CMP — 갈아서 평평하게 만든다

앞서 본 배선은 한 층으로 끝나지 않습니다. 10층이 넘게 쌓아 올리는데, 그러려면 매 층이 끝날 때마다 표면이 거울처럼 평평해야 합니다. 아래가 울퉁불퉁하면 다음 포토 공정에서 초점이 맞지 않고(앞서 본 초점심도를 떠올려 보세요), 증착한 막도 그 굴곡을 그대로 따라갑니다.

화학과 기계를 함께 쓴다

CMP는 이름 그대로 화학과 기계를 함께 씁니다. 슬러리 속 화학 성분이 표면을 무르게 만들고, 연마 입자와 패드가 그것을 물리적으로 긁어냅니다. 둘 중 하나만으로는 안 됩니다. 화학만 쓰면 사방이 고르게 녹아 단차가 그대로 남고, 기계만 쓰면 긁힘이 생깁니다.

제거율은 압력과 상대 속도의 곱에 비례합니다.

왜 평평해지는가

여기서 중요한 것은 패드가 볼록한 곳에 먼저, 더 세게 닿는다는 점입니다. 압력이 높은 곳이 빨리 깎이니 높은 곳부터 사라지고, 단차는 시간에 따라 지수적으로 줄어듭니다. 경질 패드일수록 이 힘의 쏠림이 커서 평탄화가 빠릅니다.

다 갈고 나서가 문제다

평평해진 뒤에도 계속 갈면 새로운 문제가 시작됩니다. 재료마다 갈리는 속도가 다르기 때문입니다.

• 디싱 — 넓은 금속 패턴은 가운데가 움푹 파입니다. 구리가 주변 절연막보다 무르고, 패드가 넓은 영역 가운데로 눌려 들어가기 때문입니다. 패턴이 넓을수록 심해집니다.
• 에로전 — 배선이 조밀한 영역은 금속과 절연막이 번갈아 있어 전체적으로 무르게 행동합니다. 그래서 그 영역 전체가 주변보다 더 깎여 내려앉습니다.

시뮬레이션에서 넓은 패턴 폭과 패턴 밀도를 바꿔 가며 두 결함이 어떻게 갈리는지 보세요. 경질 패드는 평탄화에 좋지만 에로전이 심해지고, 연질 패드는 디싱이 심해집니다. 정답이 없는 절충입니다.

어디서 멈출 것인가

갈다가 어디서 멈추느냐도 문제입니다. 시간으로만 제어하면 편차가 큽니다. 그래서 잘 안 갈리는 정지막을 아래에 깔아 두고, 슬러리의 선택비를 높여 그 막에서 자연스럽게 속도가 떨어지게 만듭니다. 세리아 슬러리가 질화막에 대해 높은 선택비를 갖는 것이 그런 예입니다.