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CMP

マイクロチップ製造のさまざまなポイントにおいて、ウェーハの表面は完全に平坦でなければなりません。これは、余分な材料を除去するか、次の回路フィーチャを追加する際に、完全に平坦な基板を生成することによって、達成されます。

これを達成するために、チップメーカーは化学機械研磨(CMP)を使用します。CMPでは、いくらか研磨剤を混入した薬液を、回転する特殊なサンドペーパーの上に注いで磨きます。

以前、CMPプロセスは半導体製造の非常に精密な作業向けには、汚れが過ぎるとみなされていました。CMPテクノロジーは、業界がアルミをより高速な銅配線に置き換えてチップの性能を向上することを模索していた1990年代半ば、飛躍的に成長しました。アルミ配線は、メタル層を生成した後、不必要な部分を反応ガスを使用してエッチング除去することで作成されていました。銅はしかしながら、この方法では簡単に除去できないため、置き換えとして銅のCMPテクノロジーが開発されました。今日では、すべてのマイクロプロセッサが銅配線を採用しており、いずれのチップメーカーの装置においてもCMPは必要不可欠なプロセスとなりました。

コンセプトはシンプルですが、ナノスケールのCMPは非常に複雑な作業になります。ウェーハ上に形成される異なる膜は、異なる硬度を有しているため、異なるレートで研磨除去されます。このことにより、硬度の高い材料部分よりも柔らかい部分が凹む、”ディッシング”という好ましくない状況を引き起こします。これを補い、硬い材料と柔らかい材料において材料除去率を最小限に抑えるために、化学薬品(CMPのChemicalに相当するもの)を付加します。次に来る膜の均一性に関わらず、下層の重要な膜を削り取る寸前のところでプロセスを止め、300mmウェーハ全面にわたって材料を均一に除去する必要があります。アプライド マテリアルズは、ウェーハ全体にわたり、複数のポイントで膜厚を計り続け、毎回、すべてのウェーハにおいて一貫した結果が出せるように、秒刻みで数回研磨力を調整する、洗練された制御システムを開発しました。

全CMPプロセスは、ウェーハを洗浄し、すすぎ、乾燥する後研磨を経て、CMPシステムを出るまでを含め、30秒足らずで完了します。これらすべてが、驚くべき平滑さにつながります。この高度な正確性は、アメリカンフットボール フィールドに敷き詰められた芝生全体を、人の髪の毛の太さ以内に長さに違いを抑えて、すべて刈り揃える芝刈り機を所有する状況に例えられます。これで完全に平坦になりました!

今日のCMPテクノロジーは、除去の均一性、より高い生産性、コスト削減において、より厳しい要求に対応しています。3Dメモリ構造など、新興のさまざまなアプリケーションでは、コスト競争力のある新たなインテグレーションスキームの確立が求められ、これまで以上に精確な除去制御が求められると同時に、よりコストを抑えつつ生産性を向上させることが必須となっています。