CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 후 jet-spray 세정과정에서의 CO₂량 최적화 연구 = Optimization of CO2 bubbling (Carbonation) for post CMP cleaning process
저자
발행사항
서울 : 成均館大學校, 2017
학위논문사항
학위논문(석사) -- 成均館大學校 一般大學院 半導體디스플레이工學科 2017
발행연도
2017
작성언어
한국어
주제어
KDC
569.4 판사항(6)
DDC
621.38152 판사항(23)
발행국(도시)
서울
형태사항
v, 44 p. : 삽화, 도표 ; 30 cm
일반주기명
지도교수: 金泰成
참고문헌: p. 41-42
DOI식별코드
소장기관
반도체 Device에 대한 High Performance가 지속적으로 요구되면서, IC Pattern 미세화를 위한 다양한 기술들이 개발, 접목되고 있다. 특히 막질의 다층화와 높은 Aspect Ratio를 보장하기 위해 Photo Lithography 전, 막질을 평탄화 시키는 CMP 공정이 반도체 제조 공정의 필수 기술로 자리잡게 되었다.
CMP 공정은 화학 반응과 기계적 마찰 과정을 통해 Wafer의 평탄화가 진행되므로 연마과정에서 잔여 Slurry, 연마 대상 막질의 미립자 Residue, 소모성 부품의 Residue 등이 발생하게 된다. 이와 같은 일련의 CMP 과정 중 발생하는 Particle을 제거하기 위해 CMP 공정 후 Cleaning 공정 이 반드시 진행되어야 한다
이 중 Jet-Spray Cleaning은 Particle Removal Efficiency가 우수하여 표면에 부착된 오염물과 더불어 Photo Align Key 홈에 남아 있는 오염원까지 제거 할 수 있는 Post CMP 세정 공정 중 하나이다. 최초 Jet-Spray 세정 공정은 DIW에 N2 Gas를 첨가하여 회전하는 Wafer에 분사함으로써 연마로 인한 Residue를 제거 할 수 있었으나 고속으로 회전하는 Wafer와 DIW의 마찰 정전기로 인해 Wafer 표면이 터지는 Arcing Defect이 새로운 불량 Issue로 대두되게 되었다.
이러한 Jet-Spray Cleaning 시 마찰 정전기로 기인하는 Arcing 불량을 개선하기 위해 그 현상과 개선 방안이 다양하게 연구되었으며 특히 DIW에 극성을 인가하여 정전기를 제거 하는 방안이 기존 연구에 의해 제안 되었다. 기존의 연구에 따르면 Jet-Spray 시 분사되는 DIW에 CO2를 첨가함으로써, 고속으로 Wafer가 회전하면서 DIW와 마찰을 일으키게 되더라도, 극성을 갖게 된 DIW가 세정 중 Wafer 바깥으로 정전기를 쓸어, 제거하게 되어 정전기로 인해 Wafer 표면이 터지게 되는 Arcing Defect을 제어할 수 있게 된다는 것이다. 이러한 연구를 기반으로 하여 현재의 반도체 제조공정에는 Post CMP Cleaning, Jet-Spray 공정 중, DIW에 CO2 Gas를 일정량 추가하여, DIW에 극성을 인가함으로써 정전기를 제어, Arcing 불량을 효과적으로 개선하고 있다.
하지만 Wafer와 DIW간 발생하는 정전기를 제어하기 위해 추가된 CO2 Gas가 과포화로 첨가 될 경우, DIW가 산성화 (pH의 저하)되면서 Jet-Spray의 Particle Removal Efficiency가 저하되는 현상을 추가로 확인하게 되었다.
본 논문에서는 기존 연구에 더해, Jet-Spray DIW에 CO2가 과첨가 될 경우 Particle Removal Efficiency가 저하되는 현상을 새로이 규명하고 분석 및 실험을 통해 Jet-Spray 최적 조건을 제안하였다. 즉, CMP 공정에 대한 상세한 이론적 고찰을 바탕으로, Metal 증착 공정 중 발생하는 Bar형태의 Defect을 분석하고, 그 발생 Mechanism을 Trace함으로써, Post CMP Jet-Spray의 CO2 과첨가로 인한 Particle Removal Efficiency 저하 현상을 규명하였다.
아울러 이러한 현상에 대해 Jet-Spray 공정 중 첨가되는 N2, 및 CO2 Gas량에 따른 Defect 발생 정도에 대한 실험을 진행함으로써 Arcing 불량을 제어함과 동시에 Particle Removal Efficiency를 최적화 할 수 있는 Jet-Spray Cleaning의 CO2 Gas 최적 조건을 도출 할 수 있었다
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