[논문]CMP Conditioning 최적화에 관한 연구

한상엽; 윤성규; 윤보언; 홍창기; 조한구; 문주태

CMP Conditioning 최적화에 관한 연구
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한상엽 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀) , 윤성규 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀) , 윤보언 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀) , 홍창기 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀) , 조한구 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀) , 문주태 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀)

본 연구는 CMP 공정 중의 Conditioning 최적화에 관한 내용이다. CMP Pad Conditioner의 역할은 CMP 공정 중 Slurry 및 연마 잔유물에 의해 Pad 표면에 눈막힘 현상(Glazing)이 발생하여 Wafer의 연마속도가 급속히 저하되는 현상을 방지하여 공정의 안정성을 향상시키는 데 있다. 본 연구 중 Conditioning은 In-situ 방식으로 진행되었으며, Conditioning 비율을 Polishing Time 대비 50%만 진행하여도 연마속도 저하현상은 나타나지 않음을 확인하였다. 이로써 Pad 마모랑 감소 및 Conditioner 교체 주기연장이 가능해져, CMP 공정의 Cost를 절감할 수 있다.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 Polishing 공정 중에 In-situ 로 진행 돠고 있는 conditioning의 최적화에 관하여 연구를 하였다.

제안 방법

CMP 공정을 진행하면서 Pad Coi너itioner의 역핳을 알아보기 위하여 Conditionings 유두에 따라 진행하였다. Polishing Timee 30초, 60초, 90초, 120초로 진행 하였다.
CMP 공정을 진행하면서 PadConditiorw의 역할을 알아보기 위하여 Conditioning의 조건에 따라 Slurry 별, 막질 별에 따른 RR과 Uniformity豊 측정해 보았다. Polisher는 Rohm&Hass IC₁₀00/Suba4 Padef 장착된 AMAT사의 Mirra 장비를 사용하였고, Slurry는 Silica, Ceria와 Pdy-Si를 사용하였고, 막질은 Oxide, Poly-Si 막질읋 이용하였다.
NU 죽면에서의 평가에 따라 PolishingTime(120초) 에 따라 Conditioning의 비율을 50%(60초)로 각각의 Slurry와 막질에 대해 Wafer to Wafer 평가養 진행하였다. Poly-Si Shmy를 이용하여 Poly-Si 막질에 대한 Wafer to Wafer 평가는 Polishing Time 은 60 초, Conditioning의 비유은 50殮30초)로 진행하였다, 그림 8은 Ceria Slurry를 이용하여 Oxide 막질오 Wafer to Wafer 진행한 결과이다.
Polishing Timee 120초로 진행 되었으며 Conditioning Timee 0%(0초), 25%(30초), 50%(60초), 100%(120초)로 진행하였다.
Polishing Timee 30초, 60초, 90초, 120초로 진행 하였다.
지금까지 CMP Conditionings 최적화에 대해서 Test를 해보았다.P이ishing을 진행하면서 Conditioning 의 비유올 50%로 진행을 하는 경우에또 NU는 10。%로 진행하는 것과 비슷한 수준을 유지하고 았으며 마라톤 Test흐 종하여서도 안정적인 RA와 NU 를 얻을 수 있다.

대상 데이터

Polisher는 Rohm&Hass IC₁₀00/Suba4 Padef 장착된 AMAT사의 Mirra 장비를 사용하였고, Slurry는 Silica, Ceria와 Pdy-Si를 사용하였고, 막질은 Oxide, Poly-Si 막질읋 이용하였다.

이론/모형

유무에 따른 RA 의 결과를 가지고 이번에는 Non-uniformity(NU) 측면에서 평가를 해보았다. Polishing Timee 120초로 진행 되었으며 Conditioning Timee 0%(0초), 25%(30초), 50%(60초), 100%(120초)로 진행하였다.

성능/효과

Ceria, Silica, Poly-Si Slurry와 Oxide, Poly-Si Blanket 막질에 대해 Polishing Time 대비 Conditioning의 비율을 50%으로 진행하여도 RA와 NU 측면에서 안정적인 결과를 얻을 수 있다.
Conditioning의 유무에 따라서 각각의 Sluny와 막질에 따라서 30초, 60초, 90초, 120초로 Polishing을 진행한 결과 Ceria Slurry로 진행한 경우에는 RAII 서만 차이가 있고 Polishing Time에 따라서는 큰 차이가 보이지 않았다. Silica Sluny의 경우에는 Polishing Time이 길어 질수록 Conditioning의 유무에 따라 RAI 차이가 커졌으며 Conditioning을 하지 않았을 패가 RA가 줄어드는 것을 暑 수 있었다.
그림 4는 Poly・Si Shiny를 이용하여 P이y・Si 막질을 P이ishing한 결과이다. Silica률 이용하여 Oxide막질을 P이ishing한 결과와는 반대로 Conditior血g을 하지 않았을 패의 RA가 Polishing하는 시간이 길어 질수록 증가하는 것으 볼 수 있었다.

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