KR100850085B1 - Ｃｍｐ 공정용 슬러리의 희석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CMP 공정용 슬러리의 희석방법에 관한 것으로서, CMP 공정에 사용하기 위하여 슬러리 원액을 희석시키는 방법에 있어서, 슬러리 원액에 전리수를 혼합하여 슬러리 원액을 희석시킨다. 따라서, 본 발명은 CMP 공정용 슬러리 원액을 희석함에 있어 pH 쇼크 발생을 억제하여 연마제 입자의 뭉침을 방지하고, 희석비율에 따른 슬러리의 특성 변화를 줄임으로써 안정적인 CMP 공정을 실시할 수 있도록 하며, CMP 공정 진행시에 뭉쳐진 슬러리 입자에 의한 웨이퍼 표면 스크래치를 방지하고, 이로 인한 웨이퍼의 결함을 최소화하여 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.

전리수, 슬러리, 전해산성수, 전해환원수, 수소환원수

Description

ＣＭＰ 공정용 슬러리의 희석방법{METHOD FOR DILUTING SLURRY FOR CHEMICAL-MECHANICAL PROCESS}

도 1은 본 발명에 따른 CMP 공정용 슬러리의 희석방법을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 슬러리 원액 2 : 전리수

3 : 슬러리 희석액

본 발명은 CMP 공정용 슬러리의 희석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CMP 공정용 슬러리 원액을 희석함에 있어 pH 쇼크 발생을 억제하여 연마제 입자의 뭉침을 방지하는 CMP 공정용 슬러리의 희석방법에 관한 것이다.

최근에는 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라 함) 공정이 널리 이용되고 있다.

CMP 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다. 특히, 반도체 소자의 제조공정에서 절연막을 평탄화시키거나 컨택홀(Contact hole)이나 다마신(Damascene) 금속배선을 형성시킬 때 CMP 공정을 적용하고 있다.

CMP 공정에 사용되는 슬러리는 그 용도 및 제조사의 제품종류에 따라 연마제 성분, 첨가제, 산성도(pH) 등이 다르다.

슬러리중 산화막 CMP 슬러리는 일반적으로 pH9 내지 pH12 정도의 염기성을 가지는데, 예를 들어, Cabot사의 상품명 SS25 슬러리의 슬러리 원액에 순수를 1 : 1 ∼ 1 : 2 범위로 혼합 희석하여 사용하고 있다. 그리고, W CMP 슬러리와 Cu CMP 슬러리는 일반적으로 pH2 내지 pH4 정도의 강산성을 가지는데, 예를 들어 Cabot사의 상품명 SSW2000 W CMP 슬러리의 경우 슬러리 원액에 순수를 1 : 1 ∼ 1 : 4 범위로 혼합 희석하여 사용하고 있다.

이와 같이 슬러리 원액을 희석하여 사용하는 이유는 슬러리의 운반비와 사용량을 줄여서 원가를 절감하고, CMP 공정의 특성에 따라 슬러리 특성을 조절하기 위함이다.

그러나, 종래의 초순수를 슬러리 원액에 섞어 혼합하는 희석 방법은 초순수와 슬러리 원액의 혼합 과정에서 pH가 급격하게 변하는 이른바 pH 쇼크(shock) 현상이 발생하여 실리카와 같은 pH에 매우 민감한 연마제 입자들이 모양이 변형되거나 입자들 사이의 제타 포텐셜(Zeta potential)의 변화로 입자 뭉침이 발생할 뿐만 아니라 슬러리의 특성이 크게 변하게 하는 문제점을 가지고 있었다.

종래의 문제점에서 슬러리 입자의 뭉침이 발생하면 CMP 공정 진행시에 웨이퍼 표면에 스크래치를 유발하여 반도체 소자의 품질을 저하시키며, 슬러리의 특성 변화로 인해 CMP 공정의 공정능력이 떨어져서 생산성 저하 및 품질 이상을 초래하게 되는 문제점을 가지고 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 산성 수용액 또는 알카리 수용액을 슬러리 원액과 혼합하여 희석하는 방법이 제안되나, 이러한 방법은 필수적으로 알카리 또는 산성의 케미컬을 사용하여 pH를 조절하는데 이러한 케미컬이 슬러리 원액과 반응하여 원래의 슬러리의 물성을 변화시킬 위험성이 매우 높기 때문에 사용하기에 적절한 케미컬을 선정하기가 매우 어렵고, 이 역시 CMP 특성을 변화시킬 위험성이 상당히 높은 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 CMP 공정용 슬러리 원액을 희석함에 있어 pH 쇼크 발생을 억제하여 연마제 입자의 뭉침을 방지하고, 희석비율에 따른 슬러리의 특성 변화를 줄임으로써 안정적인 CMP 공정을 실시할 수 있도록 하는 CMP 공정용 슬러리의 희석방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 CMP 공정 진행 시에 뭉쳐진 슬러리 입자에 의한 웨이퍼 표면 스크래치를 방지하고, 이로 인한 웨이퍼의 결함을 최소화하여 수율을 증대시키는 CMP 공정용 슬러리의 희석방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, CMP 공정에 사용하기 위하여 슬 러리 원액을 희석시키는 방법에 있어서, 슬러리 원액에 전리수를 혼합하여 슬러리 원액을 희석시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 CMP 공정용 슬러리의 희석방법을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 공정용 슬러리의 희석방법은 CMP 공정에 사용하기 위하여 슬러리 원액을 희석시키는 방법으로서, 슬러리 원액(1)에 전리수(2)를 혼합하여 슬러리 원액(1)을 희석시킴으로써 CMP 공정에 사용하기 위한 슬러리 희석액(3)을 제조하게 된다.

슬러리 원액(1)은 절연막 연마용으로 사용되는 산화막 CMP슬러리로서 pH8 내지 pH11이거나, 텅스텐(W) 콘택홀 형성에 사용되는 W CMP 슬러리로서 pH2 내지 pH6이거나, 구리(Cu) 배선을 형성하기 위한 Cu CMP 슬러리로서 pH2 내지 pH11임이 바람직하다.

전리수(2)는 전해산성수, 전해환원수, 수소환원수 중의 어느 하나임이 바람직하며, pH2 내지 pH11의 범위에 해당하는 것이 바람직하다. 즉, 전리수(2)는 물에 극미량의 전해질을 첨가하여 전기분해할 때 음극에서 얻어지는 전해환원수, 양극에서 얻어지는 전해산성수, 물에 수소를 녹여 환원력을 부여한 수소환원수중 어느 하나를 사용함이 바람직하다. 따라서, 별도의 산성 또는 알카리성의 케미컬을 사용할 필요가 없으므로 슬러리 원액(1)의 특성을 변화시킬 우려가 없게 된다.

전리수(2)를 얻기 위하여 물이 들어있는 용기에 이온이 통과할 수 있는 특수 격막을 설치한 후, 격막의 양쪽에 DC 전원을 인가하면, 음극에서는 알칼리수가, 양극에서는 산성수가 생성된다. 즉, 이처럼 물에 전기가 흐르면 양극에서는 물이 전기분해되어 산소분자(O₂)와 함께 전자와 H⁺가 형성되기 때문에 산성이 된다. 음극에서는 H⁺가 전자를 받아 수소분자(H₂)가 된다. 음극은 H⁺가 없어지는 만큼 상대적으로 OH^-의 농도가 증가하기 때문에 알칼리성이 되는 것이다.

본 발명에서 전리수(2)라 함은 이와 같이, 전기분해로 얻어지는 전해산성수 또는 전해환원수 뿐만 아니라 고압의 수소를 이용하여 물에 수소이온 농도를 증가시키는 방법으로 제조되는 수소환원수도 포함한다.

이러한 전리수(2)는 제조시의 장치나 공정 조건에 따라서 pH를 2 ∼ 11의 범위에서 조절하여 생산할 수 있으며, 슬러리 원액(1)의 pH값과 비슷한 pH값을 가진 전리수(2)를 슬러리 희석액(3)으로 용이하게 사용할 수 있는 장점을 가진다. 예를 들면, 시판되고 있는 이온수기를 포함해서 대부분의 전기분해 시스템은 전류량을 변화시킴으로 적합한 pH의 물을 생성한다. 또 다른 하나의 방법은 음극의 전극을 두 개 사용하거나, 전기분해를 두 번 하는 방법을 사용하여 강알칼리수, 약알칼리수, 산성수 등 원하는 pH값을 가지는 물을 임의로 제조할 수 있다.

양극에서 생성된 산성 전기분해 물인 전해산성수는 W CMP 슬러리와 같은 산 성 슬러리를 희석하는데 이용되고, 전해환원수 또는 수소환원수는 알칼리성을 띄므로 산화막 CMP 슬러리와 같은 염기성 슬러리를 희석하는데 이용된다.

이렇게 슬러리 원액(1)의 pH와 비슷한 pH를 띄는 전리수(2)를 혼합, 희석하면 pH 쇼크를 방지할 수 있고 슬러리의 특성 변화를 줄일 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, CMP 공정용 슬러리 원액을 희석함에 있어 pH 쇼크 발생을 억제하여 연마제 입자의 뭉침을 방지하고, 희석비율에 따른 슬러리의 특성 변화를 줄임으로써 안정적인 CMP 공정을 실시할 수 있도록 한다.

또한, CMP 공정 진행시에 뭉쳐진 슬러리 입자에 의한 웨이퍼 표면 스크래치를 방지하고, 이로 인한 웨이퍼의 결함을 최소화하여 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 공정용 슬러리의 희석방법은 CMP 공정용 슬러리 원액을 희석함에 있어 pH 쇼크 발생을 억제하여 연마제 입자의 뭉침을 방지하고, 희석비율에 따른 슬러리의 특성 변화를 줄임으로써 안정적인 CMP 공정을 실시할 수 있도록 하며, CMP 공정 진행시에 뭉쳐진 슬러리 입자에 의한 웨이퍼 표면 스크래치를 방지하고, 이로 인한 웨이퍼의 결함을 최소화하여 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 CMP 공정용 슬러리의 희석방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

1. CMP 공정에 사용하기 위하여 슬러리 원액을 희석시키는 방법에 있어서,

   pH8 내지 pH11의 산화막 CMP 슬러리, pH2 내지 pH6의 W CMP 슬러리, pH2 내지 pH11 범위의 Cu CMP 슬러리 중 어느 하나의 슬러리 원액에 전해산성수, 전해환원수, 수소환원수 중의 어느 하나의 전리수를 pH2 내지 pH11 범위를 가지도록 하여 희석시키는 것

   을 특징으로 하는 CMP 공정용 슬러리의 희석방법.
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