Chemical-mechanical polishing is not optimized as a commercial semiconductor process. Especially, to succeed in the high yields, uniformity of polishing rate is very important. A new technology is proposed to obtain the uniform polishing rate all over the wafer.
PETEOS oxide wafers were polished by orbital type polisher for 2 minutes. The oxide thickness was measured pre-CMP and post-CMP, using the 62 points mapping with 6mm edge exclusion. The polishing rate is the thickness difference averaged over the 62 points and normalized by the polishing time.
To find the reason of bump on the wafer, we examined the three factors; linear velocity, stress distribution, and slurry effect. First, dependence of polishing rate on the linear velocity was examined by experiments. In addition, simulation on the linear velocity profile was performed in orbital type CMP. As a result of experiments and simulations, we could find that the bump was not concerned in velocity.
Second, effect of download was investigated. Using the finite-element method, stress distribution was simulated on the wafer surface. Stress concentration was not found on the wafer surface at which bump is occurred. However, polishing rate profile was changed under various retainer ring download.
For the last time, effect of flow rate was examined. Polishing rate was not sensitive to flow rate.
Using the fact that polishing rate is proportional to traveling distance, experiments were performed on the various widths of channel to decrease the traveling distance. Dependence on the retainer ring download was also examined to improve the uniformity of the polishing rate on the wafer edge.
반도체 제조공정에서 CMP는 매우 중요한 공정으로써 자리잡아가고 있으나 아직 많은 문제점을 안고 있다. 그중 특히 연마속도의 균일도는 생산수율에 영향을 미치는 매우 중요한 인자이다. 따라서 본 연구에서는 반도체 웨이퍼의 연마속도 균일도를 향상시키기 위한 새로운 기술을 연구하였다. 먼저 웨이퍼 표면에 산화막을 증착한 후 화학기계적 연마장치를 이용해 2분 동안 표면을 연마하였으며 연마량과 균일도는 산화막의 두께는 연마전후에 웨이퍼 표면의 62 곳에서 측정하여 각 지점에서 단위시간당 연마량을 구한 후 평균과 분산을 계산하였다. 일반적으로 웨이퍼 연마시 가장자리에서 연마량이 증가하는 이유를 알아보기 위해 세 가지 요인, 선속도, 응력분포, 슬러리의 효과를 조사한 후 연마량의 균일도를 향상시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 첫째로 선속도가 연마량에 미치는 영향을 연마실험과 전산모의실험을 통해 알아보았다. 연마량은 선속도에 선형적으로 비례하였으며 실험에 사용된 연마 장치에 대한 역학적 전산모의실험에서 웨이퍼 반경에 따른 선속도의 불균일도는 발견되지 않았다. 둘째로 하중에 의한 효과가 조사되었다. 유한요소해석방법을 이용하여 웨이퍼 표면에서 정적응력분포를 구하였으나 연마속도의 불균일도를 가져오는 응력집중현상은 발견되지 않았다. 그러나 동적상태에서 웨이퍼의 운동을 보조해주는 장치의 압력변화에 따라서 웨이퍼 가장자리에서 연마량이 변화하였으며 따라서 동적상태에서는 응력집중에 의한 연마량 증가가 있을 것으로 추측되어진다. 마지막으로 슬러리 유량 변화가 연마량에 미치는 효과를 조사하였으나 슬러리 유량이 연마량의 변화에 미치는 효과는 미미하였다. 웨이퍼 표면에서 산화막의 연마량은 운동시 웨이퍼가 패드와 접촉하여 운동하는 거리에 비례하다는 사실로부터 연마량이 높은 부분에서 운동거리를 감소시키기 위해 다양한 폭의 채널을 형성하였다. 채널폭이 증가함에 따라 웨이퍼 가장자리에서 연마량은 감소하였으며 운동보조장치의 압력을 동시에 조절함으로써 우수한 연마속도 균일도를 얻을 수 있었다.
