[논문]구리 CMP 후 버핑 공정을 이용한 연마 입자 제거

신운기; 박선준; 이현섭; 정문기; 이영균; 이호준; 김영민; 조한철; 주석배; 정해도

doi:10.4313/jkem.2011.24.1.17

구리 CMP 후 버핑 공정을 이용한 연마 입자 제거
Particle Removal on Buffing Process After Copper CMP 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.24 no.1, 2011년, pp.17 - 21

신운기 (부산대학교 기계공학부) , 박선준 (부산대학교 기계공학부) , 이현섭 (부산대학교 기계공학부) , 정문기 (부산대학교 기계공학부) , 이영균 (부산대학교 기계공학부) , 이호준 (부산대학교 기계공학부) , 김영민 (부산대학교 기계공학부) , 조한철 (노스이스턴 대학교, 나노 스케일 연구센터) , 주석배 (텍사스 A&M 대학교 기계공학부) , 정해도 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Copper (Cu) had been attractive material due to its superior properties comparing to other metals such as aluminum or tungsten and considered as the best metal which can replace them as an interconnect metal in integrated circuits. CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology enabled the production of excellent local and global planarization of microelectronic materials, which allow high resolution of photolithography process. Cu CMP is a complex removal process performed by chemical reaction and mechanical abrasion, which can make defects of its own such as a scratch, particle and dishing. The abrasive particles remain on the Cu surface, and become contaminations to make device yield and performance deteriorate. To remove the particle, buffing cleaning method used in post-CMP cleaning and buffing is the one of the most effective physical cleaning process. AE(Acoustic Emission) sensor was used to detect dynamic friction during the buffing process. When polishing is started, the sensor starts to be loaded and produces an electrical charge that is directly proportional to the applied force. Cleaning efficiency of Cu surface were measured by FE-SEM and AFM during the buffing process. The experimental result showed that particles removed with buffing process, it is possible to detect the particle removal efficiency through obtained signal by the AE sensor.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 반도체 제조 공정에서 CMP 공정 후 웨이퍼 표면에 연마 입자의 잔류에 의한 오염을 해결하고, 회로의 선폭이 미세해짐에 따라 허용되는 입자의 개수와 크기, 한계가 점점 엄격해지고 있는 상황에서 구리 표면 위의 연마 입자를 효과적으로 제거하고자 버핑 공정을 이용하였다.

제안 방법

1. 초순수와 연질 다공성의 패드를 이용한 버핑 공정에서 AE센서를 이용하여 연마 입자가 제거 되는 신호를 획득하였다.
실험에 사용된 패드는 다공성 구조를 가지고 있으며, 이러한 연질 패드는 CMP관점에서는 국소 평탄화가 좋지 않으나 표면 결함의 발생이 적어서 표면 품 유지에 적합하여 웨이퍼 표면의 연마 입자를 제거하기에 용이하다 [5]. 공정 중에는 Fig. 1과 같이 웨이퍼 후면에 AE (Acoustic Emission) 센서를 부착하여 버핑을 통한 세정공정 중에 발생하는 신호를 획득하여 웨이퍼 표면 상태에 따른 신호 특성을 확인하였다.
획득되는 신호는 신호 분석을 하기에는 미약하여 신호 증폭기 (Signal Amplifier)를 통해 신호를 증폭한 후 아날로그/디지털 변환기 (A/D converter)로 분석 가능한 디지털 신호로 변환시켰다 [6]. 버핑 공정 후 웨이퍼의 표면은 FE-SEM을 통하여 관찰, 분석하여 세정 효과를 확인하였다.
버핑에 의한 세정 효율과 각 신호에서의 세정 진행 정도를 파악하기 위해서 FE-SEM을 사용하여 각 신호 영역에 해당하는 웨이퍼의 표면을 측정하였다. 그림 5은 FE-SEM으로 측정한 이미지를 보여준다.
획득되는 신호는 신호 분석을 하기에는 미약하여 신호 증폭기 (Signal Amplifier)를 통해 신호를 증폭한 후 아날로그/디지털 변환기 (A/D converter)로 분석 가능한 디지털 신호로 변환시켰다 [6]. 버핑 공정 후 웨이퍼의 표면은 FE-SEM을 통하여 관찰, 분석하여 세정 효과를 확인하였다.

대상 데이터

버핑 세정 실험에 사용된 폴리텍스 패드는 두께 1.471mm, 웨이퍼와 접하는 패드의 기공 체적은 78.1%, 기공의 평균 직경은 55μm의 물리적 성질을 가진다.

이론/모형

버핑 공정은 GnP Technology의 Poli-400을 이용하였으며 슬러리 대신 초순수 (Deionized Water)를 공급하였고, 연마 공구로서 패드는 일반적으로 버핑에 사용되는 Rohm&Haas 의 폴리텍스 패드를 사용하였다.

성능/효과

2. AE 센서를 통한 모니터링 결과 시간에 따른 각각의 시그널 구간에 따라 신호가 변함을 확인하였고, FE-SEM과 AFM을 통하여 분석한 결과 AE센서 모니터링 신호와 구리 표면의 입자 제거와의 상관관계를 확인하였다.
3. 고이득, 저노이즈를 갖춘 AE 센서는 고주파 영역을 감지할 수 있기 때문에 버핑 시 발생하는 미세한 표면 변화를 감지할 수 있어 실시간 모니터링에 매우 효과적이다.
브러쉬 세정이 60초 내외의 시간이 필요한데 비해 상대적으로 짧은 공정 시간이 필요하다. 그리고 웨이퍼 전면의 직접 접촉에 의한 버핑 세정법은 브러쉬 세정에 비해 세정 면적이 넓으므로 상대적으로 세정 효율이 높고, 추가 세정 스테이션이 필요한 브러쉬 세정에 비해 버핑 공정은 기존 CMP 장비 상에서 즉시 가능하여 공정의 간소화에도 유리하다.
이 실험을 통해 화학 기계적 연마 공정과 버핑 공정 동안에 패드와 웨이퍼 사이에서 발생하는 마찰 신호를 실시간으로 검출함으로써 연마의 상태 및 웨이퍼 표면 상태를 예측할 수 있음을 알 수 있다.

후속연구

고속으로 회전하는 패드와 웨이퍼를 가지는 버핑공정에서 직접 신호를 검출하여 감시하기 위해서는 무선 AE 모니터링 시스템의 연구 및 신뢰성 테스트들이 추가적으로 필요한 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Cu-CMP의 경우 잔류 Cu오염을 제거하는 것이 아주 중요한 이유는?	CMP 공정 중에 공급되는 슬러리에는 부식액, pH 적정제, 연마입자 등이 첨가되며 이러한 오염물질은 세정공정을 통해 제거되지 않으면 추후 공정에 지속적으로 영향을 미치므로 전체 공정의 수율을 감소시키는 문제점이 될 수 있다 [2]. Cu-CMP의 경우 Cu확산에 의한 디바이스 특성열화를 방지하기 때문에 특히 잔류 Cu오염을 제거하는 것이 아주 중요하고, 세정액에 의한 Cu-배선의 에칭이나 부식발생 등의 악영향이 있어서는 안 된다. 종래의 RCA 세정은 기판의 에칭을 통해 입자를 제거하는 세정법으로 세정공정에서 동반되는 기판의 손실이 크고, 다량의 화학액의 사용으로 인하여 환경오염을 일으키는 단점이 있다.
	PVA브러쉬 세정법이란?	종래의 RCA 세정은 기판의 에칭을 통해 입자를 제거하는 세정법으로 세정공정에서 동반되는 기판의 손실이 크고, 다량의 화학액의 사용으로 인하여 환경오염을 일으키는 단점이 있다. 따라서 화학액의 사용을 최소화하는 대표적인 기계적 세정법인 PVA브러쉬 세정이 널리 사용되고 있으며 [3], PVA브러쉬 세정법은 폴리우레탄 재질의 PVA 브러쉬를 회전시키면서 웨이퍼의 표면에 마찰을 일으켜 직접적인 마찰이나, 세정액의 유체역학적 끌림힘을 이용하여 웨이퍼 표면의 오염을 제거하는 방법이다 [4]. 하지만 이러한 세정법은 브러쉬를 이용한 세정라인이 추가되어야 하고, 그에 따른 공정 시간의 증가가 발생한다.
	2단계 화학기계적 평탄화 공정 시 발생하는 문제는?	이러한 구리 배선은 전기도금과 이중 다마신 (dual damascene)공정으로 진행되고, 구리 배선의 평탄화를 위하여 2단계 화학기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP)가 사용되고 있다. 이러한 CMP 공정 후에는 화학적 또는 물리적 상호작용에 의해 웨이퍼 표면에 오염물이 부착될 수 있다. CMP 공정 중에 공급되는 슬러리에는 부식액, pH 적정제, 연마입자 등이 첨가되며 이러한 오염물질은 세정공정을 통해 제거되지 않으면 추후 공정에 지속적으로 영향을 미치므로 전체 공정의 수율을 감소시키는 문제점이 될 수 있다 [2]. Cu-CMP의 경우 Cu확산에 의한 디바이스 특성열화를 방지하기 때문에 특히 잔류 Cu오염을 제거하는 것이 아주 중요하고, 세정액에 의한 Cu-배선의 에칭이나 부식발생 등의 악영향이 있어서는 안 된다.

참고문헌 (6)

S. H. Jeong, H. D. Seo, B. Y. Park, J. H. Park, and H. D. Jeong, J. KIEEME, 20, 213 (2007).

원문보기 상세보기
Y. K. Hong, D. H. Eom, S. H. Lee, T. G. Kim, J. G. Park, and A. A. Busnaina, J. of the Electrochem. Soc., 151, 756 (2004).
S. Wolf, and R. N. Tauber, Silicon Processing for the VLSI Era, 2nd ed. (Sunset Beach, Calif. Lattice Press, 2000).
A. A. Busnaina, H. Lin, N. Moumen, J. W. Feng, and J. Taylor, IEEE Transaction on Semiconductor Manufacturing, 15, 374-382 (2002).

상세보기
H. C. Cho, and M. D. Thesis, p. 12-26, Pusan National University, Busan (2009).
H. D. Jeong, H. J. Kim, S. H. Lee, and D. Dornfeld, Annals of the CIRP, 55, 325-328 (2006).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증