반도체 CMP Disk 란?

반도체 CMP공정을 진행함에 있어 기본적인 요소는 설비와 PAD, Slurry입니다.

원하는 막질을 제거하는 것은 PAD와 Slurry에 의해 이루어지는데, 연마 후 PAD의 Stability를 유지하기 위해 사용하는 것이 Disk입니다.

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CMP Disk 정의

CMP공정이 진행됨에 따라 Pad에 Slurry와 연마 잔유물에 의해 Pad표면이 glazing 됩니다.

Glazing이 되면 Slurry의 유동이 원활하지 않아 연마속도가 저하되고 Wafer 산포에도 안 좋은 영향을 끼치게 됩니다.

이러한 Pad glazing을 제거하여 안정적인 Pad상태를 유지하기 위해 진행하는 것이 Pad conditioning이며, conditioning을 하는 데 사용하는 것이 바로 disk입니다.

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Disk 주재료, 다이아몬드의 특징

CMP공정에서 사용하는 disk의 주재료인 다이아몬드는 기본적으로 합성 다이아몬드입니다.

합성 다이아몬드는 불순물을 포함하고 있기 때문에 Slurry의 pH나 어떤 종류의 연마제, 산화제가 들어있느냐에 따라 다이아몬드의 마모율이 바뀌게 됩니다.

그렇기 때문에 CMP공정에서 사용하는 Slurry와 PAD와 궁합이 맞는 다이아몬드를 선정하는 것이 중요합니다.
 

다이아몬드의 크기나 개수, 거칠기와 Shape, 강도 등에 따라 구분한 뒤 원하는 CMP공정에서 사용하는 Slurry와 PAD와 궁합을 맞춰 최적화를 하게 됩니다.

다이아몬드는 MGB640, MGB620등으로 분류를 하고 있습니다.

MGB 분류는 인조다이아몬드를 처음 양산한 GE에서 만든 것으로, 숫자가 낮을수록 sharp 하고 높을수록 blocky 합니다.

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Disk 제조방식

Disk에 다이아몬드를 고정하는 대표적인 제조방법은 융착식과 전기도금 방식 두 가지입니다.

융착식은 Ni base의 합금 금속분말을 고온으로 용융한 뒤 다시 냉각시키면서 다이아몬드와 화학적 결합을 하는 방식입니다.

전기도금방식 대비 결합력이 강하기 때문에 공정 진행 중 다이아몬드가 빠지는 확률이 더 낮으나, 고온으로 용융 후 냉각하는 방식으로 제작과정에서 Crack이 발생하거나 다이아몬드의 표면이 산화되는 단점을 가지고 있습니다.
 

전기도금 방식은 말 그대로 저온에서 도금방식으로 pure Ni를 depo 하는 방식이며, 국내에서는 전기도금방식이 범용적으로 사용되고 있습니다.

다이아몬드가 빠질 확률이 융착 방식보다 크지만, 기술개발이 되면서 이런 현상은 많이 개선된 것으로 알려져 있습니다.

이 외 세라믹 재질의 모형 위에 다이아몬드를 CVD방식으로 증착 가공하는 방식도 일부 사용되고 있습니다.

다만 원석 형태의 다이아몬드 대비 CVD방식의 다이아몬드의 가격이 비싸기 때문에 널리 사용되고 있지는 않는 것으로 알려져 있습니다.
 

지금까지 반도체 CMP공정을 진행하는 데 있어 반드시 필요한 다이아몬드 disk에 대해 알아봤습니다.

PAD나 Slurry에 대한 정보도 같이 확인해 보시기 바랍니다.

 

CMP PAD 재료와 구조를 알아보자