반도체 공정 중 CMP에서 사용하는 소모품 중 PAD CMP에서 없어서는 안 되는 중요한 소모품입니다.
PAD는 Polishing을 진행하는 과정에서 Wafer에 Slurry(슬러리)를 효율적으로 공급함과 동시에 Wafer와 Slurry 사이에 마찰을 만들어 연마가 진행되도록 하는 역할을 합니다.
CMP 공정 중 사용하는 PAD라는 소모품을 만드는 주 재료와 구조에 대해 알아보겠습니다.
CMP PAD 주 재료
CMP PAD의 주 재료는 폴리우레탄(Polyurethane)입니다. 폴리우레탄을 사용하는 이유는 첫 번째로 주변에서 다양하게 사용하고 있기 때문에 원료를 구하기 쉽다는 데 있습니다.
그 외 CMP공정을 진행함에 있어 원하는 조건을 만들기 위한 경도 변화가 가능하며, 충격이나 마찰, 찢김 등에 강한 소재이기 때문입니다.
또한 내화학성이 우수하기 때문에 CMP에서 사용하는 다양한 Slurry에도 안정적으로 안정적으로 사용할 수 있습니다.
이러한 이유로 PAD의 주 재료는 수십 년째 폴리우레탄(Polyurethane)으로 사용되고 있습니다.
다른 재료가 시장에 뛰어들기 위해서는 규모의 경제를 이겨야 하는데, 엄청난 효과가 있지 않으면 당분간은 폴리우레탄(Polyurethane)이 지속적으로 사용될 것입니다.
CMP PAD 구조
CMP PAD는 크게 Top PAD와 Sub PAD 및 Adhesive로 구성되어 있습니다.
Top PAD는 Groove 및 Pore로 구성되어 있고 Wafer와 직접 맞닿는 곳 이기 때문에 제거량이나 Defect제거 등 Wafer에 직접적으로 영향을 미칩니다.
Sub PAD는 Top PAD아래에 위치하고 Soft 하기 때문에 Wafer 압력 분산 및 global uniformity를 제어하는데 역할을 하고 있습니다.
Adhesive는 두 개의 PAD사이와 Sub PAD와 Platen사이에 존재하는 접착제입니다. PAD사이의 접착제는 CMP도중 떨어지지 않도록 강력해야 하지만, Sub PAD와 Platen사이는 강력하더라도 PAD를 교체할 때에는 손쉽게 떨어지고 잔여물이 남지 않아야 하기 때문에 높은 기술력이 필요합니다.
CMP PAD Pore의 역할과 형성방법
CMP PAD 내부에는 Pore가 형성 돼있는데, Pore는 PAD 내 미세한 구멍(눈에 잘 보이지 않음)으로 Slurry의 유동을 용이하게 해주는 역할을 합니다.
일잔적으로 Pore를 만들 때 사용하는 방법은 Expancel이라고 불리는 물질을 polyurethane 합성 중에 첨가를 하고, 합성 과정에서 발생되는 열에 의해 Expanxel이 팽창하면서 Pore를 형성하게 됩니다.
이외에도 N2나 CO2 같은 gas를 사용하거나 Oil을 이용하여 만들기도 하지만 Pore Size를 조절하기 어렵거나 만드는데 오랜 시간이 걸리거나 공정에 영향을 주는 경우도 있어, Expanxel을 사용한 Pore 형성 방법을 가장 많이 활용합니다.
최근에는 Laser로 만들거나 3D Printing을 하는 기술도 나오고 있습니다.
CMP PAD GROOVE
CMP PAD에 있는 Groove는 PAD에 모양을 내서 길을 파놓은 것으로, Pore와 같이 Slurry의 유동이 주목적입니다.
Groove의 깊이나 넓이, 모양에 의해 Slurry의 유입량이나 유동이 달라지게 되며 그에 따라 Wafer의 Profile이나 제거량도 바뀌게 됩니다.
Groove의 깊이는 Top PAD 보다 깊게 파지 못하기 때문에 깊이 파는 데는 한계가 있습니다.
Groove보양에 따라 Slurry사용량을 절감하거나 Defect을 감소에도 영향을 주기 때문에 PAD 생상 회사에서는 Groove모양에 특허를 걸어두고 관리하기도 합니다.
PAD와 Diamond Disk
Slurry를 PAD위로 뿌리면서 Wafer를 직접적으로 PAD에 문지르며 Polishing을 하기 때문에 PAD표면에 연마하면서 발생되는 부산물이나 Slurry abrasive가 흡착되기도 하고 PAD 표면이 매끄러워지게 됩니다.
(Pore나 Groove에 무언가 끼게 됩니다)
표면이 매끄러워지게 되면 Slurry의 유동이 잘 되지 않아 Wafer표면으로 Slurry를 원하는 수준으로 공급이 되지 않게 됩니다.
매끄러워진 표면을 원래 상태로 돌려주고, 흡착된 이물질을 제거하기 위해 PAD는 Diamond Disk를 이용하여 Conditioning을 진행하는데 여기에 대해서는 나중에 추가로 포스팅을 하겠습니다.
CMP 공정 Slurry의 정의 및 성분
반도체 8대 공정 중 CMP공정은 Slurry라는 연마제를 이용해 평탄화 및 Defect제거 등을 진행합니다. CMP 공정에서 Slurry는 핵심재료로 사용되는 Slurry의 정의 및 성분에 대해 알아보겠습니다. CMP Slurry의
main.bbang-jjoni.com
'반도체 8대 공정' 카테고리의 다른 글
| 반도체 CMP Disk 란? (0) | 2023.08.12 |
|---|---|
| CMP 공정 Slurry의 정의 및 성분 (0) | 2023.07.06 |
| 반도체 8대공정 중 Photo 공정이란? (0) | 2023.07.02 |
| 반도체 8대공정 요약 정리 (0) | 2023.07.02 |
| 반도체 8대공정 중 Diffusion 공정이란? (0) | 2023.06.19 |
댓글