2017 Fiscal Year Research-status Report
新たなスラリー分布制御技術による高効率加工技術のメカニズム解明
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16K06030
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
池田 洋 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90573098)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電界 / CMP / スラリー / 砥粒 / 研磨特性 / 研磨 / シリコン / SiC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体基板などの最終仕上として主流となっているCMPプロセスの高効率化を目指して，電界制御技術を適用した迅速加工技術を開発している．具体的には，電界によって発生する吸引力をスラリーに作用させ，研磨領域からのスラリー飛散を抑制する．これによって工作物に作用させるスラリー（砥粒）を増加させることが狙いである．したがって，電界を与えたときの研磨領域でのスラリー運動特性を把握しそのメカニズムを解明することが本研究の狙いの一つである．つまり，電界条件（印加電圧，周波数）によって，組込む電極の形状・サイズ・配置などを変化させた時の研磨領域におけるスラリー分布などの運動特性を解析しそのメカニズムを明らかにする．
前年度は，水ベース，及びオイルベース両タイプのスラリーを想定し，研磨界面におけるスラリー分布状態を定量的に評価できる手法を確立するとともに，最もスラリー分布が拡大する最適な電界条件，電極形状について基礎的な評価を実施した．なお，従来の研究においては，研磨ヘッドの基板配置を１枚とし，その時のスラリーの分布，及び研磨特性を評価してきたが，本研究では，新たな試みとして，３枚の基板を同角度で配置する方式を採用し，スラリー分布等の観察実験，及び研磨実験を実施している．
本年度は，昨年度実施した電界環境下におけるスラリー分布の観察結果と研磨特性を比較し，電界条件によって変化するスラリー分布と研磨特性の関係を明らかにした．今回実施した研磨実験より，研磨速度には周波数依存性があり，その傾向は前年度に実施したスラリー分布の周波数依存傾向とほぼ一致すること得た．また，最大の研磨速度が得られたときの工作物表面粗さは，無電界と比較しても同等レベルであった．これらのことから，電界による吸引作用が研磨界面のスラリー運動に影響を及ぼし，分布を拡大させる制御として有効に作用したものと考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度は，水ベース，及びオイルベース両タイプのスラリーを想定し，研磨界面におけるスラリー分布状態を定量的に評価できる手法を確立するとともに，最もスラリー分布が拡大する最適な電界条件，電極形状について基礎的な評価を実施した．なお，従来の研究においては，研磨ヘッドの基板配置を１枚とし，その時のスラリーの分布，及び研磨特性を評価してきたが，本研究では，新たな試みとして，３枚の基板を同角度で配置する方式を採用し，スラリー分布等の観察実験，及び研磨実験を実施している．
本年度は，昨年度実施した電界環境下におけるスラリー分布の観察結果と研磨特性を比較し，電界条件によって変化するスラリー分布と研磨特性の関係を明らかにした．研磨特性は，市販の小型片面研磨装置に電界印加機能を追加し，電界環境下での研磨実験を可能としたうえで実施し評価した．なお，このときの工作物はシリコン基板を使用した．その結果，電圧の増加に伴い研磨速度が上昇するとともに，周波数の変化に伴い研磨速度が増減する結果を得た．特に，研磨速度の周波数依存性については，32Hzで最大の研磨速度を示し，これは前年度に実施したスラリー分布の周波数依存傾向とほぼ一致する．また，最大の研磨速度が得られたときの工作物表面粗さは，無電界と比較しても同等レベルであった．これらのことから，電界による吸引作用が研磨界面のスラリー運動に影響を及ぼし，分布を拡大させる制御として有効に作用したものと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに，研磨界面のスラリー分布評価手法を用いて，電界環境下におけるオイルベーススラリーの運動特性，そして水ベーススラリーを使用した場合の研磨特性とスラリー運動特性の関係について評価してきた．今後は，まずオイルベーススラリーを使用した場合の研磨特性を評価し，印加電圧，および印加周波数などの電界条件変化させたときのスラリー分布との相関性を得る．さらに，研磨ヘッドの揺動機構を具備したスラリー観察実験装置の立ち上げを完了させ，揺動条件がスラリー分布に及ぼす影響について評価するとともに，研磨ヘッドの揺動動作を反映させたときの研磨特性を評価し，揺動条件を含めた研磨条件と電界条件との関係を検証する．また，必要に応じて砥粒密度（濃度）分布を加味したスラリー分布評価を行う．これらの評価結果を総合的に解析することによって，スラリー分布制御技術による高効率研磨加工技術のメカニズムを解明する．
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| Causes of Carryover |
今年度は，まず，２８年度に開発したスラリー分布状態の評価手法を適用し解析した研磨界面の分布状態(分布面積)と研磨特性の関係を明らかにした．そのために，電界を印加しながら研磨実験を可能とする環境を整備し，研磨特性を評価することを優先した．そのため，研磨ヘッドを揺動させる機構の製作が間に合わず，来年度への持ち越しとなった．来年度は早急に研磨ヘッドの揺動機構を具備したシステムを導入するとともに，研磨試料，ポリシングパッドなど必要な副資材の購入を行う．
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