반도체 8대 공정 - CMP 공정 (1)

이번 게시물부터는 CMP 공정(Chemical-Mechanical Polishing)에 대하여 알아보겠습니다.

 

CMP 공정 (Chemical Mechanical Polishing)

: 웨이퍼 표면에 생성된 산화막, 금속막 등의 박막을 화학적 작용과 물리적 작용을 동시에 활용하여 평탄화하는 공정

 

1. CMP 설비 구성

1) 연마 패드 : 패드의 경도, 표면 거칠기 등 패드 특성이 CMP 공정 품질에 중요

2) 웨이퍼 캐리어 (연마 헤드) : 웨이퍼를 고정하고 압력을 가해 CMP 패드에 눌러줌과 동시에 웨이퍼를 일정 속도로 회전시킴

3) 슬러리 분사기 : 선택비 향상 등 CMP 특성을 개선할 수 있음

 

2. CMP 원리

1) 산화막 CMP

2) 금속 CMP

 

3. CMP 공정의 중요 파라미터

1) Removal Rate(RP) : 단위시간당 막질이 제거되는 비율

2) 균일도 : 막질을 제거하는 양이 어느 정도로 일정한지

3) 연마선택비 : 서로 다른 두 물질이 같은 CMP 조건 하에서 CMP되는 연마 비율

 

4. CMP 불량

1) Dishing : Cu 패턴의 면적이 넓은 경우 Cu가 더 CMP되어 움푹 파이는 현상

2) Erosion : Cu Line이 밀집한 지역에서 더 많은 CMP가 발생하는 현상

3) Scratch

4) Slurry Particle

 

5. CMP 불량 해결

1) Dishing, Erosion

(1) 공정 측면 : RP와 화학 물질의 농도를 줄임

(2) 설계 측면 : 패턴 밀도를 일정하게 만듦

2) Scratch, Slurry Particle : CMP 진행 후 세정을 통해 잔존 입자, 잔류 화학 물질 제거

 

 

요약

CMP는 웨이퍼 위에 형성된 박막 혹은 웨이퍼 표면을 화학적, 기계적 방법을 이용하여 연마하는 공정입니다. 굴곡진 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 목적으로 주로 사용합니다. 먼저 플래튼(Platen, 판) 위에 굴곡이 있는 패드(Pad)를 놓고, 그 위로 박막을 형성한 웨이퍼를 캐리어에 거꾸로 부착시켜 얹습니다. 캐리어를 위에서 눌러 압력을 가하면서 회전시키는 동시에 여기에 미세 연마 입자(nanoparticle)를 포함한 슬러리 용액을 투하하여 화학적, 기계적으로 연마하는 방식으로 진행합니다. 슬러리 용액에 있는 산화제 등의 성분이 박막의 표면을 개질시키고, 미세연마입자들이 개질된 표면에 흡착되었다가 탈착하면서 박막을 제거합니다.

CMP 공정의 원리로부터 영향을 미치는 파라미터를 설명하기에 가장 적절한 방법이 Removal rate의 관계식인 프레스톤 방정식을 이용하여 설명하는 것입니다.

 

 

그러면, 다음 게시물부터 CMP 공정에 대하여 세세하게 알아보도록 하겠습니다.