[정밀가공 부문] 10 nm급 반도체 디바이스구현을 위한 CMP기술

김형재(Hyoungjae Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월

현재의 추세로 디지털세상이 발전한다면 사물인터넷(Internet of Things)의 증가, 모바일 기기의 발달 그리고 기기간의 연결(Connected Devices) 가속화로 2025년에는 매일 약 4.6억 Tb의 데이터가 생성될 것으로 예측되며, 이러한 데이터 기반 사회의 뿌리에는 끊임없이 진화하는 반도체 디바이스의 제조기술 발전이 뒷받침 하고 있다. 역사적으로 오랜 기간 동안 광학부품의 초정밀 연마기술이었던 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)공정은 1983년 IBM에서 반도체 소자의 단차 극복을 위해 최초로 반도체 공정에 적용되었다. 이후 매년 지수적인 집적도 증가(Moore’s Law)에 맞추어 최소선폭은 감소하고, 이러한 기술적 장벽에 대응하기 위해 CMP는 연마라는 본질적인 기술바탕 위에 완전히 새로운 기술적 요구를 가진 평탄화(Chemical Mechanical Planarization)라는 기술 특성을 끊임없이 발전시켜 왔다. 최초 절연막 평탄화 공정에서 시작하여 공정적인 측면에서는 수직배선, 수평배선, 소자분리, 고단차 극복 등의 공정으로 확대되었으며, 이러한 공정을 구현하기 위하여 배선영역에서의 디싱(Dishing)결함, 고밀도 영역에서의 에로젼(Erosion) 결함, 위치별 패턴밀도 차이에 의해 발생하는 평탄도 오차, 10x nm급의 소자에서 발생하는 나노토포그라피 기인 평탄도 오차 등을 극복하기 위하여 가공종점 검출기술과 슬러리 성능의 고도화, 패드의 물성변화, 장비의 발전, 공정조건의 다변화라는 기술적 발전을 이루어 왔다. 다른 한편으로, 재료적인 측면에서 실리콘산화막, 질화실리콘, a-Si, Low-k 및 High-k산화막, 알루미늄, 구리, 텅스텐, Ta, TaN, Ti, TiN, 코발트, 루테늄, 폴리머 등으로 연마대상물질이 다양화 되었다. 이러한 재료의 다양화와 여러 재료가 동시에 드러나면서 연마가 이루어지는 복합적인 상황은 상대적으로 개발주기가 긴 패드에 기술변화를 부여하기 보다 패드변수를 고정하고 화학적 제어의 범위가 크고 다양한 접근이 가능한 슬러리에서의 기술 변화를 더욱 가속화 시켰다. 연마재 측면에서는 퓸드 및 콜로이달 실리카, 폴리머 연마재, 표면 모폴로지 제어입자, 콜로이달 세륨옥사이드, 망간옥사이드 등의 다양한 입자가 평가되고 적용되었으며, 용액측면에서는 pH제어제, 계면활성제, 산화제, 촉매, 착화제, 킬레이트제 등의 다변화를 불러왔다. 또한 웨이퍼 단위로 진행되는 공정 특성상 웨이퍼전면에서의 연마균일도확보(WIWNU)와 가장자리 영역(Edge Exclusion)에서의 수율증가를 위하여 10구역이 넘는 멤브레인 압력 제어시스템과 리테이너링 구조의 발달, 그리고 이들과 웨이퍼 압력프로파일 실시간 제어를 위한 웨이퍼 표면 모니터링 기술의 발전을 가속화 시켜 분당 100미터가 넘는 속도로 100 μm수준의 굴곡을 가진 패드위를 달리는 물리적 외란 조건하에서 웨이퍼 표면 박막에서 일어나는 단 수십개의 원자층 변화도 감지할 수 있기에 이르렀다. 마지막으로 소자의 크기가 10x nm급에서 10 nm 이하 영역으로 미세화되면서 소자가 작아지는 만큼 킬러결함의 상대적 비율도 증가하게 되었으며, 연마재로 연마함에도 불구하고 스크래치를 남기지 않도록 입자 크기제어, 반응 생성층의 형성과 제거의 평형상태 유지해야 하며, 연마후 잔류 연마입자를 남기지 않기 위해 연마 후 초청정 세정(Post CMP Cleaning)기술은 CMP기술 분야에서 어느 때 보다 중요한 핵심기술로 자리매김 하고 있다.

다중 감시장치를 이용한 박막의 평탄화 연구

김형재(Hyoungjae Kim),정해도(Haedo Jeong) 한국기계가공학회 2006 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2006 No.-

In this paper, three different sensors were used to measure multi-scale phenomena in chemical mechanical planarization. A piezoelectricforce sensor, Hall effect sensor and acoustic emission sensor (AE) were installed in CMP equipment and the signals were measured simultaneously during the polishing process. The results showed that the sensors measuring frictional behaviour, such as the Hall effect sensor and force transducer, produced a clear end point signal in the case of the friction characteristics are distinguishable for each material. Also, if there is difference in hardness between materials, then a sharp end point signal is detected with the AE sensor even though the friction characteristic is similar between the two materials. Therefore, using multi-sensors having different bandwidths is complementary for not only process monitoring but also end point detection.

[재료부문] 인스트루먼트 패널용 표피재 특성 평가

김형재(Hyoungjae Kim),김성호(Seongho Kim),김대업(Daeup Kim) 한국자동차공학회 2001 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.2001 No.11_2

The requirement of materials is being changed according to change of design for automotive instrument panel. Passenger air bag is being changed from visible type to invisible type. And users are demanding more soft feel of skin materials of instrument panel. The vacuum forming process is used in the preparation of an instrument panel by PVC/ABS. Currently most of the instrument panels are formed by powder slush molding by PVC. Previous materials -PVC/ABS. PVC- don't meet these requirements. TPU (Thermoplastic Urethane) was developed for satisfying user demand in interior mm. The comparative evaluation of TPU and other materials shows that TPU can reduce production weight, meet requirement of deploy test at low temperature. and pass perfectly heat aging test. Besides, it is recyclable. It is concluded that TPU can be applied to the invisible passenger air bag system.

미전도 종족 선교를 위한 전문인 선교에 관한 연구 : 전문인 선교와 영성

권형재(HyoungJae Kwon) 한국개혁신학회 2016 개혁논총 Vol.37 No.-

미전도 종족 대부분은 정치적으로 사회주의 체제의 공산권 국가들이나 기독교에 적대적인 회교, 불교, 힌두교 등의 토착종교가 강하게 분포 되어있는 창의적 접근 지역에 존재하며, 경제적으로는 극심한 가난과 기아, 질병 등의 상황에 처해 있다. 뿐만 아니라 전통적인 선교사(목회자 선교사)의 입국이 거부되고 있는 곳에 생존하고 있다. 이런 지역의 침투를 위해서는 결국 전통적인 선교방식으로는 선교사역이 불가능하고 전문인 선교가 요청된다. 그러나 현재 한국선교는 전문인 선교보다는 전통적인 사역의 형태가 더 많은 실정으로 전문인 선교사는 전체 선교사의 33.5%이다. 이것은 아직도 한 국 교회가 전통적인 방식의 선교를 고집하고 있다는 것을 잘 보여준다. 때문에 한국 교회는 현재의 한국선교의 문제를 잘 인식하고 대부분의 미전도 종 족들이 살고 있는 창의적 접근 지역에 전문인 선교를 통해서 들어가는 선교 사들을 양성하여 파송하는 효율적인 선교사역을 수행해야만 한다. 이것을 위해 한국의 지역교회, 신학교, 선교단체들이 협력하여 전문인 선교사 양성 전략을 반드시 실행함으로 한국선교에 변화가 오게 하고, 한국교회 선교가 이 분야에서 보다 큰 기여를 할 수 있도록 해야만 한다. 그래서 21 세기 한국선교의 미래는 미전도 종족을 향한 하나님 나라 확장에 앞장서 나 아가는 전문인 선교사의 역할이 활발해져야 함이 분명하다. 따라서 본 논문은 한국선교의 미전도 종족 선교를 위한 전문인 선교의 활 성화를 위하여 첫째로, 전문인 선교에 대한 정의와 영역을 연구하고, 두 번째로는 미전도 종족의 상황과 전문인 선교의 당위성을 논하며, 세 번째로는 효 율적인 전문인 선교의 활성화를 위한 한국선교의 협력방안을 제안 한다. Most of the unreached people are present within those areas that have politically hostile environments and societies. They coexist in communist countries or in the midst of Muslim, Buddhism, Hinduism, and other religions, where there is a strong distribution along with a creative approach. Also, these environments are not only economically unstable, but are also suffering from extreme poverty and hunger. Furthermore, spread of severe illnesses and diseases are prevalent. Additionally, they live in a place where they forbid the arrival and entry of the traditional missionary(pastor missionary). Thus, for the penetration of these areas, the traditional missions method is not possible, and a professional missionary is necessary and requested. However, as the current mission situation in Korea is more situated on the traditional form of ministry, there are more traditional missionaries available. Of the total number of missionaries, the professional missionaries make up about 33.5%. This shows that the Korean Church has very well been adhering to the traditional method of missions. Due to this fact, the Korean Church is currently well aware of the problems in their missions. Hence, they must now perform effective ministry work to send trained professional missionaries into the areas where the unreached peoples live and approach the people. For this purpose, the local churches of Korea, seminaries, and other mission groups must cooperate strategically along with professional missionaries. Together, they must bring a change to the Korean missions through positive strategies. The Church of Korea must make a significant contribution in this field through missions. Thus, it is clear that the future of the 21st century Korea Missions must head towards increasing the role of professional missionaries. These missionaries must step forth to expand the kingdom of God by reaching out to the unreached people. Because of this reason, the future of the Korean Mission and the activation of the professional missions for the unreached peoples this thesis will study first, the definition and scope of the professional missions; secondly, the status of the condition of the unreached peoples and the necessity of the professional missions; lastly, suggest the strategy of nurturing missionaries for the activation of the professional missions.

회전형 CMP장비의 속도 및 마찰력 분포 해석

김형재(Hyoungjae Kim),정해도(Haedo Jeong),이응숙(Eungsug Lee),신영재(Youngjae Shin) Korean Society for Precision Engineering 2003 한국정밀공학회지 Vol.20 No.5

A Study on Break-in Characteristics of Diamond Wire in Multi-wire Sawing

Sangjik Lee,Hyoungjae Kim 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.5

Effect of Platen Hardness on the Material Removal Rate of Sapphire Wafer in Single Side Lapping

Taekyung Lee,Hyoungjae Kim,Sangjik Lee,Doyeon Kim,Haedo Jeong 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.5

Approaches to Sustainability in Chemical Mechanical Polishing (CMP): A review

Hyunseop Lee,Hyoungjae Kim,Haedo Jeong 한국정밀공학회 2022 International Journal of Precision Engineering and Vol.9 No.1

Chemical mechanical polishing (CMP) is an essential planarization process for semiconductor manufacturing. The application of CMP has been increasing in semiconductor fabrication for highly integrated devices. Recently, environmental burden caused by the CMP process was assessed because of interest in the global environment. In this study, the previously reported impacts of CMP on the environment and studies conducted on developing various methods to reduce environmental burden are reviewed. In addition to analyzing the impacts of CMP, this paper introduces a method for treating CMP wastewater and improving the material removal efficiency through the improvement of CMP consumables. Finally, the authors review research on hybridization of the CMP process and discuss the direction in which CMP technology will progress to improve sustainability in the future.

Study on the Analysis of the Internal Flow for RIM Mixing Head with the Improvement of Mixing Performance

Doyeon Kim,Hyoungjae Kim,Haedo Jeong 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.5

Effect of initial deflection of diamond wire on thickness variation of sapphire wafer in multi-wire saw

Kim, Doyeon,Kim, Hyoungjae,Lee, Sangjik,Jeong, Haedo SPRINGER 2015 INTERNATIONAL JOURNAL OF PRECISION ENGINEERING AND Vol. No.