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KR20200021518A - 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법 Download PDF

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KR20200021518A
KR20200021518A KR1020207002188A KR20207002188A KR20200021518A KR 20200021518 A KR20200021518 A KR 20200021518A KR 1020207002188 A KR1020207002188 A KR 1020207002188A KR 20207002188 A KR20207002188 A KR 20207002188A KR 20200021518 A KR20200021518 A KR 20200021518A
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polishing liquid
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류이치 다니모토
이치로 야마자키
슌스케 미쿠리야
？스케 미쿠리야
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

본 발명은, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것을 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법을 제공한다. 본 발명은, 양면 연마 장치를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면을 동시에 연마하는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법으로서, 지립을 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제1 연마액을 연마포에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제1 연마 공정과, 그 후, 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에, 각각 상 정반 및 하 정반의 연마포를 접촉시킨 채로, 또한, 상 정반 및 하 정반의 회전을 계속한 상태로, 제1 연마액의 공급을 정지함과 함께, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제2 연마액의 공급을 개시하는 연마액 전환 공정과, 그 후, 제2 연마액을 연마포에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제2 연마 공정을 연속하여 갖는다.

Description

실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면을 동시에 연마하는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 프로세스는, 주로, 단결정 잉곳을 제작하기 위한 단결정 인상 공정과, 제작된 단결정 잉곳의 가공 공정으로 이루어진다. 이 가공 공정은, 일반적으로, 슬라이스 공정, 랩핑 공정, 모따기 공정, 에칭 공정, 연마 공정, 세정 공정 등을 포함하고, 이들 공정을 거침으로써, 표면이 경면 가공된 실리콘 웨이퍼가 제조된다.
연마 공정에서는, 실리콘 웨이퍼와 연마포를 상대적으로 회전, 슬라이딩시켜 행하는 메카노케미컬 연마(CMP)가 일반적이다. CMP에서는, 연마액 중의 지립(砥粒)에 의한 기계적 연마 작용과, 연마액(알칼리 수용액)에 의한 화학적 연마 작용을 복합시키고 있고, 이에 따라, 우수한 평활성이 얻어지는 것이 알려져 있다. 이 연마 공정에서는, 도 5에 나타내는 바와 같은 양면 연마 장치를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 표리면을 동시에 연마하는 양면 연마 공정(조(粗)연마 공정)이나, 그 후, 실리콘 웨이퍼의 적어도 편면을 경면화하는 마무리 연마 공정과 같은 다단계의 연마가 행해진다.
초기 단계의 조연마는, 소망하는 두께까지 실리콘 웨이퍼를 연마하는 것을 목적으로 행해지고, 폴리우레탄 등의 경질의 연마포를 이용하여 연마 속도가 비교적 빠른 조건으로 연마를 행하고, 연마 후의 실리콘 웨이퍼 두께의 불균일을 작고, 평탄화하도록 양면 연마가 행해진다. 최종 단계의 마무리 연마는, 실리콘 웨이퍼 표면의 거칠기를 개선하는 것을 목적으로 행해지고, 스웨이드와 같은 연질의 연마포 및 미소 사이즈의 유리(遊離) 지립을 사용하여, 나노토포그래피나 헤이즈와 같은 실리콘 웨이퍼 표면상의 미소한 면(面)거칠기의 불균일을 저감하도록 편면 연마가 행해진다.
특허문헌 1(청구항 1, 2 및 실시예 1 등 참조)에는, 실리콘 웨이퍼의 표리면을 동시에 연마하는 조연마 공정과, 그 후, 조연마된 면을 마무리 연마하는 마무리 연마 공정을 갖는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법에 있어서, 상기 조연마는, 유리 지립을 함유하는 연마액을 사용하여 자연 산화막을 제거하는 1차 연마와, 당해 1차 연마 후, 유리 지립을 포함하지 않는 아민 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액을 사용하여, 상기 실리콘 웨이퍼의 자연 산화막이 제거된 표리면을 연마량이 편면 5∼10㎛가 되도록 연마하는 2차 연마로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 연마 방법이 기재되어 있다. 그리고, 실시예 1에서는, 1차 연마에 사용한 양면 연마 장치를 이용하여 2차 연마를 행하고 있다.
일본특허 제5754659호 공보
특허문헌 1에 기재된 2단계의 조연마는, 이하와 같은 설계 사상에 기초하여 행해지고 있다. 즉, 양면 연마 장치를 이용한 조연마 공정에서는, 웨이퍼의 중심부에 비해 외주부의 연마량이 많아지기 쉽고, 그 결과로서 웨이퍼의 외주부가 처지는 것이 문제시 되고 있다. 그래서, 특허문헌 1에서는, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 연마액을 이용하여 조연마를 행하고, 이 수용성 고분자의 작용에 의해, 웨이퍼의 외주부의 처짐량(ROA: Roll Off Amount)을 억제하고 있다. 또한, 통상, 조연마 공정 전의 실리콘 웨이퍼의 표면에는 두께 5∼20Å 정도의 자연 산화막이 존재하는 바, 지립을 포함하지 않는 연마액에서는 자연 산화막의 제거가 곤란하다. 그래서, 지립을 포함하는 연마액으로 1차 연마를 행함으로써, 자연 산화막을 제거하고 있다. 특허문헌 1의 실시예 1에서는, 자연 산화막의 제거를 포함하고, 연마량이 편면 0.5㎛(양면 1㎛)의 1차 연마와, 그 후, 연마량이 편면 5㎛(양면 10㎛)의 2차 연마를 행하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 양면 연마 방법은, 1차 연마와 2차 연마를 공통의 양면 연마 장치로 행함에 있어서, 지립을 포함하는 연마액을 이용하는 1차 연마와, 지립을 포함하지 않는 연마액을 이용하는 2차 연마의 사이의 연마액의 전환에 대해서 하등 검토가 이루어지고 있지 않다. 그리고, 본 발명자들의 검토에 의하면, 이 연마액의 전환을 어떻게 행할까에 의존하여, 2차 연마의 개시 시에 캐리어 플레이트의 진동이 발생하여, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것이 판명되었다.
그래서 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것을 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하의 인식을 발견했다. 양면 연마에 있어서는, 사용이 완료된 연마액은 회수하여 연마액 공급용 탱크로 되돌려 순환시키고, 반복 연마액으로서 사용하는 것이 일반적이다. 그 때문에, 1차 연마와 2차 연마를 공통의 양면 연마 장치로 행하는 경우, 1차 연마에서 이용하는 연마액과 2차 연마에서 이용하는 연마액이 혼재하지 않도록, 1차 연마의 종료 후, 연마포로의 연마액의 공급을 정지함과 함께 연마포에 순수를 공급하여, 웨이퍼나 캐리어 플레이트에 부착된 지립을 제거하고, 또한, 연마포를 고압수로 세정하는 방법이 생각된다. 그러나, 이러한 경우에는, 2차 연마의 개시 시에 캐리어 플레이트로부터의 소음 발생과 함께 캐리어 플레이트에 진동이 발생하는 것이 확인되었다. 이는, 지립이 없는 상태로 상하 정반의 회전을 재개하게 되기 때문에, 연마포로부터의 압압력을 그대로 캐리어 플레이트에 전파시키는 결과, 웨이퍼 및 캐리어 플레이트와 연마포의 마찰 저항이 증대하여, 웨이퍼로의 상하 정반으로부터의 가압 부하가 커지는 것에 기인한다고 생각된다. 그래서 본 발명자들은, 지립이 없는 상태로 상하 정반의 회전을 재개하지 않아도 되는 연마액의 전환 수법에 대해서 검토했다. 그리고, 1차 연마에서 이용하는 연마액과 2차 연마에서 이용하는 연마액이 혼재하지 않도록 하는 것이 아니라, 오히려, 의도적으로 양쪽의 연마액을 혼재시킨 상태로 연마하는 전이 기간을 형성함으로써, 캐리어 플레이트의 진동을 억제하고, 결과, 마이크로 스크래치의 발생을 억제할 수 있는 것은 아닐까라고 상기(想起)하여, 그것이 올바른 것을 실험적으로 확인했다.
본 발명은, 상기 인식에 기초하여 완성된 것으로서, 그 요지 구성은 이하와 같다.
(1) 실리콘 웨이퍼를 보유지지(保持)하는 하나 이상의 보유지지 구멍을 갖는 캐리어 플레이트와, 상기 캐리어 플레이트를 사이에 두고 대향하여 위치하고, 표면에 연마포가 형성된 상 정반 및 하 정반을 갖는 양면 연마 장치를 이용하여, 상기 보유지지 구멍 내에 장전한 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에, 각각 상기 상 정반 및 상기 하 정반의 연마포를 접촉시킨 상태로, 상기 상 정반 및 상기 하 정반과 상기 캐리어 플레이트를 상대 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면을 동시에 연마하는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법으로서,
지립을 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제1 연마액을 상기 연마포에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제1 연마 공정과,
상기 제1 연마 공정 후, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에, 각각 상기 상 정반 및 상기 하 정반의 연마포를 접촉시킨 채로, 또한, 상기 상 정반 및 상기 하 정반의 회전을 계속한 상태로, 상기 제1 연마액의 공급을 정지함과 함께, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제2 연마액의 공급을 개시하는 연마액 전환 공정과,
상기 연마액 전환 공정 후, 상기 제2 연마액을 상기 연마포에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제2 연마 공정
을 연속하여 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
(2) 상기 상 정반 및 상기 하 정반이 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에 가하는 면압력에 관하여,
상기 제1 연마 공정에서는, 제1 면압력으로 양면 연마를 행하고, 그의 종기(終期)에 있어서 상기 면압력을 저하시켜, 종료 시에 상기 제1 면압력보다도 낮은 제2 면압력으로 하고,
상기 제2 연마 공정에서는 상기 제2 면압력으로 양면 연마를 행하는, 상기 (1)에 기재된 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
(3) 상기 제1 면압력의 값에 대하여 상기 제2 면압력의 값이 5％∼40％ 작은, 상기 (2)에 기재된 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
(4) 상기 제1 연마 공정에서는, 상기 제1 및 제2 연마 공정에서의 합계 연마량의 80％∼99.5％의 연마량의 양면 연마를 행하고,
상기 제2 연마 공정에서는, 편면당 0.05㎛∼0.5㎛의 연마량의 양면 연마를 행하는, 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
(5) 상기 제1 연마 공정에서는, 사용이 완료된 제1 연마액을 회수한 후, 상기 연마포에 재차 공급하고,
상기 제2 연마 공정에서는, 사용이 완료된 연마액을 회수한 후, 폐기하는, 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법에 의하면, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법의 플로우도이다.
도 2는 비교예 1에 의한 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법의 플로우도이다.
도 3은 비교예 2에 의한 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법의 플로우도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법에 있어서, 실리콘 웨이퍼에 가하는 면압력의 전환, 슬러리 공급의 전환 및, 사용이 완료된 연마액의 처리 방법의 전환을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법에 있어서 사용되는 양면 연마 장치(100)의 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
우선, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법에 있어서 사용되는 양면 연마 장치(100)의 기본적인 구성을 설명한다. 양면 연마 장치(100)는, 캐리어 플레이트(10)와, 이 캐리어 플레이트(10)를 사이에 두고 대향하여 위치하는 상 정반(14) 및 하 정반(16)을 갖는다. 캐리어 플레이트(10)에는, 실리콘 웨이퍼(W)를 보유지지하는 복수의 보유지지 구멍(12)(도 5에서는 대표적으로 1개를 도시)이 형성되어 있고, 여기에 1매씩 실리콘 웨이퍼(W)가 장전된다. 상하 정반(14, 16)의 표면에는, 각각 연마포(18, 20)가 형성되어 있다. 상하 정반(14, 16)의 중심부에는 선 기어(22)가 형성되고, 외주부에는 인터널 기어(24)가 형성되어 있다.
연마액은, 연마액 공급 라인(26)으로부터, 상 정반(14)를 연직 방향으로 관통하는 유로를 경유하여, 상하 정반(14, 16) 간에 공급된다. 또한, 연마액의 공급·회수 기구의 상세는 후술한다.
이 양면 연마 장치(100)에서는, 복수의 구멍(12)에 장전한 복수매의 실리콘 웨이퍼(W)를 상 정반(14) 및 하 정반(16)으로 사이에 끼우고, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면 및 이면에 각각 연마포(18, 20)를 접촉시킨 상태로, 연마액을 연마포(18, 20)에 공급하면서, 선 기어(22)와 인터널 기어(24)를 회전시킴으로써, 상 정반(14) 및 하 정반(16)과 캐리어 플레이트(10)를 상대 회전시킨다. 이에 따라, 복수매의 실리콘 웨이퍼(W)의 표면 및 이면을 동시에 연마할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법으로 이용할 수 있는 양면 연마 장치의 구성은 상기에 한정되지 않고, 선 기어(유성 기어) 방식의 것, 또는, 캐리어 플레이트에 자전을 수반하지 않는 원 운동을 시키는 무(無) 선 기어 방식의 것을 채용할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 실리콘 웨이퍼의 조연마로서, 우선, 지립을 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제1 연마액을 연마포(18, 20)에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제1 연마 공정을 행하고, 계속해서, 제1 연마 공정을 행한 양면 연마 장치(100)를 이용하여, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제2 연마액을 연마포(18, 20)에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제2 연마 공정을 행한다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 연마 공정은, 지립을 포함하는 연마액에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 표층에 형성되어 있는 두께 5∼20Å 정도의 자연 산화막을 제거함과 함께, 거의 목표로 하는 두께까지 실리콘 웨이퍼(W)를 연마하는 것을 목적으로 행한다.
제1 및 제2 연마 공정에서의 합계 연마량은, 편면당 대체로 2.5㎛∼10㎛의 범위로 설정된다. 제1 연마 공정에서는, 제1 및 제2 연마 공정에서의 합계 연마량의 80％∼99.5％의 연마량의 양면 연마를 행한다. 제1 연마 공정의 연마량이, 합계 연마량의 80％ 미만인 경우, 목표 두께로 하기 위해 연마 레이트가 낮은 제2 연마 공정을 많이 행할 필요가 생기고, 생산성을 해친다. 한편으로, 제1 연마 공정의 연마량이, 합계 연마량의 99.5％ 초과인 경우, 제2 연마 공정에 있어서의 연마 가공 여유분량이 지나치게 적어지기 때문에, 웨이퍼의 외주부의 처짐량을 억제하는 효과가 충분하지 않아진다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 있어서의 제2 연마 공정은, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 연마액을 이용하여 실리콘 웨이퍼(W)의 양면을 조금 연마함으로써, 웨이퍼의 외주부의 처짐량을 억제하는 것을 목적으로 행한다. 구체적으로는, 제2 연마 공정에서는, 편면당 0.05㎛∼0.5㎛의 연마량의 양면 연마를 행한다. 편면당의 연마량이 0.05㎛ 미만인 경우, 웨이퍼의 외주부의 처짐량을 억제하는 효과가 충분하지 않아진다. 한편으로, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 연마액은 연마 레이트가 낮기 때문에, 편면당의 연마량이 0.5㎛를 초과하면, 생산성을 해치게 된다.
특허문헌 1에서는, 지립을 포함하는 연마액을 이용하는 1차 연마는, 주로 자연 산화막을 제거하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 그 연마량은 편면당 0.5㎛이고, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 연마액을 이용하는 2차 연마에 의해, 연마량이 편면 5∼10㎛의 양면 연마를 행함으로써, 목표로 하는 두께를 실현하고 있다. 이에 대하여 본 실시 형태에서는, 연마 레이트가 높은 1차 연마를 주로 행하여 목표 두께를 실현함으로써 높은 생산성을 실현하고 있다. 한편으로, 2차 연마에 관해서도, 편면당 0.05㎛ 이상의 연마량을 확보하면, 웨이퍼의 외주부의 처짐량은 충분히 억제할 수 있다.
제1 연마액 및 제2 연마액은 모두, pH가 9∼12의 범위로 조정된 것인 것이 바람직하다. pH9 미만에서는, 에칭 작용이 지나치게 낮아져 버려, 실리콘 웨이퍼의 표면에 스크래치, 흠집 등의 가공 기인의 결함이 발생하기 쉬워진다. pH12를 초과하면 용액의 취급 그 자체가 곤란해진다. 또한, 알칼리제로서는, 염기성 암모늄염, 염기성 칼륨염, 염기성 나트륨염의 어느 것이 첨가된 알칼리성 수용액 혹은 탄산 알칼리 수용액, 혹은 아민이 첨가된 알칼리성 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 그 외에, 하이드라진이나 아민류의 수용액을 채용할 수 있고, 연마 레이트를 높이는 관점에서는, 특히 아민을 이용하는 것이 바람직하다.
제1 연마액에 있어서, 지립은, 실리카, 알루미나, 다이아몬드 등으로 이루어지는 것을 이용할 수 있지만, 저비용, 연마액 중에서의 분산성, 지립의 입경 제어의 용이성 등의 이유로부터, SiO2 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 지립의 평균 1차 입경은, BET법으로 측정했을 때에 30∼100㎚로 할 수 있다.
제2 연마액에 있어서, 수용성 고분자로서는, 비이온계로부터 선택되는 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 등을 들 수 있다. 수용성 고분자의 농도는, 웨이퍼의 외주부의 처짐량을 충분히 억제하는 관점에서, 1ppm 이상이 바람직하고, 10ppm 이상이 보다 바람직하다. 또한, 연마 레이트를 크게 저하시켜 생산성을 저해하지 않는 관점에서, 200ppm 이하가 바람직하고, 100ppm 이하가 보다 바람직하다.
연마포(18, 20)로서는, 폴리에스테르제의 부직포로 이루어지는 연마포, 폴리우레탄제의 연마포 등을 들 수 있고, 특히, 실리콘 웨이퍼의 연마면의 경면화 정밀도가 우수한 발포성 폴리우레탄제의 연마포가 바람직하다. 연마포(18, 20)는, JIS K 6253-1997/ISO 7619에 의해 규정된 쇼어 D경도에서 70∼90, 압축률이 1∼5％, 특히 2∼3％인 것이 바람직하다.
제1 연마 공정에서의 연마 레이트는, 0.1∼1.0㎛/분으로 하는 것이 바람직하고, 제2 연마 공정에서의 연마 레이트는, 0.03∼0.5㎛/분으로 하는 것이 바람직하다.
상하 정반의 회전 속도, 실리콘 웨이퍼의 회전 속도, 면압력 및, 연마액 공급량은, 상기 연마 레이트를 실현하도록 적절히 설정하면 좋다. 상하 정반의 회전 속도는, 제1 및 제2 연마 공정을 통하여 5rpm∼40rpm의 범위로 할 수 있다. 면압력은, 50g/㎠∼300g/㎠의 범위로 설정하면 좋고, 제2 연마 공정에서는 지립을 포함하지 않는 연마액을 사용하여, 마찰 저항이 커지기 때문에, 제1 연마 공정에 있어서의 면압력보다도, 제2 연마 공정에 있어서의 면압력을 5％∼40％ 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
여기에서, 본 실시 형태는, 제1 연마 공정과 제2 연마 공정을 공통의 양면 연마 장치(100)를 이용하여 행할 때의, 제1 연마액과 제2 연마액의 전환 수법으로 특징을 갖는다. 본 실시 형태의 기술적 의의를 설명하기 위해, 우선은 도 2, 3을 참조하여 비교예 1, 2에 따른 양면 연마 방법을 설명한다.
도 2를 참조하여, 비교예 1에 따른 양면 연마 방법에서는, 우선, 상하 정반이 웨이퍼에 접촉(착반)하고 또한 회전한 상태로 제1 연마액을 공급함으로써, 제1 연마 공정을 행하고(스텝 S1), 설정 시간의 경과 후에 제1 연마액의 공급을 정지한다. 이어서, 제1 연마액을 제2 연마액과 혼재시키지 않도록, 제1 연마 공정 후에, 순수 린스 처리와 연마포 세정을 행한다. 구체적으로는, 상하 정반이 웨이퍼에 착반하고 또한 회전한 채로, 상 정반으로부터 연마포에 순수를 공급하여, 웨이퍼나 캐리어 플레이트에 부착한 지립을 제거한다(스텝 S2). 다음으로, 상하 정반의 회전을 정지시키고, 순수의 공급도 정지시킨 후, 상 정반을 상승시켜 웨이퍼로부터 상 정반을 떼어 놓고(이반), 하 정반(연마포 상)으로부터 캐리어 플레이트와 웨이퍼를 취출한다(스텝 S3). 다음으로, 연마포에 고압수를 분사하여, 연마포에 부착하는 연마 부스러기나 지립 등을 제거한다(스텝 S4). 연마포의 세정이 끝나면, 캐리어 플레이트와 실리콘 웨이퍼를 원래의 위치로 되돌린다(스텝 S5). 그리고, 상하 정반을 웨이퍼에 착반시키고, 회전은 정지한 상태로, 제2 연마액의 공급을 개시하고, 그 후 상하 정반의 회전을 재개하여, 제2 연마 공정을 행한다(스텝 S6). 설정 시간의 경과 후에 제2 연마액의 공급을 정지한다. 그 후, 제1 연마 공정 후와 마찬가지로, 순수 린스 처리와 연마포 세정을 행한다(스텝 S7∼S10). 이 스텝 S10에서는, 미연마의 새로운 웨이퍼를 장전한다. 그리고, 상하 정반을 웨이퍼에 착반시켜, 회전은 정지한 상태로, 제1 연마액의 공급을 개시하고, 그 이후는 스텝 S1로 되돌아와, 신 배치의 양면 연마를 행한다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 비교예 2에 따른 양면 연마 방법에서는, 제1 연마액을 제2 연마액과 혼재시키지 않도록 하면서, 공정 단축을 도모하기 위해, 제1 연마 공정 후에, 순수 린스 처리만을 행한다(스텝 S2). 그 후, 제2 연마액의 공급을 개시하고, 상하 정반의 회전을 재개하여, 제2 연마를 행한다(스텝 S6). 그 이외의 공정은, 도 2와 동일하다. 이 방법에서는, 제1 연마 공정과 제2 연마 공정의 사이에, 연마포 세정 공정을 갖지 않는 점에서, 상 정반을 웨이퍼로부터 이반하여, 재차 착반시킬 필요가 없다.
그러나, 비교예 1, 2의 모두, 제2 연마 공정(스텝 S6)의 개시 시에, 캐리어 플레이트의 진동이 발생한다. 이는, 지립이 없는 상태로 상하 정반의 회전을 재개하게 되기 때문에, 웨이퍼 및 캐리어 플레이트와 연마포의 마찰 저항이 증대하여, 웨이퍼로의 상하 정반으로부터의 가압 부하가 커지는 것에 기인한다고 생각된다.
이에 대하여, 도 1을 참조하여, 본 실시 형태에서는, 제1 연마 공정 후에, 순수 린스 처리와 연마포 세정을 행하는 일 없이, 그대로 제2 연마 공정에 들어간다. 즉, 제1 연마 공정(스텝 S1) 후, 상하 정반을 웨이퍼에 착반시킨 채로, 또한, 회전을 계속한 상태로, 제1 연마액의 공급을 정지함과 동시에, 제2 연마액의 공급을 개시한다(스텝 S20: 연마액 전환 공정). 그리고, 제2 연마 공정(스텝 S6)을 행한다. 이 경우, 지립이 없는 상태로 상하 정반의 회전을 재개한다는 상황은 되지 않고, 제2 연마 공정의 개시로부터 소정 기간(20초 정도)은, 지립을 포함하는 제1 연마액과 지립을 포함하지 않는 제2 연마액이 혼재한 연마액에 의해, 양면 연마가 진행되게 된다. 그 때문에, 웨이퍼로의 상하 정반으로부터의 가압 부하가 커지는 일이 없고, 캐리어 플레이트의 진동을 억제할 수 있다. 그 결과, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 연마 공정에서는, 개시로부터 소정 기간, 지립을 포함하는 제1 연마액과 지립을 포함하지 않는 제2 연마액이 혼재한다. 따라서, 연마액의 회수, 순환 및, 재(再)이용은 회피하는 것이 바람직하다. 그래서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 연마 공정에서는 회수 라인을 온으로 하고, 사용이 완료된 제1 연마액을 회수한 후, 상기 연마포에 재차 공급하고, 제2 연마 공정의 개시 시에는, 회수 라인을 오프로 함과 동시에 폐기 라인을 온으로 하고, 제2 연마 공정에서는 항상, 사용이 완료된 연마액을 회수 후, 폐기하는 것이 바람직하다. 이미 서술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 제2 연마 공정은 극히 단시간이기 때문에, 사용이 완료된 연마액을 재이용하지 않아도, 연마액 비용이 현저하게 높아질 일은 없다.
이러한 사용이 완료된 연마액의 처리 방법의 전환을 실현하는 연마액의 공급·회수 기구를, 도 5를 참조하여 설명한다. 제1 연마액은, 제1 연마액용 공급 탱크(32)로부터 제1 연마액용 공급 라인(30)에 공급되고, 제2 연마액은, 제2 연마액용 공급 탱크(36)로부터 제2 연마액용 공급 라인(34)에 공급된다. 라인(30, 34)의 합류부에는 전환 밸브(28)가 형성되고, 이 전환 밸브를 제어함으로써, 연마액 공급 라인(26)에 어느 쪽의 연마액을 공급하는지를 제어할 수 있다. 한편, 사용이 완료된 연마액은, 하 정반의 하방에 위치하는 회수 기구(도시하지 않음)로부터 사용이 완료된 연마액 회수 라인(38)에 들어간다. 이 라인(38)에는, 전환 밸브(40)와, 여기에서 분기하는 폐액 라인(46)이 형성되어 있고, 전환 밸브(40)를 제어함으로써, 사용이 완료된 연마액을, 라인(38)이 접속하는 회수 탱크(42)로 옮기는지, 폐액 라인(46)으로 옮기는지를 제어할 수 있다. 회수 탱크(42)에 옮겨진 사용이 완료된 폐액은, 재이용 라인(44)을 통하여, 제1 연마액용 공급 탱크(32)로 되돌려진다.
제1 연마 공정에서는, 전환 밸브(28)를 제어하여 제1 연마액용 공급 라인(30)으로부터 지립을 포함하는 제1 연마액을 공급함과 함께, 전환 밸브(40)를 제어하여 사용이 완료된 제1 연마액은 회수 탱크(42)에 회수하여, 재이용한다. 제2 연마 공정에서는, 전환 밸브(28)를 제어하여 제2 연마액용 공급 라인(34)으로부터 제2 연마액을 공급함과 함께, 전환 밸브(40)를 제어하여 사용이 완료된 연마액은 폐액 라인(46)으로부터 폐기한다.
다음으로, 제2 연마 공정은 지립을 포함하지 않는 제2 연마액을 이용하여 행하기 때문에, 웨이퍼 및 캐리어 플레이트와 연마포의 마찰 저항이 증대하기 쉽다. 그래서, 상하 정반이 실리콘 웨이퍼의 표면에 가하는 면압력에 관하여, 제2 연마 공정에서는, 제1 연마 공정보다도 낮은 면압력으로 행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 캐리어 플레이트의 진동을 확실히 방지할 수 있다. 그 결과, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것을 보다 충분히 억제할 수 있다. 이때, 본 실시 형태에서는, 제1 연마 공정과 제2 연마 공정을 연속하여 행하기 위해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 연마 공정의 종기에 있어서 면압력을 저하시키고, 제1 연마 공정의 종료 시에, 제2 연마 공정의 면압력까지 저하시킨다.
실시예
(비교예 1)
도 5에 나타내는 양면 연마 장치를 이용하여, 도 2에 나타내는 플로우에 따라, 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼(5매/배치×2배치＝10매)의 양면 연마를 행했다. 제1 연마액으로서는, 평균 1차 입경 70㎚의 콜로이달 실리카 입자를 지립으로서 5질량％ 포함하는 KOH 수용액을 이용했다. 제2 연마액으로서는, 지립을 포함하지 않고, 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)를 10질량ppm 포함하는 피페리딘 수용액을 이용했다. 제1 연마 공정에서는, 상하 정반의 회전 속도를 15rpm, 면압력을 250g/㎠, 연마량은 편면당 5㎛의 연마 처리를 행했다. 제2 연마 공정에서는, 상하 정반의 회전 속도를 15rpm, 면압력을 250g/㎠, 연마량은 편면당 0.5㎛의 연마 처리를 행했다. 제1 연마 공정과 제2 연마 공정의 사이에, 30초간의 순수 린스 공정과, 60초간의 연마포 세정 공정을 행했다.
(비교예 2)
도 5에 나타내는 양면 연마 장치를 이용하여, 도 3에 나타내는 플로우에 따라, 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼(5매/배치×2배치＝10매)의 양면 연마를 행했다. 즉, 제1 연마 공정과 제2 연마 공정의 사이에서, 연마포의 세정을 행하지 않았던 것 이외에는, 비교예 1과 동일한 조건·플로우이다.
(발명예 1)
도 5에 나타내는 양면 연마 장치를 이용하여, 도 1에 나타내는 플로우에 따라, 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼(5매/배치×2배치＝10매)의 양면 연마를 행했다. 제1 연마액 및 제2 연마액은, 비교예 1, 2와 동일한 것을 이용했다. 제1 연마 공정에서는, 상하 정반의 회전 속도를 15rpm, 면압력을 250g/㎠, 연마량은 편면당 5㎛의 연마 처리를 행했다. 그 후, 상하 정반을 웨이퍼에 착반시킨 채로, 또한, 회전을 계속한 상태로, 제1 연마액의 공급을 정지함과 동시에, 제2 연마액의 공급을 개시했다. 제2 연마 공정에서는, 상하 정반의 회전 속도를 15rpm, 면압력을 250g/㎠, 연마량은 편면당 0.5㎛의 연마 처리를 행했다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 연마 공정에서는 회수 라인을 온으로 하고, 제2 연마 공정의 개시 시에는, 회수 라인을 오프로 함과 동시에 폐기 라인을 온으로 했다.
(발명예 2)
도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 연마 공정의 마지막 10초간으로 면압력을 250g/㎠로부터 200g/㎠로 저하시키고, 제2 연마 공정은 면압력 200g/㎠로 행했다. 그 이외에는, 발명예 1과 동일한 조건·플로우로 양면 연마를 행했다.
<마이크로 스크래치의 평가>
표면 결함 검사 장치(KLA-Tencor사 제조: Surfscan SP-2)를 이용하여 DWO 모드(Dark Field Composite Oblique 모드)를 이용하고, 양면 연마된 각 웨이퍼의 이면을 관찰하고, 웨이퍼면 내에서 관찰되는, 결함 사이즈가 160㎚ 이상의 LPD(Light Point Defect)의 수를 마이크로 스크래치의 발생 개수로서 카운트했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
이와 같이, 비교예 1, 2에서는 다수의 마이크로 스크래치가 발생한 것에 대하여, 발명예 1에서는 마이크로 스크래치를 저감할 수 있고, 발명예 2에서는, 발명예 1보다도 더욱 마이크로 스크래치를 저감할 수 있었다.
<웨이퍼의 평탄도 평가>
평탄도 측정기(KLA-Tencor사 제조: Wafer Sight)를 이용하여, 양면 연마된 발명예 1, 2의 실리콘 웨이퍼에 대해서 ESFQR(Edge Site Front least sQuares Range)을 평가했다. ESFQR은, 평탄도가 악화되기 쉬운 에지의 평탄도의 평가 지표(사이트 플랫니스)이고, 에지 롤 오프량의 크기를 나타내는 것이다. ESFQR은, 웨이퍼의 에지를 따른 링 형상의 영역을 둘레 방향으로 더욱 균등하게 분할하여 얻어지는 단위 영역(사이트)을 대상으로 하고, 사이트 내의 두께 분포로부터 최소 이승법에 의해 구해진 기준면(Site Best Fit Surface)으로부터의 편차의 최댓값과 최솟값의 차로서 정의된다. 여기에서는, 웨이퍼 최외주로부터 2∼32㎜의 범위(섹터 길이 30㎜)로 설정된 링 형상의 외주 영역이 둘레 방향으로 72분할된 사이트의 ESFQR을 측정하여, 추가로 전체 사이트의 평균값 ESFQR_mean을 구했다.
그 결과, 발명예 1, 2의 어느 쪽도, 평균값 ESFQR_mean으로 30㎚ 이하와 같은 외주 처짐이 억제된 고평탄화된 실리콘 웨이퍼인 것이 확인되었다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법에 의하면, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표리면에 마이크로 스크래치가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
100 : 양면 연마 장치
10 : 캐리어 플레이트
12 : 보유지지 구멍
14 : 상 정반
16 : 하 정반
18, 20 : 연마포
22 : 선 기어
24 : 인터널 기어
26 : 연마액 공급 라인
28 : 전환 밸브
30 : 제1 연마액용 공급 라인
32 : 제1 연마액용 공급 탱크
34 : 제2 연마액용 공급 라인
36 : 제2 연마액용 공급 탱크
38 : 사용이 완료된 연마액회수 라인
40 : 전환 밸브
42 : 회수 탱크
44 : 재이용 라인
46 : 폐액 라인
W : 실리콘 웨이퍼

Claims (5)

  1. 실리콘 웨이퍼를 보유지지(保持)하는 하나 이상의 보유지지 구멍을 갖는 캐리어 플레이트와, 상기 캐리어 플레이트를 사이에 두고 대향하여 위치하고, 표면에 연마포가 형성된 상 정반 및 하 정반을 갖는 양면 연마 장치를 이용하여, 상기 보유지지 구멍 내에 장전한 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에, 각각 상기 상 정반 및 상기 하 정반의 연마포를 접촉시킨 상태로, 상기 상 정반 및 상기 하 정반과 상기 캐리어 플레이트를 상대 회전시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면을 동시에 연마하는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법으로서,
    지립을 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제1 연마액을 상기 연마포에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제1 연마 공정과,
    상기 제1 연마 공정 후, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에, 각각 상기 상 정반 및 상기 하 정반의 연마포를 접촉시킨 채로, 또한, 상기 상 정반 및 상기 하 정반의 회전을 계속한 상태로, 상기 제1 연마액의 공급을 정지함과 함께, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자를 포함하는 알칼리 수용액으로 이루어지는 제2 연마액의 공급을 개시하는 연마액 전환 공정과,
    상기 연마액 전환 공정 후, 상기 제2 연마액을 상기 연마포에 공급하면서 양면 연마를 행하는 제2 연마 공정
    을 연속하여 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상 정반 및 상기 하 정반이 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 및 이면에 가하는 면압력에 관하여,
    상기 제1 연마 공정에서는, 제1 면압력으로 양면 연마를 행하고, 그의 종기(終期)에 있어서 상기 면압력을 저하시켜, 종료 시에 상기 제1 면압력보다도 낮은 제2 면압력으로 하고,
    상기 제2 연마 공정에서는 상기 제2 면압력으로 양면 연마를 행하는, 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 면압력의 값에 대하여 상기 제2 면압력의 값이 5％∼40％ 작은, 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 연마 공정에서는, 상기 제1 및 제2 연마 공정에서의 합계 연마량의 80％∼99.5％의 연마량의 양면 연마를 행하고,
    상기 제2 연마 공정에서는, 편면당 0.05㎛∼0.5㎛의 연마량의 양면 연마를 행하는, 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 연마 공정에서는, 사용이 완료된 제1 연마액을 회수한 후, 상기 연마포에 재차 공급하고,
    상기 제2 연마 공정에서는, 사용이 완료된 연마액을 회수한 후, 폐기하는, 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법.
KR1020207002188A 2017-08-31 2017-08-31 실리콘 웨이퍼의 양면 연마 방법 Active KR102287116B1 (ko)

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