KR20080062043A - Chemical mechanical polishing method for preventing defects due to post cleaning - Google Patents

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Abstract

A CMP method for preventing defects due to a post cleaning process is provided to remove foreign materials by performing a second polishing process using deionized water. A wafer is loaded into a chemical mechanical polishing apparatus(S21). A first polishing process is performed by using a slurry and a polishing pad(S22). A post-cleaning process for the first polished wafer is performed(S23). A second polishing process for the wafer is performed by using only deionized water(S24). A rinse process and a dry process for the wafer are performed(S25). The wafer is discharged from the CMP apparatus(S26). The post-cleaning process is performed by using a roll brush.

Description

후-세정으로 인한 불량을 방지하기 위한 화학기계적 연마 방법{Chemical Mechanical Polishing Method for Preventing Defects Due to Post Cleaning}Chemical Mechanical Polishing Method for Preventing Defects Due to Post Cleaning}

도 1은 종래기술에 따른 화학기계적 연마 방법의 공정 순서도.1 is a process flow chart of a chemical mechanical polishing method according to the prior art.

도 2는 종래기술에 따른 화학기계적 연마 방법의 후-세정으로 인해 발생한 웨이퍼의 이물질을 보여주는 사진 예시도.Figure 2 is a photographic illustration showing the foreign matter of the wafer caused by the post-cleaning of the chemical mechanical polishing method according to the prior art.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 방법의 공정 순서도.3 is a process flow chart of a chemical mechanical polishing method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 화학기계적 연마 공정의 후-세정으로 인하여 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 화학기계적 연마 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a chemical mechanical polishing method capable of preventing a defect from occurring due to post-cleaning of a chemical mechanical polishing process.

반도체 소자의 고성능화, 고집적화, 고밀도화에 따라 소자의 구조가 보다 다층화되고 표면의 요철이 커지는 경향이 있다. 표면의 단차가 커지면 노광 공정을 진행할 때 표면의 초점 심도에 제한이 따르므로 미세한 선폭의 집적화가 곤란하다. 따라서 표면 평탄화 과정이 필수적인데, 통상적인 평탄화 기술로는 스핀-온-글라스(spin on glass; SOG), 리플로우(reflow), 에치-백(etch back) 등이 있다.As the semiconductor device has high performance, high integration, and high density, the structure of the device tends to be more multilayered, and the unevenness of the surface tends to increase. If the step height of the surface becomes large, since the depth of focus of the surface is limited during the exposure process, it is difficult to integrate the fine line width. Therefore, the surface planarization process is essential. Conventional planarization techniques include spin on glass (SOG), reflow, and etch back.

그러나 이러한 전통적 평탄화 기술들은 칩 크기 정도의 평탄화에는 효과가 있지만, 0.35㎛ 이하의 배선 폭을 요구하는 반도체 소자에 적용할 때 다층 배선의 층간 절연막에 대하여 서브 마이크론 이하의 평탄도를 얻기는 어렵다. 이에 광범위한 평탄화가 가능한 기술로서, 기계적 연마와 동시에 화학반응에 의해 연마를 행하는 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 기술이 대두된다.However, although these conventional planarization techniques are effective in planarizing the chip size, it is difficult to achieve sub-micron flatness for the interlayer insulating film of the multilayer interconnection when applied to a semiconductor device requiring a wiring width of 0.35 µm or less. As a technology capable of a wide range of planarization, a chemical mechanical polishing (CMP) technique, which performs polishing by chemical reaction at the same time as mechanical polishing, has emerged.

화학기계적 연마 기술은 슬러리(slurry)와 패드(pad)의 마찰력을 이용하여 웨이퍼 표면을 가공하기 때문에 슬러리와 패드의 영향이 크다. 또한 화학기계적 연마 공정의 후-세정(post cleaning) 단계는 반도체 소자의 수율에 영향이 크기 때문에 최근 후-세정 방법에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.The chemical mechanical polishing technique uses the frictional force of slurry and pad to process the wafer surface, so the influence of slurry and pad is large. In addition, since the post-cleaning step of the chemical mechanical polishing process has a large effect on the yield of the semiconductor device, a lot of researches have recently been made on the post-cleaning method.

대표적인 후-세정 방법으로 초순수 또는 특정 화학액이 들어있는 세정조에 웨이퍼를 담근 상태에서 초음파를 가하여 웨이퍼 표면에 흡착된 연마 입자를 제거하는 방식이 있다. 또한, 초순수 또는 특정 화학액을 분사하면서 브러시(brush)를 이용하여 웨이퍼 표면에 흡착된 연마 입자를 제거하는 방식도 있다. 또한, 이 두 방식을 병행하여 사용하는 경우도 있다.A typical post-cleaning method is a method of removing abrasive particles adsorbed on a wafer surface by applying ultrasonic waves while the wafer is immersed in a cleaning tank containing ultrapure water or a specific chemical liquid. There is also a method of removing abrasive particles adsorbed on the wafer surface using a brush while spraying ultrapure water or a specific chemical liquid. In addition, these two systems may be used in parallel.

그러나 브러시 등과 같이 세정에 이용되는 설비 또는 기구가 오염되어 있으면, 후-세정을 완료하더라도 웨이퍼에 이물질(particle)이 남게 된다. 이러한 이물질은 후속 공정인 금속배선 증착 공정에서 후면 압력 에러(back side pressure error)를 유발하거나 노광 공정에서 포커스 에러(defocus), 정렬 에러(align miss) 등을 유발한다. 이들은 웨이퍼의 수율에 큰 문제를 야기하는 요인들이다.However, if the equipment or apparatus used for cleaning, such as a brush, is contaminated, the particles remain on the wafer even after the post-cleaning is completed. Such foreign matters cause a back side pressure error in a subsequent metallization deposition process, or a defocus or alignment miss in an exposure process. These are the factors causing a big problem in the yield of the wafer.

도 1은 종래기술에 따른 화학기계적 연마 방법의 공정 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 화학기계적 연마 방법은 설비 내로 웨이퍼를 투입(S11)한 후, 슬러리를 이용한 제1 연마 공정(S12)과 초순수를 이용한 제2 연마 공정(S13)을 거친 다음, 하나 이상의 후-세정 공정(S14)과 린스 및 건조 공정(S15)을 거쳐 웨이퍼를 배출(S16)한다. 이러한 종래의 화학기계적 연마 방법에 있어서 후-세정(S14)으로 인해 웨이퍼에 이물질이 발생할 수 있으며, 도 2는 그러한 예를 보여주는 사진이다.1 is a process flow chart of a chemical mechanical polishing method according to the prior art. As shown in FIG. 1, in the conventional chemical mechanical polishing method, a wafer is introduced into a facility (S11), and then subjected to a first polishing step (S12) using a slurry and a second polishing step (S13) using ultrapure water. The wafer is discharged (S16) through at least one post-cleaning process (S14) and a rinse and drying process (S15). In the conventional chemical mechanical polishing method, foreign matter may be generated on the wafer due to post-cleaning (S14), and FIG. 2 is a photograph showing such an example.

따라서 본 발명의 목적은 화학기계적 연마 공정의 후-세정으로 인하여 웨이퍼에 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.It is therefore an object of the present invention to prevent defects in the wafer due to post-cleaning of the chemical mechanical polishing process.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 구성의 화학기계적 연마 방법을 제공한다.In order to achieve this object, the present invention provides a chemical mechanical polishing method of the following configuration.

본 발명에 따른 화학기계적 연마 방법은, 화학기계적 연마 설비 내로 웨이퍼를 투입하는 단계와, 상기 웨이퍼에 대하여 슬러리와 연마 패드를 이용하여 제1 연마를 진행하는 단계와, 상기 제1 연마가 완료된 웨이퍼에 대하여 후-세정 공정을 진행하는 단계와, 상기 후-세정 공정이 완료된 웨이퍼에 대하여 초순수만을 이용하여 제2 연마를 진행하는 단계와, 상기 제2 연마가 완료된 웨이퍼에 대하여 린스 및 건조 공정을 진행하는 단계와, 상기 린스 및 건조 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 화학기계적 연마 설비로부터 배출하는 단계를 포함하여 구성된다.The chemical mechanical polishing method according to the present invention comprises the steps of injecting a wafer into a chemical mechanical polishing facility, performing a first polishing process using a slurry and a polishing pad on the wafer, and performing the first polishing on the wafer. Performing a post-cleaning process on the wafer, performing a second polishing on the wafer on which the post-cleaning process is completed, using only ultrapure water, and rinsing and drying the wafer on which the second polishing is completed. And discharging the wafer from which the rinse and drying process is completed from the chemical mechanical polishing facility.

이러한 화학기계적 연마 방법에서, 상기 후-세정 공정은 롤 브러시를 이용할 수 있다. 또한, 상기 제2 연마 공정의 압력은 약 30hPa, 분당회전수(RPM)는 상기 제1 연마 공정의 절반 수준인 것이 바람직하다.In this chemical mechanical polishing method, the post-cleaning process may use a roll brush. In addition, it is preferable that the pressure of the second polishing process is about 30 hPa, and the RPM per minute (RPM) is half the level of the first polishing process.

실시예Example

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. However, in describing the embodiments, descriptions of technical contents that are well known in the art to which the present invention pertains and are not directly related to the present invention are omitted. This is to more clearly communicate without obscure the core of the present invention by omitting unnecessary description.

화학기계적 연마 공정에서 사용되는 연마 입자는 웨이퍼 평탄화를 위해 중요할 역할을 한다. 그러나 연마 후에는 웨이퍼 표면과 후면에 흡착되어 있는 연마 입자를 반드시 제거해야 한다. 이를 위해 여러 가지 세정 방식이 도입되고 있으나 아직 한계가 있으며, 특히 후-세정 설비나 도구의 오염으로 인한 문제는 현재 해결 방안이 없는 실정이다.Abrasive particles used in chemical mechanical polishing processes play an important role for wafer planarization. However, after polishing, abrasive particles adsorbed on the wafer surface and backside must be removed. Various cleaning methods have been introduced for this purpose, but there are still limitations. In particular, the problem caused by contamination of post-cleaning equipment or tools has no solution.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 방법의 공정 순서도이다.3 is a process flowchart of a chemical mechanical polishing method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저 화학기계적 연마 설비 내로 웨이퍼를 투입한다(S21). 일단 설비 내로 투입된 웨이퍼는 이송 로봇 등의 수단에 의하여 설비 내에서 이동된다. 웨이퍼는 먼저 연마 패드의 상부로 이송된다. 그런 후, 연마 헤드가 웨이퍼를 흡착 고정한 상태에서 슬러리와 연마 패드를 이용하여 제1 연마를 진행한다(S22).Referring to FIG. 3, first, a wafer is introduced into a chemical mechanical polishing facility (S21). The wafer once introduced into the facility is moved within the facility by means of a transfer robot or the like. The wafer is first transferred to the top of the polishing pad. Thereafter, the polishing head performs the first polishing by using the slurry and the polishing pad while the polishing head adsorbs and fixes the wafer (S22).

이어서, 종래와 같이 초순수(DI water)를 이용한 제2 연마 공정을 진행하지 않고 후-세정 공정을 진행한다(S23). 후-세정 공정은 롤 브러시(roll brush)를 이용한다.Subsequently, the post-cleaning process is performed without performing the second polishing process using ultrapure water (DI water) as in the related art (S23). The post-cleaning process uses a roll brush.

이어서, 초순수만을 이용하여 제2 연마를 진행한다(S24). 제2 연마 공정은 회전 척(chuck)에서 웨이퍼를 회전시키면서 소정의 압력으로 초순수를 분사한다. 따라서 분사되는 초순수의 압력에 의해 미세한 연마가 이루어지면서 혹시 있을지 모르는 웨이퍼 이물질도 제거할 수 있다. 제2 연마 공정은 화학액에 의한 오염을 방지하기 위해 초순수만을 이용하며, 후-세정 공정(S23) 후에 진행하므로 세정 설비나 도구의 오염으로 인한 웨이퍼 이물질도 제거할 수 있다. 제2 연마 공정에서 사용하는 압력은 약 30hPa로 하고, 분당회전수(RPM)는 제1 연마 공정의 절반 수준으로 낮춘다.Subsequently, the second polishing is performed using only ultrapure water (S24). The second polishing process sprays ultrapure water at a predetermined pressure while rotating the wafer in a rotary chuck. Therefore, fine polishing is performed by the pressure of the ultrapure water sprayed, and it is possible to remove any foreign matter that may be present. The second polishing process uses only ultrapure water to prevent contamination by the chemical liquid, and proceeds after the post-cleaning process (S23), so that foreign matters on the wafer due to contamination of the cleaning equipment or the tool can be removed. The pressure used in the second polishing process is about 30 hPa, and the RPM per minute (RPM) is lowered to half the level of the first polishing process.

이어서, 통상적인 린스 및 건조 공정(S25)을 거쳐 설비로부터 웨이퍼를 배출(S26)한다. 린스 및 건조 공정(S25)은 예컨대 스핀 린스 건조기(spin rinse dryer)에서 수행된다.Subsequently, the wafer is discharged from the facility (S26) through a normal rinsing and drying process (S25). The rinse and dry process S25 is carried out, for example, in a spin rinse dryer.

지금까지 실시예를 통하여 본 발명에 따른 후-세정으로 인한 불량을 방지하기 위한 화학기계적 연마 방법에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.So far, the chemical mechanical polishing method for preventing defects caused by post-cleaning according to the present invention has been described. In the present specification and drawings, preferred embodiments of the present invention have been disclosed, and although specific terms have been used, these are merely used in a general sense to easily explain the technical contents of the present invention and to help the understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 슬러리와 연마 패드를 이용한 제1 연마 공정 후에 바로 종래와 같이 초순수를 이용한 제2 연마 공정을 진행하지 않고 먼저 후-세정 공정을 진행한다. 그리고 초순수를 이용한 제2 연마 공정은 후-세정 공정 후에 진행한다. 따라서 후-세정 공정에서 세정 설비나 도구의 오염으로 인해 웨이퍼에 이물질이 남더라도 초순수를 이용한 제2 연마 공정을 통해 이를 제거할 수 있고 후-세정으로 인한 웨이퍼 불량을 방지할 수 있다.As described above, the present invention does not proceed with the second polishing step using ultrapure water immediately after the first polishing step using the slurry and the polishing pad. And the second polishing process using ultrapure water proceeds after the post-cleaning process. Therefore, even if foreign matter remains on the wafer due to contamination of the cleaning equipment or tools in the post-cleaning process, it may be removed through the second polishing process using ultrapure water, and the wafer failure due to the post-cleaning may be prevented.

Claims (4)

화학기계적 연마 설비 내로 웨이퍼를 투입하는 단계;Introducing a wafer into a chemical mechanical polishing facility; 상기 웨이퍼에 대하여 슬러리와 연마 패드를 이용하여 제1 연마를 진행하는 단계;Performing a first polishing on the wafer using a slurry and a polishing pad; 상기 제1 연마가 완료된 웨이퍼에 대하여 후-세정 공정을 진행하는 단계;Performing a post-cleaning process on the wafer on which the first polishing is completed; 상기 후-세정 공정이 완료된 웨이퍼에 대하여 초순수만을 이용하여 제2 연마를 진행하는 단계;Performing a second polishing using only ultrapure water on the wafer on which the post-cleaning process is completed; 상기 제2 연마가 완료된 웨이퍼에 대하여 린스 및 건조 공정을 진행하는 단계; 및Rinsing and drying the wafer on which the second polishing is completed; And 상기 린스 및 건조 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 화학기계적 연마 설비로부터 배출하는 단계;Ejecting the wafer from which the rinsing and drying process is completed from the chemical mechanical polishing facility; 를 포함하는 화학기계적 연마 방법.Chemical mechanical polishing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후-세정 공정은 롤 브러시를 이용하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 방법.And the post-cleaning process uses a roll brush. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 연마 공정의 압력은 약 30hPa인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연 마 방법.And the pressure of the second polishing process is about 30 hPa. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 연마 공정의 분당회전수(RPM)는 상기 제1 연마 공정의 절반 수준인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 방법.The RPM per minute of the second polishing process is about half the level of the first polishing process.
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