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부산대학교 CMP Lab.
실험실 소개 이미지
실험실 정보안내
지도교수 정해도
전공분류 기타(ETC),
주소 부산광역시 금정구 부산대학로 63번길 2
전화 051-510-2463
홈페이지 http://cmp.pusan.ac.kr/
실험실소개

 

 본 연구실은 차세대 고집적 반도체 소자, 실리콘 및 화합물 반도체 기판, 디스플레이(PDP, TFT-LCD, 유기EL)의 초정밀 표면가공기술과 Smart 재료를 이용한 Micro 단위의 초소형 기계/전자 구조물을 제작하는 기술에 관한 연구를 수행 하고 있다.

 반도체 소자 제작을 위한 기술은 손톱만한 크기의 표면에 엄청난 정보를 담을 수 있도록 발전하고 있으며, 반도체 소자가 빠른 처리속도를 가지면서 많은 정보를 좁은 면적에 저장하기 위해서는 소자간의 절연, 다층 배선 구조의 형성이 필요하다. 따라서 이러한 요구를 달성하기 위하여 표면의 요철을 웨이퍼 전면에 걸쳐 평탄화시키는 기술이 CMP(Chemical Mechanical Planarization)공정이다.

 특히, 신소재가공실험실은 초정밀 표면가공기술의 하나인 CMP 공정과 관련된 요소기술에 대해 10여년의 노하우를 가지고 있으며, 현재에는 CMP 공정의 체계화, 통합화, 지능화를 목표로 연구를 진행 중이다.

연구분야

 

CMP모니터링

 

 
 CMP공정은 화학적인 요소와 기계적인 요소를 포함한 복합적인 메카니즘으로 이루어진다. 
이러한 메카니즘을 규명하고, 현상을 분석하기 위하여 모니터링에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 CMP 모니터링 기술이 개발되어 적용되게 되면, 현재 적용되고 있는 CMP 공정의 메카니즘을 규명할 수 있으며, 또한 여기에 사용되는 실리콘 웨이퍼, 패드, 슬러리와 같은 소모재의 특성을 파악할 수 있기 때문에, 공정 효율을 높일 수 있으며 생산성의 향상 역시 기대할 수 있다. 현재 본 연구실에서 진행하고 있는 CMP monitoring 분야는 실제 CMP 공정 중에 센싱을 하고, 이를 분석하여, 최적 공정 조건을 찾고자 노력하고 있다. 
 CMP 공정에 적용되는 공정 조건의 변화에 따라, 또한 이에 사용되는 웨이퍼 박막의 종류 뿐만 아니라, 패드 및 슬러리와 같은 소모재의 종류에 따라 나타나는 신호 특성은 분해능이 다른 센서들을 사용함으로써 확연히 구분될 수 있다. 이러한 원리에 기초하여 Force senser, Current seonsor, AE sensor, IR sensor, Laser displacement sensor 등과 같이 분해 특성이 다른 각각의 센서를 이용하여 CMP 공정을 모니터링 하고, 획득된 신호를 RMS, FFT 등을 이용해 각각의 특성을 분석하는 연구를 진행 중이다.
 

 

모델링 및 시뮬레이션

 

 CMP 공정은 다층 고집적 회로의 평탄화에 가장 근본적으로 사용되는 방법으로서 웨이퍼 전면을 동시에 평탄화 해 나간다. 이러한 CMP기술에 기인하여 고속 고집적 소자의 끊임없는 발달이 이루어지고 있으며 근본적인 연마 기구의 이해가 부족한데도 불구하고 산업적 요구에 의해 보다 정교한 공정 설계가 적용되고 있으며, 따라서 연마 기구 이해 부족을 보충하기 위하여 수많은 실험을 통하여 새로운 공정들을 안정화시켜 나간다. 이러한 원인은 “연마공정” 자체가 마이크로 미터 수준 혹은 나노 미터 수준의 복잡한 계면 현상을 포함하고 있으며, 특히 CMP 공정에서 연마량을 지배하는 주요한 인자들이 매우 많고 또한 이들 변수들 사이의 상호작용에 의해 새롭게 생겨나는 변수들과 기계적 및 화학적 상호작용이 복잡하게 얽혀서 연마 현상이 발생하기 때문이다. 
 결과적으로 CMP 공정의 재료 제거 기구에 대한 모델링 및 시뮬레이션 연구는 복잡한 CMP 공정의 예측과 제어를 근본 목적으로 하여 공정 개발 비용과 시간을 단축시킬 수 있다. 본 연구에서는 다음과 같은 주요 개념을 기반으로 Preston 방정식을 보다 구체화시켜 재료제거와 관련된 연마율을 모델링하였다.
 
 - 에너지 균형을 고려한 기초 방정식 수립
 - 패드와 웨이퍼에 대한 입자 압입 조건
 - 입자에 작용하는 마찰력 및 연마시 발생하는 마찰력
 - 슬러리 내의 연마입자 개수와 연마에 참여하는 입자
 - 입자에 작용하는 하중
 - 실접촉 면적과 실접촉 압력

 

 

Cu CMP

 -Cu CMP slurry의 구성요소가 CMP결과에 미치는 영향

 Cu CMP 공정은 ILD와 STI 공정에 비해서 슬러리에 의한 화학적인 요소에 많은 영향을 받는다. Cu CMP용 슬러리는 크게 complexing agent(or chelating agent), oxidizer, corrosion inhibitor, abrasive, pH adjustor로 구성되어 있으며 그 각각의 복합작용에 의하여 재료를 제거하게 된다. 따라서 Blanket Cu wafer를 이용하여 각각의 슬러리 구성요소가 연마결과에 어떠한 영향을 미치는지에 관하여 연구해 볼 필요가 있다.

 

 

구연산(Citric acid)의 영향 과산화수소(H2O2)의 영향
콜로이달 실리카(Colloidal silica)의 영향 BTA(Benzotriazole)의 영향

 

 

 - Cu CMP slurry의 구성요소가 Cu pattern wafer의 연마에 미치는 영향

 

 앞선 blanket wafer의 실험에서 얻은 결과를 바탕으로 Cu pattern wafer의 연마 시, 슬러리 구성요소들이 어떠한 역할을 하는지에 관하여 알아보고자 하였다. Cu pattern wafer의 연마에 앞서 blanket wafer를 이용 기초 실험을 토대로 패턴의 피치(pitch)와 밀도(density)의 변화에 따라 어떠한 연마특성을 가지는지에 관하여 연구하고 있다.

 

 

MEMS CMP

연마패드

차세대 평탄화 기술

기타

연구성과
김영민
구리 CMP 후 연마입자 제거에 화학 기계적 세정의 효과
대한기계학회, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

정석훈
Mechanical effects of polishing pad in copper electrochemical mechanical deposition for planarizatio
Current Applied Physics, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

정석훈
화학기계적 연마에 의한 리튬니오베이트의 광학 특성에 관한 연구
대한기계학회논문집, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

신운기
Local/Global Planarization of Polysilicon Micropatterns by Selectivity Controlled CMP
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이호준
The effect of mixed abrasive slurry on CMP of 6H-SiC substrates
Journal of Ceramic Processing Research, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

정석훈
Effect on Two-Step Polishing Combined Process of Electro-Chemical Mechanical Planarization and Chemi
Japanese Journal of Applied Physics, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이현섭
Chemical and Mechanical balance in polishing of electronic materials for defect-free surfaces
CIRP ANNALS 2009, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

정석훈
Effect of additives for higher removal rate in lithium niobate chemical mechanical planarization
Applied Surface Science, 2010, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이현섭
Mechanical effect of colloidal silica in copper chemical mechanical planarization
Journal of Materials Processing Technology, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

박범영
Experimental Investigation of Material Removal Characteristics in Silicon Chemical Mechanical Polish
Japanese Journal of Applied Physics, 2009, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

정해도, 신소민, 이다솔, 정선호, 정경우, 최진욱
패드 돌기의 기하학적 특성을 고려한 디바이스 패턴의 평탄화 모델링
한국정밀공학회지, 2020-08, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

정해도, 김현진, 신소민, 이다솔
Mathematical modeling based on contact mechanism due to elastic and plastic deformation of pad asperities during CMP
JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2020-01, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

김경래, 이재근, 정해도, 강율호, 안영철
Numerical and Experimental Study of Air-to-Air Plate Heat Exchangers with Plain and Offset Strip Fin Shapes
ENERGIES, 2020-11, Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

프로젝트
[고성능 소재 표면의 고품위 경면 가공을 위한 융복합... ] 임계성능 구현을 위한 융복합 가공 및 실용화기술 개발 한국생산기술연구원 2009.01.01 - 2013.01.01

[300mm 연마기의 Simulation을 통한 Flatness 최적화 ] 실트론 2008.08.01-2009.07.3

[초정밀 고품위 연삭가공기술 개발 ] 프로템 2007.12.01-2009.11.30

[초정밀 고품위 연삭가공기술 개발 ] 한국산업단지공단 2007.12 - 2009.11

[End Point Detector 시스템 개발 ] 한국산업기술평가원 2007.08 - 2008.07

[Wafer 제조기술 혁신 프로젝트 ] 기업 2007.05 - 2008.04

[하이브리드 표면소재 특수가공연구 ] 한국과학재단 2006.06 - 2013.02

[반도체 및 MEMS용 디바이스의 평탄화 CMP시스템 개발... ] 한국산업기술재단 2003.06 - 2006.04

[TFT-LCD용 기판유리 연마공정 최적화 및 연마 모델 ... ] 기업수탁과제 LG 화학 2009.05.01 ~ 2009.10.31

[반도체용 Cu 배선의 평탄화를 위한 전기화학 기계적... ] 교육인적자원부-일반 2004.09 - 2008.12