KR20020012387A - 반도체 장치의 제조에서 연마 방법과 이를 수행하기 위한장치 - Google Patents

반도체 장치의 제조에서 연마 방법과 이를 수행하기 위한장치 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 표면의 파티클이나 스크레치의 계측에 의거하여 연마 및 세정의 수행을 제어하는 연마 방법과 이를 수행하기 위한 장치가 개시되어 있다. 반도체 웨이퍼에 연마를 실시하고, 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼 상에 발생된 파티클을 제거하기 위한 세정을 수행한다. 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하고, 상기 계측 데이터를 저장한다. 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 상기 연마와 세정이 자동으로 중지된다. 상기 각 단계는 동일 장치내에서 인시튜로 수행된다. 따라서 상기 계측 데이터가 기준을 벗어날 경우 신속하게 조치할 수 있으므로 후속으로 진행되는 웨이퍼의 손실이 최소화 된다.

Description

반도체 장치의 제조에서 연마 방법과 이를 수행하기 위한 장치{Method for polishing in semiconductor device processing and apparatus for performing the same}
본 발명은 반도체 장치의 제조에서 연마 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 표면에 발생된 파티클이나 스크레치를 계측하고, 상기 계측에 의거하여 상기 웨이퍼의 연마 및 세정의 수행을 제어하는 연마 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 미세 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.
상기 집적도 향상을 위한 미세 가공 기술중의 하나가 평탄화 기술로서, 최근의 반도체 제조에서는 연마패드를 사용하여 웨이퍼를 직접 연마하는 방법을 널리 사용하고 있다.
상기 연마 방법은 Huynh et al.에게 허여된 미합중국 특허 제 5,896,870,호 및 Shimora et al.에게 허여된 미합중국 특허 제5,922,620호에 개시되어 있다.
그러나 상기 연마는 슬러리가 주입되는 연마 패드를 상기 웨이퍼와 접촉하여 회전하는 방법으로 상기 웨이퍼를 연마하므로, 상기 연마를 수행한 후에 상기 웨이퍼 상에는 많은 파티클(particle)이 부착된다. 따라서 연마를 수행한 후에 상기 웨이퍼는 반드시 세정 공정을 수행하여야 한다. 상기 세정 공정은 헹굼(rinsing), 브러싱(brushing), 건조(dry)등을 포함한다. 상기 연마를 수행한 후의 세정 공정은 연마 장치 내에서 수행된다.
도 1은 종래의 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마부(12)가 구비되어 있다. 구체적으로 상기 연마부(12)는 연마 플레이트 위에 연마 패드가 형성되어 있고상기 연마 패드에 상기 웨이퍼의 표면이 접촉할 수 있도록 웨이퍼 홀더가 구비된다. 또한 슬러리를 상기 연마 패드에 공급하는 공급 라인이 구비된다. 따라서 상기 웨이퍼의 표면이 상기 연마 패드와 접촉하고, 상기 연마 패드에 슬러리가 주입되는 상태에서 상기 연마 플레이트가 회전함으로서 상기 웨이퍼가 연마된다.
상기 연마부(12)의 일측에 설치되고, 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼 상에 발생된 파티클을 제거하기 위한 세정부(14)가 구비된다. 상기 세정부(14)에서는 상기 웨이퍼에 헹굼, 브러슁, 건조 등을 수행하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 파티클을 제거한다.
그러나 상기 세정부(14)에서 웨이퍼의 세정을 수행하여도 상기 웨이퍼의 표면에 발생된 파티클이 완전히 제거되지 않는 경우가 발생한다. 또한 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼의 표면에 스크레치(scratch)등이 발생한다. 상기 웨이퍼의 표면에 발생된 상기 파티클이나 상기 스크레치는 반도체 장치의 심각한 불량을 유발하므로 상기 웨이퍼의 연마와 세정 공정이 수행된 이후에 상기 웨이퍼의 표면에 상기 파티클이나 상기 스크레치가 발생되었는지를 확인하여야 한다. 또한 상기 웨이퍼의 표면에 상기 파티클이나 상기 스크레치가 발생되었을 경우, 후속으로 진행되는 웨이퍼도 계속적으로 상기 파티클이나 상기 스크레치가 발생할 가능성이 있으므로 상기 연마부 및 세정부의 구동을 중지하고, 이상이 발생된 부분을 확인하여 조치해야 한다.
그러나 상기 웨이퍼의 표면에 발생된 파티클이나 상기 스크레치를 확인을 위한 계측부(18)가 상기 연마 장치에 포함되어 있지 않으므로 상기 계측을 수행하기위한 계측 장치(16)를 따로 구비하여 상기 계측을 수행하고 상기 계측 데이터를 출력한다. 상기 계측 데이터에 의거하여 상기 웨이퍼의 표면에 파티클이나 스크레치의 발생이 설정된 기준(spec)을 벗어날 경우, 상기 계측 공정을 수행하는 작업자가 상기 연마 공정을 수행하는 작업자에게 직접 상기 이상 발생을 알려줌으로서 상기 연마부와 세정부(10)의 구동을 중지하고 이상이 발생한 부분을 확인한다.
그러나 상기 계측 장치(16)를 따로 구비하여 상기 계측을 수행할 시에는 상기 계측 장치가 놓여지는 공간과 상기 계측 공정을 수행하는 작업자가 필요하다. 또한 상기 연마와 세정이 수행된 상기 웨이퍼를 상기 계측 장비로 이송하는 시간이 소요되므로, 상기 계측 공정이 수행이 지연되고 상기 계측 데이터의 출력이 늦어진다. 따라서 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 신속한 조치가 이루어지지 않는다. 더구나 상기 계측을 수행하는 작업자의 실수로 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어나는 이상 발생을 연마를 수행하는 작업자에게 즉시 알려주지 못했을 경우, 기 진행된 웨이퍼를 리젝(reject)하여야 하므로 막대한 비용 손실이 발생하게 된다.
따라서 본 발명의 제1 목적은, 웨이퍼의 표면에 발생되는 파티클이나 스크레치를 계측하고, 상기 계측에 의거하여 구동을 제어하는 반도체 장치의 화학 기계적 연마 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은, 웨이퍼의 표면에 발생되는 파티클이나 스크레치를 계측하고, 상기 계측에 의거하여 구동을 제어할 수 있는 반도체 장치의 화학 기계적연마 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 연마 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 방법에 대한 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 연마 장치 22 : 연마부
24 : 세정부 26 : 계측부
28 : 저장부 30 : 제어부
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연마 방법은, 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계와, 상기 웨이퍼를 세정하여 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼 상에 발생된 파티클을 제거하는 단계와, 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하고 상기 계측 데이터를 출력하는 단계와, 상기 계측 데이터를 입력받아 저장하는 단계와, 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 상기 연마와 세정을 중지시키고 경보를 발생하는 단계를 포함한다 .
상기 각 단계는 동일 장치 내에서 인시튜로 수행한다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연마 장치는 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단과 상기 연마 수단의 일측에 설치되고, 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼 상에 발생된 파티클을 제거하기 위한 세정 수단과 상기 세정 수단의 일측에 설치되고, 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하고 상기 계측 데이터를 출력하는 계측 수단과 상기 계측 데이터를 입력받아 저장하는 저장 수단과 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 상기 계측 수단 및 세정 수단의 구동을 중지하고 경보를 발생하는 제어 수단을 포함한다.
이에 따라 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼의 표면에 발생된 파티클 및 스크레치를 계측하는 공정이 상기 연마 장치 내에서 수행되고, 상기 웨이퍼의 표면에 발생된 파티클 및 스크레치의 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 상기 제어 수단에서 상기 연마 수단과 세정 수단의 구동을 중지하게 되므로 후속 웨이퍼의 불량이 최소화 되고, 신속한 조치가 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 웨이퍼에 연마를 실시하는 연마부(22)가 구비된다. 상기 연마는 상기 웨이퍼 상의 피가공막을 평탄화하기 위해 수행한다. 구체적으로 상기 연마부(22)는 연마 플레이트 위에 연마 패드가 형성되어 있고 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼의 상부면이 접촉할 수 있도록 웨이퍼 홀더가 구비된다. 또한 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하는 공급 라인이 구비된다. 따라서 상기 웨이퍼는 웨이퍼 홀더에 고정된 상태에서 상기 웨이퍼의 표면이 상기 연마패드와 접촉하고, 상기 연마 패드에 슬러리가 주입되면서 상기 연마 플레이트가 회전함으로서 상기 웨이퍼의 연마가 수행된다.
상기 연마부(22)의 일측에 설치되고, 상기 연마에 의한 상기 웨이퍼 상의 파티클을 제거하기 위한 세정부(24)가 구비된다. 상기 세정부(24)에서는 상기 웨이퍼의 표면과 이면에 브러쉬가 도입되고, 수산화암모늄(NH4OH) 또는 불산(HF)을 상기 웨이퍼 상에 주입하면서 상기 웨이퍼와 상기 브러쉬를 회전하는 방법으로 상기 웨이퍼를 세정한다. 상기 세정이 수행된 이후에는 상기 웨이퍼 상에 남아있는 용액을 완전히 제거하기 위한 건조가 수행된다.
상기 세정부(24)의 일측에 설치되고, 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하고 상기 계측 데이터를 출력하는 계측부(26)가 구비된다. 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클의 개수 및 스크레치와 같은 결함의 계측에 의해 상기 연마 공정과 세정 공정이 정상적으로 수행되었는지를 확인할 수 있다.
상기 계측 데이터를 저장하는 저장부(28)가 구비된다. 따라서 연마 장치 내에서 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클의 개수 및 스크레치와 같은 결함을 계측한 계측 데이터가 저장되므로, 따로 설치된 계측 장치에서 상기 계측 데이터를 관리하던 종래에 비해 상기 계측 데이터의 관리가 용이해진다.
상기 계측 데이터에 의거하여 상기 연마부 및 세정부의 구동을 제어하는 제어부가 구비된다. 구체적으로, 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어났는지 여부를 확인하고, 상기 기준을 벗어났을 경우에는 제어부(30)에 의해 상기 연마부 및 세정부의 구동을 중지하고, 경보를 발생한다. 따라서 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어나는 이상이 발생되었을 경우 자동으로 상기 연마 및 세정 공정이 진행되지 않으므로 후속으로 진행되는 웨이퍼의 불량을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 방법에 대한 공정도이다.
도 3을 참조하면, 반도체 웨이퍼 상의 피가공막을 평탄화하기 위해 상기 웨이퍼의 표면을 연마한다.(S40) 상기 연마는 슬러리를 연마 패드에 주입하면서 상기 연마 패드와 상기 웨이퍼의 표면을 접촉하여 회전하는 방법으로 수행한다. 따라서 상기 연마를 수행하면 상기 웨이퍼 상에는 슬러리를 포함하는 파티클이 많이 발생하게된다. 상기 연마에 의해 발생된 파티클을 제거하기 위하여 상기 웨이퍼의 표면을 세정한다.(S42) 상기 세정은 헹굼, 브러슁, 건조 공정 등을 포함한다. 그러나 상기 세정을 수행하여도 상기 웨이퍼 상에 파티클이 완전히 제거되지 않는 경우가 발생한다. 또한 상기 연마 공정에 의해 상기 웨이퍼의 표면에 스크레치가 발생한다. 따라서 상기 세정 공정을 수행한 이후에 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하여 상기 계측에 의거한 계측 데이터를 출력한다.(S44) 상기 출력된 계측 데이터를 저장한다.(S46) 상기 계측 데이터에 의거하여 장치를 제어한다. 즉 상기 계측 데이터가 설정된 기준에 벗어나는지 여부를 판단하고(S48), 상기 계측 데이타가 설정된 기준에 벗어날 경우 화학 기계적 연마 장치의 구동을 중지한다.(S50) 상기 화학 기계적 연마 방법의 각 단계는 동일 장치 내에서 인시튜로 수행된다.
따라서 화학 기계적 연마 시에 수행되는 계측이 동일 장치 내에서 수행되고, 상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 자동으로 상기 장치의 구동이 중지되므로 후속으로 진행되는 웨이퍼의 손실이 최소화된다. 또한 계측 장치를 따로 구비할 경우 필요한 인력등이 감소되므로 반도체 장치의 생산성이 향상되는 효과가 있다. 그리고 상기 계측 데이터가 상기 화학 기계적 연마 장치 내에 저장되므로 상기 데이터의 관리가 용이해지는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계;
    상기 웨이퍼를 세정하여 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼에 발생된 파티클을 제거하는 단계;
    상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하고, 상기 계측에 의한 데이터를 출력하는 단계;
    상기 계측 데이터를 입력받아 저장하는 단계;
    상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 연마 및 세정을 중지시키고, 경보를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조에서 화학 기계적 연마 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각 단계는 동일 장치 내에서 인시튜로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조에서 화학 기계적 연마 방법.
  3. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단;
    상기 연마 수단의 일측에 설치되고, 상기 연마에 의해 상기 웨이퍼에 발생된 파티클을 제거하기 위한 세정 수단;
    상기 세정 수단의 일측에 설치되고, 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 파티클 및 스크레치를 계측하고, 상기 계측에 의한 데이터를 출력하는 계측 수단;
    상기 계측 데이터를 입력받아 저장하는 저장 수단; 및
    상기 계측 데이터가 설정된 기준을 벗어날 경우 상기 연마 수단 및 세정 수단의 구동을 중지하고 경보를 발생하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조에서 화학 기계적 연마 장치.
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