KR101835414B1 - 양면 연마방법 - Google Patents

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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 캐리어에 유지되는 웨이퍼를 연마포가 부착된 상하의 정반으로 끼우고, 캐리어를 자전 및 공전시키고, 연마제를 공급하면서 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 양면 연마에 있어서, 고연마 레이트로 연마하는 제1 연마공정과, 이어서 저연마 레이트로 연마하는 제2 연마공정을 가지는 양면 연마방법으로서, 연마 후에 웨이퍼의 평탄도를 측정하는 공정과, 평탄도의 측정결과에 기초하여 다음 연마시의 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법이다. 이에 따라, 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받지 않고, 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 개선할 수 있는 양면 연마방법이 제공된다.

Description

양면 연마방법{DOUBLE-SIDED POLISHING METHOD}
본 발명은, 연마제를 공급하면서 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마방법에 관한 것이다.
반도체 회로선폭의 미소화에 수반하여, 그 기판인 반도체 웨이퍼에 요구되는 평탄도는 더욱더 엄격해지고 있다. 이러한 가운데, 대구경 웨이퍼를 연마할 때에는, 종래의 편면 연마 대신에 보다 가공 정밀도가 우수한 양면 연마방식이 채용되고 있다.
여기서 양면 연마장치는 도 6에 나타낸 바와 같은 유성기어식의 양면 연마장치와 도 7에 나타낸 바와 같은 요동식의 양면 연마장치가 있다. 유성기어식의 양면 연마장치는 상하 정반을 가지고, 상정반은 상하 이동이 가능하며 상정반을 하정반으로 누름으로써 상하 정반간에 끼인 웨이퍼에 대하여 하중을 가할 수 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 양면 연마장치(101)는 하정반 내측에 마련된 선 기어(107)와, 하정반 외측에 마련된 인터널 기어(108)를 가지고 있다.
또한, 상하 정반간에는 웨이퍼를 유지하는 캐리어(105)가 있고, 그 외주부가 선 기어와 인터널 기어에 치합하여 회전할 수 있다. 이 캐리어는 선 기어와 인터널 기어의 회전수에 따라 상하 정반간에 자전 및 공전한다. 피연마물인 웨이퍼는 이 캐리어에 마련된 유지홀(106)에 삽입되어 유지됨으로써 연마 중에 양면 연마장치로부터 일탈하는 일 없이 연마된다.
한편, 도 7에 나타낸 바와 같이, 요동식의 양면 연마장치(111)는 회전하는 상하 정반간에 웨이퍼를 유지하는 캐리어(105)를 배치하고, 캐리어(105)를 자전시키지 않고 원운동시켜 웨이퍼를 연마하는 것이다.
유성기어식의 양면 연마장치는 요동식의 양면 연마장치와 비교했을 때 캐리어의 자전수 및 공전수를 높게 설정할 수 있고, 그 결과 연마 중인 웨이퍼의 자전운동을 촉진시킴으로써 요동식 연마기와 비교했을 때 평탄도가 높은 웨이퍼로 연마할 수 있다. 따라서, 최근의 양면 연마장치로서는 유성기어식의 양면 연마기가 주류가 되고 있다.
여기서, 유성기어식의 양면 연마장치에 있어서, 연마 후의 웨이퍼의 평탄도는 연마 종료시의 웨이퍼의 두께, 즉 웨이퍼의 마무리 두께와 캐리어의 두께의 관계에 따라 변화하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 예를 들면, 캐리어의 두께에 대하여 마무리 두께를 두껍게 하면 연마하중에 의한 웨이퍼의 연마포에의 침강의 영향으로부터 웨이퍼 외주부의 압력이 중앙부에 비해 높아진다. 그 결과, 웨이퍼 외주부의 연마가 촉진되어 중심부보다 외주부가 얇아지는, 이른바 외주 처짐이 발생하고 전체 형상도 볼록 형상이 되기 쉽다.
반대로, 캐리어의 두께에 대하여 마무리 두께를 얇게 하면 캐리어가 웨이퍼의 연마포에의 침강의 영향을 완화하는, 이른바 리테이너 효과로부터 외주부의 압력이 중앙부에 비해 작아진다. 그 결과, 웨이퍼 외주부가 중심부에 대하여 두꺼워지는 외주 튐(ハネ, splash)이 발생하고, 전체 형상은 오목 형상이 되기 쉽다.
이 점에서, 종래에는, 캐리어의 두께에 대한 웨이퍼의 마무리 두께를 조정함으로써 평탄도를 조정하고 있다. 일반적으로, 연마공정은 고연마 레이트로 조(粗)연마하는 제1 연마공정과, 이어서 저연마 레이트로 정(精)연마하는 제2 연마공정을 가지고 있는데, 마무리 두께의 조정은 이 제1 연마공정의 연마시간을 변화시킴으로써 행해진다. 평탄도가 높은 웨이퍼에 연마하기 위해서는 캐리어의 두께에 대하여 최적의 두께로 웨이퍼를 마무리할 필요가 있다.
또한, 웨이퍼의 마무리 두께 및 평탄도의 측정은, 작업자가 양면 연마장치로부터 연마 후의 웨이퍼를 취출하고, 장치 외에 있는 평탄도 측정기로 측정하고, 측정종료 후에 연마장치로 되돌리고 있다. 이 평탄도의 측정결과를 바탕으로 다음 연마의 마무리 두께를 결정하고 연마시간을 설정하고 있다. 이러한 연마 후에 웨이퍼를 취출하여 행하는 측정을 매회 행하면 장치 생산성 및 노동 생산성의 저하를 초래하기 때문에, 복수회의 연마마다 1회의 측정을 행하도록 하고 있다.
일본특허공개 H5-177539호 공보
그러나, 예를 들면 GBIR과 같은 웨이퍼 전체의 평탄도와, 예를 들면 SFQR이나 ESFQR과 같은 외주부의 평탄도가 모두 고평탄화하는 두께가 반드시 동일하다고는 할 수 없다. 예를 들면, GBIR이 양호해지는 두께로 마무리했다고 해도, 외주부의 평탄도는 외주 튐 또는 외주 처짐이 발생하고, SFQR이나 ESFQR이 악화되는 경우가 있다. 따라서, 상기와 같은 종래의 마무리 두께의 조정에서는 평탄도를 충분히 개선할 수 없다. 또한, 상기와 같이 캐리어의 두께를 기준으로 이용하는 방법으로는, 캐리어의 두께의 마모 등에 의한 시간경과 변화에 대응하는 것이 곤란하게 되었다.
최근, 반도체 디바이스의 비용 삭감을 위하여 웨이퍼 외주부의 평탄도의 요구가 엄격해지고 있는 가운데, 지금까지 문제가 되지 않았던 범위의 외주 튐, 또는 외주 처짐이 문제가 되고 있고, 예를 들면 상기한 바와 같은 종래의 방법으로는 웨이퍼 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도가 모두 양호한 웨이퍼로 연마하는 것이 곤란하게 되었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받지 않고, 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 개선할 수 있는 양면 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 캐리어에 유지되는 웨이퍼를 연마포가 부착된 상하의 정반으로 끼우고, 상기 캐리어를 자전 및 공전시키고, 연마제를 공급하면서 상기 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 양면 연마에 있어서, 고연마 레이트로 연마하는 제1 연마공정과, 이어서 저연마 레이트로 연마하는 제2 연마공정을 가지는 양면 연마방법으로서, 연마 후에 상기 웨이퍼의 평탄도를 측정하는 공정과, 상기 평탄도의 측정결과에 기초하여 다음 연마시의 상기 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법이 제공된다.
이러한 양면 연마방법이면, 캐리어의 두께를 기준치로서 이용하지 않으므로 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받는 일도 없이, 전회의 평탄도의 측정결과에 기초하여 평탄도를 효과적으로 안정적으로 개선할 수 있다. 또한, 평탄도의 측정을 인라인으로 행하도록 하면, 생산성이 저하되는 일도 없다.
이때, 상기 측정하는 평탄도로서, 상기 웨이퍼의 중심을 통과하는 단면형상인 전체의 평탄도와 상기 웨이퍼의 외주부의 처짐 형상 또는 튐 형상인 외주부의 평탄도로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도의 각각의 측정결과에 기초하여, 제2 연마공정의 연마조건을 보다 상세하게 설정할 수 있고, 평탄도를 보다 효과적으로 개선할 수 있다.
또한 이때, 구체적으로는, 상기 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정에 있어서, 상기 연마조건으로서, 연마하중, 상기 캐리어의 자전수 및 공전수, 상기 상하 정반의 회전수, 연마시간의 적어도 어느 하나를 설정할 수 있다.
이와 같이 하면, 구체적으로 제2 연마공정의 연마조건을 설정할 수 있고, 특히 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도를 측정하는 경우에 있어서, 이들의 평탄도를 모두 효과적으로 개선할 수 있다.
또한 이때, 상기 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정에 있어서, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다, 상기 연마하중을 감소하고, 또한 상기 상하 정반의 회전수와 상기 캐리어의 자전수 및 공전수를 증가하고, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 처짐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다, 상기 연마하중을 증가하고, 또한 상기 상하 정반의 회전수와 상기 캐리어의 자전수 및 공전수를 감소하도록 상기 연마조건을 설정할 수 있다.
이와 같이 하면, 외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에는 웨이퍼를 오목형상이 되기 쉽게 하고, 처짐 형상인 경우에는 웨이퍼를 볼록형상이 되기 쉽게 할 수 있으므로, 마무리 두께에 의한 전체의 평탄도의 조정과 조합하여 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다.
이때, 구체적으로는, 상기 제1 연마공정의 연마시간을, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에 마무리 두께가 전회의 연마시보다 두꺼워지도록 설정하고, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 처짐 형상인 경우에 마무리 두께가 전회의 연마시보다 얇아지도록 설정할 수 있다.
이와 같이 하면, 외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에는 웨이퍼가 볼록형상이 되기 쉬워지므로, 상기의 제2 연마공정의 연마조건의 변경에 따라 웨이퍼가 오목형상이 되기 쉬워지는 효과와의 조합에 의해 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다. 또한, 외주부의 평탄도의 결과가 처짐 형상인 경우에는 웨이퍼가 오목형상이 되기 쉬워지므로, 상기의 제2 연마공정의 연마조건의 변경에 따라 웨이퍼가 볼록형상이 되기 쉬워지는 효과와의 조합에 의해 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다.
본 발명에서는, 웨이퍼의 양면 연마에 있어서, 연마 후에 웨이퍼의 평탄도를 측정하는 공정과, 평탄도의 측정결과에 기초하여 다음 연마시의 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정을 포함하므로, 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받지 않고, 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 개선할 수 있다. 또한, 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도를 측정하고, 이들의 측정결과에 기초하여 제2 연마공정의 연마조건을 설정함으로써, 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 양면 연마방법의 일례의 플로우도이다.
도 2는 본 발명의 양면 연마방법으로 이용할 수 있는 양면 연마장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 양면 연마방법으로 이용할 수 있는 웨이퍼 자동반송로봇을 구비한 양면 연마장치의 일례를 나타낸 개략도이다. (A)상면도. (B)로봇의 부분을 확대한 측면도.
도 4는 본 발명의 양면 연마방법의 제1 및 제2 연마공정을 설명하는 설명도이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 일반적인 유성기어식의 양면 연마장치를 나타낸 개략도이다.
도 7은 일반적인 요동식의 양면 연마장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이, 평탄도를 개선하기 위하여 캐리어의 두께를 기준으로 하여 마무리 두께를 조정하는 종래의 양면 연마방법으로는 평탄도를 충분히 개선할 수 없고, 특히 웨이퍼 외주부의 평탄도의 향상된 개선이 과제가 되고 있다. 또한, 캐리어의 두께의 마모 등에 의한 시간경과 변화에 대응하는 것이 곤란하다.
따라서, 본 발명자 등은 이러한 문제를 해결하기 위하여 예의검토를 거듭했다. 그 결과, 매회 연마 후에 웨이퍼의 평탄도를 측정하고, 그 결과를 다음의 배치의 제2 연마공정의 연마하중, 상하 정반의 회전수 등과 같은 연마조건에 반영시킴으로써, 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받지 않고, 평탄도가 높은 웨이퍼에 안정적으로 연마할 수 있는 것을 도출하였다. 또한, 본 발명자 등은 전체 및 외주부의 평탄도의 측정결과에 기초하여 제2 연마공정의 연마하중, 상하 정반의 회전수, 캐리어의 자전수 및 공전수, 연마시간 등의 연마조건, 및 전회의 연마시로부터의 마무리 두께의 증감을 설정하면 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
여기서, 본 발명의 양면 연마방법으로 이용할 수 있는 양면 연마장치에 대하여 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 양면 연마장치(1)는 원통형의 상정반(2) 및 하정반(3)을 가지고, 이 상하 정반(2, 3)에는 연마포(4)가 각각 그 연마면이 대향하도록 부착되어 있다. 여기서 연마포(4)는 부직포에 우레탄 수지를 함침시킨 것, 또는 우레탄 발포체의 것 등이다. 하정반(3)의 내측에는 선 기어(7), 외측에는 인터널 기어(8)가 장착되어 있다. 상하 정반(2, 3)과 선 기어(7), 인터널 기어(8)는 동일한 회전 중심축을 가지고 있고, 당해 축 중심으로 서로 독립적으로 회전 운동할 수 있다.
캐리어(5)에는 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 유지홀(6)이 마련되고, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 복수의 캐리어(5)가 상하 정반(2, 3)의 사이에 끼워지도록 되어 있다. 1개의 캐리어(5)에는 복수의 유지홀(6)이 마련되고 배치마다 복수의 웨이퍼(W)를 연마할 수 있도록 되어 있다. 또한, 캐리어(5)는 선 기어(7) 및 인터널 기어(8)와 각각 치합하고, 선 기어(7) 및 인터널 기어(8)의 회전수에 따라 상하 정반 간에 자전 및 공전한다. 이러한 캐리어(5)의 유지홀(6)에 웨이퍼(W)를 삽입하여 유지하고, 상정반(2)이 하강함으로써 웨이퍼(W) 및 캐리어(5)를 끼워 연마하중을 가한다. 그리고, 상정반(2)에 마련된 관통홀(9)을 개재하여, 노즐(10)로부터 공급된 연마제를 상하 정반 간에 유입하면서 상정반(2)과 하정반(3)을 서로 역방향으로 회전시켜 웨이퍼(W)의 양면을 동시에 연마하는 구조로 되어 있다.
또한, 도 3(A)(B)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 양면 연마방법으로 이용할 수 있는 양면 연마장치에는 웨이퍼 자동반송로봇(11)(이하, 로봇이라고 함), 연마 후의 웨이퍼의 마무리 두께를 측정하는 두께 측정기(12)가 마련되어 있다. 이 두께 측정기(12)는 2개의 변위 센서(13)를 대향시켜 배치하고, 그 사이에 웨이퍼(W)를 삽입하여 각 변위 센서(13)의 변위량을 측정함으로써 웨이퍼의 두께를 측정하는 것이다. 여기서, 변위 센서(13)는 접촉식과 비접촉식(정전용량이나 레이저 변위계 등)의 것을 이용할 수 있고, 웨이퍼에의 흠집의 영향을 고려하면 비접촉식이 바람직하다. 이와 같이, 웨이퍼의 두께를 인라인으로 측정할 수 있도록 되어 있다.
본 발명의 양면 연마방법으로는, 이러한 양면 연마장치를 이용하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 고연마 레이트로 연마하는 제1 연마공정과, 이어서 저연마 레이트로 연마하는 제2 연마공정의 2개의 연마공정으로 웨이퍼를 연마한다. 여기서, 제1 연마공정은, 주로 전공정에서 잔존한 웨이퍼 표면의 가공변형이나 피트를 제거하기 위한 공정이며, 생산성 향상을 위하여 연마하중을 높게 하여, 고연마 레이트로 연마한다. 제2 연마공정은, 주로 평탄도를 조정하기 위한 공정이며, 전회의 평탄도의 측정결과에 기초하여 적절히 연마조건을 설정하고, 저연마 레이트로 연마한다. 또한, 본 발명에서 이용하는 상기한 양면 연마장치의 구성은 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 양면 연마방법을 도 1을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전회의 연마 종료 후(도 1의 S1)의 웨이퍼를 로봇에 의해 양면 연마장치로부터 회수하고(도 1의 S2), 회수조에 수납한다. 모든 웨이퍼를 양면 연마장치로부터 회수한 후, 측정하는 웨이퍼를 로봇이 회수조로부터 취출하고(도 1의 S3), 필요에 따라 웨이퍼 표면의 수분을 송풍기에 의해 제거한 후(도 1의 S4), 마무리 두께 및 평탄도를 측정한다(도 1의 S5).
여기서, 마무리 두께는 두께 측정기로 측정할 수 있다. 이때, 측정에 사용하는 웨이퍼 매수는 1회의 배치로 연마된 웨이퍼 중 1매 이상이면 되고, 2매 이상 측정한 경우는 평균치를 사용한다. 또한, 예를 들면 웨이퍼의 중심을 통과하는 수평선 상의 복수점의 위치의 두께를 측정하고, 마무리 두께를 그 평균치로 할 수 있다.
또한, 측정하는 평탄도로서, 웨이퍼의 중심을 통과하는 단면형상인 전체의 평탄도와 웨이퍼의 외주부의 처짐 형상 또는 튐 형상인 외주부의 평탄도로 할 수 있다.
평탄도의 측정은 평탄도 측정기를 이용하여 행할 수 있다. 또한, 이하에 나타낸 바와 같이, 두께를 측정하고, 그 두께로부터 평탄도를 수치화함으로써 행할 수도 있다. 즉, 우선, 두께 측정기로 두께를 측정한다. 이 측정한 두께로부터 웨이퍼의 평탄도를 수치화한다. 예를 들면, 웨이퍼 전체의 평탄도는 복수점의 위치에서 측정한 두께의 최대치와 최소치의 차이로 할 수 있고, 외주부의 평탄도는 웨이퍼 외주 3mm 위치의 두께와 1mm 위치의 두께의 차이로 할 수 있다.
종래와 같이 양면 연마장치 외에 있는 평탄도 측정기로 평탄도를 측정하는 것이 아니고, 상기와 같이, 웨이퍼의 두께를 인라인으로 측정하고, 이 두께로부터 평탄도를 수치화하도록 하면, 생산성이 저하될 일도 없으므로 바람직하지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 평탄도의 측정결과에 기초하여 다음 연마시의 제2 연마공정의 연마조건을 설정한다(도 1의 S6, S7). 이때, 특히 외주부의 평탄도의 측정결과가 양호하면, 제2 연마공정의 연마조건을 전회와 동일하게 설정할 수 있다. 또한, 평탄도의 측정결과에 기초하여 다음 연마시의 마무리 두께를 결정한다(도 1의 S8).
이어서, 연마 전의 웨이퍼의 두께와 결정한 마무리 두께의 차이로부터 필요한 총연마량을 산출하고(도 1의 S9), 과거의 연마속도를 참고로 하여 필요한 제1 연마공정의 연마시간을 산출하여 설정한다.
이와 같이 하여 연마조건을 설정하고, 웨이퍼의 연마를 개시한다.
이러한 본 발명의 양면 연마방법이면, 캐리어의 두께를 기준치로서 이용하지 않으므로 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받지 않고, 전회의 평탄도의 측정결과에 기초하여 평탄도를 효과적으로 안정적으로 개선할 수 있다. 또한, 평탄도의 측정을 인라인으로 행하도록 하면, 생산성이 저하되는 일도 없다.
또한, 상기와 같이 측정하는 평탄도를 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도로 함으로써, 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도의 각각의 측정결과에 기초하여, 제2 연마공정의 연마조건을 보다 상세하게 설정할 수 있고, 평탄도를 보다 효과적으로 개선할 수 있다.
제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정에 있어서, 구체적인 연마조건으로서, 연마하중, 캐리어의 자전수 및 공전수, 상하 정반의 회전수, 연마시간의 적어도 어느 하나를 설정할 수 있다.
이와 같이 하면, 특히 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도를 측정하는 경우에 있어서, 전체의 평탄도와 외주부의 평탄도를 모두 효과적으로 개선할 수 있다.
여기서, 예를 들면 연마하중은 50~300g/cm2, 상하 정반은 1~50rpm, 연마시간은 25분 이하의 범위 내가 되도록 설정할 수 있다. 또한, 캐리어의 자전수 및 공전수는 상하 정반, 선 기어, 인터널 기어의 회전수에 따라 조정할 수 있고, 선 기어, 인터널 기어의 회전수는 상하 정반의 회전수와 동일하게 할 수 있다.
이때, 구체적인 설정방법으로서 이하와 같이 설정하는 것이 바람직하다.
외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다, 연마하중을 감소하고, 또한 상하 정반의 회전수와 캐리어의 자전수 및 공전수를 증가한다. 저하중이고 상하 정반의 회전수와 캐리어의 자전수 및 공전수를 증가함으로써, 웨이퍼 중심부까지 연마제가 골고루 퍼지게 된다. 또한, 웨이퍼 중심부는 연마에 의한 발열의 영향 및 연마제의 냉각 효과가 외주부보다 적기 때문에 온도가 높아져 있다. 이 2가지의 이유로부터, 웨이퍼 중심부는 외주부에 비해 기계적 연마 및 화학적 연마가 촉진되어 중앙 부분의 연마 레이트가 빠르므로, 오목형상이 되기 쉬워진다.
한편, 외주부의 평탄도의 결과가 처짐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다, 연마하중을 증가하고, 또한 상하 정반의 회전수와 캐리어의 자전수 및 공전수가 감소하도록 연마조건을 설정한다. 이와 같이 하면, 상기와 반대로 웨이퍼 중심부까지 연마제가 골고루 퍼지지 않게 되므로 중앙 부분의 연마 레이트가 늦어져, 볼록형상이 되기 쉬워진다.
이와 같이, 제2 연마공정의 연마조건을 설정하여 오목 또는 볼록형상이 되기 쉽게 하고, 이것에 마무리 두께에 의한 전체의 평탄도의 조정을 조합함으로써, 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다.
예를 들면, 평탄도 측정의 결과가 전체가 볼록형상이고 외주부가 튐 형상인 경우, 전회의 연마시보다, 연마하중을 감소하고, 또한 상하 정반의 회전수와 캐리어의 자전수 및 공전수를 증가하여 오목형상으로 하기 쉽게 하고 또한, 마무리 두께를 두껍게 하여 볼록형상으로 하기 쉽게 한다. 이와 같이 설정함으로써, 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다. 또한, 평탄도 측정의 결과가 전체가 오목형상이고 외주부가 처짐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다, 연마하중을 증가하고, 또한 상하 정반의 회전수와 캐리어의 자전수 및 공전수를 감소하여 볼록형상으로 하기 쉽게 하고 또한, 마무리 두께를 얇게 하여 오목형상으로 하기 쉽게 한다. 이와 같이 하면 마찬가지로 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 개선할 수 있다.
또한, 종래에는, 예를 들면 전체가 볼록형상이고 외주부가 튐 형상인 경우에는, 전체의 볼록형상을 개선하기 위하여 마무리 두께를 얇게 하는 조정만 행하고 있으므로, 캐리어에 의한 연마포의 침강량을 억제하는, 이른바 리테이너 효과 때문에 외주부의 튐 형상이 더욱 강해진다.
본 발명에서는, 상기한 바와 같이, 튐 및 처짐 형상을 각각 오목 및 볼록형상으로 시프트시키는 조건을 설정함에 있어서, 이에 따라 마무리 두께를 설정하여 전체가 평탄해지도록 하므로, 전체 및 외주부의 평탄도가 모두 개선된다.
또한 상기한 바와 같이, 외주부의 평탄도의 결과가 튐 및 처짐 형상이 아니라 평탄한 경우에, 제2 연마공정의 연마조건을 전회의 연마시와 동일하게 설정할 수 있지만, 이 경우에는, 제1 연마공정의 연마시간을 변경하여 마무리 두께를 조정함으로써 전체의 평탄도를 개선할 수 있다. 구체적으로는, 제1 연마공정의 연마시간을, 전체의 평탄도의 결과가 오목형상인 경우에는 마무리 두께가 전회의 연마시보다 두꺼워지도록 설정하고, 또는 전체의 평탄도의 결과가 볼록형상인 경우에는 마무리 두께가 전회의 연마시보다 얇아지도록 설정하면 된다.
여기서, 제2 연마공정의 연마시간은, 상기한 형상 조정을 위하여 충분한 연마량이 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 특별히 한정은 되지 않지만, 예를 들면 연마량이 1.5~5.0μm의 범위가 되도록 연마시간을 설정할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
평탄도의 측정을 인라인으로 행할 수 있는 양면 연마장치를 이용하여, 도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명의 양면 연마방법에 따라 웨이퍼를 연마하고, 평탄도를 평가했다. 연마한 웨이퍼로서, CZ법에 따라 제조된 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이스하고, 엣지부의 면취, 래핑, 에칭을 실시한 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 준비했다. 또한, 양면 연마장치의 연마로서 상하 정반측 모두 우레탄 발포체의 것을 이용하고, 연마제는 콜로이탈 실리카 지립을 포함하고, pH를 10.0~11.0의 범위 내로 조정된 것을 사용했다.
우선, 1배치째의 연마조건을 이하와 같이 설정했다. 제1 연마공정의 연마하중은 250g/cm2, 상하 정반, 선, 인터널 기어의 회전수는, 캐리어 공전수와 상정반 회전수의 차이 및 하정반 회전수와 캐리어 공전수의 차이가 모두 20rpm이 되도록, 캐리어 자전수는 1rpm이 되도록 각각 설정했다. 제2 연마공정의 연마하중은 180g/cm2, 상하 정반, 선, 인터널 기어의 회전수는 제1 연마공정과 마찬가지로 설정했다. 또한, 제2 연마공정의 연마시간은 3.5분으로 하고, 마무리 두께가 777μm가 되도록 제1 연마공정의 연마시간을 설정했다.
이러한 연마조건으로 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 평탄도를 측정했다. 그 결과, 평탄도는 전체가 볼록형상이고 외주부가 튐 형상이었다. 따라서, 2배치째의 제2 연마공정의 연마조건을 이하와 같이 설정했다. 연마하중을 130g/cm2으로 감소하고, 상하 정반의 회전수와 캐리어의 자전수 및 공전수를 증가했다. 이때, 캐리어 공전수와 상정반 회전수의 차이 및 하정반 회전수와 캐리어 공전수의 차이가 모두 25rpm이 되도록 했다. 또한, 캐리어의 자전수는 4rpm으로 증가했다. 또한, 마무리 두께를 780μm로 증가하고, 제2 연마공정의 연마시간은 6분으로 했다. 또한, 제1 연마공정의 연마조건은 마무리 두께를 780μm로 하는 연마시간으로 변경한 것 이외에는 1배치째와 동일한 조건으로 했다. 이러한 연마조건으로 웨이퍼를 연마하고, 연마 후의 웨이퍼의 평탄도를 측정했다.
그 결과, 전체 및 외주부의 평탄도를 모두 양호한 값으로 개선할 수 있었다. 도 5는 후술하는 비교예의 결과를 1로 했을 때의 평탄도의 결과를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예, 비교예 모두 전체의 평탄도를 나타낸 GBIR은 양호했지만, 외주부의 평탄도를 나타낸 SFQR, ESFQR은 비교예에 비해 실시예가 개선되었다.
또한, 평탄도의 측정을 인라인으로 행했기 때문에 공정시간을 증가하는 일 없이, 즉 생산성을 저하시키는 일 없이 연마할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 양면 연마방법은 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 향상할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명에서는 캐리어의 두께를 기준으로 연마조건을 설정하지 않으므로, 캐리어의 두께의 시간경과 변화에 영향받지 않고 평탄도를 개선할 수 있는 것이 확인되었다.
(비교예)
실시예에서의 1배치째의 연마와 동일한 조건으로 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마했다. 연마 후의 웨이퍼를 양면 연마장치 외에 있는 평탄도 측정기(Kuroda Precision Industries, Ltd.제 Nanometro 300TT)로 측정한 바 평탄도는 전체가 볼록형상이고 외주부가 튐 형상이다. 따라서, 전체의 평탄도를 개선하기 위하여, 2배치째의 연마에 있어서, 캐리어의 두께에 대한 웨이퍼의 마무리 두께를 얇게 설정했다.
그 결과, 전체의 평탄도는 개선되었지만, 외주부의 평탄도는 튐 형상이 강해져, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예와 비교했을 때 외주부의 평탄도가 대폭 악화되었다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. 캐리어에 유지되는 웨이퍼를 연마포가 부착된 상하의 정반으로 끼우고, 상기 캐리어를 자전 및 공전시키고, 연마제를 공급하면서 상기 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 웨이퍼의 양면 연마에 있어서, 고연마 레이트로 연마하는 제1 연마공정과, 이어서 저연마 레이트로 연마하는 제2 연마공정을 가지는 양면 연마방법으로서,
    연마 후에 상기 웨이퍼의 평탄도를 측정하는 공정과,
    상기 평탄도의 측정결과에 기초하여 다음 연마시의 상기 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정을 포함하고,
    상기 측정하는 평탄도로서, 상기 웨이퍼의 중심을 통과하는 단면형상인 전체의 평탄도와 상기 웨이퍼의 외주부의 처짐 형상 또는 튐 형상인 외주부의 평탄도로 하고,
    상기 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정에 있어서, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다 연마하중을 감소하고, 또한 상기 상하 정반의 회전수와 상기 캐리어의 자전수 및 공전수를 증가하고, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 처짐 형상인 경우에는, 전회의 연마시보다, 상기 연마하중을 증가하고, 또한 상기 상하 정반의 회전수와 상기 캐리어의 자전수 및 공전수를 감소하도록 상기 연마조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연마공정의 연마조건을 설정하는 공정에 있어서, 상기 연마조건으로서, 연마하중, 상기 캐리어의 자전수 및 공전수, 상기 상하 정반의 회전수, 연마시간의 적어도 어느 하나를 설정하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 연마공정의 연마시간을, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 튐 형상인 경우에 마무리 두께가 전회의 연마시보다 두꺼워지도록 설정하고, 상기 외주부의 평탄도의 결과가 처짐 형상인 경우에 마무리 두께가 전회의 연마시보다 얇아지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법.
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