[書籍] 半導体デバイス製造を支えるCMP技術の開発動向

■本書のポイント／得られる知識 先端デバイス・パッケージ・次世代パワーデバイスの製造プロセスの中で、重要性を増すCMP技術。CMP工程が適用されるシーンとその役割・要求事項、高品位研磨・平坦性や選択性、欠陥の低減、生産性・研磨レートの向上等に向けた要素技術を解説。 ■目次 第1章 CMPプロセスの基礎と要素技術開発 はじめに 1. CMPの応用工程 　1.1 グローバル平坦化 　1.2 STI（Shallow Trench Isolation）法 　1.3 Wプラグ法 　1.4 ダマシンプロセス 　1.5 RMGトランジスタ形成 　1.6 RMGトランジスタのSACのためのSiNキャップ形成工程 　 1.7 FinFET 　 1.8 パッケージ工程 　 1.9 各種ウエハのCMP 2. CMPの性能向上 　2.1 平坦性の改善 　　　2.1.1 グローバル平坦化プロセス 　　　　　(1)研磨パッドによる平坦性の改善 　　　　　(2)パターン設計による平坦性改善 　　　　　(3)付加工程による平坦性改善 　　　2.1.2 分離プロセス 　　　　　(1)研磨パッドによる平坦性の改善 　　　　　(2)スラリーによる平坦性の改善 　　　　　(3)装置による平坦性の改善 　　　2.1.3 ウエハ製造における平坦性 　2.2 CMPの欠陥制御 　　　2.2.1 マイクロスクラッチ 　　　　　(1)スラリーによるマイクロスクラッチの改善 　　　　　(2)装置（周辺装置）によるマイクロスクラッチの改善 　　　　　(3)リテーナーリングによるマイクロスクラッチの改善 　　　　　(4)研磨パッド（パッドコンディショナー）によるマイクロスクラッチの改善 　　　2.2.2 パーティクル 　　　　　(1)装置によるパーティクル欠陥の低減 　　　2.2.3 メタルの腐食 　2.3 CMPの生産性改善 　　　2.3.1 装置構成による生産性の改善 　　　2.3.2 スラリーによる生産性の改善 　　　2.3.3 研磨パッドによる生産性の改善 　　　2.3.4 消耗材寿命による生産性改善 おわりに 第2章 CMPプロセスを支える装置・関連資材の開発動向と製品事例 　第1節 CMPスラリー技術：フジミインコーポレーテッド社における開発動向 　　1. フジミのCMPスラリー 　　2. フジミのスラリー開発 　　 　2.1 Si用スラリー 　　 　2.2 Mo用スラリー 　　おわりに 　第2節 CMPスラリーの分散性評価技術 　　はじめに 　　1. 光散乱技術を用いたCMPスラリー分散性評価技術 　　 　1.1 粒子径測定～動的光散乱法～ 　　 　1.2 ゼータ電位測定～電気泳動光散乱法～ 　　2. 光散乱測定装置の概要 　　3. CMPスラリーの評価事例 　　　 3.1 スラリーの粒子径測定結果 　　　 3.2 塩濃度の違いによるスラリーのゼータ電位と粒子径測定 　　　 3.3 スラリーの砥粒違いの等電点測定（SiO₂，Al₂O₃，CeO₂） 　　　 3.4 スラリーとウェーハ相互作用の評価 　　おわりに 　第3節 CMPスラリー供給装置 　　はじめに 　　1. 供給装置の概要 　　 　1.1 供給方式の概要 　　 　1.2 供給装置の基本構成 　　2. 供給装置の仕様 　　　 2.1 設計の前提 　　　 2.2 供給装置に使用する機器 　　　　　 2.2.1 ポンプ 　　　　　　　(1)ベローズポンプ 　　　　　　　(2)磁気浮上型渦巻ポンプ 　　　　　2.2.2 バルブ 　　　　　2.2.3 タンク 　　　 2.3 供給装置の供給フロー 　　　 2.4 供給装置の洗浄 　　 　2.5 供給装置の供給制御 　　3. 供給装置におけるスラリー評価 　　　 3.1 スラリー評価の必要性 　　　 3.2 スラリー評価 　　おわりに 　第4節 CMP用パッドコンディショナの開発動向 　　はじめに 　　1. コンディショナ仕様と研磨特性 　　　 1.1 コンディショナ仕様 　　　 1.2 研磨特性への影響 　　2. スクラッチ抑制方法 　　　 2.1 スクラッチ 　　　 2.2 スクラッチ対策 　　おわりに 　第5節 CMPプロセスにおける膜厚計測技術とその事例 　　はじめに 　　1. 膜厚計測の測定原理 　　2. 計測評価事例 　　　 2.1 研磨レート調整 　　　 2.2 終点検知の制御 　　　 2.3 ウェーハフラットネス評価 　　　 2.4 CMP後の積層薄膜評価 　　まとめ 第3章 CMPプロセスを進化させる要素技術の開発動向 　第1節 CMPプロセスにおける研磨圧力と研磨効率の可視化技術 　　はじめに 　　1. 研磨圧力分布の可視化技術 　　　 1.1 ジンバル機構ヘッド使用時の研磨圧力分布解析 　　　 1.2 リテーナリングをもつエアバッグタイプヘッド使用時の研磨圧力分布解析 　　2. 研磨効率分布の可視化技術 　　おわりに 　第2節 半導体CMP装置における終点検出技術 　　はじめに 　　1. 研磨膜厚の制御による研磨状態のコントロール 　　2. 研磨終点検出技術 　　　 2.1 様々な終点検出技術 　　　 2.2 光学式終点検出方法 　　　 2.3 電磁波を利用した終点検出方法 　　　 2.4 渦電流方式による終点検出方法 　　　 2.5 表皮効果を利用した渦電流による終点検出 　　3. 光と磁場の複合による終点検出システムによる相補的な終点検出法 　　おわりに 　第3節 研磨材/水/基材界面の電気特性評価によるCMPメカニズムの解明と研磨効率改善への応用 　　はじめに 　　1. CMPにおける化学研磨と機械研磨の分離 　　2. 研磨過程における化学反応：化学研磨 　　3. 界面抵抗評価による水和層の定量的評価 　　4. 研磨による電位変化評価による水和生成エネルギーの評価 　　5. 化学研磨性の指標としての電位変化 　　おわりに 　第4節 曲面研磨に適した小径研磨工具の挙動評価とその指針提示 　　はじめに 　　1. バフ研磨法と磁気研磨法のために試作した専用可視化装置の概要と挙動観察の方法 　　　 1.1 観察対象とした工作物と研磨工具 　　　 1.2 専用可視化装置を用いた研磨工具の挙動観察方法 　　　　　 1.2.1 専用可視化装置の概要 　　　　　 1.2.2 バフ研磨法における研磨工具の挙動観察 　　　　　 1.2.3 磁気研磨法における研磨工具の挙動観察 　　　　　 1.2.4 各研磨法における研磨工具の挙動の評価位置 　　　 1.3 各バフ研磨工具における荷重測定 　　　　　 1.3.1 荷重測定の概要 　　　　　 1.3.2 荷重の測定結果 　　2. 圧力分布の可視化とその評価 　　　 2.1 圧力分布の可視化の概要 　　　 2.2 圧力分布の可視化結果とその評価 　　　　　 2.2.1 平面部分に着目した各種研磨工具による圧力分布の比較 　　　　　 2.2.2 凹部あるいは凸部に着目した各種研磨工具による圧力分布の比較 　　3. 研磨工具の挙動観察の結果と形状追従性の評価 　　　 3.1 凹形状・凸形状に対する研磨工具の評価 　　　　　 3.1.1 凹形状・凸形状に対する研磨工具の挙動観察結果 　　　　　 3.1.2 凹形状や凸形状工作物の場合に求められる研磨工具の諸元考察 　　　 3.2 溝形状工作物の場合に求められる研磨工具の評価 　　　　　 3.2.1 溝形状に対する研磨工具の挙動観察結果 　　　　　 3.2.2 溝形状に求められる研磨工具の諸元考察 　　おわりに 第4章 CMPプロセスの進展―GaN基板・ダイヤモンド基板の加工技術― 　第1節 GaN基板のコロイダルシリカCMP加工の基礎と応用 　　はじめに 　　1. GaN基板の基礎的な加工プロセスとCMP加工の位置づけ 　　2. GaN基板に対するコロイダルシリカCMPの基礎 　　　 2.1 開発の歴史 　　　 2.2 GaN基板の加工変質層評価手法 　　　 2.3 コロイダルシリカCMPによるダメージフリー表面創成の様子 　　　 2.4 コロイダルシリカCMPによるGaN加工のメカニズム 　　3. 次世代型CMP加工技術の開発：加工環境制御CMPおよびプラズマCMP 　　　 3.1 加工環境制御型CMP加工法 　　　 3.2 プラズマCMP加工法 　　おわりに 　第2節　ダイヤモンド基板のCMPプロセスの技術開発動向 　　はじめに 　　1. 溶媒中での触媒作用を援用したダイヤモンドの化学的加工法 　　2. ダイヤモンド基板の加工 　　 　2.1 加工装置 　　 　2.2 ダイヤモンド基板の加工と加工後の表面観察 　　おわりに