最近私は半導体産業向けの教育だけでなく実際の技術面の手伝いも始めています。化学ということでCMP(chemical mechanical polishing/planarization, 化学機械研磨（または化学機械平坦化））という技術について勉強しています。これは1983年にIBMが本格的に導入したそうです。同社（おそらくYorktown Heights, NY)の信頼性部門にいたDr.Klaus D. Beyerが発明者とされています。
https://ecs.confex.com/ecs/245/meetingapp.cgi/Paper/184168
https://nccavs-usergroups.avs.org/wp-content/uploads/2024/12/CMPUG1224-Ses-1.1-BeyerK-RobertsB.pdf
そのころ集積回路の多層化が本格化して縦の貫通配線を造ったり（当初はCVDによるタングステン）、微細な配線の電気抵抗を下げるために銅が使われるようになり、気相・真空でのエッチングが難しいので平坦化するには機械的に削るしかないということになったようです。平坦化の必要性は、縮小露光でマスクからウェファにむけて光が収束するので、高さが違うと焦点が合わなくなるためです。現在の加工寸法は14nm程度なので、nmレベルの高低差がボケを生んでしまいます。聞くところによると、最先端プロセスでは、30㎝直径のウェファに対して高低差は3nm以下、細かい凸凹は0.2nm以下にする必要があるそうです。恐ろしい要求水準です。
CMPは年7.8%の成長市場だと予想されており、2024年は約60億ドル、約9000億円ですね。
https://www.gii.co.jp/report/moi1433907-chemical-mechanical-polishing-market-share.html
装置メーカーとしては米Applied Materialsがトップ、日本の荏原製作所が2位、東京精密が３位のようです。研磨パッド、研磨スラリー（薬液）はノウハウの塊ですが、半導体製造用の純度が要求されます。砥粒は数十nmのSiO2やCeO2で、pH制御や錯形成のための化学物質がいろいろ含まれています。また、次のプロセスのために研磨スラリーの完全な除去が必要、さらにクリーンルーム内に塵を出してはいけません。いろいろたいへんです。どうやって研磨が起こっているかはあまりわかっていないとのことで、私はシミュレーションから始めようと思っています。今週はCMPにかかわる技術を解説します。
英語は https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical-mechanical_polishing
“It can be thought of as a hybrid of chemical etching and free abrasive polishing. It is used in the semiconductor industry to polish semiconductor wafers as part of the integrated circuit manufacturing process.”
polish 磨く
abrasive 研磨、研削
integrated circuit 集積回路
manufacturing 製造
”The process uses an abrasive and corrosive chemical slurry (commonly a colloid) in conjunction with a polishing pad and retaining ring, typically of a greater diameter than the wafer”
corrosive コ「ロ」ウスィヴ 腐食性の
slurry スラリー、泥水のような液
in conjunction with ～と一緒に
“The dynamic polishing head is rotated with different axes of rotation (i.e., not concentric). ”
動く研磨ヘッドは（研磨パッドと）異なる回転軸で回転している（つまり、同心回転ではない）。
”This removes material and tends to even out any irregular topography, making the wafer flat or planar. This may be necessary to set up the wafer for the formation of additional circuit elements. For example, CMP can bring the entire surface within the depth of field of a photolithography system, or selectively remove material based on its position.”
remove 除去する
even out ならす
irregular topography 不規則な表面形状 topography = トポグラフィ、topos+ graphyで場所を書いたもの、で表面の高低差の図を指します
entire suface 全表面
depth of field of photolithography system フォトリソシステムの視野深度