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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이현섭
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 동명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
이 논문의 연구 히스토리 (9)
2020
2019
CMP 연마패드 형상 제어 및 실험적 검증
손준규
,
서준영
,
김태경
외 2명
대한기계학회 춘추학술대회
2019.11
학술대회자료
CMP 연마패드 프로파일 형상 제어
손준규
,
서준영
,
김태경
외 1명
한국정밀공학회 학술발표대회 논문집
2019.10
학술대회자료
화학기계적 연마에서 컨디셔너의 회전속도비에 따른 연마패드 마모해석
손준규
,
서준영
,
김태경
외 2명
한국트라이볼로지학회 학술대회
2019.10
학술대회자료
화학기계적 연마에서 스윙암 구조 컨디셔닝의 오버행에 따른 연마패드 프로파일 해석
손준규
,
서준영
,
김태경
외 1명
한국정밀공학회 학술발표대회 논문집
2019.05
학술대회자료
화학기계적 연마에서 컨디셔너 직경에 따른 연마패드 마모 해석
손준규
,
서준영
,
김태경
외 1명
한국트라이볼로지학회 학술대회
2019.04
학술대회자료
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초록· 키워드
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벨 연구소에서 트랜지스터를 발명 후 반도체 기술은 급격하게 발전
해 왔으며, 반도체 기술의 발달로 인하여 소자의 집적도가 높아져 반도
체 공정 중 하나인 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing : CM
P)는 더욱 정밀한 기술을 요구되어지는 실정이다. CMP는 캐리어(Carrier)
에 웨이퍼를 부착 하고 헤드(Head)에 결합한 뒤 정반에 부착된 연마패드
(Polishing pad)에 가압 후 웨이퍼(Wafer)와 연마패드 사이에 화학용액인
슬러리(Slurry)를 주입시켜 화학적인 반응과 상대회전하며 물리적인 연마
가 동시에 이루어지는 공정이다.
CMP 공정 중 나오는 잔여물(연마패드 찌꺼기, 슬러리, 웨이퍼 잔여물
등)이 미공을 막게 되며 웨이퍼와 리테이너 링(Retainer ring)이 연마패드
의 마찰 및 압력으로 인해 패드 표면의 미세돌기의 변형이 나타나 재료
제거율(Material Removal Rate : MRR)이 급격하게 낮아지고 웨이퍼 불균
일도(With In Wafer Non-Uniformity : WIWNU)가 높아지게 된다. 이는
웨이퍼 연마 품질에 영향을 미치는 요인이 되며 웨이퍼의 제품성이 떨어지게 되는 결과를 초래한다.
이를 방지하기 위해 컨디셔닝(Conditioning)
은 필수적인 공정이다. 본 연구에서는 컨디셔닝에 사용되는 컨디셔너를
2개의 구간으로 분할하여 컨디셔닝에 적용하고 이를 해석과 실험을 통하
여 서로의 상관관계에 대해 진행하고자 한다.
본 연구에서는 기존 컨디셔너와 2개의 구간으로 분할한 새로운 컨디
셔너를 사용하여 컨디셔닝 레시피를 변수로 택하여 해석 및 실험에 적용
하였다. 해석 및 실험결과에서 각 컨디셔닝 레시피 조건에 따라 연마패
드 재료제거량을 비교하여 분석하고자 하였다. 레시피 조건은 총 다섯
가지로 컨디셔너가 지나가는 구역을 연마패드 중심으로부터 50~370mm
로 채택하였으며 50~114, 114~178, 178~242, 242~306, 306~370mm인 5개
로 분류하여 각 구역마다 Inner컨디셔너와 Ring컨디셔너가 접촉하는 구
역을 분류하여 해석 및 실험을 진행하였다.
컨디셔닝 후 변형된 연마패드의 프로파일을 변수로 택하여 CMP 실험
을 진행하였다. CMP 실험 중 슬러리는 TSO-12를 사용하였으며 웨이퍼
및 리테이너링 압력, 컨디셔너 왕복 속도, 패드 및 웨이퍼 회전속도 등
은 동일한 조건하에 진행하였다.
해석을 위하여 Conditioner Density Calculator(CDC)를 통하여 해석을
진행 하였다. 컨디셔닝 및 CMP장비는 G&P사의 POLI 762를 사용하였으
며 연마패드는 KPX사의 KONI패드를 사용하였다. 슬러리 유동을 위한
장비는 맥동식 펌프인 MasterFlex사의 제품을 사용하였다.
본 연구를 통해 해석 및 실험결과 패드 마모율(Pad Cut Rate)는 서로
비슷한 경향을 가지는 것으로 나타났으며 패드 불균일도는 두 번재 조건
의 경우에서 가장 낮게 나타나는 결과를 도출하였다. Inner컨디셔너와 Ri
ng컨디셔너가 서로 중첩되는 구간에서 상대적으로 마모가 많이 일어난
다는 것을 확인할 수 있었으며, 웨이퍼와 연마패드가 접촉되는 구간에서
의 패드 프로파일이 평평할수록 웨이퍼 불균일도가 낮은 것을 확인할 수 있었다.
또한 기존 컨디셔너에 비해 새로운 컨디셔너를 사용한 경우 패드 수명이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.
위의 결과를 통해 새로운
컨디셔너의 Inner컨디셔너와 Ring컨디셔너의 직경의 비율, 압력에 따른
마모율에 대한 추가적인 연구를 통하여 패드 수명이 증가가 가능 할 것
으로 판단되며 웨이퍼의 생산량을 증가할 수 있을 것으로 판단된다.
해 왔으며, 반도체 기술의 발달로 인하여 소자의 집적도가 높아져 반도
체 공정 중 하나인 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing : CM
P)는 더욱 정밀한 기술을 요구되어지는 실정이다. CMP는 캐리어(Carrier)
에 웨이퍼를 부착 하고 헤드(Head)에 결합한 뒤 정반에 부착된 연마패드
(Polishing pad)에 가압 후 웨이퍼(Wafer)와 연마패드 사이에 화학용액인
슬러리(Slurry)를 주입시켜 화학적인 반응과 상대회전하며 물리적인 연마
가 동시에 이루어지는 공정이다.
CMP 공정 중 나오는 잔여물(연마패드 찌꺼기, 슬러리, 웨이퍼 잔여물
등)이 미공을 막게 되며 웨이퍼와 리테이너 링(Retainer ring)이 연마패드
의 마찰 및 압력으로 인해 패드 표면의 미세돌기의 변형이 나타나 재료
제거율(Material Removal Rate : MRR)이 급격하게 낮아지고 웨이퍼 불균
일도(With In Wafer Non-Uniformity : WIWNU)가 높아지게 된다. 이는
웨이퍼 연마 품질에 영향을 미치는 요인이 되며 웨이퍼의 제품성이 떨어지게 되는 결과를 초래한다.
이를 방지하기 위해 컨디셔닝(Conditioning)
은 필수적인 공정이다. 본 연구에서는 컨디셔닝에 사용되는 컨디셔너를
2개의 구간으로 분할하여 컨디셔닝에 적용하고 이를 해석과 실험을 통하
여 서로의 상관관계에 대해 진행하고자 한다.
본 연구에서는 기존 컨디셔너와 2개의 구간으로 분할한 새로운 컨디
셔너를 사용하여 컨디셔닝 레시피를 변수로 택하여 해석 및 실험에 적용
하였다. 해석 및 실험결과에서 각 컨디셔닝 레시피 조건에 따라 연마패
드 재료제거량을 비교하여 분석하고자 하였다. 레시피 조건은 총 다섯
가지로 컨디셔너가 지나가는 구역을 연마패드 중심으로부터 50~370mm
로 채택하였으며 50~114, 114~178, 178~242, 242~306, 306~370mm인 5개
로 분류하여 각 구역마다 Inner컨디셔너와 Ring컨디셔너가 접촉하는 구
역을 분류하여 해석 및 실험을 진행하였다.
컨디셔닝 후 변형된 연마패드의 프로파일을 변수로 택하여 CMP 실험
을 진행하였다. CMP 실험 중 슬러리는 TSO-12를 사용하였으며 웨이퍼
및 리테이너링 압력, 컨디셔너 왕복 속도, 패드 및 웨이퍼 회전속도 등
은 동일한 조건하에 진행하였다.
해석을 위하여 Conditioner Density Calculator(CDC)를 통하여 해석을
진행 하였다. 컨디셔닝 및 CMP장비는 G&P사의 POLI 762를 사용하였으
며 연마패드는 KPX사의 KONI패드를 사용하였다. 슬러리 유동을 위한
장비는 맥동식 펌프인 MasterFlex사의 제품을 사용하였다.
본 연구를 통해 해석 및 실험결과 패드 마모율(Pad Cut Rate)는 서로
비슷한 경향을 가지는 것으로 나타났으며 패드 불균일도는 두 번재 조건
의 경우에서 가장 낮게 나타나는 결과를 도출하였다. Inner컨디셔너와 Ri
ng컨디셔너가 서로 중첩되는 구간에서 상대적으로 마모가 많이 일어난
다는 것을 확인할 수 있었으며, 웨이퍼와 연마패드가 접촉되는 구간에서
의 패드 프로파일이 평평할수록 웨이퍼 불균일도가 낮은 것을 확인할 수 있었다.
또한 기존 컨디셔너에 비해 새로운 컨디셔너를 사용한 경우 패드 수명이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.
위의 결과를 통해 새로운
컨디셔너의 Inner컨디셔너와 Ring컨디셔너의 직경의 비율, 압력에 따른
마모율에 대한 추가적인 연구를 통하여 패드 수명이 증가가 가능 할 것
으로 판단되며 웨이퍼의 생산량을 증가할 수 있을 것으로 판단된다.
목차
Ⅰ. 서 론 ············································································································· 11.1 연구의 배경 ······························································································ 11.2 연구의 목적 ······························································································ 51.3 논문의 구성 ······························································································ 6Ⅱ. 해석방법 및 실험조건 ············································································ 82.1 컨디셔닝 공정의 기하학적 모델링 ······················································ 82.2 모델링을 통한 해석의 기본 조건 ······················································ 122.3 컨디셔닝 해석 조건 ·············································································· 13Ⅲ. 실험방법 및 실험조건 ·········································································· 173.1 실험 장비 ································································································ 173.2 컨디셔닝 실험방법 ················································································ 203.3 컨디셔닝 후 CMP 조건 ········································································ 223.4 측정 장비 및 방법 ················································································ 24Ⅳ. 해석 및 실험결과 ··················································································· 274.1 컨디셔닝 해석 및 실험결과 ································································ 274.1.1 컨디셔닝 재료제거 특성 ····························································· 274.1.2 기존 컨디셔너와 2존 컨디셔너에 따른 해석 및 실험결과 · 394.1.3 해석 및 실험결과 분석 ······························································· 444.2 컨디셔닝 후 CMP 결과 ········································································ 514.2.1 컨디셔너 접촉 면적에 따른 실험결과 ····································· 514.2.2 기존 컨디셔너 및 2존 컨디셔너에 실험결과 ························· 57Ⅴ. 결론 ············································································································· 66Reference ······································································································· 59Abstract ··········································································································· 72
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