화학적 기계적 평탄화 공정 중 세리아 파티클과 폴리우레탄 패드 표면 간의 흡착 증진을 통한 단차 제거 속도 향상 연구

Abstract

세리아 연마제는 높은 산화막의 연마 속도와 연마 중 발생하는 결함이 적어서 Shallow Trench Isolation (STI) CMP 공정에 많이 사용되고 있다. 하지만 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 단차를 제거 능력이 매우 낮아 과도한 연마 시간을 필요로 하여 생산성을 떨어뜨리며 슬러리와 폴리우레탄 패드와 같은 소모품 비용을 증가시킨다. 본 연구에서는 세리아 슬러리에 기능성 첨가제를 첨가함으로써 웨미퍼 표면 단차 제거 성능을 증진시킬 수 있었다. 세리아 슬러리에 피콜린산를 첨가함으로써 세리아 연마제와 폴리우레탄의 표면의 상호 흡착 반응을 조절 할 수 있었다. 흡착 등온선 실험을 통해서 피콜린산이 세리아 연마제 표면에 높은 친화력으로 흡착하는 것을 확인했다. 원자간력현미경을 이용한 힘-거리 곡선 실험을 통해 피콜린산이 폴리우레탄 패드 표면에 흡착되는 것을 확인하였다. 피콜린산의 농도에 따라 슬러리 안에 분산된 세리아 연마제가 동일 면적의 폴리우레탄 패드 안에 흡착된 세리아 연마제의 밀도를 높였다. 패턴 웨이퍼의 표면 단차 제거 능력 평가에서 피콜린산을 함유한 그룹은 함유하지 않은 그룹에 비해 두 배 이상의 웨이퍼 표면 단차 제거 속도를 나타내는 것을 확인하였다. 폴리우레탄 패드는 연마 공정에서 웨이퍼와 세리아 연마제와 함께 중요한 소재다. 세리아 연마제는 웨이퍼 표면과 폴리우레탄 패드 사이에서 작용하며 웨이퍼 표면 막을 연마한다. 이때 폴리우레탄 패드의 표면조도는 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 폴리우레탄 패드 표면 조도의 특징을 공간 파장 퓨리어 변환을 통해 특성화하였다. 폴리우레탄 패드 표면 조도를 조절하는 다이아몬드 디스크의 특성을 변경하여 피콜린산을 첨가한 세리아 연마제가 웨이퍼 표면 단차 제거 능력을 증진하기 위한 조건을 찾을 수 있었다. 공간 파장이 긴 영역 신호 강도가 높은 폴리우레탄 패드 표면 조건이 초기 단차 제거 속도를 증진시켰다. 피콜린산을 이용하여 세리아 연마제를 폴리우레탄 패드 표면에 많이 흡착시킬수록 세리아 연마제를 사용한 슬러리의 웨이퍼 표면 단차 제거 속도가 빨라지며, 폴리우레탄 패드의 표면이 긴 공간 파장을 가질수록 웨이퍼 표면 단차 제거 성능이 증진된다.