초록 ▼

□ 연구개요
반도체 필수 제조공정인 화학적 기계적 평탄화 (Chemical mechanical planarization, CMP) 공정에서 연마 패드의 표면 지형과 웨이퍼의 상호작용에 따른 공정 모델링을 통한 스마트 CMP 시뮬레이터를 개발하고자 한다. 실제 산업현장에서 발생하는 비선형적인 재료 제거 편차를 패드 표면 지형 인식을 통해 문제점을 인지하고, 타겟 연마량을 달성하기 위해 연마 압력을 제어함으로써 안정적인 재료 제거를 가능하게 한다. CMP 공정의 디지털 전환을 목표로 기존의 사전 가정 및 모델 단순화로부터 파생되는

□ 연구개요
반도체 필수 제조공정인 화학적 기계적 평탄화 (Chemical mechanical planarization, CMP) 공정에서 연마 패드의 표면 지형과 웨이퍼의 상호작용에 따른 공정 모델링을 통한 스마트 CMP 시뮬레이터를 개발하고자 한다. 실제 산업현장에서 발생하는 비선형적인 재료 제거 편차를 패드 표면 지형 인식을 통해 문제점을 인지하고, 타겟 연마량을 달성하기 위해 연마 압력을 제어함으로써 안정적인 재료 제거를 가능하게 한다. CMP 공정의 디지털 전환을 목표로 기존의 사전 가정 및 모델 단순화로부터 파생되는 수학적 모델링의 한계를 데이터 및 AI 기술을 기반으로 극복함으로써 스마트 CMP 시스템의 토대를 마련하고, 기술적 우위성을 확보함으로써 기술 주도 및 산업 전반에 적용 가능한 차세대 공정 기술 개발과 우수 연구 인력양성을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
총 3년간 목표는 다음과 같다.
■ CMP 공정에서 패드 표면 돌기의 접촉 모드를 고려한 수학적 모델링
■ 패드 표면 형상을 결정하는 CMP 공정 변수 도출
■ CMP 실험을 통한 훈련 데이터 구축 및 패드 표면 지형 정량화 방안 도출
■ 심층 신경망 기반의 딥러닝 모델링
■ 고도화된 재료 제거율 예측 모델 개발
■ 차세대 CMP 시뮬레이션 기술로의 정합성 평가

불규칙 및 비선형적 열화를 특징으로 하는 연마 패드에서 CMP 시뮬레이션을 위한 핵심 공정 변수를 도출하고, 웨이퍼 연마 실험을 통해 AI 모델링을 위한 학습 데이터를 구축하였다. 훈련이 가능하도록 데이터를 가공 및 정량화하는 방법을 도출하였으며 총 11가지의 기계학습 모델을 구현하여 재료 제거율을 예측하였다. 또한, 반도체 공정 정밀도 요구에 맞추어 예측 성능을 향상시키기 위한 Deep ensemble learning 기반의 예측 성능 고도화 모델을 고안 및 개발하였다. 회귀 성능 지표로 평가한 결과, 약 98.5%의 정확도 및 8nm 오차 수준에서 재료 제거율을 정확하게 예측할 수 있음을 검증하였다. 본 연구에서 개발된 프레임워크에 따라 실제 산업에서도 적용 및 응용이 가능하며 공정 정밀도 향상을 통한 생산성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구는 CMP 공정 중 실시간으로 열화됨과 동시에 재료 제거를 결정하는 연마 패드의 특성을 고려하여, 공정 정밀도 향상을 위한 AI 기반 CMP 시뮬레이터 개발을 목적으로 한다. 이에 따라 패드 표면 지형의 구조를 특성화 할 수 있는 방법을 마련하고 실험을 통해 학습 데이터를 구축하였으며, 우수한 예측 정확도를 도출할 수 있는 딥러닝 기반의 모델을 개발하였다. 본 연구에서 구현된 프레임워크를 통해 목적 및 데이터 특성에 따라 AI 모델을 변경하더라도 우수한 예측 정확도를 도출할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 공정 중 발생하는 열, 마찰, 부식 등에 의한 컨디셔너의 마모에 의한 패드 표면 구조의 비선형 재생 조건에서도 패드 정량화 방법을 통해 대응이 가능하며, 향후 adaptive process control, 강화학습 기반 공정 레시피 제어 등 다양한 파생 연구를 창출할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• 1-2. 연구가설 및 최종목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 28