KR20030092787A - Polishing apparatus comprising porous polishing pad and method of polishing using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 연마 장치 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 다공성 매질의 연마 패드를 구비하는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP라 한다) 장치 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor device and a polishing method using the same, and more particularly, to a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus having a polishing pad of a porous medium, and polishing using the same. It is about a method.
웨이퍼가 대구경화 되면서 연마 효율과 연마시간 단축을 위해 CMP 장치를 이용한 연마 방법이 널리 이용되고 있다.As the wafer is large-sized, a polishing method using a CMP apparatus is widely used to reduce polishing efficiency and polishing time.
일반적으로 널리 사용되고 있는 종래 기술에 의한 CMP 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상부에 연마 패드(12)를 구비하는 연마 테이블(10)이 포함된 하부 구조물과 연마과정에서 웨이퍼(18) 뒷면을 흡착하여 웨이퍼 앞면을 연마 패드(12)에 접촉시키는 웨이퍼 헤드(14) 및 연마 패드(12) 위쪽에서 웨이퍼(18)와 연마 패드(12)사이에 웨이퍼 연마에 사용되는 슬러리(slurry)(22)를 공급하는 슬러리 공급수단(20)으로 구성된다. 연마 과정에서 웨이퍼(18)는 연마 패드(12)와 대향하는 웨이퍼 헤드(14)의 저면에 부착된 가이드 링(16)에 의해 이탈이 방지된다.The CMP apparatus according to the related art, which is generally widely used, adsorbs the lower structure including the polishing table 10 having the polishing pad 12 thereon as shown in FIG. 1 and the back surface of the wafer 18 during polishing. And a slurry 22 used for polishing the wafer between the wafer 18 and the polishing pad 12 above the wafer head 14 and the polishing pad 12 which contacts the front surface of the wafer to the polishing pad 12. It consists of the slurry supply means 20 to supply. In the polishing process, the wafer 18 is prevented from being separated by the guide ring 16 attached to the bottom surface of the wafer head 14 opposite the polishing pad 12.
웨이퍼 연마는 웨이퍼(18)가 웨이퍼 헤드(14)에 흡착된 후, 웨이퍼(18)와 연마 패드(12)사이에 슬러리(22)가 공급되면서 시작되는데, 슬러리(22)에 기계적 연마를 위한 미세한 세라믹 입자들과 함께 연마 대상물질과 화학반응을 하는 화학용액이 포함되어 있기 때문에, 웨이퍼 연마는 웨이퍼 상에 형성된 패턴 물질과 상기 화학 용액사이의 화학 반응 및 상기 패턴 물질들과 상기 세라믹 입자들사이의 기계적 마찰에 의해 이루어진다.Wafer polishing begins with the slurry 22 being supplied between the wafer 18 and the polishing pad 12 after the wafer 18 has been adsorbed onto the wafer head 14, and the slurry 22 is fine for mechanical polishing. Since the ceramic particles contain a chemical solution that chemically reacts with the polishing material, wafer polishing involves chemical reaction between the pattern material formed on the wafer and the chemical solution and between the pattern material and the ceramic particles. By mechanical friction.
이러한 CMP 장치를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 경우, 화학 반응에 의한 연마보다 기계적 요소에 의한 연마가 커져서 스크래치와 같은 후속 공정에 영향을 미치는 결함이 나타날 수 있다. 아울러, 슬러리에 포함된 화학 용액에 의해 웨이퍼 상에 형성된 패턴 물질이 부식(erosion)될 수 있다. 또한 기계적 마찰에 의한 슬러리 온도 상승으로 상기 패턴 물질들 중의 특정 물질과 상기 화학 용액사이의 화학 반응이 커져서 웨이퍼 상에 형성된 상기 특정 물질이 형성된 부분이 오목하게 되는 디싱(dishing)이 나타날 수 있다.When the wafer is polished using such a CMP apparatus, the polishing by mechanical elements may be larger than the polishing by chemical reaction, so that defects affecting subsequent processes such as scratching may appear. In addition, the pattern material formed on the wafer may be erosion by the chemical solution contained in the slurry. In addition, dishing may occur due to an increase in slurry temperature due to mechanical friction, thereby increasing a chemical reaction between a specific material in the pattern materials and the chemical solution, thereby concave a portion in which the specific material formed on the wafer is formed.
예를 들면, 도 2는 게이트 라인(26) 또는 비트라인 형성 후에 종래의 CMP 장치를 사용하여 셀 및 주변회로영역(C, P)에 폴리 실리콘 콘택 플러그(28)를 형성한 결과를 보여주는데, 셀 영역(C)에 디싱된 영역(30)을 비롯해서 부식된 영역(32)이 존재하고, 셀 및 주변회로영역(C, P) 경계에 라운딩 영역(34)이 존재하는 것을 볼 수 있다. 그리고 셀 영역(C)에 비해 패턴간의 간격이 상대적으로 넓은 주변회로영역(P)에서 층간 절연막(39)이 셀 영역(C)에 비해 과도하게 손실되었고, 이 결과 게이트 라인(26)이 노출되어 손상되었거나 손상될 위험에 놓인 것을 볼 수 있다. 또한 CMP과정에서 발생되는 폴리 실리콘의 찌꺼기(40)가 층간 절연막(39) 상에 잔류된 것을 볼 수 있다.For example, FIG. 2 shows a result of forming a polysilicon contact plug 28 in a cell and a peripheral circuit region (C, P) using a conventional CMP device after the formation of the gate line 26 or the bit line. It can be seen that the decayed region 32, including the dished region 30, exists in the region C, and the rounded region 34 exists at the boundary between the cell and the peripheral circuit regions C and P. The interlayer insulating film 39 is excessively lost compared to the cell region C in the peripheral circuit region P having a larger pattern spacing than the cell region C. As a result, the gate line 26 is exposed. It can be seen that it is damaged or at risk of being damaged. In addition, it can be seen that the residue 40 of polysilicon generated in the CMP process remains on the interlayer insulating film 39.
도 2에서 참조번호 24는 기판을 나타낸다.In FIG. 2, reference numeral 24 denotes a substrate.
도 3은 금속층간 절연막(41)의 평탄화 공정에 종래의 CMP 장치를 적용한 경우로서, 라운딩 영역(42)과 과도하게 식각된 부분(44)을 볼 수 있고, 기판(24)의 가장자리에 형성된 금속배선(45)이 손상된 부분(46)을 볼 수 있다. 참조번호 48은 장벽층(barrier layer)이다.3 illustrates a case where a conventional CMP apparatus is applied to the planarization process of the interlayer insulating film 41, and the rounded region 42 and the excessively etched portion 44 can be seen, and the metal formed at the edge of the substrate 24 is shown. The damaged portion 46 of the wiring 45 can be seen. Reference numeral 48 is a barrier layer.
도 4는 금속 플러그(50) 형성 과정에 종래의 CMP 장치를 적용한 경우로서, 부식된 영역(52) 및 디싱된 영역(54)을 볼 수 있다. 그리고 층간 절연막(56) 상에 금속 잔류물(58)이 형성됨을 알 수 있다.4 shows a case where the conventional CMP apparatus is applied to the formation of the metal plug 50, and the corroded region 52 and the dished region 54 can be seen. It can be seen that the metal residue 58 is formed on the interlayer insulating layer 56.
도 5는 듀얼 다마신(dual damascene) 공정 후에 종래의 CMP 장치를 적용한 경우로서, CMP 후에 1차 및 2차 다마신 공정으로 형성된, 콘택홀을 채우는 도전성 플러그(60)가 디싱된 것을 볼 수 있다. 참조번호 66은 층간 절연막(64)이 부식된 영역을 나타내고, 68은 CMP 동안에 형성된 금속 잔류물을 나타낸다.FIG. 5 illustrates a case where a conventional CMP device is applied after a dual damascene process, and the conductive plug 60 filling the contact holes formed in the first and second damascene processes after the CMP is dished out. . Reference numeral 66 denotes a region where the interlayer insulating film 64 is corroded, and 68 denotes a metal residue formed during CMP.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 연마 과정에서의 결함 발생률을 크게 줄일 수 있고, 연마 비용은 낮추면서 연마 효율은 높일 수 있으며, 고속 연마를 통해 생산성을 높일 수있는 CMP 장치를 제공함에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the problems of the prior art described above, can greatly reduce the incidence of defects in the polishing process, while lowering the polishing cost can be improved polishing efficiency, productivity through high-speed polishing In providing a CMP device that can increase.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 CMP 장치를 이용한 연마 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a polishing method using such a CMP apparatus.
도 1은 종래 기술에 의한 화학 연마 장치의 개략적 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a chemical polishing apparatus according to the prior art.
도 2 내지 도 5는 각각 도 1의 종래 기술에 의한 화학 연마 장치를 이용한 연마 과정에서 발생되는 문제점을 예시한 단면도들이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating problems caused in the polishing process using the conventional chemical polishing apparatus of FIG. 1.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 다공성 연마 패드를 구비하는 화학적 기계적 연마 장치의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a chemical mechanical polishing apparatus having a porous polishing pad according to an embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시한 다공성 연마 패드를 구비하는 연마 장치를 이용한 연마 방법을 단계별로 보여주는 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating a polishing method using a polishing apparatus having the porous polishing pad illustrated in FIG. 6, step by step.
도 8 내지 도 10은 종래의 연마 방법 및 도 6에 도시한 연마 장치를 이용한 연마 방법에 따른 연마 결과를 비교하기 위한 실험 결과를 보여주는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.8 to 10 are scanning electron microscope (SEM) photographs showing experimental results for comparing the polishing results according to the polishing method using the polishing apparatus shown in FIG. 6 and the conventional polishing method.
도 11 내지 도 13은 도 6에 도시한 연마 장치를 적용한 연마 실험 결과를 보여주는 주사 전자 현미경 사진이되, 서로 다른 다공성 연마 패드를 적용한 연마 실험의 결과를 보여주는 것이다.11 to 13 are scanning electron micrographs showing the results of polishing experiments using the polishing apparatus shown in FIG. 6, but showing the results of polishing experiments using different porous polishing pads.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Major Parts of Drawings *
100:웨이퍼 테이블 102:회전축100: wafer table 102: rotating shaft
104:연마 패드 106:웨이퍼 헤드104: polishing pad 106: wafer head
108:웨이퍼 110:케미컬 분사 노즐108: wafer 110: chemical injection nozzle
112:케미컬 C, C1:콘택홀112: chemical C, C1: contact hole
D:디-폴리 실리콘층 P:도전성 플러그D: di-polysilicon layer P: conductive plug
S:씸(Seam) S1:스컴(Scum)S: Seam S1: Scum
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 소정의 물질층이 적층된 웨이퍼를 흡착하고 상기 적층된 물질층을 연마하는 동안 상기 웨이퍼의 이탈과 연마 조건을 균일하게 유지하는 웨이퍼 헤드와, 상부에 상기 적층된 물질층을 연마하는데 사용되는 소정의 연마 패드가 구비된 웨이퍼 테이블과, 연마 과정에서 상기 적층된 물질층과 상기 연마 패드사이에 상기 웨이퍼 연마를 위한 소정의 케미컬을 공급하는 케미컬 공급수단을 구비하되, 상기 소정의 연마 패드는 다수의 포오(pore)를 포함하는 연마 패드인 것을 특징으로 하는 CMP 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a wafer head for adsorbing a wafer having a predetermined layer of material and maintaining the separation and polishing conditions of the wafer uniformly while polishing the stacked layer of material; A wafer table provided with a predetermined polishing pad used for polishing a layer of laminated material, and chemical supply means for supplying a predetermined chemical for polishing the wafer between the layered material layer and the polishing pad during a polishing process; However, the predetermined polishing pad provides a CMP apparatus, characterized in that the polishing pad including a plurality of pores.
상기 케미컬 공급수단은 상기 웨이퍼 헤드 둘레의 상기 웨이퍼 테이블 위쪽에서 상기 케미컬이 공급될 수 있도록 구비되어 있다.The chemical supply means is provided so that the chemical can be supplied from above the wafer table around the wafer head.
상기 웨이퍼 헤드는 상부로 가압 가스가 유입되는 본체와, 상기 본체 저면에 부착되어 웨이퍼를 흡착하는 웨이퍼 흡착판과, 상기 웨이퍼 흡착판 둘레에 상기 웨이퍼 둘레를 감싸도록 구비된 리테이너 링과, 상기 웨이퍼 흡착판을 관통하여 형성된 상기 웨이퍼 흡착에 사용되는 진공라인을 구비한다.The wafer head penetrates through the main body through which the pressurized gas flows, a wafer suction plate attached to the bottom of the main body to adsorb the wafer, a retainer ring disposed around the wafer suction plate, and the wafer suction plate. And a vacuum line used for adsorption of the wafer formed.
상기 다수의 포오를 포함하는 연마 패드는 폴리머 연마 패드로써, PVA, 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리아세테이트 및 폴리아크릴 연마 패드로 이루어진 군중 선택된 어느 하나이다.The polishing pad including the plurality of poros is a polymer polishing pad, which is any one selected from the group consisting of PVA, polyurethane, polyester, polyacetate, and polyacrylic polishing pad.
상기 케미컬 공급 수단은 H2NO3, HF, HCl, H2SO4, NH4OH, H202, NaOH 및 KOH로 이루어진 군중 적어도 선택된 어느 하나 또는 연마 물질에 따라 상기 군중에서 선택된 소정의 화학물질을 소정의 혼합 비율로 혼합한 혼합물을 공급하는 수단이다.The chemical supply means comprises at least one selected from the group consisting of H 2 NO 3 , HF, HCl, H 2 SO 4 , NH 4 OH, H 2 0 2 , NaOH and KOH or a predetermined chemical selected from the group according to the abrasive material. It is a means for supplying a mixture in which the substances are mixed at a predetermined mixing ratio.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼 상에 연마용 소정의 물질층을 적층하는 단계; 및 상기 적층된 물질층을 회전하는 다수의 포오를 포함하는 연마 패드에 압착시키면서 회전시키되, 상기 적층된 물질층과 상기 다공성 매질의 연마 패드사이로 소정의 연마용 케미컬을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법을 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention comprises the steps of laminating a predetermined material layer for polishing on a wafer; And rotating the laminated material layer while pressing the polishing pad including a plurality of rotating pores, and supplying a predetermined polishing chemical between the stacked material layer and the polishing pad of the porous medium. A polishing method is provided.
이 과정에서, 상기 다수의 포오를 포함하는 연마 패드로는 폴리머 연마 패드를 사용하되, PVA, 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리아세테이트 및 폴리아크릴 연마 패드로 이루어진 군중 선택된 어느 하나를 사용한다.In this process, as the polishing pad including the plurality of pouses, a polymer polishing pad is used, and any one selected from the group consisting of PVA, polyurethane, polyester, polyacetate, and polyacrylic polishing pad is used.
상기 물질층은 평탄화를 위한 층간 절연막, 콘택홀을 채우는 도전성 플러그를 형성하기 위해 또는 상기 웨이퍼 상에 형성된 소자들을 전기적으로 연결하는 금속 배선을 형성하기 위해 형성되는 도전막으로 형성한다.The material layer is formed of an insulating film for planarization, a conductive film for forming a conductive plug filling a contact hole, or a metal film for electrically connecting elements formed on the wafer.
이러한 본 발명을 이용하면, 다공성 매질의 연마 패드와 화학용액만을 포함하는 연마액으로 연마하기 때문에, 종래의 연마 패드와 슬러리를 이용한 CMP에 비해 연마 과정에서의 결함 발생률을 줄일 수 있다. 그리고 연마 비용은 줄이면서 연마 효율은 높일 수 있다. 또한 고속 연마가 가능하여 생산성을 높일 수 있다.By using the present invention, since polishing with a polishing liquid containing only a polishing pad and a chemical solution of a porous medium, it is possible to reduce the occurrence rate of defects in the polishing process compared to CMP using a conventional polishing pad and slurry. In addition, the polishing efficiency can be increased while the polishing cost is reduced. In addition, high-speed polishing can be performed to increase productivity.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 CMP 장치 및 이를 이용한 연마 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, a CMP apparatus and a polishing method using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 CMP 장치에 관해 설명한다.First, a CMP apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
도 6을 참조하면, 참조번호 100은 상부면에서 웨이퍼, 정확하게는 웨이퍼 상에 형성된 소정의 패턴들 또는/및 상기 패턴들을 덮는 물질층이 연마되는 웨이퍼 테이블을 나타낸다. 웨이퍼 테이블(100)은 회전축(102)에 의해 회전된다. 웨이퍼 테이블(100) 상에(바람직하게는 전면에) 연마 패드(104)가 구비되어 있다.Referring to FIG. 6, reference numeral 100 denotes a wafer table at the top surface, in which a predetermined pattern formed on the wafer and / or a layer of material covering the patterns is polished. The wafer table 100 is rotated by the rotating shaft 102. A polishing pad 104 is provided on the wafer table 100 (preferably on the front side).
연마 과정에서 웨이퍼 상에 형성된 상기 소정의 패턴들 또는/ 및 상기 패턴들을 덮는 물질층은 연마 패드(104)와 접촉되고, 이 과정에서 상기 패턴들 또는/ 및 물질층은 서서히 연마된다. 이때, 상기 물질층은 소자분리막을 형성하기 위해 트랜치를 채우는 소자분리막을 형성하기 위해 적층된 산화막, 콘택홀 또는 비어홀을 채우는 도전성 플러그를 형성하기 위해, 소자들을 연결하는 금속 배선 등을 형성하기 위해 적층된 도전층, 또는 소정의 패턴을 형성한 후의 결과물을 평탄화하기 위해 적층된 층간 절연막 등이다.The predetermined patterns formed on the wafer in the polishing process and / or the layer of material covering the patterns are in contact with the polishing pad 104, in which the patterns or / and material layer is slowly polished. In this case, the material layer is stacked to form an oxide film, a contact hole, or a conductive plug filling a via hole, to form a metal wiring connecting the devices, etc., to form an oxide film, a contact hole, or a via hole. Or an interlayer insulating film laminated to planarize the resultant after forming a predetermined pattern.
연마 패드(104)는 다공성 매질로 구성되는 다공성 연마 패드이다. 연마 패드(104)를 구성하는 다공성 매질은 폴리비닐알콜(PolyVinylAlcohole, 이하 PVA라 함), 폴리우레탄(PolyUrethane), 폴리에스터(PolyEster), 폴리아세테이트 (PolyAcetate), 폴리아크릴(PolyAcryl) 등과 같은 폴리머(polymer)인 것이 바람직하다.The polishing pad 104 is a porous polishing pad composed of a porous medium. The porous medium constituting the polishing pad 104 is a polymer such as polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA), polyurethane (PolyUrethane), polyester (PolyEster), polyacetate (PolyAcetate), polyacryl (PolyAcryl), or the like. polymer).
연마 패드(104)와 소정 거리를 두고 위쪽에 웨이퍼 헤드(106)가 구비되어 있다. 웨이퍼 헤드(106)는 웨이퍼 뒷면을 통해 웨이퍼를 흡착하고 고정시켜 연마 동안에 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 웨이퍼(108)를 진공 흡착하기 위한 흡착판, 웨이퍼(108)를 고정시켜 연마 공정 중에 웨이퍼(108)가 이탈되는 것을 방지하는 리테이너 링(retainer ring), 상기 웨이퍼 흡착판과 웨이퍼(108)사이에 구비되어 웨이퍼 헤드(106)로 유입되는 가압 가스에 의한 압력을 웨이퍼(108) 전면에 고르게 전달시키는데 사용되는 캐리어 필름, 상기 웨이퍼 흡착판을 관통하여 형성된 상기 웨이퍼 흡착에 사용되는 진공라인 등이 웨이퍼 헤드(106)에 포함되어 있다. 웨이퍼 헤드(106) 상부를 통해서 유입되는 상기 가압 가스에 의해 연마 동안에 웨이퍼(108)와 연마 패드(104)가 압착된다.The wafer head 106 is provided above the polishing pad 104 at a predetermined distance. Wafer head 106 adsorbs and secures the wafer through the backside of the wafer to prevent the wafer from leaving during polishing. Although not shown in the drawings, an adsorption plate for vacuum adsorption of the wafer 108, a retainer ring for fixing the wafer 108 to prevent the wafer 108 from being released during the polishing process, the wafer adsorption plate and the wafer ( 108 is provided between the carrier film used to evenly transfer the pressure of the pressurized gas flowing into the wafer head 106 to the entire surface of the wafer 108, the vacuum line used for the wafer adsorption formed through the wafer adsorption plate This is included in the wafer head 106. The pressurized gas introduced through the top of the wafer head 106 compresses the wafer 108 and the polishing pad 104 during polishing.
한편, 연마 패드(104) 위에는 연마 동안에 연마 패드(104)와 웨이퍼(108)사이에 웨이퍼(108) 상에 형성된 소정의 패턴 또는/ 및 이들을 덮는 물질층과 화학 반응하여 상기 소정의 패턴 또는/ 및 상기 물질층을 화학적으로 연마하는 소정의 케미컬(chemical)을 공급하는 케미컬 공급 수단(미도시)이 구비되어 있다. 참조번호 110은 연마 패드(108)와 웨이퍼(108)사이에 케미컬을 공급하는, 상기 케미컬 공급 수단에 연결된 케미컬 분사 노즐을 나타낸다. 상기 케미컬 공급 수단으로부터 공급되는 케미컬(112)은 질산(H2NO3), 불산(HF), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 암모니아(NH4OH), 과수(H202), NaOH 및 KOH 등으로 이루어진 군중 적어도 선택된 어느 하나이거나 연마 대상 물질에 따라 상기 군중에서 선택된 소정의 화학물질을 소정의 혼합 비율로 혼합한 혼합물이다.On the other hand, on the polishing pad 104, during the polishing, a predetermined pattern formed on the wafer 108 between the polishing pad 104 and the wafer 108 or / and a chemical layer that covers the predetermined pattern or / and A chemical supply means (not shown) is provided for supplying a predetermined chemical for chemically polishing the material layer. Reference numeral 110 denotes a chemical spray nozzle connected to the chemical supply means for supplying a chemical between the polishing pad 108 and the wafer 108. The chemical 112 supplied from the chemical supply means is nitric acid (H 2 NO 3 ), hydrofluoric acid (HF), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonia (NH 4 OH), fruit water (H 2 0 2 ), a group consisting of NaOH, KOH and the like is at least one selected or a mixture of a predetermined chemical selected from the group according to the polishing target material at a predetermined mixing ratio.
다음에는 상기한 CMP 장치를 이용한 연마 방법에 관해 설명한다.Next, the grinding | polishing method using the said CMP apparatus is demonstrated.
도 7을 참조하면, 제1 단계(S100)는 웨이퍼 상에 연마를 위한 소정의 물질층을 적층하는 단계이다.Referring to FIG. 7, a first step S100 is to deposit a predetermined material layer for polishing on a wafer.
구체적으로, 웨이퍼 상에 평탄화를 위한 층간 절연막, 하부 절연층에 형성된 콘택홀에 도전성 플러그를 형성하기 위한 도전층 또는 상기 웨이퍼 상에 형성된 소자들을 전기적으로 연결하는 금속 배선을 형성하기 위한 도전막(또는 금속막)을 형성한다. 이후, 상기 웨이퍼의 연마면이 다공성 연마 패드를 향하도록 웨이퍼를 웨이퍼 헤드(106)에 진공 흡착시킨다.Specifically, an interlayer insulating film for planarization on a wafer, a conductive layer for forming a conductive plug in a contact hole formed in a lower insulating layer, or a conductive film for forming a metal wiring for electrically connecting elements formed on the wafer. Metal film). Thereafter, the wafer is vacuum-adsorbed to the wafer head 106 so that the polishing surface of the wafer faces the porous polishing pad.
제2 단계(S200)는 상기 웨이퍼 상에 적층된 물질층을 소정의 다공성 매질의 연마 패드에 압착 회전시켜 연마하는 단계이다.The second step (S200) is a step of polishing by rotating the material layer deposited on the wafer to a polishing pad of a predetermined porous medium.
구체적으로, 진공 흡착된 웨이퍼(108)의 연마면이 연마 패드(104)와 접촉되도록 웨이퍼 헤드(106)를 연마 패드(104)에 근접시켜 연마를 실시한다. 이에 앞서, 웨이퍼 테이블(100)과 웨이퍼 헤드(106)는 소정의 회전속도로 회전시킨다. 그리고 연마 바로 전 또는 연마의 시작과 함께 연마 패드(104) 상으로 웨이퍼(108)의 연마면에 형성된 패턴 또는/및 물질층의 화학 연마를 고려하여 선정된 소정의 케미컬을 분사하여 웨이퍼(108)의 연마면과 연마 패드(104)사이의 전면에 상기 소정의 케미컬이 고루 스며들게 한다. 상기 소정의 케미컬은 상술한 바와 같은 것이며, 케미컬 공급 수단으로부터 공급된다.Specifically, polishing is performed by bringing the wafer head 106 close to the polishing pad 104 such that the polishing surface of the vacuum-adsorbed wafer 108 contacts the polishing pad 104. Prior to this, the wafer table 100 and the wafer head 106 are rotated at a predetermined rotational speed. Then, the wafer 108 is sprayed by selecting a predetermined chemical in consideration of chemical polishing of a pattern or / and a material layer formed on the polishing surface of the wafer 108 onto the polishing pad 104 immediately before or at the beginning of polishing. The predetermined chemical is infiltrated evenly between the polishing surface of the polishing pad and the polishing pad 104. The predetermined chemical is as described above and is supplied from the chemical supply means.
웨이퍼(108)는 회전하는 다수의 포오(pore)를 갖는 다공성 연마 패드(104)에 압착되면서 연마패드(104)와 동일한 방향으로 회전되기 때문에, 웨이퍼(108)의 연마면은 상기 압착 및 회전으로부터 비롯되는 마찰에 기인하여 기계적으로 연마되면서 상기 소정의 케미컬에 의해 화학적으로도 연마된다.Since the wafer 108 is rotated in the same direction as the polishing pad 104 while being pressed against the porous polishing pad 104 having a plurality of pores that rotate, the polishing surface of the wafer 108 is deformed from the pressing and rotation. It is also polished chemically by the predetermined chemical while mechanically polishing due to the resulting friction.
이와 같은 연마 과정에서 웨이퍼(108)의 뒷면은 일정한 온도로 유지하는 것이 바람직하다.In this polishing process, the back surface of the wafer 108 is preferably maintained at a constant temperature.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시에에 의한 CMP 장치를 이용함으로써, 종래의 슬러리를 사용한 CMP에 비해 결함 발생을 최소화하면서 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 연마가 가능하고, 고속 연마에 의해 생산성도 높일 수 있다. 이러한 사실은 도 8 내지 도 10에 도시한 실험 결과의 비교를 통해서, 도 11 내지 도 12에 도시한 실험 결과 등을 통해서 알 수 있다.By using the CMP apparatus according to the embodiment of the present invention as described above, it is possible to uniformly polish the entire surface of the wafer while minimizing the occurrence of defects as compared to CMP using the conventional slurry, it is possible to increase productivity by high-speed polishing. . This fact can be seen through the comparison of the experimental results shown in FIGS. 8 to 10 and the experimental results shown in FIGS. 11 to 12.
도 8 내지 도 12에 그 결과가 도시된 실험에는 소정의 물질층이 적층된 실리콘 기판을 사용하였다.In the experiments with the results shown in FIGS. 8 to 12, a silicon substrate having a predetermined layer of material was used.
곧, 상기 실리콘 기판 상에 고밀도 플라즈마(High Density Plasma)막(5,000??) 및 PETEOS막(1,500??)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 고밀도 플라즈마막 및 PETEOS막에 실리콘 기판이 노출되는 콘택홀을 형성하였다. 그리고 상기 PETEOS막 상에 상기 콘택홀을 채우는 디-폴리(D-poly) 실리콘층을 3,000??정도 형성하였다.In other words, a high density plasma (5,000 ??) and a PETEOS film (1,500 ??) are sequentially formed on the silicon substrate, and then a contact hole exposing a silicon substrate to the high density plasma film and the PETEOS film. Formed. Then, a D-poly silicon layer filling the contact hole was formed on the PETEOS layer at about 3,000 °.
도 8의 (a) 및 (b)도는 각각 상기 디-폴리 실리콘층을 실온에서 12분 및 24분 동안 22%의 KOH를 사용하여 습식 식각한 결과를 보여주는 전자 현미경 사진(SEM)이고, 도 9는 패드가 없고 실온이며 상기 실리콘 기판의 RPM이 1,000정도인 조건에서 22%의 KOH를 사용하여 상기 디-폴리 실리콘층을 20분 동안 습식 식각한 결과를 보여주는 전자현미경 사진으로써, (a)도는 입체 사진을, (b)도는 단면사진을 보여준다. 그리고 도 10은 본 발명에 의한 CMP 장치를 적용한 연마 결과를 보여주는 전자 현미경 사진으로써, (a)도는 웨이퍼 헤드 및 다공질 연마 패드(PVA 패드)의 RPM이 모두 1,000이고 실온인 조건에서 22%의 KOH를 사용하여 14분 정도 연마한 결과를 보여주는 입체 사진을, (b)도는 단면 사진을 보여준다.8 (a) and 8 (b) are electron micrographs (SEM) showing the results of wet etching the di-polysilicon layer using 22% KOH for 12 and 24 minutes at room temperature, respectively. Is an electron micrograph showing the result of wet etching the di-polysilicon layer for 20 minutes using 22% KOH at room temperature and RPM of about 1,000 at the silicon substrate. Photograph (b) shows a cross-sectional photograph. 10 is an electron micrograph showing a polishing result of applying the CMP apparatus according to the present invention, (a) is a 22% KOH at a condition that the RPM of both the wafer head and the porous polishing pad (PVA pad) is 1,000 and room temperature The three-dimensional photograph shows the result of polishing for 14 minutes, and (b) shows the cross-sectional photograph.
도 8을 참조하면, 알칼리성 케미컬을 이용하여 습식 식각한 경우, 산성 케미컬을 이용할 때에 비해 씸(seam)(S)의 발생빈도가 적었지만, 여전히 콘택홀(C)을 채운 플러그(P)에 씸(S)이 발생된다는 것을 알 수 있었다.Referring to FIG. 8, in the case of wet etching using alkaline chemicals, the occurrence frequency of seam (S) is less than that of acidic chemicals, but is still applied to the plug P filled with the contact hole C. It was found that (S) was generated.
도 9를 참조하면, 실리콘 기판을 고속으로 회전시키면서 습식 식각한 경우, 하이드로다이내믹 효과(Hydrodynamic effect)에 의해 식각률(Etch Rate)이 빨라지고 씸이 발생되지 않는 다는 것을 알 수 있었다. 그러나 콘택홀(C)을 채운 플러그(P) 주위에 스컴(scum)(S1)이 발생되는 등 전체적인 프로화일(profile)이 양호하지 못함을 알 수 있었다.Referring to FIG. 9, when the silicon substrate was wet-etched while rotating at a high speed, it was found that the etching rate was increased due to the hydrodynamic effect and the wafer was not generated. However, it was found that the overall profile is not good, such as a scum S1 around the plug P filling the contact hole C.
한편, 도 10을 참조하면, 다공성 연마 패드인 PVA 패드를 사용하면서 실리콘 기판을 고속으로 회전시킨 경우, 씸이 발생되지 않았음은 물론, 스컴 등도 발생되지 않았으며, 전체적인 프로화일도 매우 양호하였다.On the other hand, referring to Figure 10, when the silicon substrate is rotated at a high speed using a PVA pad, which is a porous polishing pad, not only did not occur, but also scum and the like, the overall profile was very good.
다음에는 상기한 실리콘 기판 상에 형성한 디-폴리 실리콘층을 본 발명에 의한 CMP 장치를 이용하여 연마하였으되, 서로 다른 다공성 연마 패드를 사용한 경우에 대해 설명한다.Next, a case in which the di-polysilicon layer formed on the silicon substrate is polished using the CMP apparatus according to the present invention, but using different porous polishing pads will be described.
구체적으로, 서로 다른 제1 및 제2 실리콘 기판을 준비한 다음, 각 기판 상에 상술한 바와 같은 적층물을 형성하였다.Specifically, different first and second silicon substrates were prepared, and then a laminate as described above was formed on each substrate.
도 11은 연마 전의 상기 적층물이 형성된 실리콘 기판을 보여주는 전자 현미경 사진으로써, (a)도는 입체 사진을, (b)도는 단면 사진을 보여준다. 콘택홀(C1)과 콘택홀(C1)을 채우는 디-폴리 실리콘층(D)이 균일한 두께로 형성된 것을 볼 수 있다.FIG. 11 is an electron micrograph showing a silicon substrate on which the laminate is formed before polishing, showing (a) a three-dimensional photograph and (b) a sectional photograph. It can be seen that the di-polysilicon layer D filling the contact hole C1 and the contact hole C1 has a uniform thickness.
상기 제1 및 제2 실리콘 기판 상에 각각 도 11에 도시한 바와 같이 상기 적층물을 형성한 다음, 먼저 PVA 연마 패드가 구비된 CMP 장치를 이용하여 상기 제1 실리콘 기판을 연마하였다. 이때, 웨이퍼 헤드의 RPM은 1,000으로 하였고, 케미컬은 22%의 KOH를 사용하였으며, 연마 시간은 실온에서 18분으로 하였다. 이어서 상기 PVA 연마 패드와 다른 다공성 연마 패드인 폴리에스터(PE) 연마 패드가 구비된 CMP 장치를 이용하여 상기 제2 실리콘 기판을 상기 제1 실리콘 기판을 연마할 때와 동일한 조건으로 연마하였다. 다만, 연마 시간은 다소 긴 30분으로 하였다.After forming the laminate as shown in FIG. 11 on the first and second silicon substrates, respectively, first, the first silicon substrate was polished using a CMP apparatus equipped with a PVA polishing pad. At this time, the RPM of the wafer head was 1,000, the chemical was used 22% KOH, the polishing time was 18 minutes at room temperature. Subsequently, the second silicon substrate was polished under the same conditions as the polishing of the first silicon substrate using a CMP apparatus equipped with a polyester (PE) polishing pad, which is a porous polishing pad different from the PVA polishing pad. However, polishing time was made into 30 minutes long.
도 12 및 도 13은 각각 상기 PVA 및 폴리에스터 연마 패드를 사용하였을 때의 연마 결과를 보여주는 전자 현미경 사진들으로써, 각도의 (a) 및 (b)도는 각각 입체 및 단면 사진을 보여준다.12 and 13 are electron micrographs showing the polishing results when the PVA and polyester polishing pads are used, respectively, and the angles (a) and (b) show stereoscopic and cross-sectional images, respectively.
도 12 및 도 13을 함께 참조하면, 서로 다른 다공성 매질로 구성된 연마 패드를 사용한 경우, 연마 패드에 따라 연마 시간이 다르기는 하였으나, 연마 후의 결과물에 대한 프로화일은 모두 양호함을 알 수 있었다.12 and 13, when polishing pads composed of different porous media were used, the polishing time was different according to the polishing pads, but all of the profiles of the resultant after polishing were good.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이라기보다, 바람직한 실시예를 예시한 것으로 해석되는 것이 타당하다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 웨이퍼 헤드 측면에서 연마용 케미컬을 공급하는 대신, 상기 웨이퍼 헤드를 통해서 다공성 매질의 연마 패드 상에 직접 공급할 수도 있을 것이다. 또는 웨이퍼 헤드 둘레에 웨이퍼 헤드를 감싸는 형태로 상기 연마용 케미컬 분사 노즐을 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 웨이퍼 헤드의 내부 구성을 상술한 바와 다르게 구성할 수도 있을 것이며, 상술한 본 발명의 기술적 사상을 복수의 웨이퍼 헤드를 구비하는 CMP 장치에 적용할 수도 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details have been set forth in the foregoing description, it is reasonable that they be interpreted as illustrative of the preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, one of ordinary skill in the art may supply directly to the polishing pad of the porous medium through the wafer head instead of supplying the polishing chemical from the wafer head side. Alternatively, the polishing chemical spray nozzle may be provided to surround the wafer head around the wafer head. In addition, the internal configuration of the wafer head may be configured differently from those described above, and the technical spirit of the present invention described above may be applied to a CMP apparatus having a plurality of wafer heads. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 CMP 장치는 종래의 연마 패드에 비해 상대적으로 훨씬 저렴한 다공성 매질로 구성된 연마 패드를 구비하고, 이것을 사용한 연마에서는 상기 다공성 연마 패드와 종래의 슬러리 대신 세라믹 입자들을 포함하지 않는 연마 대상과 관련된 케미컬만을 사용하기 때문에, 종래의 연마 과정에 비해 결함 발생률을 대폭 줄인 연마 과정을 구현할 수 있다. 그리고 연마 비용은 줄이면서 연마 효율은 높일 수 있다. 또한 고속 연마가 가능하여 생산성을 높일 수 있다.As described above, the CMP apparatus according to the present invention has a polishing pad composed of a porous medium which is relatively inexpensive compared to a conventional polishing pad, and polishing using this does not include ceramic particles instead of the porous polishing pad and the conventional slurry. Since only the chemicals related to the polishing object are used, the polishing process can be implemented with a significantly reduced defect rate compared to the conventional polishing process. In addition, the polishing efficiency can be increased while the polishing cost is reduced. In addition, high-speed polishing can be performed to increase productivity.
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| KR1020020030611A KR20030092787A (en) | 2002-05-31 | 2002-05-31 | Polishing apparatus comprising porous polishing pad and method of polishing using the same |
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|---|---|
| KR20030092787A true KR20030092787A (en) | 2003-12-06 |
Family
ID=32385334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020020030611A KR20030092787A (en) | 2002-05-31 | 2002-05-31 | Polishing apparatus comprising porous polishing pad and method of polishing using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20030092787A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060131280A (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-20 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for cleaning polysilicon layer of semiconductor device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5232875A (en) * | 1992-10-15 | 1993-08-03 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus for improving planarity of chemical-mechanical planarization operations |
| KR20000043045A (en) * | 1998-12-28 | 2000-07-15 | 김영환 | Slurry for chemical mechanical polishing and preparing method thereof |
| KR20010006518A (en) * | 1997-04-18 | 2001-01-26 | 매튜 네빌 | Polishing Pad for a Semiconductor Substrate |
| US20010034197A1 (en) * | 1997-07-30 | 2001-10-25 | Dudovicz | Polishing silicon wafers |
| KR20020040091A (en) * | 2000-11-23 | 2002-05-30 | 윤종용 | Slurry for chemical mechanical polishing and manufacturing method of copper metal interconnection layer using the same |
-
2002
- 2002-05-31 KR KR1020020030611A patent/KR20030092787A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
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