KR20020004732A - Cleaning method for polishing pad used for preventing micro scratch - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of cleaning a polishing pad preventing a micro scratch is provided to prevent a micro scratch from particles of slurry formed on a center portion of a polishing pad by injecting uniformly deionized water on the center portion of the polishing pad. CONSTITUTION: A discharge operation of a slurry discharged in a polishing process is stopped(S201). Deionized water is injected from a nozzle to a center portion of a polishing pad(S202). The deionized water is injected uniformly to the surface of the rotating polishing pad and a head assembly. The polishing pad is cleaned by injecting uniformly the deionized water. The number of the nozzle is one or more. A slurry is removed from a surface of the polishing pad by using a rotary force of the polishing pad(S203). The injection operation of the deionized water is stopped from the nozzle(S204).

Description

마이크로 스크래치를 예방하는 연마 패드의 세정 방법{CLEANING METHOD FOR POLISHING PAD USED FOR PREVENTING MICRO SCRATCH}Cleaning method of polishing pad to prevent microscratches {CLEANING METHOD FOR POLISHING PAD USED FOR PREVENTING MICRO SCRATCH}

본 발명은 반도체 소자 제조용 연마 설비에서 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법에 관한 것으로, 더 상세히는 화학물리적 연마 공정(chemical mechanical polishing)에서 사용중에 오염 물질이 누적되는 슬러리(slurry)를 효과적으로 세정하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for cleaning a semiconductor wafer in a polishing facility for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for effectively cleaning a slurry in which contaminants accumulate during use in a chemical mechanical polishing process. will be.

반도체 제조에 사용되는 실리콘 기판 및 웨이퍼와 같은 얇은 기판들은 CMP 시스템을 사용하여 연마되어 평탄화된다. 일반적으로 연마 공정은 웨이퍼를 탑재한 캐리어 플레이트(carrier plate)와 연마 패드(polishing pad)가 서로 상대 회전 운동하여 수행된다. 캐리어 플레이트는 연마 패드와 접촉하는 리테이닝 링(retaining ring)을 구비하고 있다. 한편 연마 공정에는 연마를 촉진하기 위하여 슬러리(slurry)가 공급되는데, 이 슬러리는 연마제 입자와 물의 혼합물로 물은 통상 DIW를 사용하고, 수중의 적은 고체입자가 현탁질 상태로 부유하거나 묽은 죽모양의 상태로 된 것을 말한다. 보통 연마 패드와 기판은 다른 회전 속도로 회전하여 상대 회전 운동을 하게 된다.Thin substrates such as silicon substrates and wafers used in semiconductor manufacturing are polished and planarized using CMP systems. In general, the polishing process is performed by a relative rotational movement of a carrier plate and a polishing pad on which a wafer is mounted. The carrier plate has a retaining ring in contact with the polishing pad. In the polishing process, a slurry is supplied to promote polishing. The slurry is a mixture of abrasive particles and water, and water is usually used as DIW, and small solid particles in water are suspended or suspended in a thin porridge. It is said to be in a state. Normally, the polishing pad and the substrate rotate at different rotational speeds to make relative rotational movements.

그런데 보통 연마 공정을 수차례 진행하게 되면 설비의 오염(contamination)에 의해 거대 입자가 형성되며, 이로 인하여 연마 공정이 진행될 때 마이크로 스크래치(micro scratch)를 유발한다. 이것은 웨이퍼를 손상하여 반도체 수율에 악영향을 주기 때문에 마이크로 스크래치를 방지하기 위하여, 연마 공정을 한 후 세정 공정으로 사용된 슬러리를 제거하는 방법을 주로 사용하고 있다.However, when the polishing process is performed several times, large particles are formed by contamination of the facility, which causes micro scratches during the polishing process. Since this damages the wafer and adversely affects the semiconductor yield, in order to prevent micro-scratches, a method of removing the slurry used in the cleaning process after the polishing process is mainly used.

그러나, 종래의 연마 설비는 이러한 세정 공정에서 슬러리를 효과적으로 제거하지 못하여 중앙부에 슬러리가 잔존하게 된다. 그러한 이유는 초순수를 사용하여 세정할 때 대부분 노즐이 중심부에서 약간 떨어진 위치에서 초순수가 분사되어 원심력으로 인하여 바깥 방향으로 퍼져 연마 패드의 중앙부에는 효과적으로 초순수가 배분되지 않기 때문이다. 이렇게 중앙부에 잔존하는 슬러리는 공정이 반복되면서 계속 누적되고 일정한 양이 쌓이면 연마 공정시 헤드 회전에 의해 연마 패드의 표면에 형성된 패드 그루브(pad groove)를 따라 연마 패드 중심에 누적되어 있는 슬러리가 유입되어 마이크로 스크래치를 유발하게 되는 것이다.However, the conventional polishing equipment does not effectively remove the slurry in this cleaning process, so that the slurry remains in the center portion. This is because, when cleaning using ultrapure water, the ultrapure water is mostly injected from a position slightly away from the center and spread outward due to the centrifugal force, so that the ultrapure water is not effectively distributed to the center portion of the polishing pad. When the slurry remaining in the center part is accumulated continuously while the process is repeated and a certain amount is accumulated, the slurry accumulated in the center of the polishing pad is introduced along the pad groove formed on the surface of the polishing pad by the rotation of the head during the polishing process. It will cause micro scratches.

본 발명은 상술한 바와 같이 연마 공정이 반복되어 수행될 때 연마 패드 중심부에 누적되는 슬러리 거대 입자로 인한 마이크로 스크래치를 예방하기 위한 연마 패드의 세정 방법을 제시하는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for cleaning a polishing pad for preventing micro-scratches caused by slurry large particles accumulated in the center of the polishing pad when the polishing process is repeatedly performed as described above.

도 1은 본 발명의 실시예인 마이크로 스크래치를 방지하기 위한 연마 패드 세정 방법을 적용하는 연마 설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view schematically showing the configuration of a polishing apparatus applying a polishing pad cleaning method for preventing micro scratches, which is an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 연마 패드 세정 방법의 공정을 설명하기 위한 공정 순서도;2 is a process flowchart for explaining a process of the polishing pad cleaning method of the present invention;

도 3a와 도 3b는 웨이퍼 매수에 따라 발생하는 결함의 발생 경향을 종래와 본 발명에 대해서 도시한 그래프; 및3A and 3B are graphs showing a tendency of defects that occur according to the number of wafers in the prior art and the present invention; And

도 4a와 도 4b는 본 발명의 세정 방법을 적용하였을 경우 KLA 경향이 감소하는 것을 나타낸 그래프이다.4A and 4B are graphs showing that the KLA tendency decreases when the cleaning method of the present invention is applied.

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

1: 헤드 어셈블리(head assembly)1: head assembly

2: 연마 패드(polishing pad)2: polishing pad

3: 슬러리 암(slurry arm)3: slurry arm

4: 분사 노즐(nozzle)4: Nozzle

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마 패드를 세정할 때 순수(de ionized water:DIW)를 그 중심 상부에 분사될 수 있도록 배치하여 종래와 같이 슬러리가 연마 패드의 중앙부에 누적되는 것을 방지하는 방법을 제시하였다.In order to achieve the above object, the present invention is arranged so that deionized water (DIW) can be sprayed on the center of the polishing pad when cleaning the polishing pad to prevent the slurry from accumulating in the center of the polishing pad as conventionally It was presented how to.

본 발명의 특징에 의하면, 종래 설비가 연마 패드의 중심을 기준으로 반경의 1/4 ~ 1/3 지점에서 순수를 분사하던 것에 비해 직접 중심부 상부에서 중심부로 공급함으로써 연마 패드의 전면을 세정하는 방법을 채용하고 있다.According to a feature of the present invention, a method for cleaning the entire surface of the polishing pad by directly supplying from the upper center portion to the central portion, compared to conventional equipment spraying pure water at a point of 1/4 to 1/3 of the radius of the polishing pad. It is adopted.

이하 본 발명의 구체적인 실시예의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of a specific embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예인 마이크로 스크래치를 방지한 연마 패드 세정 방법을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 연마 패드 세정 방법의 공정 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.FIG. 1 is a view schematically showing a polishing pad cleaning method preventing micro-scratches according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of the polishing pad cleaning method of the present invention.

본 발명의 연마 패드 세정 방법이 사용되는 연마 장치는 도 1에서 도시한 바와 같이, 케리어 플레이튼(carrier platen)과 리테이닝 링(retaining ring)으로 구성된 헤드 어셈블리(head assembly)(1)와 연마 패드 및 슬러리와 순수를 분사하는 노즐(nozzle)(4)과 이를 지지하는 슬러리 암(slurry arm)(3)으로 구성된다. 도 1에 도시한 바와 같이 슬러리 암은 연마 패드의 중심에 슬러리와 순수가 분사되도록 중심부 부근에 위치한다.The polishing apparatus in which the polishing pad cleaning method of the present invention is used is, as shown in FIG. 1, a head assembly 1 and a polishing pad composed of a carrier platen and a retaining ring. And a nozzle 4 for injecting the slurry and the pure water and a slurry arm 3 for supporting the slurry 4. As shown in FIG. 1, the slurry arm is located near the center so that the slurry and pure water are injected into the center of the polishing pad.

연마 패드의 세정 공정은 도 2에 도시한 바와 같다. 이를 상세히 살펴보면 다음과 같다. 우선 연마 공정에서 방출되던 슬러리(slurry)의 방출을 중지하는 단계(S201), 노즐에서 연마 패드의 중심부에 순수가 낙하되도록 연마 패드 중심부 부근에서 순수를 분사하는 단계(S202), 연마 패드의 회전력에 의해 연마 패드의 표면에 있는 슬러리를 제거하는 단계(S203) 및 노즐에서 분사되는 순수의 방출을 차단하는 단계(S204)로 구성된다. 각 단계를 상술하면 다음과 같다. 슬러리 암(slurry arm)에 장착된 노즐의 갯수는 하나 이상으로 구성될 수 있으며, S201 단계에서 연마 공정 진행시 분사하는 슬러리를 차단하고 S202 단계에서 연마 패드의 중심부에 순수를 분사한다. S202 단계에서 분사된 순수는 도 1의 b 방향으로 회전하는 연마 패드의 표면에 a 방향으로 헤드 어셈블리에 부딪히며 고루 퍼지게 된다. S203 단계는 이렇게 고루 퍼진 순수에 의해 연마 패드 전체 표면이 세정되는 단계이다. 도 1에서 도시한 바와 같이 순수는 연마패드의 중앙부에 낙하하기 때문에 중심부에 슬러리가 누적될 가능성이 사라지게 된다. S204 단계는 세정 공정이 완료되면 순수의 공급을 차단하는 단계이다. 이 뒤에 웨이퍼를 연마 하는 후속 공정을 수행하게 된다.The cleaning process of the polishing pad is as shown in FIG. Looking at this in detail as follows. First, the step of stopping the discharge of the slurry (slurry) discharged in the polishing process (S201), the step of spraying pure water in the vicinity of the polishing pad center so that the pure water falls in the center of the polishing pad in the nozzle (S202), the rotational force of the polishing pad Thereby removing the slurry on the surface of the polishing pad (S203) and blocking the discharge of the pure water injected from the nozzle (S204). Each step will be described in detail as follows. The number of nozzles mounted on the slurry arm may be one or more. In step S201, the slurry sprayed during the polishing process is blocked and pure water is injected into the center of the polishing pad in step S202. Pure water sprayed in step S202 is spread evenly hit the head assembly in the a direction on the surface of the polishing pad rotated in the b direction of FIG. Step S203 is a step in which the entire surface of the polishing pad is cleaned by the evenly spread pure water. As shown in FIG. 1, since pure water falls to the center portion of the polishing pad, the possibility of slurry accumulation in the center portion disappears. Step S204 is a step of blocking the supply of pure water when the cleaning process is completed. This is followed by a subsequent process of polishing the wafer.

도 3은 종래와 본 발명의 웨이퍼 매수에 따라 발생하는 결함의 발생 경향을 도시한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 세정 방법을 적용하였을 경우에 KLA 경향이 감소하는 것을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a tendency of defects occurring according to the number of wafers according to the prior art and the present invention, and FIG. 4 is a graph showing a decrease in the KLA tendency when the cleaning method of the present invention is applied.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 세정 방법을 적용하여 연마 패드를 세정하는 경우 결함이 크게 감소됨을 알 수 있다. 도 3은 서프스켄(SURFSCAN)으로 평가된 연마된 웨이퍼위의 결함(defect) 측정 결과를 나타낸 것으로 가로축은 연마되는 웨이퍼의 매수를 나타내며 세로축은 측정된 총 결함수(SURFSCAN total defect)를 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이 웨이퍼 1000매 이후 크게 늘어나던 결함수(도 3a 참고)가 본 발명의 세정 방법을 적용함으로써 발산하지 않고 결함수를 유지(도 3b 참고)할 수 있게 되었다. 도 4는 결함의 양적 트랜드를 나타내는 척도인 KLA 평가 경향을 두 설비에 대하여 개선 방법을 적용한 전후로 살펴본 그래프이다. 도 4에 도시한 바와 같이 KLA 평가 경향이 본 발명의 세정 방법을 적용할 경우 양적으로 결함이 감소함을 나타내고 있음을 알 수 있다.3 and 4, it can be seen that defects are greatly reduced when the polishing pad is cleaned by applying the present cleaning method. FIG. 3 shows the results of defect measurements on polished wafers evaluated by SURFSCAN, with the horizontal axis representing the number of wafers to be polished and the vertical axis representing the total defects measured (SURFSCAN total defect). As shown in FIG. 3, the number of defects that greatly increased after 1000 wafers (see FIG. 3A) can maintain the number of defects (see FIG. 3B) without diverging by applying the cleaning method of the present invention. 4 is a graph of before and after applying the improvement method for the two facilities KLA evaluation trend, which is a measure of the quantitative trend of defects. As shown in FIG. 4, it can be seen that the trend of KLA evaluation is that the defects are reduced in quantity when the cleaning method of the present invention is applied.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications are within the scope of the appended claims.

본 발명의 연마 패드 세정 방법을 반도체 제조 설비에 적용하면, 상술한 바와 같이 연마 패드의 중심부에 누적되면서 발생하는 슬러리 거대입자를 효과적으로 제거할 수 있게 되어 결함의 증가를 억제할 수 있게 된다. 결함이 증가가 억제됨으로써 얻는 이익은 슬러리에 포함된 거대입자에 의한 마이크로 스크래치를 억제하는 데 큰 효과가 있는 것이다.When the polishing pad cleaning method of the present invention is applied to a semiconductor manufacturing facility, it is possible to effectively remove the slurry macroparticles generated while accumulating at the center of the polishing pad as described above, thereby suppressing an increase in defects. The benefit that the increase in defects is suppressed is that it has a great effect in suppressing micro scratches by the macroparticles contained in the slurry.

Claims (1)

반도체 소자 제조시 오염된 슬러리를 제거하기 위하여 연마 공정에서 사용되며, 슬러리와 순수를 분사하는 적어도 하나의 노즐이 연마 패드의 중심 상부에 배치되는 연마 장치에서 상기 연마 패드를 세정하는 방법에 있어서:A method of cleaning a polishing pad in a polishing apparatus, wherein the polishing pad is used in a polishing process to remove contaminated slurry in manufacturing a semiconductor device, wherein at least one nozzle for injecting the slurry and pure water is disposed above the center of the polishing pad. 상기 노즐로부터 분사되는 슬러리를 차단하는 단계;Blocking the slurry sprayed from the nozzle; 상기 노즐에서 상기 연마 패드의 중심에 순수가 낙하되도록 순수를 분사하는 단계;Spraying pure water such that pure water falls from the nozzle to the center of the polishing pad; 상기 연마 패드의 회전력에 의해 상기 연마 패드의 슬러리를 제거하는 단계: 및Removing the slurry of the polishing pad by the rotational force of the polishing pad; and 상기 노즐에서 분사되는 상기 순수의 방출을 차단하는 단계를 포함하되,Blocking the discharge of the pure water sprayed from the nozzle, 상기 연마 패드의 중심부로 분사되는 순수가 회전하는 상기 연마 패드에 따라 전면으로 확산되어 중심부에 오염된 슬러리가 누적되지 않도록 연마 패드 전면이 충분히 세정되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 세정 방법.The polishing pad cleaning method according to claim 1, wherein the entire surface of the polishing pad is sufficiently cleaned so that the pure water sprayed to the center of the polishing pad diffuses to the front surface according to the rotating polishing pad so that the contaminated slurry does not accumulate in the center.
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