[논문]Oxide CMP에서 Sliding Distance와 온도가 재료제거와 연마 불균일도에 주는 영향

김영진; 박범영; 조한철; 정해도

Oxide CMP에서 Sliding Distance와 온도가 재료제거와 연마 불균일도에 주는 영향
Effect of Sliding Distance and Temperature on Material Non-uniformity in Oxide CMP 원문보기

김영진 (부산대학교 기계공학부 정밀가공시스템) , 박범영 (부산대학교 기계공학부) , 조한철 (부산대학교 기계공학부 정밀가공시스템) , 정해도 (부산대학교 기계공학부)

Through the single head kinematics, sliding distance is a movement of a pad within wafer. The sliding distance is very important to frictional heat, material removal, and so on. A Temperature distribution is similar to sliding distance. But is not same. Because of complex process factor in CMP. A platen velocity is a dominant factor in a temperature and material removal. WIWNU is low in head faster condition.

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문제 정의

본 연구에서는 Single Head Kinematics 해석에서의 미끄럼 거리 결과를 바탕으로 Oxide CMP에서 회전비(R)에 따라 온도, 연마률, 연마불균일도를 알아보았다. 미끄럼 거리와 온도분포는 유사한 경향성을 보였으나 CMP의 복잡한 메커니즘 븍성상 만족할 만한 기준아 되지 못하였다.
본 연구에서는 Single Head Kinematics을 바탕으로 연마 중에 웨이퍼 내의 패드의 미끄럼거리에 퍄라 웨이퍼 상에 온도의 발생 그에따른 영향과 연마률과의 관계를 알아보고 더 나아가 각 조건별 온도특성, 연마특성을 통해 균일한 연마공정을 논의해 보고자 한다.

제안 방법

그래서 같은 회전비라 할지라도 헤드와 정반의 회전속도에 따라 결과가 다를 것으로 예상하고 [그림 4]에 나타낸 바와 같이 헤드와 정반의 회전속도에 따른 평균온도를 측정하였다. 평균온도는 헤드속도보다 정반의 회전속도에 지배적임을 알 수 있다.

대상 데이터

연마하였다. CMP 공정 중에 적외선 열 영상을 측정하였으며 카메라는 NEC San-ei Instrument사의 Thermo Tracer TH₉₁00WL 모델을 사용하였다. 영상촬영시 온도 데이터는 패드 상의 출구온도를 획득하였다.
영상촬영시 온도 데이터는 패드 상의 출구온도를 획득하였다. 박막측정은 K・MAC(주)사의 SpectraThick ST5030SL1 이용하였으며 웨이퍼 반경방향으로 19포인트를 축정하였다.

성능/효과

회전비에 따른 헤드와 정반 속도 실험에서는 정반의 속도가 온도에 지배적인 영향을 주었고 또한재료제거豊에도 관계가 있었다. 연마붙균일도는 회전비의 영향보다는 좀 더 구체적으로 말하자면 정반보다 헤드가 빠를수록 낮아졌다.
앞으로 슬러리유량과 패드의 그루브형상에 따라 추가 실험이 필요하다. 회전비에 따른 헤드와 정반 속도 실험에서는 정반의 속도가 온도에 지배적인 영향을 주었고 또한재료제거豊에도 관계가 있었다. 연마붙균일도는 회전비의 영향보다는 좀 더 구체적으로 말하자면 정반보다 헤드가 빠를수록 낮아졌다.

후속연구

앞서도 언급하였지만 물리적인 마찰열 발생은 미끄럼거리이지만 주위 환경으로 열을 빼앗기고 열교환 과정으로 인하여 온도피그치가 더 몰라가지 못하였고 또한 회전비가 낮아짐에 따라 그래프가 우측으로 치우치지 못하는 것은 패드 그루브 형상에 기인하는 것으로 판단된다. XY 그루브에서는 다른 결과가 나올 것이고 앞으로 더 연구해 볼 필요가 있다. 또 다른 이견은 같은 회전비라 할지라도 정반이나 슬러리 유량에 파라 [그림 1]의 경향을 따르지 않는다는 것이다.
현재로는 반도체 디바이스 제조공정에서 필수공정으로 자리잡고 있는 CMP는 선폭이 줄어들면서 리소공정(Lithography)조건이 엄격해지고 평탄화의 정도가 심해지고 있눈 실정이다. 더불어 웨이퍼 전면에 걸친 연마균일도는 수율에 중요한 역할을 하기에 연마 튤 차이틀 제어할 수 있도록 CMP공정에 대해 세 세하고 다각적인 연구가 필요하다.
미끄럼 거리와 온도분포는 유사한 경향성을 보였으나 CMP의 복잡한 메커니즘 븍성상 만족할 만한 기준아 되지 못하였다. 앞으로 슬러리유량과 패드의 그루브형상에 따라 추가 실험이 필요하다. 회전비에 따른 헤드와 정반 속도 실험에서는 정반의 속도가 온도에 지배적인 영향을 주었고 또한재료제거豊에도 관계가 있었다.

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