연마율 개선을 위한 화학적기계연마 패드 표면돌기의 기계적 특성 제어

Abstract

화학적 기계연마공정은 웨이퍼 표면을 평탄화 또는 적층 구조의 막두께를 조절하기 위해 적용되는 공정으로, 연한 패드를 압착하여 미세한 나노 연마 입자를 대상 표면에 접촉시킨 후 상대운동을 수행함으로써 수 나노 이하 조도의 정밀한 표면 가공을 진행한다. 화학적기계연마 공정의 우수한 평탄화 기능은 초고정밀의 표면 형상을 제작하는 집적 소자 생산 라인에 필수적인 요소공정으로써 자리잡고 있다. 그러나 이러한 초정밀 공정의 필수 소모품인 연마 패드의 표면을 살펴보면 형상 및 기계적인 특성이 매우 불균일하며, 이로 인해 다양한 소재에 대한 연마 공정 메커니즘 파악이 어렵기 때문에 생산 현장에서 많은 엔지니어들이 경험에 의존하여 공정을 제어하고 있다. 본 연구에서는 화학적기계연마 공정을 패드와 기판의 접촉면을 구성하는 미세한 단일 접촉점에서 연마 거동을 정밀하게 분석함으로써 연마 거동 이해를 함양한다. 패드 표면의 미세한 단일돌기의 기계적 특성에 따른 연마 거동을 실험적으로 분석하고, 접촉역학 이론을 통해 주요 거동을 설명한다. 뿐만 아니라 단일 접촉점의 표면에 막질 적층 구조를 코팅하여 제작한 이종 적층 구조 연마 패드를 소개한다. 리소그래피-레플리카 공정으로 단일미세돌기 핀 및 다수미세돌기 연마패드를 제작, 슬러리 환경하에 연마 실험을 수행함으로써 이종 적층 구조의 연마 패드가 기존의 단일 소재 연마 패드들에 비해 연마율 향상 및 연마 패드 형상 수명 연장 이 가능함을 검증한다.