KR20020030599A - 화학 기계적 연마 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 회로 제작 공정 중 웨이퍼의 평탄화를 확보하기 위한 화학 기계적 연마 세정방법에 관한 것으로, 버퍼 스테이션에서 슬러리 입자가 제거되는 시간에 따라서 버퍼 중의 산도를 슬러리 입자의 산도에부터 중성의 탈이온수 수준까지 시간에 따라 변화시킴으로서 슬러리의 응집 현상을 최소화 함으로써 슬러리 응집에 의한 영향을 최소화 하는 것을 특징으로 하여 반도체 회로의 특성, 신뢰성 및 수율을 향상시키고 그에 따른 반도체 회로의 고집적화를 가능하게 하는 기술로 매우 유용하고 효과적인 장점을 지닌 발명에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 회로 제작 공정 중 웨이퍼의 평탄화를 확보하기 위한 화학 기계적 연마 세정방법에 관한 것이다.
최근 반도체 회로 제작 공정에 있어서, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하 CMP라 칭함) 기술은 전체적인 평탄화가 요구되는 초고집적 회로의 제조에서 유력한 평탄화 기술로 인정을 받고 있다. CMP 공정은 웨이퍼의 표면을 기계적으로 연마하면서 동시에 반응성 슬러리(slurry)를 주입하여 화학적으로도 식각하는 공정이다. 따라서 CMP 공정에 사용되는 슬러리에는 화학적,기계적 연마에 필요한 많은 종류의 화학물질이 함께 사용된다. 이 슬러리에는 기계적인 연마를 위한 산화알루미늄 또는 이산화실리콘 가루와, 산화제 또는 수화제등이 포함되어 있다. 따라서, CMP 공정 후에는 웨이퍼 위에 슬러리의 잔류물이 발생하기 쉽다. 잔류된 슬러리 가루들은 후속 공정에서 파티클로 작용하며, 잔류 화학물질은 다른 종류의 손상으로 작용한다.
CMP 공정에는 이와 같은 많은 종류의 화학물질들이 사용되므로, CMP 후에 웨이퍼를 다시 정상적인 공정에 적용하기 위해서는 웨이퍼의 표면을 세정해야 한다. 이러한 화학적 기계 연마 세정은 현재 세정분야에서 가장 활발히 연구되고 있는 분야의 하나로서, 설비 및 고정 측면에서 여러 가지 방법이 시도되고 있다. 현재까지는 CMP 고정 후 양면 스크러버(scrubber)를 이용한 스크러빙(scrubbing)방법과, 습식용액을 이용한 침액(dipping) 처리가 실시되고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 화학 기계적 연마 세정 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 슬러리를 이용하여 웨이퍼를 폴리슁(polishing)한 후(단계 10), 탈이온수를 이용한 버핑(buffing) 공정이 이루어진다(단계 20). 이 공정은 탈이온수 분위기에서 패드를 이용하여 웨이퍼를 문지르는 러빙(rubbing)을 함으로써 웨이퍼 표면에 붙어 있는 파티클을 일차적으로 제거하기 위한 것이다. 이 버핑 유니트는 연마자의 일부로 되어 있는 경우가 많다.
그리고, 일반적으로 양면 스핀 스크러빙 공정을 거친다(단계 30). 이 공정은 스크러버의 브러쉬(brush)를 이용하여 웨이퍼 표면의 파티클을 2차적으로 제거하는공정으로서, 화학제를 이용한 스크러빙을 거치기도 한다. 이 스크러빙은 다른 설비로 이동하여 실시하는 것이 보통이다.
다음으로는, 웨이퍼 표면의 금속이온을 제거하기 위한 세정공정으로, 여러 가지 습식 세정이 실시된다(단계 40). 일반적으로 사용되고 있는 방법은 희석된 불산(HF)용액을 사용하는 것으로, 불산의 금속제거력을 이용하는 것이다.
그런데, 상기한 종래의 화학 기계적 연마 세정방법에서 사용되는 베이스 또는 산성인 세정액은 설비의 순환효과가 감소되어 생산성이 떨어지며, 일반적인 탈이온수에 비해 턴 오버 타임(turn over time)이 길기 때문에, 순환에 의한 필터링 효과를 기대하기 어려운 문제점을 가지고 있다.
또한, 용액이 산성인 관계로 일단 제거된 오염이나 파티클이 웨이퍼에 재흡착되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 버퍼 스테이션에서 슬러리 입자가 제거되는 시간에 따라서 버퍼 중의 산도를 슬러리 입자의 산도에부터 중성의 탈이온수 수준까지 시간에 따라 변화시킴으로서 슬러리의 응집 현상을 최소화 함으로써 슬러리 응집에 의한 영향을 최소화 하는 것이 목적이다.
도 1은 종래의 일반적인 화학 기계적 연마 세정 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 화학 기계적 연마 세정 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마 대상 웨이퍼를 로드하는 단계와, 상기 웨이퍼를 PH가 조절되어 있는 용해제를 이용하여 폴리슁 패드에서 주 연마를 실시하는 단계와, 상기 젖은 상태의 웨이퍼 연마면에 존재하는 슬러리를 제거하기 위한 버핑하는 버핑 1단계와, 상기 결과물을 탈이온수로만 버핑하는 버핑 2단계와, 상기 웨이퍼 표면의 파티클을 2차적으로 제거하기 위한 스크러빙하는 단계와, 상기 웨이퍼 표면의 금속 이온을 제거하기 위한 침액 단계와, 상기 웨이퍼를 언로드하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정 방법을 제공한다.
본 발명은 버핑단게에서 슬러리 입자가 제거되는 시간에 따라서 버퍼 중의 산도를 슬러리 입자의 산도에부터 중성의 탈이온수 수준까지 시간에 따라 변화시킴으로서 슬러리의 응집현상을 최소화 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 화학 기계적 연마 세정 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 로딩 스테이션에 연마 대상 웨이퍼를 로딩한 후(단계 110), 슬러리를 이용하여 웨이퍼를 폴리슁 한다(단계 120).
그리고, 용해제를 이용하여 상기 젖은 상태의 웨이퍼 연마면에 존재하는 슬러리를 제거하기 위한 1단계 버핑(buffing) 공정이 이루어진다(단계 130). 이 공정은 상기 폴리슁 연마 직후 버퍼 스테이션에서 슬러리 입자가 제거되는 시간동안에초기 10초 이내의 슬러리 제거 단계에서, 산성의 경우에는 초산, 질산, 유기산용액 중 적어도 어느 하나를 적용하고 알카리 용액인 경우에는 KOH 또는 NaOH 용액을 적용하여 산도(PH)를 슬러리 입자의 산도에부터 중성의 수준까지 시간에 따라 변화시킴으로서 슬러리의 응집 형상을 최소화한다.
상기 결과물과 같이 슬러리가 제거되어 2단계 버핑공정은 탈이온수로만 진행한다(단계 140). 또한, 버퍼 패드는 통상의 경우 폴리 우레탄과 같은 탄성이 있는 고분자 물질로 구성되어 있다.
그리고, 일반적으로 양면 스핀 스크러빙 공정을 거친다(단계 150). 이 공정은 스크러버의 브러쉬(brush)를 이용하여 웨이퍼 표면의 파티클을 2차적으로 제거하는 공정으로서, NH4OH 또는 NH4OH를 포함하는 용액을 이용한 스크러빙을 거치기도 한다. 이 스크러빙은 다른 설비로 이동하여 실시하는 것이 보통이다.
다음으로는, 웨이퍼 표면의 금속이온을 제거하기 위한 세정공정으로, 여러 가지 습식 세정이 실시된다(단계 160). 일반적으로 사용되고 있는 방법은 희석된 불산(HF)용액을 사용하는 것으로, 폴리싱중에 오염된 산화막의 제거를 통한 금속제거력을 이용하는 것이다.
이어서, 상기 웨이퍼를 언로드 하는(단계 170)것으로 웨이퍼 화학적기계 연마 세정공정이 이루어진다.
따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 세정방법을 이용하게 되면, 버퍼 스테이션에서 슬러리 입자가 제거되는 시간에 따라서 버퍼 중의 산도를 슬러리 입자의 산도에부터 중성의 탈이온수 수준까지 시간에 따라 변화시킴으로서 슬러리의 응집 현상을 최소화하여 웨이퍼 표면을 개선할 수 있는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
Claims (6)
- 연마 대상 웨이퍼를 로딩 스테이션으로 로딩하는 단계와;상기 웨이퍼를 PH가 조절되어 있는 슬러리를 함유한 용해제를 이용하여 폴리슁 패드에서 주 연마를 실시하는 단계와;상기 웨이퍼 연마면에 존재하는 슬러리를 제거하기 위해 산 또는 염기의 희석용액인 제어용액을 사용하는 버핑 1단계와;상기 결과물을 탈이온수로만 버핑하는 버핑 2단계와;상기 웨이퍼 표면의 파티클을 2차적으로 제거하기 위한 스크러빙하는 단계와;상기 웨이퍼 표면의 금속 이온을 제거하기 위한 침액 단계와;상기 웨이퍼를 언로드하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제어 용해제의 경우 최종 사용단계 이전에 농도 및 산도를 조정하여 탈이온수와 혼합 희석되어 적용되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제어용해제는, 최종 사용단계에서 서로 격리된 형태로 인입되어 패드 표면 및 근접한 위치에서 혼합기를 통하여 패트 및 웨이퍼 표면으로 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정방법.
- 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 산 계통의 제어 용해제를 사용시 초산, 질산, 유기산 용액 중에 적어도 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정방법.
- 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 염기 계통의 제어 용해제를 사용시 KOH 또는 NaOH 용액을 적용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 탈이온수의 공급 온도 범위가 10 ~ 70℃인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 세정방법.
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