2022 Fiscal Year Research-status Report
ディスペンサを用いた精密パルス供給による高回転高圧研磨に関する研究
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21K03800
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
吉冨 健一郎 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (40546149)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高能率研磨 / 水膜ポーラスチャック / スラリ / 高平坦化 / 高回転高圧研磨 / 研磨パッド / 溝パターン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スラリの精密パルス供給研磨システムの構築のために、①ケーシングによるスラリの加工域への閉じ込め、研磨力制御、研磨パッド溝パターンを採用した試作機による研磨実験、②水膜ポーラスチャックの開発、③研磨パッド劣化状態の評価手法、に関する研究を行った。成果を以下に示す。
①通常の研磨方法で研磨条件を高回転高圧化した場合、スラリが工具回転の遠心力で飛散して加工域に供給できず、研磨パッドは摩擦熱で焼き付き、加工不能となる。そこで、加工域をケーシングで密閉し、ディスペンサで供給するスラリを閉じ込める方法を採用した。また、高回転高圧研磨条件では研磨力（スピンドルに生じる摩擦力）の変動が大きいため、研磨力を一定に維持するシステムを構築した。さらに、高速回転下でもスラリを加工域に保持するために研磨パッド溝パターンの検討を行った。サファイアウエハの研磨実験より、工具回転10000rpmでの研磨を可能にし、加工レート25μm/minを達成した。
②ウエハを保持するチャック技術について、保持力が加工熱の影響を受けず、極薄水膜で保持することでウエハとチャックが直接接触しない水膜チャックの問題点を改善する水膜ポーラスチャックの開発を進めた。高速研磨機により硬質ポーラス材の平坦化研磨を実現し、また水蒸気塗布式水膜形成法を考案した。実験より、真空ポーラスチャックより高い横方向保持力29kPaのウエハ保持を実現した。
③高回転研磨条件では、研磨パッドは早く劣化し研磨レートが低下するため、パッドの表面性状の管理が必要である。そこで、スピンコータを利用して研磨パッド上の拡散スラリ量を測定する方法で表面性状を評価する手法を考案し、研磨実験により、研磨パッドの劣化状態に対する研磨レートと拡散スラリ量の関係を明らかにし、研磨パッド表面性状の定量化手法を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研磨システムの準備・開発について、①ハード設計・製作、②ソフト製作、③要素技術の検討、を進めている。進捗状況を以下に示す。
①研磨パッドを取り付ける高速スピンドル、ウエハを保持する回転テーブル、研磨力測定用3軸力学センサ、ウエハ用非接触厚み計、スラリを供給するディスペンサを土台となる３軸ステージに設置する装置設計を進めている。また、チャックは水膜ポーラスチャックを採用することとし、ウエハ保持装置の設計も進めている。
②研磨システムをPCから制御するためのプログラムを製作中である。研磨荷重、研磨力、ウエハの厚みデータを取得し、3軸ステージの位置とスラリを供給するディスペンサの吐出条件を制御して最適研磨状態を維持する適応制御加工のプログラム設計を進めている。
③成果報告の項目以外に、研磨状態の適応制御アルゴリズム、ドレッシング方法、温度センサ選定と設置方法、研磨シミュレーションについて研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度の研究推進方策として、①研磨システムの製作と装置特性の確認、②基礎実験と高能率研磨実験を進める。それぞれの概要および課題を以下に示す。
①研磨システムの装置特性の作動確認実験として、研磨中の研磨荷重、研磨力、ウエハ厚み、加工温度の測定実験を通常研磨条件および高回転高圧研磨条件にて行う。ソフト開発は、各データを統合して処理する適応制御プログラムを製作する。また、水膜ポーラスチャック方式を採用したチャックシステムを製作し、水蒸気塗布式水膜形成法と組み合わせ、ウエハの保持特性を調査する。
②研磨システム開発の進捗に合わせて実施可能な基礎実験（回転によるウエハおよび研磨パッドの振れ測定、スラリ供給状態の観察、ウエハ厚みの測定精度、研磨圧測定）を行う。実験結果を踏まえて、20000rpm、100kPaの高回転高圧研磨に向けた制御手順を設計し、高能率研磨実験を実施する。課題として、旧システムで使用していたφ20mmの研磨パッドより直径の大きい研磨パッド（サイズは検討中）を使用するため、研磨特性が旧システムと大きく異なる可能性が考えられる。よって、その影響を調査し対策を講じる。
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| Causes of Carryover |
・チャック装置製作を令和5年度に実施する予定とした。
・国内学会参加、論文掲載費を科研費で計上しなかった。
・コロナの影響により国際会議の参加を見送った。
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