2004年11月号
CMPを使用した
Lebrecht von Trotha, Georg Morsh
本誌注）2004年6月に米Novellus Systemsが独Peter Woltersを買収することで合意。
Gerfried Zwicker
Digital Mirror Device (DMD)など先端的なMEMSデバイスを作製する上でCMPが欠かせなくなってきた。DMDは、SRAMメモリーセルの上にAlのミラーをMEMSで製作する。堆積させたCuをCMPで平らにする工程にCMPを使う。CMPの性能要求を検証し、半導体デバイス製造の場合と比較している。
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過去15年間以上に渡って研究所で開発されてきたMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）とその製造技術が製造現場に移り始めている。すでに量産されているMEMS製品には、自動車用の加速度センサー、ジャイロスコープ、圧力センサーなど。通信分野では、光ファイバ・ネットワーク用の光スイッチや、RF（Radio Frequency）スイッチの可変コンデンサ、携帯電話用のフィルタやアンテナがある。さらにオフィスでは、インクジェット・プリンタの印字ヘッドや、ハードディスク装置の読出し/書込みヘッドなど、膨大な数のMEMSが使われている。MEMS製品の市場は2004年で前年比20％近く成長するとみられ、これは半導体デバイス市場の年成長率予測を上回っている。MEMS製造に求められるCMP
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MEMS用のCMP装置を最適化するために、MEMSと半導体の製造パラメータで代表的な要求値を比較した（表1 ）。表を見ればMEMS用のCMP装置は、先端LSI用に開発されたCMP装置とは全く異なる要求を満たさなければならないことが分かる。先端LSIよりも起伏に富んだ形状を持ちながら、より大きな構造で膜厚も大幅に厚いことから、研磨によって除去しなければならない厚さは数10μmに及ぶ。半導体用CMP装置の研磨速度は通常0.5μm/分以下であることから、ウェーハ10枚/時程度のスループットを得るにはCMP装置の大幅な高速化が必要となる。半導体用CMPプロセスのスループットと比べて1/2から1/5にすぎない。デジタル・ミラー・デバイスに見る応用例 図1(a) は、DMDの一部分の断面図である。80×80μmの貴金属製マイクロミラーは、高さ約10μmのNi製の支柱上にあるねじれヒンジで支持されている。Ni製のくさび形電極の静電気力により、ミラーは左右に15°まで傾く。同図では、電極下部の回路の詳細は省略した。CMPによるウェーハ処理は、すべて、独Peter Wolters Surface Technologies社のCMP装置「PM200 Gemini」で行われた。図1(b) ）。ミラー表面を平坦化するため、CuのCMPプロセスで凸部で15μm、凹部分で5μmを除去した。このプロセスはNiに対する高い選択性を示したが、Ni製の支柱の密度が低かったためにCMPにより侵食されてしまった。そこで、この侵食を考慮し、CMPプロセス開始前のNi支柱を12μmとし、CMPプロセス中のNiの研磨ロスを2μmまで許容するように設計した。CuダマシンCMP用に開発されたCu CMPスラリーと、最適化されたプロセスを使用し、約10分間の研磨を行った。ミラー領域が比較的大きいにもかかわらず、CMP後、凹部凸部の差は90nmを実現している。図2(a) は、DMDの一部を示している。図2(b) は、図2(a) を拡大したもので、支柱、ねじれヒンジ付きのミラー、くさび形電極などのミラー要素の詳細がはっきり分かる。図3(a) は、角速度センサーのポリシリコン可動櫛構造、図3(b) は、加速度センサーのインターデジタル構造の拡大図となっている。
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Lebrecht von Trotha は、Peter WoltersのCMP装置販売責任者。独Braunschweig工科大学卒業後、レーザー技術分野の仕事に13年間従事している。
Georg Morsh は、Peter WoltersのCMPプロセス開発責任者。独Aachen工科大学で5年間半導体技術の研究に従事し、物理学の博士号を取得した。
Gerfried Zwicker は、Fraunhofer ISIT社のCMPプロセスの開発責任者。検証ツールや消耗部材の評価を含むCMPプロセスの新技術開発に従事している。半導体技術のさまざまな分野で20年の経験を持つ。Berlin技術大学の物理学科卒業後、独BerlinのFrits-Haber研究所で博士号を取得した。
