Erforschung eines Chemisch-Mechanischen Polierverfahrens für die Planarisierung von Werkstoffverbunden bei der Fertigung von Mikrosystemen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Hans-Heinrich Gatzen
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2004 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5422119

Ziel des Vorhabens im dreijährigen Antragszeitraum ist die Erforschung, Modellierung, Entwicklung und Optimierung eines Chemisch-Mechanischen Polierverfahrens (CMP) für die Fertigung von mehrschichtig aufgebauten Mikrosystemen. Dieser Prozess soll für eine hinreichende Planarität der Komponenten sorgen. Neueste Entwicklungen der Mikrotechnologie basieren auf der Verwendung von Werkstoffverbunden aus metallischen Strukturen und Polymeren bei großen Strukturhöhen, weshalb ein geeignetes CMP-Verfahren für diese Materialkombination notwendig ist. Zum ersten Mal sollen mittels CMP zwei Werkstoffe dieser Kombination gezielt planarisiert werden. Hauptgegenstand der Untersuchungen dabei ist die Planarisierung von galvanisch erzeugten metallischen Strukturen, die in einer Polymerschicht eingebettet sind. An Metallen kommen Kupfer als Leitermaterial und Nickel-Eisen-Legierungen ("Permalloy") als magnetische Flussführungen zum Einsatz; beide Werkstoffe lassen sich galvanisch abscheiden. Als Polymere dienen verschiedene Photoresists, welche mittels Photolithographie strukturierbar sind. Häufig verwandte Photoresists sind DNQ/Novolack (AZ9260) sowie ein lichtempfindliches Epoxydharz (SU-8). Die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen an diesen Werkstoffen sind Ausgangspunkt für die Modellierung des Planarisierungsprozesses für diese Werkstoffkombinationen. Das entstehende Modell des CMP-Prozesses berücksichtigt verschiedene Einflussgrößen. Dabei erfolgt nicht nur die Parametervariation des Trennprozesses (z.B. Poliersuspension und deren Zusätze, Beschaffenheit des Poliertuchs, Polierdruck und -geschwindigkeit sowie Trennrate), sondern auch die Untersuchung der Planarisierungsergebnisse. Diese beinhalten die Stufenhöhe sowie die Schichtdickenunterschiede der Strukturen in Abhängigkeit von ihrer Größe und den Abständen zueinander. Der Schichtdickenunterschied des Polymers soll maximal ±0,1 Mikrometer auf einer Länge von 10 mm betragen. Des Weiteren ist eine Stufenhöhe zwischen Metall und Polymer von weniger als 20 nm angestrebt. Anhand eines Demonstrators findet eine Verifizierung des Modells statt. Für die einfache Anwendung der Erkenntnisse im Fertigungsprozess der Mikrosysteme werden Designregeln für das Layout der Lithographiemasken formuliert. Im vierten Jahr soll das Werkstoffspektrum erweitert werden sowie ein Übergang von Wafern mit einem Durchmesser von 100 mm (vier Zoll) auf 150 mm (sechs Zoll) erfolgen.

• DFG Programme: Research Grants