[논문]CMP 패드 컨디셔닝 온도에 따른 산화막의 연마특성

최권우; 김남훈; 서용진; 이우선

doi:10.4313/jkem.2005.18.4.297

CMP 패드 컨디셔닝 온도에 따른 산화막의 연마특성
CMP Properties of Oxide Film with Various Pad Conditioning Temperatures 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.18 no.4, 2005년, pp.297 - 302

최권우 (조선대학교 전기공학과) , 김남훈 (조선대학교 에너지자원신기술연구소) , 서용진 (대불대학교 전기전자공학과) , 이우선 (조선대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Chemical mechanical polishing(CMP) performances can be optimized by several process parameters such as equipment and consumables (pad, backing film and slurry). Pad properties are important in determining removal rate and planarization ability of a CMP process. It is investigated the performance of oxide CMP process using commercial silica slurry after the pad conditioning temperature was varied. Conditioning process with the high temperature made the slurry be unrestricted to flow and be hold, which made the removal rate of oxide film increase. The pad became softer and flexible as the conditioning temperature increases. Then the softer pad provided the better surface planarity of oxide film without defect.

주제어

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문제 정의

한편, 패 W 컨디셔닝 (pad con ditioning) 기술은 일반적으로 CMP 공정 전후에 패드 표면의 다공성과 거칠기를 유지하도록 하기 위하여 상온의 DIW(de ionized water)흘려주면 서 미 세한 다이 아몬드 입 자가 묻어 얏】눈 컨디 셔너 (conditioner)를 사용하여 패드 위에서 직접 수행되며, 패드 컨디셔닝 기술에 의해 연마 패드가 리프 레쉬(refresh) 된 후에 연마율을 다시 회복시킬 수 중요한 공정이다[8]. 따라서 본 연구에서는 고온의 DIW를 이용한 효율적인 패드 컨디셔닝 기술을 제 안하기 위해 패드 컨디셔닝 온도에 따른 이 중 연 마 패드의 물성을 분석하였다. 본 연구에서는 전기 로에서 성장시킨 열산화막을 실리카 슬러리를 사용하여 패드 컨디셔닝 시에 DIW의 온도를 증가시 켜 각각의 온도에서 따로 컨디셔닝한 후, 패드의 기공 및 groove의 특성 변화가 산화막의 연마율 및 표면 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
본 논문에서는 패드 컨디셔닝 시의 온도 조절을 통하여 패드의 표면 형상 및 물성 변화가 산화막 CMP에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 컨디셔 닝 시의 온도가 40 ℃ 이후에서는 온도가 증가함에 따라 산화막의 연마율은 큰 폭으로 증가하였으 며 패드 표면과 패드의 groove도 컨디셔닝 온도가 증가함에 따라 우수한 다공성의 표면 특성 및 슬 러리 잔류물이 없는 깨끗한 groove 특성을 갖는 것으로 확인되었다.

제안 방법

CMP 전 열성장한 산화 막의 두께는 약 9800 A이었다. 각각의 온도에서 컨디셔닝을 수행한 이후의 패드의 표면을 분석하 고자 SEM(Hitachi, S-4700)을 이용하여 패드의 표면 형상을 관찰하였다. 또한 각 온도증가에 따른 패 드의 점탄성 특성을 측정 하기 위하여 ARES (Rheometric Scientific)-!- 사용하여 20 ℃ 에서 90 ℃까지 온도의 변화를 주며 측정을 하였으며 주 파수는 1 Hz로 고정을 하여 진행하였다.
본 연구에서는 전기 로에서 성장시킨 열산화막을 실리카 슬러리를 사용하여 패드 컨디셔닝 시에 DIW의 온도를 증가시 켜 각각의 온도에서 따로 컨디셔닝한 후, 패드의 기공 및 groove의 특성 변화가 산화막의 연마율 및 표면 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 패드의 온도 변화에 따른 탄성계수를 측정하여 연 마율과의 상관관계를 고찰하였다.
또한 각 온도증가에 따른 패 드의 점탄성 특성을 측정 하기 위하여 ARES (Rheometric Scientific)-!- 사용하여 20 ℃ 에서 90 ℃까지 온도의 변화를 주며 측정을 하였으며 주 파수는 1 Hz로 고정을 하여 진행하였다. 본 연구에서는 LOGITECH 사의 PM-5 연마 장비를 이용하여 CMP 공정을 수행하였다[9丄 웨이퍼 세정 은 NHQH : H₂O₂ : 也0를 1:2:7의 비율로 제 조된 SC-1 케미컬에서 2분, 1:10의 DHF 용액에서 1분, 이후 초음파 세척기를 이용하여 5분 동안 클리닝하는 시퀀스를 사용하였다 [9, 10]. 표 1에 CMP 공정의 전반적인 공정 변수를 나타내었다 [Ⅲ.
따라서 본 연구에서는 고온의 DIW를 이용한 효율적인 패드 컨디셔닝 기술을 제 안하기 위해 패드 컨디셔닝 온도에 따른 이 중 연 마 패드의 물성을 분석하였다. 본 연구에서는 전기 로에서 성장시킨 열산화막을 실리카 슬러리를 사용하여 패드 컨디셔닝 시에 DIW의 온도를 증가시 켜 각각의 온도에서 따로 컨디셔닝한 후, 패드의 기공 및 groove의 특성 변화가 산화막의 연마율 및 표면 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 패드의 온도 변화에 따른 탄성계수를 측정하여 연 마율과의 상관관계를 고찰하였다.
컨디셔닝을 수행할 때 컨디셔 너와 함께 주입되어지는 DIW의 온도를 자동 온 도조절기에서 각각 20 ℃, 35 ℃, 50 ℃, 65 ℃, 80 ℃의 온도로 증가시켜서, 각 온도에서 컨디셔닝을 하였을 때 패드 위에 잔류하는 슬러리 흡착 정도 와 그 때의 산화막 연마율을 측정하였다. 산화막 은 3~6 Qcm의 저항을 갖는 n-type (111) 방향의 4인치 실리콘 웨이퍼를 열산화 시켰으며, 산화막 의 두께는 Ellipsometer(J. A woollam, M-2000V) 를 이용하여 측정하였다. CMP 전 열성장한 산화 막의 두께는 약 9800 A이었다.
00™ 연마패드 위에서 수행하였다. 컨디셔닝을 수행할 때 컨디셔 너와 함께 주입되어지는 DIW의 온도를 자동 온 도조절기에서 각각 20 ℃, 35 ℃, 50 ℃, 65 ℃, 80 ℃의 온도로 증가시켜서, 각 온도에서 컨디셔닝을 하였을 때 패드 위에 잔류하는 슬러리 흡착 정도 와 그 때의 산화막 연마율을 측정하였다. 산화막 은 3~6 Qcm의 저항을 갖는 n-type (111) 방향의 4인치 실리콘 웨이퍼를 열산화 시켰으며, 산화막 의 두께는 Ellipsometer(J.

대상 데이터

본 실험에서 CMP 공정에 사용되어진 연마패드 는 그림 1과 같이 RODEL사의 IC₁₄00™ 연마패드 위에서 수행하였다. 컨디셔닝을 수행할 때 컨디셔 너와 함께 주입되어지는 DIW의 온도를 자동 온 도조절기에서 각각 20 ℃, 35 ℃, 50 ℃, 65 ℃, 80 ℃의 온도로 증가시켜서, 각 온도에서 컨디셔닝을 하였을 때 패드 위에 잔류하는 슬러리 흡착 정도 와 그 때의 산화막 연마율을 측정하였다.

성능/효과

그림 3(b)의 경우는 CMP 공정 후 컨디셔닝을 하지 않았을 경우의 분석결과로서 groove와 기공 이 슬러리에 의해 완전히 메워짐과 동시에 슬러리 의 유입이 되어지지 않아 CMP 공정에 있어 화학 적 인 작용이 배 제되어버 린 결과를 가져오게 된다. 그림 3(c)의 경우는 glazing 현상으로 인해 groove 에 슬러리가 메워짐과 동시에 패드 표면 또한 마 모되어 매끄러워짐을 확인할 수 있었으며 패드표 면의 기공의 형태는 패드의 마모로 인해 변형이 일어났음을 알 수 있었다. 이와 glazing 현상이 일 어난 패드는 조속한 패드의 교환이 이루어져야 한 다[15L 그림 3(d)의 경우는 컨디셔닝의 온도가 20 ℃ 일 경 우로서 grooves] 상하의 경 계 부분에 완벽 하게 제거되어지지 않은 실리카 슬러리의 잔류물 이 후속 CMP공정에 있어 슬러리의 표면상의 흐름 에 악영향을 주어 연마율을 저하시키는 요인으로 작용된다.
그림 5느 컨디 서닝 온도에 따른 산화막의 연마 율과 비균일도 특성은 나타낸 二I림이다. DIW 온도 를 조절하면서 컨디 셔닝을 수행 한 직후에 CMP 공 성 은 실 시 하였은 시 에 CMP 공정 온도가 컨디 셔닝 온도에 영향을 받음을 확인할 수 있었다. 즉, 컨 디셔닝 온도가 20 ℃, 50 ℃, 80 ℃였을 때의 CMP 공정중에 실시간 모니터링한 공정 온도는 각각 22 ℃, 37 ℃, 47 笆를 나타냈다.
즉, 컨 디셔닝 온도가 20 ℃, 50 ℃, 80 ℃였을 때의 CMP 공정중에 실시간 모니터링한 공정 온도는 각각 22 ℃, 37 ℃, 47 笆를 나타냈다. 결과적으로 컨디셔닝 온도가 20 ℃일 때 연마율은 700 A, 35 ℃일 때는 710 A, 50 ℃ 일 때는 1535 A, 65 ℃ 일 때는 1765 A, 80 ℃일 때 경우는 1685 A을 얻을 수 있었다. 이는 저온에서보다 고온에서의 컨디셔닝을 하였을 때 패드 표면이 양호한 다공성의 기공을 확보할 수 있었고, groove에서 슬러리의 잔류물도 제거할 수 있어서 CMP 공정 시에 슬러리의 흐름이 원활 해짐에 따라 연마율이 증가한 것으로 판단된다.
컨 디 셔닝 온도가 80 ℃일 경우는 슬러리 잔류물이 대부분 제거 되었으며 기공의 모양이 새 패E와 비교하여 완벽 한 원형의 모양을 유지하여 슬러리의 흐름에 영향을 주는 표면의 다공성이 확연히 드러남을 알 수 있다. 기공의 크기가 클수록 슬러리의 유입과 이동 이 자유로워 연마율이 증가됨을 감안 할 때에 컨 디셔닝 온도가 증가할수록 슬러 리 잔류물의 제거 를 향상시켜서 기공 크기가 커지며 다공성이 유지 되는 이유로 연마율이 증가되는 것으로 판단된다. [13, 14],
한편, 80 ℃로 컨디셔닝한 직후 CMP 공정을 진행할 시에 잔열에 의해 CMP 공정 온도는 패드의 tangent 6가 가장 높은 50 ℃-60 ℃에 근접한 47 ℃를 유지한다. 따라서, 패 드의 점성도가 다소 상승하는 영향으로 스크래치 등의 결함이 없고 우수한 평탄도 특성을 확보할 수 있었다.
이 렇듯 패드 컨디 셔닝 온도에 따라서 개선된 다공성 표면 및 groove 특성은 슬 러리의 흐름을 개선하여 산화막의 연마율을 증가 시킨다. 또한, 패드의 온도가 증가함에 따라 탄성 계수가 감소하여 변형율이 50 ℃-60 ℃의 경우에 현저하게 상승함을 알 수 있었는데, 이는 고온의 패드 컨디셔닝이 패드를 다소 유동화시켜 컨디셔 너와 패드의 접촉 시에 기공 및 grooves] 잔류 슬 러리 제거에 기여를 하여 연마율의 증가에도 영향을 준 것으로 보인다. 한편, 80 ℃로 컨디셔닝한 직후 CMP 공정을 진행할 시에 잔열에 의해 CMP 공정 온도는 패드의 tangent 6가 가장 높은 50 ℃-60 ℃에 근접한 47 ℃를 유지한다.
즉, 80 笆로 컨디셔닝한 직후 CMP 공정을 진행할 때에 47 ℃의 공정 온도를 유지하여 그림 4에서와 같이 높은 tangent 6값을 확보할 수 있었 음에 기 인하는 것이다. 즉, 고온에서의 컨디셔닝으 로 패드의 점성도가 다소 상승하는 영향으로 스크 래치 등의 결함이 없으면서 전반적으로 경도가 큰 IC₁₀00 계열의 상부 패드 특성에 따라서 우수한 평탄도 특성도 확보할 수 있었다.
본 논문에서는 패드 컨디셔닝 시의 온도 조절을 통하여 패드의 표면 형상 및 물성 변화가 산화막 CMP에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 컨디셔 닝 시의 온도가 40 ℃ 이후에서는 온도가 증가함에 따라 산화막의 연마율은 큰 폭으로 증가하였으 며 패드 표면과 패드의 groove도 컨디셔닝 온도가 증가함에 따라 우수한 다공성의 표면 특성 및 슬 러리 잔류물이 없는 깨끗한 groove 특성을 갖는 것으로 확인되었다. 이 렇듯 패드 컨디 셔닝 온도에 따라서 개선된 다공성 표면 및 groove 특성은 슬 러리의 흐름을 개선하여 산화막의 연마율을 증가 시킨다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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