[논문]CMP 패드의 Groove 특성

김철복; 박성우; 김상용; 이우선; 장의구; 서용진

CMP 패드의 Groove 특성
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김철복 (동성A&T주식회사) , 박성우 (대불대학교 전기전자공학과) , 김상용 ((주)동부 아남 반도체) , 이우선 (조선대학교 전기공학과) , 장의구 (중앙대학교 전자전기공학부) , 서용진 (동성A&T주식회사)

In this paper, we studied the characteristics of new polishing pad, which can apply W-CMP process for global planarization of multi-level interconnection structure. The hardness and density were measured as a function of groove pattern. Also, we compared the pore size through the SEM photograph. Finally, we investigated the CMP characteristics with five different kind of groove pattern sample. Through the above results, we can select optimum groove pattern, so we can expect to begin home product of polishing pad.

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문제 정의

하지만, 현재 반도체 칩 제조라인에서 사용되는 거의 모든 연마 패드는 전량 수입에 의존하고 있어 제품의 국산화가 시급히 필요한 현실이다. 따라서 내구성이 뛰어나고 우수한 연마효율 및 균일도를 나타내는 반도체 소자용 고분자 적층패드 및 groove 형성기술을 개발하기 위해 우레탄 Prepolymer [6], 경화저〕, 기공 형성 조제 및 첨가제 등을 사용하여 연마/평탄화 공정에 주된 역할을 하는 우레탄계 Top pad를 제조함으로써 고분자 적층패드의 조기 사업화를 통해 전량 수입에 의존하고 있는 제품을 국산화하여 자체 수급이 가능하도록 할뿐만 아니라, 본 기술을 통해 습득된 기반기술을 활용하여 관련 산업발전에 기여하고자 한다. 현재 사용 중인 동심원 형상의 연마패드는 평탄화 공정 중에 슬러리가 균일하게 공급되지 못하고, 패드의 회전에 의한 관성 작용에 따라 연마패드의 중앙부보다는 가장자리로 많이 공급되어 슬러리의 유동 및 분포가 불균일한 단점이 있다.

제안 방법

2(a)는 연마 패드 표면상에 X-Y축을 중심으로 나란하게 X-Y 형상의 매크로 그루브를 다수 형성시키고 동시에 폭, 깊이와 pitch를 달리하는 미세 그루브를 형성 시켜, 웨이퍼 연마에 활용되는 패드 표면과 웨이퍼 사이에 슬러리 유입량을 효과적으로 조절하여 연마효율을 향상시킨 연마패드를 제작하였다. 그림 2(b)는 미세 그루브가 없는 단순한 XY 형태의 GROOVE을 나타낸 것이고, 그림 2(c)는 동심원의 그루브에 일정한 크기로 절단한 것으로 일명 K-GROOVE라 한다.
그림 2(b)는 미세 그루브가 없는 단순한 XY 형태의 GROOVE을 나타낸 것이고, 그림 2(c)는 동심원의 그루브에 일정한 크기로 절단한 것으로 일명 K-GROOVE라 한다. 또한, 위의 다양한 형태의 GROOVE* 갖는 연마패드를 W-CMP 공정에 적용하기 위해서 IPEC 776장비에서 TEST를 진행하였으며, 중앙에서부터 시계방향으로 49 POINT의 PROFILE 경향을 분석하였다.
이를 위해 본 연구에서는 연마패드의 groove pattern은 동일하나 경도와 밀도 등 미세한 물성의 변화에 따른 결과를 확인하였고, 경도와 밀도 등은 동일하나 groove pattern0] 서로 다른 sample을 이용하여 최적의 groove pattern을 고찰하였다.

성능/효과

경도와 밀도의 차이에 따라 PORE SIZE의 미세한 차이를 관찰할 수 있으며, SEM 사진의 비교에서는 경도와 밀도가 높으면 연마패드내의 PORE SIZE가 작고, 경도와 밀도가 낮으면 PORE SIZE는 반대로 커지는 것을 알 수 있다.
둘째, 같은 경도와 밀도에서도 groove pattern에 따라 pro句e 경향에 차이를 보였다.
셋째, 본 연구에서는 double XY-groove가 가장 우수한 결과를 보였으며, 현재 사용 중인연마 패드와 큰 유의차가 없을 것으로 사료된다.
첫째, 같은 groove pattern이라도 경도와 밀도에 따라서 profile 경향에 차이가 있다는 것을 알 수 있었다.

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