Chemical-Mechanical Polishing (CMP) refers to a material removal process done by rubbing a work piece against a polishing pad under load in the presence of chemically active, abrasive containing slurry. CU process is a combination of chemical dissolution and mechanical action. The mechanical action of CMP involves tribology. The liquid slurry is trapped between the wafer (work piece) and pad (tooling) forming a lubricating film. For the first step to understand material removal rate of the CMP process, the lubricational analyses were done with commercial 100mm diameter silicon wafers to get nominal clearance of the slurry film, roll and pitch angle at the steady state. For this purpose, we calculate slurry pressure, resultant forces and moments at the steady state in the range of typical industrial polishing conditions.
The friction and wear behavior of short carbon fiber reinforced polyetheretherketone was studied experimentally under dry sliding conditions against SCM440(AISI 4140) disks with a different surface roughness and hardness at the low sliding speeds and the high pressures on a pin-on-disk apparatus. Under the low disk surface roughness value the earsplitting noise and stick-slip were occurred. The increased adhesion friction and wear factor with stick-slip made the friction and wear behavior worse. Under the high disk surface hardness the break and falling-off of carbon fibers were accelerated. The carbon fibers fallen off from the matrix were ground into powder between two wear surfaces and this phenomenon caused a abrasive friction and wear factor to increase. So the friction and wear behavior became worse. With the transfer film made of wear particles formed on a disk, the carbon powder film formed on a pin lowered a friction coefficient.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.28
no.4
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pp.225-235
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1995
To investigate the effects of pretreatment and substrate bias on the characteristics of the diamond thin films, the thin films were deposited on the p-type Si(100) wafer by MPECVD using mixtures of $H_2$, $CH_4$, and $O_2$ gases. Deposition was carried out at the substrate temperature of $900^{\circ}C$ and at the pressure of 40torr. The effect of the pretreatment on the film formation was the examined by using SiC and diamond powders as abrasive powders. Furthermore, the substrate bias effect on the formation of the diamond film was also examined. The highest nucleation density was observed for the pretreatment with 40~60$\mu\textrm{m}$ size of diamond powders and a negative bias potential(-50V). Many defects and(111) twins in the diamond films were observed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.1
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pp.179-184
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2000
Chemical Mechanical Polishing (CMP) refers to a material removal process done by rubbing a work piece against a polishing pad under load in the presence of chemically active and abrasive containing slurry. CMP process is a combination of chemical dissolution and mechanical action. The mechanical action of CMP involves hydrodynamic behavior. The liquid slurry is trapped between the work piece and pad forming a hydrodynamic film. For the first step to understand material removal mechanism of the CMP process, the hydrodynamic analysis is done with semiconductor wafer. Three-dimensional Reynolds equation is applied to get pressure distribution of the slurry film. Shear stress distributions on the wafer surface are also analyzed
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.972-975
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2002
An understanding of tribological behavior in CMP(Chemical Mechanical Polishing) is one of the most important things to reveal the mechanism of material removal. In CMP, the contact type is thought to be semi-direct, elastohydrodynamic contact type from the Stribeck diagram, which is a combination of solid-solid direct contact and hydrodynamic lubrication with thin liquid film. This study is focused on the decay of friction force during CMP from two points of view, one of which is change of the real contact area and the other is the decrease of the elastic modulus of the pad caused by the increase of the temperature during CMP Experiments are implemented with elastic modulus measuring system and tool dynamometer. Results show that the decay of friction force during CMP results from the decrease of the real contact pressure working on an abrasive, which is induced by the decrease of elastic modulus of pad caused by the increase of temperature. And, the phenomenon is thought to be happen specially in the case that the weight concentration of abrasive in slurry is small enough.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.63-63
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2003
The nanotopography of silicon wafers has emerged as an important factor in the STI process since it affects the post-CMP thickness deviation (OTD) of dielectric films. Ceria slurry with surfactant is widely applied to STI-CMP as it offers high oxide-to-nitride removal selectivity. Aiming to control the nanotopography impact through ceria slurry characteristics, we examhed the effect of surfactant concentration and abrasive size on the nanotopography impact. The ceria slurries for this study were produced with cerium carbonate as the starting material. Four kinds of slurry with different size of abrasives were prepared through a mechanical treatment The averaged abrasive size for each slurry varied from 70 nm to 290 nm. An anionic organic surfactant was added with the concentration from 0 to 0.8 wt %. We prepared commercial 8 inch silicon wafers. Oxide Shu were deposited using the plasma-enhanced tetra-ethyl-ortho-silicate (PETEOS) method, The films on wafers were polished on a Strasbaugh 6EC. Film thickness before and after CMP was measured with a spectroscopic ellipsometer, ES4G (SOPRA). The nanotopogrphy height of the wafer was measured with an optical interferometer, NanoMapper (ADE Phase Shift)
Kim, Sang-Yong;Lim, Jong-Heun;Yu, Chong-Hee;Kim, Nam-Hoon;Chang, Eui-Goo
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.4
no.2
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pp.1-4
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2003
The purpose of this study was to investigate the characteristics of slurry including phosphoric acid for chemical-mechanical planarization of copper and tantalum nitride. In general, the slurry for copper CMP consists of alumina or colloidal silica as an abrasive, organic acid as a complexing agent, an oxidizing agent, a film forming agent, a pH control agent and additives. Hydrogen peroxide (H$_2$O$_2$) is the material that is used as an oxidizing agent in copper CMP. But, the hydrogen peroxide needs some stabilizers to prevent decomposition. We evaluated phosphoric acid (H$_3$PO$_4$) as a stabilizer of the hydrogen peroxide as well as an accelerator of the tantalum nitride CMP process. We also estimated dispersion stability and zeta potential of the abrasive with the contents of phosphoric acid. An acceleration of the tantalum nitride CMP was verified through the electrochemical test. This approach may be useful for the development of the 2$\^$nd/ step copper CMP slurry and hydrogen peroxide stability.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07b
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pp.1296-1299
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2004
MIM capacitor has been investigated for the next generation DRAM. Conventional poly-Si bottom electrode cannot satisfy the requirement of electrical properties and comparability to the high k materials. New bottom electrode material such as ruthenium has been suggested in the fabrication of MIM structure capacitor. However, the ruthenium has to be planarized due to the backend scalability. For the planarization CMP has been widely used in the manufacture of integrated circuit. In this research, ruthenium thin film was Polished by CMP with cerium ammonium nitrate (CAN)base slurry. HNO3 was added on the CAN solution as an additive. In the various concentration of chemical and alumina abrasive, ruthenium surface was etched and polished. After static etching and polishing, etching and removal rate was investigated. Also microroughness of surface was observed by AFM. The etching and removal rate depended on the concentration of CAN, and HNO3 accelerated the etching and polishing of ruthenium. The reasonable removal rate and microroughness of surface was achieved in the 1wt% alumina slurry.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.541-541
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2008
반도체 소자가 차세대 초미세 공정 기술 도입의 가속화를 통해 고속화 및 고집적화 되어 감에 따라 나노(Nano) 크기의 회로 선폭 미세화를 극복하고자 최적의 CMP (Chemical Mechanical Polishing) 공정이 요구되어지고 있다. 이처럼 CMP 공정이 반도체 제조 공정에 적용됨으로써 공정 마진 확보에 진일보 하였으나 CMP 장비의 공정 조건, 슬러리의 종류, 연마패드의 종류 등에 의해 CMP 성능이 결정된다. 특히 슬러리는 연마 공정의 성능에 중요한 영향을 미치는 요인이다. 고가의 슬러리가 차지하는 비중이 40% 이상을 넘고 있어 슬러리 원액의 소모량을 줄이기 위한 연구들이 현재 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 새로운 연마제의 특성을 알아보기 위해 탈이온수(De-ionized water; DIW) 에 $CeO_2$, 연마제를 첨가한 후 분산시간에 따른 연마 특성과 AFM, EDX, XRD, TEM분석을 통해 그 가능성을 알아보았다.
Kim, Hwan-Chul;Lim, Hyung-Mi;Kim, Dae-Sung;Lee, Seung-Ho
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.7
no.4
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pp.167-172
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2006
Submicron colloidal silica coated with ceria were prepared by mixing of silica and nano ceria particles and modified by hydrothermal reaction. The polishing efficiency of the ceria coated silica slurry was tested over oxide film on silicon wafer. By changing the polishing pressure in the range of $140{\sim}420g/cm^2$ with the ceria coated silica slurries in $100{\sim}300nm$, rates, WIWNU and friction force were measured. The removal rate was in the order of 200, 100, and 300 nm size silica coated with ceria. It was known that the smaller particle size gives the higher removal rate with higher contact area in Cu slurry. In the case of oxide film, the indentation volume as well as contact area gives effect on the removal rate depending on the size of abrasives. The indentation volume increase with the size of abrasive particles, which results to higher removal rate. The highest removal rate in 200 nm silica core coated with ceria is discussed as proper combination of indentation and contact area effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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