KR100397415B1 - 반도체 웨이퍼 폴리싱 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 물질은 산성 슬러리를 사용하는 제 1의 개략적인 폴리싱 단계 및 이후의 패드 및 웨이퍼를 개별적으로 세정하는 단계를 갖는 CMP에 의해 준비된다. 세정 후에, 웨이퍼를 버프(buff)하는, 염기성 슬러리에 의한 제 2 폴리싱 단계가 사용된다. 마지막으로, 낮은 압력을 인가하면서 패드 및 웨이퍼를 린싱하여, 프로세스를 마친다.
Description
본 발명은 반도체 제조 프로세스에 관한것이며, 특히 반도체 웨이퍼의 전체적 평탄화(global planarization)를 위해 행해지는 화학적 기계적 폴리싱(CMP)을 마친 후에 폴리싱 패드 및 웨이퍼 상에 남는 슬러리 잔여물을 세정하는 방법에 관한 것이다.
CPU 및 다양한 메모리 디바이스와 같은 반도체 제품의 제조에 있어서, CMP 기술은 평탄한 및 폴리싱된 표면을 반도체 웨이퍼에 제공하는 전체적인 평탄화 프로세스이다. 현재, 오직 이 반도체 기술만이 반도체 웨이퍼의 전체적인 평탄화를 제공할 수 있다.
CMP 프로세스에서, 폴리싱될 웨이퍼의 표면(이후부터는 웨이퍼의 프로세스 표면으로 지칭됨)은 CMP 머신 상의 폴리싱 패드 상에 뒤집어져 배치된다. 폴리싱 패드는 웨이퍼의 프로세스 표면을 문지르기 위해 회전될 수 있다. CMP 프로세스 동안, 통상적으로 슬러리로 지칭되는 화학적 작용제(chemical agent)는 웨이퍼의 프로세스 표면을 폴리싱하는데 있어서 폴리싱 패드를 보조하기 위해 웨이퍼 상에 도포된다.
슬러리는 콜로이드 실리카, 분산 알루미나(dispersed alumina), KOH 또는 NH4OH 또는 CeO2염기 슬러리와 같은 알카리성 용액의 혼합물이 될 수 있다. 본질상 큰 연마성을 갖는 콜로이드 실리카 및 분산 알루미나 입자는 폴리싱 패드 상의 웨이퍼의 프로세스 표면을 폴리싱하는 것을 도울 수 있다.
각 CMP 프로세스를 마친 후에, 폴리싱 패드 상에 남겨진 슬러리 잔여물은 다른 웨이퍼 상에서 다음 CMP 프로세스를 프로세싱하기 이전에 세정되어 제거되어야 한다. CMP 프로세스의 완료 후에 폴리싱 패드 상의 슬러리 잔여물을 세정하는 통상적인 방법 중의 하나가 도 1a 및 도 1b를 참조하여 다음에서 상세하게 도시된다.
도 1a를 참조하면, CMP 프로세서의 완료 후의 폴리싱 패드(10)가 도시된다. 이 폴리싱 패드(10)는 패드 드레서(pad dresser)(도시되지 않음)에 의해 처리된다. CMP 프로세스 후에, 다량의 슬러리 잔여물(12)이 폴리싱 패드(10) 상에 존재하며, 이 슬러리 잔여물은 다른 웨이퍼가 폴리싱 패드(10) 상에 배치되어 폴리싱되기 전에 세정되어 제거되어야 한다. 이 슬러리 잔여물(12)을 제거하기 위해, 탈 이온수의 스트림(a stream of deionized water)(14)이 폴리싱 패드(10) 상에 분사되어, 폴리싱 패드(10) 상에 남겨진 슬러리 잔여물(12)을 세정하게 된다.
그러나, 전술한 방법의 단점 중 하나는 폴리싱 패드(10) 상에 남겨진 슬러리 잔여물(12) 모두를 철저하게 세정하여 제거하지는 못한다는 것이다. 도 1b에서 도시된 바처럼, 소량의 슬러리 잔여물(12)이 여전히 폴리싱 패드(10) 상에 존재한다. 이렇게 세정되지 않은 슬러리 잔여물(12)이 건조되는 때(dry out), 이들은 CMP 프로세스를 위해 폴리싱 패드(10) 상에 배치된 다음 웨이퍼에 스크래치(scrathches)를 야기한다. 이는 웨이퍼 수율에 큰 영향을 준다.
그러므로, 본 발명의 기본적인 목적은 두 개의 슬러리 물질이 제 1 및 제 2 폴리싱에서 사용되는 CMP 프로세스의 완료 후에 폴리싱 패드 상에 남겨진 슬러리 잔여물을 세정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보다 쉽게 세정하고 슬러리 물질들의 상호 오염을 최소화하기 위해, 폴리싱 패드 및 웨이퍼 상의 제 1 슬러리 잔여물을 움직이는 제 1 폴리싱 단계의 완료 후에 폴리싱 패드 및 웨이퍼 상에 남겨진 제 1 슬러리 잔여물을 강하게 린싱(rinsing)하는 방법을 제공한다.
본 발명의 전술한 및 다른 목적에 따라, CMP 프로세스의 완료 후에 폴리싱 패드 상에 남겨진 제 1 및 제 2 슬러리 잔여물을 세정하는 새로운 방법이 개시된다.
본 발명의 방법에서, 제 1 폴리싱은 제 1 슬러리를 사용하여 행해지며 제 2 폴리싱은 상이한 화학 조성물의 제 2 슬러리를 사용하여 행해진다. 제 1 폴리싱의 폴리싱 패드 및 웨이퍼는 상호 오염을 막기 위해 제 1 폴리싱 및 제 2 폴리싱 간에 세정된다.
제 2 폴리싱을 하기 이전에, 물 세정 스프레이(water cleaning spray)가 제 2 폴리싱 단계 이전에 오염물질을 제거하기 위해 웨이퍼 상으로 분사된다. DIH2O와 같은 세정 작용제가 폴리싱 패드를 린싱하기 위해 사용된다. 다음에 제 2 슬러리 물질이 적당한 폴리싱을 위해 도포되면서 물이 패드에 대해 강하게 압력을 가하게 되며(forced) 이후에 동일한 패드 상으로 버핑 및 세정 단계(buffing and cleaning step)로 알려진 저압 린스 단계가 수행된다.
본 발명의 특별한 점은 두 상이한 슬러리를 사용할 때 패드 및 웨이퍼의 세정의 문제가 몇몇 요인에 의해 악화된다는 것이다. 가장 큰 문제는 슬러리가 서로 접촉하게 될 때 화학적 상호작용을 함으로부터 발생한다. 이러한 접촉은, 새로운 침전물(precipitates)의 결과적인 성질로 인해, 웨이퍼의 프로세스된 표면에 큰 친화력(affinity)을 갖는 침전물을 형성하게 된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 바람직한 실시예의 세부 설명으로부터 완전하게 이해될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 CMP 프로세스의 완료 후에 폴리싱 패드 상에 남겨진 슬러리 잔여물을 세정하는 통상적인 방법의 단점을 설명하기 위해 사용된 단면도.
CMP 프로세스는 웨이퍼의 프로세스 표면으로부터 물질의 제거를 보조하는 슬러리의 사용을 필요로 한다. 이들 슬러리는 알루미나, 실리콘 이산화물 및 세륨 산화물과 같은 연마성 물질을 포함한다. 이들 슬러리는 또한 낮은 PH 값을 갖는 산성 또는 높은 PH 값을 갖는 염기성인 액상 캐리어(carrier)를 포함한다. 구리 및 TaN/Ta 및/또는 텅스텐 및 TiN과 같은 다양한 금속의 제거에 있어서, 폴리싱 패드 상에 물질이 남겨질 뿐만 아니라 웨이퍼 상으로도 오염물질이 남게 된다. 이러한 문제는 특히 하나는 염기성이며 하나는 산성인 두 슬러리가 사용될 때 더욱 심각하다. 이 두 상이한 슬러리의 점진적 화학적 상호작용(progressive chemical interaction)은 제 2 폴리싱 패드 표면 상의 축적물(an accumulation)로부터 알 수 있다. 이 오염물질은, 프로세스가 진행됨에 따라 관찰된 오염물의 증가는 각 연속적인 웨이퍼가 처리됨에 따라 증가한다는 점에서, 축적 효과를 갖는다.
관찰된 오염물질의 축적은 폴리싱된 웨이퍼 및 제 1 폴리싱의 구성물을 운반하는 그의 캐리어 또는 홀더(holder) 디바이스에 의해 제 2 폴리싱으로 전파된다. 오직 웨이퍼 및 캐리어 디바이스의 표면만이 상호 오염에 대한 책임이 있는 것이 아니라 웨이퍼 홀더 디바이스의 관련 지지 패드(backing pad) 및 진공 챔버 모두도 이 현상에 기여한다. 어떤 경우에는, 관찰된 제 2 패드 오염물질은 현탁 상태(suspended state)에서 제 2 폴리싱 표면 상으로 침전되는 제 1 슬러리의 금속 및/또는 현탁 연마제(suspended abrasives)이다. 이러한 축적성 오염물질은 슬러리의 화학적 성질 중의 PH 변화를 포함하는 다양한 효과의 결과이다. 금속 및/또는 연마제와 같은 오염물질의 증가를 낳는 관찰된 슬러리의 화학적 상호작용은 발명자로 하여금 오염물질을 보다 양호하게 제어할 수 있게 하여 보다 적은 시간에 보다 높은 수율을 얻게 하는 새로운 프로세스를 설립하였다.
두 단계 프로세스에서, 프로세스 표면 상에서의 대부분의 물질 제거는 알루미나 연마제를 갖는 PH 2 내지 4의 산성 슬러리를 사용하는 제 1 개략적인 폴리싱 단계(first rough polishing step) 동안 이루어진다. 산성 또는 염기성 또는 이들의 조합으로 된 슬러리가 사용된 경우에서는, 화학적 상호작용이 웨이퍼가 폴리싱 패드로부터 제거된 후에도 계속된다. CMP 폴리싱 프로세스의 제어는 슬러리 간의 접촉을 최소화하는 폴리싱된 웨이퍼 및 웨이퍼 캐리어에 의해 촉진되는 두 슬러리의 교차 오염을 최소화함으로써 유지된다. 그러므로, 임의의 폴리싱 싸이클 이후에 모든 구성 요소를 린싱하는 것은 오염을 최소화하는데 있어서 중요하다. 웨이퍼를 집어올리는 지점부터 완성된 웨이퍼를 내리는 지점까지인 하나의 폴리싱 싸이클 이후에 비어있는 웨이퍼 캐리어를 린싱하는 것은 이 프로세스에서 또한 중요하다.
폴리싱하는데 있어서 산성 슬러리를 사용하는 경우에서는, 산성 폴리싱 싸이클이 완료된 후에 폴리싱 패드가 웨이퍼 없이 세정되어야함이 필수적이다. 만일 웨이퍼가 존재한다면, 패드 세정 린스 동안, 스크래치가 발생할 수 있는데, 그 이유는 산성 슬러리의 희석은 PH 값을 올리며 이는 슬러리의 구성물 및/또는 연마제가 현탁 상태를 벗어나 오염을 일으키기 때문이다. 웨이퍼의 세정은 패드 린스 동안, KOH 및 그 등가물과 같은 염기성 용액 내에 현탁된 실리카와 같은 염기성 PH슬러리로 수행될 수 있다. 염기성 슬러리를 사용하는 제 2 폴리싱의 테스트는 어떤 관련 결함도 생성되지 않음을 나타낸다. 따라서, CMP 프로세스를 보다 잘 제어하기 위해, 웨이퍼는 제 1 패드로부터 제거되고 이 때에 제 1 패드는 철저하게 세정되며 웨이퍼는 DIH2O에 의해 린스됨으로써 세정된다. 오염물질을 제거하고 슬러리의 후속 축적을 방지하기 위해 패드가 재드레싱되며(redressed)/복원된(rejuvenated) 후에, 패드는 제 2 폴리싱에서 사용될 수 있다. 이 제 2 폴리싱 단계는 제 2 폴리싱 위치에서 다른 패드로 성취될 수 있다. 세정된 프로세스 표면이 제 2 또는 마지막 폴리싱 단계에서 제공된다. 이 단계 동안, 바람직하게는 실리콘 이산화물 연마제를 갖는 PH 8 내지 12의 KOH인 제 2 염기성 슬러리가 도포되며, 웨이퍼는 제 2 폴리싱을 성취하기 위해 적합한 압력 및 시간으로 표면에 대해 가압된다. 원하는 결과가 제 2 폴리싱 단계에서 성취될 때, 웨이퍼의 존재하에 패드를 린싱하면서, 산화물 버프(oxide buff)와 같은 오염물질 및 타겟 물질이 제거된다. 바람직하게는 낮은 압력이 웨이퍼 사이에서 패드에 대해 가해져서 웨이퍼 및 패드를 동시에 세정한다. 이 단계는 이후의 폴리싱을 위한 패드의 준비에 있어서 및 폴리싱 싸이클의 완료에서 웨이퍼 세정을 효과적으로 함으로써 다음의 세정 프로세스에서 오염물(effluent) 축적을 최소화하는데 있어서 중요하다. 이 단계 이후에 1 psi로의 H2O 버핑이 행해지며, 이 버핑 후에는 마지막으로 물로 세정이 행해진다.
본 발명은 예시적인 바람직한 실시예를 사용하여 설명되었다. 그러나, 본발명의 범주는 개시된 실시예로 한정되는 것이 아니다. 반대로, 본 발명은 다양한 수정 및 유사 구성을 포함한다. 그러므로, 청구항의 범주는 그러한 수정 및 유사 구성을 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다.
본 발명은 CMP 프로세스 후에 폴리싱 패드 상에 남겨진 슬러리 잔여물을 보다 쉽게 세정하고 슬러리 물질들의 교차 오염을 최소화하는 효과를 제공한다.
Claims (10)
- 캐리어 상에 일시적으로 탑재된 반도체 웨이퍼를 폴리싱하는 방법에 있어서,a) 제 1 슬러리 용액을 사용하여, 제 1 폴리싱 테이블 상의 제 1 패드 상의 상기 웨이퍼의 표면을 개략적으로 폴리싱(rough polishing)하는 단계와,b) 상기 제 1 폴리싱 테이블로부터 상기 웨이퍼를 제거하는 단계와,c) 상기 제 1 패드를 세정 액으로 린싱하는 단계와,d) 상기 웨이퍼 및 캐리어를 제 2 액체로 린싱하는 단계와,e) 제 2 슬러리 용액으로 상기 웨이퍼 표면을 제 2 폴리싱하는 단계와,f) 제 2 폴리싱 단계를 마치기 위해 상기 웨이퍼 및 상기 패드 간에 낮은 압력을 가함으로써 상기 웨이퍼, 상기 캐리어, 상기 제 2 패드를 린싱하는 단계를 포함하는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼가 내려진 후 그리고 프로세스를 반복하기 위해 새로운 웨이퍼를 적재하기 전에 상기 웨이퍼 캐리어를 린싱하는 최종 단계를 포함하는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 슬러리 용액은 2 내지 4의 낮은 PH 값을 갖는 산성인반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 슬러리는 알루미나 또는 실리콘 이산화물 또는 세륨 산화물의 연마제를 사용하는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼 표면의 스크래치를 방지하기 위해, 상기 개략적인 폴리싱 후의 웨이퍼가 상기 패드를 린싱하기 이전에 제거되는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 세정 액체는 수압 수단(hydraulic means)을 사용하여 가해지는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 패드의 린싱 단계와 상기 웨이퍼의 린싱 단계가 동시에 그러나 개별적으로 수행되는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 슬러리는 8 내지 12의 PH 값을 갖는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 2 슬러리는 실리콘 이산화물 연마성 물질을 포함하는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 웨이퍼 캐리어는 상기 웨이퍼가 제거된 후에 린싱되는반도체 웨이퍼 폴리싱 방법.
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