KR20050071116A - 포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마장비에서 포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포스트 클리너에서 불산(HF)농도 변화를 100:1의 비율에 비례하는 유전율을 측정하여 정전용량을 얻어내고 이를 통해 HF의 농도변화를 정하고 농도변화에 따른 식각 비율을 측정할 수 있는 포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 화학기계연마장치의 포스트클리너에서 케미컬을 욕조에 채운 다음 채워진 케미컬을 펌프를 이용하여 재순환시키면서 웨이퍼를 카셋트 단위로 클린을 진행하는 불산모듈에 있어서, 상기 욕조상에 유전체의 농도변화를 감지하는 정전용량 센서가 케이스에 설치되고, 이 정전용량센서에는 순차적으로 신호검출기, 신호증폭기 및 콘트롤러 등을 설치하여 HF농도를 체크할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법{HF MEASUREMENT APPARATUS OF POST CLEANER AND HF MEASUREMENT METHOD}

본 발명은 화학기계적 연마공정에서 포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포스트 클리너에서 불산(HF)농도 변화를 100:1의 비율에 비례하는 유전율을 측정하여 정전용량을 얻어내고 이를 통해 HF의 농도변화를 정하고 농도변화에 따른 식각 비율을 측정할 수 있는 포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법에 관한 것이다.

원형 디스크 형상의 웨이퍼는 실리콘 잉곳을 얇게 자른 다음 복합적인 마스킹공정, 에칭공정및 유전체와 도체의 침적공정을 거쳐 웨이퍼 표면에 마이크로일렉트릭 구조(microelectric structure)와 회로를 구축한다. 이들 공정이 수행되는 웨이퍼의 표면은 보통 각 공정들 사이에서 연마 또는 평탄화되어야 적절한 평탄도를 확보할 수 있고, 이로써 웨이퍼 표면에 추가적인 유전 및 금속층을 구축하기 위한 사진평판 공정(photolithographic process)을 실행할 수 있게 된다.

화학기계적 연마장치(CMP)는 실리콘웨이퍼 표면을 집적회로 등의 제조에 필요한 편평한 상태로 연마 또는 평탄화하는 장치로써 개발되어 왔다. 이는 실리콘웨이퍼상에 산화막을 형성하는 경우에는, 막 자체의 고유한 특성때문에 반드시 그 표면 평탄화 과정이 수반되어야 하기 때문이다. 따라서, 화학기계적연마 공정에서의 기계적인 연마는 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로써 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하게 하는 것에 의해 이루어진다. 즉, 슬러리의 화학작용과 연마패드의 기계적 마찰에 의해 산화막이 국부적으로 벗겨지며 평탄화가 이루어진다.

이와 더불어, CMP 폴리셔 중에는 폴리셔(Polisher) + 포스트클리너(Post Cleaner)를 동시에 갖춘 CMP장비가 아닌 스탠드 어론폴리셔(Stand Alone Polisher)가 있고, 예컨데 Verteq사에서 개발한 포스트클리너 장비를 반도체 제조공정에서 사용하고 있다. 즉, CMP 폴리셔에서 폴리싱완료된 웨이퍼를 언로딩하여 포스트클리너에 넣어 클리닝을 진행한다. 상기 포스트클리너는 2 개에 클린시스템모듈과 1 개의 불산(HF) 모듈, 그리고 SRD(Spin Rinse Dry)와 WTU (Wafer Transfer Unit)으로 구분되어 진다. 이 모듈을 순차적으로 정해진 순서에 의해 진행하는 클리너이다.

상기 HF 모듈에 100:1(초순수(DIW): 불산(HF))의 비율로 HF 욕조(Bath)내에 케미컬을 채워 넣고 각각의 제품에 따른 처방(Recipe)을 설정하여 웨이퍼의 표면을 약 20Å 정도 식각(Etch)하여 웨이퍼의 파티클 제거의 향상을 도모하는 역할을 해 주는 모듈인 것이다. 상기 HF 모듈은 100:1 (DIW:HF)의 케미컬을 욕조에 채운 후 채워진 케미컬을 펌프를 이용하여 재순환시키면서 웨이퍼를 카셋트(24웨이퍼) 단위로 클린을 진행하게 된다. 이때, 한 번 욕조에 채워진 욕조내 HF 용액을 한번 사용하고 드레인시키는 것이 아니라, 한번 채운 후 장시간 사용하게 된다(단, 케미컬의 리필타임(Refill Time)은 따로 설정해 줄 수 있다).

종래 HF 욕조의 문제점은, HF 욕조내의 HF 농도의 변화이고, 24 시간마다 1 회의 HF 식각량(Etch Rate)을 측정하고 있다. 이때 발생할 수 있는 문제점은 24 시간 동안 변화하는 HF 농도를 측정할 수 없다. 즉, 24 시간을 주기로 한번 측정하여 정해 놓은 기준을 통과하게 되면, 이를 기준으로 웨이퍼를 클리닝하게 되는 것이다. 이로 인해 HF의 농도가 저하되었을 경우 식각량의 감소가 발생하고, 이는 효과적으로 웨이퍼의 표면을 식각해 내지 못함으로써 효과적인 파티클 제거가 어렵게 되었다. 실제로 HF의 농도는 24 시간을 기준으로 봤을 때 일정하지 못하는 경우가 다수 발생한다. 즉, 24 시간 사용 후 HF의 식각량을 측정하면 13 ~18Å정도로 감소되는 경우가 다수 발생하며, 이때 케미컬 리필을 통해 HF의 농도를 다시 맞춰주고 다시 식각량 검사를 실시해야 한다.

즉, HF 식각량을 측정한 다음 진행한 웨이퍼와 23시간이 지난 후, 클리닝을 진행한 웨이퍼는 20Å과 13Å로 각각 진행된 것이다. 이는 웨이퍼의 효과적인 파티클제거에 영향을 줄 수 있고, 파티클이 정해진 기준만큼 제거되지 않을 수 있고, 이는 웨이퍼의 품질 저하를 가져 온다. HF의 농도를 떨어지게 하는 변수는 무수히 많이 존재한다. 예를 들어, 클리닝시스템의 욕조에서 클리닝을 진행한 웨이퍼를 다음 순서(Sequence)인 HF 욕조로 옮겨 갈 경우 웨이퍼 표면에 묻은 클리닝시스템에서 클리닝하면서 웨이퍼 표면과 카셋트에 묻은 초순수(DIW)가 HF 욕조로 들어가면서 일정량의 HF 가 있는 곳에 계속 초순수가 더 들어 가는 것임으로 24 시간이 경과했을 경우, 이는 100: 1(DIW:HF) 가 105:1(DIW:HF)로 희석될 수 있는 것이다.

하지만, 종래에는 HF의 변화량을 수시로 체크할 수 있는 별도 기능은 없기 때문에 클리닝상의 정확도가 떨어진다는 문제점이 있었다

본 발명은 상기와 같은 클리닝상의 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 포스트 CMP클리너의 HF의 농도 변화를 100:1 (초순수:불산)의 비율에 비례하는 유전율을 측정하여 정전용량을 얻어내고 이를 통해 HF의 농도변화를 측정하고 HF 농도 변화에 의한 웨이퍼의 식각량의 변화예방, 또 이를 통해 식각량의 비 정상적인 증가나 감소로 인한 웨이퍼의 파티클을 제거하는데 있어 품질 저하의 예방을 기할 수 있는 포스트클리너의 불산농도측정장치 및 불산농도측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화학기계연마장치의 포스트클리너에서 케미컬을 욕조에 채운 다음 채워진 케미컬을 펌프를 이용하여 재순환시키면서 웨이퍼를 카셋트 단위로 클린을 진행하는 불산모듈에 있어서, 상기 욕조상에 유전체의 농도변화를 감지하는 정전용량 센서가 케이스에 설치되고, 이 정전용량센서에는 순차적으로 신호검출기, 신호증폭기 및 콘트롤러 등을 설치하여 HF농도를 체크할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 구현예에 의하면, 불산욕조내에는 HF에 노출되는 부분을 테프론 재질의 케이스에 넣어 부식을 방지하는 정전용량 센서를 설치하여 유전체인 HF의 농도 변화에 따라 변화하는 유전율을 측정하고; 상기 정전용량센서로부터 신호검출기와 신호증폭기를 통해 정전용량의 변화량을 검출해 냄으로써 HF의 농도변화를 파악하여 이를 콘트롤러에 인식시킴으로 상기 불산욕조내의 HF상태를 인식한 것을 특징으로 하는 포스트클리너의 불산농도측정장치인 것이다.

본 발명의 목적을 구현하기 위한 또 다른 발명은, 반도체 제조 공정의 화학기계적 연마에 있어서, 포스트클리너에서 케미컬을 욕조에 채운 다음 채워진 케미컬을 펌프를 이용하여 재순환시키면서 웨이퍼를 카셋트 단위로 클린을 진행하는 불산모듈에 있어서, 상기 욕조상에 유전체의 농도변화를 감지하는 정전용량 센서가 설치되는 단계와, 상기 정전용량 센서에는 순차적으로 신호검출기, 신호증폭기 및 콘트롤러등이 설치되어 불산농도를 측정할 수 있는 측정수단이 구비된 것을 특징으로 하는 포스트클리너의 불산농도측정방법이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 구성및 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 포스트클리너의 불산농도측정장치를 설명하기 위한 구성도로서, 본 발명은 화학기계적 연마장비에서 포스트클리너의 불산농도측정장치인 바, 이는 포스트 클리너의 불산모듈에서 불산욕조(10)내의 정전용량 센서를 이용하여 불산농도 변화를 100:1의 비율에 비례하는 유전율을 측정하여 정전용량을 얻어내고, 이를 통해 HF의 농도변화를 정하고 농도변화에 따른 식각 비율을 측정할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 불산욕조(10)상에는 유전체인 HF의 농도변화를 감지하는 정전용량 센서(12)가 테프론 재질의 케이스(11)에 넣어서 설치되고, 이 정전용량센서(12)에는 순차적으로 신호검출기(13), 신호증폭기(14)및 콘트롤러(15) 등을 외부에 설치하여 HF농도를 수시로 체크할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 HF의 농도를 실시간으로 체크하여 이를 제어부로써 콘트롤러(15)에 인식시키고, 이 콘트롤러(15)로부터 설치된 스피커에 의해 정해진 농도 이하로 HF의 농도가 저하되거나 이상이 발생할 경우 스피커의 알람을 발생할 수 있도록 하여 기술자가 이를 인지하고 체크할 수 있도록 한다.

상기 HF의 농도변화는 정전용량을 이용하게 되는 바, 이 HF 욕조(10)내에는 100:1(DIW : HF)의 비율로 케미컬이 채워져 있다. 이때 DIW와 HF는 서로 다른 물질로써 고유의 유전율을 가지고 있다. 상기 DIW (Deion Water)의 유전율은 무극성에 가까운 물질이므로 유전율이 0 에 가깝다. C=εS/D 로써 정전용량은 거리에 반비례하고 면적에 비례하고 ε(유전율)에 비례한다. 여기서, 부호 S,D 는 상수임으로 유전율 ε만이 변수로 작용한다. 이를 이용하면, 즉 DIW 가 계속 유입되어 HF 욕조(10)내의 HF의 농도를 떨어지게 만들면 유전율이 감소하고 정전용량도 감소한다.

그러므로, 욕조(10)내에 혼합되어 있는 HF의 유전율을 알게 된다면 HF의 량이 얼마나 감소하고 있는지를 체크할 수 있는 것이다. 즉, 여러 가지 변수로 인해 욕조(10)내의 HF와 DIW의 비율이 감소하고, 이에 따른 욕조(10)내 유전율의 변화도 감소한다. 이를 이용하여 정전용량센서(12)로 정전 용량을 산출해 내고, 이를 신호검출기를 통해 전류나 전압으로 변형시켜 장비의 콘트롤러(15)에 인식시키면 HF 욕조(15)내의 비율을 실시간으로 체크할 수 있다. 이를 통해 기준을 정해 줄 수 있고 기준을 벗어났을 경우 스피커의 알람을 발생시켜 기술자가 체크할 수 있도록 한다.

이상과 같이 HF욕조(10)내에 정전용량 센서(12)(센서가 HF에 노출되는 부분을 테프론 재질의 케이스(11)에 넣어 부식을 방지한다)를 설치하여 유전체인 (HF)의 농도 변화에 따라 변화하는 유전율을 측정하고, 신호검출기(13)와 신호증폭기(14)를 통해 정전용량의 변화량을 검출해 냄으로써 HF의 농도변화를 파악하여 이를 콘트롤러(15)에 인식시킴으로써 HF의 상태를 인식시킨다.

이를 통해 HF 희석에 의한 웨이퍼 클리닝 효율이 떨어지는 것을 방지하고, 웨이퍼의 품질 저하를 예방할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, HF 희석에 따른 식각량 감소를 감지하여 사전 예방함으로써 웨이퍼의 파티클 제거를 원활하게 하여 웨이퍼의 품질 저하를 예방할 수 있다.

본 발명을 이용하면, 포스트 CMP 클리너의 HF의 농도가 계속 된 런(RUN)진행 시 떨어지면서 식각의 량이 감소함으로 발생할 수 있는 파티클 제거의 비효율성을 개선할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 포스트클리너의 불산농도측정장치를 설명하기 위한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 불산욕조 11 : 측정케이스

12 : 정전용량센서 13 : 신호검출기

14 : 신호증폭기 15 : 콘트롤러

Claims (4)

1. 화학기계연마장치의 포스트클리너에서 케미컬을 욕조에 채운 다음 채워진 케미컬을 펌프를 이용하여 재순환시키면서 웨이퍼를 카셋트 단위로 클린을 진행하는 불산모듈에 있어서,

   상기 욕조상에 유전체의 농도변화를 감지하는 정전용량 센서가 케이스에 설치되고, 이 정전용량센서에는 순차적으로 신호검출기, 신호증폭기 및 콘트롤러 등을 설치하여 HF농도를 체크할 수 있는 것을 특징으로 하는 포스트클리너의 불산농도측정장치.
2. 불산욕조내에는 HF에 노출되는 부분을 테프론 재질의 케이스에 넣어 부식을 방지하는 정전용량 센서를 설치하여 유전체인 HF의 농도 변화에 따라 변화하는 유전율을 측정하고; 상기 정전용량센서로부터 신호검출기와 신호증폭기를 통해 정전용량의 변화량을 검출해 냄으로써 HF의 농도변화를 파악하여 이를 콘트롤러에 인식시킴으로 상기 불산욕조내의 HF상태를 인식한 것을 특징으로 하는 포스트클리너의 불산농도측정장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 콘트롤러로부터 설치된 스피커에 의해 정해진 농도 이하로 HF의 농도가 저하되거나 이상이 발생할 경우 알람을 발생시킨 것을 특징으로 하는 포스트클리너의 불산농도측정장치.
4. 반도체 제조 공정의 화학기계적 연마에 있어서, 포스트클리너에서 케미컬을 욕조에 채운 다음 채워진 케미컬을 펌프를 이용하여 재순환시키면서 웨이퍼를 카셋트 단위로 클린을 진행하는 불산모듈에 있어서,

   상기 욕조상에 유전체의 농도변화를 감지하는 정전용량 센서가 설치되는 단계와, 상기 정전용량 센서에는 순차적으로 신호검출기, 신호증폭기 및 콘트롤러등이 설치되어 불산농도를 측정할 수 있는 측정수단이 구비된 것을 특징으로 하는 포스트클리너의 불산농도측정방법.