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김민지(M. J. Kim),정선호(S. H. Jeong),박영욱(Y. U. Park),신영일(Y. I. Shin),정해도(H. D. Jeong) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
반도체의 광역 평탄화를 실현시키기 위해 필요한 CMP (Chemical Mechanical Planarization) 공정에서 디바이스 패턴 내 연마 균일성을 향상시키기 위한 연구는 필수적이다. CMP 패드 변형으로 인한 패턴과 패드 돌기의 접촉 응력 분포는 패턴의 평탄화와 직접적인 관련이 있다. 본 연구는 접촉 응력 분포를 관찰하기 위해 패드 돌기와 패턴 상하부층의 실 접촉 면적을 측정하고 이를 통해 돌기의 접촉 프로파일을 분석하는 것을 목표로 한다. 1.5 μm 의 단차와 2-10 mm 크기의 패턴으로 에칭된 유리 웨이퍼를 이용하여 CMP가 진행됨에 따른 접촉 면적을 측정하였고 측정된 이미지의 매핑을 통해 패턴의 상하부층의 접촉 상태를 대면적인 분석하였다. CMP가 진행되기 전의 패턴 상부 영역에서는 가장자리에 접촉 분포가 많이 나타났고 이는 크기에 따라 2 배 이상의 차이를 보였다. 이는 연마 초기 패드의 응력집중에 의해 가장자리가 많이 연마되는 라운딩 현상의 원인이 된다. 이러한 현상은 연마가 진행됨에 따라 감소하고 분포 집중의 위치가 점차 패턴의 중앙 영역으로 이동하게 된다. 패턴의 하부 영역에서는 가장자리에 비해 중앙 영역에서 접촉 분포 집중이 나타났고 이는 연마가 진행됨에 따라 점차 완화됨을 확인하였다. 유리 웨이퍼의 접촉 프로파일과 산화막 웨이퍼 연마 프로파일의 정합성 검증을 통해 신뢰성을 높였고 이는 CMP 공정의 시간에 따른 연마 프로파일 모델링 및 시뮬레이션 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.