[논문]세리아 연마제 첨가량에 따른 산화막 CMP 특성 고찰

한상준; 박성우; 이우선; 서용진

세리아 연마제 첨가량에 따른 산화막 CMP 특성 고찰
Improvement of Oxide-Mechanical Polishing Characteristics According to the Ceria Abrasive Adding 원문보기

한상준 (대불대학교) , 박성우 (대불대학교) , 이우선 (조선대학교) , 서용진 (대불대학교)

To investigate the possibility of ceria abrasive-added slurry for the oxide-chemical mechanical polishing (oxide-CMP) application, two kinds of retreated methods were introduced as follows: First, the characteristics of mixed abrasive slurry (MAS) using $CeO_2$ powder as an abrasive added within diluted silica slurry (DSS) were evaluated to achieve the improvement of removal rates and non-uniformity. Second, the control of pH level due to the dilution of slurry was examined. And then, we have discussed the CMP characteristics as a function of abrasive dispersion time.

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문제 정의

4-6]. 따라서, 본 논문에서는 CeO?가 첨가된 새로운 혼합 연마제 슬 러리 (Mixed Abrasive Slurry; MAS)에 대한 CMP 특성을 통해 기 존에 상용화된 슬러리의 CMP 특성과 비교 고찰하여 MAS의 우수 성을 입증하고, CMP 공정의 최적화 연구의 기반 기술로 활용하고 자 한다[7, 8].

제안 방법

본 실험에서는 KOH-Based 퓸드 실리카 슬러리에 탈이온수를 1:10 으로 희석한 후 CeO₂를 Iwt%, 3wt%, 5wt% 첨가하여 CMP 연마율 및 비균일도를 비교 분석하였다. 슬러리의 희석과 연마제 첨 가 시 연마 입자가 용액 중에 고르게 퍼지도록 하기 위해 초음파 분산기를 이용하였으며, 혼합된 슬러리의 노화 현상 (aging effect) 및 침전을 방지하기 위해 연마하기 전에 교반기를 사용하여 2분 동안 슬러리를 중분히 교반시켜 주었다.
를 Iwt%, 3wt%, 5wt% 첨가하여 CMP 연마율 및 비균일도를 비교 분석하였다. 슬러리의 희석과 연마제 첨 가 시 연마 입자가 용액 중에 고르게 퍼지도록 하기 위해 초음파 분산기를 이용하였으며, 혼합된 슬러리의 노화 현상 (aging effect) 및 침전을 방지하기 위해 연마하기 전에 교반기를 사용하여 2분 동안 슬러리를 중분히 교반시켜 주었다. 또한, 분산시간에 따른 연마특성을 알아본기 위해 CeO₂를 Iwt%, 첨가하여 초음파분산기로 20sec, 40sect 60sec 분산시킨 후, pH 측정 장비를 사용하여 DIW에 K0H용액을 이용하여 pH 1L5로 고정한 후 CMP 연마율 및 비균일도를 비교 분석하였
테이블의 회전속도는 40 rpm헤드의 회전속도는 60 rpm, 헤드압력은 300 g/cm?로 고정층} 였다. 연마시간도 모두 동일하게 60초로 고정시키고 실험하였다. CMP 후의 산화막 두께는 K-MAX사의 ST-2000를 사용하였고, Mal.

대상 데이터

CMP 장비는 그림1에 보인 G & P Technology의 POLI-380을 사 용하였고, 연마패드는 ICT400을 사용하였다. 테이블의 회전속도는 40 rpm헤드의 회전속도는 60 rpm, 헤드압력은 300 g/cm?로 고정층} 였다.

성능/효과

첨가하여 측정한 결과 2.26nm로 원액 슬러리에 비해 매우 우수한 표면 거칠기 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
세리아 연마제 첨가량에 따른 산화막 CMP 특성의 관한 실험을 통해 얻은 결과는 다음과 같다. CeCh 연마제를 3wt% 첨가한 경우 연마율은 180nm 정도로 가장 우수하였으며, 비균일도는 5% 이내의 안정적인 상태를 보였고 Rpv 표면 거칠기는 5wt%일때 가장 좋은 표면 특성을 나타내었다. 또한 CeO₂ 연마제를 Iwt% 혼합한 후 20 초, 40초, 60초 초음파 분산하여 CMP 공정 후 연마 특성과 Rpv 거 칠기를 비교한 결과 분산시간이 증가함에 따라 연마율과 비균일도 특성이 개선되었지만 Rpv 표면 거칠기가 증가하는 비이상적인 특성을 나타내었다.
CeCh 연마제를 3wt% 첨가한 경우 연마율은 180nm 정도로 가장 우수하였으며, 비균일도는 5% 이내의 안정적인 상태를 보였고 Rpv 표면 거칠기는 5wt%일때 가장 좋은 표면 특성을 나타내었다. 또한 CeO₂ 연마제를 Iwt% 혼합한 후 20 초, 40초, 60초 초음파 분산하여 CMP 공정 후 연마 특성과 Rpv 거 칠기를 비교한 결과 분산시간이 증가함에 따라 연마율과 비균일도 특성이 개선되었지만 Rpv 표면 거칠기가 증가하는 비이상적인 특성을 나타내었다. 이는 세리아 연마입자의 응집현상으로 인해 웨이퍼 표면의 거 칠기 측면에서 다소 문제점을 나타낸 결과로 분석된다.
그림 3은 세리아 연마제 분산에 따른 웨이퍼의 Rpv 표면 거칠기 를 나타낸 것이다. 분산 시간이 증가함에 따라 Rpv 거칠기가 증가하는 비이상적인 표면 특성을 나타내었다. 이는 세리아 연마입자의 응집현상으로 인해 웨이퍼 표면의 거칠기 측면에서 다소 문제점을 나타낸 결과로 분석된다.
표 2는 CeCh 연마제를 Iwt% 혼합한 후 20초, 4Q초, 60초 초음파 부산하여 CMP 공정 후의 연마 특성을 나타낸 것이다. 분산시간이 증가함에 따라 연마율과 비균일도 특성이 개선됨을 알 수 있었다. 특히 60초 분사한 후 연마율은 187nm, 비균일도는 2.
표 1은 세리아 연마제의 첨가량에 따른 CMP 특성을 보인 것이다. 연마제를 3wt% 첨가한 경우 연마율은 180nm 정도로 가장 우수 하였으며, 비균일도는 모든 시료 조건에서 5% 이내의 비교적 안정 적인 상태를 보였다.
분산시간이 증가함에 따라 연마율과 비균일도 특성이 개선됨을 알 수 있었다. 특히 60초 분사한 후 연마율은 187nm, 비균일도는 2.4로 가장 우수한 특성을 나타내었다.

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