KR101284553B1 - Ｐｒａｍ에 사용하기 위한 ｇｓｔ막의 화학적 기계적 연마 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 GST막의 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것으로서, 가열 수단을 이용하여 화학적 기계적 연마 중에 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하고, 연마 패드 상부에 슬러리를 주입한 다음, 연마 패드 상부에 위치한 홀더에 홀딩되어 있는 GST 막을 연마하는 것을 특징으로 하며, 산화제인 과산화수소를 사용하지 않으면서도 연마 패드를 특정 온도로 조절함으로써, GST막의 표면조도와 연마량을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 GST막의 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정 시 온도 조절을 통하여 환경오염을 유발시키는 산화제인 과산화수소를 사용하지 않는 친환경적이고, GST막의 표면조도와 연마량을 향상시키기 위한 GST막의 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
모바일 기기와 타블렛 PC와 같은 휴대기기의 발달로 인하여 속도가 빠른 DRAM과 비휘발성인 플래시메모리의 특성을 모두 보유한 PRAM은 동작 속도가 빠르며, 전력 소비가 작고, 집적도가 높아 가격 경쟁력이 우수하다. PRAM의 구조는 1개의 트랜지스터와 1개의 저항을 가져 1개의 트랜지스터와 1개의 캐패시터로 이루어지는 DRAM과 차이를 가진다. 이러한 차이로 인하여 DRAM의 경우 캐패시터 물질인 SiO2가 사용되어지나 PRAM의 경우 상변화 물질인 GST가 사용된다.
PRAM을 수십 나노크기로 고집적화하기 위해서는 높은 해상도를 갖는 리소그라피 공정이 필요하며, 화학적 기계적 연마는 PRAM의 우수한 평탄화를 가져와 리소그래피 공정의 해상도를 높이는 중요한 역할을 한다. 일반적으로 PRAM의 화학적 기계적 연마 시 GST의 연마량을 증가시키기 위해 산화제인 과산화수소가 사용되어지고 있다. 과산화수소는 환경오염 물질로 화학적 기계적 연마 후 발생한 과산화수소 폐수를 재처리하는 시설이 반드시 필요하며 이로 인하여 높은 경비가 발생하게 되는 문제점이 있다.
한편, "반도체 소자 제조를 위한 CMP 장치 및 이를 이용한 CMP 방법"에 관한 한국특허(출원번호 : 10-2007-0136336)는 CMP 장치를 구성하는 플래튼, 폴리싱 헤드, 슬러리 공급 노즐, 초순수 공급 노즐, 케미컬 공급 노즐을 포함하는 CMP 장치를 개시하고 있다. 또한, "CMP 장비"에 관한 한국특허(출원번호 : 10-2005-0053354)는 플래튼 패드, 슬러리 공급 라인, 폴리싱 헤드, 패드 컨디셔너, 및 쿨링 장치를 포함하는 CMP 장비를 개시하고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 GST막의 표면 조도의 특성과 연마량을 같이 향상시킬 수 있도록 하기 위해 공정 시 특정 온도로 조절을 통하여 GST막의 화학적 기계적 연마 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 환경오염 물질인 산화제(과산화수소)를 사용하지 않는 친환경적인 GST막의 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 가열 수단을 이용하여 화학적 기계적 연마 중에 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하는 단계; 상기 연마 패드 상부에 슬러리를 주입하는 단계; 및 상기 연마 패드 상부에 위치한 홀더에 홀딩되어 있는 GST 막을 연마하는 단계를 포함하는 GST막의 화학적 기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 슬러리의 온도는 상기 연마 패드의 온도와 동일한 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열 수단은 할로겐 램프 또는 전기 히터를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 화학적 기계적 연마 중에 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하는 가열 수단; 상기 연마 패드 상부에 슬러리를 주입하는 슬러리 공급부; 및 상기 연마 패드 상부에 위치한 홀더에 홀딩되어 있는 GST 막을 연마하는 연마 패드를 포함하는 GST막의 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연마 패드의 온도를 센싱하는 온도 센서부; 및 상기 온도 센서부로부터 상기 연마 패드의 온도를 수신하고, 상기 가열 수단을 제어하여 상기 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하도록 하는 온도 컨트롤러부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 GST막의 화학적 기계적 연마 방법은 환경오염 물질인 과산화수소를 사용하지 않고 화학적 기계적 연마가 가능하여 과산화수소의 재처리로 인한 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 과산화수소를 사용하지 않으면서도 연마 패드를 특정 온도로 조절함으로써, GST막의 표면 조도의 특성과 연마량(연마도)을 같이 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후의 연마량과 패드 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후의 표면조도와 패드 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후에 AFM(Atomic Force Microscopy)으로 촬영한 사진을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후의 연마량과 패드 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후의 표면조도와 패드 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후에 AFM(Atomic Force Microscopy)으로 촬영한 사진을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 방법의 흐름도이다.
삭제
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치는 플레이튼(110), 연마 패드(120), 슬러리(130), 가열 수단(140), 온도 센서부(150), 온도 컨트롤러부(160), 및 슬러리 공급부(170)로 구성된다.
플레이튼(110)은 원통형의 판 형상을 가지며, 상부면에는 연마 패드(120)가 부착된다. 연마 공정 진행 중 연마 패드(120)의 연마 조건을 유지하기 위한 패드 컨디셔너(미도시)와 연마 패드(120)의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(170)가 플레이튼(110)의 일 측에 배치될 수 있다.
연마 패드(120)는 플레이튼(110) 위에 부착되어 있으며, 고분자 물질 계열의 소재로 이루어져 있다. 연마 패드(120) 위에 슬러리를 공급하고, 가공물에 하중을 가하여 가공물의 표면을 연마하게 된다. 즉, 가공물을 연마 패드(120)에 누르면서 상대 운동시켜 가공물과 친화력이 우수한 부식액으로 화학적 연마를 함과 동시에 초미립자로 기계적 제거를 한다.
가공물에 작용하는 높은 압력과 균일한 상대 속도에 의해 연마 패드(120)와의 접촉면에서는 순간적으로 고온, 고압의 분위기가 형성되고, 이로 인해 슬러리에 의한 화학적, 기계적 제거 가공은 상승효과가 유발되어 가공물 면에서 평탄화 가공을 한다.
이 중에서 기계적인 요소에 해당하는 연마 패드(120)는 외부적인 변수에 매우 큰 영향을 받으며 내부적인 공정 변수와도 반응한다. 연마 패드의 구조 및 재질은 CMP 공정의 평탄화 및 연마 제거율에 중요한 역할을 한다.
소프트 패드는 연마 균일도가 좋은 반면에 연마 제거율이 떨어지고, 하드 패드는 높은 연마 제거율을 얻을 수 있지만 연마 균일도가 나쁘기 때문에 서로의 단점을 보완하기 위해 두 종류를 겹친 이중 패드를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 슬러리는 H2SO4, HNO3, KOH, NaOH의 솔루션 용액 중 선택된 어느 하나 이상의 용액과 콜로이들 실리카(colloidal silica), CeO3, Al2O3중 선택된 어느 하나 이상의 파우더를 합성하여 이루어질 수 있다.
패드 컨디셔닝 기술은 CMP 공정 전후에 연마 패드 표면의 다공성과 거칠기를 유지하도록 하기 위하여 상온의 DIW(de-ionized water)를 흘려주면서 미세한 다이아몬드 입자가 코팅된 컨디셔너를 사용하여 연마 패드 위에서 직접 수행되며, 패드 컨디셔닝 기술에 의해 연마 패드가 리프레쉬된 후에 연마율을 다시 회복시킬 수 있는 기술이다.
시편(미도시)은 본 발명에서는 PRAM에 사용하는 GST 막인 것이 바람직하다. GST 막은 다른 물질과 달리 열에 민감하게 반응하는바, 이러한 GST 막의 특성을 고려하여 CMP 공정을 수행한다. GST 막을 연마 패드(120) 상부에 위치한 홀더(125, holder)에 홀딩시키는 것을 더 포함할 수 있다.
가열 수단(140)은 온도 컨트롤러부(160)에 의해 제어되며, 연마 패드(120)의 온도를 조절하는 장치이다. 연마 패드(120)의 온도를 증가시키기 위해, 할로겐 램프를 사용할 수 있고, 연마 패드(120) 아래에 또는 장비 벽에 전기 히터를 설치할 수도 있다. 한편, 화학적 기계적 연마 직전에 슬러리의 온도를 상승시켜 보다 효과적으로 CMP 공정을 수행할 수 있다.
온도 센서부(150)는 CMP 공정 중 연마 패드(120)의 온도를 센싱한다.
온도 컨트롤러부(160)는 온도 센서부(150)로부터 연마 패드(120)의 온도를 수신하고, 가열 수단(140)을 제어하여 연마 패드(120)의 온도가 35 ℃ ~ 38 ℃가 되도록 유지한다.
슬러리 공급부(170)는 연마 패드(120)의 표면에 슬러리를 공급한다.
일반적으로 화학적 기계적 연마는 상온에서 이루어진다. 이때, PRAM에서 GST의 연마량을 증가시키기 위해 산화제인 과산화수소(H2O2)가 사용된다. 그러나, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 방법은 산화제인 과산화수소를 사용하지 않고 연마 패드(120)의 공정 온도를 35 ℃ ~ 38 ℃로 조절하며 화학적 기계적 연마를 실시한다.
따라서, GST 막의 CMP 공정시 과산화수소를 사용하지 않고, 연마 패드의 온도를 35 ℃ ~ 38 ℃로 조절함으로써, 화학적 기계적 연마가 가능하여 과산화수소의 재처리로 인한 비용을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후의 연마량과 패드 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 패드 온도가 35 ℃ ~ 38 ℃인 경우에 연마량(연마도)이 우수함을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후의 표면조도와 패드 온도의 관계를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 패드 온도가 35 ℃ ~ 38 ℃인 경우, 특히 36 ℃ 부근에서 표면 조도의 특성이 우수함(표면 조도가 낮음)을 알 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 연마량은 온도가 상승함에 따라 증가하나 표면조도가 감소하는 특성을 보여 연마 패드(120)의 온도가 36 ℃ 부근인 경우 가장 우수한 특성을 보이고 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 후에 AFM(Atomic Force Microscopy)으로 촬영한 사진을 도시한 것이다.
도 4a는 초기 시편을 나타낸 것이고, 도 4b는 연마 패드 온도가 20 ℃일 때, 도 4c는 연마 패드 온도가 30 ℃일 때, 도 4d는 연마 패드 온도가 33 ℃일 때, 도 4e는 연마 패드 온도가 36 ℃일 때, 도 4f는 연마 패드 온도가 38 ℃일 때, 화학적 기계적 연마 후 AFM으로 촬영한 사진이다.
도 4를 참조하면, 패드 온도가 36 ℃일 때의 AFM 사진인 도 4e의 연마량과 표면 조도가 우수함을 알 수 있다.
삭제
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 방법은 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 방법에도 적용된다.
500 단계에서 화학적 기계적 연마 장치는 가열 수단을 이용하여 화학적 기계적 연마 중에 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절한다. 이때, 가열수단은 할로겐 램프 또는 전기 히터를 포함한다.
510 단계에서 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드 상부에 슬러리를 주입한다. 이때, 슬러리의 온도는 상기 연마 패드의 온도와 동일한 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절되는 것이 바람직하다.
520 단계에서 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드 상부에 위치한 홀더에 홀딩되어 있는 GST 막을 연마한다. GST 막은 다른 물질과 달리 열에 민감하게 반응하는바, 이러한 GST 막의 특성을 고려하면, 35 ℃이상 38 ℃이하의 온도로 연마 패드를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 과산화수소를 사용하지 않고 CMP 공정 시 연마 패드(120)의 온도를 35~38 ℃로 증가시켜 우수한 연마량을 가지면서 친환경적인 CMP 공정을 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 플레이튼 120 : 연마 패드
125 : 홀더 130 : 슬러리
140 : 가열 수단 150 : 온도 센서부
160 : 온도 컨트롤러부 170 : 슬러리 공급부
125 : 홀더 130 : 슬러리
140 : 가열 수단 150 : 온도 센서부
160 : 온도 컨트롤러부 170 : 슬러리 공급부
Claims (7)
- 가열 수단을 이용하여 화학적 기계적 연마 중에 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하는 단계;
상기 연마 패드 상부에 슬러리를 주입하는 단계; 및
상기 연마 패드 상부에 위치한 홀더에 홀딩되어 있는 GST 막을 연마하는 단계를 포함하는 GST막의 화학적 기계적 연마 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 슬러리의 온도는 상기 연마 패드의 온도와 동일한 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절되는 것을 특징으로 하는 GST막의 화학적 기계적 연마 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 가열 수단은 할로겐 램프 또는 전기 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 GST막의 화학적 기계적 연마 방법. - 화학적 기계적 연마 중에 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하는 가열 수단;
상기 연마 패드 상부에 슬러리를 주입하는 슬러리 공급부; 및
상기 연마 패드 상부에 위치한 홀더에 홀딩되어 있는 GST 막을 연마하는 연마 패드를 포함하는 GST막의 화학적 기계적 연마 장치. - 제4 항에 있어서,
상기 슬러리의 온도는 상기 연마 패드의 온도와 동일한 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절되는 것을 특징으로 하는 GST막의 화학적 기계적 연마 장치. - 제4 항에 있어서,
상기 가열 수단은 할로겐 램프 또는 전기 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 GST막의 화학적 기계적 연마 장치. - 제4 항에 있어서,
상기 연마 패드의 온도를 센싱하는 온도 센서부; 및
상기 온도 센서부로부터 상기 연마 패드의 온도를 수신하고, 상기 가열 수단을 제어하여 상기 연마 패드의 온도를 35 ℃이상 38 ℃이하로 조절하도록 하는 온도 컨트롤러부를 더 포함하는 GST막의 화학적 기계적 연마 장치.
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| KR1020110118433A KR101284553B1 (ko) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Ｐｒａｍ에 사용하기 위한 ｇｓｔ막의 화학적 기계적 연마 방법 및 장치 |
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