A.연마 공정순서 및 실험
본 실험의 CMP 공정에서 Table Speed는 40 rpm, Head Speed는 60 rpm을 사용 하였다. polisher Pressure는 300 g/cm2 만큼 주었고, 연마패드는 IC-1400으로 16 inch를 사용하였다. 공정시간은 60 sec를 적용하였다. 그림 6은 CMP 연마 장비의 사 진을 찍은 것이다. CMP 후의 산화막 두께는 K-MAX사의 ST-2000를 사용하여 측정 하였고, Malvern 사의 제타전위 측정기를 이용하여 입도 분석을 실시하였다.
Post-CMP 세정은 NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 2 : 7의 비율로 섞인 SC-1 케미컬에 서 3분간 디핑(dipping) 한 후 1 : 10의 DHF 용액에 2분간 세정을 완료한 후에 4분 동안 초음파 세척기를 이용해 세척하는 시퀀스를 적용하였다.
Fig. 6. CMP equipment(PM5)
B.두께 측정
박막 두께는 박막의 성질을 나타낼 때 가장 쉽게 접근 할 수 있는 부분이다. 박막의 특성과 동작 등이 두께 의존성이 강하기 때문이다. 광학적 응용을 통한 막의 두께 측 정 기술은 높은 정확도를 가지며, 이는 박막 개발에 큰 원동력이다. 대부분의 마이크 로 일렉트로닉 응용에서 박막 두께의 정확성과 재현성이 요구 된다. 다양한 박막이 존 재하기 때문에 박막의 측정기술에도 다양한 방법이 있다. 그림 7은 산화막 CMP 전과 후의 박막 두께를 측정한 엘립소미터(M-2000V, J.A Woollam사) 장비이다. 레이저빔 을 사용하는 방식이여 스펙트로미터와는 다른 방식으로 측정하는 장비이다. 레이저빔 은 편광(polarization)되어 있고, 이 빔은 산화막이 입혀진 웨이퍼에 임의 각도로 조사 된다. 빔은 산화막을 통과하여 실리콘과 산화막 경계에서 반사된다. 박막에 빛이 조사 되고 있을 때 빔의 면이 회전하면, 빔의 회전 두께와 굴절률을 계산하여 측정된다. 그 림8은 엘립소미터의 측정원리를 나타낸 것이다.
Fig. 7 Ellipsometer (M-2000V)
Fig. 8 Principles of ellipsometer
C.슬러리의 분석
그림 9는 실리카 슬러리와 세리아 슬러리의 입자 크기, pH, zeta potential, 전도도 를 측정 가능한 장비로 측정하고자 하는 시료의 빛 반사율과 투과율이 주파수 함수로 얻어진다. 이를 이용해 슬러리의 입자 크기, pH, zeta potential, 전도도를 분석 할 수 있다. Zetasizer nano zs장비 자체로도 슬러리의 온도를 높이거나 줄일 수 있는 기능 이 있다.
Fig. 9 Malvern Zetasizer Nano ZS
온도변화에 따른 슬러리의 전기영동에 의해 이동하는 입자의 이동도를 레이저도플러 원리로 측정하여 제타 전위가 얻어지고, 브라운운동에 기인한 입자들의 움직임 정도를 나타내는 입자 확산정도를 광산란현상과 PCS원리로 측정하여 입도 분포를 얻는다. 슬 러리의 효율적인 응집과 분산도를 측정하기 위한 제타전위 측정과 입자의 입도 분포를 파악하여 품질관리 및 새로운 물질 개발이 가능하다.
D.표면 분석 및 측정
STM(scanning tunneling microscopy)가 발명된 후에 비슷한 원리의 주사 탐침 현 미경(SPM) 등이 다수 개발되어 빠른 속도로 여러 분야에 응용되고 있다. 특히 반도체 공정과 관련한 그림 10의 AFM(Atomic Force Microscopy)장비는 SEM으로는 불가 능 했던 수십 nm의 편차를 가지는 표면 거칠기를 손쉽게 측정할 수 있어 많은 분야에 응용되고 있다.
piezo electric scanner는 뾰족한 탐침을 이용하여 원자스케일의 시료 표면을 측정 가능하다. 이때 시료와 탐침사이에는 어떠한 상호작용이 발생하고 이 상호작용을 변형 시켜 읽어드린 후 원하는 정보를 이미지로 나타낸다. 시료와 탐침의 상호작용이 어떤 가에 따라 STM, AFM, SCM(scanning capacitance microscopy), MFM(magnetic force microscopy) 등으로 분류된다.
Fig. 10. AFM (Atomic Force Microscopy)
SPM은 scanning probe microscope의 줄임말로 물질의 표면특성을 원자단위까지 측정 가능한 새로운 개념의 현미경을 총칭한다. 우리나라에서 명칭은 원자현미경이다.
원자는 매우 작아서(0.1-0.5nm) 고배율 현미경으로도 볼 수 없다는 기존의 통념을 깬 원자현미경의 발명은 제1세대 광학현미경, 제2세대 전자현미경 이후 제3세대 현미경 으로 자리잡고 있다. 광학현미경의 배율은 수천 배 정도이고 전자현미경(SEM)의 배율 이 수십 만 배인데 비해 원자현미경의 배율은 수천만 배로 개개의 원자까지 관찰이 가 능하다. 투과식 전자 현미경인 TEM도 수평방향의 분해능은 원자단위지만 수직 방향 의 분해능은 개개의 원자 관찰이 불가능하다.
원자현미경은 주로 연구용과 산업용 분석 측정기로 쓰이고 있다. 연마된 광학 렌즈 나 증착막의 두께, 굴곡도 측정과 천연 광석의 표면분석까지 더 작은 스케일의 측정을 요하는 모든 곳에 활용하고 있다. 또한 산업용으로 반도체의 표면 계측, 결함 분석, 자 기 디스크나 광자기 디스크 등에 쓰인 비트(bit)의 모양 조사 등에 쓰이며 최근 큰 성 장을 보이고 있는 FPD(flat panel display)의 분석 장비로도 활용하고 있다. 전자현미 경이 진공 상태에서만 가능한 것을 감안하면 SPM의 응용범위는 매우 넓다.