化学的機械研磨(CMP)は、あらゆるシリコンSEMI製造における不可欠な部分です。 リソグラフィーや薄膜積層を使用して作られた集積回路は、基板や蒸着層の目的の平面性を得るためにつねにCMPを使用しています。 通常、CMPスラリーは、化学反応溶液中に分散したナノサイズの研磨粉で構成されています。 化学エッチングは、材料を柔らかくし、機械的摩耗により、物質が除去されるため、立体的形状が平坦化され、表面が平らになります。 化学エッチングのみでは等方性となり、表面の形状は平坦化しません。一方、化学的摩耗は、表面を平坦化しますが、表面欠陥は発生しません。 適切に設計されたCMPプロセスでは、表面欠陥を生じさせずに平面性を得ることができます。

研磨粒子の粒度分布は、CMPスラリーの重要な設計パラメータであり、物質除去率や表面欠損など重要な基準に影響します。 別の重要なパラメータには、スラリー中の粒子の分散/凝集があります。 凝集した粒子は、粗大粒子のように振る舞うため、研磨プロセス中に表面が損傷します。 

CMP研磨粒子の通常のサイズ範囲は、10~250ナノメートルです。 いくつかの粒度測定技術では、さまざまな精度および正確性でこの範囲の粒子径を測定できます。 レーザー回折散乱法、動的光散乱法、X線小角散乱法は、このトルツメ範囲で高い精度と正確性を提供する重要な技術です。

凝集は、粗大粒子(ppm範囲で最大10ミクロンの数値)の凝集に起因しています。 粒子の凝集に対するスラリーの安定性は、ゼータ電位を使用して決定されます。 粗大粒子の存在は、光散乱法や画像処理技術を使用して検出されます。

CMPスラリーとその組成の特性評価

Malvern Panalyticalは、半導体産業で使用されているCMPスラリーのさまざまなパラメータを最適化するためのソリューションと機器をご用意しています。

  • Zetasizer: サブナノメートルから数ミクロンまでの粒子径分析。 また、スラリー安定性を調査するために、ゼータ電位を測定します。 
  • Mastersizer 3000: 粗大粒子を含む乾燥粉体やスラリー分散の粒子径分布測定(10nm~3mm)。
  • Morphologi 4: 粗大粒子(0.5µm以上)の検出
  • Empyrean: X線小角散乱法を使用した1~100nmの粒子径範囲での粒子径分析。

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