[반도체] Chemical Mechanical Polishing(CMP)

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목차: Introduction
CMP 개념
평탄화
CMP를 이용한 평탄화 과정
CMP 필요성
CMP 메카니즘
Equipment
CMP장치의 기본구성요소
연마헤드
연마패드
패드 컨디셔너
슬러리
여러가지 CMP기기들
CMP 특성
SEM image & AFM 측정 결과
CMP공정에 대한 요구사항
CMP공정의 문제점과 제어
References

본문내용: 1980년대 말 미국 IBM은 기계적 제거가공과 화학적인 제거가공을 하나의 가공 방법으로 혼합한 CMP(Chemical Mechanical Polishing)라는 새로운 연마공정을 개발

CMP는 PECVD와 RIE 공정과 함께 submicron scale의 칩 제조에 있어서 반드시 필요한 공정

ILD(Interlayer Dielectric ; 층간절연막) CMP와 metal CMP는 디바이스 층의 모든 표면
에서 계속적으로 적용이 되어져야 하며 3차원의 형상정도를 얻기 위해서 각 층을 광역적
인 평탄화를 형성하는 것이 CMP의 주된 역할

CMP 공정에서 웨이퍼는 패드와 슬러리에 의해서 연마되어지며, 패드가 부착되어진 연마 table은 단순한 회전운동을 하고 head부는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력으로 가압
웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해서 head부에 장착되어진다. 헤드부의 자체하중과 인가되는 가압에 의해 웨이퍼 표면과 패드는 접촉하게 되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공부분) 사이로 가공액인 슬러리가 유동을 하여 슬러리 내부에 있는
연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어 지고 슬러리 내의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어짐

CMP 필요성

반도체 메모리의 고집적도 요구에 대한 Lithography를 실현하기 위해서는 웨이퍼에
미세한 레지스트 패턴을 형성하는 로광 장치의 고성능화가 필요

미소한 요철이 표면에 존재하면 회로패턴의 로광을 할 수 없게됨
이러한 표면의 요철은 층이 높아질수록 더욱 커져감
다층화 된 logic 디바이스 웨이퍼에서는 로광 영역내의 평탄화 공정이 필수적

-연마헤드(Polishing Head)

연마를 위해 웨이퍼를 부착하여 이송하고, 연마중에는 웨이퍼를 패드면에 접촉시켜 압력가함

연마헤드의 구성 요소

웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척(Wafer chuck)
웨이퍼가 연마 중에 이탈하는 것을 방지하는 리테이너 링(Retainer Ring)
이들 부위를 지지하고 연마압력을 가하는 연마하우징 (Housing)

연마패드(Polishing Pad)
- 연마중에 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화, 웨이퍼의 불균일도 및 평탄화를 결정하는 중요한 소모품

패드 컨디셔너(Pad Conditioner)
- 연마패드에서 웨이퍼의 연마가 정상적으로 수행되도록 패드의 상태를 최적화

- 연마패드의 상태를 평탄화

- 슬러리 용액이나 연마에 의해 발생된 파티클 등이 패드에 적층되어 패드를 무디게 하는 것을 방지

- 패드의 표면 거칠기를 일정하게 유지시키며, 슬러리 용액을 고르게 분산

(1) 대소 소밀의 미세 요철을 평활, 평탄화 가공하는 것
(2) 가공면은 세정 가능하게 하여 무오염화를 꾀하는 것
(3) 공정 종료점이 분명히 되는 것
(4) 생산효율(throughput)이 높은 것
(5) 대구경 웨이퍼에 대응할 수 있는 것
(6) 운용비(Running Cost)가 낮아야 함
(7) 장치가 가볍고 설치면적(Footprint)이 작아야 함
(8) 종합기술로써 추진하는것

참고문헌: http://www.gnptech.com/public/information/equipment_4.html
L. Wang, K. Zhang, Z. Song, S. Feng, Appl. Surf. Sci. 253 (2007), 4951.
T. Bunluesin, R.J. Gorte, G.W. Graham, Appl. Catal. B, 15 (1998), 107.
D. Schneider, M. Go¨dickemeier, L.J. Gauckler, J. Electroceram. 1 (1997), 165.
http://www.crystec.com/alpovere.htm
Direct-Polish STI CMP Process for Next Generation Gap Fill Technologies, CMP-MIC, February 2006, pp 125-132
Improved Direct Polish STI CMP Process with High Selectivity Slurry: Reduced Microscratching and Increased Productivity, CMP-MIC, March 2002

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