• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.19 no.1
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• pp.196-203
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• 2002

Generally, non-uniformity and removal rate are important factors on measurements of both wafer and die scale. In this study, we verify the effects of the pressure and relative velocity on the results of the chemical mechanical polishing and the effect of pattern density on inter layer dielectric chemical mechanical polishing of patterned wafer. We suggest an appropriate modeling equation, transformed from Preston\`s equations which was used in glass polishing, and simulate the removal rate of patterned wafer in chemical mechanical polishing. Results indicate that the pressure and relative velocity are dominant factors for the chemical mechanical polishing and pattern density effects on removal rate of pattern wafers in die scale. The modeling is well agreed to middle and low density structures of the die. Actually, the die used in Fab. was designed to have an appropriate density, therefore the modeling will be suitable for estimating the results of ILD CMP.

• Tribology and Lubricants
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• v.33 no.3
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• pp.106-111
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• 2017

Sapphire is an anisotropic material with excellent physical and chemical properties and is used as a substrate material in various fields such as LED (light emitting diode), power semiconductor, superconductor, sensor, and optical devices. Sapphire is processed into the final substrate through multi-wire saw, double-side lapping, heat treatment, diamond mechanical polishing, and chemical mechanical polishing. Among these, chemical mechanical polishing is the key process that determines the final surface quality of the substrate. Recent studies have reported that the material removal characteristics during chemical mechanical polishing changes according to the crystal orientations, however, detailed analysis of this phenomenon has not reported. In this work, we carried out chemical mechanical polishing of C(0001), R($1{\bar{1}}02$), and A($11{\bar{2}}0$) substrates with different sapphire crystal planes, and analyzed the effect of crystal orientation on the material removal characteristics and their correlations. We measured the material removal rate and frictional force to determine the material removal phenomenon, and performed nano-indentation to evaluate the material characteristics before and after the reaction. Our findings show that the material removal rate and frictional force depend on the crystal orientation, and the chemical reaction between the sapphire substrate and the slurry accelerates the material removal rate during chemical mechanical polishing.

• Tribology and Lubricants
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• v.35 no.5
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• pp.274-285
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• 2019

Chemical mechanical polishing (CMP), which is a material removal process involving chemical surface reactions and mechanical abrasive action, is an essential manufacturing process for obtaining high-quality semiconductor surfaces with ultrahigh precision features. Recent rapid growth in the industries of digital devices and semiconductors has accelerated the demands for processing of various substrate and film materials. In addition, to solve many issues and challenges related to high integration such as micro-defects, non-uniformity, and post-process cleaning, it has become increasingly necessary to approach and understand the processing mechanisms for various substrate materials and abrasive particle behaviors from a tribological point of view. Based on these backgrounds, we review recent CMP R&D trends in this study. We examine experimental and analytical studies with a focus on substrate materials and abrasive particles. For the reduction of micro-scratch generation, understanding the correlation between friction and the generation mechanism by abrasive particle behaviors is critical. Furthermore, the contact stiffness at the wafer-particle (slurry)-pad interface should be carefully considered. Regarding substrate materials, recent research trends and technologies have been introduced that focus on sapphire (${\alpha}$-alumina, $Al_2O_3$), silicon carbide (SiC), and gallium nitride (GaN), which are used for organic light emitting devices. High-speed processing technology that does not generate surface defects should be developed for low-cost production of various substrates. For this purpose, effective methods for reducing and removing surface residues and deformed layers should be explored through tribological approaches. Finally, we present future challenges and issues related to the CMP process from a tribological perspective.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.19 no.6
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• pp.145-154
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• 2002

CMP (Chemical mechanical polishing) process was used to control the fine grinding process induced mechanical damage of Cz Silicon wafer. Characterization of mechanical damage was carried out using Nomarski microscope, magic mirror and also using angle lapping and lifetime scanner evaluation after heat treatment. Magic mirror and lifetime scanner were very useful for the residual damage pattern characterization and CMP process was effective on the reduction of fine grinding induced mechanical damage.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.111-111
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• 2008

태양전지는 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜주는 광전 소자로서 구조적으로 단순하고 제조 공정도 비교적 간단하지만, 실용화를 위해서는 비용적인 측면이 많은 걸림돌이 되고 있다. 기존의 실리콘 태양전지는 낮은 광흡수율, 고비용임에도 불구하고 가장 많이 활용되고 있는 태양전지 기술이다. 그러나 태양전지의 경제성 향상과 실용화를 위해서는 기존의 실리콘 태양전지 보다 고효율 및 고신뢰도의 박막형 태양전지의 개발이 필요하다. 박막헝 태양전지의 재료로는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘. CIGS, CdTe 등이 있다. 그 중에서도 박막형 태양전지에 광흡수층 물질로는 밴드갭 에너지 (l.4eV 부근), 변환 효율, 경제성 등을 고려했을 때 II-VI족 화합물인 CdTe가 가장 적합한 것으로 각광받고 있다. 하지만 아직까지 실리콘 태양전지에 비해 효율이 많이 떨어지는 단점을 가지고 있기 때문에 효율을 더 끌어올리기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 또한 CMP(chemical mechanical polishing) 공정은 반도체 박막 분야뿐만 아니라 물리, 화학 반응의 기초 연구에도 널리 응용이 되는 기술로써, 시료와 연마 패드 사이의 회전마찰에 의한 기계적 연마와 연마제 (abrasive) 에 의한 화학적 에칭으로 박막 표면을 평탄화하는 기술이다. 본 연구에서는 sputtering 법에 의해 증착된 CdTe 박막에 CMP 공정을 적용하여 표면 특성을 개선한 뒤 태양전지 변환 효율과 직접적인 연관성을 가지고 있는 표면 및 광특성의 변화를 CMP 공정 전과 후로 비교하였다. 표면의 변화를 관찰하기 위해서 AFM(atomic forced microscope) 과 SEM(scanning electron microscopy) 을 이용하였으며, 광특성의 비교를 위해서 흡수율과 PL특성을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.04b
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• pp.49-49
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• 2009

최근 범세계적인 그린에너지 정책에 관련해 화석연료를 대체할 수 있는 수소, 풍력, 태양광 등의 대체 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 여러 대체에너지 중에서도 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지에 관한 연구가 집중되고 있다. 태양전지는 구조적으로 단순하고 제조 공정도 비교적 간단하지만, 보다 널리 보급되기 위해서는 경제성 향상이라는 문제점을 해결해야 한다. 이를 위해서는 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 신물질에 대한 연구가 필요하며, 그 중에서도 반도체 기술을 이용한 박막형 태양전지는 기존의 실리콘 태양 전지가 가지고 있는 고비용이라는 문제점을 극복할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 박막형 태양전지의 박막 재료로는 CIGS, CdTe 등이 연구되어지고 있지만, 아직까지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 에너지변환효율이 낮은 이유로 인해 실용화가 많이 이루어지지 못하고 있는 것이 사실이다. 이러한 박막형 태양전지의 재료들 중에서도 CdTe는 이종접합 박막형 태양전지에 흡광층으로 사용되는 것으로 상온에서 1.45eV 정도의 밴드갭(band gap) 에너지를 갖는 II-VI족 화합물반도체로써 태양광 스펙트럼과 잘 맞는 이상적인 밴드랩 에너지와 높은 광흡수도 때문에 박막형 태양전지로 가장 주목을 받고 있다. CdTe 박막의 제조 방법으로는 진공증착법(vacuum evaporation), 전착법(electrodeposition), 스퍼터링법(sputtering) 등이 있지만 본 연구에서는 스퍼터링법을 이용하여 박막을 증착하였다. 이상과 같이 증착된 CdTe 박막을 화학적기계적연마(CMP, chemical mechanical polishing) 공정을 적용시킴으로써, 태양전지의 에너지변환효율에 직접적인 영향을 끼칠 수 있는 CdTe 박막의 물리적, 전기적 특성들의 변화를 연구하기 위한 선행 연구를 진행하였다. 특히 본 연구에서는 CdTe 박막의 화학적 기계적 연마 특성을 분석하여 정규화를 통한 모델링을 수행하였다. 또한 화학적기계적연마 공정 전과 후의 표면 특성을 관찰하기 위해 SEM(scanning electron microscopy)과 AFM(atomic forced microscope)를 이용하였으며, 구조적 특성 관찰을 XRD(X-ray diffraction)를 사용하여 실험을 수행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.31-31
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• 2000

Al2O3는 높은 화학적, 열적 안정성으로 인하여 미세전자 산업에서 절연막이나 광전자소자의 재료로써 널리 이용되고 있다. 특히, 사파이어는 고위도의 LED, 청색 LD의 재료인 GaN 계열의 III-Nitride 물질을 성장시킬 때 필요한 기판으로 보편적으로 사용되고 있다. 이러한 GaN계열의 광소자 제조에서 사파이어 기판을 적용시 지적되는 문제점들 중의 하나는 소자제조 후 사파이어의 결정 구조 및 높은 경도에 의해 나타나는 cutting 및 backside의 기계적 연마가 어렵다는 것이다. 최근에는 이온빔 식각이나 이온 주입 후 화학적 습식 시각, reactive ion etching을 통한 사파이어의 건식 식각이 소자 분리 및 backside 공정을 우해 연구되고 있다. 그러나 이러한 방법을 이용한 사파이어의 식각속도는 일반적으로 15nm/min 보다 작다. 높은 식각율과 식각후 표면의 작은 거칠기를 수반한 사파이어의 플라즈마 식각은 소자 제조 공정시 소자의 isolation 및 lapping 후 연마 공정에 이용할 수 있다. 본 연구에서는 평판 유도결합형 플라즈마를 이용하여 Cl2/BCL3/Ar 의 가스조합, inductive power, bias voltage, 압력, 기판온도의 다양한 공정 변수를 통하여 (0001) 사파이어의 식각특성을 연구하였다. 사파이어의 식각속도는 inductive power, bias voltage, 그리고 기판 온도가 증가할수록 증가하였으며 Cl2에 BCl3를 50%이하로 첨가할 때 BCl3 첨가량이 증가할수록 식각속도 및 식각마스크(photoresist)와의 식각선택비가 증가하는 것을 관찰하였다. 또한, Cl3:BCl3=1:1의 조건에 따라 Ar 첨가에 따른 식각속도 및 표면 거칠기를 관찰하였다. 본 연구의 최적 식각조건인 40%Cl2/40%BCl3/20%Ar, 600W의 inductive power, -300V의 bias voltage, 30mTorr의 압력, 기판온도 7$0^{\circ}C$에서 270nm/min의 사파이어 식각속도를 얻을수 있었다. 그리고 이러한 식각조건에서 표면의 거치기를 줄일수 있었다. 사파이어 식각은 보편적인 사파이어 lapping 공정시 수반되어 형성된 표면의 거치기를 줄이기 위한 마지막 공정에 응용될수 있다. 사파이어의 식각시 나타나는 식각 부산물은 플라즈마 진단방비인 optical emission spectroscopy (OES)를 통하여 관찰하였고, 식각시 사파이어의 표면성분비 변화 및 표면의 화학적 결합은 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 사용하여 측정하였다. 시각 전, 후의 표면의 거칠기를 scanning electron microscopy(SEM)을 통하여 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.1308-1311
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• 2004

It is very important that get polishing characteristic that to be stable that accomplish planarization of high efficiency in chemical mechanical polishing, and there is repeatability Groove of pad causes much effects in flow of slurry among various factors that influence in polishing characteristic, is expected to cause change of lubrication state and polishing characteristic in contact between wafer and pad. Therefore, divided factors of pad groove by groove pattern, groove profile, groove dimensions. This research wishes to study effect that dimension of pad groove gets in polishing performance. When changed dimension (width, depth, pitch of groove) of groove, measured change of removal rate and friction force. According as groove dimension changes, could confirm that removal rate and friction force change. While result of this experiment studies effect of pad groove in CMP, it is expected to become small help.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.29 no.7 s.238
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• pp.983-989
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• 2005

The effects of mechanical parameters on the characteristics of chemical mechanical polishing(CMP) can be directly evaluated by friction force. The piezoelectric quartz sensor for friction force measurement was installed, and friction force could be detected during CMP process. Furthermore, friction energy can be calculated by multiplying relative velocity by integration of the friction force throughout the polishing time. $SiO_2$ slurry for interlayer dielectric(ILD) CMP was used in this experiment to consider the relation of frictional characteristics and polishing results. From this experiment, it is proven that the friction energy is an essential factor of removal rate. Also, the friction force is related to removal amount per unit length(dH/ds) and friction energy has corelation to the removal rate(dH/dt) and process temporature. Moreover, within wafer non-unifornity(WIWNU) is related to coefficient of friction because of the mechanical moment equilibrium. Therefore, the prediction of polishing result would be possible by measuring friction force.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.19 no.3
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• pp.22-28
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• 2020

This paper investigates the effects of retaining ring materials, particularly PPS and PEEK, used in the CMP process, on wafer polishing and ring wear. CMP can be performed using bonded type retaining rings made with PPS or injection molding type retaining rings made with PEEK. In this study, after polishing a wafer with a PPS retaining ring, the average profile height of the wafer was 0.098 ㎛ less than that of the wafer polished with a PEEK retaining ring, implying that PPS retaining rings achieve a higher polishing rate. In addition, the center area of the wafer profile had less deviation and improved flatness after polishing with the PPS ring. These results indicate that a higher polishing rate and smaller profile height deviation can be achieved using retaining rings made with PPS compared to retaining rings made with PEEK. Therefore, with semiconductor circuit patterns becoming finer and wafer sizes becoming larger, the use of PPS in CMP retaining rings can obtain more stable wafer polishing results compared to that of PEEK.