[공정] CMP 공정

 

 실제로 반도체 공정을 접하다보면 정말 많은 세부공정들이 들어있는데, 그중에서도 CMP는 평탄화가 필요한 부분마다 수시로 들어가는 중요한 step이다.

그만큼 전반적인 공정에 미치는 영향도 상당한 편이기도 하고.

 

 

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CMP 공정

 

 CMP 공정은 Chemical Mechanical Polishing의 약자로, 약자를 그대로 풀어쓴대로 화학적 반응과 기계적 힘을 이용하여 웨이퍼 표면을 평탄화하는 공정이다. 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 형성된 미세한 요철을 제거하여 다음 공정으로의 연속성을 확보하고, 회로의 성능과 신뢰성을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.

 

 CMP 공정의 단계를 세분화하자면,
먼저 웨이퍼에 Slurry를 도포하는 것으로 시작한다.

이후 압력을 가하면서 Pad로 웨이퍼 표면을 연마하며, 마지막으로 후세정 공정을 통해 Slurry와 연마 입자를 제거하는 순서로 진행된다.

 CMP 공정에서 사용되는 슬러리는 연마 입자와 화학적 첨가제로 구성되며, 연마 입자는 웨이퍼 표면을 연마하는 역할을 하고, 화학적 첨가제는 연마 입자가 웨이퍼 표면에 잘 부착되도록 도와주는 역할을 한다.

 

CMP 공정의 필요성은 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는데 있으며, 이를 통해 다음 공정을 진행하는 연속성을 확보할 수 있도록 한다. 다만, 패턴의 구조나 밀도 또는 하부 물질의 성질에 따라 평탄화가 어려울 수 있고 CMP의 내부 조건을 다양하게 변경해서 진행해야 하기에 난이도가 낮은 공정은 아니다.

또한 Slurry와 pad간의 마찰로 인해 웨이퍼 표면에 공정중 스크래치 등의 손상을 야기할 수도 있다.

 

 

CMP 설비의 구조

 

 

 CMP는 그 설비의 구조를 이해하는 것이 타공정에 비해 중요하다.

자세한 이해보다는 가장 중요한 부분을 이해하면 되는데, 결국 Pad와 Slurry, 웨이퍼가 각각 어떤 상호작용을 하는지 도식적으로 이해하면 된다는 것.

 

 CMP 공정이 진행될 때 wafer는 일정한 압력이 가해지면서 Pad 위를 회전한다.

이 과정에서 wafer의 표면이 물리적으로 마모되며, 지속적으로 Slurry가 도포되어 물성에 따른 화학적인 연마 또한 동시에 진행된다.

 

 

CMP Dishing

 

 

 CMP에서 고질적으로 해결해야 할 문제로는 Dishing이 있다.

패턴이 조밀하거나, 더 넓게 형성된 영역일수록 CMP로 제거되는 막질의 양이 달라지는데, 특히 중앙부가 더 심하게 파이는 경향이 나타난다.

이런 CMP에 의한 제거량 비율을 Removal Rate(R/R)라고 하며, R/R 차이로 중심부 패턴이 움푹하게 들어간 정도를 Dishing이라고 한다.

물성이 다른 막질을 한번에 연마한다는 CMP공정의 특성상 Dishing은 필연적이지만, 이를 최소화하기 위한 parameter 조절 및 Slurry의 적절한 사용 등은 각 공정에 있어서 늘 고려해야 할 숙제라고 볼 수 있다.