KR20070066322A - 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템이 개시된다. 개시된 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템은, 연마패드 상에 배치된 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 슬러리를 공급하는 공급노즐을 구비하여 된 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치와; 상기 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치의 일측에 설치되어 상기 실리콘 최종 연마장치에 파이널 슬러리와 초순수를 혼합한 혼합액을 공급하는 혼합액 공급장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 최종 연마 단계에서 초순수와 파이널 슬러리를 혼합한 혼합액을 공급할 수 있어 초순수와 파이널 슬러리의 혼합비를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서 최종 연마 단계에서 연마 입자의 부착 가능성을 낮추어 표면 오염을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

초순수, 파이널 슬러리, 연마장치

Description

실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템{SYSTEM FOR FEEDING MIXING FLUIDS FOR FINAL POLISHING FOR SILICON WAFER}

도 1은 웨이퍼 표면에 부착되어 오염물로 확인된 연마입자를 나타내 보인 도면 및 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템의 적용으로 혼합비 연속 조정에 따른 파티클 오염 저감 효과를 나타내 보인 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치

12. 연마패드

13. 실리콘 웨이퍼

16. 공급노즐

20. 혼합액 공급장치

21. 매니폴드

22. 초순수 공급라인

22a,23a. 유량 조절밸브

23. 슬러리 공급라인

본 발명은 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최종 연마 단계에서 웨이퍼 표면에 연마 입자의 부착 가능성을 낮추어 표면 오염을 최소화하기 위한 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템에 관한 것이다.

화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)는 화학액과 연마입자로 구성된 슬러리(slurry)의 화학적 작용과, 연마장치의 기계적 작용의 조합에 의해 수행된다. 일반적으로 슬러리는 제거 대상의 종류 및 특성에 따라 다양한 종류를 갖는다.

즉, KOH, NH4OH 등의 알칼리 용액에 80∼230㎚의 입경을 갖는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 다이아몬드 등의 연마 입자가 현탁된 것이다.

그리고 절연막이나 배선층의 제거 속도(MRR)나 표면 품위를 결정하는 슬러리의 인자로서는, 연마입자의 크기, 분포 및 화학특성, 콜로이달 안정성, 슬러리의 공급속도 등이 있다. 그리고 제조업자 및 용도에 따라 다양한 종류가 있지만, 크게 절연막(oxide)과 금속(metal)용 슬러리로 구분할 수 있다.

한편, 웨이퍼의 제조 과정은 랩핑(lapping), 에칭(etching) 연삭 등의 일련의 세이핑(shaping) 공정과, 양면 연마, 최종 연마 및 세정 작업을 거쳐 웨이퍼를 제작하게 된다.

그리고 상기 최종 연마과정에서는 웨이퍼 표면을 수 nm∼Å 수준의 미소 거칠기 Ra 1Å 이하의 표면거칠기 수준으로 경면으로 연마한다. 이때 수십 nm의 실리카 입자를 포함하는 최종 연마용 파이널 슬러리(Final slurry)가 사용되는데, 실리카 입자는 실제 연마 작용을 일으켜 표면거칠기를 개선시킨다.

그러나, 연마 후 웨이퍼 표면에 잔존하여 세정 단계에서 탈락되지 않을 경우 도 1과 같이 표면의 오염물로 부착되어 반도체 공정 투입 시 불량을 일으킬 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 개선 방법은 파이널 슬러리 내에 첨가물을 추가하거나, 연마 최종 단계에서 계면활성제 등을 투입하여 웨이퍼 표면에 연마 입자의 재부착을 방지하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 최종 연마 단계에서의 초순수와 파이널 슬러리의 혼합비를 연속적으로 변화시켜 최종 연마단계에서 웨이퍼 표면에 연마 입자의 부착 가능성을 낮추도록 한 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템은, 연마패드 상에 배치된 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 슬러리를 공급하는 공급노즐을 구비하여 된 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치와; 상기 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치의 일측에 설치되어 상기 실리콘 최종 연마장치에 파이널 슬러리와 초순수를 혼합한 혼합액을 공급하는 혼합액 공급장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템은, 연마패드(12) 상에 배치된 실리콘 웨이퍼(13)를 연마하기 위해 슬러리를 공급하는 공급노즐(16)을 구비하여 된 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치(10)와, 이 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치(10)의 일측에 설치되어 상기 실리콘 최종 연마장치(10)에 파이널 슬러리와 초순수를 혼합한 혼합액을 공급하는 혼합액 공급장치(20)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 실리콘 최종 연마장치(10)에 대하여 개략적으로 설명한다.

회전하는 연마정반 위에 연마패드(12)를 부착하여 회전시키고, 상기 연마패드(12) 상에 설치된 공급노즐(16)로부터 혼합액을 공급하게 된다. 그리고 상기 연마패드(12) 상에 웨이퍼(13)를 위치시키고, 연마헤드(15)로 웨이퍼(13)를 가압한 상태에서 연마정반(11)과 동일 방향으로 회전시키면 웨이퍼(13)의 표면이 연마되는 것이다.

또한 상기 연마헤드(15) 저부에는 웨이퍼(13)가 연마 중에 이탈하는 것을 방 지하기 위한 리테이너 링(14)과, 웨이퍼(13)를 지지하는 탄성지지대인 백킹필름(backing film)(18)이 구비된다.

마찬가지로 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합액 공급장치(20)는, 초순수가 공급되는 초순수 공급라인(22)과, 이 초순수 공급라인(22)의 일측에 설치되어 파이널 슬러리 원액이 공급되는 파이널 슬러리 공급라인(22)과, 상기 초순수 공급라인(22)과 슬러리 공급라인(23)과 연결 설치되어 초순수와 파이널 슬러리 원액을 공급받아 혼합하는 매니폴드(manifold)(21)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 슬러리 공급라인(23)을 통하여 파이널 슬러리와 초순수 혼합액이 공급될 수도 있다.

또한 상기 초순수 공급라인(22)과 파이널 슬러리 공급라인(23)에는 각각 유체의 공급을 단속하는 유량 조절밸브(22a,23a)가 각각 설치된다.

그리고 상기 매니폴드(21)와 공급노즐(16)이 직접 연결되어 혼합액이 연마패드(12)상으로 공급된다. 즉, 상기 매니폴드(21) 내의 혼합액은 공급노즐(16)을 통하여 직접 공급된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

실리콘 웨이퍼 최종 연마장치(10)는 통상 도 2와 같이 연마헤드(15), 연마정반(11) 등으로 구성된 연마 기구부가 2∼3개 연결되어 구성되어 있다. 첫 번째 연마 기구부에서는 연질의 스톡(Stock) 연마장치 및 슬러리를 사용하여 1㎛ 전후의 두께를 제거한 후, 최종 연마장치(10) 및 슬러리로 상대 운동시켜 표면거칠기 Ra 1 Å 이하의 경면을 형성하게 된다.

전술한 바와 같이, 종래에는 파이널 슬러리 내에 첨가물을 추가하거나, 연마 최종 단계에서 계면활성제 등을 투입하여 웨이퍼 표면에 연마입자의 재부착을 방지하는 방식으로 다른 오염을 유발시키는 역효과가 발생할 수 있는 위험성을 내재하고 있었다.

하지만, 본 발명에서는 종래의 방식과 달리 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치(10) 내에 파이널 슬러리와 초순수를 혼합하는 간단한 혼합액 공급장치(20)를 설치하여 연속적인 혼합비 조정으로 파티클 오염을 개선할 수 있다.

이를 좀더 구체적으로 설명한다.

기존의 최종 연마방법은 연마 기구부에서 실리콘 웨이퍼와 최종 연마 패드를 부착한 턴테이블(Turn table)을 같은 방향으로 회전시키면서 파이널 슬러리를 공급시켜 웨이퍼 표면을 연마하게 된다.

파이널 슬러리는 장치 밖의 중앙 공급 장치에서 초순수에 일정비율로 희석시켜 공급되어진다. 연마 최종 단계에서는 파이널 슬러리는 공급되지 않고, 초순수만 공급시켜 연마패드(12) 및 웨이퍼를 린싱(rinsing)하게 된다. 선택적으로는 린싱 후 계면활성제를 투입하여 표면을 친수성으로 유지시켜 최종 연마 후 이동 단계에서 웨이퍼 표면이 건조되는 것을 방지하기도 한다.

이러한 최종 연마 방법에서 연마 후 파이널 슬러리를 제거하기 위하여 초순수만 공급하여 린싱을 시행하나, 초순수만 갑자기 공급될 경우 패드 상에 잔존하는 파이널 슬러리는 급격한 pH 변동으로 연마 입자의 응집, 연마 입자의 급격한 표면 전위의 변화에 따른 웨이퍼 표면에의 부착 등의 부작용이 발생하여 웨이퍼 표면에 스크래치(Scratch), 연마 입자의 부착 등을 유발시킨다.

그러나, 본 발명에서 적용된 방법은 린스(Rinse) 단계 직전까지 연속적으로 파이널 슬러리의 희석비를 늘려 상기의 문제점을 해결할 수 있게 된다. 최종 연마에서 린스까지 연속적으로 희석비를 늘려 가는 양과 시간은 각종 파이널 슬러리에 따라 많은 차이를 보이므로 도 2와 같이 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치(10)에 희석된 파이널 슬러리 혹은 파이널 슬러리 원액과 초순수가 혼합될 수 있는 매니폴드(21)를 설치하고 매니폴드(21) 앞단에 유량 조절밸브(22a,23a)가 구비된 혼합액 공급장치(20)를 설치하면 간단히 연속적으로 파이널 슬러리의 희석비와 유량을 조절할 수 있다.

그리고 도 3은 실제 희석비를 조정했을 때 웨이퍼(13) 표면 이물 검사기로 측정한 파티클 오염의 개수로 희석비를 높일수록 개수가 줄어듦을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

최종 연마 단계에서 초순수와 파이널 슬러리를 혼합한 혼합액을 공급할 수 있어 초순수와 파이널 슬러리의 혼합비를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서 최종 연마 단계에서 연마 입자의 부착 가능성을 낮추어 표면 오염을 최소화할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 연마패드 상에 배치된 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 슬러리를 공급하는 공급노즐을 구비하여 된 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치와;

   상기 실리콘 웨이퍼 최종 연마장치의 일측에 설치되어 상기 실리콘 최종 연마장치에 파이널 슬러리와 초순수를 혼합한 혼합액을 공급하는 혼합액 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 혼합액은 상기 공급노즐을 통하여 공급하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 혼합액 공급장치는,

   초순수가 공급되는 초순수 공급라인과;

   상기 초순수 공급라인의 일측에 설치되어 파이널 슬러리 원액이 공급되는 파이널 슬러리 공급라인과;

   상기 초순수 공급라인과, 상기 슬러리 공급라인과 연결 설치되어 상기 초순수와 상기 파이널 슬러리 원액을 공급받아 혼합하는 매니폴드;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 슬러리 공급라인을 통하여 파이널 슬러리와 초순수 혼합액이 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템.
5. 제3항에 있어서,

   상기 초순수 공급라인과 파이널 슬러리 공급라인에는 각각 유체의 공급을 단속하는 유량 조절밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템.
6. 제3항에 있어서,

   상기 매니폴드와 상기 공급노즐이 직접 연결되어 상기 혼합액이 상기 연마패드상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 혼합액 공급 시스템.

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