디바이스의 고집적화로 인한 다층 배선구조로 인해 초점심도가 중요해짐에 따라 표면의 평탄도가 디바이스에 매우 큰 영향을 주게 되어, 표면의 평탄도를 결정지어주는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 매우 중요한 요소가 되었다. CMP 공정에는 슬러리, 연마패드, 컨디셔닝 디스크와 같은 소모품들이 사용된다. 이러한 소모품 중 하나인 컨디셔닝 디스크를 이용한 컨디셔닝 공정은 CMP 공정이 끝난 후 패드의 기공과 groove 내에 잔류 하는 화학반응물이나 슬러리와 같은 잔유물들을 컨디셔닝 디스크 표면에 부착되어 있는 다이아몬드를 이용하여 제거 함으로써 연마율을 높이고, 연마 패드의 수명을 증가 시켜주는 역할을 한다. 컨디셔닝 공정을 실시함으로써 연마 패드의 수명이 연장되기 때문에 경제적인 부분에서도 큰 이점을 가지게 된다. 본 연구에서는 이러한 CMP 공정에서 중요한 역할을 하는 소모품 중 하나인 컨디셔닝 디스크 표면에 존재하는 다이아몬드의 밀도, 형상 그리고 크기에 따라 연마 패드의 회복력 변화를 알아봄으로써 효율적인 컨디션닝 디스크의 특성을 평가해 보았다.
디바이스의 고집적화로 인한 다층 배선구조로 인해 초점심도가 중요해짐에 따라 표면의 평탄도가 디바이스에 매우 큰 영향을 주게 되어, 표면의 평탄도를 결정지어주는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 매우 중요한 요소가 되었다. CMP 공정에는 슬러리, 연마패드, 컨디셔닝 디스크와 같은 소모품들이 사용된다. 이러한 소모품 중 하나인 컨디셔닝 디스크를 이용한 컨디셔닝 공정은 CMP 공정이 끝난 후 패드의 기공과 groove 내에 잔류 하는 화학반응물이나 슬러리와 같은 잔유물들을 컨디셔닝 디스크 표면에 부착되어 있는 다이아몬드를 이용하여 제거 함으로써 연마율을 높이고, 연마 패드의 수명을 증가 시켜주는 역할을 한다. 컨디셔닝 공정을 실시함으로써 연마 패드의 수명이 연장되기 때문에 경제적인 부분에서도 큰 이점을 가지게 된다. 본 연구에서는 이러한 CMP 공정에서 중요한 역할을 하는 소모품 중 하나인 컨디셔닝 디스크 표면에 존재하는 다이아몬드의 밀도, 형상 그리고 크기에 따라 연마 패드의 회복력 변화를 알아봄으로써 효율적인 컨디션닝 디스크의 특성을 평가해 보았다.
Recently, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is one of very important processing in semiconductor technology because of large integration and application of design role. CMP is a planarization process of wafer surface using the chemical and mechanical reactions. One of the most important components...
Recently, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is one of very important processing in semiconductor technology because of large integration and application of design role. CMP is a planarization process of wafer surface using the chemical and mechanical reactions. One of the most important components of the CMP system is the polishing pad. During the CMP process, the pad itself becomes smoother and glazing. Therefore it is necessary to have a pad conditioning process to refresh the pad surface, to remove slurry debris and to supply the fresh slurry on the surface. A conditioning disk is used during the pad conditioning. There are diamonds on the surface of diamond disk to remove slurry debris and to polish pad surface slightly, so density, shape and size of diamond are very important factors. In this study, we characterized diamond disk with 9 kinds of sample.
Recently, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is one of very important processing in semiconductor technology because of large integration and application of design role. CMP is a planarization process of wafer surface using the chemical and mechanical reactions. One of the most important components of the CMP system is the polishing pad. During the CMP process, the pad itself becomes smoother and glazing. Therefore it is necessary to have a pad conditioning process to refresh the pad surface, to remove slurry debris and to supply the fresh slurry on the surface. A conditioning disk is used during the pad conditioning. There are diamonds on the surface of diamond disk to remove slurry debris and to polish pad surface slightly, so density, shape and size of diamond are very important factors. In this study, we characterized diamond disk with 9 kinds of sample.
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문제 정의
이러한 패드 컨디셔너를 사용함으로써 증가한 연마패드의 수명은 CMP의 효율성 증대뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 커다란 이점을 가진다. 따라서 본 연구는 연마 패드의 성능을 향상 시키기 위해 컨디셔닝 공정에 사용되는 다이아몬드의 밀도와 형태 그리고 크기의 차이의 변화에 따라서 CMP 공정 후의 연마 패드의 회복 능력, 연마패드와 컨디셔너 디스크의 실제 마찰력과 온도를 측정 하여 컨디셔닝 디스크상의 다이아몬드 조건에 따른 특성평가를 실시 하였다.
본 연구에서는 CMP 공정에서 중요한 역 할을 하고 있는 연마 패드의 효율성과 경제성 향상을 위해 컨디셔닝 디스크에서 가장 중요한 요소인 디스크 표면에 존재하는 다이 아몬드의 형상과 밀도 그리고 크기의 변화에 따라 실험을 실시하고 특성을 평가해보았다. 컨디셔닝 디스크 표면의 다이아몬드가 날카롭고 조밀하지 않게 분포되 어 있는 경우 가장 높은 회복율을 얻어낼 수 있었으나 날카로운다이 아몬드는 과도한 절삭력으로 인하여 오히 려패드의 수명이 떨어질 수 있다는 것을 알게되었다.
제안 방법
실험은 Platen 속도 83rpm, head 속도 50rpm, 압력 4 psi (300 g/cn?)의 공정 조건으로 2분간 연마를 실시하였으며, 지속적인 연마율 감소가 더 이상 나타나지 않을 때, platen 속도 50rpm, head 속도 50 rpm, 압력 0.5 psi (40 g/cm2)^] 공정 조건으로 2분간 컨디셔닝 공정을 실시하였다. 컨디셔닝 공정 후 연마를 실시하여 연마 패드의 회복력을 증가된연마율로 판단하여 측정하였다.
5 psi (40 g/cm2)^] 공정 조건으로 2분간 컨디셔닝 공정을 실시하였다. 컨디셔닝 공정 후 연마를 실시하여 연마 패드의 회복력을 증가된연마율로 판단하여 측정하였다. 연마율을 구하는 방법은 다음과 같다.
대상 데이터
CMP 공정에는 IC 1000 Stick Suba IV (Rohm & Haas, U.S.A.) 패드를 사용하였다. 연마 패드의 회복력 측정을 위하여 4인치 Copper 디스크 (99%, 100 mm diameter, 1.
본 실험에 사용된 컨디셔닝 디스크는 새솔 다이아몬드 주식회사 에서 제작한 9가지의 다른 특성을 가진 다이 아몬드 디 스크 샘플을 사용하였다. Table 1는 사용된 9가지 컨디셔닝 디스크 샘플의 조건을 보여주고 있다.
) 패드를 사용하였다. 연마 패드의 회복력 측정을 위하여 4인치 Copper 디스크 (99%, 100 mm diameter, 1.2 pm thickness)를 사용하여 연마율을 측정하였으며, CMP 공정 시 공급 되는 슬러 리 의 제조는 초순수 (DI water)에 0.15M Oxalic acid (98%, Aldrich, U.S.A.)와 3wt% Alumina parti cle (99.99%, 13nm, Dagussa, German) 그리고 10 vol% H2O2 (35%, DongWoo Fine-Chem co., Japan) 를 첨가하여 제조하였다.
성능/효과
컨디셔닝 디스크 표면의 다이아몬드가 날카롭고 조밀하지 않게 분포되 어 있는 경우 가장 높은 회복율을 얻어낼 수 있었으나 날카로운다이 아몬드는 과도한 절삭력으로 인하여 오히 려패드의 수명이 떨어질 수 있다는 것을 알게되었다. 그러므로 컨디셔닝 디스크 표면의 다이아몬드가 날카롭지 않고 분포 간격이 넓은 것이 가장 효율적 이라는 것이라고 판단할 수 있었다. 즉, 연구에 사용된 샘플 8이 가장 효과적인 컨디셔닝 디스크라는 것을 알 수 있었다.
이는 디스크 표면에 조밀한 밀도로 밀집 되어 있는 다이아몬드가 슬러 리의 유동에 제약을 주고 밀집되어 있는 다이아몬드 사이에 잔유물이 잔류하여 연마작용을 방해하기 때문이라고 판단된다. 다이아몬드의 크기는 패드 회복력에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났으며, 지속적 인 연마율 감소가 나타나지 않는 구간은 10회에서 15회 CMP 공정을 실시한 후에 관찰되었다.
이러한 이유는 날카로운 형태의 다이아몬드가 패드에 존재하는 잔유물 사이로 깊이 박히게 되어 마찰력 이 증가하기 때문이다. 또한 그룹 2의 마찰계수는 다른 두 그룹보다 다이아몬드의 형태에 상관없이 모두 크게 나타났다. 작은 크기의 다이아몬드들이 조밀하게 분포되 어 있기 때문에 같은 밀도의 그룹 1보다 더욱 슬러 리나 화합물들이 유동할 수 있는 면적이 훨씬 작아져 실제 컨디셔닝 공정 시 패드 내에 잔류하는 화합물이나 슬러리들이 컨디셔닝 디스크의 다이아몬드 사이를 통과하여 나가지 못하고 디스크 표면에 잔류하게 되 어 그에 따라 마찰력이 증가하게 된다.
이는 날카로운 형상에 의한 절삭력이 증가하여 패 드에 존재하는 groove 사이 에 잔유물이 쉽게 제거되기 때문일 것이라고 판단된다. 또한 다이아몬드가 조밀하게 배열되어 부착되어 있을수록 연마 패드의 회복율이 감소한다는 것도 확인할 수 있었다. 이는 디스크 표면에 조밀한 밀도로 밀집 되어 있는 다이아몬드가 슬러 리의 유동에 제약을 주고 밀집되어 있는 다이아몬드 사이에 잔유물이 잔류하여 연마작용을 방해하기 때문이라고 판단된다.
3은 각각 샘플의 마찰계수를 측정한 결과이다. 세 그룹 중 각 그룹 모두에서 컨디셔닝 디스크에 부착된 다이아몬드가 가장 날카로운 형 태를 가진 샘플들의 마찰력이 가장 크게 측정되었다. 이러한 이유는 날카로운 형태의 다이아몬드가 패드에 존재하는 잔유물 사이로 깊이 박히게 되어 마찰력 이 증가하기 때문이다.
회복율을 보여주고 있다. 이 결과에서 컨디셔닝 디스크상의 다이아몬드 형상이 날카로울수록 연마 패드 회복력이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 날카로운 형상에 의한 절삭력이 증가하여 패 드에 존재하는 groove 사이 에 잔유물이 쉽게 제거되기 때문일 것이라고 판단된다.
그러므로 컨디셔닝 디스크 표면의 다이아몬드가 날카롭지 않고 분포 간격이 넓은 것이 가장 효율적 이라는 것이라고 판단할 수 있었다. 즉, 연구에 사용된 샘플 8이 가장 효과적인 컨디셔닝 디스크라는 것을 알 수 있었다.
컨디셔닝 디스크 표면의 다이아몬드가 날카롭고 조밀하지 않게 분포되 어 있는 경우 가장 높은 회복율을 얻어낼 수 있었으나 날카로운다이 아몬드는 과도한 절삭력으로 인하여 오히 려패드의 수명이 떨어질 수 있다는 것을 알게되었다. 그러므로 컨디셔닝 디스크 표면의 다이아몬드가 날카롭지 않고 분포 간격이 넓은 것이 가장 효율적 이라는 것이라고 판단할 수 있었다.
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