CMP装置の種類

半導体製造では、ウェーハ表面を平坦化するためにCMP装置が使用されます。半導体の各層に凹凸がないように精密な平坦化が求められますが、CMP装置は化学的エッチングと機械的研磨を組み合わせ、ウェーハ表面を均一に加工します。

処理方式や設置形態に応じてさまざまな種類が存在し、CMP装置によって適用範囲や性能が異なります。

CMP装置の分類方法

CMP装置は、主に研磨方式と設置形態により分類されます。

研磨方式

ロータリー方式

ロータリー方式は、大径の研磨パッド（プラテン）を水平に回転させ、その上にウェーハを裏面で保持し、表面を下向きにして押し付けながら研磨します。ウェーハと研磨パッドは逆方向に回転し、スラリーと呼ばれる研磨剤を供給して化学的・機械的に表面を平坦化する仕組みです。

研磨パッドには弾力性があり、ウェーハとの間に柔軟なフィルムやエアパッドを挿入することで、均一な圧力を確保し、高い平坦度を実現できます。

ベルト方式

CMP装置の初期に開発された形式。長尺のベルト状研磨パッドが高速で動作し、その上にウェーハを固定して研磨します。ベルトは一定方向に連続的に移動するため、ウェーハの表面全体が均等に接触します。

ベルト方式の主な特徴は、構造がシンプルであることにより、高い作業効率を実現できる事。部品点数が少ないため、メンテナンスも容易です。

しかし、研磨面の均一性や平坦度を維持するのが難しく、高精度な加工には不向き。さらにベルト方式はスラリーの循環が比較的単純であるため、スラリー消費量が多くなる傾向があります。そのため、あまり普及しませんでした。

インデックス方式

インデックス方式は、ウェーハを研磨プレートに固定し、小径の研磨ホイールを用いて研磨を行う方式です。研磨ホイールは高速回転しながらスラリーを供給し、化学的・機械的作用によって表面を平坦化します。ウェーハの研磨対象部位を段階的に移動させながら処理を進めるため、全体を均一に加工できます。

この方式の利点は、研磨ホイールの小径化により、局所的な制御性が向上し、特定の領域に特化した研磨が可能な事。しかし、ウェーハを段階的に移動させる構造上、処理速度が他方式に比べて遅くなる場合があり、研磨後の層間絶縁膜の厚さにばらつきが生じる可能性があります。

このメディアでは、CMP装置の導入を検討している企業向けにさまざまなCMP装置メーカーを紹介しています。

TOPページではウェーハサイズと研磨用途別にCMP装置メーカーを比較して掲載していますので、装置選定の参考としてご活用ください。

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設置形態

卓上型

卓上型のCMP装置は、研究開発や小規模生産向けに設計されたコンパクトな装置です。

限られたスペースでも設置可能で、主に試験やプロセス開発を目的として使用されます。ウェーハ1枚ごとに精密な処理が可能であるため、量産を必要としない場合や新たな製造プロセスの試験に適しています。

卓上型は取り扱いが簡単でメンテナンスがしやすい点も魅力の一つです。ただし、処理能力に制限があるため、大量生産には適していません。このため、卓上型装置は研究室や試験施設などでその威力を発揮します。

卓上型CMP装置
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据え置き型

据え置き型のCMP装置は、大規模な生産ライン向けに設計された装置です。高いスループットと安定した研磨性能を備えており、量産体制に適しています。多くのウェーハを連続的に処理する能力があるため、生産効率の向上が図れます。

据え置き型は卓上型と比較して大規模な装置であるため、同時に複数のウェーハを処理することが可能です。さらに、均一性と再現性を高めるために、高度な制御システムやスラリー供給機構が装備されています。

その一方で、設置には広いスペースが必要で、導入コストも高めです。ただし、長期的な使用を見込んだ場合、安定した品質と高い処理能力により、コストパフォーマンスに優れた選択肢となるでしょう。生産ラインで使用されることが多く、特に量産において重要な役割を果たします。

据え置き型CMP装置
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