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2022 年度 実績報告書

次世代CMPプロセスを拓くデジタルツイン基盤とサイバーフィジカルシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22H01381
配分区分補助金
研究機関中央大学

研究代表者

鈴木 教和  中央大学, 理工学部, 教授 (00359754)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードCMP / デジタルツイン / サイバーフィジカルシステム / シミュレーション
研究実績の概要

提案手法を実現するには,精度の高いモデルとシミュレータを開発する必要がある.そこで.2022年度は以下の研究を実施した.
1.ストップ研磨評価法を利用した研磨効率分布モデルの開発
ウェハキャリアの回転を停止してウェハ面内の研磨レート分布を計測することで,研磨条件と研磨効率分布の関係を分析することができる.そこで,様々な条件下において実験を実施し,CMPプロセスの特性を分析した.評価実験の結果,CMPプロセスにおいては,圧力と速度に対する非直線性を考慮した修正プレストン則を考慮する必要があることを明らかにした.検証実験を通じて,研磨圧力と相対速度の影響を考慮した修正プレストン則におけるパラメータ同定手法を開発した.加えて,研磨パッド表面状態の劣化やスラリ供給条件の効果を推定可能な研磨効率の空間分布・動的変化モデルを開発した.
2.基礎的なCMPシミュレータの開発
1の結果に基づき,CMP装置の内部情報と修正プレストン則から,研磨トルクや研磨抵抗,研磨レートを推定するプロセスシミュレータを開発した.さらに,摩擦係数と研磨効率の相関性を考慮したモデルを提案し,検証実験を通じてその特性を明らかにするとともに,提案モデルをCMPシミュレータに実装した.提案モデルによる推定結果は,実験結果とよく一致することを確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していた通り,最初にストップ研磨法を通じてウェハ面内の研磨レート分布を明らかにするとともに,研磨効率分布モデルを開発した.さらに,CMPプロセスの修正プレストン則,および摩擦係数と研磨効率の相関性のモデルを考案した.これらのモデルを利用して研磨プロセスを推定するシミュレータを開発し,CMP装置の内部情報と併用することで高精度なプロセスシミュレーションを実現する基礎技術を開発した.今後はこれを利用したサイバーフィジカルシステムの研究開発に取り組むことができる.このため,予定通り研究を進展することで,今後の発展が期待できる.

今後の研究の推進方策

今後は,機械の実稼働データやセンシングデータを活用したパラメータ同定法について検討することで,高精度なデジタルツイン技術を開発する.さらに,デジタルツインを活用した研磨特性の実時間推定手法について検討することで,CMPプロセスのサイバーフィジカルシステムの基盤開発に取り組む.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Parameter Identification for Linear Model of the Milling Process Using Spindle Speed Variation2023

    • 著者名/発表者名
      K. Takahei, S. Miwa, E. Shamoto, N. Suzuki
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 79 ページ: 16-33

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2022.08.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel method to visualize Preston’s coefficient distribution for chemical mechanical polishing process2022

    • 著者名/発表者名
      Yohei Hashimoto; Tatsuaki Furumoto; Takumi Sato, Norikazu Suzuki; Hozumi Yasuda; Satoru Yamaki; Yoshihiro Mochizuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 116502

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac916b

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of the Model Parameter for Milling Process Simulation with Sensor-integrated Disturbance Observer2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takahei, N. Suzuki, E. Shamoto
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 78 ページ: 146-162

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2022.07.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Process state estimation in Chemical Mechanical Polishing (CMP) by inverse analysis of in-process data2022

    • 著者名/発表者名
      N. Suzuki, R. Yamaguchi, Y. Hashimoto, H. Yasuda, S. Yamaki, Y. Mochizuki
    • 雑誌名

      CIRP Annals - Manufacturing Technology

      巻: 71 ページ: 273-276

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2022.04.060

    • 査読あり
  • [学会発表] Advanced simulation technology for next generation CMP2023

    • 著者名/発表者名
      Norikazu Suzuki
    • 学会等名
      The 4th Science Salon - Next Generation Green Power Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CMPにおけるプレストン係数分布の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      橋本洋平
    • 学会等名
      2023年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] 研磨パッドのアスペリティ形状を考慮した砥粒挙動のシミ ュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      石原汰公
    • 学会等名
      2023年度精密工学会春季大会,第30回学生会員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] Experimental investigation on modified Preston model by utilizing stop polishing method2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Sato
    • 学会等名
      The International Conference on Planarization Technology (ICPT 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] State estimation of CMP process using model-based simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Kodai Hirano
    • 学会等名
      The International Conference on Planarization Technology (ICPT 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] CMP simulation technology2022

    • 著者名/発表者名
      Norikazu Suzuki
    • 学会等名
      Asia Pacific Semiconductor Packaging Symposium
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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