KR19980077333A

KR19980077333A - Recycling Suspension for CMP

Info

Publication number: KR19980077333A
Application number: KR1019970014429A
Authority: KR
Inventors: 최기식
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-16

Abstract

본 발명은 CMP 용 현탁액을 재활용하는 방법에 관한 것으로, 한 번 사용한 CMP 용 현탁액을 필터를 통해 연마제와 염기성 용액으로 여과하고, 이 염기성 용액을 다시 패드 컨디셔닝 또는 웨엣 아이들 시에 사용한 후, 상기 염기성 용액을 중화시켜 폐기시키는 것이다.The present invention relates to a method for recycling a suspension for CMP, wherein the once used suspension for CMP is filtered through a filter into an abrasive and a basic solution, and the basic solution is used again during pad conditioning or wet idle, and then the basic solution It is to neutralize and discard.

본 발명에 따르면, 패드 컨디셔닝과 웨엣 아이들 시에 현탁액이나 DI 순수 대신에 염기성 용액을 사용함으로서, 패드의 세척 효율을 향상시킬 수 있고, pH 유지가 용이하며, CMP 공정의 재현성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 비교적 고가인 현탁액의 유용성을 극대화하고, DI 순수의 사용량을 최소화하여 전체 가동비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.According to the present invention, by using a basic solution instead of a suspension or DI pure water in pad conditioning and wet idle, it is possible to improve the washing efficiency of the pad, to easily maintain the pH, and to greatly improve the reproducibility and stability of the CMP process. Can be. In addition, it is possible to maximize the usefulness of relatively expensive suspensions and to minimize the use of DI pure water to significantly reduce the overall running costs.

Description

Recycling Suspension for CMP

본 발명은 반도체 소자를 평탄화시키는 방법인 산화막 화학기계연마 (Chemical-Mechanical Polish, 이하 CMP 라 함) 공정에 사용되는 산화막 연마용 현탁액 (slurry) 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화막 CMP 공정에 사용된 현탁액을 재활용하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide polishing slurry used in an oxide chemical mechanical polishing (CMP) process, which is a method of planarizing a semiconductor device, and more particularly, to an oxide CMP process. A method for recycling a suspension.

산화막 CMP 공정에 사용되는 현탁액은 주로 DI 순수, 연마제로 이루어져 있다. 현탁액은 입경이 50 내지 200 nm 인 SiO₂, CeO₂의 금속산화물 형태의 연마제를 KOH, NH₄OH 등의 염기성 용액에 분산시켜 안정화시킨 pH 11 정도의 콜로이드 용액이다.The suspension used for the oxide film CMP process mainly consists of DI pure water and abrasives. The suspension is a colloidal solution having a pH of about 11 stabilized by dispersing an abrasive in the form of metal oxides of SiO ₂ and CeO ₂ having a particle diameter of 50 to 200 nm in a basic solution such as KOH and NH ₄ OH.

현재 한 산화막 CMP 공정에서 현탁액의 사용량은 통상 100 ~ 300 ㎖/분이다. 따라서, 여러 장치에서 웨이퍼를 대량 처리할 경우에는 그 사용량이 상당한 양에 이르게 되어 디바이스 제조비용을 상승시키는 요인이 되고 있다. 또한 염기성 용액에 연마제 입자가 함유된 현탁액이 사용 후 그대로 폐기 처분됨으로서, 환경 오염에 대한 문제도 심각하게 대두되고 있다. 이에 대해, 현재는 사용한 현탁액에서 연마제 입자를 추출하고, 염기성 용액을 중화시켜 폐기시키는 방법이 있으나, 이는 많은 폐기 비용이 소용되는 문제점이 있다.At present, the amount of suspension used in one oxide CMP process is usually 100 to 300 ml / min. Therefore, when a large amount of wafers are processed in various devices, the amount of use thereof reaches a considerable amount, which increases the device manufacturing cost. In addition, since the suspension containing abrasive particles in the basic solution is disposed of as it is after use, the problem of environmental pollution is also seriously raised. On the other hand, at present, there is a method of extracting the abrasive particles from the suspension used and neutralizing the basic solution and discarding it, but this has a problem in that a lot of waste costs are used.

또한 CMP 공정에 있어서, 패드 표면 컨디셔닝은 연마 성능을 지속적으로 유지하기 위해 웨이퍼 연마와 연마 사이 또는 연마 도중에 현탁액 자체나 DI 순수 등을 패드 표면에 공급하면서 다이아몬드 페이스트가 부착된 회전판으로 패드면을 긁어 주어 연마로 인해 손상된 패드의 표면조직을 회복시키는 작업을 말한다. 이 과정에서는 다량의 현탁액의 사용을 요구하며, 다량의 현탁액을 사용함으로 인한, 연마 후 패드 표면에 잔존하는 많은 현탁액 및 산화막 쇄설물의 제거가 난해하여 세척 효율이 저하되며, 장비의 아이들 타임 (idle time) 이 길어져서 현탁액이 건조될 경우에는 패드를 폐기시켜야 하는 다른 문제점이 발생한다.In addition, in the CMP process, pad surface conditioning is used to scrape the pad surface with a diamond paste-coated rotating plate while supplying the suspension itself or DI pure water to the pad surface between wafer polishing and polishing or during polishing in order to maintain polishing performance. It is the work of restoring the surface texture of the pad damaged by polishing. This process requires the use of a large amount of suspension, and due to the use of a large amount of suspension, it is difficult to remove a large amount of the suspension and oxide film debris remaining on the pad surface after polishing, resulting in poor cleaning efficiency and equipment idle time. If the suspension is too long and the suspension dries, another problem arises that the pad must be discarded.

또한, 상기 컨디셔닝 과정에서 DI 순수를 사용하면, 패드면의 pH 값이 7 가까이로 급격히 낮아져서 패드 표면에 잔존하는 현탁액의 클로이드 상태가 깨어져 연마제 입자들이 응집되면서 패드 표면의 기공을 메우게 되고, 이들은 용이하게 제거되지 않아 공정의 재현성과 연마 성능이 떨어지는 또다른 문제점이 발생한다.In addition, when DI pure water is used in the conditioning process, the pH value of the pad surface is drastically lowered to about 7, so that the state of the suspension remaining on the pad surface is broken, and the abrasive particles are agglomerated to fill the pores of the pad surface. Another problem arises that is not easily removed, which results in poor process reproducibility and polishing performance.

또한, CMP 장비를 사용하지 않는 아이들 상태에서는 장비의 각 부분이 건조되지 않도록 DI 순수로 적셔주어야 한다 {이를 웨엣 아이들 (wet idle) 이라 함}. 만일, 이 아이들 타임이 길어지는 경우에는, 장비의 각 부분에 사용해야 할 DI 순수의 양이 증가하게 되는데, DI 순수의 값이 무시할 수 없을 정도로 크기 때문에, 전체 가동비용이 증가하게 되는 문제점이 발생한다.In addition, in idle conditions without CMP equipment, each part of the equipment must be moistened with DI pure water (this is called wet idle). If the idle time is long, the amount of DI pure water to be used for each part of the equipment increases, but since the value of the DI pure water is so large that it cannot be ignored, there arises a problem that the overall operating cost increases. .

이에, 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 사용한 후 그대로 폐기되는 현탁액에서 연마제 입자 및 연마 쇄설물을 걸러내고, 잔존하는 염기성 용액을 재순환시켜, 패드의 컨디셔닝 시 및 장비의 아이들 상태시에 DI 순수 대신 사용하여, 패드의 세척효율을 증가시키고, 공정의 재현성을 향상시키며, 순수의 사용량을 감소시켜 전체 가동비용을 현저하게 감소시킬 수 있는 현탁액 재활용 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to filter out abrasive particles and abrasive debris from the suspension that is discarded as it is after use, and recycle the remaining basic solution, so as to condition the pad and the equipment of In place of DI pure water in the idle state, it is to provide a suspension recycling method that can increase the washing efficiency of the pad, improve the reproducibility of the process, and significantly reduce the overall running cost by reducing the amount of pure water used.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 현탁액 재활용 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a suspension recycling apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 현탁액 재활용 장치의 개략도.2 is a schematic view of a suspension recycling apparatus according to another embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1 : 제 1 필터1' : 제 2 필터1: 1st filter 1 ': 2nd filter

2 : 용액 탱크3 : CMP 장치2: solution tank 3: CMP apparatus

4 : pH 조절장치5 : 용액 재처리 장치4: pH adjusting device 5: solution reprocessing device

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 현탁액 재활용 방법은;Suspension recycling method according to the present invention to achieve the above object;

CMP 공정에 사용한 현탁액을 제 1 필터를 통해 고형 연마제 입자를 걸러내고 염기성 용액을 회수하는 단계와;Filtering the solid abrasive particles through the first filter through the suspension used in the CMP process and recovering the basic solution;

상기 여과된 염기성 용액을 탱크에 보관하는 단계와;Storing the filtered basic solution in a tank;

상기 염기성 용액을 패드 컨디셔닝 또는 장치의 아이들 타임시에 CMP 장치에 공급하는 단계와;Supplying the basic solution to a CMP device at pad conditioning or idle time of the device;

상기 CMP 장치에서 사용된 염기성 용액을 제 2 필터로 여과시키는 단계와;Filtering the basic solution used in the CMP apparatus with a second filter;

상기 재여과된 염기성 용액을 용액 재처리 장치에서 중화시키는 단계와;Neutralizing the refiltered basic solution in a solution reprocessing apparatus;

중화된 용액을 폐기시키는 단계와;Discarding the neutralized solution;

상기 제 1 필터에 걸러진 고형 연마제 입자를 폐기시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.And discarding the solid abrasive particles filtered through the first filter.

아래에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 현탁액 재활용 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, CMP 장치(3)에서 사용된 현탁액은 제 1 필터(1)에 의해 여과된다. 이 필터는 10 ~ 50 nm 이상의 고형 연마제 입자를 걸르고, 염기성 용액을 회수한다. 필터로서는 수명이 1년 이상인 것을 사용한다. 필터에 모인 고형 연마제 입자는 일정한 기간을 주기로 덩어리째 폐기시킨다. 추출된 염기성 용액은 탱크(2)에 모이게 된다. 탱크(2)에 모인 용액을 펌프를 통해 CMP 장치(3)에서 패드 표면을 컨디셔닝할 때나 CMP 장치(3)가 아이들 상태일 때 패드 표면을 적셔주기 위해 패드 표면에 공급한다. 컨디셔닝 과정에 있어서, 표면의 pH 값이 낮아지면 패드 표면에 잔존하는 현탁액의 콜로이드 상태가 깨져 연마제 입자가 응집되기 쉬우므로, 용액을 패드에 공급하기 전에, pH 조절장치를 통해 pH 를 9 ~ 11 사이로 유지시킨다. pH 가 낮은 경우, KOH, NH₄OH 용액을 소량 공급하여 pH 를 조절한다. 이렇게 하여 조절된 pH 를 갖는 용액을 필요에 따라 분당 5 ~ 300 ㎖로 공급한다.1 is a view schematically showing a suspension recycling apparatus according to the present invention. As can be seen in the figure, the suspension used in the CMP apparatus 3 is filtered by the first filter 1. This filter filters out the solid abrasive particles of 10 to 50 nm or more and recovers the basic solution. As a filter, a life of 1 year or more is used. Solid abrasive particles collected in the filter are discarded agglomerate at regular intervals. The extracted basic solution is collected in the tank (2). The solution collected in the tank 2 is supplied to the pad surface to wet the pad surface when conditioning the pad surface in the CMP apparatus 3 through the pump or when the CMP apparatus 3 is in the idle state. In the conditioning process, when the pH value of the surface is lowered, the colloidal state of the suspension remaining on the pad surface is broken and the abrasive particles are agglomerated, so before the solution is supplied to the pad, the pH is adjusted between 9 and 11 through the pH control device. Keep it. If the pH is low, a small amount of KOH, NH ₄ OH solution is supplied to adjust the pH. The solution with the adjusted pH in this way is fed at 5 to 300 ml per minute as needed.

상기한 과정에서 사용된 염기성 용액은 별도의 배관을 통해 제 2 필터(1')에서 여과되어 용액 재처리 장치(5)에 이송된다. 이 재처리 장치에서 염기성 용액을 중화시키고, 주배관을 통해 외부로 폐기시킨다.The basic solution used in the above process is filtered in the second filter 1 ′ through a separate pipe and transferred to the solution reprocessing apparatus 5. In this reprocessing apparatus the basic solution is neutralized and disposed of externally via the main pipe.

상기한 바와 같이, CMP 공정에 사용된 현탁액은 재활용 장치를 통해 다시 보다 효과적으로 재사용될 수 있으며, 종래의 문제점을 해결하여 CMP 공정의 재현성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 현탁액의 재사용으로 인해 DI 순수의 사용량이 줄어듬으로서 비용절감에도 매우 효과적이다.As described above, the suspension used in the CMP process can be reused more effectively again through a recycling apparatus, which can solve the conventional problem and remarkably improve the reproducibility of the CMP process. It is also very effective in reducing costs by using less.

이하에, 재사용한 염기성 용액을 다시 여과하여 상기와 동일한 과정을 통해 반복 사용하는 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 설명한다.In the following, another embodiment of the method according to the present invention in which the reused basic solution is filtered again and repeatedly used in the same process as described above will be described.

도 2 에 도시한 바와 같이, 상기한 현탁액 재활용 공정에 있어서, CMP 장치(3)에서 패드 표면을 컨디셔닝할 때나 CMP 장치(3)가 아이들 상태일 때 패드 표면을 적셔주기 위해 패드 표면에 공급하여 사용한 염기성 용액을 다시 제 1 필터(1)를 통해 여과시켜 동일한 과정을 통해 반복 사용할 수도 있다. 이 때, 최종적으로 폐기하는 용액은 제 2 필터(1')를 통해 여과시키는 것이 특징이며, 그 외의 과정은 상기한 방법과 동일한 싸이클로 진행된다.As shown in FIG. 2, in the above-mentioned suspension recycling process, the pad surface is supplied and used to condition the pad surface in the CMP apparatus 3 or to wet the pad surface when the CMP apparatus 3 is in an idle state. The basic solution may be again filtered through the first filter 1 and used repeatedly through the same process. At this time, the solution to be finally discarded is characterized by filtration through the second filter (1 '), the rest of the process proceeds to the same cycle as the above-described method.

아이들 시간이 길어지는 경우, 공급되는 염기성 용액의 양이 부족할 수도 있다. 이러한 경우에는, DI 순수를 일부 섞어서 사용하되, KOH, NH₄OH 등을 추가하며, pH 가 9 이하로 떨어지지 않도록 한다.If the idle time is prolonged, the amount of basic solution supplied may be insufficient. In this case, some DI pure water is mixed and used, but KOH, NH ₄ OH, and the like are added to prevent the pH from dropping below 9.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 패드 컨디셔닝 단계에서 현탁액이나 DI 순수를 대신하여 현탁액과 동일한 pH 를 갖는 염기성 용액을 사용함으로서, 패드를 깨끗이 세척하는 효과가 탁월해지며, 패드 표면에 현탁액 및 산화막 쇄설물이 끼거나 pH 가 변하여 공정의 재현성이 떨어지는 CMP 공정의 단점을 제거할 수 있다. 또한 한번 사용하고 폐기하던 현탁액에서 염기성 용액을 여과하여 사용하기 때문에 현탁액의 사용가치를 높일 수 있으며, 이 용액을 컨디셔닝 단계와 아이들 상태에서 사용하므로 염기성 용액을 구입하기 위한 별도의 비용이 필요하지 않으며, DI 순수 대신에 재순환된 염기성 용액을 사용하므로, DI 순수 사용량을 크게 감소시켜 전체 가동비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by using a basic solution having the same pH as the suspension in place of the suspension or DI pure water in the pad conditioning step, the effect of cleaning the pad is excellent, and the suspension and the oxide film sulphate on the pad surface. This can eliminate the shortcomings of the CMP process, which can lead to poor or reproducible process. In addition, since the basic solution is filtered out of the used and discarded suspension, the value of the suspension can be increased, and the solution is used in the conditioning step and the idle state, so there is no need to purchase a basic solution. By using recycled basic solution instead of DI pure water, it is possible to significantly reduce the amount of DI pure water used, which significantly reduces the overall running cost.

현탁액을 구성하는 연마제 입자와 염기성 용액을 여과하여, 연마제 입자는 따로 분리하여 폐기하고, 염기성 용액은 재사용 후 중화하여 폐기하기 때문에, 환경 보호 측면에서도 매우 바람직한 장점을 갖는다.The abrasive particles constituting the suspension and the basic solution are filtered, the abrasive particles are separately separated and discarded, and the basic solution is neutralized and discarded after reuse.

Claims

Filtering the suspension used in the CMP process through the first filter to collect the solid abrasive particles and recovering the basic solution;

Storing the filtered basic solution in a tank;

Supplying the basic solution to a CMP device at pad conditioning or idle time of the device,

Filtering the basic solution used in the CMP apparatus with a second filter,

Neutralizing the refiltered basic solution in a solution reprocessing apparatus,

Discarding the neutralized solution,

And disposing the solid abrasive particles filtered by the first filter.

The method for recycling a suspension for CMP according to claim 1, wherein the pH is maintained between 9 and 11 through a pH adjuster before feeding the basic solution to the CMP apparatus.

The CMP solution according to claim 1 or 2, wherein when the pH of the basic solution supplied to the CMP apparatus is low, a basic solution such as KOH or NH ₄ OH is added to maintain the pH at 9 to 11. How to recycle suspension.

Storing the filtered basic solution in a tank;

Refiltering the basic solution used in the CMP apparatus with the first filter again;

Storing the refiltered basic solution in a tank;

When discarding the basic solution used in the CMP apparatus, refiltering with a second filter;

Discarding the neutralized solution,

And disposing the solid abrasive particles filtered by the first filter.

The method for recycling the suspension for CMP according to claim 4, wherein the pH is maintained between 9 and 11 through a pH adjuster before the basic solution is supplied to the CMP apparatus.

The CMP solution according to claim 4 or 5, wherein when the pH of the basic solution supplied to the CMP apparatus is low, a basic solution such as KOH or NH ₄ OH is added to maintain the pH at 9 to 11. How to recycle suspension.

5. The method of claim 4, wherein in the basic solution used in the CMP process, only the solution for which the waste is determined is filtered through the second filter and discarded through the solution reprocessing apparatus. .

7. The method for recycling a suspension for CMP according to claim 6, wherein a small amount of DI pure water is added when the amount of the basic solution supplied due to a long idle time of the CMP apparatus is insufficient.

The method for recycling the suspension for oxide film CMP according to claim 8, wherein when the DI pure water is added to the basic solution, KOH, NH ₄ OH, or the like is added so as not to lower the pH to 9 or less.