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[국내논문] 스프레이 슬러리 노즐 시스템에서 슬러리 유동이 Cu CMP에 미치는 영향
Effect of Slurry Flow in Spray Slurry Nozzle System on Cu CMP 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.34 no.2, 2017년, pp.101 - 106  

이다솔 (부산대학교 기계공학부) ,  정선호 (부산대학교 기계공학부) ,  이종우 (부산대학교 기계공학부) ,  정진엽 (부산대학교 기계공학부) ,  정해도 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The chemical mechanical planarization (CMP) process combines the chemical effect of slurry with the mechanical effect of abrasive (slurry)-wafer-pads The slurry delivery system has a notable effect on polishing results, because the slurry distribution is changed by the supply method. Thus, the inves...

주제어

#화학적 기계적 연마   #원심 펌프   #슬러리 공급 시스템   #슬러리 유동   #스프레이 슬러리 노즐  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 스프레이 슬러리 노즐을 적용한 공급시스템에서 슬러리 펌프 변화가 Cu CMP 결과에 미치는 영향을 비교 평가하고, 유동해석을 통해 슬러리의 유동을 파악하여 공급시스템의 변화에 따른 연마결과의 원인을 고찰하였다. 현재 CMP 공급 시스템에 관련된 연구가 미흡하며, 스프레이 슬러리 시스템에서 슬러리 펌프로 원심펌프를 적용한 연구가 전무하므로 기존과는 다른 공급시스템을 통해 연마 결과를 개선하고 공급시스템에 따른 슬러리 유동을 관찰한 점에서 본 연구의 의의가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CMP 공정의 연마는 어떻게 이루어지는가? 반도체 공정 중 화학 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정은 재료의 표면을 광역평탄화 할 수 있는 기술로 웨이퍼 소자, 배선 형성 공정에 걸쳐 반도체 제조의 핵심 기술로 자리잡았다. CMP 공정은 소자가 형성된 웨이퍼와 고분자로 만들어진 연마패드의 상대 회전을 통한 기계적 반응과 웨이퍼 박막과 슬러리 (Slurry)의 화학적 반응에 의해 연마가 이루어진다. 이러한 CMP 공정은 소모품 사용 비중이 높아 공정 후 배출되는 폐기품으로 인해 환경에 큰 영향을 미친다.
스프레이 노즐로 슬러리 공급을 함으로써 얻을 수 있는 효과는 무엇인가? 현재 사용되고 있는 기존 슬러리 공급시스템인 튜브형 노즐은 슬러리를 좁은 영역에 공급하며, 연동 펌프는 슬러리를 불연속적으로 공급할 뿐만 아니라 다소 높은 전단력을 발생시켜 연마입자의 응집현상을 일으킨다는 문제점이 있다. 그에 비해 스프레이 노즐은 작은 액적의 슬러리를 넓은 영역에 공급하기 때문에 얇은 슬러리 유막을 형성시키고, 원심펌프는 지속적인 슬러리 공급이 가능하기에 연마균일도 향상에 큰 효과를 보인다고 판단할 수 있다. 이는 CMP 공정에 있어서 슬러리 공급시스템이 연마결과에 직접적인 영향을 미친다는 것을 의미한다.
CMP 소모품 중 환경에 가장 악영향을 끼치는 소모재는 무엇이고, 그 이유는 무엇인가? CMP 소모품에는 슬러리(연마입자가 포함된 화학액), 탈이온수, 연마패드, 컨디셔너가 있다. 2,3 특히, 슬러리는 산성 또는 염기성을 띄고 연마입자를 함유하고 있기 때문에 환경에 가장 악영향을 끼치는 소모재이며, CMP 공정 전체 비용의 50% 이상을 차지하고 있다. 4 따라서 CMP 슬러리의 사용량을 감축하는 것은 환경 및 경제적 효율성에 필수적이다.
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참고문헌 (16)

  1. Olivier, J., Janssens-Maenhout, G., Muntean, M., and Peters, J., "Trends in Global $CO_2$ Emissions 2016 Report," European Commission, pp. 15-73, 2016. 

  2. Lee, H. S., Dornfeld, D. A., and Jeong, H. D., “Mathe-Matical Model-Based Evaluation Methodology for Environmental Burden of Chemical Mechanical Planarization Process,” Int. J. Precis. Eng. Manuf.-Green Tech., Vol. 1, No. 1, pp. 11-15, 2014. 

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  3. Lee, H. S., Lee, D. S., and Jeong, H. D., “Mechanical Aspects of the Chemical Mechanical Polishing Process: A Review,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 17, No. 4, pp. 525-536, 2016. 

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  4. Davis, S., "Techcet CMP Consumables 2015 Market Update," http://www.avsusergroups.org/cmpug_pdfs/CMP2015_7_5Davis.pdf (Accessed 17 January 2017) 

  5. Lee, D. S., Lee, H. S., and Jeong, H. D., “Slurry Components in Metal Chemical Mechanical Planarization (CMP) Process: A Review,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 17, No. 12, pp. 1751-1761, 2016. 

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  6. Coetsiera, C. M., Testa, F., Carretier, E., Ennahali, M., Laborie, B., et al., “Static Dissolution Rate of Tungsten Film Versus Chemical Adjustments of a Reused Slurry for Chemical Mechanical Polishing,” Applied Surface Science, Vol. 257, No. 14, pp. 6163-6170, 2011. 

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  7. Bauck, L. and Donis, R., "Slurry Pump Affects on CMP," Proc. of the 2nd International Conference on Planarization CMP and Its Application Technology, 2005. 

  8. Litchy, M. R., Grant, D. C., and Schoeb, R., "Effects of Shear and Cavitation on Particle Agglomeration during Handing of CMP Slurries containing Silica, Alumina, and Ceria Particles," Proc. of the 12th International CMP-MIC Conference, pp. 366-375, 2007. 

  9. Lee, D. S., Lee, H. S., and Jeong, H. D., “The Effects of a Spray Slurry Nozzle on Copper CMP for Reduction in Slurry Consumption,” Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 29, No. 12, pp. 5057-5062, 2015. 

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  10. Spirax Sarco, "Peristaltic Pumps," http://www.spiraxsarco.com/global/kr/News (Accessed 10 November 2016) 

  11. Schob, R., “Centrifugal Pump without Bearings or Seals,” World Pumps, Vol. 2002, No. 430, pp. 34-37, 2002. 

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  12. Oliver, M. R., "Chemical-Mechanical Planarization of Semiconductor Materials," Springer Science and Business Media, p. 223, 2004. 

  13. Barnes, H. A., “Shear-Thickening (Dilatancy) in Suspensions of Non-Aggregating Solid Particles Dispersed in Newtonian Liquids,” Journal of Rheology (1978-Present), Vol. 33, No. 2, pp. 329-366, 1989. 

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  14. Bossis, G. and Brady, J. F., “The Rheology of Brownian Suspensions,” Journal of Chemical Physics, Vol. 91, No. 3, pp. 1866-1874, 1989. 

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  15. Crawford, N. C., Williams, S. R., Boldridge, D., and Liberatore, M. W., “Shear Thickening of Chemical Mechanical Polishing Slurries under High Shear,” Rheologica Acta, Vol. 51, No. 7, pp. 637-647, 2012. 

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  16. Chhabra, R. P. and Richardson, J. F., "Non-Newtonian Flow in the Process Industries: Fundamentals and Engineering Applications," Butterworth-Heinemann, pp. 1-11, 1999. 

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