웨이퍼 표면 극 미세 거칠기를 위한 CMP Conditioner Head 연구

Abstract

컴퓨터 및 휴대용 모바일 폰에 대표적으로 사용되던 반도체가 요즘은 자동차 영역에도 많은 사용을 하면서 수요가 부족한 실정이다. 그에 따라 반도체 생산에 있어서 불량률을 줄이고 정밀한 작업을 요구하고 있다. 그 중에서 화학 기계적 평탄화 (CMP: Chemical Mechanical Polisher) 공정은 반도체 불량률을 줄이고 수율 향상을 위한 중요 공정 중 하나이다. CMP는 헤드(Head)에 웨이퍼를 부착하여 연마 패드(Polishing Pad)가 부착된 플레이튼(Platen)에 공압(Air)을 가압 후 화학 용액인 슬러리(Slurry)를 주입시킨 다음 헤드와 플레이튼을 회전시켜 화학적 반응과 물리적인 연마가 동시에 이루어 지는 공정이다. CMP 공정 중 연마 패드는 컨디셔너를 통해 연마 패드의 평탄화가 이루어진다. 웨이퍼 연마 중에 연마 패드에 생기는 웨이퍼 연마 잔여물, 슬러리 뭉침 등을 컨디셔너를 통해 제거하고 연마 패드의 거칠기를 향상시켜 웨이퍼 폴리싱을 증가시킨다. 기존의 컨디셔너 헤드 다이어 프레임 방식은 일정 기간 사용 시 내부의 얇은 고무패드의 찢어짐이나 직접적으로 움직이는 볼 부쉬에 마찰이 생겨서 마모가 일어나고 가공품 내에 불순물이 쌓이게 되면서 헤드 상하운동이 작동되지 않는 문제점이 있다. 본 연구에서는 CMP 장비의 컨디셔너 헤드를 개선하여 AMAT MIRRA CMP 장비의 문제점을 해결하고 웨이퍼 표면 극 미세 거칠기를 향상시키고자 한다. 컨디셔너 헤드를 신규 개발하였고 이를 옥사이드 공정 장비를 사용하여 웨이퍼 연마 Head의 이너 튜브 / 리테이너 링 / 멤브레인 등 3가지의 압력(Pressure) 조건과 플레이튼 / 헤드 / 컨디셔너의 압력과 회전속도 및 이동속도, 슬러리의 공급 양과 폴리싱 시간등을 변수로 하면서 웨이퍼 평탄화 데이터를 추출 분석하였다. 본 연구 개발을 통해 동일 공정 조건 하에 기존 제품을 이용한 표면 거칠기에 비교하여 우수 결과가 나옴을 확인하였다. 컨디셔너의 압력, 왕복속도, 회전속도를 조율하면서 극 미세 표면 거칠기를 가진 웨이퍼 연마 공정이 짧은 시간안에 이루어졌다. 이를 기반하여 양질의 웨이퍼 생산량 증가에 기여할 것으로 사료된다.