Ceria slurry를 이용한 Oxide CMP에서 Pad conditioning 최소화 공정개선연구

국문 초록 (Abstract)

CMP(Chemical Mechanical Planarization)는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면을 평탄화 하기 위한 필수적인 공정으로, 주요 소모품으로는 패드, 슬러리, 컨디셔닝 디스크가 사용된다. 반도체 기술의 미세화와 진행됨에 따라 CMP 공정에 사용되는 소재 역시 고도화되고, 공정 최적화의 중요성이 점차 커지고 있다.
특히 Ceria Slurry는 기존에 주로 사용되었던 Silica Slurry와 달리 화학적 결합(Ce–O–Si)에 기반한 제거 메커니즘을 가지며, 이에 따라 패드 컨디셔닝 조건에 따른 제거율(Removal Rate) 거동이 상이하다. 따라서 사용되는 슬러리의 특성에 맞는 컨디셔닝 최적화가 필요하다.
본 연구에서는 Ceria Slurry 기반의 Oxide CMP 공정에서 패드 글레이징(Pad Glazing) 현상을 공정 변수로 활용하여, 컨디셔닝을 최소화하는 최적 조건을 탐구하였다. 기존 제거율 프로파일(Removal Profile)을 유지하면서 컨디셔닝 단계를 최소화함으로써 제거율을 약 23.9% 향상시켰으며, 동시에 컨디셔너 절삭 시 발생하던 Pad Debris를 줄여 Scratch 결함을 약 29.7% 감소시켰다.
이와 함께 패드 및 디스크의 소모량을 줄여 원가 절감 효과를 얻었고, 공정 안정성 또한 향상되었다. 본 연구를 통해 Pad Glazing이 단순한 열화 현상이 아닌, Ceria Slurry 기반 CMP 공정에서 성능 향상을 위한 유효한 제어 변수로 활용될 수 있음을 실험적으로 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chemical Mechanical Planarization (CMP) is an essential process in semiconductor manufacturing for achieving wafer surface planarization, utilizing key consumables such as the polishing pad, slurry, and conditioning disk. Ceria- based slurry, unlike conventional silica slurry, primarily operates through a chemical bonding mechanism, leading to distinct removal rate characteristics under different conditioning conditions. Therefore, the conditioning strategy must be optimized according to the specific slurry type.
This study investigates an optimized oxide CMP process using ceria slurry by minimizing pad conditioning while maintaining the original removal profile. The optimized condition increased the material removal rate by 23.9% and reduced scratch defects by 29.7%, demonstrating the positive effect of controlled pad glazing.
This approach also reduced pad and disk consumption, lowered process costs, and enhanced overall process stability, validating the effectiveness of the proposed conditioning-minimized CMP method.

목차 (Table of Contents)

• 제１장 Introduction 1
• 1.1 반도체 제조 공정의 발전과 CMP의 중요성 1
• 1.2 관련 연구 동향 3
• 1.3 연구 목적 6
• 제２장 이론적 배경 8
• 2.1 CMP Process 8
• 2.2 CMP 소모품 10
• 2.3 Oxide CMP 공정과 메커니즘 19
• 2.4 CMP Defects 24
• 2.5 Pad Profile 및 Glazing 27
• 제３장 Experimental 30
• 3.1 Experimental Setup 30
• 제４장 결과 및 고찰 35
• 4.1 Pad 사용 시간에 따른 제거율 및 균일도 분석 35
• 4.2 Pad 표면 분석 37
• 4.3 결함 분석 41
• 제5장 결론 43