KR20070070378A - Ｈｆ 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HF 가스와 함께 VPC(VAPOR PROCESS CHAMBER)프로세스를 이용한 화학기계적 연마(CMP) 포스트크리닝장치및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 초순수(DIW), N2, 진공및 에어가 각각 공급되고 있는 화학기계적 연마장치(50)에는 좌우의 폴리싱유닉(51, 51'), 좌우의 턴오버(52, 52'), 로터리 트랜스포터(53), 좌우의 VPC(61, 61'), 좌우의 로봇(55, 55'), 좌우의 DTC(62, 62'), 워터스테이션(57), 로봇드라이(58)및 로드/언로드 유닛(59) 등이 구비되어; 연마부에서의 연마후 HF 기상을 이용한 포스트 에칭 공정으로 사용하게 됨으로, CMP 후의 웨이퍼 표면이 거칠지 않고 필름의 슬라이트 에칭을 통한 결함을 제거한 것을 그 특징으로 한다.
HF 가스, VPC, 화학기계적 연마, CMP, 포스트크리닝장치, HF 기상법

Description

ＨＦ 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치{Chemical Mechanical Polishing Device using HF Vapor Method}
도 1 은 PVA(POLYVINYL ALCOHOL)브러쉬를 이용한 포스트 크리닝 장치의 사시도,
도 2 는 메가소닉을 이용한 포스트 크리닝을 설명하는 구조도,
도 3 은 축적된 연마입자와 웨이퍼간의 반발력을 나타낸 상태도,
도 4 는 종래의 화학기계적 연마장치를 도시해 놓은 구조도,
도 5 는 본 발명의 실시예에 관한 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치를 도시해 놓은 구조도,
도 6 은 도 5 에 도시된 VPC(VAPOR PROCESS CHAMBER) 프로세스 진행챔버를 나타낸 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
50 : 화학기계적 연마장치
61, 62 : 각 챔버
70 : HF 기상실
80 : 척(CHUCK)
81 : 스핀모터
본 발명은 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HF 가스와 함께 VPC(VAPOR PROCESS CHAMBER)프로세스를 이용한 화학기계적 연마(CMP) 포스트크리닝장치에 관한 것이다.
최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다. 따라서, 고집적화를 위해 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing)공정이 사용되고 있다.
하나의 칩을 제작하기 위해서는 포토(Photo), 에치(Etch)및 증착(Deposition) 등 수많은 공정들이 필요하다. 특히, 포토 공정은 칩 내에 패턴들이 디자인대로 구현할 수 있는지를 결정하는 중요한 공정이다. 디자인대로 포토공정을 구현하기 위해서는 웨이퍼 표면의 평탄화가 필수적이다. 이러한 평탄화는 이전의 리플로우(Reflow), 증착 및 에치 백(Dep. & Etch Back) 공정을 거치면서 달성할 수 있었으나, 고집적화에 따라, 패턴 최소 선폭이 감소함에 따라 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 도입되게 되었다.
상기 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정은 기존의 리플로우, 증착 및 에치 백 등의 공정과 비교하여 평탄화 특성이 우수하게 되므로, 거의 대부분의 디바이스 메이커(Device Maker)에서 현재 적용되고 있다.
상기 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정은 장비뿐만 아니라 패드(pad), 슬러리(slurry) 와 같은 소모품 파트(Consumable Part)가 공정 특성을 결정짓는데 중요한 역할을 한다. 그 중 연마율(removal rate)을 결정짓는 슬러리는 특정의 화학액에 연마입자가 분산되어 있는 상태이다. 화학액이 웨이퍼 표면 물질은 화학적으로 반응시키고, 분산되어 있는 연마입자가 웨이퍼 표면의 반응 물질을 결함없이 제거함으로써 평탄화를 이룰 수 있으며, 일반적으로 30 ~ 150 nm 정도의 크기로 구성되어 있다.
상기 연마입자의 종류에는 실리카(SIO2), 세리아(CEO2), 알루미나(Al2O3)가 대표적인 연마입자로 분류된다. 그러나, 화학기계적연마의 연마율을 결정짓는 슬러리의 경우 연마 중에는 가장 중요한 요소 중에 하나지만, 연마 후에는 웨이퍼 표면에 잔존해서는 안 된다. 즉, 연마 후에는 세정 공정 등을 통해서 웨이퍼 표면으로부터 완전히 제거하여야지만 칩의 신뢰성을 확보할 수 있다.
종래의 화학기계적연마 공정에서는 포스트 크리닝 설계(Post cleaning scheme)를 이용하여 세정 공정을 수행하고 있다. 대표적인 포스트 크리닝(Post cleaning) 공정은 초순수 또는 특정 화학액이 들어있는 탱크에 웨이퍼를 분사 혹은 담군 상태에서 메가소닉(Mega sonic)을 가하여 웨이퍼 표면에 흡착되어 있는 연마 입자를 제거하는 방식이다.
이와 병행하여 PVA 브러쉬를 이용하여 초순수(DIW) 또는 특정 화학액를 분사하면서 웨이퍼 표면에 흡착되어 있는 연마 입자를 마찰력을 이용하여 제거하는 방식도 있으며, 두 방식을 병행하여 사용하는 경우도 있다. 그러나, 이러한 초순수를 사용하는 크리닝의 경우는 세정시간이 길고 결함제거율이 낮아서 추가 크리닝을 통한 리워크(Rework) 발생이 다발하고 있다.
도 1 은 PVA(POLYVINYL ALCOHOL)브러쉬를 이용한 포스트 크리닝의 사시도로서, 포스트 크리닝은 PVA 브러쉬(10)가 도면에 도시된 화살표와 같이 작동되고 있는 바, 이는 웨이퍼(20)의 프론트 백사이드면에 PVA 브러쉬(10)를 접촉시킨 후 초순수 또는 특정 화학액을 분사시키게 된다. 이때, 상기 PVA 브러쉬(10)와 웨이퍼(20)는 모두 회전하면서, 상기 웨이퍼(20)의 표면에 흡착되어 있는 연마입자를 제거하게 된다.
도 2 는 메가소닉을 이용한 포스트 크리닝을 설명하는 구조도로서, 화학 A,B 및 린스를 분사하는 독립 상부 스프레이(1)와 독립 저부스프레이(2)가 설치되고, 그 사이에 웨이퍼 로테이션(5)이 되고 있다. 그리고, 메가소닉 트랜듀서(3)밑으로부터 소닉 에너지패스(SONIC ENERGY PATH : 4)가 이루어지고 있다.
상기 스프레이(1, 2)로부터 웨이퍼의 프론트 백사이드면에 초순수 또는 특정 화학액을 분사시키면서 웨이퍼 표면에 메가소닉을 인가한다. 이때, 웨이퍼는 회전하면서, 웨이퍼 표면에 흡착되어 있는 연마입자를 제거하게 된다.
도 4 는 종래의 화학기계적 연마장치를 도시해 놓은 구조도로서, 화학기계적 연마공정의 순서도로는 웨이퍼 인풋(WAFER INPUT) - 트랜스퍼 - 슬러리를 이용한 웨이퍼 폴리싱 - 초순수(DIW)를 이용한 웨이퍼폴리싱(WAFER POLISHING) - 트랜스퍼 - 포스트 크리닝 1 - 트랜스퍼 - 포스트 크리닝 2 - 트랜스퍼 - 린스및 드라이 - 트랜스퍼 - 웨이퍼 아웃풋(WAFER OUTPUT) 인 것이다.
화학기계적 연마장치(50)에는 초순수(DIW), N2, 진공(VACUUM)및 에어가 각각 공급되고 있고, 좌우의 폴리싱유닉(51, 51'), 좌우의 턴오버(52, 52'), 로터리트랜스포터(53), 좌우의 크리닝유닛1(54, 54'), 좌우의 로봇(55, 55'), 좌우의 크리닝유닛2(56, 56'), 워터스테이션(57), 로봇드라이(58)및 로드/언로드 유닛(59) 등이 구성되어져 있다.
현재 설비(Fab)에서 사용하고 있는 예컨데 F-REX200, EBARA의 화학기계적 연마장치(50)에서는 연마 단계에서 슬러리를 이용한 연마, 초순수(DIW)를 이용한 연마 순으로 이루어지며, 초순수를 이용한 연마 단계는 1차 세정 효과를 가지기 위해 적용된다.
이후 포스트 크리닝(Post Cleaning) 1 에서는 롤브러쉬(Roll Brush)를 이용하여 파티클(Particle)과 브러쉬사이에 수막을 형성시키고 오염물을 회전에 의한 끄는 힘을 발생시키는 노와 같은 역할을 통해 제거하며, 포스트 크리닝 2에서는 펜슬 브러쉬(Pencil Brush)를 이용하여 파티클과 브러쉬 수막을 형성시키고, 오염물을 회전에 의한 원심력으로 튕겨내어 제거한다.
따라서, 화학기계적 연마 공정에서 사용되는 연마입자는 웨이퍼 평탄화를 위 해 중요한 역할을 한다. 그러나, 연마 후에는 웨이퍼 표면에 흡착되어 있는 연마 입자를 반드시 제거하여야 한다. 이를 위하여 여러 가지의 세정 방식이 도입되어 있다. 그러나, 초순수를 사용하는 크리닝의 경우는 세정시간이 길고, 결함 제거율이 낮아서 추가 크리닝을 통한 리워크의 발생이 다발되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 연마 후에 포스트 크리닝 단계에서 HF 기상(vapor)을 도입시킴으로써 전체적인 포스트 크리닝의 공정시간을 단축시킬 수 있고, 케미컬(Chemical)처리를 통한 결함의 제거율을 향상시킬 수 있는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명에서 화학기계적 폴리싱 이후 포스트 크리닝 처리를 위해 39.6 %를 기상화시키기 위해 핫(HOT)N2를 케리어(CARRIER)로 사용하여 연마후에 포스트 크리닝에 적용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초순수(DIW), N2, 진공및 에어가 각각 공급되고 있는 화학기계적 연마장치(50)에는 좌우의 폴리싱유닉(51, 51'), 좌우의 턴오버(52, 52'), 로터리 트랜스포터(53), 좌우의 VPC(61, 61'), 좌우의 로봇(55, 55'), 좌우의 DTC(62, 62'), 워터스테이션(57), 로봇드라이(58) 및 로드/언로 드 유닛(59) 등이 구비되어; 연마부에서의 연마후 HF 기상을 이용한 포스트 에칭 공정으로 사용하게 됨으로, CMP 후의 웨이퍼 표면이 거칠지 않고 필름의 슬라이트 에칭을 통한 결함을 제거한 것을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3 은 축적된 연마입자(30)와 웨이퍼(20)간의 반발력을 나타낸 상태도이다. 종래의 화학기계적 폴리싱 후의 세정 공정은 초순수 또는 특정 화학액이 들어있는 탱크에 웨이퍼를 분사 혹은 담 군 상태에서 메가소닉을 가하여 웨이퍼 표면에 흡착되어 있는 연마 입자를 제거하는 방식(도 2 참조)과 함께 PVA 브러쉬를 이용하여 초순수 또는 특정 화학 액을 분사하면서 웨이퍼 표면에 흡착되어 있는 연마 입자를 마찰력을 이용하여 제거하는 방식(도 1 참조)을 사용하고 있으며, 두 방식을 병행하여 사용하는 경우도 있다.
그러나, 본 발명에서는 이러한 세정 공정을 HF 기상을 도입시킴으로써 전체적인 포스트 크리닝의 공정시간을 단축시킬 수 있고, 화학용액(Chemical)처리를 통한 결함 제거율을 향상시킬 수 있다. 상기 포스트 크리닝 단계에 사용되는 케미컬은 39.6 %의 HF이며, 이 HF를 기상화(vaporizing)시키기 위해 온도가 높은 N2를 케리어로 사용할 수 있도록 구성되어 있다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 관한 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치를 도시해 놓은 구조도로서, 본 발명 화학기계적 연마공정의 순서도는 웨이퍼 인풋 - 트랜스퍼 - 슬러리를 이용한 웨이퍼 폴리싱 - 초순수(DIW)를 이용한 웨이퍼폴리 싱 - 트랜스퍼 - VPC - 트랜스퍼 - DTC(린스및 드라이) - 트랜스퍼 - 웨이퍼 아웃풋 순으로 진행되고 있다. 상기 DTC 는 린스및 드라이 진행 챔버인 것이다. 그리고, HF 기상을 통한 공정 진행 챔버는 VPC(Vapor Process Chamber)로 한다.
본 발명의 화학기계적 연마장치(50)에서는 초순수(DIW), N2, 진공 및 에어가 각각 공급되고 있고, 좌우의 폴리싱유닉(51, 51'), 좌우의 턴오버(52, 52'), 로터리 트랜스포터(53), 좌우의 VPC(61, 61'), 좌우의 로봇(55, 55'), 좌우의 DTC(62, 62'), 워터스테이션(57), 로봇드라이(58)및 로드/언로드 유닛(59) 등이 구성되어져 있다.
연마 단계에서 슬러리를 이용한 연마, 초순수를 이용한 연마 순으로 이루어지며, 초순수를 이용한 연마 단계는 1차 세정 효과를 가지기 위해 적용된다. 2차 세정으로 COM(Chlorine Ozone Mixture)을 이용한 케미컬 크리닝(Chemical Cleaning)을 적용한다.
상기 COM처리를 통해 천이성 금속 오염물을 제거하게 되는데, 상기 CMP후 발생된 금속 불순물은 전기 음성도가 Si보다 높아서 전기화학적으로 표면에 흡착이 이루어지며, 흡착에 의한 불순물의 오염원을 효과적으로 제거하기 위해 금속 불순물보다 전기 음성도가 큰 COM을 이용하여 탈착이 이루어지도록 한다. 대부분의 금속 오염물은 묽은 염산에 의해 제거가 가능하며, Cu 나 Al의 경우 전기음성도가 큰 오존에 의해 전자를 빼앗기어 용액으로 나오게 된다.
도 6 은 도 5 에 도시된 VPC 프로세스 진행챔버를 나타낸 개략도이다. VPC(61)에서 N2 가 MFC(71, 71')를 통해 공급되고 있고, 내부에는 HF 기상실(70)과 척(CHUCK : 80)이 설치되어 있다. 상기 척(80)은 스핀모터(81)에 의해 구동되고 있고, 하부로는 내부를 통과한 N2가 배출되고 있다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 종전의 별도의 세정부를 도입하여 진행하던 초순수나 케미컬을 이용한 포스트 크리닝과 달리 HF 기상을 이용한 포스트 에칭 공정으로 변경함으로 CMP 후의 웨이퍼 표면 거칠기의 개선과 필름의 슬라이트 에칭(Slight Etching)을 통한 결함 제거율을 향상시킬 수 있으며, 초순수나 기타 케미컬사용으로 인해 공정시간이 증가하는 것을 개선시킬 수 있다.
본 발명은 연마부에서 연마 단계 후 포스트 크리닝을 포스트 에칭 공정으로 변경 도입한다. 상기 포스트 에칭에 사용되는 케미컬 은 39.6%의 HF로 한다. 상기 HF 케미컬의 직접적인 사용이 아니라 N2 를 이용한 버블링(Bubbling)을 통해 N2 케리어로 HF 기상을 생성할 수 있다.
본 발명의 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 설명했지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 이 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, HF 기상(Vapor)을 이용한 포스트 에칭 공정으로 변경함으로 CMP 후의 웨이퍼 표면 거칠기의 개선과 필름의 슬라이트 에칭을 통한 결함 제거율을 향상시킬 수 있으며, 초순수(DIW)나 기타 케미컬사용으로 인한 프로세스 타임의 증가를 개선시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 초순수(DIW), N2, 진공및 에어가 각각 공급되고 있는 화학기계적 연마장치에는 좌우의 폴리싱 유닛, 좌우의 턴오버, 로터리 트랜스포터, 좌우의 VPC(VAPOR PROCESS CHAMBER), 좌우의 로봇, 좌우의 DTC, 워터스테이션, 로봇드라이및 로드/언로드 유닛 등이 구비되어;
    연마부에서의 연마후 HF 기상을 이용한 포스트 에칭 공정으로 사용하게 됨으로, CMP 후의 웨이퍼 표면이 거칠지 않고 필름의 슬라이트 에칭을 통한 결함을 제거한 것을 특징으로 하는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초순수를 이용한 연마는 1차 세정을 가지기 위해 적용되고, 2차 세정으로 COM을 이용한 케미컬 크리닝을 적용한 것을 특징으로 하는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 포스트 에칭에 사용되는 케미컬은 39.6%의 HF로 한 것을 특징으로 하는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 케미컬의 직접적인 사용이 아니라 N2 를 이용한 버블링을 통해 N2 케리어로 HF 기상을 생성한 것을 특징으로 하는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 DTC 는 린스및 드라이 진행 챔버인 것을 특징으로 하는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 VPC 는 HF 기상을 통한 공정 진행 챔버인 것을 특징으로 하는 HF 기상법을 이용한 화학기계적 연마장치.
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