ミクロなスラリー循環流れの制御および好適化による研磨能率の向上

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K03893
• Research Institution: Tokuyama College of Technology
• Principal Investigator: 福田 明 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 准教授 (80643220)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 研磨 / 化学的機械研磨 / スラリー流れ / 研磨パッド / 研磨能率

Outline of Annual Research Achievements

半導体デバイスの高性能化に伴って、半導体デバイス製造工程で使用される化学的機械研磨（CMP）に高い技術的要求がなされ、研磨性能の向上のために研磨メカニズムを踏まえた技術開発が望まれている。報告者は、これまで見過ごされてきたウェーハと研磨パッドとの微細な隙間のミクロなスラリー流れに着目し、研磨メカニズムにおいて重要な役割を担っていると考えられるミクロな循環流れの存在を明らかにした。更に、ミクロなスラリー流れの制御が研磨性能の更なる向上（ブレークスルー）に繋がるのではないかとの着想に至った。そこで本研究では、品質工学で用いられる直交表を使用したパラメータ設計の手法を適用して研磨実験と流れの可視化観察を行い、ミクロなスラリー循環流れの制御が研磨能率の向上に繋がることを示す。ミクロなスラリー循環流れの制御は、ダイヤモンド・コンディショニングにより研磨パッド表面の微細な凹凸形状を制御することで実現する。2020年度（令和2年度）に実施した主な研究内容を以下に示す。
（１）2019年度に作製した４種類の研磨パッド拡大模型を使用してミクロなスラリー流れの可視化実験を実施した。
（２）上記（１）の結果と2019年度に実施した研磨能率の測定結果から、ガラス板の研磨でもミクロな循環流れと研磨能率に相関があることが分かった。
（３）新たにコンディショニング条件を直交表に割り当てた研磨実験を開始した。
（４）研磨パッドの表面形状の評価指標のうち接触点面積などを測定するための測定機器を検討し、製作した。
（５）新型コロナウイルスの影響により研磨実験や可視化実験が実施できない状況が長期間続いたため、代替として交付申請書の実施計画に記載していなかったコンディショニング・シミュレーションの開発およびミクロなスラリー流れシミュレーションに取り掛かった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウイルスの影響により実験等を担当する研究協力者の学生が登校できない状況が続いたため、研究が長期間ストップした。年度の後半にスラリー流れの可視化や新たにコンディショニング条件を直交表に割り当てた研磨実験を開始したが、全ての実験を終えるには至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

2020年度に実施予定であったスラリー流れの可視化実験や研磨実験は、新型コロナウイルスの影響が小さければ完了する見込みである。また、実験ができない状況でも研究を続けるために、代替として交付申請書の実施計画に記載していなかったコンディショニング・シミュレーションの開発およびミクロなスラリー流れシミュレーションに取り掛かっている。

Causes of Carryover

（理由）
新型コロナウイルスの影響によりスラリー流れの可視化実験や研磨実験ができない状況が長期間続いたため、消耗品の購入が当初の予定より少なくなり、次年度使用額が生じた。
（使用計画）
2020年度に実施予定であった実験等を2021年度に実施する計画であるため、当初から計上していた予算と合わせて次年度使用額を使用する予定である。ただし、新型コロナウイルスの影響による研究計画の遅延が大きいため、補助事業期間延長も検討する。