KR20180037123A - 웨이퍼의 가공 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이면에 링형 보강부를 구비하는 웨이퍼의 오목부를 연마함에 있어서, 생산성과 가공성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼의 가공 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
표면에 복수의 디바이스가 형성된 디바이스 영역(W1)과 그 디바이스 영역(W1)을 둘러싸는 외주 잉여 영역(W2)을 구비하는 웨이퍼(W)의 가공 방법으로서, 웨이퍼(W)의 표면(WS)측을 척테이블(22)에 유지하고, 웨이퍼(W)의 이면(WR) 중 디바이스 영역에 해당하는 영역을 연삭하여 오목부(W3)를 형성함으로써, 그 오목부(W3)의 외주측에 그 외주 잉여 영역(W2)을 포함하는 링형 보강부(W4)를 형성하는 공정과, 이면(WR)에 연마액을 공급하면서 척테이블(22)과, 웨이퍼(W)와 동등 이상의 직경을 갖는 연마 패드(78b)를 회전시켜 연마 패드(78b)를 웨이퍼(W)의 이면에 압박함으로써 오목부(W3)를 연마하는 공정을 갖는다.
표면에 복수의 디바이스가 형성된 디바이스 영역(W1)과 그 디바이스 영역(W1)을 둘러싸는 외주 잉여 영역(W2)을 구비하는 웨이퍼(W)의 가공 방법으로서, 웨이퍼(W)의 표면(WS)측을 척테이블(22)에 유지하고, 웨이퍼(W)의 이면(WR) 중 디바이스 영역에 해당하는 영역을 연삭하여 오목부(W3)를 형성함으로써, 그 오목부(W3)의 외주측에 그 외주 잉여 영역(W2)을 포함하는 링형 보강부(W4)를 형성하는 공정과, 이면(WR)에 연마액을 공급하면서 척테이블(22)과, 웨이퍼(W)와 동등 이상의 직경을 갖는 연마 패드(78b)를 회전시켜 연마 패드(78b)를 웨이퍼(W)의 이면에 압박함으로써 오목부(W3)를 연마하는 공정을 갖는다.
Description
본 발명은 웨이퍼의 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 웨이퍼의 이면을 연삭하여 웨이퍼를 원하는 두께로 가공한 후, 그 평탄성이나 칩의 강도를 높이기 위해 연마 처리가 실시된다. 특히, 메모리 디바이스 등에 있어서는, 디바이스 형성후에 금속을 포착하는 게터링층의 형성이 필요하다. 연마 처리되는 웨이퍼는, 박화가 진행되고 있고, 두께가 수십 ㎛ 정도가 된다. 그 결과, 연마 공정 및 게터링층 형성 공정에 있어서 웨이퍼가 파손될 우려가 증대된다. 한편, 웨이퍼를 매우 얇게 연삭하면서, 핸드링성을 향상시키기 위한 가공으로서, 소위 TAIKO(등록상표) 연삭이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). TAIKO 연삭에서는, 웨이퍼의 이면 중, 디바이스가 설치된 영역에 해당하는 중앙부를 연삭하여 오목부를 형성하고, 외주부에 링형 보강부를 갖는 형상으로 연삭하는 수법이다.
TAIKO 연삭된 웨이퍼에서는, 연삭후에 웨이퍼의 이면에 생기는 연삭 왜곡을 연마에 의해 제거할 필요가 있다. 예컨대, 오목부보다 직경이 작은 연마 패드를 이용하여 웨이퍼의 이면을 연마하는 경우, 연마 패드가 오목부 전면(全面)을 동시에 덮을 수는 없기 때문에, 생산성이 나쁘고, 링형 보강부를 따르는 오목부의 외주 가장자리에, 연마할 수 없거나 또는 충분히 연마할 수 없는 영역이 생기는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는, 이면에 링형 보강부를 구비하는 웨이퍼의 오목부를 연마함에 있어서, 생산성과 가공성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 표면에 복수의 디바이스가 형성된 디바이스 영역과 그 디바이스 영역을 둘러싸는 외주 잉여 영역을 구비하는 웨이퍼의 가공 방법으로서, 그 웨이퍼의 표면측을 척테이블에 유지하고, 그 웨이퍼의 이면 중 그 디바이스 영역에 해당하는 영역을 연삭하여 오목부를 형성함으로써, 그 오목부의 외주측에 그 외주 잉여 영역을 포함하는 링형 보강부를 형성하는 링형 보강부 형성 공정과, 그 웨이퍼의 표면측을 척테이블에 유지하고, 그 오목부를 노출시켜, 그 이면에 연마액을 공급하면서 척테이블과 그 웨이퍼와 동등 이상의 직경을 갖는 연마 패드를 회전시켜 그 연마 패드를 그 웨이퍼의 이면에 압박함으로써 그 오목부를 연마하는 연마 공정을 갖는 것이다.
이 구성에 의하면, 웨이퍼와 동등 이상의 직경을 갖는 연마 패드를 이용함으로써, 오목부와 링형 보강부를 동시에 연마할 수 있으므로, 링형 보강부를 따르는 오목부의 외주 가장자리 근방까지 충분히 연마할 수 있어, 웨이퍼의 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 이 구성에 있어서, 그 연마 공정을 실시한 후, 그 연마액과는 상이한 린스액을 회전하는 그 웨이퍼의 이면에 공급하면서 그 연마 패드를 회전시키면서 압박하여 그 오목부에 게터링층을 형성하는 게터링층 형성 공정을 구비해도 좋다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼와 동등 이상의 직경을 갖는 연마 패드를 이용함으로써, 오목부와 링형 보강부를 동시에 연마할 수 있으므로, 링형 보강부를 따르는 오목부의 외주 가장자리 근방까지 충분히 연마할 수 있어, 웨이퍼의 생산성 향상을 도모할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법의 가공 대상이 되는 디바이스 웨이퍼를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법을 실행하는 연삭 연마 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 연삭 유닛에 의해 웨이퍼의 이면을 연삭하고 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 연삭된 웨이퍼를 나타내는 측단면도이다.
도 5는, 연마 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은, 연마 유닛의 주변 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은, 도 6의 구성에 있어서 웨이퍼의 이면을 연마하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 웨이퍼의 이면측을 연마할 때의 연마 패드의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 연삭흔의 관찰 위치를 나타내는 도면이다.
도 10은, 웨이퍼의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 11은, 웨이퍼의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 12는, 다른 형태에 관한 연마 유닛의 주변 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법을 실행하는 연삭 연마 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 연삭 유닛에 의해 웨이퍼의 이면을 연삭하고 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 연삭된 웨이퍼를 나타내는 측단면도이다.
도 5는, 연마 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은, 연마 유닛의 주변 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은, 도 6의 구성에 있어서 웨이퍼의 이면을 연마하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 웨이퍼의 이면측을 연마할 때의 연마 패드의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 연삭흔의 관찰 위치를 나타내는 도면이다.
도 10은, 웨이퍼의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 11은, 웨이퍼의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 12는, 다른 형태에 관한 연마 유닛의 주변 구성을 나타내는 모식도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러가지 생략, 치환 또는 변경을 할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법의 가공 대상이 되는 디바이스 웨이퍼를 나타내는 사시도이다. 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법은, 디바이스 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)(W)에, 소위 TAIKO 연삭을 실시함과 함께, 연삭 왜곡을 연마에 의해 제거하는 것이다. 웨이퍼(W)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘을 모재로 하는 원판형의 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼이다. 웨이퍼(W)는, 표면(WS)에 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(분할 예정 라인)(S)에 의해 구획된 영역에 디바이스(DB)가 형성된 디바이스 영역(W1)과, 디바이스 영역(W1)을 둘러싸는 외주 잉여 영역(W2)을 구비하고 있다. 또, 도 1에서는, 편의적으로 디바이스 영역(W1)과 외주 잉여 영역(W2)의 경계를 일점쇄선으로 나타내고 있지만, 실제로는 경계에 선은 존재하지 않는다. 또한, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에는, 웨이퍼(W)의 결정 방위를 나타내는 노치(WA)가 형성되어 있다.
웨이퍼(W)는, 표면(WS) 뒤쪽의 이면(WR) 중, 디바이스 영역(W1)에 해당하는 영역을 소정 두께까지 연삭한 후 연마 가공을 행한다. 또, 웨이퍼(W)는, 연삭 및 연마 가공이 실시되는 판형의 워크이면 좋고, 실리콘 이외의 재료(예컨대 갈륨비소 등)의 반도체 기판이어도 좋다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법을 실행하는 연삭 연마 장치의 일례를 나타내는 사시도이다. 연삭 연마 장치(2)는, 풀오토 타입의 가공 장치이며, 제어부(100)의 제어하에, 웨이퍼(W)에 대하여 반입 처리, 조(粗)연삭 가공, 마무리 연삭 가공, 연마 가공, 게터링층 가공, 세정 처리, 반출 처리로 이루어진 일련의 작업을 전자동으로 실시하도록 구성되어 있다.
연삭 연마 장치(2)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 구성부를 지지하는 베이스(4)를 구비하고 있다. 베이스(4)의 상면의 전단측에는 개구(4a)가 형성되어 있고, 이 개구(4a) 내에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제1 반송 유닛(6)이 설치된다. 또한, 개구(4a)의 더욱 전단측의 영역에는, 각각 복수의 웨이퍼(W)를 수용 가능한 카세트(8a, 8b)를 얹는 배치대(10a, 10b)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는, 카세트(8a, 8b)에 수용된 상태로 연삭 연마 장치(2)에 반입된다.
또한, 베이스(4)에는, 웨이퍼(W)의 위치 맞춤을 행하는 얼라인먼트 기구(12)가 설치된다. 이 얼라인먼트 기구(12)는, 웨이퍼(W)가 임시로 배치되는 임시 배치 테이블(14)을 포함하며, 예컨대 카세트(8a)로부터 제1 반송 유닛(6)에 의해 반송되어, 임시 배치 테이블(14)에 임시로 배치된 웨이퍼(W)의 중심을 위치 맞춤한다.
베이스(4)에는, 얼라인먼트 기구(12)에 걸쳐 있는 도어형의 지지 구조(16)가 배치되어 있다. 이 지지 구조(16)에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 제2 반송 유닛(18)이 설치된다. 제2 반송 유닛(18)은, 좌우 방향(X축 방향), 전후 방향(Y축 방향) 및 상하 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하며, 예컨대, 얼라인먼트 기구(12)에 의해 위치 맞춤된 웨이퍼(W)를 후방(도 2 중 +Y 방향)으로 반송한다.
개구(4a) 및 얼라인먼트 기구(12)의 후방에는 개구(4b)가 형성되어 있다. 이 개구(4b) 내에는, 수직 방향으로 연장되는 회전축의 둘레에 회전하는 원반형의 턴테이블(20)이 배치되어 있다. 턴테이블(20)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 흡인 유지하는 4개의 척테이블(유지부)(22)이 대략 등각도 간격으로 설치되어 있다.
제2 반송 유닛(18)에 의해 얼라인먼트 기구(12)로부터 반출된 웨이퍼(W)는, 이면측이 상측에 노출되도록, 전방측의 반입 반출 위치(A)에 위치 부여된 척테이블(22)에 반입된다. 턴테이블(20)은 시계 방향(R)으로 회전하며, 척테이블(22)을, 반입 반출 위치(A), 조연삭 위치(B), 마무리 연삭 위치(C), 연마 위치(D)의 순으로 위치 부여한다.
각 척테이블(22)은, 각각 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)과 연결되어 있고, 수직 방향으로 연장되는 회전축의 둘레에 회전 가능하게 구성되어 있고, 본 실시형태에서는, 각 척테이블(22)은, 제어부(100)의 제어에 의해 소정 속도(예컨대 300∼1000 rpm)로 회전 가능하게 되어 있다. 각 척테이블(22)의 상면은, 웨이퍼(W)를 흡인 유지하는 유지면으로 되어 있다. 이 유지면은, 척테이블(22)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음)를 통하여 흡인원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 척테이블(22)에 반입된 웨이퍼(W)는, 유지면에 작용하는 흡인원의 부압에 의해 표면측이 흡인된다.
턴테이블(20)의 후방에는, 상측으로 신장된 벽형의 지지 구조(24)가 세워져 있다. 지지 구조(24)의 전면(前面)에는, 2조의 승강 기구(26)가 설치된다. 각 승강 기구(26)는, 수직 방향(Z축 방향)으로 신장된 2개의 승강 가이드 레일(28)을 구비하고 있고, 이 승강 가이드 레일(28)에는, 승강 테이블(30)이 슬라이드 가능하게 설치되어 있다.
승강 테이블(30)의 후면측에는 너트부(도시하지 않음)가 고정되어 있고, 이 너트부에는, 승강 가이드 레일(28)과 평행한 승강 볼나사(32)가 나사 결합되어 있다. 승강 볼나사(32)의 일단부에는, 승강 펄스 모터(34)가 연결되어 있다. 승강 펄스 모터(34)에 의해 승강 볼나사(32)를 회전시킴으로써, 승강 테이블(30)은 승강 가이드 레일(28)을 따라서 상하로 이동한다.
승강 테이블(30)의 전면(前面)에는 고정구(36)가 설치된다. 조연삭 위치(B)의 상측에 위치 부여된 승강 테이블(30)의 고정구(36)에는, 웨이퍼(W)를 조연삭하는 조연삭용의 연삭 유닛(38a)이 고정되어 있다. 한편, 마무리 연삭 위치(C)의 상측에 위치 부여된 승강 테이블(30)의 고정구(36)에는, 웨이퍼(W)를 마무리 연삭하는 마무리 연삭용의 연삭 유닛(38b)이 고정되어 있다. 연삭 유닛(38a, 38b)의 스핀들 하우징(40)에는, 각각 회전축을 구성하는 스핀들(42)이 수용되어 있고, 각 스핀들(42)의 하단부(선단부)에는 원반형의 휠마운트(44)가 고정되어 있다. 연삭 유닛(38a)의 휠마운트(44)의 하면에는, 조연삭용의 연삭 지석을 구비한 연삭휠(46a)이 장착되어 있고, 연삭 유닛(38b)의 휠마운트(44)의 하면에는, 마무리 연삭용의 연삭 지석을 구비한 연삭휠(46b)이 장착되어 있다. 각 스핀들(42)의 상단측에는 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 연결되어 있고, 연삭휠(46a, 46b)은, 회전 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 회전한다.
척테이블(22) 및 스핀들(42)을 회전시키면서 연삭휠(46a, 46b)을 하강시켜, 순수 등의 연삭액을 공급하면서 웨이퍼(W)의 이면측에 접촉시킴으로써, 웨이퍼(W)를 조연삭 또는 마무리 연삭할 수 있다. 또한, 연마 위치(D)의 근방에는, 연삭 유닛(38a, 38b)에 의해 연삭된 웨이퍼(W)의 이면을 연마함과 함께, 그 이면에 게터링층(G)(도 1)을 생성하는 연마 유닛(48)이 설치된다.
얼라인먼트 기구(12)의 전방에는 웨이퍼(W)를 세정하는 세정 유닛(52)이 설치되어 있고, 연마 및 게터링층(G)이 형성된 후의 웨이퍼(W)는, 제2 반송 유닛(18)에 의해 척테이블(22)로부터 세정 유닛(52)으로 반송된다. 세정 유닛(52)에 의해 세정된 웨이퍼(W)는, 제1 반송 유닛(6)에 의해 반송되어 카세트(8b)에 수용된다.
다음으로, 연삭 유닛에 관해 설명한다. 도 3은, 연삭 유닛에 의해 웨이퍼의 이면을 연삭하고 있는 상태를 나타내는 사시도이며, 도 4는, 연삭된 웨이퍼를 나타내는 측단면도이다. 연삭 유닛(38a(38b))은, 전술한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 이면(WR)측을 연삭한다. 웨이퍼(W)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 표면(WS)측에 디바이스(DB)(도 1)를 보호하기 위해서 표면 보호 테이프(T)가 접착되고, 이 표면 보호 테이프(T)를 통해 척테이블(22)에 유지된다. 연삭 유닛(38a(38b))은, 조연삭용(마무리 연삭용)의 연삭 지석이 설치된 연삭휠(46a(46b))을 구비한다. 이 연삭휠(46a(46b))은, 외경이 웨이퍼(W)의 디바이스 영역(W1)의 반경보다 크고, 또한 디바이스 영역(W1)의 직경보다 작아지도록 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 척테이블(22)을 회전시킴과 함께, 연삭휠(46a)을 회전시키면서 하강시키는 것에 의해, 회전하는 연삭 지석이 회전하는 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 접촉하여 연삭이 행해진다. 이 때, 예컨대 연삭휠(46a)의 연삭 지석을, 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 회전 중심에 항상 접촉시킴과 함께, 웨이퍼(W)의 외주 잉여 영역(W2)의 이면측에 접촉시키지 않도록 제어한다. 이러한 제어에 의해, 이면(WR) 중, 디바이스 영역(W1)에 해당하는 중앙부의 영역만이 연삭되어, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 이면(WR)에 오목부(W3)가 형성되고, 외주 잉여 영역(W2)에 해당하는 부분에는, 연삭전과 동일한 두께를 갖는 링형 보강부(W4)가 잔존하여 형성된다. 도 3 및 도 4에는 과장하여 그리고 있지만, 예컨대 웨이퍼(W)의 직경을 300 mm로 한 경우, 링형 보강부(W4)의 폭은 2∼3 mm 정도이면 된다. 또한, 링형 보강부(W4)의 두께는 수백 ㎛인 것이 바람직하다. 한편, 오목부(W3)의 두께는 10∼100 ㎛ 정도로 얇게 할 수 있다.
도 5는, 연마 유닛의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 6은, 연마 유닛의 주변 구성을 나타내는 모식도이다. 도 7은, 도 6의 구성에 있어서 웨이퍼의 이면을 연마하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다. 베이스(4)(도 2)의 상면에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 블록형의 지지 구조(54)가 세워져 있다. 지지 구조(54)의 후면에는, 연마 유닛(48)을 수평 방향(여기서는, X축 방향)으로 이동시키는 수평 이동 유닛(56)이 설치된다.
수평 이동 유닛(56)은, 지지 구조(54)의 후면에 고정되며 수평 방향(X축 방향)에 평행한 한쌍의 수평 가이드 레일(58)을 구비한다. 수평 가이드 레일(58)에는, 수평 이동 테이블(57)이 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 수평 이동 테이블(57)의 후면측에는 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 너트부에는, 수평 가이드 레일(58)과 평행한 수평 볼나사(도시하지 않음)가 나사 결합되어 있다.
수평 볼나사의 일단부에는 펄스 모터(59)가 연결되어 있다. 펄스 모터(59)로 수평 볼나사를 회전시킴으로써, 수평 이동 테이블(57)은 수평 가이드 레일(58)을 따라서 수평 방향(X축 방향)으로 이동한다. 수평 이동 테이블(57)의 후면측에는, 연마 유닛(48)을 수직 방향(Z축 방향)으로 이동시키는 수직 이동 유닛(64)이 설치된다. 수직 이동 유닛(64)은, 수평 이동 테이블(57)의 후면에 고정되며 수직 방향(Z축 방향)에 평행한 한쌍의 수직 가이드 레일(66)을 구비한다. 수직 가이드 레일(66)에는, 수직 이동 테이블(68)이 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 수직 이동 테이블(68)의 전면측(이면측)에는 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 너트부에는, 수직 가이드 레일(66)과 평행한 수직 볼나사(도시하지 않음)가 나사 결합되어 있다.
수직 볼나사의 일단부에는 펄스 모터(70)가 연결되어 있다. 펄스 모터(70)로 수직 볼나사를 회전시킴으로써, 수직 이동 테이블(68)은 수직 가이드 레일(66)을 따라서 수직 방향(Z축 방향)으로 이동한다. 수직 이동 테이블(68)의 후면(표면)에는, 웨이퍼(W)의 상면을 연마하는 연마 유닛(48)이 고정되어 있다. 연마 유닛(48)의 스핀들 하우징(72)에는, 회전축을 구성하는 스핀들(74)이 수용되어 있고, 스핀들(74)의 하단부(선단부)에는 원반형의 휠마운트(76)가 고정되어 있다. 휠마운트(76)의 하면에는, 휠마운트(76)와 대략 직경이 동일한 연마휠(78)이 장착되어 있다. 연마휠(78)은, 스테인레스 등의 금속 재료로 형성된 휠베이스(78a)와, 이 휠베이스(78a)의 하면에 부착되는 원반형의 연마 패드(78b)를 구비한다.
연마 패드(78b)는, 예컨대 우레탄 및/또는 부직포로 이루어진 기재 중에 지립을 분산시켜 적절한 액상의 결합제로 고정한 고정 지립형의 연마 패드를 적합하게 이용할 수 있다. 고정 지립형의 연마 패드로는, 예컨대 고상 반응 미립자로서 실리카(SiO2) 입자나, 실리카 입자에 더하여 GC(Green Carbide) 지립을 상기 기재 중에 함유시킨 것이 바람직하다. 고상 반응 미립자로는, 실리카에 한정되지 않고, 산화세륨(CeO2)이나 지르코니아(ZeO2) 등을 이용해도 좋다. 지립은, 웨이퍼(W)보다 모스 경도가 높고, 그 웨이퍼(W)를 연마할 수 있는 것이면 좋고, 예컨대 웨이퍼(W)가 실리콘 웨이퍼인 경우, 모스 경도 5 이상의 물질을 주재료로 한 지립재가 바람직하고, 예컨대 GC 지립 대신에 다이아몬드나 알루미나, 산화세륨, cBN(입방정 질화붕소) 등의 지립을 함유시키도록 해도 좋다.
연마 유닛(48)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스핀들(74), 휠마운트(76) 및 휠베이스(78a)를 관통하는 유체 공급로(79)를 구비한다. 이 유체 공급로(79)는, 척테이블(22)에 유지되고 노출된 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 연마액 혹은 린스액을 공급하는 유로이며, 이 유체 공급로(79)에는, 도시하지 않은 전자 전환 밸브를 통해 연마액 공급원 및 린스액 공급원이 선택적으로 접속되어 있다. 연마액은, 웨이퍼(W)의 이면(WR)을 연마 가공할 때에 공급되는 액체이며, 웨이퍼(W)와 화학 반응을 일으켜 CMP(화학 기계 연마; Chemical Mechanical Polishing)을 실시할 수 있는 물질이 포함된다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)가 실리콘 웨이퍼이므로, 예컨대 알칼리성의 연마액이 사용된다. 또한, 린스액은, 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 게터링층(G)(도 1)을 생성할 때에 공급되는 액체이고, 웨이퍼(W)와 실질적으로 화학 반응이 생기지 않는 물질만으로 구성되며, 예컨대 순수가 이용된다.
본 실시형태에서는, 연마 패드(78b)는, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)와 동등 이상의 큰 직경(예컨대, 웨이퍼(W); 300 mm, 연마 패드; 450 mm)으로 형성되며, 연마 유닛(48)은, 웨이퍼(W)의 이면(WR) 전면(全面)을 덮으면서, 척테이블(22)에 대하여 편심하여 배치된다. 구체적으로는, 연마 패드(78b)는, 웨이퍼(W)의 이면(WR)에서의 링형 보강부(W4) 및 오목부(W3)를 덮도록 배치되며, 단일 연마 패드(78b)에 의해, 링형 보강부(W4) 및 오목부(W3)를 동시에 연마한다. 본 실시형태에서는, 연마 패드(78b)와 웨이퍼(W)가 동일한 배치 관계에서, 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 게터링층(G)(도 1)이 생성된다.
다음으로, 웨이퍼의 가공 방법에 관해 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 카세트(8a)에 수용된 웨이퍼(W)는, 제1 반송 유닛(6)에 의해 카세트(8a)로부터 인출되어 임시 배치 테이블(14)까지 반송되고, 임시 배치 테이블(14)에서 웨이퍼(W)의 중심을 위치 맞춤한다.
계속해서, 제2 반송 유닛(18)은, 임시 배치 테이블(14)에서 위치 맞춤된 웨이퍼(W)를 반입 반출 위치(A)에 위치 부여된 척테이블(22)에 반송하고, 표면 보호 테이프(T)를 하측으로 하여 척테이블(22)에 의해 흡인 유지된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)는, 척테이블(22)에서 유지되고 이면(WR)이 노출된다. 이 웨이퍼(W)를 척테이블(22)에서 흡인 유지한 후, 턴테이블(20)을 화살표 R로 나타내는 시계 방향으로 90도 회전시킨다. 이에 따라, 척테이블(22)에 유지된 웨이퍼(W)는, 조연삭용의 연삭 유닛(38a)에 대향하는 조연삭 위치(B)에 위치 부여된다.
웨이퍼(W)의 조연삭에서는, 조연삭 위치(B)에 위치 부여된 웨이퍼(W)에 대하여, 척테이블(22)을 예컨대 300 rpm으로 회전시키면서, 연삭휠(46a)을 척테이블(22)과 동일 방향으로 예컨대 6000 rpm으로 회전시킴과 함께, 연삭액을 공급하면서 승강 펄스 모터(34)를 작동하여 조연삭용의 연삭 지석을 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 접촉시킨다. 이 때, 예컨대, 연삭휠(46a)의 연삭 지석을 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 회전 중심에 항상 접촉시킴과 동시에, 웨이퍼(W)의 외주 잉여 영역(W2)의 이면측에 접촉시키지 않도록 제어하고, 연삭휠(46a)을 소정의 연삭 이송 속도로 하측으로 소정량 이송하여, 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 조연삭을 실시한다. 이러한 제어에 의해, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이면(WR) 중 디바이스 영역(W1)에 해당하는 중앙부의 영역만이 연삭되어 오목부(W3)가 형성됨과 함께, 오목부(W3)의 주위에 외주 잉여 영역(W2)을 포함하는 링형 보강부(W4)가 잔존하여 형성된다(링형 보강부 형성 공정). 이 링형 보강부(W4)는 연삭되지 않았기 때문에, 연삭전과 동일한 두께를 갖는다.
조연삭이 종료하면, 턴테이블(20)을 시계 방향으로 90도 더 회전시켜, 조연삭이 종료한 웨이퍼(W)를 마무리 연삭 위치(C)에 위치 부여한다. 이 마무리 연삭에서는, 척테이블(22)을 예컨대 300 rpm으로 회전시키면서, 연삭휠(46b)을 척테이블(22)과 동일 방향으로 예컨대 6000 rpm으로 회전시킴과 함께, 연삭액을 공급하면서 승강 펄스 모터(34)를 작동하여 마무리 연삭용의 연삭 지석을 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 접촉시킨다. 이 경우에도, 예컨대 연삭휠(46b)의 연삭 지석을 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 회전 중심에 항상 접촉시킴과 함께, 웨이퍼(W)의 외주 잉여 영역(W2)의 이면측에 접촉시키지 않도록 제어하고, 연삭휠(46b)을 소정의 연삭 이송 속도로 하측으로 소정량 이송하여, 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 마무리 연삭을 실시한다. 이 마무리 연삭에 의해, 웨이퍼(W)의 오목부(W3)를 원하는 두께(예컨대 30 ㎛)로 마무리한다. 본 실시형태에서는, 링형 보강부 형성 공정에는, 조연삭뿐만 아니라 마무리 연삭의 공정도 포함한다.
마무리 연삭이 종료한 웨이퍼(W)를 유지한 척테이블(22)은, 턴테이블(20)을 시계 방향으로 90도 더 회전시킴으로써, 연마 유닛(48)에 대향하는 연마 위치(D)에 위치 부여되고, 연마 공정이 실시된다.
연마 공정에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 연마 유닛(48)의 연마 패드(78b)가 웨이퍼(W)의 이면(WR) 전면(全面)을 덮은 상태로 연마를 실시한다. 이 연마 공정에 있어서, 유체 공급로(79)는 전자 전환 밸브(61)를 통해 연마액 공급원(62)에 접속되고, 유체 공급로(79)를 통하여 알칼리성의 연마액을 웨이퍼(W)의 이면(WR)과 연마 패드(78b)에 공급한다. 그리고, 척테이블(22)을 화살표 α방향으로, 예컨대 505 rpm으로 회전시킴과 함께, 연마 패드(78b)를 화살표 α방향으로, 예컨대 500 rpm으로 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 연마 패드(78b)를 소정 하중(예컨대 25 kPa)으로 압박하여 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 연마를 실시한다. 이 연마 공정에 의해, 상기 링형 보강부 형성 공정에서 웨이퍼(W)의 이면(WR)을 연삭했을 때에 생성된 연삭 왜곡이 제거된다. 이 연마 공정에서는, 연마 패드(78b)의 기재가 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 이면(WR)의 형상에 따라서 탄성 변형하기 때문에, 오목부(W3) 및 링형 보강부(W4)의 거의 전면을 동시에 연마할 수 있어, 연마 시간의 단축을 도모하여, 연마 가공의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 웨이퍼의 가공 방법에서는, 웨이퍼(W)의 이면(WR)을 연마하는 연마 공정에 이어서, 그 이면(WR)에 게터링층을 형성하는 게터링층 형성 공정을 실행할 수도 있다. 이 게터링층 형성 공정은, 연마 공정과 마찬가지로 연마 유닛(48)을 이용하여 실행할 수 있다. 게터링층은, 웨이퍼(W)에 함유되는 구리(Cu) 등의 금속을 주로 하는 불순물 원자를 포착하여, 디바이스(DB)를 불순물에 의한 오염으로부터 보호하는 것이다. 이 때문에, 디바이스(DB)가, 예컨대 메모리(플래시메모리나 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등)인 경우에는, 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 게터링층을 형성함으로써 불순물에 의한 오염을 방지할 수 있다.
게터링층 형성 공정에서는, 도시는 생략했지만, 전자 전환 밸브(61)를 전환하여, 유체 공급로(79)에 린스액 공급원(63)을 접속하고, 유체 공급로(79)에 통하여 린스액(순수)을 웨이퍼(W)의 이면(WR) 및 연마 패드(78b)에 공급한다. 그리고, 연마 공정과 마찬가지로, 척테이블(22)을 화살표 α방향으로, 예컨대 505 rpm으로 회전시킴과 함께, 연마 패드(78b)를 화살표 α방향으로, 예컨대 500 rpm으로 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 연마 패드(78b)를 연마 공정보다 작은 소정 하중(예컨대 5 kPa)으로 압박하여, 웨이퍼(W)의 이면(WR)(오목부(W3))에 게터링층을 형성한다. 이 게터링층 형성 공정은, 연마 공정에 이어서 실행되는 부가적인 공정이므로, 게터링층 형성 공정을 실행하지 않고 연마 공정에서 종료해도 좋다.
다음으로, 연마 패드(78b)의 기재의 경도와 웨이퍼(W)의 오목부(W3)의 연마 영역에 관해 설명한다. 도 8은, 웨이퍼의 이면측을 연마할 때의 연마 패드의 상태를 나타내는 모식도이고, 도 9는, 연삭흔의 관찰 위치를 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태의 웨이퍼(W)는, 이면(WR)에 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 구비하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마하는 경우, 연마 패드(78b)는, 웨이퍼(W)의 형상에 따라서 탄성 변형한다. 여기서, 링형 보강부(W4)는, 오목부(W3)보다 소정의 높이 H1(예컨대 수백 ㎛) 높은 위치에 있기 때문에, 이 링형 보강부(W4)를 따르는 오목부(W3)의 외주부(W3A)에는, 연마 패드(78b)가 접촉하지 않아 연마할 수 없거나 혹은 충분히 연마할 수 없는 영역이 생기는 것이 상정된다.
발명자는 이 문제를 감안하여, 연마 패드(78b)의 기재의 경도와 오목부(W3)의 연마 영역에 관해 예의 연구했다. 구체적으로는, 오목부(W3)의 주위에 링형 보강부(W4)가 형성된 웨이퍼(W)를 이용하여, 오목부(W3)의 외주부(W3A)에 잔존하는 마무리 연삭시의 연삭흔(Saw Mark)을 관찰하고, 링형 보강부(W4)의 내벽(W4A)으로부터 연삭흔이 잔존하는 위치까지의 거리 L2를 측정했다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 일례로서, 직경 300 mm이며, 링형 보강부(W4)의 폭 L1이 2.1 mm, 오목부(W3)로부터 링형 보강부(W4)의 높이 H1이 625 ㎛인 실리콘 웨이퍼를 이용했다. 이 때의 폭 L1과 높이 H1의 비 L1/H1은 3 이상 4 이하가 바람직하며, 이 예에서는 L1/H1=3.36이다. 연삭흔의 관찰은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 노치(WA)에 해당하는 위치를 포함하는 90도마다 4개소에서 행했다. 또한, 연삭흔의 관찰에는 광학 현미경을 이용했다.
여기서, 동일 형상의 웨이퍼(W)를, 이 웨이퍼(W)보다 작은 직경(예컨대 150 mm)의 연마 패드를 이용한 종래의 구성에서는, 링형 보강부(W4)의 내벽(W4A)으로부터 연삭흔이 잔존하는 위치까지의 거리 L2는 약 0.6 mm(600 ㎛)정도였다.
이에 비해, 본 실시형태에서는, 경도가 높음(A 경도로 49) 및 낮음(A 경도로 46)인 2개의 연마 패드(78b)를 준비하고, 각각의 연마 패드를 이용하여 웨이퍼(W)의 오목부(W3)를 연마했다. 연마후의 웨이퍼(W)에 관해, 도 9의 (1)∼(4)의 위치에서 연삭흔을 관찰했다. 이들의 관찰 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)보다 큰 직경의 연마 패드(78b)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마하는 구성에서는, 경도의 값에 상관없이, 종래의 구성보다 연삭흔이 잔존하는 위치까지의 거리 L2(표 1에서의 연마 거리)가 단축되어 있고, 종래의 1/4 이하로 되어 있다. 이 예에서는, A 경도가 낮은 연마 패드에서는 그 효과가 보다 커서, 종래의 구성과 비교하여, 연삭흔이 잔존하는 위치까지의 거리 L2를 1/8 이하로 할 수 있고, 오목부(W3)의 연마 영역을 보다 크게 할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마하기 때문에, 연마 가공의 시간이 단축되어, 종래의 구성에서의 연마시간이 약 5분이었던데 비해, 본 실시형태에서는 약 90초로 단축할 수 있었다. 또한, 웨이퍼(W) 내의 제거량(연마 레이트)의 변동이 작아진다고 하는 효과도 보였다.
본 실시형태에서는, 링형 보강부(W4)의 폭 L1이 2.1 mm, 오목부(W3)로부터 링형 보강부(W4)의 높이 H1이 625 ㎛(L1/H1=3.36)인 웨이퍼(W)를 이용했지만, 이것에 한정되지 않는다. 연마 패드의 추종 용이함의 관점에서는, 링형 보강부(W4)의 높이 H1이 낮은, 및/또는 링형 보강부(W4)의 내벽이 경사형으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 도 10 및 도 11은, 웨이퍼(W)의 변형예를 나타내는 모식도이다. 이 도 10에 나타낸 바와 같이, 오목부(W3)로부터 링형 보강부(W4)의 높이 H1을, 도 8의 예보다 낮게 한 웨이퍼(W)를 이용해도 좋다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 링형 보강부(W4)의 내벽(W4A)을 링형 보강부(W4)로부터 중심으로 갈수록 경사진 경사면으로서 형성해도 좋다.
본 실시형태에 의하면, 웨이퍼(W)보다 큰 직경의 연마 패드(78b)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 전면(全面)을 덮고, 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마하기 때문에, 오목부(W3)에 연마 시간이 단축되어, 웨이퍼(W)의 가공성 및 생산성이 향상되었다. 또한, 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마함으로써, 링형 보강부(W4)를 따르는 오목부(W3)의 외주부 근방까지 충분히 연마할 수 있기 때문에, 그 만큼 웨이퍼(W)로부터 잘라내는 칩의 수를 늘릴 수 있다. 또한, 연마 패드(78b)를 이용하여 연마를 행함으로써, 예컨대 웨트 에칭에 의해 연삭 왜곡을 제거하는 구성(스트레스 릴리프)에 비교해서, 연마후의 웨이퍼(W)(오목부(W3))의 평탄성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 연마 공정을 실시한 후, 연마액과는 상이한 린스액을 회전하는 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 공급하면서 연마 패드(78)를 회전시키면서 압박하여 오목부(W3)에 게터링층을 형성하는 게터링층 형성 공정을 구비하기 때문에, 연마 공정과 동일한 연마 패드(78b)를 이용하여 게터링층을 용이하게 형성할 수 있다.
다음으로, 연마 유닛의 다른 형태에 관해 설명한다. 도 12는, 다른 형태에 관한 연마 유닛의 주변 구성을 나타내는 모식도이다. 다른 형태에서는, 연마 유닛(148)은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(178b)에 의해 웨이퍼(W)의 이면(WR)을 부분적으로 덮어 연마한다. 이 연마 유닛(148)이 구비하는 스핀들 하우징(172), 스핀들(174), 휠마운트(176), 연마휠(78) 및 휠베이스(178a)는, 상기 연마 유닛(48)의 각 부와 동등한 구성이므로 설명을 생략한다. 연마 패드(178b)는, 웨이퍼(W)와 동등 이상의 큰 직경(예컨대, 웨이퍼(W); 300 mm, 연마 패드; 300 mm)으로 형성되며, 연마 유닛(148)은, 척테이블(22)에 대하여 크게 편심하여 배치된다. 구체적으로는, 연마 패드(178b)의 외주부가 웨이퍼(W)의 이면(WR)의 중심을 덮고, 또한, 웨이퍼(W)의 이면(WR)으로부터 직경 방향으로 연장되도록(비어져 나오도록) 연마 패드(178b)가 배치되어 있다. 이 상태로, 척테이블(22) 및 연마 유닛(148)을 회전시킴으로써, 연마 패드(178b)가 웨이퍼(W)의 이면(WR)을 부분적으로 압박하고, 웨이퍼(W)의 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마한다.
또한, 연마휠(178)의 근방에는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 척테이블(22)에 유지되고 노출된 웨이퍼(W)의 이면(WR)에 연마액 혹은 린스액을 공급하는 가공액 공급 노즐(60)이 배치되어 있다. 이 가공액 공급 노즐(60)은, 전자 전환 밸브(61)를 통해 연마액 공급원(62) 및 린스액 공급원(63)에 선택적으로 접속된다. 이 구성에 있어서도, 연마 패드(178b)가 웨이퍼(W)의 이면(WR)을 부분적으로 압박하고, 웨이퍼(W)의 오목부(W3)와 링형 보강부(W4)를 동시에 연마함으로써, 링형 보강부(W4)를 따르는 오목부(W3)의 외주부 근방까지 충분히 연마할 수 있기 때문에, 그 만큼, 웨이퍼(W)로부터 잘라내는 칩의 수를 늘릴 수 있다. 또한, 연마 패드(178b)를 이용하여 연마를 행함으로써, 예컨대 직경이 작은 연마 패드를 웨이퍼(W)의 오목부에만 접촉시켜 연삭 왜곡을 제거하는 구성(스트레스 릴리프)에 비교해서, 연마후의 웨이퍼(W)(오목부(W3))의 평탄성을 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 일실시형태에 관해 설명했지만, 상기 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 예컨대, 본 실시형태에서는, 링형 보강부 형성 공정과 연마 공정을, 조연삭용 및 마무리 연삭용의 연삭 유닛(38a, 38b)과 연마 유닛(48)을 구비한 연삭 연마 장치(2)를 이용하여 실행하고 있지만, 예컨대, 링형 보강부 형성 공정과 연마 공정을 각각 연삭 유닛, 연마 유닛을 구비한 별개의 장치로 실행해도 좋은 것은 물론이다.
또한, 본 실시형태에서는, 연마 패드(78b)로서, 우레탄 및/또는 부직포로 이루어진 기재 중에 지립을 고정시킨 고정 지립 연마 패드를 예시했지만, 연마액에 지립을 분산시킨 상태로 공급하고 지립을 고정시키지 않은 연마 패드를 이용하여, 웨이퍼(W)의 연마를 행해도 좋다.
2 : 연삭 연마 장치
22 : 척테이블
38a, 38b : 연삭 유닛
46a, 46b : 연삭휠
48, 148 : 연마 유닛
78, 178 : 연마휠
78b, 178b : 연마 패드
W : 웨이퍼
W1 : 디바이스 영역
W2 : 외주 잉여 영역
W3 : 오목부
W3A : 외주부
W4 : 링형 보강부
W4A : 내벽
WR : 이면
22 : 척테이블
38a, 38b : 연삭 유닛
46a, 46b : 연삭휠
48, 148 : 연마 유닛
78, 178 : 연마휠
78b, 178b : 연마 패드
W : 웨이퍼
W1 : 디바이스 영역
W2 : 외주 잉여 영역
W3 : 오목부
W3A : 외주부
W4 : 링형 보강부
W4A : 내벽
WR : 이면
Claims (2)
- 표면에 복수의 디바이스가 형성된 디바이스 영역과 상기 디바이스 영역을 둘러싸는 외주 잉여 영역을 구비하는 웨이퍼의 가공 방법으로서,
상기 웨이퍼의 표면측을 척테이블에 유지하고, 상기 웨이퍼의 이면 중 상기 디바이스 영역에 해당하는 영역을 연삭하여 오목부를 형성함으로써, 상기 오목부의 외주측에 상기 외주 잉여 영역을 포함하는 링형 보강부를 형성하는 링형 보강부 형성 공정과,
상기 웨이퍼의 표면측을 척테이블에 유지하고, 상기 오목부를 노출시켜, 상기 이면에 연마액을 공급하면서 척테이블과 상기 웨이퍼와 동등 이상의 직경을 갖는 연마 패드를 회전시켜 상기 연마 패드를 상기 웨이퍼의 이면에 압박함으로써 상기 오목부를 연마하는 연마 공정을 포함하는 웨이퍼의 가공 방법. - 제1항에 있어서, 상기 연마 공정을 실시한 후, 상기 연마액과는 상이한 린스액을 회전하는 상기 웨이퍼의 이면에 공급하면서 상기 연마 패드를 회전시키면서 압박하여 상기 오목부에 게터링층을 형성하는 게터링층 형성 공정을 포함하는 웨이퍼의 가공 방법.
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