半導体平坦化CMP技術：CMP加工へのニーズと固定砥粒CMP技術の開発

摘要

半導体デバイスの高集積化に伴い、素子の3次元構造化や多層配線化によりパターン段差は増大する傾向にある。 近年、この増大した凹凸を解消する手法として、CMP (Chemical Mechanical Polishing)平坦化技術が主流となっている。 CMPとは、研磨定盤に独立気孔を有するポリウレタンパッドを貼り付け、その上に砥粒を含む研磨液（スラリー）をかけ流し、パッド上に被研磨面を押しつけながら研磨する技術である。 このような加工形態を取ることにより凸部を選択的に加工できるが、次のような課題がある。 ①パターン寸法幅依存性が存在する。 これは軟質なパッドが変形してパターンの凸部と同時に凹部も研磨するためである。 このため、凸部をあらかじめドライエッチングしたり、凹部に削れにくいストッパー膜を形成する追加プロセスを採用せざるを得ない②スラリーとパッドが消耗品となる。 スラリーは不純物管理および加工能率の安定化の観点から使い捨てされる。1枚のウエハ加工には通常500ないし1,000mLの高価なスラリーが必要であり、そのうち加工に寄与する割合は1％程度に過ぎないという報告もある③使用済みスラリーの処理も必要であり、コスト高である④パッドの損耗は加工に伴う目詰まりを解消するためのコンディショニングで主に生じ、ウエハ1,000枚程度が寿命といわれている。 本稿では、筆者らが上記の課題を解決すべく開発したパッドの砥石化技術(FXCMP: Fixed abrasive CMP)に関して解説する。