[ CMP 시리즈 ] 반드시 필요한 평탄화 작업

최근에 정말 많이 쓰이는 공정인데요.

웨이퍼를 평탄화하는 작업을 거칩니다.

 

최근 IC가 미세화 되면서 DOF margin에 한게가 있고, Photo 공정에서 불량이 생깁니다.

따라서 이를 평탄화하게 되었습니다.

 

여러 단계가 있지만, 결국은 global planarization을 취하고 있습니다.

 

CMP

CMP라는건, Chemical Mechanical Polishing을 의미합니다.

chemical로는, Slurry를 사용하는데요.

Slurry라는건 연마를 위한 nanoparticle에 용매가 합쳐진 재료입니다.

이 Slurry가 wafer와 표면에서 화학반응을 일으킵니다.

 

Mechanical 측면에서는 Pad로 wafer를 눌러서 pad와 wafer사이가 압착되면서,

wafer를 갈아내는데요, 이게 약간은 사포로 어떤 물건을 갈아내는 것과 비슷합니다.

 

Process mechanism을 조금 더 살펴보겠습니다.

ILD혹은 Metal을 용해시키는 용제 slurry를 압력으로 wafer 표면층에 둡니다.

압력이 있기 때문에, 여기서 화학반응이 일어나면서 ILD나 Metal의 표면을 녹입니다.

이렇게 녹아 나온 물질이, Slurry의 nanoparticle 표면에 흡착되면서,

이후 씻겨나가거나, 이 용제에 같이 녹아 나오면서 깎여나갑니다.

 

그럼 이 CMP 과정을 왜 해야할까요?

정도에 따라 여러 목적을 위해 사용할 수 있습니다.

 

표면 자체에 단차가 있자면, 그 단차를 완화하기 위해, 즉 튀어나온 곳을 맞추기 위해 사용합니다.

 

혹은 특별한 단차가 없다면, wafer전체에 균일성을 두기 위해 사용하기도 합니다.

여기까지가 일단 우리가 생각하는 평탄화를 위한 CMP가 되겠네요.

 

그런데, Embedding process라는 것도 있습니다.

기판에 pattern이 있는데, 이 패턴의 일부를 파고 들어가야하는 경우들이 생깁니다.

그리고 이 과정 후에 고르지 않은 표면을 갈아내는 작업을 할 때도 있죠.

 

 

Slurry에는 여러 종류가 있고, 어떤 것을 갈아낼거냐에 따라 particle과 chemical의 조합을 정합니다.

예를 들어 ILD같은 SiO2를 갈아낸다고 하면, Silica + 염기성 혹은 Ceria + 중성용액 등을 쓰는데요.

특히 Ceria는 연마율이 높아 많이 쓰이기도 합니다.

 

공정에 따라 생각해보면, Memory 공정에서 DRAM이나 Nand flash를 다룰 때,

여기서는 산화막계열을 많이 사용하고, Ceria를 많이 쓰게 됩니다.

 

반대로 Logic 공정에서는 Metal 배선이 많은 편일 거고, 여기서는 Cu나 W를 갈아내기 위한 Slurry를 많이 쓰게 됩니다.

 

CMP 설비는 비교적 간단합니다.

Main body가 있고, Cleaner, ACS 이렇게 크게 보는데요.

Main body에서 실제로 Polishing을 하는 pad가 있고, 1차적인 잔류물을 제거하는 Buffing platen이 있습니다.

 

그리고 CLeaner에서는 공정 후 Slurry와 잔류 film을 제거하고, Wafer를 세정합니다.

 

이후 ACS는 계속 Slurry를 공급하게 되겠죠.

여기에 추가로, Conditioner라는 장치는 pad의 조도, 즉 거칠기를 계속 유지하는 역할을 해줍니다.

https://news.skhynix.co.kr/cmp-pad-recycle/

 

이런 CMP 공정에서, 여러 particle에 의해 Defect가 발생할 수 있습니다.

Particle이 씻겨나가지 않고 잔류하거나, 박혀버리거나, 혹은 이 particle에 의해 원하지 않게 wafer 등이

상처를 받거나 영향이 생깁니다.

 

게다가 Particle과 상관없에, Overpolishing 시 Pattern 폭이 좁은 곳에서 넓은 곳보다

먼저 end point에 도달하기 때문에, 문제가 생길 수 있습니다.

 

여기서 Dishing은 Pattern의 면적에 따라 Pad와 접촉 면적 차이가 생기기 때문에 발생합니다.

Pattern의 넓은 면이 더 깊이 파이는 현상입니다.

 

Erosion은 Pattern이외의 영역까지도 가공되는 현상입니다.

 

사실 위에서 다룬것처럼, Embedding이나 관련 공정에서는 의도해볼 수도 있습니다

 

 

오늘은 우선 간단하게, 개괄적으로 CMP에 대해 다뤄보았습니다.

 

이후 더 깊게 공부를 하면서, 각각의 구성요소들에 대해 업데이트 하겠습니다.

 

읽어주셔서 감사합니다.