KR100744222B1

KR100744222B1 - 화학적 기계적 연마 시스템

Info

Publication number: KR100744222B1
Application number: KR1020050131039A
Authority: KR
Inventors: 허용수
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-30
Also published as: KR20070068935A

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 화학적 기계적 연마(CMP ; Chemical-Mechanical Polishing) 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 웨이퍼(W)에 대해 밀착된 상태에서 상대 운동되어 상기 웨이퍼(W)를 폴리싱하거나 후세정하게 되는 연마패드(12)와, 상기 연마패드(12)상으로 폴리싱을 위한 슬러리를 공급하게 되는 슬러리분사노즐(14)과, 상기 폴리싱이 완료된 다음 후세정하는 시점에서 상기 연마패드(12)상으로 후세정을 위한 HCl(염산)과 오존수(O₃ water)가 혼합된 COM(Chlorine Ozone Mixture) 혼합액인 세정액을 공급하게 되는 세정액분사노즐(16)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 폴리셔를 이용하여 폴리싱작업 뿐만 아니라 후세정작업까지도 실시하게 되므로, 작업간 웨이퍼 이송이 불필요하여 공정시간의 단축에 따른 생산성 향상을 기할 수 있고, 별도의 후세정장치가 불필요하게 되어 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

CMP, 화학적, 기계적, 연마, 폴리싱, 폴리셔, 후세정, 브러쉬, 메가소닉, 세정액, COM, 웨이퍼, 반도체

Description

화학적 기계적 연마 시스템{CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING SYSTEM}

도 1은 종래의 폴리싱작업의 수행을 위한 폴리셔를 보여주는 도면,

도 2는 종래의 브러쉬를 이용하는 후세정방식을 설명하는 도면,

도 3은 종래의 메가소닉을 이용하는 후세정방식을 설명하는 도면,

도 4는 본 발명에 따라 폴리싱작업 및 후세정작업을 모두 실시하기 위한 폴리셔를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 폴리셔 12 : 연마패드

14 : 슬러리분사노즐 16 : 세정액분사노즐

22 : 브러쉬 32 : 케미컬분사노즐

34 : 메가소닉트랜스듀서 W : 웨이퍼

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 화학적 기계적 연마(CMP ; Chemical-Mechanical Polishing) 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리셔(polisher)를 이용하여 폴리싱작업 뿐만 아니라 후세정작업까지도 실시하게 되는 CMP시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 최근에는 반도체 웨이퍼(wafer)가 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위하여 화학적인 연마가공과 기계적인 연마가공을 하나로 합한 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하, "CMP"로 칭함) 방식이 널리 이용되고 있다.

CMP방식은 도 1에 나타낸 바와 같은 폴리셔(polisher)(10)를 이용하여 연마대상의 웨이퍼(W) 표면을 연마패드(polishing pad)(12)상에 밀착시킨 상태에서 슬러리(slurry)분사노즐(14)을 통해 슬러리를 분사하면서 웨이퍼(W)와 연마패드(12)를 상대 운동시켜 웨이퍼(W)의 표면을 폴리싱한 후에, 해당 폴리싱공정의 종료에 따라 웨이퍼(W)상에 잔존하게 되는 각종 오염물질을 제거하기 위해 후세정(post cleaning)공정을 실시하게 되며, 후세정공정에서는 각종 케미컬(chemical)(초순수 포함) 분사 및 기타 여러 처리를 통해 웨이퍼를 세정한 후 최종적으로 해당 웨이퍼를 고속회전시켜 건조시키게 된다.

그 폴리싱작업시에 이용하게 되는 슬러리는 소정의 화학액에 연마입자가 분산되어 있는 것으로, 함유되어 있는 화학액이 웨이퍼(W) 표면을 화학적으로 반응시키게 되고, 또한 분산되어 있는 연마입자가 웨이퍼(W) 표면을 제거하게 됨으로써, 폴리싱이 이루어지도록 하게 된다.

그러나, 이러한 슬러리를 이용한 폴리싱이 완료된 후에는 웨이퍼(W)상에 연마되는 물질로부터 기인하는 각종 금속이온 잔유물 및 일부 슬러리 잔유물 등이 오염물질로서 잔류하게 되며, 이러한 오염물질은 추후 웨이퍼(W)상에 결함(defect)을 야기시킬 수 있으므로 제거시키게 된다.

즉, 폴리싱후 웨이퍼(W)상에 잔류하는 금속이온 잔유물 등을 제거하기 위하여 후세정공정을 실시하게 되며, 대표적인 후세정방법으로는 브러쉬세정(brush scrubbing)법이 있고, 이를 도 2를 참조로 살펴 보면, 특정 케미컬을 분사하면서 브러쉬(22)로 직접 회전하고 있는 웨이퍼(W) 표면 및 후면을 접촉하여 닦아냄으로써 잔류된 오염물질을 제거하게 된다.

또한, 또 다른 후세정방법으로는 메가소닉(megasonic)세정법이 있으며, 이를 도 3을 참조로 살펴 보면, 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 표면과 후면에 대해 케미컬분사노즐(32)을 통해 특정 케미컬을 분사하면서 메가소닉트랜스듀서(transducer)(34)로부터 메가소닉을 발생시켜 웨이퍼(W)상에 흡착되어 있는 오염물질을 탈락시켜 제거하게 된다.

물론, 이러한 브러쉬세정법과 메가소닉세정법을 병행하여 이용하는 경우도 있다.

여기서, 종래의 일 예에 따른 CMP공정 순서를 전체적으로 요약하면 다음과 같다.

"웨이퍼 이송 → 슬러리를 이용한 폴리싱 → 초순수를 이용한 폴리싱 → 웨이퍼 이송 → 롤형 브러쉬(roll brush)를 이용한 후세정1 → 웨이퍼 이송 → 펜슬형 브러쉬(pencil brush)를 이용한 후세정2 → 웨이퍼 이송 → 건조 → 웨이퍼 이송"

따라서, 종래에는 폴리셔(10)를 이용한 폴리싱작업후에 웨이퍼(W)를 이송시 키면서 여러 단계의 후세정작업을 실시해야 하고, 이와 더불어 통상 후세정작업에 소요되는 시간이 폴리싱작업에 소요되는 시간보다 매우 길다는 점에서, 생산성이 대폭 저하되고 있는 실정이다.

또한, 폴리셔(10) 이외에 여러 후세정장치를 이용하게 되므로, 제조원가도 상승되게 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 폴리셔를 이용하여 후세정작업까지도 모두 실시하여, 생산성을 향상시키고, 제조원가를 절감할 수 있는 CMP시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CMP시스템은, 웨이퍼에 대해 밀착된 상태에서 상대 운동되어 상기 웨이퍼를 폴리싱하거나 후세정하게 되는 연마패드와, 상기 연마패드상으로 폴리싱을 위한 슬러리를 공급하게 되는 슬러리분사노즐과, 상기 폴리싱이 완료된 다음 후세정하는 시점에서 상기 연마패드상으로 후세정을 위한 HCl(염산)과 오존수(O₃ water)가 혼합된 COM(Chlorine Ozone Mixture) 혼합액인 세정액을 공급하게 되는 세정액분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따르면, 종래에 폴리싱작업만을 수행하던 폴리셔(10)에서 후세정작업까지도 실시하게 된다.

본 발명에 따른 폴리셔를 도 4에 나타내며, 이 폴리셔(10)는 세정액분사노즐(16)을 추가로 구비하게 된다.

이러한 폴리셔(10)를 이용한 후세정작업을 설명하면, 그 후세정작업은 폴리싱작업시와 매우 유사하게 수행되게 되며, 즉 웨이퍼(W) 표면을 연마패드(12)상에 밀착시킨 상태에서 추가로 구비된 세정액분사노즐(16)을 통해 세정액(cleaning solution)을 분사하면서 웨이퍼(W)와 연마패드(12)를 상대 운동시켜 세정액에 의한 화학적 세정과 웨이퍼(W)와 연마패드(12)간의 상대 운동에 따른 기계적 세정을 통해 웨이퍼(W)의 표면이 세정되도록 하게 된다.

즉, 세정액을 이용하는 화학적 세정을 통해 대부분의 후세정작업이 이루어지도록 하게 되며, 이때 이용되는 세정액은 웨이퍼(W)상에 잔류하는 금속이온 잔유물과 일부 슬러리 잔유물을 모두 효과적으로 제거할 수 있어야 한다.

본 발명에서는 세정액으로서 COM(Chlorine Ozone Mixture) 혼합액을 이용하게 되며, COM혼합액은 HCl(염산)과 오존수(O₃ water)가 혼합된 것이다.

즉, 폴리싱작업의 종료에 따라 웨이퍼(W)상에 흡착되어 잔류하게 되는 금속이온 잔유물 및 일부 슬러리 잔유물의 오염물질은 그들의 전기음성도가 웨이퍼(W)인 실리콘(Si)보다 높아서 전기화학적으로 웨이퍼(W) 표면상에 흡착되어 있는 것이므로, 이들보다 더 큰 전기음성도를 갖는 COM 혼합액을 공급하여 해당 오염물질들 이 웨이퍼(W) 표면으로부터 탈락되도록 하게 되는 것이며, 대부분의 오염물질들은 염산에 의해 제거가 가능하고, 일부 Cu나 Al의 경우에는 오존에 의해 전자를 빼앗기어 용액으로 배출되어 제거되게 된다.

바람직하게, 이때 이용가능한 COM혼합액은 HCl 4%, 오존수 5ppm의 조성의 것이 이용될 수 있다.

여기서, 바람직한 일 예에 따른 전체적인 CMP공정의 순서는 다음과 같이 실시할 수 있다.

"웨이퍼 이송 → 슬러리를 이용한 폴리싱 → 초순수를 이용한 폴리싱 → COM세정액을 이용한 폴리싱(후세정) → 웨이퍼 이송 → 건조 → 웨이퍼 이송"

이로써, 본 발명에 따르면, 폴리싱작업후에 웨이퍼(W)를 별도로 이송시킬 필요없이 바로 세정액을 이용하여 후세정까지 실시할 수 있게 되므로, 공정 소요시간을 단축시켜 생산성 향상을 기할 수 있게 되고, 별도의 후세정장치가 불필요하게 되어 제조원가를 절감할 수 있게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 폴리셔를 이용하여 폴리싱작업 뿐만 아니라 후세정작업까지도 실시하게 되므로, 작업간 웨이퍼 이송이 불필요하여 공정시간의 단축에 따른 생산성을 향상시킬 수 있고, 별도의 후세정장치가 불필요하게 되어 제조원가를 절 감할 수 있게 되는 효과가 달성될 수 있다.

Claims

웨이퍼(W)에 대해 밀착된 상태에서 상대 운동되어 상기 웨이퍼(W)를 폴리싱하거나 후세정하게 되는 연마패드(12)와,

상기 연마패드(12)상으로 폴리싱을 위한 슬러리를 공급하게 되는 슬러리분사노즐(14)과,

상기 폴리싱이 완료된 다음 후세정하는 시점에서 상기 연마패드(12)상으로 후세정을 위한 HCl(염산)과 오존수(O₃ water)가 혼합된 COM(Chlorine Ozone Mixture) 혼합액인 세정액을 공급하게 되는 세정액분사노즐(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 COM 혼합액은,

HCl 4%, 오존수 5ppm의 조성인 것인 것을 특징으로 하는 CMP시스템.