Chemisch-Mechanisches Polieren (CMP)

Mit jeder zusätzlichen Schicht – Isolationsoxid, Kontaktebene, Metalllage – wächst die Topografie auf der Waferoberfläche weiter an. Für die Lithografie ist das ein Problem: Die Tiefenschärfe moderner Belichtungssysteme liegt im Bereich weniger hundert Nanometer, sodass Strukturen auf unterschiedlich hohem Untergrund nicht mehr gleichzeitig scharf abgebildet werden können. Auch nachfolgende Abscheide- und Ätzschritte laufen auf einer ebenen Fläche gleichmäßiger ab als über Stufen und Gräben hinweg. Eine global plane Oberfläche ist deshalb ab einer gewissen Integrationsdichte keine Komfortfrage mehr, sondern Voraussetzung für die nächste Prozessebene.

Beim chemisch-mechanischen Polieren (auch chemisch-mechanisches Planarisieren, kurz CMP) wird die Waferoberfläche gleichzeitig chemisch angegriffen und mechanisch abgetragen – anders als bei reinen Reflow-Techniken entsteht dabei eine Homogenität über die gesamte Scheibe hinweg, nicht nur eine lokale Glättung.

Der Wafer wird mit der aktiven Seite nach unten in einem Chuck mit Vakuumansaugung (Head) gehalten und auf eine Polierfläche (Pad, meist aus Polyurethan) auf dem Poliertisch gepresst. Head und Poliertisch drehen sich, während der Head zusätzlich horizontale Bewegungen ausführen kann. Als Poliermittel dient eine Lösung (Slurry) aus Schleifpartikeln und chemisch aktiven Substanzen, die unter Druck die Oberfläche verändert und so den Materialabtrag unterstützt. Zur besseren Verteilung der Slurry und um das Poliertuch zu konditionieren, wird das Pad mit einer diamantbesetzten Stahlscheibe (Dresser/Conditioner) aufgeraut – entweder während des Polierens (in-situ) oder davor/danach (ex-situ).

Der CMP-Prozess läuft meist in zwei bis drei Stufen auf Pads mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und mit verschiedenen Slurrys ab; der Wafer wird dafür nach jedem Schritt auf das nächste Pad transferiert. Abschließend folgt eine Reinigung, um Partikel- und Slurryreste zu entfernen.