KR19980051525A

KR19980051525A - Chemical mechanical polishing process method

Info

Publication number: KR19980051525A
Application number: KR1019960070427A
Authority: KR
Inventors: 최기식
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 1998-09-15

Abstract

본 발명은 반도체소자 제조시 이용되는 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정방법에 관한 것으로, 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정에서 공정 재현성을 향상시키기 위해 염기성용액 예를들어 NH₄OH 또는 KOH를 패드의 세척시 또는 컨디셔닝시 표면에 뿌려서 세척하고, 연마공정시 패드 표면의 PH가 10-11인 상태에서 공정을 진행하면서 동시에 브러쉬를 이용하여 쇄설물을 상기 패드로부터 제거하는 방법이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing process method used in the manufacture of semiconductor devices, in order to improve the process reproducibility in the chemical mechanical polishing process, for example, by spraying a basic solution, such as NH ₄ OH or KOH on the surface when washing or conditioning the pad In the process of washing and polishing, the pad is removed from the pad by using a brush while the process is performed while the pH of the pad surface is 10-11.

Description

Chemical mechanical polishing process method

본 발명은 반도체소자 제조시 이용되는 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정 방법에 관한 것으로, 특히 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정에서 연마속도를 일정하게 유지하고 공정의 재현성을 향상시키도록 하는 공정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing process method used in the manufacture of semiconductor devices, and more particularly, to a process method for maintaining a constant polishing rate and improving reproducibility of the process in the chemical mechanical polishing process.

반도체소자 제조시 평탄화 공정 방법으로 에치백 식각 공정을 이용하였으나, 소자가 고집적화됨에 따라 단차가 심하게 발생되고 그로인하여 에치백 공정으로 완전한 평탄화 작업이 어렵게 된다. 그로인해 평탄화 공정을 용이하게 실시하기 위해 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정 방법이 대두되었다.In manufacturing a semiconductor device, an etch back etching process is used as a planarization process. However, as the device is highly integrated, a step difference is severely generated, which makes it difficult to fully planarize the etch back process. As a result, a chemical mechanical polishing process method has emerged to facilitate the planarization process.

케미칼 메카니칼 폴리싱공정은 연마포인 패드를 회전시키고 실리카 콜로이드(Colloidal) 용액인 PH 10-11의 슬러리를 공급하면서 웨이퍼 상부면이 상기 패드에 마찰되도록 하여 웨이퍼 상부면을 일정 두께 제거하는 것이다.The chemical mechanical polishing process is to remove a certain thickness of the upper surface of the wafer by rotating the pad, which is a polishing cloth, and supplying a slurry of PH 10-11, a silica colloidal solution, to rub the upper surface of the wafer.

이 과정에서 웨이퍼와 웨이퍼 간 연마량이 차이가 나며 Lot와 Lot 간에도 연마량 차이가 발생한다. 즉, 하나의 Lot에서 처음에 연마하는 웨이퍼에서는 연마속도가 높으나 시간이 경과하여 나중에 연마하는 웨이퍼에서는 연마속도가 저하된다.In this process, the amount of polishing between the wafer and the wafer is different, and the amount of polishing occurs between the lot and the lot. That is, the polishing rate is high in the wafer first polished in one lot, but the polishing rate decreases in the wafer polished later over time.

Lot 대 Lot로 차이지는 이유는 하나의 Lot가 끝난후 패드 표면에 남은 슬러리를 제거하기 위하여 초순수(DeIonized Water)를 사용하여 세척하는 과정에서 패드 표면의 PH가 7 근처로 감소하여 이후 Lot 시작시 초기 연마속도가 감소하는 것과, Lot내에서 웨이퍼 대 웨이퍼로 차이나는 것은 계속적인 연마시 패드의 표면에 웨이퍼로부터 떨어져 나온 SiO₂쇄설물이 축적되면서 슬러리의 연마작용을 방해하기 때문이다.The reason for the difference between Lot and Lot is that the pH of the pad surface decreases to around 7 during the washing process using deionized water to remove the remaining slurry on the pad surface after one lot is finished. The decrease in the polishing rate and the difference between the wafer and the wafer in the lot is due to the accumulation of SiO ₂ chain sulphate off the wafer on the surface of the pad during continuous polishing, which hinders the polishing operation of the slurry.

본 발명은 상기한 바와같이 케미칼 메카니칼 폴리싱공정을 이용하여 평탄화 작업을 할때 케미칼 메카니칼 폴리싱공정이 진행됨에 따라 연마속도가 감소하는 것과, 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정의 재현성을 향상시키도록 하는 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a chemical mechanical polishing process method to reduce the polishing rate as the chemical mechanical polishing process proceeds when the flattening operation using the chemical mechanical polishing process as described above, and to improve the reproducibility of the chemical mechanical polishing process The purpose is to provide.

도 1은 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정을 실시하는 장치를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram illustrating an apparatus for performing a chemical mechanical polishing process.

도 2는 본 발명의 실시예에 의해 패드에 염기성 용액을 뿌린 것을 도시한 도면.2 is a view showing that the basic solution was sprayed on the pad according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 의해 패드에 염기성 용액을 뿌리면서 쇄설물을 브러쉬로 제거하는 것을 도시한 도면.3 is a view showing removing the bristles with a brush while sprinkling a basic solution on the pad according to an embodiment of the present invention.

도 4는 브러쉬를 이용하여 패드 표면의 쇄설물을 제거한 다음의 패드 표면상태를 도시한 도면.Figure 4 is a view showing the pad surface state after removing the debris on the surface of the pad using a brush.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 축 2 : 스테이지1 axis 2 stage

3 : 패드 5 : 진공 척3: pad 5: vacuum chuck

6 : 웨이퍼 7 : 브러쉬6: wafer 7: brush

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정방법에 있어서, 일련의 연마가 끝나고 패드를 세척할때 염기성 용액 예를들어 NH₄OH 또는 KOH를 패드의 표면에 뿌려서 연마공정시 패드 표면의 PH를 10-11의 상태에서 패드를 유지시키는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object in the chemical mechanical polishing process method, when a series of polishing is finished, the basic solution, for example, NH ₄ OH or KOH on the surface of the pad when the pad is washed, It is characterized in that the pad is maintained at a pH of 10-11.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정방법에 있어서, 염기성 용액을 패드의 표면에 뿌려서 패드 컨디션닝을 진행하는 동시에 브러쉬를 이용하여 쇄설물을 상기 패드로부터 제거하는 것을 특징으로 한다.Another chemical mechanical polishing process method of the present invention for achieving the above object, characterized in that the spacing is removed from the pad by using a brush while spraying a basic solution to the surface of the pad to proceed with pad conditioning.

참고로, 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정을 진행하면서 Lot 중간에 패드 세척을 위해 초순수를 뿌려주는 경우 패드 표면의 PH가 감소하여 이후 연속뒨 Lot에서 초기 연마속도가 감소한다. 그 이유는 케미칼 메카니칼 폴리싱의 연마는 OH^-기가 산화막 표면과 결합하여 SiO₂표면을 수화시킴에 따라 그 결합력이 약화되도록 한 상태에서 슬러리 내부의 연마제가 연마해 내기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 OH^-기의 감소를 막기 위해 PH를 10-11로 유지시킬 수 있도록 초순수 대신에 염기성 용액으로 세척작업을 실시하는 것이다.For reference, in the case of spraying ultrapure water for pad cleaning in the middle of the lot during the chemical mechanical polishing process, the pH of the pad surface is decreased, and then the initial polishing rate is reduced in the subsequent 뒨 Lot. This is because the polishing of the chemical mechanical polishing is carried out by polishing the abrasive in the slurry in a state in which the bonding force is weakened as the OH ^- group bonds with the oxide film surface to hydrate the SiO ₂ surface. Therefore, in the present invention, the washing operation is performed with a basic solution instead of ultrapure water so as to maintain a pH of 10-11 to prevent the reduction of OH ^- groups.

또한, 연마가 반복되면 패드 표면에는 연마부산물인 SiO₂쇄설물이 축적된다. 이것은 OH^-기를 흡착하므로 실제 산화막 연마에 필요한 OH^-기의 농도를 감소시킬뿐만 아니라 웨이퍼표면 산화막과 SiO₂쇄설물간에 새로운 평형상태를 유발하여 SiO₂분자의 재흡착이 일어날 가능성도 증가시킴으로써 연마속도가 저하되게 된다. 따라서, 본 발명은 이쇄설물을 다음 연마 작업 이전에 완전히 제거하여 연마반응이 일어나는 정도를 일정하게 만든다.In addition, when polishing is repeated, SiO ₂ chain sulfide, which is an abrasive byproduct, accumulates on the pad surface. This OH ^- an absorption, so OH required for the actual oxide ^{film-polishing} by increases to cause a new equilibrium possibility of re-adsorption of SiO ₂ molecules between only reduces the concentration of the group as the wafer surface oxide film and the SiO ₂ clasts the removal rate Will be degraded. Therefore, the present invention completely removes the debris prior to the next polishing operation to make the degree of polishing reaction constant.

상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.The above objects, features, and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 케미칼 메카니칼 폴리싱공정에 이용되는 장치를 도시한 것으로, 회전이 가능한 축(1)에 연결되는 원형 스테이지(2)가 구비되고, 상기 스테이지(2)에 염기성 용액이 묻어진 패드(3)를 장착하고, 상기 패드(3)의 상부면에 진공척(5)에 장착된 웨이퍼(6)를 위치시킨다. 케미칼 메카니칼 폴리싱공정을 진행할때는 상기 축(1)을 회전시킴에 따라 상기 패드(3)가 회전되고, 상기 진공척을 회전시켜 상기 웨이퍼(1)의 상부면이 상기 패드(3)에 연마되면서 원하는 층을 제거하여 표면이 평탄하게되도록 하는 것이다.FIG. 1 shows an apparatus used for a chemical mechanical polishing process, in which a circular stage 2 is connected to a rotatable shaft 1 and a pad 3 in which a basic solution is embedded in the stage 2. And the wafer 6 mounted on the vacuum chuck 5 on the upper surface of the pad 3. In the chemical mechanical polishing process, the pad 3 is rotated as the shaft 1 is rotated, and the upper surface of the wafer 1 is polished on the pad 3 by rotating the vacuum chuck. The layer is removed so that the surface is flat.

도 2는 본 발명에 의해 2-10%의 패드 세척시 또는 컨디션닝시 염기성 용액(NH₄OH 또는 KOH)을 상기 패드(3) 표면에 뿌려줌으로써 패드(3) 표면의 PH를 10-11로 유지시키도록 하는 것이다. 그로인해 연마속도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.FIG. 2 shows the pH of the pad 3 surface to 10-11 by spraying a basic solution (NH ₄ OH or KOH) on the pad 3 surface during 2-10% pad washing or conditioning according to the present invention. To keep it. This can prevent the polishing rate from being reduced.

도 3은 본 발명에 의해 상기 웨이퍼(6)의 표면과 상기 패드(3)를 마찰시켜 연마할때 패드(3)의 표면에 발생되는 쇄설물을 제거하기 위하여 브러쉬(7)가 이용하는 것과, 컨디션닝시 브러쉬를 이용할 경우 상기 브러쉬에 슬러리(4)을 조금씩 공급하는 것을 도시한다.3 shows that the brush 7 is used to condition the surface of the wafer 6 and the pad 3 by rubbing and polishing the surface of the pad 3 so as to remove the debris generated on the surface of the pad 3. In the case of using a sea brush, the slurry 4 is gradually supplied to the brush.

참고로, 상기 브러쉬(7)는 쇄설물을 제거하기 위한 수단으로 사용되는 것으로 둥근 막대형 빗, 막대형 빗 또는 저부면에 솔이 부착된 회전이 가능한 형태등이 있다.For reference, the brush (7) is used as a means for removing the clavicle, there is a round bar comb, bar comb or a form that can be rotated attached to the brush on the bottom surface.

도 4는 패드(3)의 표면에 다이몬드 휠에 의한 컨디션닝 효과로 섬유구조가 수직방향으로 배열되어 많은 표면적을 갖게 됨을 도시한 것으로, 연마작업의 재현성을 향상시킬 수 있다.FIG. 4 shows that the fiber structure is arranged in the vertical direction to have a large surface area due to the conditioning effect of the diamond wheel on the surface of the pad 3, thereby improving the reproducibility of the polishing operation.

참고로, 패드의 컨디션닝은 일반적으로 웨이퍼 연마와 연마 사이에 다이아몬드 패스트(Paste)가 부차된 원판으로 패드 표면을 긁어서 표면 상태를 거칠게하여 표면적을 늘려주는 작용을 한다.For reference, the conditioning of the pad generally serves to increase the surface area by roughening the surface of the pad by roughening the surface of the pad with a disc pasted with diamond paste between wafer polishing and polishing.

또한, 컨디션닝 중에는 염기성 용액을 투여하면서 브러쉬를 이용한다.In addition, during conditioning, a brush is used while administering a basic solution.

그리고, 패드 세척시에는 염기성 용액을 공급한다.And, when washing the pad, a basic solution is supplied.

상기한 본 발명은 패드 세척을 위해 초순수를 사용하는 대신에 염기성 용액을 사용함으로써 패드 표면의 PH를 10-11로 유지시킴으로써 연마속도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.The present invention described above can prevent the polishing rate from being reduced by maintaining the pH of the pad surface at 10-11 by using a basic solution instead of using ultrapure water for pad cleaning.

또한, 연마와 동시에 브러쉬를 이용하여 패드 표면에는 연마부산물인 SiO₂쇄설물이 축적되는 것을 방지하여 지속적으로 연마속도가 일정하도록 유지하여 재현성 있는 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정을 수행할 수가 있다. 그로인하여 케미칼 메카니칼 폴리싱 공정의 신뢰성과 재현성 및 예측 가능성을 향상시킬 수 있다.In addition, at the same time as polishing, by using a brush, the surface of the pad is prevented from accumulating SiO ₂ ground sulphate, thereby maintaining a constant polishing rate, thereby performing a reproducible chemical mechanical polishing process. This can improve the reliability, reproducibility and predictability of the chemical mechanical polishing process.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications and modifications belong to the following claims You will have to look.

Claims

In the chemical mechanical polishing process, the chemical mechanical polishing process is characterized in that the basic solution is sprayed onto the surface of the pad during pad cleaning or pad conditioning and the process is performed at a pH of 10-11 during the polishing process. Way.

The method of claim 1, wherein the basic solution is NH ₄ OH or KOH.

A chemical mechanical polishing process, wherein the basic solution is sprayed onto the surface of the pad to perform washing and conditioning, and at the same time, the debris is removed from the pad using a brush.

The method of claim 3, wherein the basic solution is NH ₄ OH or KOH.

The method of claim 3, wherein the ground sulfide is removed from the pad by using a brush during the polishing process while sprinkling the slurry instead of the basic solution.