KR20190086103A - 웨이퍼의 오염 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼의 오염 평가 방법은, a)200mm 직경의 단결정 잉곳을 다수의 블록으로 슬라이싱하는 단계, b)블록 각각을 웨이퍼 단위로 슬라이싱하는 단계, c)절단된 웨이퍼의 평탄도를 개선하기 위해 래핑하는 단계; d)웨이퍼 내부의 데미지를 제거하기 위해 식각하는 단계; e)웨이퍼의 표면 경면화 및 평탄도를 개선하기 위해 연마하는 단계; 및 a)단계 및 b)단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서 취득된 웨이퍼를 바탕으로 오염을 평가하는 단계;를 포함한다.

Description

웨이퍼의 오염 평가 방법{Method of evaluating contamination in a wafer}
실시예는 웨이퍼의 오염을 평가하는 방법에 관한 것이다.
반도체소자 제조용 기판으로서 실리콘 웨이퍼가 널리 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 반도체를 직접화하는 영역의 순도 및 결정 특성이 우수하고, 반도체 디바이스의 수율 및 소자 특성 향상에 유리하다.
실리콘 웨이퍼는 슬라이싱(slicing) 공정, 래핑(lapping) 공정, 식각 공정 및 연마(polishing) 공정을 통해 생산된다.
한편, 반도체소자의 제조에 있어서, 웨이퍼의 오염 정도에 따른 산화막 열화현상 및 금속오염 등으로 인한 수율 저하 현상은 VLSI/ULSI 소자에서 매우 중요하게 관리되어야 하는 요소 중의 하나이다.
종래에는 연마 공정이 수행된 이후에 웨이퍼의 오염 평가가 수행되었다. 통상, 웨이퍼의 오염은 연마 공정 이전에 수행되는 슬라이싱 공정, 래핑 공정, 식각 공정 등에서 발생될 수 있다. 따라서, 종래에는 슬라이싱 공정 등에서 이미 오염으로 인한 불량으로 폐기되어야 하는 웨이퍼가 추가적으로 래핑 공정, 식각 공정 및 연마 공정을 모두 수행한 후에야 비로소 웨이퍼의 오염이 평가되어 웨이퍼의 불량이 확인됨으로써, 불필요한 후속 공정으로 수행으로 인한 공정 시간과 공정 비용의 낭비를 초래하는 문제가 있다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 적어도 연마 공정 이전에 오염에 대한 평가가 수행되어 오염에 대한 불량을 조기에 검출할 수 있는 웨이퍼의 오염 평가 방법을 제공한다.
실시예에 따른 또 다른 목적은 조기에 웨이퍼의 오염이 평가됨에도 불구하고 연마 공정 이후에 웨이퍼의 오염 평가와 동등한 평가 성능을 가질 수 있는 웨이퍼의 오염 평가 방법을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 웨이퍼의 오염 평가 방법은, a)200mm 직경의 단결정 잉곳을 다수의 블록으로 슬라이싱하는 단계; b)상기 블록 각각을 웨이퍼 단위로 슬라이싱하는 단계; c)상기 절단된 웨이퍼의 평탄도를 개선하기 위해 래핑하는 단계; d)상기 웨이퍼 내부의 데미지를 제거하기 위해 식각하는 단계; e)상기 웨이퍼의 표면 경면화 및 평탄도를 개선하기 위해 연마하는 단계; 및 상기 a)단계 및 b)단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서 취득된 웨이퍼를 바탕으로 오염을 평가하는 단계;를 포함한다.
실시예에 따른 웨이퍼의 오염 평가 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 연마 공정 이전에 수행되는 다수의 공정들, 예컨대 슬라이싱, 래핑 공정, 식각 공정 간에 적어도 1회 이상 웨이퍼의 오염을 평가하여 불량으로 폐기되어야 하는 웨이퍼를 최대한 이른 시점에 발견함으로써, 불필요한 후속 공정으로 수행으로 인한 공정 시간과 공정 비용의 낭비가 사전에 차단할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 웨이퍼의 두께를 조절하여 종래에 연마 공정 이후에 오염 평가의 평가 성능과 동등한 평가 성능을 얻어 본 분석 방법에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 200mm 직경을 가지는 웨이퍼의 오염 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 단결정 잉곳으로부터 평가용 웨이퍼를 발취하는 과정을 보여준다.
도 3은 200mm 직경 기판에 대한 종래와 실시예에서 웨이퍼의 두께와 편차를 보여준다.
도 4a는 200mm 직경 기판에 대한 800㎛이하의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 정합도를 보여준다.
도 4b는 200mm 직경 기판에 대한 800㎛이하의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포를 보여준다.
도 5a는 200mm 직경 기판에 대한 800㎛이상의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 정합도를 보여준다.
도 5b는 200mm 직경 기판에 대한 800㎛이상의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포를 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서는 연마 공정 이전에 수행되는 다수의 공정들, 예컨대 슬라이싱, 래핑 공정, 식각 공정 간에 적어도 1회 이상 웨이퍼의 오염이 평가될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 블록 형성을 위한 슬라이싱 공정(이하, 블록 형성 공정이라 함)과 웨이퍼 형성을 위한 슬라이싱 공정(이하, 웨이퍼 형성 공정이라 함) 사이에 웨이퍼의 오염이 수행되는 것을 한정하여 설명하고 있지만, 실시예는 래핑 공정 이전, 식각 공정 이전, 연마 공정 이전 등에서 웨이퍼의 오염이 평가될 수 있다. 이에 따라, 오염이 심해 폐기되어야 하는 웨이퍼가 최대한 이른 시점에 발견됨으로써, 불필요한 후속 공정으로 수행으로 인한 공정 시간과 공정 비용의 낭비가 사전에 차단될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 200mm 직경을 가지는 웨이퍼의 오염 평가 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 단결정 잉곳으로부터 평가용 웨이퍼를 발취하는 과정을 보여준다.
도 1을 참조하면, 200mm 직경으로 성장된 단결정 잉곳이 슬라이싱되어 다수의 블록이 형성될 수 있다(S11). 블록은 단결정 잉곳에서 웨이퍼를 형성하기 위한 중간 과정으로서, 생략될 수도 있다. 즉, 단결정 잉곳이 슬라이싱되어 다수의 웨이퍼가 형성될 수도 있다. 블록은 단결정 잉곳의 사이즈를 고려하여 그보다 작은 단위인 블록으로 분리하는 것으로서, 이러한 블록으로부터 다수의 웨이퍼가 형성될 수 있다. 또한 블록의 일부가 발취되어 이로부터 해당 블록에 대한 저항 특성과 같은 다양한 특성이 측정될 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 단결정이 성장 장치에 의해 단결정 잉곳(100)이 제공될 수 있다. 이와 같이 제공된 단결정 잉곳(100)이 슬라이싱되어 다수의 블록(101, 103, 105, 107)이 형성될 수 있다. 예컨대, 크롭 쏘우(crop saw) 장비를 이용하여 단결정 잉곳(100)이 슬라이싱될 수 있다. 크롭 쏘우 장비는 이미 널리 공지된 기술로서, 이와 같이 공지된 크롭 쏘우 장비로부터 다수의 블록(101, 103, 105, 107)이 형성되는 과정은 용이하게 이해될 수 있으므로, 본 실시예에서는 크롭 쏘우 장비의 구조나 동작에 대한 설명을 생략한다.
블록(101, 103, 105, 107) 중 일부분이 슬라이싱되어 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)가 형성될 수 있다. 즉, 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)는 블록(101, 103, 105, 107)에서 발취될 수 있다. 도 2에서는 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)가 블록(101, 103, 105, 107)의 상측에서 발취되는 것으로 도시되고 있지만, 블록(101, 103, 105, 107)의 어느 영역에서 발취되어도 무방하다. 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)는 크롭 쏘우 장비나 와이어 쏘우(wire saw) 장비를 이용하여 형성될 수 있다.
블록(101, 103, 105, 107)에서 발취된 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)의 두께는 성장된 단결정 잉곳의 직경에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 200mm 직경을 가지는 단결정 잉곳의 블록에 대해서는 800㎛ 이하의 두께를 가지는 평가용 웨이퍼가 발취될 수 있다. 300mm 이상의 직경을 가지는 단결정 잉곳에 대해서는 200mm 직경을 가지는 단결정 잉곳의 경우보다 두꺼운 두께를 가지는 평가용 웨이퍼가 발취될 수 있다. 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다.
블록(101, 103, 105, 107)에서 발취된 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)를 바탕으로 오염이 평가될 수 있다(S12). 웨이퍼의 오염 평가 방법은 널리 공지된 바 있고, 예컨대 대한민국 특허공개 10-2005-0050987로부터 용이하게 이해될 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
웨이퍼의 오염 평가를 통해 산화막 열화현상 및 금속오염 정도가 확인되고, 이러한 확인을 통해 해당 웨이퍼의 불량 여부가 결정될 수 있다. 해당 웨이퍼가 불량으로 결정되는 경우, 해당 웨이퍼는 폐기되어 더 이상 후속 공정이 진행될 필요가 없다. 이에 따라, 실시예에서는 보다 신속히 웨이퍼 불량을 발견하여 해당 웨이퍼를 폐기할 수 있으므로, 종래에 최후 공정인 연마 공정 이후에 웨이퍼의 오염 평가가 수행되기 전까지 다수의 공정이 수행됨으로 인한 공정 시간과 공정 비용의 낭비를 방지할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 종래와 실시예에서의 웨이퍼의 두께와 표준편차는 상이하다. 즉, 도 3a에 도시한 바와 같이, 종래에 연마 공정 이후에 오염 평가에 사용되는 200mm 직경을 갖는 웨이퍼의 두께는 800㎛이하이다. 이에 반해, 도 3b에 도시한 바와 같이, 실시예에서 블록 형성 공정 이후에 오염 평가에 사용되는 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)의 두께는 적어도 800㎛ 이상일 수 있다. 예컨대, 200mm 직경을 갖는 평가용 웨이퍼(111, 113, 115, 117)의 두께는 800㎛ 내지 880㎛일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 한편, 웨이퍼의 면 내 표준편차는 6 내지 11일 수 있다.
도 4a는 200mm 직경 기판에 대한 800㎛이하의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 정합도를 보여주고, 도 4b는 200mm 직경을 갖는 800㎛이하의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후의 오염 분포와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포를 보여준다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 연마 공정 이후의 오염 분포(polished)와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포(slug) 사이의 정합도(R2)는 샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3 각각에서 0.7123, 0.6907 및 0.1995이다. 정합도(R2)는 1에 가까울수록 연마 공정 이후의 오염 분포(polished)와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포(slug)가 일치할 수 있다. 따라서, 도 4a로부터 연마 공정 이후의 오염 분포(polished)와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포(slug) 사이의 정합도(R2)는 71% 이하로 비교적 낮게 나타난다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 연마 공정 이후의 오염 분포와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포가 샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3 모두에서 서로 상이하게 나타난다.
따라서, 도 4a 및 도 4b로부터, 800㎛이하의 두께를 갖는 웨이퍼로 오염 평가가 수행되는 경우, 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 정합도도 낮고 연마 공정 이후의 오염 분포와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포도 서로 상이하여, 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 평가에 대한 신뢰성이 낮음이 확인될 수 있다.
도 5a는 200mm 직경 기판에 대한 800㎛이상의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 정합도를 보여주고, 도 5b는 200mm 직경을 갖는 800㎛이상의 웨이퍼의 두께를 바탕으로 연마 공정 이후의 오염 분포와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포를 보여준다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 연마 공정 이후의 오염 분포(polished)와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포(slug) 사이의 정합도(R2)는 샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3 각각에서 0.7339, 0.8013 및 0.7860이다. 따라서, 도 5a로부터 연마 공정 이후의 오염 분포(polished)와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포(slug) 사이의 정합도(R2)는 적어도 73% 이상으로 비교적 높게 나타난다. 따라서, 웨이퍼 형성 공정 이전에 오염 평가에 사용되는 웨이퍼의 두께가 800㎛인 경우(도 4)보다 800㎛이상인 경우(도 5)에서, 정합도가 더 높음을 알 수 있다. 이로부터, 웨이퍼 형성 공정 이전에 오염 평가에 사용되는 웨이퍼의 두께가 더 커짐에 따라 웨이퍼 형성 공정 이전에 수행되는 오염 평가 결과가 연마 공정 이후에 수행되는 오염 평가 결과와 보다 더 일치될 수 있다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 연마 공정 이후의 오염 분포와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포가 샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3 모두에서 서로 일치될 수 있다.
따라서, 도 5a 및 도 5b로부터, 800㎛이상의 두께를 갖는 웨이퍼로 오염 평가가 수행되는 경우, 연마 공정 이후와 웨이퍼 형성 공정 이전의 정합도도 높고 연마 공정 이후의 오염 분포와 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 분포도 서로 일치하므로, 웨이퍼 형성 공정 이전의 오염 평가에 대한 신뢰성이 높음이 확인될 수 있다.
정리하면, 200mm 직경을 가지고 800㎛이상의 두께를 갖는 웨이퍼로 오염 평가가 수행되는 경우, 웨이퍼 형성 공정 이전에 웨이퍼의 오염이 평가되더라도 연마 공정 이후에 웨이퍼의 오염 평가와 동등한 평가 결과가 산출될 수 있어 연마 공저 이전의 어떠한 공정들 간에 웨이퍼의 오염 평가에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
100: 단결정 잉곳
101, 103, 105, 107: 블록
111, 113, 115, 117: 평가용 웨이퍼

Claims (6)

  1. a) 200mm 직경의 단결정 잉곳을 다수의 블록으로 슬라이싱하는 단계;
    b)상기 블록 각각을 웨이퍼 단위로 슬라이싱하는 단계;
    c)상기 절단된 웨이퍼의 평탄도를 개선하기 위해 래핑하는 단계;
    d)상기 웨이퍼 내부의 데미지를 제거하기 위해 식각하는 단계;
    e)상기 웨이퍼의 표면 경면화 및 평탄도를 개선하기 위해 연마하는 단계; 및
    상기 a)단계 및 b)단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서 취득된 웨이퍼를 바탕으로 오염을 평가하는 단계;를 포함하는 웨이퍼의 오염 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계 및 b)단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서 취득된 웨이퍼의 두께는 적어도 800㎛ 이상인 웨이퍼의 오염 평가 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 a)단계 및 b)단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서 취득된 웨이퍼의 두께는 800㎛ 내지 880㎛인 웨이퍼의 오염 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오염을 평가하는 단계는,
    상기 a)단계에서 취득된 웨이퍼를 바탕으로 오염을 평가하는 단계를 포함하는 웨이퍼의 오염 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 a)단계에서 취득된 웨이퍼를 바탕으로 오염을 평가하는 단계는,
    상기 블록으로부터 평가용 웨이퍼를 발취하는 단계; 및
    상기 발취된 웨이퍼의 오염을 평가하는 단계;를 포함하는 웨이퍼의 오염 평가 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계 및 b)단계 중 적어도 하나 이상의 단계에서 취득된 웨이퍼의 면 내의 표준편차는 6 내지 11인 웨이퍼의 오염 평가 방법.
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