KR101875880B1 - 실리콘 웨이퍼의 연마방법 및 연마제 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 탱크(12) 내에 저장된 연마제를 정반(23)상에 부착된 연마포(4)에 공급하면서 실리콘 웨이퍼(W)를 상기 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마하고, 상기 공급한 연마제를 상기 탱크 내에 회수하여 순환시키는 실리콘 웨이퍼의 연마방법으로서, 상기 탱크 내의 연마제 중에 포함되는 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하면서 상기 실리콘 웨이퍼를 연마하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법이다. 이에 따라, 높은 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있는 연마제, 및 그 연마제를 이용하여, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마방법이 제공된다.

Description

실리콘 웨이퍼의 연마방법 및 연마제{SILICON WAFER POLISHING METHOD AND ABRASIVE}

본 발명은, 연마제를 공급하면서 실리콘 웨이퍼를 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마하는 연마방법 및, 그 연마제에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼의 제조방법은, 실리콘잉곳을 슬라이스하여 박원판(薄円板)형상의 웨이퍼를 얻는 슬라이스 공정과, 이 슬라이스 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 균열, 결함을 방지하기 위하여 그 외주부를 면취하는 면취 공정과, 면취된 웨이퍼를 평탄화하는 래핑 공정과, 면취 및 래핑된 웨이퍼에 잔류하는 가공변형을 제거하는 에칭 공정과, 에칭된 웨이퍼의 표면을 경면화하는 연마(폴리싱) 공정과, 연마된 웨이퍼를 세정하여, 이것에 부착된 연마제나 이물을 제거하는 세정 공정을 가지고 있다.

이상은, 주된 공정만을 나타낸 것으로, 그 외에 열처리 공정이나 평면연삭 공정 등이 추가되거나, 공정의 순번이 바뀌거나 한다. 또한, 동일한 공정을 복수회 실시하는 경우도 있다. 그 후, 검사 등을 행하여, 디바이스 제조공정으로 보내지고, 실리콘 웨이퍼의 표면상에 절연막이나 금속배선을 형성하여 메모리 등의 디바이스가 제조된다.

상기 연마공정은, 연마제를 공급하면서 실리콘 웨이퍼를 연마포에 슬라이딩 접촉시킴으로써 표면을 경면화하는 공정이며, 실리콘 웨이퍼를 고평탄도로 경면연마하는 것, 및 연마속도의 향상이 요구된다. 이 연마공정에서 이용되는 연마제로서, 주로 알루미나나 콜로이달 실리카(SiO₂)를 함유한 연마제가 많이 사용되고 있다. 특히, 알루미나나 콜로이달 실리카를 물로 희석하고, 추가로 알칼리가 첨가된 현탁액(슬러리) 형상의 연마제가 사용되고 있다.

여기서, 연마속도를 향상시키는 방법으로서, 연마에 사용하는 연마제를 연구하는 경우가 있다. 예를 들면, 상기 실리카계의 연마제는, 입경이 10~150nm 정도의 것이 이용되고 있다. 연마제에 포함되는 실리카의 입도(粒度)가 커질수록 연마능력은 향상된다. 그러나, 입경이 커질수록 웨이퍼 표면에 연마 데미지 등이 생기기 쉽다.

또한, 연마속도의 향상을 위한 다른 방법으로서, 연마제에 pH조정제를 넣고, pH를 일정하게 유지하는 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 여기서, 첨가제로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 등이 사용된다.

특개 2000-263441호 공보

일반적으로, 이 pH조정제를 연마제 중에 첨가할 때, pH를 10.5 이상으로 유지하면 연마속도가 향상되는 한편, 이러한 높은 pH상태를 유지하면, 디바이스 제작시에 유해한 니켈, 구리 등의 금속 불순물이 실리콘 웨이퍼에 도입되기 쉬워지는 것이 알려져 있다. 따라서, 종래에는 연마제의 pH를 10.5 정도로 유지하도록 하여 연마제를 사용하고 있다.

여기서, 실리콘 웨이퍼의 연마에 있어서 이용되는 실리카계의 연마제는, 물, 실리카, 알칼리를 포함하고, 연마 중에 이하의 식으로 나타내는 반응을 일으킨다.

Si+2OH^-+H₂O→SiO₃ ^{2 -}+2H₂↑

이 식을 기초로 종래에는 연마속도(k)를 이하와 같이 생각하고 있었다. 통상, Si는 고체이며, H₂O는 잉여이다. 연마제는 실리카를 포함하고, SiO₃ ^{2 -}의 폴리머라고 생각되며, 이것도 잉여로 하면 연마속도(k)를 이하와 같이 나타낼 수 있다.

k∝C×[H₂O][OH^-]²/[SiO₃ ^{2 -}]→k∝C'×[OH^-]²

이와 같이, 부생성물인 규산이온 SiO₃ ^{2 -}의 농도보다 수산화물 이온의 농도가 높은 경우만을 생각하고, [OH^-]의 제어에 중점을 두고 있다. 즉, 연마제의 pH를 측정하고, 측정한 pH가 소정값(예를 들면 10.5)을 하회했을 때에, NaOH, KOH, Na₂CO₃, K₂CO₃ 등의 pH조정제를 첨가하는 조정을 하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 pH를 소정값으로 유지하는 방법으로 조정한 연마제를 이용하여 실리콘 웨이퍼를 연마하면, 연마속도를 향상시킬 수 있지만, 연마배치간에서 연마속도의 격차가 발생하여, 배치마다 동일한 연마시간으로 연마해도 목표 두께에 대하여 1~수μm 정도의 오차가 발생한다고 하는 문제를 발생시킨다.

보다 고정밀도의 연마 절삭량(取代)이나 마무리두께를 제어하려면, 배치마다 연마속도가 거의 일정해지도록 연마제의 상태를 조정하고, 연마시간을 정확하게 설정할 필요가 있어, 상기한 바와 같이 연마속도가 일정해지지 않으면, 정확한 연마시간의 설정을 할 수 없다.

근래, 연마 후의 실리콘 웨이퍼에 대하여 보다 고평탄도가 요구됨에 수반하여, 절삭량의 허용범위가 0.1μm 정도 이하가 되고 있고, 종래의 방법으로는 이 요건을 충족할 수 없다. 또한, 종래의 방법으로는, 연마배치처리의 진행과 함께, 연마속도가 크게 저하되어, 사용할 수 있는 배치처리수가 짧다고 하는 문제도 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 높은 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있는 연마제, 및 그 연마제를 이용하여, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 탱크 내에 저장된 연마제를 정반상에 부착된 연마포에 공급하면서 실리콘 웨이퍼를 상기 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마하고, 상기 공급한 연마제를 상기 탱크 내에 회수하여 순환시키는 실리콘 웨이퍼의 연마방법으로서, 상기 탱크 내의 연마제 중에 포함되는 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하면서 상기 실리콘 웨이퍼를 연마하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법에 제공된다.

이러한 연마방법이면, 연마속도를 높게 유지할 수 있고, 또한, 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 연마시간을 정확하게 설정할 수 있으므로, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있다.

이 때, 상기 공급한 연마제 중 상기 탱크 내에 회수하지 못하는 일부의 상기 연마제와 동량의 신(新)연마제를 상기 탱크 내에 첨가하는 공정을 가지고, 상기 연마제의 일부가 상기 탱크 내에 회수되지 않음으로써 감소되는 상기 규산이온의 농도를, 상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 상기 탱크 내의 연마제에 알칼리를 첨가하고, 이 알칼리와 상기 실리콘 웨이퍼와의 반응으로 상기 규산이온을 생성함으로써 상기 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 연마제의 일부가 탱크 내에 회수되지 않음으로써 감소하는 규산이온의 농도를 용이하게 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정할 수 있다. 또한, 규산이온을 알칼리와 실리콘 웨이퍼와의 반응으로 생성시키므로, 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 탱크 내에 회수되지 않은 일부의 연마제의 양과, 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양을 조정함으로써, 연마속도를 조정할 수 있다.

또한 이 때, 상기 소정의 범위 내의 규산이온의 농도를 1.0~4.6g/L의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 확실하게 높은 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있다.

또한 이 때, 상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 상기 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양을 소정시간당 일정량이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 알칼리를 첨가함으로써 일시적으로 규산이온의 농도가 저하되어 연마속도가 불안정해지는 일도 없이, 보다 간결하고 확실하게 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정할 수 있다.

또한 이 때, 상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 첨가하는 알칼리를, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 중 적어도 1개로 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법에서는 여러 가지의 알칼리를 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼를 정반상에 부착된 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마할 때에 상기 연마포에 공급하는 연마제로서, 물, 실리카, 알칼리, 및 규산이온을 포함하고, 상기 규산이온의 농도가 1.0~4.6g/L의 범위 내로 조정된 것인 것을 특징으로 하는 연마제가 제공된다.

이러한 연마제를 이용하여 연마함으로써, 연마속도를 높게 유지할 수 있고, 또한, 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 연마시간을 정확하게 설정할 수 있으므로, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있는 연마제가 된다.

본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼의 연마방법에 있어서, 탱크 내의 연마제 중에 포함되는 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하면서 실리콘 웨이퍼를 연마하므로, 연마속도를 높게 유지할 수 있고, 또한, 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 연마시간을 정확하게 설정할 수 있으므로, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있다. 또한, 연마속도가 장기간에 걸쳐 변동하기 어려우므로, 연마제의 수명을 길게 설정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법을 실시하기 위하여 이용할 수 있는 양면연마장치의 일례를 나타낸 개략도이다. (A)측면단면도. (B)상방에서 본 내부 구조도.
도 2는 실시예의 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 비교예의 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

실리콘 웨이퍼의 연마에 있어서, 종래, 연마속도를 향상하기 위하여 연마제의 pH의 값을 관리하고, 예를 들면 10.5 정도로 유지하도록 조정하면서 연마를 행하고 있다. 그러나, 이와 같이 하여 실리콘 웨이퍼를 연마한 경우, 상기한 바와 같이 연마속도는 향상되지만, 연마속도가 각 배치간에 일정해지지 않고 격차가 발생한다. 또한, 특히 연마제를 신규로 희석 조제한 직후부터 한동안은, 연마속도가 향상되기 어려운 것도 알게 되었다.

따라서, 본 발명자 등은 이러한 문제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 종래에는 고려되지 않은 규산이온의 농도가 연마속도를 변화시키는 요인이 되는 것에 상도했다. 특히 연마제를 신규로 희석조제한 직후부터 한동안 연마속도가 향상되기 어려운 것은, 비록 pH를 충분히 높은 상태로 하더라도, 규산이온 농도가 충분히 높아져 있지 않기 때문인 것을 발견했다. 그리고, 이 규산이온의 농도를 소정범위 내의 농도가 되도록 조정함으로써, 고연마속도를 안정적으로 일정하게 유지할 수 있는 것에 상도하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명의 연마제는, 실리콘 웨이퍼를 정반상에 부착된 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마할 때에 연마포에 공급하는 연마제이다.

또한, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법은, 탱크 내에 저장된 본 발명의 연마제를 정반상에 부착된 연마포에 공급하면서 실리콘 웨이퍼를 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마하고, 공급한 연마제를 탱크 내에 회수하여 순환시키는 실리콘 웨이퍼의 연마방법이다.

여기서, 본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면연마, 및 편면을 연마하는 편면연마의 어느 것에도 적응될 수 있다.

이하, 본 발명의 연마제에 대하여 설명한다.

본 발명의 연마제는, 물, 실리카, 알칼리, 및 규산이온을 포함한 것이다. 예를 들면, 지립이 10~150nm 정도인 콜로이달 실리카를 물로 희석하고, 알칼리를 첨가하고, 규산이온을 포함한 현탁액상의 연마제이다. 여기서, 첨가하는 알칼리는, 예를 들면, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 중 적어도 1개이다. 또한, 금속 불순물 오염을 방지하기 위한 킬레이트제를 포함한 것일 수도 있다.

또한, 본 발명의 연마제는, 규산이온의 농도가 1.0~4.6g/L의 범위 내로 조정된 것이다. 여기서, 규산이온으로서는, 계외로부터 도입된 규산이온과 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 실리콘 웨이퍼와 알칼리와의 반응에 의해 생성되는 규산이온을 포함한다. 즉, 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 규산이온의 농도가 상기 범위 내로 조정된 상태의 것이다.

이러한 연마제를 실리콘 웨이퍼의 연마에 이용하면, 연마속도를 높게 유지할 수 있고, 또한, 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 연마시간을 정확하게 설정할 수 있으므로, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있다.

이어서, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 도 1에 나타낸 바와 같은, 복수의 실리콘 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 타입의 양면연마장치를 이용하여 실시하는 경우를 예로서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 1매의 실리콘 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 매엽식의 양면연마장치나, 실리콘 웨이퍼의 편면을 연마하는 편면연마장치를 이용하여 실시할 수도 있다.

도 1(A), (B)에 나타낸 바와 같이, 양면연마장치(1)는 상하로 서로 마주하여 마련된 상정반(2)과 하정반(3)을 구비하고 있고, 상하정반(2, 3)에는, 각각 연마포(4)가 부착되어 있다. 그리고, 상하정반(2, 3)의 사이의 중심부에는 선 기어(9)가, 주연부에는 인터널 기어(10)가 마련되어 있다. 캐리어(5)에는 실리콘 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 유지홀(6)이 마련되고, 복수의 캐리어(5)가 상하정반(2, 3)의 사이에 끼워지도록 되어 있다.

또한, 선 기어(9) 및 인터널 기어(10)의 각 톱니부에는 캐리어(5)의 외주톱니가 치합되어 있고, 상하정반(2, 3)이 상회전축(7) 및 하회전축(8)에 의해 소정의 회전속도로 각각 회전되는 것에 수반하여, 각각의 캐리어(5)는 자전하면서 선 기어(9)의 주위를 공전한다. 캐리어(5)의 유지홀(6)에 유지된 실리콘 웨이퍼(W)는, 상하의 연마포(4)와 슬라이딩 접촉되어 양면이 동시에 연마된다. 이 때, 탱크(12) 내의 연마제(13)를 노즐(11)로부터 연마포(4)에 공급한다.

여기서 공급하는 연마제(13)의 조성은 상기한 본 발명의 연마제가 된다. 공급한 연마제(13)는, 예를 들면, 연마 중에 일부가 비산하거나, 미스트로서 배기되는 등에 의해 회수하지 못하는 분을 제외하고, 정반받이(14)에 흘러내려 모인 후, 탱크(12) 내에 회수되고, 이후의 연마에 이용된다. 이와 같이, 연마제(13)는 탱크(12)와 양면연마장치(1)의 사이를 순환한다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법으로는, 이 탱크(12) 내의 연마제(13) 중에 포함되는 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하면서 실리콘 웨이퍼(W)를 연마한다. 이와 같이, 본 발명은, 종래 고려되지 않은 연마제 중의 규산이온의 농도를 조정함으로써, 연마속도의 안정화를 도모하는 것이다.

여기서, 규산이온의 농도의 조정방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 이하와 같이 하여 행할 수 있다. 농도를 감소시키는 경우에는, 공급한 연마제의 일부를 배액하여 규산이온이 포함되지 않거나, 또는 그 조정하는 농도보다 낮은 농도의 규산이온이 포함된 신연마제를 첨가한다. 농도를 증가시키는 경우에는, 규산이온을 직접 첨가하는 방법의 외에, 후술하는 바와 같은, 알칼리를 첨가하여 연마 중에 실리콘 웨이퍼와의 반응에 의해 규산이온을 생성시키는 방법도 적용할 수 있다.

이러한 연마방법이면, 연마속도를 높게 유지할 수 있고, 또한, 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 연마시간을 정확하게 설정할 수 있으므로, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있다. 또한, 연마속도가 장기간에 걸쳐 변동하기 어려우므로, 연마제의 수명을 길게 설정할 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 저항율에 따라 계수를 마련함으로써, 상이한 저항율의 실리콘 웨이퍼를 연마할 때에 연마속도를 미리 예측할 수 있다.

연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표면은 금속 실리콘이 노출된 상태가 되며, 연마제가 부착된 채로 표면을 공기에 노출시키면, 금속 실리콘과 알칼리가 불균일하게 반응하기 때문에 면 거칠기를 일으키는 경우가 있다. 따라서, 연마를 종료한 직후에 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 알칼리를 제거하기 때문에, 순수 또는 계면활성제를 실리콘 웨이퍼의 표면에 흘리는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 또한, 연마를 종료한 후, 다음 연마(다음 배치)가 행해지기 전에는, 통상, 세정수를 흘리면서 연마포를 브러시 등으로 문지름으로써, 연마포에 부착한 이물, 부생성물, 및 연마제의 응착물 등이 제거된다.

이와 같이 하여 사용된 세정수나 계면활성제가 일부의 회수되지 않은 연마제와 혼합되어, 정반받이에서 배관까지의 구간에 남는데, 세정수나 계면활성제가 탱크 내의 연마제에 혼합되는 것을 방지하기 위하여, 이 혼합액 중의 연마제는 회수되지 못하고 배액된다. 연마제의 회수와 배액의 전환은, 배관과 탱크와의 사이에 세퍼레이터를 마련함으로써 행해진다.

공급한 연마제 중, 이와 같이 배액되는 연마제와, 상기한 바와 같은 연마 중에 비산하는 연마제 등과 같은, 탱크 내에 회수되지 못하는 일부의 연마제에 의한 감소분을 보충하기 위하여, 그와 동량의 신연마제를 탱크 내에 첨가한다.

여기서, 신연마제는 탱크 내의 연마제(13)의 실리카, 물 등의 비율이 변하지 않도록 첨가된다.

그리고, 연마제의 일부가 탱크 내에 회수되지 않음으로써 감소하는 규산이온의 농도를, 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 탱크 내의 연마제에 알칼리를 첨가하고, 이 알칼리와 실리콘 웨이퍼와의 반응으로 규산이온을 생성함으로써 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정한다.

이 때, 연마 개시로부터의 경과시간에 따라 세퍼레이터를 전환함으로써, 배액되는 연마제의 양을 조정할 수 있다. 또한, 비산 등에 의해 회수하지 못하는 연마제의 양도 각 배치에서 거의 일정해진다. 즉, 탱크 내에 회수하지 못한 연마제의 양은 각 배치에서 일정해지므로, 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양을 조정함으로써 용이하게 규산이온의 농도를 조정할 수 있다. 또한, 규산이온을 알칼리와 실리콘 웨이퍼와의 반응으로 생성시키므로, 비용의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 탱크 내에 회수되지 않은 일부의 연마제의 양과, 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양과의 밸런스를 조정함으로써 규산이온의 농도를 소정의 범위 내에서 미세조정(微調整)하고, 나아가서는 연마속도를 조정할 수도 있다.

여기서, 규산이온의 농도를 소정의 범위 내로 조정하기 위하여 첨가하는 알칼리량 및 배액하는 연마제량을, 시뮬레이션을 행하는 등 하여 결정할 수 있다.

이하에 시뮬레이션의 일례를 나타낸다.

시뮬레이션의 조건으로서, 표 1에 나타낸 바와 같이, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 5매 동시에 연마하는 경우에 있어서, 절삭량을 16μm로 하면, 연마중량은 13.18g(연마하는 부분의 체적×Si밀도×매수), 반응에 의해 생성되는 SiO₃ ^{2 -}의 양은 28.23g(분자량×연마중량)이 된다. 또한, 치환율은 탱크 내에 회수되는 연마제의 비율을 나타낸다. 잔류율은 실리콘 웨이퍼가 알칼리와 반응하여 생성되는 규산이온이 연마제 중에 잔존하는 비율을 나타내고, 잔류하지 않은 분은 회수하지 못하는 연마제 중에 포함되어 있는 계외로 배출되는 분이다. 즉, 잔류율은 연마제를 배액하는 양과 연마 중에 첨가하는 알칼리량에 기초하여 결정된다. 이 잔류율을 파라미터로서 임의의 배치 후의 규산이온의 농도를 시뮬레이션할 수 있다.

[표 1]

구체적으로는, 생성SiO₃ ^{2 -}양×잔류율에 의해 얻어지는 증가분을 초기농도에 첨가해감으로써, 연마 후의 농도를 산출할 수 있다.

표 1의 조건으로 시뮬레이션을 행한 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 연마배치를 반복함으로써 규산이온의 농도가 증가하고, 20배치 이후부터 거의 일정한 농도가 유지되는 것을 알 수 있다. 이 농도의 결과가 소정의 범위 내에 들어가도록 시뮬레이션함으로써, 각 배치에서 배액하는 연마제의 양 및 첨가하는 알칼리의 양을 결정할 수 있다.

[표 2]

또한, 소정의 범위 내의 규산이온의 농도는 1.0~4.6g/L의 범위 내로 조정되는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 연마속도를 높게, 또한, 각 배치간에 일정하게 확실하게 유지할 수 있다.

또한 이 때, 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양을 소정시간당 일정량이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 여기서, 첨가하는 알칼리의 소정시간당 일정량은, 사용하는 연마장치나 탱크의 용량 등에 의해 적절히 결정된다.

이와 같이 하면, 알칼리를 첨가함으로써 일시적으로 규산이온의 농도가 저하되어 연마속도가 불안정해지는 일도 없어, 보다 확실히 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정할 수 있다.

혹은, 특히 연마 사이클이 충분히 짧아, 필요한 알칼리량이 적은 경우에는, 연마 중, 또는 연마 전후에 필요한 양의 알칼리를 모아서 탱크 내에 첨가할 수도 있다.

여기서, 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 첨가하는 알칼리는, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 중 적어도 1개로 할 수 있고, 여러 가지의 알칼리를 적용할 수 있다.

또한, 연마제를 신규로 작성한 경우에는, 규산이온의 농도를 소정의 범위 내로 조정하기 위하여, 규산이온을 첨가하거나, 또는 알칼리를 첨가하면서 더미의 실리콘 웨이퍼를 연마하는 등 하여 규산이온을 늘리는 조정이 필요한데(예를 들면, 상기 시뮬레이션에서의 0~15배치의 사이), 그 조정 후, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법을 이용하여 규산이온의 농도를 소정의 범위 내로 조정하면서 실리콘 웨이퍼를 반복 연마함으로써, 장기간에 걸쳐 안정적으로 연마속도를 일정하게 유지할 수 있다.

연마제 중의 규산이온의 농도의 간편한 평가방법으로서, 예를 들면, 연마제의 비중, 전기도전율, 탁도 등을 들 수 있다. 이들이 일정할 때, 규산이온의 농도도 일정하다고 생각할 수 있다.

또한, 순환되는 연마제에 용해하는 규산이온의 농도는, 탱크의 용량과 실리콘 웨이퍼의 투입매수(동시에 연마하는 실리콘 웨이퍼의 매수)가 일정한 경우, 연마 절삭량에 의존하므로 필요한 절삭량이 증가하면 규산이온의 농도가 높아진다. 양면연마와 같은 절삭량이 많은 연마에서는, 도면과 같이 4.6g/L을 상한으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 마무리 연마와 같은 연마 절삭량이 극히 근소한 연마에서는, 용해하는 규산이온 농도의 증가를 그다지 기대할 수 없다. 이 경우, 슬러리 원액에 포함되는 규산이온 농도에 의존하게 되는데, 높은 연마레이트를 기대하려면 1.0g/L 이상 포함되는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 1에 나타낸 바와 같은 5매의 실리콘 웨이퍼를 동시에 연마 가능한 양면연마장치를 이용하여, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법에 따라, 연마제 중의 규산이온의 농도를 4.6g/L로 조정하면서, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼의 연마를 배치식으로 반복했다. 여기서, 1배치당의 연마매수를 5매로 했다. 또한, 에칭 완료된 실리콘 웨이퍼를, 연마전의 두께가 793±2μm 정도에서 777μm가 되도록, 즉, 연마 절삭량이 16μm 정도가 되도록 연마시간을 설정하고, 연마압 200g/cm²로 연마했다. 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 두께를 측정하여 연마 마진(代)을 조사하고, 이 연마 마진과 연마시간으로부터 연마속도를 산출하여 평가했다.

우선, 본 발명의 연마제를 이하와 같이 하여 제작했다.

70L의 용량의 탱크 내에 1차 입자경이 35nm인 콜로이달 실리카를 약 0.6중량%, 알칼리로서 KOH를 약 0.075중량% 넣어 교반하여 베이스 연마제로 했다. 그 후, 이 베이스 연마제를 공급하면서 더미의 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 연마 중에 5%KOH를 첨가함으로써, 연마제 중의 규산이온의 농도가 4.6g/L이 되도록 조정했다.

이와 같이 하여 제작한 본 발명의 연마제를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 연마를 반복하고, 각 배치의 연마속도를 평가했다. 여기서, 연마제 중의 규산이온의 농도는, 연마 후에 공급한 연마제 중, 9L의 연마제를 배액하고, 그 분의 신연마제를 보충하고, 연마 중에는, 탱크 내의 연마제에 5%KOH를 2분당 3ml가 되도록 첨가함으로써 4.6g/L이 되도록 조정했다.

그리고, 연마 후의 규산이온의 농도를 몰리브덴 황색법에 의해 측정했다.

그 결과를 도 2에 나타낸다. 도면 중의 연마속도는, 연마제를 제작하기 위하여 더미 웨이퍼를 연마했을 때의 연마속도를 1로 했을 때의 상대값으로 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 규산이온의 농도를 4.6g/L로 조정하면서 연마함으로써, 도 3에 나타낸 비교예의 결과와 비교했을 때, 동등한 높은 연마속도를 유지하면서, 연마속도가 각 배치간에 일정해져 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 목적으로 하는 연마 절삭량도 안정적으로 달성할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 연마방법 및 연마제는, 높은 연마속도를 각 배치간에 일정하게 유지 가능하게 하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 목표로 하는 연마 절삭량 또는 마무리두께로 고정밀도로 제어할 수 있다.

(비교예)

규산이온의 농도를 고려하지 않고, 연마제의 pH를 일정하게 유지하면서 연마하는 종래의 연마방법을 이용한 것 이외에, 실시예와 마찬가지의 조건으로 실리콘 웨이퍼를 연마하고, 실시예와 마찬가지로 평가했다.

그 결과를 도 3에 나타낸다. 도면 중의 연마속도는, 실시예의 연마속도에 대한 상대값으로 나타내고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 연마제의 pH가 일정하게 되어 있음에도 불구하고, 연마속도의 격차가 실시예와 비교했을 때 커져 있는 것을 알 수 있었다. 이 연마속도의 격차에 의해, 연마 절삭량에도 격차가 발생했다.

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 마찬가지의 작용효과를 나타내는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (9)

1. 탱크 내에 저장된 연마제를 정반상에 부착된 연마포에 공급하면서 실리콘 웨이퍼를 상기 연마포에 슬라이딩 접촉시켜 연마하고, 상기 공급한 연마제를 상기 탱크 내에 회수하여 순환시키는 실리콘 웨이퍼의 연마방법으로서,
   상기 탱크 내의 연마제 중에 포함되는 규산이온의 농도를 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하면서 상기 실리콘 웨이퍼를 연마하는 공정과, 상기 공급한 연마제 중 상기 탱크 내에 회수하지 못한 일부의 상기 연마제와 동량의 신(新)연마제를 상기 탱크 내에 첨가하는 공정을 가지고, 상기 연마제의 일부가 상기 탱크 내에 회수되지 않음으로써 감소하는 상기 규산이온의 농도를, 상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 상기 탱크 내의 연마제에 알칼리를 첨가하고, 상기 알칼리와 상기 실리콘 웨이퍼와의 반응으로 상기 규산이온을 생성함으로써 상기 소정의 범위 내의 농도가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 소정의 범위 내의 규산이온의 농도를 1.0~4.6g/L의 범위 내로 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 상기 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양을 소정시간당 일정량이 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 상기 탱크 내의 연마제에 첨가하는 알칼리의 양을 소정시간당 일정량이 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법.
   
7. 삭제
8. 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 실리콘 웨이퍼의 연마 중에 첨가하는 알칼리를, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 중 적어도 1개로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 연마방법.
9. 삭제

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