*목차*
1. CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정의 목적
2. CMP 공정 필수 요소
3. CMP 공정 방법
4. CMP 공정의 주요 변수
1. CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정의 목적
-. CMP 공정의 이름은 "Chemical Mechanical Polishing(화학적 기계적 연마)" 의 약어에요.
"P"는 "Planarization(평탄화)"를 뜻하기도 하는데요.
CMP 공정은 울퉁불퉁한 Wafer의 표면을 화학적이고 기계적인 방법으로 연마를 해서
평평하게 만드는 공정이에요.
CMP 공정은 반도체 8대 공정에 들어가는 만큼
그 역할이 중요해지고 있다고 해요.
반도체 칩을 만들기 위해서는 Wafer 위에 Etch, Deposition, Photo 등
다양한 공정을 거쳐서 Thin Film(박막) Layer를 층층히 쌓아가면서 회로를 만들어내죠.
그런데 Layer 한 층마다 패턴이 있어서 표면에 단차가 있는데
이런 단차가 있는 Layer가 무수히 많이 쌓이다 보면
패턴의 단차가 중첩이 되고 Wafer 표면에 울퉁불퉁 굴곡이 생기게 돼요.
Layer가 적으면 문제가 없지만
배선이 많아지면서 Layer를 더 많이 쌓기 위해서는 평탄화 역할이 중요해져요.
Wafer 표면에 굴곡이 있는 상태에서 후속 공정을 진행하면
공정의 균일도가 떨어지고 결함이 생기는 등 수율이 감소할 수 있어요.
Photo 공정의 경우 반도체가 집적되고 선폭이 감소하면서 마진이 줄어들고
Etch 공정에서 Stringer 문제가 발생해요.
2. CMP 공정 필수 요소
-. 우선 CMP 공정에는 아래와 같은 요소가 필요해요.
1) Pad(패드)
: 정반(Platen)에 부착하고 Wafer 표면과 마찰로 연마시키는 소모품으로
주로 폴리우레탄(Polyurethane)을 재료로 만들어요.
Pad의 표면은 마찰을 주기 위해서 거칠거칠하며 Groove나 Pore, 미세한 돌기가 있어요.
2) Slurry(슬러리)
: '화학용액(Chemical)'과 '연마 입자'로 이루어진 액체 상태의 '연마제'에요.
Pad의 마찰만으로는 강도가 있는 막질을 제대로 연마하기 어려운데요.
공정 중에 연마제인 Slurry를 Pad위에 뿌리면서 연마를 해요.
Slurry에 들어있는 'Chemical'은 연마하고자 하는 대상 막질을 연질화하면서 화학적으로 연마하는 역할을 하고
'연마 입자'는 기계적인(Mechanical) 힘으로 막질을 갈아내면서 연마를 하는 역할을 해요.
또 Wafer 표면의 스크레치가 생기거나 공정 제어가 불안할 수 있는데
이를 보안하기 위해서 연마제인 Slurry를 Pad와 Wafer 표면 접촉면에 분포한 상태에서 공정을 진행해요.
연마 입자의 종류는 연마 대상 막질에 따라 달라져요.
(절연막 - 실리카계, 금속배선 - 알루미나)
3) Pad Conditioner(패드 컨디셔너)
: Pad 표면의 거칠기와 Pad 상층부의 기공도를 유지하는 역할을 하는 것이에요.
Diamond나 다른 입자가 전착된 원판을 사용하는데
공정 전/후 또는 공정 중에 Pad 표면을 연마시키면서 거칠기와 기공도를 유지해요.
3. CMP 공정 방법
-. Wafer는 진공으로 Carrier에 흡착을 하여 고정합니다.
그리고 Pad를 부착한 정반(Platen or Table) 위에 Carrier를 올려 놓습니다.
정반을 회전시키면 Carrier도 위에서 회전을 합니다.
이때 Carrier는 수직 방향으로 Wafer에 압력(Pressure)을 일정하게 가하고 있으며
Pad 표면과 마찰을 일으켜 기계적으로 연마를 합니다.
공정 중에 연마제인 Slurry를 지속적으로 Pad 위에 뿌려주며
Wafer를 화학적으로 연마를 합니다.
정반 한 쪽에는 Pad Conditioner로 Pad를 연마하면서
Pad 표면의 거칠기를 유지합니다.
4. CMP 공정의 주요 변수
-. CMP 공정 주요 변수에는 다음이 있습니다.
* 평탄도(Planarity) : 단차 감소 정도.
* 균일성(Uniformity) : 잔류막의 두께 편차(WiW, WtW)
* 선택비(Selectivity) : 다른 물질 막의 연마 속도 비율.
* 연마 속도 : 단위 시간 당 제거되는 막질의 두께.
위와 같은 공정 변수는
Pressure, 회전 속도, Slurry 공급 유량에 따라 달라지고
Pad 특성, Slurry 특성, Pad 표면 상태, Slurry 공급 균일성, Pressure 분포 등
여러가지 이유로 달라질 수 있어요.
*공부하면서 정리해봤는데 오류가 있으면 댓글로 알려주세요.
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