半導体製造における研削と研磨：材料の選択から消耗品まで優れたプロセスにより、 - HonWay Materials-台湾のダイヤモンド研削・研磨工具のトップブランド

半導体製造において、ウェーハの平坦性は精密な回路積層の鍵となります。化学機械平坦化（CMP）技術は「ウェーハ表面修復技術者」の役割を果たします。化学的効果と機械的効果を組み合わせ、ウェーハ表面の余分な材料を正確に除去することで、後続工程のための完璧な基盤を築きます。

Hongweiは半導体研削・研磨分野に深く関わっており、ウェーハの極めて高い平坦性が高効率チップの基盤であることを深く理解しています。ますます厳しくなるプロセス課題に対し、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化セリウム、二酸化ケイ素といった様々な高性能研磨材を網羅した、包括的かつ効率的なCMPコア消耗品ソリューションを提供しています。これらのソリューションは、ウェーハの粗研削から鏡面研磨までを全面的にサポートし、お客様の精密プロセスに最適な基盤を築きます。

カタログ

CMPとは何ですか？

CMP は、正式名称を 化学機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization ) といい、化学機械研磨とも呼ばれ、（Chemical Mechanical Polishing）半導体製造において極めて重要なプロセスです。

CMPは、簡単に言えば、半導体ウェーハの「スキングラインディング」技術のようなものです。化学的腐食と機械的研削の力を組み合わせることで、ウェーハ表面を平坦かつ滑らかに研磨します。この技術では、ナノ研磨剤を含む研磨液（スラリー）と研磨パッドを用いて、精密な制御によってウェーハ上の余分な材料を除去し、ミクロンレベル、さらにはナノレベルの平坦性を実現し、最終的にウェーハ表面を「鏡面」のように輝かせます。

なぜ半導体は研削と研磨が必要なのでしょうか?

半導体製造プロセスでは、複雑な回路を形成するために、ウェハ上に複数の材料層を積み重ねる必要があります。高層ビルを想像してみてください。各階の安定性を確保するためには、各階が平坦でなければなりません。同様に、半導体ウェハの表面平坦度が不均一であったり、各工程で欠陥が不均一であったりすると、最終的なチップの歩留まりと性能に深刻な影響を与えます。

CMPプロセスが不可欠な理由

正確な回路スタッキングの保証: CMP の主な機能は平坦化です。これにより、繰り返しのプロセススタッキングによって発生する高さの誤差を削減または除去し、回路の各層の厚さが均一で表面が平坦であることを保証し、後続のリソグラフィおよびエッチングプロセスに理想的な基盤を提供します。
チップの歩留まりとパフォーマンスの向上: CMP は、除去される材料の量を正確に制御することで、研磨の過剰や研磨不足を回避し、チップ内の回路を正確に形成できるようにすることで、チップのパフォーマンスと製造歩留まりを向上させます。
ウェーハの厚さ制御：表面平坦化に加え、研削工程はウェーハの薄化にも用いられます。例えば、バックグラインドによりウェーハの厚さは、当初の800～700ミクロンから80～70ミクロンにまで薄くなり、多層積層技術により20ミクロン程度まで薄くなります。これは、限られた高さ内でより多くの回路を積層できるため、マルチチップパッケージング（MCP）などの用途にとって極めて重要です。これにより、電子製品の小型化と高集積化のニーズを満たすことができます。
表面欠陥と残留物の除去：研削と研磨は、前工程で生じた微細な欠陥を改善し、ウェーハ表面の残留物を除去し、次工程に備えて表面を明るくします。この工程は、チップの品質と信頼性を確保するために非常に重要です。

ウェーハ研削および研磨仕様

半導体製造において、ウェーハはバックグラインドと精密研磨を経た後、後続工程の信頼性とチップ性能を確保するために、極めて厳格な物理的および表面仕様を満たす必要があります。主な要件は3つの側面に分けられます。

1. 厚さ制御

標準的な変更:
- 初期のウェーハの厚さ：約700～800マイクロメートル（µm）。
- 標準的な研削厚さ: 70～80 ミクロンまで減少。
- 高度な MCP (マルチチップパッケージング) 要件: 約 20 ミクロンまでさらに薄くすることができます。
課題: 厚すぎると放熱性が悪くなり、薄すぎると壊れやすくなります。特に 12 インチウェーハの普及により、パッケージングの傾向とともに厚さの制御が難しくなります。

2. 表面の平坦性と粗さ（Ra値）

粗さ指数:
- 測定にはRa値（平均粗さ）を使用します。
- Ra が小さいほど表面は滑らかになり、理想的には原子レベルの平坦性に近づきます。
潜在的なリスク:
- 表面の凹凸は回路パターンの転写に影響を与え、部品の性能偏差や故障の原因となります。
- 内部応力により表面の変形が発生し、パラメータのドリフトや信頼性の低下につながる可能性があります。

3. 欠陥管理

制御範囲:
- 表面の損傷。
- 微細な亀裂が発生します。
- 粒子および異物による汚染。
重要性: たとえわずかな量の汚染でも、その後の製造プロセスで致命的な欠陥に発展し、チップが使用できなくなる可能性があります。
薄いウェーハのリスク: ウェーハが薄くなるほど、機械的な脆弱性が高まり、プロセス中の粒子の衝撃やキャリアの機械的干渉に対する許容度が低くなるため、特別な注意が必要です。

半導体材料の研削における課題は何ですか?

材料除去精度と表面均一性：半導体部品の微細構造を研削加工する際には、高い平坦性と均一性を維持しながら、除去する材料の量を正確に制御する必要があります。最適な結果を得るには、研磨剤の種類（酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、ダイヤモンドなど）と粒度分布を的確に選定する必要があります。
表面均一性：研削後の表面は、高い平坦性と均一性を備えていなければなりません。局所的な研削ムラがあると、後続のリソグラフィーおよびエッチング工程の不具合につながり、チップ全体の性能に影響を与えます。
欠陥管理：研削工程では、表面損傷、マイクロクラック、パーティクル汚染などの欠陥が発生しやすい。これらの欠陥は、たとえ小さくても部品の故障につながる可能性があるため、効果的に管理し、最小限に抑える必要がある。特に、ウェーハが薄くなるにつれて、欠陥発生確率は高まり、後続工程の難易度も高まる。
応力発生と影響：研削工程では、研削ヘッドとウェーハ表面の接触によりせん断応力と圧力が発生し、薬液や研磨剤の流れも応力を及ぼします。これらの応力はウェーハ表面に塑性変形や残留応力を引き起こし、最終的な平坦度や粗さ、さらには電気性能にも影響を与え、部品パラメータのドリフトや製品合格率の低下につながる可能性があります。
超硬特殊材料の加工の難しさ：炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）といった第三世代半導体材料は極めて硬く、従来の研削加工ではかつてないほどの課題となっています。これらの材料を効率的かつ低損傷で除去するには、特にダイヤモンドなどの超硬質研磨材が必要となります。

ウェーハの平坦性を向上させる方法

上記の課題を克服し、ウェーハの平坦性を向上させるために、業界ではさまざまな戦略を採用しています：

処理パラメータを最適化します：
- スラリーと研磨剤の選択：スラリーの流量と濃度を正確に制御し、半導体材料や研削目標に応じて、最適な研磨剤の種類（酸化アルミニウム、酸化セリウム、二酸化ケイ素、ダイヤモンドなど）と粒度分布（50～250ナノメートル、1～10ミクロンの凝集体を効果的に制御）を正確に選択します。均一で効率的な材料除去と表面効果を実現するには、スラリーの化学的性質と研磨剤の特性が完全に一致している必要があります。
- 研削力制御：研削圧力、速度、時間などのパラメータを正確に制御して、最高の研削効果を実現し、過剰な圧力による損傷や圧力が低すぎることによる効率の低下を回避します。

※ CMP研磨には、業界共通の原則があります。それは「厚く残して薄くしない」というCMPリワーク原則です：パラメータ調整の際は、実際の研磨面が想定面よりも短くなるように調整することをお勧めします。薄すぎるよりも、ある程度の厚みを残しておく方が、リワークの可能性が高まります。

多段階研削工程：ウェーハの厚さが50ミクロン未満の場合は、粗研削、精研削、さらにはスクライブ・ビフォア・グレインニング（DBG）法など、多段階の研削・研磨工程を採用します。つまり、最初の研削前にスクライブを行い、その後研削と2回目のスクライブを行うことで、ウェーハを安全に分離し、研削工程中の外部欠陥を低減します。この段階的なアプローチにより、応力を効果的に低減し、より滑らかな表面を得ることができます。
局所加熱と化学エッチング：研削・研磨工程中に局所加熱を導入することで、ウェーハの物理的特性を変化させ、応力の影響を軽減することができます。さらに、技術の発展に伴い、半導体前工程に化学エッチング技術を導入し、機械研削と組み合わせ、新たな加工方法を総合的に開発することで、研削のボトルネックを解消する方向性も見えてきました。
研磨パッドの選定とメンテナンス：研磨パッドの材質と特性は、研磨効果と安定性に直接影響します。摩耗や汚染の定期的なモニタリングとメンテナンスは、プロセス品質の確保に重要です。
サプライチェーンと調達戦略: 高品質の研削材料と機器のサプライヤーを選択し、調達プロセスを最適化して、生産ニーズとプロセス要件を確実に満たします。
継続的な改善と標準化：ばらつきを低減するための標準作業手順（SOP）を確立し、生産チームに対してストレス管理とプロセス最適化に関する定期的なトレーニングを実施します。同時に、半導体技術の継続的な発展に伴う課題に対応するため、実際の生産データに基づいて研削・研磨プロセスを継続的に評価・最適化します。

CMP用主要研削工具

CMP（化学機械平坦化）は、ウェーハ表面の極めて平坦な表面を確保するための鍵となります。精密研削・研磨における豊富な経験を持つHongweiは、従来のシリコンウェーハから新興の化合物半導体まで、多様なニーズに応える高性能CMPコア消耗品を幅広く提供しています。当社のソリューションには、精密研削ホイール、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化セリウム、二酸化ケイ素などの各種研磨液、研磨パッド、ダイヤモンドディスクなどが含まれます。当社は、半導体メーカーの皆様に包括的かつ最適化されたソリューションを提供することで、ウェーハ品質の向上とプロセス限界の打破に貢献することに尽力しています。

製品リスト:

宏崴精密研削ホイールシリーズ：
- シリコンウェーハ用面取り研削ホイール：シリコンウェーハのエッジが滑らかで無傷であることを保証し、割れを効果的に防止します。
- ウェーハ表面研削用研削ホイール：シリコンウェーハ上で極めて平坦な表面を実現することが、効率的な製造プロセスの基礎となります。
- 複合半導体特殊研削ホイール: SiC/GaN などの超硬材料に対して、効率的で損傷の少ない粗研削ソリューションを提供します。
宏崴高性能研磨液シリーズ：
- 宏崴ダイヤモンド研磨液：さまざまなナノ粒子サイズのオプションを提供し、特に SiC、GaN 鏡面グレード研磨 (Ra≤0.01 um) などの超硬質材料に適しており、コンポーネントのパフォーマンスと歩留まりが大幅に向上します。
- 宏崴アルミナ研磨液：銅、タングステン、誘電体層などのさまざまな金属層の CMP に適しており、優れた材料除去率と表面品質を提供します。
- 宏崴酸化セリウム研磨液：主に浅いトレンチ分離 (STI) および誘電体層の平坦化に使用され、高い選択性と低欠陥の研磨効果を実現します。酸化セリウム研磨液: 主に浅いトレンチ分離 (STI) および誘電体層の平坦化に使用され、高い選択性と低欠陥の研磨効果を実現します。
- 宏崴二酸化ケイ素研磨液：誘電体層やシリコンウェーハの微細研磨に広く使用され、優れた表面平坦性と低い欠陥率を実現します。
宏崴精密ウェーハ研削および研磨パッド: さまざまなタイプのスラリーと下向きの圧力を使用して、ウェーハ表面の酸化物層、誘電体層 (ILD)、Cu、W などの金属層などの余分な材料を除去し、プロセスの安定性を確保します。
宏崴はダイヤモンドディスクのコンサルティングを提供します:
- はじめに：ダイヤモンドディスクは、研削パッド/研磨パッドの「ドレッサー」として、その高い硬度を利用して研削パッド/研磨パッドの表面を正確にドレッシングし、平坦性と切削性能を確保し、最高の切削性能を維持し、ウェーハ研磨プロセス中の平坦性と速度を維持し、歩留まりを向上させます。
- 提供サービス：詳細については、Hongweiまでお問い合わせください。Hongweiは専門的な関連サービスを提供し、お客様に合わせたプロジェクトを作成します。

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無料のコンサルティングとプロジェクト評価：宏崴 Diamond Industrial Consumables の専門家が、お客様固有のプロセスニーズに基づいて製品に関するコンサルティングと専門的な評価を提供し、最適な研削および研磨ソリューションを一緒に見つけ出します。
カスタマイズされたソリューション設計：シリコンウェーハや複合半導体 (SiC、GaN、GaAs) の課題に直面している場合でも、当社はお客様のニーズに最適な半導体研削および研磨ソリューションをカスタマイズできます。
高度な材料と性能検証：当社は、業界をリードする 宏崴ダイヤモンド研磨液、ダイヤモンドディスク、精密研削ホイール、その他の消耗品を提供し、プロセスの実装と性能検証を支援して、製品が期待どおりの高い歩留まりと優れた性能を実現できるようにします。
宏崴は安定した供給能力、品質保証、アフターサービス、カスタマイズされたサポートを備えており、最も一貫した製品品質を提供できます。

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