KR20190103422A - 실리콘 웨이퍼의 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법은, 전단 연마 공정과, 그 후의 마무리 연마 공정으로 이루어지는 최종 연마 공정에 있어서, 상기 전단 연마 공정에서는, 연마액으로서, 우선은, 밀도가 1×1014개/㎤ 이상인 지립을 포함하는 제1 알칼리 수용액을 공급하고, 그 후, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제2 알칼리 수용액을 공급하는 것으로 전환하고, 상기 마무리 연마 공정에서는, 연마액으로서, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제3 알칼리 수용액을 공급한다. 이에 따라, PID뿐만 아니라, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은, 양면 연마된 실리콘 웨이퍼의 편면을 경면(鏡面) 연마하는 최종 연마 공정에 특징을 갖는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 프로세스는, 주로, 단결정 잉곳(single crystal ingot) 을 제작하기 위한 단결정 인상 공정과, 제작된 단결정 잉곳의 가공 공정으로 이루어진다. 이 가공 공정은, 일반적으로, 슬라이스 공정, 래핑 공정, 모따기 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정, 세정 공정 등을 포함하고, 이들 공정을 거침으로써, 표면이 경면 가공된 실리콘 웨이퍼가 제조된다.
경면 연마 공정에서는, 실리콘 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 공정(초벌 연마 공정)이나, 그 후, 실리콘 웨이퍼의 편면을 경면화하는 최종 연마 공정과 같은 다단계의 연마가 행해진다. 일반적으로, 최종 연마 공정은, 표면에 연마 패드를 형성한 정반과, 실리콘 웨이퍼를 보유지지하는 헤드를 포함하는 연마 유닛을 이용하여 행한다. 헤드로 보유지지한 실리콘 웨이퍼의 편면을 연마 패드에 압압하고, 연마 패드에 지립(砥粒)을 포함하는 알칼리 수용액인 연마액(연마 슬러리(polishing slurry))을 공급하면서, 헤드와 정반을 함께 회전시킨다. 이에 따라, 실리콘 웨이퍼의 편면은, 지립에 의한 기계적 연마 작용과, 알칼리 수용액에 의한 화학적 연마 작용이 복합한 메카노케미컬 연마(CMP)에 의해 연마되어, 우수한 평활성을 갖는 경면이 된다.
여기에서, 최종 연마 공정에서는, 1개 이상의 전단(前段) 연마 유닛에 있어서 행하는 1개 이상의 전단 연마 공정과, 그 후 마무리 연마 유닛에 있어서 행하는 마무리 연마 공정으로 이루어지는 2단계 이상의 연마를 행한다. 특허문헌 1에는, 최종 연마 공정의 마무리 연마 공정에 있어서, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 알칼리 수용액을 연마액으로서 이용함으로써, PID(Process Induced Defect)를 저감한 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 수용성 고분자를 포함하지 않고, 또한 지립을 포함하는 알칼리성 수용액을 주제(主劑)로 하는 연마액을 연마포에 공급하면서, 실리콘 웨이퍼의 편측 표면을 연마하는 제1 연마 공정과, 상기 제1 연마 공정에 계속해서, 상기 제1 연마 공정을 끝낸 후의 상기 연마포에 수용성 고분자를 함유하는 보호막 형성 용액을 공급하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 제1 연마 공정에서 연마된 피(被)연마면에 상기 보호막 형성 용액을 접촉시키고, 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 공정에서 형성된 보호막의 형성면을 연마하는 제2 연마 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이 기재되어 있다. 이 연마 방법은, 실리콘 웨이퍼를 공중 반송하여 제1 연마 공정으로부터 제2 연마 공정으로 이행하는 경우에 문제가 되는 워터 마크의 발생을, 상기의 보호막을 형성함으로써 저감하는 기술이다.
특허문헌 1에서 평가되어 있는 PID란, 특허문헌 1의 도 1(a)에 나타나는 바와 같은 선 형상의 돌기 결함이고, 이 발생 메커니즘은, 이하와 같다고 생각되고 있다. 즉, 마무리 연마의 과정에서 연마액 중의 지립이나 그 외의 이물이 일정 확률로 실리콘 웨이퍼 표면에 선 형상의 흠집을 낸다. 이 선 형상의 흠집의 부위는, 가공 변질층이 되기 때문에, 마무리 연마 직후의 세정 공정이나, 검사 후의 최종 세정 공정과 같은 후속의 에칭 공정에서, 웨이퍼 표면의 다른 부위보다도 에칭 레이트가 낮아지는 결과, 선 형상의 돌기가 된다. 그리고, 특허문헌 1에서는, 웨이퍼 표면을 레이저 파티클 카운터(KLA Tencor사 제조, SP2)로 측정하고, 사이즈가 35㎚ 이상이고 LPD-N으로 분류되는 결함을 PID라고 인정하고, 그의 수를 평가하고 있다.
특허문헌 1의 웨이퍼의 연마 방법에 의하면, 마무리 연마 공정에 있어서 지립의 수를 5×1013개/㎤ 이하로 함으로써, 확실하게 PID의 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 결과, 특허문헌 1의 웨이퍼의 연마 방법에 있어서는, 단차가 비교적 낮은 스크래치의 발생을 충분히 억제할 수는 없는 것이 판명되었다. 이 단차가 낮은 스크래치는, 웨이퍼 표면을 레이저 파티클 카운터(KLA Tencor사 제조, SP3)의 Normal 모드로 측정함으로써 현재화하는 것이며, 특허문헌 1에서 평가하고 있는 PID와는 상이한 결함이다.
또한, 특허문헌 2의 웨이퍼의 연마 방법에 있어서도, 상기와 같은 단차가 낮은 스크래치를 저감하는 것에 대해서는 고려되어 있지 않고, 본 발명자들의 검토에 의하면, 단차가 비교적 낮은 스크래치(scratches)의 발생을 충분히 억제하는 것은 되어 있지 않은 것이 판명되었다.
그래서 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, PID뿐만 아니라, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하의 인식을 발견했다. 종래의 최종 연마 공정에 있어서, 전단 연마 공정에서는, 알칼리에 의한 에칭 레이트가 비교적 높고, 지립의 수도 많은 연마액을 이용하여, 연마 작용이 강한 연마를 행하고, 마무리 연마 공정에서는, 알칼리에 의한 에칭 레이트가 낮고, 지립의 수도 적은 연마액을 이용하여, 보다 높은 평탄도를 실현하는 연마를 행하고 있었다. 전단 연마 공정 직후의 웨이퍼는, 물을 뿌리며 마무리 연마 유닛으로 반송된다. 이때, 전단 연마 공정에서 사용하는 연마액의 상기 특성에 기인하여, 전단 연마 공정 직후의 웨이퍼 표면은 발수면(撥水面)으로 되어 있다. 본 발명자들은, 웨이퍼 표면이 발수면인 채로 웨이퍼의 반송을 행하고, 마무리 연마를 행하면, 마무리 연마의 단계에서 웨이퍼 표면에 있어서 지립의 응집이 생기는 것은 아닐까라고 생각했다. 그래서, 전단 연마 공정의 도중에서, 웨이퍼 표면에 공급하는 연마액을, 전단 연마용의 연마액으로부터 마무리 연마용의 연마액으로 전환하고, 전단 연마 공정 직후의 웨이퍼 표면을 친수화함으로써, 마무리 연마의 단계에서의 웨이퍼 표면에 있어서의 지립의 응집을 방지하는 것을 착상했다. 그리고, 이와 같이 하여 전단 연마 공정과 마무리 연마 공정을 행한 결과, 웨이퍼 표면에서의 단차가 낮은 스크래치가 저감하는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은, 상기 인식에 기초하여 완성된 것으로서, 그의 요지 구성은 이하와 같다.
(1) 표면에 제1 연마 패드를 형성한 제1 정반과, 제1 연마 헤드를 포함하는 전단 연마 유닛을 이용하고, 상기 제1 연마 패드에 제1 연마액을 공급하면서, 상기 제1 연마 헤드에 의해 보유지지한 실리콘 웨이퍼를 상기 제1 연마 패드에 접촉시킨 상태로 상기 제1 정반 및 상기 실리콘 웨이퍼를 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 전단 연마 공정과,
그 후, 표면에 제2 연마 패드를 형성한 제2 정반과, 제2 연마 헤드를 포함하는 마무리 연마 유닛을 이용하고, 상기 제2 연마 패드에 제2 연마액을 공급하면서, 상기 제2 연마 헤드에 의해 보유지지한 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 제2 연마 패드에 접촉시킨 상태로 상기 제2 정반 및 상기 실리콘 웨이퍼를 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 추가로 연마하는 마무리 연마 공정
을 최종 연마 공정으로서 행하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법으로서,
상기 전단 연마 공정에서는, 상기 제1 연마액으로서, 우선은, 밀도가 1×1014개/㎤ 이상인 지립을 포함하는 제1 알칼리 수용액을 공급하고, 그 후, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제2 알칼리 수용액을 공급하는 것으로 전환하고,
상기 전단 연마 공정 후, 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 제1 연마 헤드로부터 떼어내고, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 물을 공급하면서 상기 마무리 연마 유닛으로 반송하고, 상기 제2 연마 헤드에 부착되고,
상기 마무리 연마 공정에서는, 상기 제2 연마액으로서, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제3 알칼리 수용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(2) 상기 전단 연마 공정에서는, 당해 공정에서의 목표 연마량을 달성하는 연마 시간을 경과한 후에, 상기 제1 알칼리 수용액으로부터 상기 제2 알칼리 수용액으로 공급을 전환하는, 상기 (1)에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(3) 상기 전단 연마 공정에 있어서, 상기 제2 알칼리 수용액을 공급하는 기간을 10초 이상으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(4) 상기 마무리 연마 공정에서는, 희석(稀釋) 탱크에서, 상기 수용성 고분자와 상기 지립을 포함하는 알칼리 원액과, 순수(純水)를 혼합하여, 상기 제3 알칼리 수용액을 조제하고,
조제한 상기 제3 알칼리 수용액을 상기 희석 탱크와 연통한 배관 설비로 상기 마무리 연마 유닛에 공급하고,
추가로, 상기 희석 탱크 내의 상기 제3 알칼리 수용액이 없어지기 전에, 새롭게 상기 알칼리 원액과 상기 순수를 상기 희석 탱크에 투입하고, 새로운 상기 제3 알칼리 수용액을 조제하는, 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(5) 상기 제3 알칼리 수용액이 상기 희석 탱크의 용적의 10％ 이상 남아 있을 때에, 새롭게 상기 알칼리 원액과 상기 순수를 상기 희석 탱크에 투입하는, 상기 (4)에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(6) 상기 제1 내지 제3 알칼리 수용액에 있어서, 상기 지립의 평균 1차 입경이 10∼70㎚의 범위인, 상기 (1)∼(5) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(7) 상기 제1 내지 제3 알칼리 수용액에 있어서, 상기 지립이 SiO2 입자를 포함하는, 상기 (1)∼(6) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(8) 상기 제1 알칼리 수용액은, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 테트라메틸암모늄 및, 테트라에틸암모늄으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리를 함유하고,
상기 제2 및 제3 알칼리 수용액은 암모니아를 함유하는, 상기 (1)∼(7) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
(9) 상기 제2 및 제3 알칼리 수용액에 있어서, 상기 수용성 고분자는, 하이드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 및, 폴리프로필렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상인, 상기 (1)∼(8) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 의하면, PID뿐만 아니라, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 공정을 나타내는 플로우도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법 중의 마무리 연마 공정에서 이용하는, 연마액의 공급 기구를 나타내는 개략도이다.
도 3(A), 도 3(B), 도 3(C), 도 3(D)는, 각각 비교예 1, 비교예 2, 발명예 1, 발명예 2에 있어서 얻어진 LPD맵이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법 중의 마무리 연마 공정에서 이용하는, 연마액의 공급 기구를 나타내는 개략도이다.
도 3(A), 도 3(B), 도 3(C), 도 3(D)는, 각각 비교예 1, 비교예 2, 발명예 1, 발명예 2에 있어서 얻어진 LPD맵이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 1을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼의 연마 방법을 설명한다. 실리콘 웨이퍼는, 도 1에 나타내는 플로우로 제조된다. 스텝 S1의 전(前)공정에서는, 슬라이스 공정, 래핑 공정, 모따기 공정, 에칭 공정 등이 행해지고, 스텝 S2의 양면 연마(DSP 공정)에 의해, 웨이퍼 형상이 만들어진다. 양면 연마된 실리콘 웨이퍼는, 스텝 S3의 세정을 거쳐, 스텝 S4의 전단 연마 공정과 스텝 S5의 마무리 연마 공정으로 이루어지는 최종 연마 공정에 제공된다. 최종 연마 공정을 거친 실리콘 웨이퍼는, 스텝 S6의 세정 후, 스텝 S7에서 웨이퍼의 평탄도나 육안으로 볼 수 있는 흠집, 더러움의 유무의 검사에 제공되고, 그 후 스텝 S8의 최종 세정 공정 후, 스텝 S9에서 면 검사에 제공되어, 출하된다.
본 실시 형태의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법은, 상기 공정 중의 최종 연마 공정에 관한 것이다. 최종 연마 공정은, 전단 연마 유닛에 있어서 행하는 전단 연마 공정 S4와, 그 후 마무리 연마 유닛에 있어서 행하는 마무리 연마 공정 S5의 2단계 연마로 이루어진다.
전단 연마 공정 S4에서는, 표면에 제1 연마 패드를 형성한 제1 정반과, 제1 연마 헤드를 포함하는 전단 연마 유닛을 이용하고, 상기 제1 연마 패드에 제1 연마액을 공급하면서, 상기 제1 연마 헤드에 의해 보유지지한 실리콘 웨이퍼를 상기 제1 연마 패드에 접촉시킨 상태로 상기 제1 정반 및 상기 실리콘 웨이퍼를 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마한다.
전단 연마 공정에서 이용하는 제1 연마액으로서는, 알칼리에 의한 에칭 레이트가 비교적 높고, 지립의 수도 많은 연마액을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 연마액으로서, 본 실시 형태에서는, 밀도가 1×1014개/㎤ 이상인 지립을 포함하는 제1 알칼리 수용액을 이용한다. 제1 알칼리 수용액에 있어서의 실리콘에 대한 연마 레이트는 100∼300㎚/분으로 하는 것이 바람직하다. 100㎚/분 이상이면, 생산성을 악화시키는 일이 없고, 300㎚/분 이하이면, 웨이퍼 표면의 조도(roughness)가 거칠어지는 일이 없고, 웨이퍼면 내를 균일하게 연마할 수 있기 때문이다. 이러한 연마 레이트를 얻는 관점에서, 제1 알칼리 수용액은, 수산화 칼륨(KOH), 수산화 나트륨(NaOH), 테트라메틸암모늄(TMAH) 및, 테트라에틸암모늄(TEAH)으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리를 함유하는 것이 바람직하고, 수용성 고분자는 포함하지 않는 것으로 한다. 지립의 밀도는, 1×1014개/㎤ 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 지립의 응집을 억제하는 관점에서, 1×1015개/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 본 실시 형태에서는, 상기의 제1 알칼리 수용액을 공급하고 연마한 후, 후술하는 바와 같이, 제3 알칼리 수용액과 동등한 사양의 제2 알칼리 수용액을 공급하는 것으로 전환한다.
전단 연마 공정 직후의 웨이퍼는, 제1 연마 헤드로부터 떼어내어, 표면이 건조하지 않도록, 웨이퍼 표면에 물을 공급하면서 마무리 연마 유닛으로 반송한다. 이 반송을 이하, 간단히 「수중 반송」이라고도 칭한다. 구체적으로는, 반송용 용기에 웨이퍼를 수용하고, 웨이퍼 표면에 물을 뿌리면서 마무리 연마 유닛으로 반송한다. 또한, 웨이퍼 반송용의 통로에 물을 채우고, 그 안을 반송해도 좋다. 또한, 반송용 용기에 웨이퍼를 수용하고, 당해 용기 내에 물을 채우고, 용기째로 반송해도 좋다.
마무리 연마 공정 S5에서는, 표면에 제2 연마 패드를 형성한 제2 정반과, 제2 연마 헤드를 포함하는 마무리 연마 유닛을 이용하고, 상기 제2 연마 패드에 제2 연마액을 공급하면서, 상기 제2 연마 헤드에 의해 보유지지한 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 제2 연마 패드에 접촉시킨 상태로 상기 제2 정반 및 상기 실리콘 웨이퍼를 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 추가로 연마한다.
마무리 연마 공정에서 이용하는 제2 연마액으로서는, 알칼리에 의한 에칭 레이트가 낮고, 지립의 수도 적은 연마액을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 연마액으로서, 본 실시 형태에서는, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제3 알칼리 수용액을 이용한다. 제3 알칼리 수용액에 있어서의 실리콘에 대한 연마 레이트는 5∼20㎚/분으로 하는 것이 바람직하다. 5㎚/분 이상이면, 소망하는 연마량을 얻기 위한 연마 시간이 길어질 일이 없기 때문에 생산성을 악화시키는 일이 없고, 또한, 전단 연마 공정에서 웨이퍼 표면에 형성된 결함을 제거하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 20㎚/분 이하이면, 알칼리의 에칭 효과가 과도해질 일이 없고, 웨이퍼 표면의 조도가 악화될 일이 없다. 이러한 연마 레이트를 얻는 관점에서, 제3 알칼리 수용액은, 암모니아를 함유하는 것이 바람직하고, 수용성 고분자를 포함하는 것으로 한다. 수용성 고분자로서는, 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및, 폴리프로필렌글리콜(PPG)로부터 선택되는 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 지립의 밀도는, 5×1013개/㎤ 이하이면 특별히 한정되지 않지만, 최저한의 연마 능력을 확보하여 웨이퍼 표면의 면 조도를 확실하게 향상시키는 관점에서, 2×1013개/㎤ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제3 알칼리 수용액은, 수용성 고분자를 포함하는 점에서, 점도는 제1 알칼리 수용액보다 높아지지만, 사용 온도(18∼25℃)에 있어서의 점도는 1.5∼5.0mPa·s로 하는 것이 바람직하다. 점도가 1.5mPa·s 미만인 경우, 연마액이 흐르기 쉬워져, 소망하는 에칭 레이트를 얻을 수 없을 가능성이 있고, 점도가 5.0mPa·s 이상인 경우, 마무리 연마 후에 세정해도 연마액이 웨이퍼 표면에 잔류, 고착할 가능성이 있기 때문이다.
여기에서, 본 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전단 연마 공정에 있어서, 전단 연마용 슬러리의 공급(스텝 S4A)으로부터 마무리 연마용 슬러리의 공급(스텝 S4B)으로 전환하는 것이 간요하다. 즉, 전단 연마 공정에서, 제1 연마액으로서, 우선은, 상기의 제1 알칼리 수용액을 공급하고, 그 후, 상기의 제3 알칼리 수용액과 동등한 사양의 제2 알칼리 수용액을 공급하는 것으로 전환한다. 제2 알칼리 수용액은, 마무리 연마에서 이용하는 제3 알칼리 수용액과 동등한 사양으로, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 것을 필수로 하고, 그 이외의 요건은, 이미 서술한 제3 알칼리 수용액과 동일하다.
본 실시 형태에서는, 이러한 연마액 공급의 전환에 의해, PID뿐만 아니라, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 억제할 수 있지만, 그 작용에 대해서, 본 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다.
(1) 제2 알칼리 수용액은, 제1 알칼리 수용액보다도 지립이 적기 때문에, 전단 연마 유닛으로부터 마무리 연마 유닛으로의 수중 반송 중에, 웨이퍼 표면에 잔존한 지립의 응집이 일어나기 어렵다.
(2) 제2 알칼리 수용액에 포함되어 있는 수용성 고분자가, 수중 반송 중의 웨이퍼 표면을 보호하기 때문에, 수중 반송 중에 웨이퍼 표면에 잔존한 지립의 응집이 일어나기 어렵다.
(3) 마무리 연마를 개시할 때에, 웨이퍼 표면에 잔존하고 있는 액(제2 알칼리 수용액)의 조성과, 공급하는 제2 연마액(제3 알칼리 수용액과)의 조성이 가깝기 때문에, 웨이퍼 표면에서 제2 연마액의 pH가 변동하기 어렵기 때문에, 지립의 응집이 일어나기 어렵다.
(4) 제2 알칼리 수용액에는, 제1 알칼리 수용액 중보다도 적다고는 하지만, 지립이 포함되어 있는 것이 간요하다. 전단 연마에서 이용하는 제1 알칼리 수용액 중의 지립 농도는 높기 때문에, 지립이 응집, 웨이퍼 부착되기 쉽다. 여기에서, 가령 제2 알칼리 수용액이, 특허문헌 2에 기재된 보호막 형성용 액과 같이, 지립을 포함하지 않고, 수용성 고분자만을 포함하는 것이었던 경우, 웨이퍼 표면에 수용성 고분자의 보호막이 형성되지만, 이것만으로는 웨이퍼에 부착된 지립을 충분히 제거할 수 없다. 본 실시 형태에서는, 제2 알칼리 수용액 중의 지립이, 전단 연마 중에 웨이퍼 표면에 응집, 부착된 지립을 제거하기 때문에, 그 후의 반송이나, 마무리 연마 개시의 단계에서 웨이퍼 표면에 부착되어 있는 지립이 적어진다. 이 관점에서도, 앞서 서술한 바와 같이, 제2 알칼리 수용액 중의 지립의 밀도는 2×1013개/㎤ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (1), (2)의 작용은, 전단 연마 유닛으로부터 마무리 연마 유닛으로의 반송을 수중 반송에 의해 행하는 것을 전제로 하여 얻어지는 작용이다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 억제하기 위해서는, 수중 반송도 중요한 공정 중 하나이다. 또한, 수중 반송에 의해, 전단 연마에서 이용하는 제1 알칼리 수용액이 웨이퍼 표면에서 건조·농축되는 것에 기인하는 워터 마크가 발생할 일도 없다. 또한, 전단 연마에서 이용하는 제1 알칼리 수용액 중의 지립이 웨이퍼 측면이나, 모따기부에 부착되어 있었다고 해도, 수중 반송에 의해 제거할 수 있다.
연마액 공급의 전환의 타이밍에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 전단 연마 공정에서는, 당해 공정에서의 목표 연마량을 달성하는 연마 시간을 경과한 후에, 제1 알칼리 수용액으로부터 제2 알칼리 수용액으로 공급을 전환하는 것이 바람직하다.
또한, 연마액 공급의 전환에 의한 상기 작용 및 효과를 충분히 얻는 관점에서, 전단 연마 공정에 있어서, 상기 제2 알칼리 수용액을 공급하는 기간을 10초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 당해 기간의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 생산성의 관점에서, 300초 이하로 하는 것이 바람직하다.
제1 내지 제3 알칼리 수용액에 있어서, 지립의 평균 1차 입경은 10∼70㎚의 범위인 것이 바람직하다. 상기 입경이 10㎚ 미만에서는, 지립이 응집하여 입경이 큰 조대(粗大) 입자가 되어, 이 조대 입자가 PID를 일으킬 우려가 있고, 한편, 입경이 70㎚를 초과하면, 입경이 지나치게 크기 때문에, 연마 후의 웨이퍼 표면의 러프니스가 악화될 우려가 있기 때문이다. 또한, 본 명세서에 있어서 「평균 1차 입경」은, BET법(분체 입자 표면에 흡착 점유 면적을 아는 분자를 액체 질소의 온도로 흡착시키고, 그 양으로부터 시료의 비(比)표면적을 구하는 방법)에 의해, 비표면적을 구(球) 형상 입자의 직경으로 환산한 값으로 한다.
제1 내지 제3 알칼리 수용액에 있어서, 지립은, 실리카나 알루미나 등의 세라믹류, 다이아몬드나 실리콘 카바이드 등의 단체 혹은 화합물류, 또는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 고분자 중합체, 등으로 이루어지는 것을 이용할 수 있지만, 저비용, 연마액 중에서의 분산성, 지립의 입경 제어의 용이성 등의 이유에서, SiO2 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 게다가, SiO2 입자의 종류로서는, 예를 들면, 건식법(연소법·아크법), 습식법(침강법·졸겔법)으로 제작한 것, 어느 것이라도 이용할 수 있다. 지립의 형상은, 구 형상, 고치 형상 등을 이용할 수 있다.
제1 내지 제3 알칼리 수용액은, 산화제(과산화 수소(H2O2), 과황산 나트륨, 등)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 산화제를 포함하는 경우, 웨이퍼 표면이 산화되어 에칭 레이트가 떨어질 뿐만 아니라, 산화 시에 지립의 표면 부착을 발생시켜 PID의 원인이 되기 때문이다.
제2 연마 패드로서는, 부직포, 스웨이드(suede), 폴리우레탄 발포체, 폴리에틸렌 발포체, 다공질 불소 수지 등의 소재를 이용할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태에서는 마무리 연마 공정에서의 제3 알칼리 수용액(제2 연마액)의 공급 방법을, 이하와 같이 고안함으로써, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 보다 충분히 억제할 수 있다. 이 점에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 마무리 연마 공정에서 이용하는 연마액의 공급 기구를 나타내는 개략도이다. 마무리 연마 공정에서는, 희석 탱크(10)에서, 수용성 고분자와 지립을 포함하는 알칼리 원액과, 순수를 혼합하고, 알칼리 원액을 수십배로 희석함으로써 제3 알칼리 수용액을 조제한다. 그때, 구체적으로는, 순수용 배관(16)을 통하여 희석 탱크(10)에 순수를 투입하고, 그 후, 원액용 배관(14)을 통하여 소망량의 알칼리 원액을 희석 탱크(10)에 투입하고, 그 후, 재차 순수를 투입하는 것이 바람직하다. 희석 탱크(10) 내에 맨 처음에 알칼리 원액을 넣은 후에, 그 위로부터 순수를 공급하면, 알칼리 원액 중의 수용성 고분자의 영향으로 거품 발포가 발생하고, 연마액 중의 지립의 응집이 일어나기 쉬워진다. 그래서, 우선 순수를 공급하여, 탱크 내의 원액용 배관(14)의 토출구보다도 순수액면을 높게 하고 나서, 알칼리 원액을 공급하고, 그 후 재차 순수를 공급한다. 그 후, 순수와 알칼리 원액의 혼합액을 교반한다. 혼합액의 교반 방법은 특별히 한정되어 있지 않고, 예를 들면 순환 펌프를 이용하여 행할 수 있고, 또한, 임의 형상의 교반자와 그의 구동 수단을 구비한 교반 장치를 탱크 내에 배치하여 행해도 좋다.
조제한 제3 알칼리 수용액은, 희석 탱크(10)와 연통한 배관 설비로 연마 장치(마무리 연마 유닛)에 공급한다. 구체적으로는, 희석 탱크(10)의 하부에 연결한 공급용 배관(18)을 통하여, 제3 알칼리 수용액을 마무리 연마 유닛으로 이송한다. 또한, 전단 연마 공정에서 사용하는 제2 알칼리 수용액을, 제3 알칼리 수용액과 동일 사양으로 하는 경우에는, 희석 탱크(10)의 하부에 연결한 공급용 배관(18)을 통하여, 제3 알칼리 수용액을 전단 연마 유닛으로 이송하고, 그것을 제2 알칼리 수용액으로서 사용해도 좋다.
여기에서, 조제한 제3 알칼리 수용액이 희석 탱크(10)로부터 모두 마무리 연마 유닛으로 이송되고, 희석 탱크(10)가 비워진 후에, 새롭게 알칼리 원액과 순수를 희석 탱크 내에 투입, 혼합하고, 새로운(프레시한) 제3 알칼리 수용액을 조제하는 경우, 액 중의 pH가 크게 변동하게 되어, 그 결과 지립이 응집하고, 단차가 낮은 스크래치가 발생하는 원인이 되는 것이 판명되었다. 그래서 본 실시 형태에서는, 희석 탱크(10) 내의 제3 알칼리 수용액이 없어지기 전에, 새롭게 알칼리 원액과 순수를 희석 탱크(10)에 투입하고, 새로운 제3 알칼리 수용액을 조제한다. 이에 따라, 액 중의 pH의 변동을 작게 할 수 있고, 그 결과 지립이 응집하기 어려워져, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 보다 충분히 억제할 수 있다.
이러한 작용 효과를 충분히 얻는 관점에서, 제3 알칼리 수용액이 희석 탱크(10)의 용적의 10％ 이상 남아 있을 때에, 새롭게 알칼리 원액과 순수를 희석 탱크(10)에 투입하는 것이 바람직하다. 또한, 생산성의 관점에서, 제3 알칼리 수용액이 희석 탱크(10)의 용적의 50％ 이하 남아 있을 때에, 새롭게 알칼리 원액과 순수를 희석 탱크(10)에 투입하는 것이 바람직하다.
이상의 최종 연마 공정을 거친 실리콘 웨이퍼는, 린스, 수중 보관을 거쳐, 최종 연마 공정의 종료 후 24시간 이내에, 스텝 S6의 세정(전형적으로는 황산＋오존 세정)에 제공된다. 수중 보관을 행하고, 웨이퍼 표면에 연마액의 성분이나 지립이 고착하기 전에 세정을 행함으로써, PID를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 1개의 전단 연마 유닛에 있어서 행하는 1개의 전단 연마 공정 S4와, 그 후 마무리 연마 유닛에 있어서 행하는 마무리 연마 공정 S5의 2단계 연마로 이루어지는 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 전단 연마 공정을 2개 이상의 전단 연마 유닛에 의해 행해도 좋다. 즉, 복수의 전단 연마 유닛에 의해 복수의 전단 연마 공정을 행하고, 그 중 마지막의 전단 연마 공정을, 도 1의 S4에 상당하는 것으로 할 수 있다.
실시예
(비교예 1)
정법에 따라 양면 연마 후의 세정까지 행한 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼 25매를, 이하의 조건으로 최종 연마 공정에 제공했다. 전단 연마 공정에서는, 제1 연마액으로서, 수용성 고분자를 포함하지 않고, 알칼리로서 TMAH를 포함하고, 밀도가 2.5×1014개/㎤의 지립(평균 1차 입경 35㎚의 SiO2 입자)을 포함하는 제1 알칼리 수용액을 공급했다. 이 제1 알칼리 수용액에 있어서의 실리콘에 대한 연마 레이트는 200㎚/분이다. 연마 시간은 300초로 했다.
마무리 연마 공정에서는, 제2 연마액으로서, 수용성 고분자로서 HEC를 포함하고, 알칼리로서 암모니아를 포함하고, 밀도가 5×1013개/㎤의 지립(평균 1차 입경 35㎚의 SiO2 입자)을 포함하는 제3 알칼리 수용액을 공급했다. 이 제3 알칼리 수용액에 있어서의 실리콘에 대한 연마 레이트는 10㎚/분이고, 25℃에 있어서의 점도는 3mPa·s이다. 연마 시간은 300초로 했다. 마무리 연마 공정에서의 제2 연마액의 공급 방법으로서는, 희석 탱크가 비워진 후에, 새롭게 알칼리 원액과 순수를 희석 탱크 내에 투입, 혼합하고, 새로운 연마액을 조제했다.
최종 연마 공정을 거친 실리콘 웨이퍼는, 정법에 따라 세정, 검사 및, 최종 세정 공정을 실시하고, 면 검사에서 이하와 같이, PID 및 단차가 낮은 스크래치의 평가를 행했다.
(발명예 1)
이하의 점을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하고, PID 및 단차가 낮은 스크래치의 평가를 행했다. 즉, 본 발명예 1에서는, 전단 연마 공정에 있어서, 상기 제1 알칼리 수용액을 제공한 300초의 연마를 행한 후, 연마액의 공급을 상기 제3 알칼리 수용액과 동일 사양의 제2 알칼리 수용액으로 전환하고, 추가로 30초의 연마를 행했다.
(비교예 2)
이하의 점을 제외하고, 상기 발명예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하고, PID 및 단차가 낮은 스크래치의 평가를 행했다. 즉, 본 비교예 2에서는, 제2 알칼리 수용액으로서, 지립을 포함하지 않는 점 이외에는 상기 제3 알칼리 수용액과 동일 사양의 알칼리 수용액을 이용했다.
(발명예 2)
이하의 점을 제외하고, 상기 발명예 1과 동일한 조건으로 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하고, PID 및 단차가 낮은 스크래치의 평가를 행했다. 즉, 본 발명예 2에서는, 마무리 연마 공정에서의 제2 연마액의 공급 방법으로서는, 희석 탱크 내의 제3 알칼리 수용액이 없어지기 전(구체적으로는 제3 알칼리 수용액이 희석 탱크의 용적의 20％ 남아 있는 타이밍)에, 새롭게 알칼리 원액과 순수를 희석 탱크 내에 투입, 혼합하고, 새로운 연마액을 조제했다.
<PID의 평가>
각 웨이퍼의 표면을, 레이저 파티클 카운터(KLA Tencor사 제조, SP2)로 측정하고, 사이즈가 35㎚ 이상이고 LPD-N으로 분류되는 결함을 PID라고 인정하고, 그의 개수를 카운트했다. 25매의 평균으로, 비교예 1은 3개, 비교예 2는 3개, 발명예 1은 2개, 발명예 2는 1개였다. 이와 같이, 비교예 1, 2, 발명예 1, 2 모두에서 PID의 발생은 충분히 억제되어 있었다.
<단차가 낮은 스크래치의 평가>
각 웨이퍼의 표면을, 레이저 파티클 카운터(KLA Tencor사 제조, SP3)의 Normal 모드로 측정하고, 사이즈가 36㎚ 이상의 결함으로서 검출되는 LPD에 의해, 웨이퍼면 내의 맵을 작성하고, 그때에, 도 3에서 보여지는 바와 같이 검출되는 결함이 연속하고, 긴 선 형상으로 관찰되어 있는 것을 얇은 스크래치로서 평가했다. 또한, 도 3(A)∼(D)는, 25매의 웨이퍼의 LPD맵을 서로 겹친 것이다. 비교예 1에서는, 25매 중 15매에서 스크래치가 발생하고, 도 3(A)로부터 분명한 바와 같이, 긴 것으로 웨이퍼의 반경에 가까운 140㎜ 정도의 길이였다. 비교예 2에서도, 25매 중 10매에서 스크래치가 발생했다. 이에 대하여, 발명예 1에서는, 25매 중 10매에서 스크래치가 발생하고, 비교예 1, 2에 비해 스크래치는 상당히 저감되고, 게다가, 검출된 스크래치의 길이는 비교예 1, 2와 비교하여 매우 짧았다. 발명예 2에서는, 25매 중 스크래치가 발생한 것은 없었다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 의하면, PID뿐만 아니라, 단차가 낮은 스크래치의 발생을 억제할 수 있다.
10 : 희석 탱크
14 : 원액용 배관
16 : 순수용 배관
18 : 공급용 배관
14 : 원액용 배관
16 : 순수용 배관
18 : 공급용 배관
Claims (9)
- 표면에 제1 연마 패드를 형성한 제1 정반과, 제1 연마 헤드를 포함하는 전단 연마 유닛을 이용하고, 상기 제1 연마 패드에 제1 연마액을 공급하면서, 상기 제1 연마 헤드에 의해 보유지지한 실리콘 웨이퍼를 상기 제1 연마 패드에 접촉시킨 상태로 상기 제1 정반 및 상기 실리콘 웨이퍼를 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 전단 연마 공정과,
그 후, 표면에 제2 연마 패드를 형성한 제2 정반과, 제2 연마 헤드를 포함하는 마무리 연마 유닛을 이용하고, 상기 제2 연마 패드에 제2 연마액을 공급하면서, 상기 제2 연마 헤드에 의해 보유지지한 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 제2 연마 패드에 접촉시킨 상태로 상기 제2 정반 및 상기 실리콘 웨이퍼를 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 추가로 연마하는 마무리 연마 공정을 최종 연마 공정으로서 행하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법으로서,
상기 전단 연마 공정에서는, 상기 제1 연마액으로서, 우선은, 밀도가 1×1014개/㎤ 이상인 지립을 포함하는 제1 알칼리 수용액을 공급하고, 그 후, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제2 알칼리 수용액을 공급하는 것으로 전환하고,
상기 전단 연마 공정 후, 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 제1 연마 헤드로부터 떼어내고, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 물을 공급하면서 상기 마무리 연마 유닛으로 반송하고, 상기 제2 연마 헤드에 부착되고,
상기 마무리 연마 공정에서는, 상기 제2 연마액으로서, 수용성 고분자와, 밀도가 5×1013개/㎤ 이하인 지립을 포함하는 제3 알칼리 수용액을 공급하는
것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전단 연마 공정에서는, 당해 공정에서의 목표 연마량을 달성하는 연마 시간을 경과한 후에, 상기 제1 알칼리 수용액으로부터 상기 제2 알칼리 수용액으로 공급을 전환하는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전단 연마 공정에 있어서, 상기 제2 알칼리 수용액을 공급하는 기간을 10초 이상으로 하는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마무리 연마 공정에서는, 희석 탱크에서, 상기 수용성 고분자와 상기 지립을 포함하는 알칼리 원액과, 순수를 혼합하여, 상기 제3 알칼리 수용액을 조제하고,
조제한 상기 제3 알칼리 수용액을 상기 희석 탱크와 연통한 배관 설비로 상기 마무리 연마 유닛에 공급하고,
추가로, 상기 희석 탱크 내의 상기 제3 알칼리 수용액이 없어지기 전에, 새롭게 상기 알칼리 원액과 상기 순수를 상기 희석 탱크에 투입하여, 새로운 상기 제3 알칼리 수용액을 조제하는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제3 알칼리 수용액이 상기 희석 탱크의 용적의 10％ 이상 남아 있을 때에, 새롭게 상기 알칼리 원액과 상기 순수를 상기 희석 탱크에 투입하는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 알칼리 수용액에 있어서, 상기 지립의 평균 1차 입경이 10∼70㎚의 범위인, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 알칼리 수용액에 있어서, 상기 지립이 SiO2 입자를 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 알칼리 수용액은, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 테트라메틸암모늄 및, 테트라에틸암모늄으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리를 함유하고,
상기 제2 및 제3 알칼리 수용액은 암모니아를 함유하는, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 및 제3 알칼리 수용액에 있어서, 상기 수용성 고분자는, 하이드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 및, 폴리프로필렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상인, 실리콘 웨이퍼의 연마 방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |