤드(4)의 회전을 정지시킴과 함께, 웨이퍼(W)를 보유지지시킨 채로 연마 헤드(4)를 상승시킨다. 그리고, 지지체(32)를 상승시킨 후, 지지체(32)를 90° 회전시켜, 웨이퍼(W)를 보유지지하고 있는 연마 헤드(4)를 제1 마무리 연마부(23)의 상방에 위치시킨다.
<제2 연마 공정>
제2 연마 공정은, 편면 연마 공정에 있어서의 마무리 연마 공정에 상당하고, 표면 거칠기를 억제하기 위해 실시된다.
본 실시 형태에 있어서의 제2 연마 공정은, 제1 마무리 연마부(23)에 의한 제1 마무리 연마 및, 제2 마무리 연마부(24)에 의한 제2 마무리 연마의 2단계로 실시된다.
도 8로 되돌아와, 연마 헤드(4)를 헤드 회전 구동 수단(33)으로 회전시키면서 지지체(32)를 하강시킨다. 그리고, 제1 마무리 연마용 연마포(233)에 마무리 연마용의 마무리 연마용 연마액을 공급하고, 또한, 회전하고 있는 제1 마무리 연마용 연마포(233)의 연마면에, 연마 헤드(4)로 보유지지하고 있는 웨이퍼(W)를 접촉시킨다. 이에 따라, 웨이퍼(W)가 제1 마무리 연마용 연마포(233)에 밀어붙여진 상태에서의 마무리 연마가 행해진다. 제1 마무리 연마용 연마포(233)는, 벨루어 타입이나 스웨이드 타입의 것을 채용할 수 있다.
마무리 연마용 연마액에는, 지립이 포함된다. 구체적으로는, 콜로이달 실리카, 다이아몬드, 알루미나 등의 지립이 혼입된 것을 채용할 수 있다. 지립의 평균 입경은, 마이크로 스크래치 등의 가공 기인의 결함을 발생시키지 않도록, 지립이 응집하지 않는 입경 범위에서 선정하면 좋고, 평균 입경이 10∼50㎚인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 마무리 연마용 연마액은, 알칼리를 주제로 하는 pH8∼pH13으로 조정된 알칼리성 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 알칼리제로서는, 염기성 암모늄염, 염기성 칼륨염, 염기성 나트륨염 중 어느 것 등이 첨가된 알칼리성 수용액, 또는 탄산 알칼리 수용액, 혹은 아민이 첨가된 알칼리성 수용액 등을 예시할 수 있다. 또한, 마무리 연마용 연마액에는 수용성 고분자가 첨가되어 있다. 마무리 연마용 연마액에 사용하는 수용성 고분자로서는, 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물 또는 비이온성 고분자 화합물이 바람직하다. 구체적으로는, 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물로서는, 예를 들면, 하이드록시에틸셀룰로오스를 들 수 있다. 또한, 비이온성 고분자 화합물로서는, 예를 들면, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 등을 들 수 있다.
또한, 전술의 보호막 형성 공정에서 사용되는 보호막 형성 용액의 수용성 고분자 농도는, 제2 연마 공정에서 사용되는 마무리 연마용 연마액의 수용성 고분자 농도보다도, 낮은 것이 바람직하다. 보호막 형성 용액의 수용성 고분자 농도가, 마무리 연마용 연마액의 수용성 고분자 농도보다도 높으면, 보호막 형성 용액으로부터의 제2 연마 공정으로 반입되는 수용성 고분자량이 커져, 제2 연마 공정에 있어서의 연마 레이트가 소정값보다도 저하되기 때문에, 헤이즈면의 제작에 지장을 초래할 우려가 있다.
제1 마무리 연마부(23)에 의한 제1 마무리 연마의 종료 후는, 연마 헤드(4)의 회전을 정지시킴과 함께, 웨이퍼(W)를 보유지지시킨 채로 연마 헤드(4)를 상승시킨다. 그리고, 지지체(32)를 상승시킨 후, 지지체(32)를 90° 회전시켜, 웨이퍼(W)를 보유지지하고 있는 연마 헤드(4)를 제2 마무리 연마부(24)의 상방에 위치시킨다.
제2 마무리 연마부(24)에 의한 제2 마무리 연마에서는, 상기 제1 마무리 연마보다도 세밀한 거칠기로 연마한다. 그 이외에는, 상기 제1 마무리 연마와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
상기와 같이, 제2 연마 공정을 실시함으로써, 헤이즈 레벨의 마이크로 러프니스가 형성된다.
마지막으로, 제2 마무리 연마부(24)에 의한 제2 마무리 연마의 종료 후는, 지지체(32)를 상승시킨 후, 지지체(32)를 90° 회전시켜, 웨이퍼(W)를 보유지지하고 있는 연마 헤드(4)를 세정부(21)의 상방에 위치시킨다. 그리고, 지지체(32)를 하강시키고, 연마 헤드(4)의 웨이퍼 척에 의한 흡인 보유지지를 해제하여, 세정부(21) 상으로 웨이퍼(W)를 되돌린다.
[실시 형태의 작용 효과]
전술한 바와 같이, 상기 실시 형태에서는, 이하와 같은 작용 효과를 가져올 수 있다.
(1) 제1 연마 공정에 이어서 실시하는 보호막 형성 공정에 있어서, 웨이퍼(W)의 피연마면에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액(225)을 접촉시켜,피연마면에 보호막(W1)을 형성한다.
이 때문에, 보호막(W1)이, 피연마면이 공기 중에 노출되는 것을 막기 때문에, 피연마면과 공기 중의 산소의 반응이 억제된다. 또한, 잔류하는 연마액 중의 알칼리 성분에 의해 피연마면이 에칭되는 일이 없다. 따라서, 편면 연마 공정에 있어서, 초벌 연마로부터 마무리 연마로 웨이퍼(W)를 이송하는 공중 반송시에 있어서의 워터 마크 결함의 발생이 저감된다. 결과적으로, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조한 후의, 워터 마크 결함을 기인으로 하는 미소 오목 결함이 저감된다.
(2) 전(前) 사이클에서 사용한 초벌 연마용 연마포(223)에 보호막 형성 공정으로 공급한 보호막 형성 용액(225)의 수용성 고분자가 잔류한다. 이 때문에, 다음 사이클의 제1 연마 공정에서는, 초벌 연마용 연마포(223)에 수용성 고분자가 잔류한 상태로 초벌 연마가 행해진다. 이 경우, 수용성 고분자에 의해, 자연 산화막의 제거능이 저하되고, 웨이퍼 중심부에 비해 외주부의 자연 산화막의 제거가 늦기 때문에, 결과적으로, 다음 사이클 이후의 웨이퍼(W)의 에지 롤 오프량을 저감할 수 있다.
(3) 보호막 형성 용액(225)의 수용성 고분자 농도가 10ppm 이상 30ppm 이하이다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 피연마면에, 워터 마크 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 정도의 막두께로, 보호막(W1)이 형성된다. 또한, 상기 농도 범위이면, 초벌 연마용 연마포(223)로의 수용성 고분자의 잔류도 적고, 초벌 연마에 영향을 줄 정도는 아니기 때문에, 다음 사이클의 초벌 연마에 있어서도 연마 레이트를 극단적으로 저하시키는 일도 없다.
[다른 실시 형태]
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 개량 그리고 설계의 변경 등이 가능하다.
즉, 본 실시 형태에서는, 보호막 형성 공정에 있어서, 보호막 형성 용액(225)을 웨이퍼(W)의 피연마면에 접촉시킴으로써, 보호막(W1)을 형성하는 것으로 했지만, 보호막 형성 용액 공급부로부터 보호막 형성 용액(225)을 공급하면서, 웨이퍼(W)를 연마해도 좋다.
또한, 제1 연마 공정과 보호막 형성 공정의 사이에, 혹은, 보호막 형성 공정과 제2 연마 공정의 사이에, 순수 린스 세정을 실시해도 좋다. 이 순수 린스 세정은, 연마 장치(1)의 초벌 연마부(22)에 순수 린스액 공급부를 설치하고, 순수 린스액 공급부로부터, 초벌 연마용 연마포(223)의 연마면에, 웨이퍼(W)의 피연마면을 린스하기 위한 린스액을 적절히 공급함으로써 실시된다.
또한, 제2 연마 공정을, 제1 마무리 연마부(23)에 의한 제1 마무리 연마 및, 제2 마무리 연마부(24)에 의한 제2 마무리 연마의 2단계에 의한 실시를 설명했지만, 제2 연마 공정을 1단계로 실시해도 좋다.
실시예
다음으로, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
먼저, 슬라이스, 모따기, 래핑, 에칭, 양면 연마 및, 세정의 각 처리를 순차 행하여 얻은, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 준비했다. 다음으로, 도 8에 나타내는 연마 장치(1)를 이용하여, 세정 후의 실리콘 웨이퍼에 대하여, 이하의 편면 연마 공정을 행했다.
실시예 1에 있어서의 편면 연마 공정은, 초벌 연마로서의 제1 연마 공정, 보호막 형성 공정, 마무리 연마로서의 제2 연마 공정을 순차 행했다. 사용한 초벌 연마용 연마액 및 보호막 형성 용액을 하기 표 1에 나타낸다.
<실시예 2>
하기 표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 보호막 형성 공정에서 사용한 보호막 형성 용액의 알칼리종을 아민으로 변경하고, 첨가하는 수용성 고분자 폴리머를 HEC(하이드록시에틸셀룰로오스)에 PEG(폴리에틸렌글리콜)를 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 각 공정의 처리를 행했다.
<비교예 1>
실시예 1에서 실시한 보호막 형성 공정을 행하지 않고, 제1 연마 공정 후에 린스 세정을 실시한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 각 공정의 처리를 행했다.
Figure pct00001
그리고, 상기 조건으로 편면 연마 공정을 실시한 각 실리콘 웨이퍼에 대하여, CVD법에 의해, 그 표면에 두께 4㎛의 실리콘 에피택셜막을 형성함으로써 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조했다.
웨이퍼 평가 항목은, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 LPD수, LPD의 맵 관찰, 에피택셜 성장 전의 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기로 했다.
에피택셜 실리콘 웨이퍼의 LPD 및 수 LPD의 맵 관찰은, 표면 결함 검사 장치(KLA-Tencor사 제조: Surfscan SP-2)를 이용하여, DIC 모드로 웨이퍼의 표면을 관찰함으로써 구했다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기 Ra는, 표면 거칠기 합계(Chapman사 제조)에 의해 측정했다.
도 11에, 실시예 1, 2 및 비교예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의 미소 LPD수를 나타낸다. 도 12에, 실시예 1, 2 및 비교예 1의 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기 Ra를 나타낸다. 도 13∼도 15에, 실시예 1, 2, 비교예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 있어서의, LPD 맵을 나타낸다.
도 11, 12로부터 분명한 바와 같이, 제1 연마 공정 후에, 보호막을 형성하지 않는 비교예 1에 대하여, 보호막을 형성한 실시예 1, 2에서는, 미소 LPD수, 표면 거칠기 Ra 모두 저감되어 있는 경향이 보였다.
또한, 실시예 1, 2에서 비교하면, 실시예 2가 미소 LPD수, 표면 거칠기 Ra 모두 저감되어 있고, 폴리머 농도가 높은 보호막 형성 용액을 이용함으로써, 보다 보호 능력이 높은 보호막이 형성된 것에 의한 것으로 추측된다.
도 13∼도 15로부터, 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면의 LPD 실체 관찰 결과에서는, 비교예 1에 비해, 실시예 1, 2에서는, 미소 LPD수가 저감되어 있는 것이 확인되었다. 이는, 워터 마크 결함에 유래하는 미소 오목 결함이 감소한 것에 의한 것으로 추측된다.
또한, 실시예 1, 2를 비교하면, 실시예 2는 미소 LPD수가 적고, 워터 마크 결함을 충분히 억제하고 있는 것으로 추측된다.
이들 결과로부터, 실시예 2에서 사용한 보호막 형성 용액은, 수용성 고분자 폴리머로서 PEG가 함유되어 있고, 이 폴리머에 의해 형성된 보호막의 패시베이션 효과, 에칭 스토퍼 효과가 높은 것으로 추측된다.
<실시예 3>
에피택셜 성장 처리를 행하지 않고, 보호막 형성 공정에 있어서, 수용성 고분자 폴리머로서 PEG만이 포함되는 보호막 형성 용액을 이용하여, 보호막 형성 용액 중의 PEG 농도를 조정한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 실리콘 웨이퍼를 제조했다. 조정한 폴리머 농도는, 0ppm, 5ppm, 10ppm, 20ppm, 30ppm, 50ppm 및 100ppm으로 했다.
얻어진 실리콘 웨이퍼에 대해서, 워터 마크의 발생 수, 연마 레이트, 에지 형상 및 에지 부근의 웨이퍼 표면 형상을 계측했다(에지 롤 오프; ERO).
도 16에 그 결과를 나타낸다. 또한, 도 16의 종축에 나타내는 지표값은, PEG 농도가 0ppm, 즉 PEG가 포함되어 있지 않은 용액을 이용했을 때의 결과에 대한 상대값이다.
도 16으로부터, 보호막 형성 용액의 폴리머 농도가 높아질수록, 워터 마크의 발생 수가 저하되고 있어, 폴리머 농도가 높은 쪽이 보호막에 의한 보호 효과는 높고, 워터 마크의 발생을 방지할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
한편으로, 보호막 형성 용액의 폴리머 농도가 높아질수록 연마 레이트가 저하되는 결과가 되었다. 이는, 폴리머 농도가 높으면 폴리머가 연마포에 잔류해 버려, 다음 사이클에 있어서의 초벌 연마에 있어서 연마 레이트가 저하되어 버리기 때문으로 추측된다.
이들 결과로부터, 보호막 형성 용액의 폴리머 농도는, 워터 마크의 발생 수가 낮고, 또한, 연마 레이트가 높은, 10ppm 이상 30ppm 이하의 범위가 최적인 것을 알 수 있었다.
또한, 보호막 형성 용액의 폴리머 농도가 높아질수록, 에지 롤 오프가 저하되는 결과가 얻어졌다. 이는, 연마포에 잔류한 폴리머가 다음 사이클의 초벌 연마에 있어서 실리콘 웨이퍼에 작용하고, 자연 산화막의 제거를 지연시킴으로써, 에지 롤 오프가 억제되는 것으로 추측된다. 상기 최적으로 한 폴리머 농도 범위에 있어서도, 에지 롤 오프를 억제하고 있고, 제1 연마 공정에 이어서, 보호막 형성 공정을 실시하고, 피연마면에 보호막을 형성함으로써 에지 롤 오프를 억제하는, 더 한층의 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.
1 : 연마 장치
2 : 연마 처리부
3 : 웨이퍼 보유지지 회전부
4 : 연마 헤드
20 : 케이스체
21 : 세정부
22 : 초벌 연마부
23 : 제1 마무리 연마부
24 : 제2 마무리 연마부
31 : 지지체 스핀들
32 : 지지체
33 : 헤드 회전 구동 수단
221 : 정반 회전 구동 수단
222 : 초벌 연마용 정반
223 : 초벌 연마용 연마포
224 : 초벌 연마용 연마액
225 : 보호막 형성 용액
231 : 정반 회전 구동 수단
232 : 제1 마무리 연마 정반
233 : 제1 마무리 연마용 연마포
241 : 정반 회전 구동 수단
242 : 제2 마무리 연마 정반
243 : 제2 마무리 연마용 연마포
W : 웨이퍼
W1 : 보호막

Claims (3)

  1. 수용성 고분자를 포함하지 않고, 또한 지립(abrasive grain)을 포함하는 알칼리성 수용액을 주제(primary agent)로 하는 연마액을 연마포에 공급하면서, 실리콘 웨이퍼의 편측 표면을 연마하는 제1 연마 공정과,
    상기 제1 연마 공정에 이어서,
    상기 제1 연마 공정을 끝낸 후의 연마포에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액을 공급하여, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 연마 공정으로 연마된 피(被)연마면에 상기 보호막 형성 용액을 접촉시켜, 상기 피연마면에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정과,
    수용성 고분자를 포함하고, 또한 지립를 포함하는 알칼리성 수용액을 주제로 하는 연마액을 상기 제1 연마 공정에서 사용한 연마포와는 상이한 연마포에 공급하면서, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 보호막 형성 공정으로 형성된 보호막의 형성면을 연마하는 제2 연마 공정
    을 구비한 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호막 형성 용액의 수용성 고분자 농도가 10ppm 이상 30ppm 이하인
    것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보호막 형성 용액에 사용되는 수용성 고분자가, 셀룰로오스 구조를 갖는 고분자 화합물 또는 비(非)이온성 고분자 화합물인
    것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
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