탄소나노튜브 기반 나노다공성의 3차원 미세구조물 제작 및 이를 이용한 표면 연마 특성 분석

Abstract

오늘날 고집적 3D 반도체 소자 제조에 있어 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)는 필수적인 생산 공정 기술이지만, 패드의 높은 마모율과 다량의 연마제, 화학제, 컨디셔너와 같은 소모재 사용으로 인해 높은 공정 비용이 발생하고, 많은 후처리 공정을 야기하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존 화학적기계연마 공정의 문제점을 개선하기 위해, 표면에 연마제가 증착된 3차원 형태의 탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT) 미세 구조물들을 제작하고, 이를 이용한 표면 연마 특성을 분석한다. CNT 기반의 나노다공성 미세구조물들을 활용하면 기계적으로 유연하면서도 연마제에 충분한 힘을 전달할 수 있기 때문에 정밀한 연마가 가능하며, CNT의 높은 내마모 특성을 통해 높은 수명시간을 기대할 수 있다. 또한 나노연마제를 CNT에 증착시킴으로써 연마제의 소비량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 컨디셔너의 사용이 필요 없고 세척 등 후처리 공정도 최소화할 것으로 예상된다. 미세구조물 제작에는 화학기상증착, 기계적 전사, 원자층증착 기술들을 순차적으로 활용하며, 이를 통해 CeO2 나노연마제가 증착된 CNT 미세구조물들을 다양한 형태로 제작할 수 있음을 보인다. 연속적인 연마 입자의 공급 없이도 표면 연마를 수행함을 실험적으로 검증하고, 구조물의 형상과 길이에 따른 기계적인 특성을 분석하여 이를 연마 성능과 비교한다. 마지막으로 표면의 연마 흔적을 확인하여 새로운 연마 방법의 재료 제거율(Material Removal Rate; MRR)을 정량적으로 평가한다.