KR20100134222A - 반도체 제조 cmp용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정중 화학적 기계적 연마(CMP) 슬러리의 품질을 측정하는 방법에 있어서 입도를 측정하여 슬러리 품질을 관리함으로서 공정수율을 향상하는 장치에 관한 것으로, 슬러리 공급라인으로부터 본 발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 장치의 슬러리 인(①)로 투입되어, 투입된 슬러리중 일부는 샘플밸브(③)을 통하여 슬러리 품질검사를 하고, 나머지는 밸브(⑤)를 거쳐 포우필터를 거쳐 슬러리 아웃(②)으로 배출된다. 슬러리의 품질검사는 샘플밸브(③)을 통하여 측정베셀(⑦)로 투입이 되며 샘플루프(⑥)에서 정량에 필요한 샘플량과 디이온아이즈드 워터(D.I.Water)를 정량한다. 이때 센서를 통과하는 플로르 레이트를 일정하게 유지할 수 있게 펌프(⑧)로 구성한다. 본 발명에 사용된 센서(도면1. 측정원리)는 레이저를 이용하여 라지 파티클과 스몰 파티클을 동시에 측정하여 제어할 수 있도록 구성된다.

이와 같이 본 발명의 입도분석장치는 반도체 CMP 슬러리의 입도를 라지와 스몰 파티클을 동시에 측정하여 슬러리의 품질을 측정하는 것을 특징으로 한다. 또한, 인라인 모니터링 시스템으로 실시간 슬러리 품질관리를 통해 CMP 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

반도체, 화학기계적 연마, 슬러리, 슬러리 공급라인제어, CMP 공정수율향상

Description

반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치{Particle size analysis and its regulating Device for CMP slurry in Semiconductor Manufacturing.}

본 발명은 반도체 제조의 CMP공정에 사용하는 슬러리 품질 측정방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 화학기계적 연마공정의 불량을 줄일 수 있는 반도체 제조장치의 슬러리 품질 측정방법 및 제어장치에 관한 것이다.

반도체 기술의 발전은 정보자료의 고집적화 및 고밀도화가 요구됨에 따라 보다 미세한 패턴 형성기술이 사용되고 있고, 배선의 다층화 구조를 요구하는 영역도 점점 넓어지고 있는 추세이다. 이에 따라서, 반도체 소자의 구조가 더욱 복잡해지고 층간막들의 단차도 더욱 심해지는 경향으로 발전되고 있다. 그러나, 이러한 층간막들의 심한 단차는 반도체 제조공정에서 공정불량을 발생시키는 원인이 된다. 따라서 이러한 단차를 제거하기 위한 웨이퍼의 평탄화 기술은 여러 공정이 개발되어, 즉 에스오지(SOG), 에치백(Etch Back), 리플로우(Reflow) 및 광역 평탄화를 위한 화학기계적 연마(CMP) 공정기술등이 개발되었다. 이중에서 CMP 공쩡기술은 연마속도(Removal Rate)와 평탄도(Uniformity)가 매우 중요한 요소로서 이것은 CMP 공정조건, 슬러리(slurry) 종류 및 연마패드 종류 등에 결정되는 요소이다.

웨이퍼 표면을 기계적으로 강제 연마하는 역할을 맡고 있는 CMP용 슬러리의 경우 연마입자, 초순수 및 첨가제 등으로 구성된다. 이에 따라 CMP 슬러리는 물리적, 화학적, 기계적 메카니즘에 의해 입자들이 뭉치는 현상이 일어나게 된다. 입자가 뭉친 슬러리를 사용하여 CMP 공정을 진행하게 되면 웨이퍼 표면에 마이크로 스크랫치(micro scratch)와 같은 불량을 유발하여 수율 저하을 가져올 수 있다. 이러한 불량은 원하지 않는 크기의 거대입자의 함량과 대체로 비례적인 관계가 있다고 알려져 있다.

슬러리 뭉침에 의해 형성될 수 있는 거대입자의 경우 안정적으로 슬러리를 제조하였다 할지라도 입자간 응집이라는 슬러리의 기본적인 특성상 그 생성이 지속적으로 이루진다. 이에 따라, CMP 공정 진행시 안정적인 공정관리에 있어서 커다란 장애요인으로 되어왔다. 특히, 슬러리 공급단계에 있어서 이미 뭉친 슬러리가 유입될 수 있고 여러 가지 외부환경 요인, 가령 온도, 외부오염, 에이징(aging) 등에 의해 슬러리 품질관리에 상당한 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다.

CMP 공정의 주요 불량 중의 하나인 마이크로 스크랫치 발생에 관한 다각적인 원인규명의 결과, 대부분의 발생 요인은 다양한 요인에서 발생하는 거대입자 파티클(대략 1μ이상의 크기)로 추정되고 있다. 따라서, 거대입자를 쉽게 형성할 수 있는 성질을 보유한 슬러리를 공급하는 CMP 슬러리 공급장치에 거대입자 형성 정도를 실시간 모니터링하여 슬러리의 품질관리와 저품질의 슬러리 유입을 차단시켜야 하는 필요성이 대두되는 것이다.

본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 슬러리의 품질을 실시간으로 관리하여 화학기계적 연마공정의 불량을 줄일 수 있는 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치는 슬러리 공급장체에 슬러리 품질 모니터링 시스템을 인라인으로 연결시켜 슬러리의 품질을 상시 실시간으로 모니터링하며 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치는 슬러리 공급라인을 갖는 슬러리 공급장치와 상기 슬러리 공급라인을 통해 상기 슬러리 공급장치 각각으로부터 상기 슬러리를 제공받아 반도체 공정을 진행하는 반도체 공정설비와 상기 슬러리 공급라인으로부터 분기된 샘플링 라인을 가지며 상기 샘플링 라인 통해 상기 슬러리를 제공받아 상기 슬러리의 입도를 측정하는 인라인 모니터링 시스템과 이를 제어하는 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기 샘플링 라인은 측정하는 측정베셀과 세정액을 제공하는 세정액 유입라인과, 상기의 측정베셀의 측정량을 제어하는 레벨센서와 함께 센서에 측정샘플량이 일정하도록 조정하는 샘플 플로우레이트 조절 펌프로 포함된다. 또한 본발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치에 사용되는 측정용 센서는 대표도 1에서 보는 바와 같이 입자들을 좁은 Photozone에 통과 시키면서 레이저를 조사하여 입자들 하나 하나의 크기를 개별적으로 측정한 후 크기별 입자의 수를 데이터로 축척하여 전체적인 입도분포를 얻는 방법을 사용하여 측정하며, 도면 3과 4에서 보는바와 같이 라지와 스몰 파티클을 동시에 측정하여 슬러리의 품질을 측정하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치는 반도체 슬러리의 입도를 라지와 스몰 파티클을 동시에 측정하여 슬러리의 품질을 측정하는 것을 특징으로 한다. 또한, 인라인 모니터링 시스템으로 실시간 슬러리 품질관리를 통해 CMP 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이에 상기한바와 같이 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치에 의한 슬러리 측정방법은 슬러리 공급장체에 슬러리 품질 모니터링 시스템을 인라인으로 연결시켜 슬러리의 품질을 상시 실시간으로 모니터링하며, 품질관리 이상의 라지파티클이 측정되면 공정라인을 제어할수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치는, 슬러리 공급라인을 갖는 슬러리 공급장치와 상기 슬러리 공급라인을 통해 상기의 슬러리 공급장치로부터 상기 슬러리를 제공받아 반도체 공정을 진행하는 반도체 공 정설비와 상기 슬러리 공급라인으로부터 분기된 샘플링 라인을 가지며 상기의 샘플링 라인을 통해 상기 슬러리를 제공받아 상기 슬러리의 입도를 측정하는 인라인 모니터링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기의 샘플링 라인은, 상기 샘플링 라인과 측정베셀로 희석세정액을 제공하는 세정액 유입라인과 측정센서로 투입되는 측정라인을 포함한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기 샘플링 라인 ③샘플밸브(삼방밸브)에 의해 이어지고, 상기 샘플링 라인은 ⑥샘플루프에 의하여 조절되고, 시린지펌프에 의해 정량된다..

본 실시예의 장치에 있어서, 세정액 유입라인을 통해 세정액을 공급하고, 상기 샘플링 라인으로 공급된 슬러리 샘플과 측정베셀에서 측정을 위해 희석되며 센서로 측정한 후 라인을 통해 드레인시켜 상기 샘플링 라인을 세정한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상시 세정액 유입라인을 통해 상기 샘플링 라인으로 세정액을 공급하고, 상기 샘플링 라인으로 공급된 세정액을 상기 인라인 모니터링 시스템으로 제공하여, 상기 샘플링 라인을 세정한 세정액에 함유된 파티클의 크기별 개수를 측정한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기 인라인 모니터링 시스템은, 상기 슬러리를 희석시켜 상기 슬러리에 함유된 파티클의 크기별 입자의 개수를 측정하는 센서를 포함한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기 입도 분석을 위한 센서 부분는, 상기 슬러 리를 희석제로써 희석시키는 희석기와, 상기 슬러리와 상기 희석제를 혼합시키는 샘플 루프와, 상기 샘플 루프로 상기 희석제가 일정한 유속으로 제공되도록 일정한 압력을 가하는 펌프와, 상기 희석기에서 희석된 슬러리를 제공받아 상기 슬러리에 함유된 파티클의 크기별 개수를 측정하는 센서를 포함하며 센서로 투입되는측정용 슬러리 샘플의 양을 일정하게 조절하는 펌프로 구성된다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치는 인라인 모니터링 시스템으로서, 상기의 샘플링 라인과 연결되고 상기의 샘플링 라인으로 슬러리를 전달받아 상기 입도 분석하는 센서시스템과, 상기의 입도를 분석하는 센서를 제어하는 컨트로러를 포함한다.

본 실시예의 장치에 있어서, 상기의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치는 상기 반도체 공정설비와 상기 인라인 모니터링 시스템은 유선 또는 무선적으로 상호 통신 가능하게 연결되어, 상기 컨트롤러는 상기 입도 분석기에서 분석된 데이터를 토대로 상기 슬러리 공급장치 및 반도체 공정설비를 제어한다.

상기의 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 품질 측정방법은, 슬러리 공급라인을 통해 슬러리 공급장치로부터 반도체 공정설비로 슬러리를 각각 공급하는 단계와 상기의 슬러리 공급라인 중 어느 하나에서 분기된 샘플링 라인을 통해 공급된 슬러리를 입도 분석기로 제공하는 단계와 상기 입도 분석기로 제공된 슬러리를 희석시켜 상기 슬러리의 입도을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치의 입도 분석하는 제공된 슬러리를 희석시켜 상기 슬러리의 입도를 측정하는 단계는, 상기 슬러리를 샘플 루프로 제공하고, 상기 샘플 루프에 제공된 슬러리에 초순수를 혼합하는 단계와 상기 초순수가 혼합된 슬러리를 측정베셀에 제공하여 소정 비율로 희석시키는 단계와 상기 측정베셀에서 희석된 슬러리를 측정 센서로 제공하여 상기 슬러리에 함유된 파티클의 크기별 개수를 측정하는 단계를 포함한다.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 초순수가 혼합된 슬러리를 측정센서에 제공하여 소정 비율로 희석시키는 단계는, 상기 초순수와 혼합된 슬러리를 희석 펌프의 작동으로 일정 유속으로 상기 측정베셀로 제공하는 단계를 포함한다.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 측정베셀에서 희석된 슬러리를 측정 센서로 제공하여 상기 슬러리옵에 함유된 파티클의 크기별 개수를 측정하는 단계 이후에, 상기 희석된 슬러리를 상기 측정 센서로부터 드레인시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 슬러리의 거대입자 분포를 파악한 뒤 슬러리 공급제어를 통해 CMP에서의 마이크로 스크랫치발생을 예측 및 예방할 수 있게 되고, 이에 따라 슬러리 품질 관리를 통해 CMP공정의 수율이 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치의 측정원리로서, 입자들을 좁은 Photozone에 통과 시키면서 레이저를 조사하여 입자들 하나 하나의 크기를 개별적으로 측정한 후 크기별 입자의 수를 데이터로 축척하여 전체적인 입도분포를 얻는방법을 도식화한 원리도이다.

도 2는 본 발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치의 대표도로서 반도체 제조공정의 CMP용 슬러리는 ①의 슬러리인으로 들어오며, 통상적인 CMP공정 슬러리의 흐름은 ①의 슬러리인으로부터 ⑤번의 삼방밸브를 거쳐 ④번의 필터를 통해 ②번의 슬러리아웃을 통해 공정상으로 진행이 된다. 여기에 있어서 본 발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치의 입도분석의 실시예는 공정중의 CMP용 슬러리를 ①의 슬러리인으로부터 ③의 샘플밸브로부터 실린지 펌프의 조절을 통해 ⑥샘플루프를 이용해 일정량 샘플하여 측정베셀(100∼200ml)로 투입한후 희석세정액(초순수)으로 정량하게 희석시킨후에 측정센서로 측정할 샘플을 정량적으로 투입하도록 ⑧의 희석정량펌프로 펌핑하여 측정한다.

본 발명의 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치에 있어서 상기의 슬러리 측정치가 품질관리상 적절하면, 상기의 ①에서 ⑤ -＞④번 -＞②의 순서로 공정상에 직접사용되도록 제어된다. 측정상 적절치 않은 수치가 측정되면 우선 ①에서 ⑤에서 POU 바이패스를 통해 ③의 샘플밸브를 통하여 다시 ⑥샘플루프를 이용해 일정량 샘플하여 측정베셀(100∼200ml)로 투입한후 희석세정액(초순수)으로 정량하게 희석시킨후에 측정센서로 측정할 샘플을 정량적으로 투입하도록 ⑧의 희석정량펌프로 펌핑하여 재측정한다. 측정을 통하여 적절하면 상기의 ①에서 ⑤ -＞④번 -＞②의 순서로 공정상에 투입이 되나, 절절치 않은 것이 판명되면 공정은 중지되도록 제어하는 조정이 된다.

도 3은 입경이 1um보다 큰 입자의 경우 광차단법의 원리에 의해 측정이 되는 원리를 나타내는 도식도로서, 유체의 흐름과 직각으로 균일한 평행광을 조사시킬수 있도록 장치 센서면에 입자의 단면적에 해당되는 입장의 그림자 형성 검출된 펄스의 높이는 입자의 크기에 선형적으로 비례하는 것을 나타내는 원리를 나타내며,

도 4는 광산란법의 원리로서 입경이 1∼2um보다 작은 입자의 경우를 측정하는 방법을 나타낸 즉, 빛이 단일 입자에 조사되면 빛은 산란되고 이때의 산란각은 입자의 크기 및 굴절률과 함수관계가 성립됨을 보여주는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 슬러리의 거대입자 분포를 파악한 뒤 슬러리 공급제어를 통해 CMP에서의 마이크로 스크랫치 발생을 예측 및 예방할 수 있게 된다. 이에 따라, 슬러리 품질 관리를 통해 CMP 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 센서의 측정원리를 나타내는 도식도

도 2는 본 발명의 구성 대표 도면도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

① 슬러리인 부문 ② 슬러리아웃 부분 ③ 샘플인 밸브 ④ P.O.U 필터

⑤ 삼상밸브 ⑥ 샘플루프 ⑦ 측정베셀 ⑧ 정량펌프

도 3은 입경이 1um보다 큰 입자의 경우 광차단법의 원리

도 4는 도 4는 광산란법의 원리로서 입경이 1∼2um보다 작은 입자의 경우를 측정하는 방법

Claims (3)

1. 슬러리가 유입되는 슬러리유입①과 샘플밸브③와 시린지펌프와 ⑦측정베셀과 센서와 샘플량을 조절하는 펌프⑧로 구성이 되는 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치
2. 제 1항에 있어서 ⑦의 측정베셀은 슬러리 샘플과 희석액이 혼합이 되도록 하는 장치를 포함하는 반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치
3. 제 1항에 있어서 센서는 , 라지와 스몰 파티클을 동시에 측정하여 슬러리의 품질을 측정하는 것을 특징으로하는 상반도체 제조 CMP용 슬러리의 입도분석 및 제어 장치

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