KR20050014350A - A chemical mechanical polishing semiconductor device and mehhod for preventing scratch - Google Patents
A chemical mechanical polishing semiconductor device and mehhod for preventing scratchInfo
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Abstract
Description
본 발명은 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법에 관한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함인 스크레치를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing (CMP) semiconductor device for preventing scratches, and a method for preventing scratches thereof, and a technique for preventing scratches, which is a major defect of the CMP process.
화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 공정은 집적 회로 생산 공정에서 웨이퍼(wafer) 표면의 절연막(산화물 등) 또는 금속막(텅스텐, 구리 등)을 제거하여 평탄화시키기 위하여 이용된다. 상기 CMP 공정을 수행하기 위한 기계는 Brunelli등에 의한 U.S. Pat. No. 5,702,292에 상세히 설명되어 있다. 상기 CMP 기계는 웨이퍼를 연마 패드(polishing pad)에 접촉하도록 위치시킨다. 상기 연마 패드는 패드 상부에 슬러리(slurry)가 공급되는 상태에서 상기 웨이퍼와 상대적으로 회전한다. 웨이퍼는 패드와 슬러리에 의해서 연마되며, 패드가 부착된 연마 테이블(platen)은 단순히 회전운동을 한다. 웨이퍼가 부착된 헤드부는 회전 운동과 함께 웨이퍼를 일정한 압력으로 가압하여 준다. 웨이퍼는 표면 장력 또는 진공에 의해 헤드부에 장착되어 되고, 상기 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 패드가 접촉된다. 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공 부분, pad groove) 사이로 슬러리가 유동하여 슬러리 내부에 존재하는 연마 입자와 패드의 표면 돌기들에 의한 기계적 화학적 작용으로 웨이퍼를 평탄화시킨다.Chemical Mechanical Polishing (CMP) process is used to remove and planarize an insulating film (oxide, etc.) or a metal film (tungsten, copper, etc.) on the wafer surface in an integrated circuit production process. Machine for performing the CMP process is described by U.S. Pat. No. It is described in detail in 5,702,292. The CMP machine places the wafer in contact with a polishing pad. The polishing pad rotates relative to the wafer while a slurry is supplied over the pad. The wafer is polished by the pad and the slurry, and the polishing plate to which the pad is attached simply rotates. The head portion to which the wafer is attached presses the wafer at a constant pressure along with the rotational movement. The wafer is mounted on the head portion by surface tension or vacuum, and the pad surface is brought into contact with the surface of the wafer by the load of the head portion and the pressing force applied thereto. The slurry flows between the minute gaps (the pad grooves of the pads) between the contact surfaces to planarize the wafer by the mechanical and chemical action by the abrasive particles present in the slurry and the surface protrusions of the pad.
종래에는 도 1과 같이 CMP 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(wafer)를 연마하기위한 장치가 있었는데, 연마 패드(20), 원판형으로 연마 패드(20)를 부착하기 위한 연마 테이블(10), 웨이퍼(40)를 지지하기 위한 헤드(30), 슬러리(slurry) 주입구 (50)등으로 구성되어 있었는데, 그 연마 방법은 다음과 같다.Conventionally, there was an apparatus for polishing a wafer during the CMP process as shown in FIG. 1, which includes a polishing pad 20, a polishing table 10 for attaching the polishing pad 20 to a disc shape, and a wafer ( It consisted of the head 30 for supporting 40, the slurry injection port 50, etc., The grinding method is as follows.
슬러리 주입구(50)를 통해 연마 테이블(10) 상부에 위치한 패드(20) 표면으로 액체 상태의 슬러리(60)가 공급된다. 이 때, 연마 테이블(10)은 회전 운동을 한다. 다음으로, 웨이퍼(40)를 헤드(30) 표면에 장착한다. 상기 헤드에 웨이퍼(40)를 장착한 상태에서 웨이퍼와 패드(20)가 접촉할 때까지 헤드(30)가 회전하며 패드 (20) 표면으로 내려온다. 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 패드가 접촉된다. 이 접촉면 사이에 존재하는 패드 표면의 미세한 틈 사이로 슬러리가 유동하여 슬러리(60) 내부에 존재하는 연마 입자와 패드의 표면 돌기들에 의한 기계적 화학적 작용으로 웨이퍼 표면의 제거 대상막을 연마 제거하여 웨이퍼를 평탄화시킨다. 상기 평탄화를 위한 연마 공정 진행중에 웨이퍼와 연마 테이블(10)은 서로 접촉한 상태에서 상호 회전 운동을 한다. 따라서, 주입된 슬러리는 웨이퍼와 연마 테이블(10)의 접촉 부위로부터 퓸(fume) 형태의 기체 또는 액체 상태로 장비 주위로 날아가고, 특히 헤드 주변의 헤드 프레임(flame, 70) 하부에 주로 부착하여 고체 상태로 응고되는 특성이 있다. 상기와 같은 연마 공정을 연속하여 진행하면 연마 공정중에 방출된 슬러리의 고형 입자 및 연마 공정중에 웨이퍼에서 제거된 이물질 등이 헤드 프레임의 하부에 두껍게 응고된 이물질 막(80)의 형태로 성장하게 된다. 대부분 슬러리내 고형분이 주성분인 이물질 막(80)은 대부분의 CMP 장비(polisher)에서 육안으로도 확인이 가능할 정도로 성장 속도가 빠르다. 상기의 이물질 막(80)의 일부가 연마 공정중에 패드(20) 상부에 응고된 상태(90)로 떨어지는 것을 슬러리성 파티클 소스(particle source, 90)라고 한다. 상기 슬러리성 파티클 소스가 연마 공정중에 웨이퍼와 연마 테이블 사이로 유입되면 웨이퍼 표면의 막에 스크레치 불량을 유발시키는데, 이 스크레치는 CMP 공정에서 가장 많이 발생하는 결함이다.The slurry 60 in a liquid state is supplied to the surface of the pad 20 positioned above the polishing table 10 through the slurry inlet 50. At this time, the polishing table 10 rotates. Next, the wafer 40 is mounted on the head 30 surface. With the wafer 40 mounted on the head, the head 30 rotates and descends to the surface of the pad 20 until the wafer and the pad 20 contact each other. The pad surface is brought into contact with the surface of the wafer by the self-load of the head and the pressing force applied. The slurry flows between the minute gaps of the pad surface existing between the contact surfaces, and the surface of the wafer to be removed is polished by the mechanical and chemical action of the abrasive particles present in the slurry 60 and the surface protrusions of the pad, thereby smoothing the wafer. Let's do it. During the polishing process for planarization, the wafer and the polishing table 10 are mutually rotated in contact with each other. Thus, the injected slurry is blown around the equipment in the form of a gas or liquid in the form of fume from the contact point of the wafer and the polishing table 10, and in particular adheres mainly to the bottom of the head frame 70 around the head to solid There is a characteristic of solidifying in a state. When the polishing process is continuously performed, the solid particles of the slurry released during the polishing process and the foreign matters removed from the wafer during the polishing process grow in the form of the foreign matter film 80 that is thickly solidified under the head frame. The foreign substance film 80, which is mainly composed of solids in the slurry, is fast growing so that it can be visually confirmed in most CMP polishes. A part of the foreign matter film 80 falls to the solidified state 90 on the pad 20 during the polishing process is called a slurry particle source 90. When the slurry source is introduced between the wafer and the polishing table during the polishing process, it causes scratches on the film on the wafer surface, which is the most common defect in the CMP process.
종래의 기술에서도 상기와 같은 스크레치를 방지하기 위하여 연마 테이블 상부의 슬러리 방출구 부위에 진공 펌프를 설치하는 방안이 제시된 바 있었다.In the prior art, a method of installing a vacuum pump at the slurry outlet portion of the upper portion of the polishing table has been proposed to prevent such scratches.
그러나, 상기의 방법은 진공 펌프 주입구를 통해 주위의 모든 기체와 액체 성분을 흡입하는 특성을 갖기 때문에 장비 외부의 이물질을 연마 테이블 상부로 빨아들여 오히려 연마 테이블 상부와 장비 내부에 파티클 오염을 초래할 수 있다. 또한, 진공 펌프를 통해 슬러리를 빨아들여 연마 공정의 효율을 떨어뜨리고, 슬러리 사용량을 증가시킬 수 있는 문제점이 있다.However, since the above method has a characteristic of sucking all gas and liquid components around through the vacuum pump inlet, foreign substances from the outside of the equipment may be sucked into the top of the polishing table, which may cause particle contamination on the top of the polishing table and inside the equipment. . In addition, there is a problem that can suck the slurry through the vacuum pump to reduce the efficiency of the polishing process, increase the amount of slurry used.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함이라 할 수 있는 스크레치 문제를 해결하기 위한 것인데, 헤드부 주위에 액화 질소 또는 액화 헬륨의 초저온 물질을 통과시키는 냉각판을 설치함으로써 연마 공정중에 발생하여 장비에 부착되는 슬러리 고형분 등의 이물질을 상기 냉각판에 응고시켜 스크레치를 근본적으로 방지함에 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to solve the scratch problem, which is a major defect of the CMP process, which allows a cryogenic material of liquefied nitrogen or liquefied helium to pass around the head. An object of the present invention is to provide a cooling plate to solidify foreign matter such as slurry solids generated during the polishing process and adhere to the equipment to prevent the scratch.
도 1은 종래기술의 CMP 공정을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a CMP process of the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 CMP 공정을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a CMP process according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
10, 200: 연마 테이블 20, 210: 패드10, 200: polishing table 20, 210: pad
30, 220: 헤드 40, 230: 웨이퍼30, 220: head 40, 230: wafer
50, 240: 슬러리 주입구 60, 310: 슬러리50, 240: slurry inlet 60, 310: slurry
70, 250: 헤드 프레임 80: 이물질 막70, 250: head frame 80: foreign material film
90: 패드 상부에 응고된 이물질 막의 일부90: part of the foreign matter film solidified on the pad
260: 슬러리 부착판 270: 액화 가스 공급관260: slurry attachment plate 270: liquefied gas supply pipe
280: 액화 가스 290: 액화 가스 공급장치280: liquefied gas 290: liquefied gas supply device
300: 이물질300: foreign matter
본 발명은 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법에 관한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함인 스크레치를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor equipment for chemical mechanical polishing for scratch prevention, and to a method for preventing scratches thereof, and a technique for preventing scratches, which is a major defect of the CMP process.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도 2를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Details of the above object and technical configuration and the effects thereof according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2, which shows a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 CMP 공정 진행 장치를 도시한 것인데, 본 발명에 의한 반도체 장비의 웨이퍼의 연마 장치는 웨이퍼를 올려놓고 화학적 또는 기계적으로 연마할 수 있는 연마 패드(210), 상기 연마 패드를 부착하기 위한 원판형의 연마 테이블 (200), 상기 웨이퍼(230)를 지지하기 위한 헤드(220), 상기 연마 패드(210) 표면에 액체 상태의 슬러리(310)를 주입하는 슬러리(slurry) 주입구(240), 상기 슬러리를 포함한 이물질을 부착시키기 위한 슬러리 부착판(slurry capturing panel, 260)을 포함하여 이루어져 있다.Figure 2 shows a CMP process proceeding apparatus according to the present invention, the polishing apparatus of the wafer of the semiconductor device according to the present invention is a polishing pad 210, which can be chemically or mechanically polished on the wafer, the polishing pad Slurry inlet for injecting a disk-shaped polishing table 200 for attaching, a head 220 for supporting the wafer 230, and a slurry 310 in a liquid state on the surface of the polishing pad 210. 240), a slurry attaching plate (slurry capturing panel, 260) for attaching the foreign matter including the slurry is made.
상기 슬러리 부착판(260)은 헤드(220)와 상기 헤드 상단부의 헤드 프레임(250) 사이의 공간에 연마 공정 중에 연마 패드(210) 표면으로부터 방출되는 슬러리를 포함한 이물질을 부착시키기 위하여 구비되는데, 그 내부에는 극저온의 상태를 유지시키기 위한 액화 질소 또는 액화 헬륨의 액화 가스(280)를 공급할 수 있는 액화 가스 공급관(270)이 구비된다. 상기 액화 가스 공급관(270)의 재질은 크라이오 펌프(cryo pump) 내부의 액화 가스 이송관의 재질과 동일하게 구성하면 된다. 또한, 액화 가스(280)를 일정하게 공급하기 위해 제너레이터(generator)를 포함한 액화 가스 공급장치(290)가 구비되며, 슬러리를 흡착할 수 있는 한계에 도달하면 액화 가스 공급관(270)의 액화 가스를 제거한 후에 슬러리 부착판(260)을 가열하여 외부에 응고된 이물질(300)이 있는 슬러리층을 제거하기 위한 퍼지(purge) 기능을 할 수 있는 장치가 갖추어진다.The slurry attachment plate 260 is provided to attach foreign matter including slurry released from the surface of the polishing pad 210 during the polishing process to a space between the head 220 and the head frame 250 of the head upper portion. The inside is provided with a liquefied gas supply pipe 270 that can supply a liquefied gas 280 of liquefied nitrogen or liquefied helium to maintain a cryogenic state. The material of the liquefied gas supply pipe 270 may be configured in the same manner as the material of the liquefied gas delivery pipe inside the cryo pump. In addition, a liquefied gas supply device 290 including a generator is provided to provide a constant supply of the liquefied gas 280. When the limit for adsorbing the slurry is reached, the liquefied gas in the liquefied gas supply pipe 270 is provided. After the removal, the device is equipped with a purge function to remove the slurry layer having the foreign matter 300 solidified to the outside by heating the slurry attachment plate 260.
또한, 상기와 같은 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비는 다음과 같은 방법을 통하여 스크레치를 방지한다.In addition, the chemical mechanical polishing semiconductor equipment for preventing scratches as described above prevent scratches.
슬러리 주입구(240)를 통해 연마 테이블(200) 상부에 위치한 연마 패드(210) 표면으로 액체 상태의 슬러리(310)가 공급된다. 이 때, 상기 연마 테이블(200)은 회전 운동을 한다. 다음으로 웨이퍼(230)를 헤드(220) 표면에 장착한 상태에서 헤드가 회전하면서 연마 패드(210) 표면으로 내려와서 접촉한다. 헤드(220)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 연마 패드(210)가 접촉된다. 상기 웨이퍼 표면과 연마 패드(210) 표면의 접촉면 사이에 존재하는 연마 패드(210) 표면의 미세한 틈(pad groove) 사이로 슬러리(310)가 유동하여 슬러리 내부에 존재하는 연마 입자와 연마 패드(210)의 표면 돌기들에 의한 화학 기계적 작용으로 웨이퍼 표면의 제거 대상막을 연마하여 웨이퍼를 평탄화시킨다. 상기 연마 공정 또는 연마 공정을 위한 대기(idle) 시간동안 액체 액화 가스는 액화 가스 공급관(270)을 통해 공급되어야 한다. 상기 액화 가스 공급관(270)을 통해 공급되는 액화 가스의 양은 슬러리 부착판(260)에 흡착되는 슬러리 등의 이물질의 양에 따라 조절된다. 또한, 상기 슬러리 부착판(260)의 온도를 초저온의 상태로 감소시키기 위하여 슬러리 부착판(260)과 액화 가스 공급관(270)의 표면을 부분적으로 연결할 수도 있는데, 액화 가스 공급관 내에 공급된 극저온의 액화 가스를 통해 슬러리 부착판 표면의 온도도 초저온 상태를 유지하게 된다. 따라서, 연마 공정중에 방출되는 슬러리와 이물질이 슬러리 부착판(260) 표면에 도달하면 얼어붙게 된다. 상기와 같이 슬러리 부착판(260)에 흡착된 이물질은 얼어붙은 상태로 붙어있기 때문에 슬러리를 포함한 이물질(300)이 후속 연마 공정중에 연마 테이블(200) 표면에 떨어질 가능성을 완벽하게 방지할 수 있다.The slurry 310 in a liquid state is supplied to the surface of the polishing pad 210 positioned above the polishing table 200 through the slurry inlet 240. At this time, the polishing table 200 makes a rotary motion. Next, while the wafer 230 is mounted on the surface of the head 220, the head rotates to come into contact with the surface of the polishing pad 210. The surface of the wafer and the polishing pad 210 are in contact with each other by the self load of the head 220 and the pressing force applied thereto. The slurry 310 flows between minute grooves of the surface of the polishing pad 210 existing between the wafer surface and the contact surface of the surface of the polishing pad 210, and thus, the abrasive particles and the polishing pad 210 present in the slurry. The wafer is planarized by polishing the film to be removed from the surface of the wafer by chemical and mechanical action by the surface protrusions of the substrate. The liquid liquefied gas must be supplied through the liquefied gas supply pipe 270 during the polishing process or the idle time for the polishing process. The amount of liquefied gas supplied through the liquefied gas supply pipe 270 is adjusted according to the amount of foreign matter such as slurry adsorbed on the slurry attachment plate 260. In addition, the surface of the slurry adhesion plate 260 and the liquefied gas supply pipe 270 may be partially connected in order to reduce the temperature of the slurry adhesion plate 260 to an ultra low temperature state. Through the gas, the temperature of the surface of the slurry-attachment plate is also kept at a very low temperature. Therefore, when the slurry and the foreign matter discharged during the polishing process reaches the surface of the slurry adhesion plate 260, it is frozen. As the foreign matter adsorbed on the slurry attachment plate 260 as described above is stuck in a frozen state, it is possible to completely prevent the possibility of the foreign matter 300 including the slurry falling on the surface of the polishing table 200 during the subsequent polishing process.
따라서, 본 발명의 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법은 다음과 같은 효과가 있다.Therefore, the chemical mechanical polishing semiconductor equipment and the scratch prevention method for the scratch prevention of the present invention has the following effects.
첫째, 연마 공정 진행중에 스크레치 불량을 유발시키는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.First, it is possible to completely prevent the occurrence of scratch failure during the polishing process.
둘째, 슬러리 뿐만 아니라 장비 내외부에서 연마 테이블 주위로 유입되는 이물질을 제거할 수 있다.Second, it is possible to remove foreign substances entering the surroundings of the polishing table from inside and outside the equipment as well as the slurry.
셋째, CMP 공정 진행에 아무 영향을 주지 않으면서 스크레치를 유발시킬 수 있는 파티클 소스를 제거할 수 있다.Third, it is possible to eliminate particle sources that can cause scratches without affecting the progress of the CMP process.
넷째, 연마 공정의 효율을 개선시킨다.Fourthly, improve the efficiency of the polishing process.
다섯째, 슬러리 사용량의 증가를 억제한다.Fifthly, increase in the amount of slurry used is suppressed.
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Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |