CMPパッドとは

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CMPパッドとは、CMP（化学機械研磨）で回転テーブルを覆い、ウェーハを押し当てる研磨用のシートです。 削るための刃というより、スラリーを抱えて全面へ配り、荷重を支える土台にあたります。

パッドは、スラリーを発泡で抱え、溝で配る

典型的なCMPプロセスでは、研磨パッドで覆われた回転テーブルへウェーハを押し当て、ウェーハとパッドの間へコロイダルシリカ研磨剤を含むスラリーを供給します¹。パッドは、ウェーハとスラリーが出会う面そのものです。

そのパッドが担う仕事は2つあります。ニッタ・デュポンは、IC1000™について特殊ポリウレタン材料をベースとする均一な微小発泡の構造がスラリーの保持性を向上させ、パッド表面へ施した溝加工がスラリーをウェーハ全面へ均一に行き渡らせて、高い研磨性能を実現するとしています²。抱える働きは材料の内部構造が、配る働きは表面の加工が受け持ちます。

IC1000™の50milのType A6の代表値は、厚み1.17〜1.37mm、圧縮率0.5〜4.0%、硬度Shore-D 52〜62、密度0.77〜0.83g/cm³です²。厚み1mm強のシートの硬さと沈み込みやすさが、研磨の結果を左右します。

抱える役と、配る役と、支える役があります

ニッタ・デュポンのIC1000™の資料によれば、均一な微小発泡がスラリーの保持性を高め、表面の溝加工がスラリーをウェーハ全面へ行き渡らせます。硬い上層と不織布の下層を重ねる積層パッドは、削る面と支える面へ役目を分けた形です。

溝の形は5種類あり、どれもスラリーの通り道

IC1000™の溝加工には、パーフォレーション、XY溝、同心円溝、放射溝、そしてこれらの複合溝があり、いずれもスラリーをウェーハ全面へ均一に行き渡らせるための加工です²。溝の形が変われば、パッド表面に刻まれた通り道の向きと数も変わります。

同じ材料でも、表面に刻む形は選べます

溝の形はスラリーの通り道の形でもあります。ニッタ・デュポンのIC1000™の資料は、パーフォレーション、XY溝、同心円溝、放射溝、複合溝を挙げ、いずれもスラリーをウェーハ全面へ行き渡らせるための加工と位置づけています。

硬い上層と不織布の下層で、削る面と支える面を分ける

積層パッドでは、IC1000™を下層パッドのSuba™シリーズと組み合わせて優れた加工均一性を達成するとしています²。上層が硬質の発泡ポリウレタン、下層が不織布という構成です。

Suba™シリーズは不織布ベースの研磨パッドで、主にシリコンウェーハの一次研磨、二次研磨、Final研磨用です³。高研磨レート、高平坦性、低欠陥性を特長とし、GaAs、InP、LiTaO₃、LiNbO₃など、さまざまなウェーハにも対応します。

パッドは、工程と機能の2軸の交点で選ぶ

ニッタ・デュポンの研磨パッドは、工程と機能（課題）という2つの軸で並んでいます⁴。工程の軸には、Cuバルク、Cuバリア、タングステン、ポリシリコン、STI、酸化膜、Buff、一次研磨、二次研磨、仕上げ研磨、エッジ研磨工程が並びます。機能の軸には、高研磨レート、段差解消性、低エロージョン、ウェーハ欠陥低減、ウェーハ端部平坦性、ウェーハ端部形状追従性、バッチ間安定性、コスト低減が並びます。パッドを選ぶ作業は、この2つの軸の交点を探す作業になります。

ラインナップは発泡ポリウレタンパッド、不織布パッド、スェードパッドで、半導体デバイス用、シリコンウェーハ用、化合物ウェーハ用、ガラス基板用など、さまざまな用途へ対応します⁴。同社はIC1000™シリーズをCMP用パッドの業界標準とし、配合は一貫しているものの製品の品質と一貫性を20年以上にわたり継続的に向上させてきたとしています⁵。IC1000™の工程はCuバルク、ポリシリコン、タングステン、STI、酸化膜、Buffで、機能は高研磨レートと段差解消性です。

貼ったあとも、コンディショナーで表面を立ち上げ、保つ

パッドは消耗品です。コンディショナーのDiaGrid®シリーズは、特に硬質発泡ポリウレタンパッドのコンディショニングにおいて優れた性能を発揮するとされ⁶、機能は研磨パッド立ち上げと研磨パッド表面特性の維持です。ニッタ・デュポンは台湾のKINIK社と総販売代理店契約を結び、この製品群の日本国内における販売窓口を担当しています。新品のパッドを使える状態へ立ち上げる作業と、使い込んだパッドの表面を保つ作業の両方が、運用に含まれます。表面を作り直す操作はパッドコンディショニングと呼びます。

ニッタ・デュポンと富士紡が作り、パッドは半導体以外の研磨にも使われる

ニッタ・デュポンは、CMPの工程が半導体デバイス製造へ導入され始めた1980年当初から研磨パッドのリーディングカンパニーとして最先端技術の発展に貢献してきたとし、CMP用の研磨パッドにおける世界トップの量産実績と40年以上の知見の蓄積⁷を挙げています。

富士紡ホールディングスは、POLYPAS®ポリッシング用パッドがCMP、シリコンウエハー、ハードディスク、液晶ガラスにとどまらず、さまざまな用途に対応できる種類を揃え、スクラッチフリー、ヘイズフリーかつ高い平坦性も確保しているとしています⁸。同社の研磨材の生産拠点は愛媛県壬生川に始まり、現在は静岡県小山、愛知県小坂井、台湾・台南、大分県大分を加えた5拠点です。パッドは、半導体の外側にも同じ技術が届いている部材です。

よくある質問（FAQ）

CMPパッドとは何ですか？

CMP（化学機械研磨）で、回転テーブルの上に貼ってウェーハを押し当てる研磨用のシートです。典型的なCMPプロセスでは、研磨パッドで覆われた回転テーブルへウェーハを押し当て、その間へスラリーを供給します。

パッドが削っているのですか？

削る仕事はスラリーとパッドが分担します。均一な微小発泡がスラリーの保持性を高め、表面の溝加工がスラリーをウェーハ全面へ均一に行き渡らせます。パッド側の役目は、スラリーを抱えて配り、荷重を支えることにあります。

発泡は何のためにありますか？

スラリーを保持するためです。特殊ポリウレタン材料をベースとする均一な微小発泡の構造が、スラリーの保持性を向上させます。

溝にはどんな種類がありますか？

IC1000™の溝加工には、パーフォレーション、XY溝、同心円溝、放射溝、これらの複合溝があります。いずれも、スラリーをウェーハ全面へ行き渡らせるための加工です。

どのくらいの硬さですか？

IC1000™の50milのType A6の代表値は、厚み1.17〜1.37mm、圧縮率0.5〜4.0%、硬度Shore-D 52〜62、密度0.77〜0.83g/cm³です。

なぜ2枚重ねるのですか？

役割を分けるためです。ニッタ・デュポンは、IC1000™を下層パッドのSuba™シリーズと組み合わせた積層パッドで優れた加工均一性を達成するとしています。硬い上層と不織布の下層で、削る面と支える面を分担させる構成です。

パッドは貼ったまま使い続けるのですか？

表面を手入れしながら使います。コンディショナーのDiaGrid®シリーズは特に硬質発泡ポリウレタンパッドのコンディショニングで優れた性能を発揮するとされ、機能として研磨パッド立ち上げと研磨パッド表面特性の維持を担います。

比較・違いを学ぶ

CMPスラリーとは── パッドが抱えて配る、液の側です
パッドコンディショニングとは── 使ったパッドの表面を作り直す操作です
CMP（化学機械研磨）とは── パッドが使われる工程そのものです

出典

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1
東京エレクトロン：用語集「CMP / Chemical Mechanical Polishing」tel.com ↩
2
ニッタ・デュポン：発泡ポリウレタンパッド IC1000™nittadupont.co.jp a b c d
3
ニッタ・デュポン：Suba™シリーズnittadupont.co.jp ↩
4
ニッタ・デュポン：研磨パッド製品一覧nittadupont.co.jp a b
5
ニッタ・デュポン：IC1000™シリーズnittadupont.co.jp ↩
6
ニッタ・デュポン：ワーク保持材／コンディショナー製品一覧nittadupont.co.jp ↩
7
ニッタ・デュポンの強みnittadupont.co.jp ↩
8
富士紡ホールディングス：研磨材事業fujibo.co.jp ↩