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CMP

마이크로칩을 만드는 여러 단계에서 웨이퍼 표면은 완벽한 평탄도를 유지하거나 평탄화되어야 합니다. 그 목적은 잔여 물질을 제거하거나 그 다음 층의 회로 패턴을 형성하기 위해 완벽하게 평평한 바탕을 만드는 것입니다.

이를 위해 칩 제조사들은 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정을 사용합니다. CMP는 화학 물질과 모래(적당량) 혼합물을 특수 회전 연마판에 붓고 연마하는 과정으로 진행됩니다.

한때 CMP 공정은 고정밀 반도체 제조 산업에 사용하기에는 청결하지 않다는 인식이 있었습니다. CMP 기술은 실제로 업계에서 알루미늄을 더 빠른 구리 회로로 대체해서 칩 성능을 높이는 방법을 찾고 있던 1990년대 중반에 도입되었습니다. 알루미늄 인터커넥트는 금속층을 증착한 후 반응성 가스를 사용해 원하지 않는 부분을 식각해서 형성했습니다. 하지만 구리는 이 방법으로 쉽게 제거할 수 없기 때문에 대체 기술로 구리 CMP가 개발되었습니다. 오늘날 모든 마이크로프로세서는 구리 배선을 사용하며 CMP는 칩 제조사의 필수 공정이 되었습니다.

CMP는 개념은 간단하지만 나노 단위에서는 복잡합니다. 웨이퍼 표면을 구성하는 여러 필름은 경도가 서로 다르기 때문에 연마 속도도 다릅니다. 저경도 부분이 고경도 부분보다 오목하게 되는 원하지 않는 "움푹 파임" 현상이 발생할 수 있습니다. 이를 보정하기 위해서 화학 물질(CMP의 경우에 탄소)을 첨가해 고경도 부분과 저경보 부분의 재료 연마 속도의 차이를 최소화합니다. 주어진 필름 균일도와 상관 없이 300mm 웨이퍼 전체에서 해당 물질이 균일하게 연마되고 적절한 시점에 공정이 중지되어 하부의 중요 패턴이 연마되지 않도록 만들기 위해 어플라이드는 웨이퍼 전체에 걸쳐 여러 지점에서 필름 두께를 지속적으로 측정하고 연마 압력을 1초에 여러 번 조절해서 모든 웨이퍼에서 항상 일정한 결과가 나오도록 만드는 정밀한 제어 시스템을 개발했습니다.

전체 CMP 공정은 30초 정도로 짧은 시간 내에 완료됩니다. 여기에는 웨이퍼를 CMP 시스템에서 내보내기 전에 세척, 헹굼, 건조하는 연마 후속 세정이 포함됩니다. 이러한 모든 단계가 평탄도를 더욱 높입니다. 웨이퍼가 축구장이라면 CPM 시스템은 모든 잔디 잎을 사람의 머리카락 두께 이내의 길이로 똑같이 자르는 잔디깎이 기계입니다. 그렇게 해서 평탄하게 만듭니다.

오늘날의 CMP 기술은 연마 균일성, 더 높은 생산성, 더 낮은 비용을 위한 더 까다로운 요건을 충족시키고 있습니다. 3D 메모리 구조 같은 새로운 응용 분야는 더 높은 연마 제어력을 요구합니다. 이러한 새로운 집적화 방식이 비용 경쟁력을 갖추려면 비용 절감과 생산성 개선도 필요합니다.