• Tribology and Lubricants
• /
• v.31 no.6
• /
• pp.239-244
• /
• 2015

Chemical mechanical polishing (CMP) is one of the most important processes for enabling sub-14 nm semiconductor manufacturing. Moreover, post-CMP defect control is a key process parameter for the purpose of yield enhancement and device reliability. Due to the complexity of device with sub-14 nm node structure, CMP-induced defects need to be fixed in the CMP in-situ cleaning module instead of during post ex-situ wet cleaning. Therefore, post-CMP in-situ cleaning optimization and cleaning efficiency improvement play a pivotal role in post-CMP defect control. CMP in-situ cleaning module normally consists of megasonic and brush scrubber processes. And there has been an increasing effort for the optimization of cleaning chemistry and brush scrubber cleaning in the CMP cleaning module. Although there have been many studies conducted on improving particle removal efficiency by brush cleaning, these studies do not consider the effects of brush contamination. Depending on the process condition and brush condition, brush cross contamination effects significantly influence post-CMP cleaning defects. This study investigates brush cross contamination effects in the CMP in-situ cleaning module by conducting experiments using 300mm tetraethyl orthosilicate (TEOS) blanket wafers. This study also explores brush pre-treatment in the CMP tool and proposes recipe effects, and critical process parameters for optimized CMP in-situ cleaning process through experimental results.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.06a
• /
• pp.557-557
• /
• 2007

최근 Ruthenium (Ru)은 높은 화학적 안정성, 누설전류에 대한 높은 저항성, 저유전체와의 높은 안정성 등과 같은 특성으로 인해 캐패시터의 하부전극으로 각광받고 있다. 이렇게 형성된 Ru 하부전극은 각 캐패시터간의 분리와 평탄화를 위해 CMP 공정이 도입되게 되었다. 이러한 CMP 공정후에는 화학적 또는 물리적 상호작용에 의해 웨이퍼 표면에 오염물이 발생할 수 있다. CMP 공정중에 공급되는 슬러리에는 부식액, pH 적정제, 연마입자등이 첨가되는데 이때 사용된 연마입자는 CMP 공정후 입자오염을 유발할 수 있다. 그러므로, CMP 공정후에는 이러한 오염으로 인해 cleaning 공정이 반드시 필요하게 되었다. 하지만, Post Ru CMP cleaning에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 그리하여 본 연구에서는 post Ru CMP cleaning에 대한 연구와 cleaning solution 그리고 첨가제에 따른 영향을 살펴보았다.

• Journal of the Korean Chemical Society
• /
• v.47 no.6
• /
• pp.608-613
• /
• 2003

In order to remove particles on surface of post-oxide CMP wafer, new cleaning solution was prepared by mixing with DHF (Diluted HF), nonionic surfactant PAAE (Polyoxyethylene Alkyl Aryl Ether), DMSO (Dimethylsulfoxide) and D.I.W.. Silicone wafers were intentionally contaminated by silica, alumina and PSL (polystylene latex) which had different zeta potentials in cleaning solution. This cleaning solution under megasonic irradiation could remove particles and metals simultaneously at room temperature in contrast to traditional AMP (mixture of $NH_4OH,\;H_2O_2$ and D.I.W) without any side effects such as increasing of microroughness, metal line corrosion and deposition of organic contaminants. This suggests that this cleaning solution would be useful future application with copper CMP in brush cleaning process as well as traditional post CMP cleaning process.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
• /
• v.22 no.2
• /
• pp.114-118
• /
• 2009

PVA (polyvinyl alcohol) brush cleaning method is a typical cleaning method for semiconductor cleaning process especially post-CMP cleaning. PVA brush contacts with the wafer surface and abrasive particle, generating the contact rotational torque of the brush, which is the removal mechanism. The brush rotational torque can overcome theoretically the adhesion force generated between the abrasive particle and wafer by zeta potential. However, after CMP (chemical mechanical polishing) process, many particles remained on the wafer because the brush was contaminated in previous post-CMP cleaning step. The abrasive particle on the brush redeposits to the wafer. The level of the brush contamination increased according to the cleaning run time. After cleaning the brush, the level of wafer contamination dramatically decreased. Therefore, the brush cleanliness effect on the cleaning performance and it is important for the brush to be maintained clearly.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.06a
• /
• pp.59-59
• /
• 2009

현재 CMP분야는 광역 평탄화 반도체 소자의 집적화 및 소형화가 진행됨에 따라서 CMP 공정의 중요성은 날로 성장하고 있다. 하지만 이러한 CMP공정은 불가피하게도 scratch, pit, CMP residue와 같은 defect들을 발생시키고 있으며, 점점 선폭이 작아짐에 따라, 이러한 defect들이 반도체 수율에 미치는 영향은 심각해지고 있다. Defect들 중에 특히 scratch는 반도체에 치명적인 circuit failure를 일으키게 된다. 또한 반도체 내구성과 신뢰성을 감소시키게 되고, 누전전류를 증가시키는 등 바람직하지 못한 현상들이 생기게 된다. 본 연구에서는 scratch 와 같은 deflect들을 효율적으로 검출, 분석하고, scratch를 감소시키는데 그 목적이 있다. 본 실험을 위해 8" TEOS wafer와 commercial oxide slurry 및 friction polisher (Poli-500, G&P tech., Korea)를 사용하여 CMP 공정을 진행하였으며, CMP 공정조건은 각각 80rpm/80rpm/1psi(Platen speed/Head speed/Pressure)에서 1분 동안 연마를 한 후 scratch 발생 경향을 살펴보았다. CMP 후 wafer위에 오염되어 있는 slurry residue들을 제거하기 위해 SC-1, HF 세정을 이용하여 최적화된 post-CMP 공정기술을 제안하였다. Scratch 검출 및 분석을 위해 wafer surface analyzer (Surfscan 6200, Tencor, USA)와 optical microscope (LV100D, Nicon, Japan)를 사용하였다. CMP 공정 변수들에 따른 scratch 발생정도를 비교하였으며, scratch 발생 요인들에 따른 scratch 형태 및 발생정도를 살펴보았다. 최적화된 post-CMP 세정 조건은 메가소닉과 함께 SC-1 세정을 실시하여 slurry residue들을 제거한 후, HF 세정을 실시하여 잔여 오염물들을 제거하고 검출이 용이하도록 scratch를 확장시킬 수 있도록 제안하였으며, 100%의 particle removal efficiency (PRE)를 얻을 수 있었다. 실제 CMP 공정후 post-CMP 세정 단계별 scratch 개수를 측정한 결과, SC-1 세정 후 약 220개의 scratch가 검출되었으며, 검출되지 않았던 scratch가 HF 세정 후 확장되어 드러남에 따라 약 500개의 scratch 가 검출되었다.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
• /
• v.15 no.4
• /
• pp.73-78
• /
• 2016

Contact pressure distribution between PVA brush and semiconductor wafer was measured by developing a test setup which could simulates the post CMP cleaning process. The test set-up used thin film type pressure sensor which could measure the pressure distribution of contact area with the resolution of $15.5ea/cm^2$. As the experimental results, it was verified that there had been severe contact pressure non-uniformity along the axis of the brush and between the adjacent projections on the brush's surface. These results should be considered when developing post CMP cleaning stage or designing the PVA brush.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.19 no.3
• /
• pp.174-178
• /
• 2009

The effects of post-CMP cleaning on the chemical and galvanic corrosion of copper (Cu) and titanium (Ti) were studied in patterned silicon (Si) wafers. First, variation of the corrosion rate was investigated as a function of the concentration of citric acid that was included in both the CMP slurry and the post-CMP solution. The open circuit potential (OCP) of Cu decreased as the citric acid concentration increased. In contrast with Cu, the OCP of titanium (Ti) increased as this concentration increased. The gap in the OCP between Cu and Ti increased as citric acid concentration increased, which increased the galvanic corrosion rate between Cu and Ti. The corrosion rates of Cu showed a linear relationship with the concentrations of citric acid. Second, the effect of Triton X-$100^{(R)}$, a nonionic surfactant, in a post-CMP solution on the electrochemical characteristics of the specimens was also investigated. The OCP of Cu decreased as the surfactant concentration increased. In contrast with Cu, the OCP of Ti increased greatly as this concentration increased. Given that Triton X-$100^{(R)}$ changes its micelle structure according to its concentration in the solution, the corrosion rate of each concentration was tested.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.32.2-32.2
• /
• 2011

반도체 생산공정에서 CMP (Chemical-mechanical planarization) 공정은 우수한 전기전도성 재료인 Cu의 사용과 다층구조의 소자를 형성하기 위해서 도입되었으며, 최근 소자의 집적도가 증가함에 따라 CMP 공정 비중은 점점 높아지고 있다. Cu CMP 공정에서 연마제인 슬러리는 금속 표면과의 물리적 화학적 반응을 동시에 사용하여 표면을 연마하게 되며, 연마특성을 향상시키기 위해 산화제, 부식방지제, 분산제 및 다양한 계면활성제가 첨가된다. 하지만 슬러리는 Cu 표면을 평탄화하는 동시에 오염입자, 유기오염물, 스크레치, 표면부식 등을 발생시키며 결과적으로 소자의 결함을 야기시킨다. 특히 부식방지제로 사용되는 BTA (Benzotriazole)은 Cu CMP 공정 중 Cu-BTA 형태로 표면에 흡착되어 오염원으로 작용하며 입자오염을 증가시시고 건조공정에서 물반점 등의 표면 결함을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Cu 표면에서 식각과 부식반응을 최소화하며, 오염입자 제거 및 유기오염물을 효과적으로 제거하기 위한 Post-CMP 세정 공정과 세정액 개발이 요구된다. 본 연구에서는 오염입자 및 유기물 제거와 동시에 표면 거칠기와 부식현상을 제어할 수 있는 post Cu CMP 세정액을 개발 평가하였다. 오염입자 및 유기오염물을 제거하기 위해서 염기성 용액인 TMAH 사용하였으며, Cu 이온을 용해할 수 있는 Chelating agent와 표면 부식을 억제하는 부식 방지제를 사용하여 세정액을 합성하였다. 접촉각 측정과 FESEM(field Emission Scanning Electron Microscope) 분석을 통하여 CMP 공정에서 발생하는 유기오염물과 오염입자의 흡착과 제거를 확인하였으며 Cu 웨이퍼 세정 전후의 표면 거칠기의 변화와 식각량을 AFM(Atomic Force Microscope)과 4-point probe를 사용하여 각각 평가하였다. 또한 세정액 내에서의 연마입자의 zeta-potential을 측정 및 조절하여 세정력을 향상시켰다. 개발된 세정액과 Cu 표면에서의 화학반응 및 부식방지력은 potentiostat를 이용한 전기화학 분석법을 통해서 chelating agent와 부식방지제의 농도를 최적화 시켰다. 개발된 세정액을 적용함으로써 Cu-BTA 형태의 유기오염물과 오염입자들이 효과적으로 제거됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2006.11a
• /
• pp.139-140
• /
• 2006

PZT박막은 비휘발성 재료로 유전율이 높고 항전력이 작으면서 잔류 분극랑이 크기 때문에 적합한 특성을 가지고 FeRAM에 매력적인 물질이다. CMP(chemical mechanical polishing)는 기존의 회생막의 전면 식각 공정과는 달리 특정 부위의 제거 속도를 조절함으로써 평탄화 하는 기술로 wafer 전면을 회전하는 탄성 패드 사이에 액상의 Slurry를 투입하여 연마하는 기술이다. 본 논문에서는 CMP 공정으로 제조한 PZT박막 캐패시터에서 CMP 후처리공정(세척)의 유무 및 종류에 따라 피로특성에 대하여 연구하였다, PZT 박막의 캐패시터의 피로 특성을 연구한 결과 CMP 후처리공정 SC-l용액을 사용하여 세정공정을 하였을때 가장 향상된 PZT 캐패시터의 피로특성이 나타났다.

• Proceedings of the KSME Conference
• /
• 2008.11a
• /
• pp.1880-1884
• /
• 2008

Cleaning is required following CMP (chemical mechanical planarization) to remove particles. The minimization of particle residue is required with each successive technology generation, and the cleaning of wafers becomes more complicated. In copper damascene process for interconnection structure, it utilizes 2-steop CMP consists of Cu CMP and barrier CMP. Such a 2-steps CMP process leaves a lot of abrasive particles on the wafer surface, cleaning is required to remove abrasive particles. In this study, the buffing is performed various conditions as a cleaning process. The buffing process combined mechanical cleaning by friction between a wafer and a buffing pad and chemical cleaning by buffing solution consists of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)/benzotriazole(BTA).