반도체 공정의 이해 #4-1

4.1 CMP 공정

 

• 반도체 CMP (Chemical Mechanical Polishing) 공정은 반도체 제조 공정 중 하나로, 회로 패턴을 형성하고, 후속 공정의 편의를 위한 평탄화를 진행하는 공정이다.
• 주 가공 대상은 층간절연막의 평탄화, W, Cu 등의 금속 배선 박막의 평탄화이다.
• CMP 공정은 다음과 같은 단계로 이루어진다. 
  1. Substrate Preparation (기판 준비): 먼저 반도체 웨이퍼(기판)가 준비됩니다. 이 웨이퍼는 일반적으로 규격화된 실리콘 기판입니다.
  2. Cleaning (세척): 기판은 공정에 진입하기 전에 깨끗하게 세척되어야 합니다. 이는 표면 오염을 제거하고 균일한 표면을 얻기 위해 중요합니다.
  3. Planarization (평탄화): CMP의 핵심 단계입니다. 여기서는 화학적/기계적인 방법을 사용하여 웨이퍼 표면을 균일하게 만듭니다. 이것은 웨이퍼 표면의 불균일성을 제거하고 원활한 표면을 만들어 마스크 패턴을 정확하게 전달하기 위한 것입니다.
  4. Chemical-Mechanical Interaction (화학-기계적 상호작용): 이 단계에서는 반도체 웨이퍼 표면에 화학적 적층제를 사용하여 특정 영역을 제거하고 균일한 표면을 유지합니다. 동시에 기계적인 압력과 회전 운동을 통해 이 화학적 작용을 도와줍니다.
  5. Rinsing (세척): 마지막으로, CMP 후에는 기판을 깨끗하게 세척하여 모든 적층제나 부스러기를 제거합니다.
• 또한, CMP 공정의 목적은 고집적화 되는 반도체 칩의 층과 층을 평탄화 하여 높게 쌓을 수 있게 해주는 것이다.

  

  CMP 공정 전 후 반도체 단층 이미지

• CMP는 회전하고 있는 연마 패드 (Polishing pad)에 화학 물질과 연마입자가 섞인 슬러리를 부으면서 웨이퍼 표면을 기계적인 힘으로 연마하는 공정이다.

  

  CMP 장비

• CMP 장비를 구성하는 3 요소는 연마 패드 (Pad), 연마 패드의 컨디션을 유지하는 컨디셔너 (Conditioner), 그리고 화학적인 작용을 더해주기 위한 슬러리 (Slurry)이다.
• 이 중 슬러리에는 연마 입자가 첨가되는데 주로 Silica 입자가 사용된다.