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先端分野における研磨加工

　研磨に関係のない工業製品はないと言えるほど、研磨技術は広く活用され、製品の高付加価値化を牽引しています。半導体装置、情報通信機器、光学機器などの小型・軽量化、緻密・高機能化に伴い、それらの部品に対する高品位、高精度化の要求はますます大きくなっています。そのコア部品の仕上げ工程として、高精度、高精密研磨加工が不可欠となっているのに加え、大量生産に伴う加工効率やコスト、環境対応などからも高付加価値研磨技術に対する要求が強まっています。
　本調査レポートは、研磨加工技術について以下の点に重点をおいてまとめたものです。

★ 研磨剤（砥粒）の必要条件、最新の砥粒に関する技術動向を解説。
★ 機械的研磨技術の新しい技術を紹介。
★ 砥粒などを使わない化学的作用を使う化学的研磨の新しい技術を紹介。
★ 化学機械研磨（CMP）に関して、機械装置、部材までを詳述。更に次世代化学機械研磨技術を展望。半導体用途以外についても解説。
★ 次世代超精密複合研磨としてのイーイーエム（EEM）、メカノケミカルポリシング（MCP）の技術を紹介。
★ 現在発展中の電解砥粒研磨、電気粘性流体援用研磨、磁気研磨、超音波研磨などのエネルギー場援用研磨技術を紹介。
★ シリコンウエハの薄化、微細穴加工などの研磨加工実例を紹介。
★ 化学機械研磨技術に関する出願特許を5つのカテゴリーに分類し、技術動向を解説。


　　　　□体裁　A4判426ページ
　　　　□定価　71,400円(本体68,000円、消費税3,400円)
　　　　□送料　弊社負担
　　　　□発行　2009年11月

章　目　次

序論　研磨加工技術
第1章　概説
第2章　砥粒(研磨材)の種類と特徴
第3章　機械的研磨
第4章　化学的研磨
第5章　化学機械研磨(CMP)
第6章　超精密複合研磨
第7章　エネルギー場援用研磨
第8章　研磨加工の実際
第9章　特許文献からみたCMP技術

詳　細　目　次


序論　研磨加工技術		 1
　序論　引用文献 3

第1章　概説		 4
　1.1　研磨加工の特徴と目的 4
　1.2　遊離砥粒研磨 5
　　1.2.1　ラッピングとポリシングの比較 5
　　1.2.2　基本的ラッピング 8
　　1.2.3　基本的ポリシング 9
　　1.2.4　超精密ポリシング 10
　　　(1)　超精密ポリシング技術の位置づけ 10
　　　(2)　代表的な超精密ポリシング法 11
　　　(3)　基本的加工原理 12
　　　(4)　化学機械研磨(CMP) 13
　1.3　研磨技術の最前線 18
　　1.3.1　超精密研磨技術 18
　　1.3.2　研磨技術の新潮流 20
　第1章　引用文献 21

第2章　砥粒(研磨材)の種類と特徴		 22
　2.1　砥粒としての必要条件 22
　　2.1.1　硬度 23
　　2.1.2　靭性 23
　　2.1.3　形状 24
　　2.1.4　その他の特性 24
　　　(1)　嵩密度 24
　　　(2)　化学分析値、密度 24
　　　(3)　親水性、pH値、焼結度 24
　　　(4)　高温硬度 24
　　　(5)　化学反応性 24
　2.2　人造砥粒 25
　　2.2.1　ダイヤモンド 27
　　　(1)　ダイヤモンドの性質 27
　　　(2)　ダイヤモンド砥粒 29
　　2.2.2　新規ダイヤモンド 33
　　　(1)　導電性ダイヤモンド 33
　　　(2)　ナノサイズダイヤモンド 36
　　2.2.3　立方晶窒化ホウ素(CBN) 37
　　2.2.4　酸化アルミニウム(アルミナ) 42
　　2.2.5　炭化ケイ素 42
　　2.2.6　酸化セリウム 42
　2.3　天然砥粒 43
　　2.3.1　コランダム、エメリー 44
　　2.3.2　ガーネット(ザクロ石) 44
　　2.3.3　ケイ石、ケイ酸 44
　　2.3.4　天然ダイヤモンド 45
　2.4　一般砥粒 45
　　2.4.1　セラミック系研磨材 46
　　2.4.2　ガラス系研磨材 48
　　2.4.3　金属系研磨材 49
　　2.4.4　樹脂系研磨材 50
　　2.4.5　植物系研磨材 51
　第2章　引用文献 53

第3章　機械的研磨		 54
　3.1　ELID研削 54
　　3.1.1　ELID法の原理と適用 54
　　3.1.2　ELID法による超平滑鏡面研削 56
　　3.1.3　ELID研削と磁気流体研磨(MRF)を組合せた超精密研磨加工 57
　　3.1.4　ELID研削用ラバーボンド砥石 61
　3.2　ダイヤモンドペレット研磨(DPG) 63
　　3.2.1　DPGの研磨特性 63
　　3.2.2　DPGのシミュレーション 66
　3.3　ラッピング 67
　　3.3.1　ラッピングの加工メカニズム 68
　　3.3.2　ラッピング加工中における砥粒、ラップ定盤、加工物の挙動 70
　　　(1)　加工量や製品精度の要因 70
　　　(2)　砥粒の保持と高い精度と加工能力を持つラップ定盤の要件 70
　　　(3)　可視化技法による検証 72
　　3.3.3　ラップ定盤修正用砥石 74
　　3.3.4　ラッピングにおける振動発生とその対策 76
　　3.3.5　砥石ラッピング 79
　　　(1)　シリコンウエハ湿式鏡面研磨用PVA砥石 80
　　　(2)　マイクロカプセル添加砥石 81
　　　(3)　フッ素樹脂砥石 84
　　　(4)　発泡性水ガラス砥石 86
　3.4　ホーニング 87
　　3.4.1　ダイヤモンド砥粒砥石によるファインセラミックのホーニング 87
　　3.4.2　超砥粒ホーニング砥石のドレッシング 92
　　3.4.3　ホーニングの電解による表面仕上げ 96
　3.5　バフ研磨 100
　　3.5.1　バフ研磨工程の分類と研磨の方法 100
　　3.5.2　研磨工具 101
　　3.5.3　バフ研磨剤 102
　　3.5.4　研磨装置 103
　3.6　ブラシ研磨 104
　　3.6.1　アルミナ繊維ブラシによる鏡面ブラシ研磨 105
　　3.6.2　桃粉を利用した鏡面ブラシ研磨 108
　3.7　バレル研磨 110
　　3.7.1　バレル研磨法の種類 111
　　　(1)　回転バレル研磨法 111
　　　(2)　振動バレル研磨法 112
　　　(3)　遠心バレル研磨法 112
　　　(4)　流動(渦流)バレル研磨法 113
　　3.7.2　バレル研磨加工条件 113
　　3.7.3　バレル研磨面の特徴 115
　　3.7.4　ドライバレル研磨法 117
　　3.7.5　磁気バレル研磨法 121
　　　(1)　磁界中のメディアの運動 121
　　　(2)　精密部品のバリ除去手法 121
　3.8　噴射研磨 124
　　3.8.1　噴射加工の原理 124
　　3.8.2　鏡面ショット研磨 125
　　3.8.3　エアロラップ法 127
　　3.8.4　氷粒ブラスト法 128
　　3.8.5　アブレシブジェット加工の新展開 130
　　3.8.6　高速流動研磨法 131
　第3章　引用文献 134

第4章　化学的研磨		 135
　4.1　化学研磨 135
　　4.1.1　化学研磨と電解研磨 135
　　4.1.2　化学研磨の特徴 137
　　4.1.3　化学研磨によるバリ取り 138
　　4.1.4　チタンの化学研磨による鏡面仕上げ 141
　4.2　電解研磨 144
　　4.2.1　電解研磨と電解砥粒研磨のメカニズム 144
　　4.2.2　各種金属の電解研磨 146
　　　(1)　アルミニウム金属 146
　　　(2)　マグネシウム合金 148
　　　(3)　ステンレス鋼 149
　　　(4)　チタン金属 150
　　4.2.3　電解研磨による微小金属片作成 150
　　4.2.4　大量処理用電解研磨装置 153
　　4.2.5　超フラットメタル電解砥粒研磨 156
　第4章　引用文献 158

第5章　化学機械研磨(CMP)		 159
　5.1　半導体の機械加工技術とCMP 159
　　5.1.1　半導体の機械加工技術 159
　　5.1.2　半導体プロセスにおけるCMPとその適用 160
　5.2　半導体CMP装置 164
　　5.2.1　CMP装置の変遷と求められる機能・性能 164
　　　(1)　平坦性 164
　　　(2)　均一性・安定性 165
　　　(3)　欠陥抑制 166
　　　(4)　生産性 167
　　5.2.2　CMP装置の構成 167
　5.3　CMP技術 169
　　5.3.1　概要 169
　　5.3.2　原理 171
　　5.3.3　プロセス要素 171
　　5.3.4　シミュレーション 173
　5.4　平坦化CMP 175
　　5.4.1　平坦化技術の動向 175
　　5.4.2　Low-k膜CMP 178
　5.5　各種CMP 182
　　5.5.1　ウエハCMP 182
　　5.5.2　デバイスウエハCMP 188
　　5.5.3　ILD-CMP 189
　　5.5.4　STI-CMP 190
　　5.5.5　W-CMP 191
　　5.5.6　Cu-CMP 191
　　　(1)　Cu-CMPの概要 191
　　　(2)　Cu-CMPの化学 193
　　　(3)　Cu-CMPの特性 194
　　　(4)　Low-k材料への対応 195
　　5.5.7　バリアメタル膜CMP 195
　5.6　次世代CMP技術の開発 196
　　5.6.1　半導体技術開発の将来動向 196
　　5.6.2　低圧CMP 197
　　5.6.3　ECMP 200
　　5.6.4　エアギャップ配線 205
　　5.6.5　CNT-CMP 206
　　5.6.6　密閉型CMP 207
　　5.6.7　STP 209
　5.7　CMPスラリー 212
　　5.7.1　各種スラリーとその特性 212
　　　(1)　D-processのCu/Low-kダマシンプロセス用スラリー 213
　　　(2)　日立化成工業のCu/バリア膜用スラリー 215
　　　(3)　SiC(シリコンカーバイト)基板用スラリー 216
　　　(4)　セリアスラリー 217
　　5.7.2　スラリー供給装置 219
　　　(1)　三菱化学エンジニアリングのスラリー供給装置 219
　　　(2)　エム・エフエスアイのスラリー混合・供給装置 220
　　　(3)　東横化学のスラリー供給装置 220
　　5.7.3　スラリーの流れ 221
　　　(1)　スラリー流れ可視化実験 221
　　　(2)　スラリー流れシミュレーション 224
　　5.7.4　粒度分析 225
　　　(1)　日機装のレーザー回折・散乱法マイクロトラック粒度分析計 225
　　　(2)　日機装の動的光散乱式ナノトラック粒度分析計 227
　　　(3)　米国PPS社の個数カウント法粒度分析計 229
　　　(4)　米国PPS社の個数カウント法＋動的散乱法粒度分析計 229
　　　(5)　米国Matec Applied Sciences社の超音波減衰方式濃厚系粒度分布測定装置 230
　　　(6)　ベックマン・コールターの細孔電気抵抗法(コールター法)粒度分布測定装置 231
　5.8　パッド 234
　　5.8.1　パッドの種類 234
　　5.8.2　CMPパッド材の要件 236
　　　(1)　研磨パッドの機能 236
　　　(2)　平坦性 236
　　　(3)　均一性・再現性 238
　　　(4)　欠陥低減 239
　　　(5)　生産性 239
　　5.8.3　各種CMP用パッドへの要求事項と課題 239
　　　(1)　酸化シリコン膜のILD(Inter Layer Dielectrics：層間絶縁膜)CMP用パッド 239
　　　(2)　酸化シリコン膜のSTI(Shallow Trench Isolation：素子分離膜)CMP用パッド 240
　　　(3)　Cu/Low-k材CMP用パッド 240
　　　(4)　ワイドギャップ半導体材料の研磨 241
　　5.8.4　パッドと研磨特性 241
　　　(1)　パッド物性と研磨性能 241
　　　(2)　パッド表面状態と研磨性能 242
　　　(3)　パッド空孔と研磨性能 243
　　5.8.5　砥粒内包パッド 244
　　　(1)　シリカ砥粒内包パッド 244
　　　(2)　キレート樹脂を用いた砥粒内包パッド 247
　　　(3)　LHA構造の砥粒内包パッドによるILDとSTIの研磨 249
　　　(4)　LAH構造の砥粒内包パッドによるSiC単結晶の研磨 255
　　　(5)　ダイヤモンド砥粒内包フィルム 259
　　5.8.6　導電性カーボンパッド 259
　　5.8.7　溝つき無発泡パッド 262
　5.9　コンディショニング 264
　　5.9.1　コンディショニングの種類 264
　　5.9.2　研磨パッドのダイヤモンド・コンディショナーによるコンディショニング 265
　　5.9.3　高圧マイクロジェット(HPMJ)パッドコンディショニング 266
　　5.9.4　ダイヤモンド・パッド・コンディショナーの種類 268
　　　(1)　ニッケル電着タイプ 268
　　　(2)　ロウ付けタイプ 269
　　　(3)　セラミックタイプ 269
　　5.9.5　次世代ダイヤモンド・パッド・コンディショナー 269
　　　(1)　CVDコンディショナー 270
　　　(2)　樹脂コンディショナー 270
　　　(3)　Rタイプ・コンディショナー 271
　5.10　後洗浄 272
　　5.10.1　LSI製造工程における洗浄 272
　　　(1)　化学的洗浄 273
　　　(2)　物理的洗浄法 273
　　　(3)　新規洗浄法 273
　　5.10.2　各種CMP法における後洗浄 274
　　　(1)　STI-CMP洗浄 274
　　　(2)　W-CMP、Cu-CMP洗浄 274
　　　(3)　ポリシリコンCMP洗浄 274
　　　(4)　Low-k CMP洗浄 275
　　5.10.3　後洗浄での添加剤の効果 276
　　5.10.4　各社の後洗浄剤 278
　　　(1)　関東化学のCu/Low-k用CMP後洗浄剤 278
　　　(2)　三菱化学のCu/Low-k用CMP後洗浄剤 279
　　　(3)　三洋化成工業のCu/Low-k用CMP後洗浄剤 279
　5.11　半導体用以外のCMP 280
　　5.11.1　半導体デバイスとMEMSデバイス 280
　　5.11.2　MEMSデバイス用CMP 281
　5.12　各社のCMP装置 283
　　5.12.1　荏原製作所の「F-REX300S Ⅱ」 283
　　5.12.2　アプライドマテリアルズの「Applied Reflexion LK Ecmp」 283
　　5.12.3　ストラスラバーの「nTrepid」 285
　　5.12.4　ロジテックの「CDP」 286
　　5.12.5　BBS金明の「e-CMP300」 288
　　5.12.6　スピードファムの「EPD300-X」 290
　第5章　引用文献 292

第6章　超精密複合研磨		 295
　6.1　EEM 295
　　6.1.1　EEMの加工原理と加工環境 295
　　6.1.2　EEMの加工特性と加工表面の評価 296
　　6.1.3　EEMによる硬X線ナノ集光用ミラー作成 300
　6.2　メカノケミカルポリシング(MCP) 301
　　6.2.1　MCPの加工原理と特徴 302
　　6.2.2　高機能材へのMCPの適用 303
　　　(1)　サファイア 304
　　　(2)　シリコン 306
　　　(3)　窒化ケイ素と炭化ケイ素 308
　　6.2.3　光触媒反応を利用したMCP 311
　第6章　引用文献 312

第7章　エネルギー場援用研磨		 314
　7.1　電界砥粒研磨 314
　7.2　電気粘性流体援用研磨 316
　　7.2.1　加工原理 316
　　7.2.2　マイクロ研磨加工 319
　7.3　磁気研磨 321
　　7.3.1　磁性体ピンメディアを用いた磁気研磨 322
　　7.3.2　MCF流体を用いたナノレベル磁気研磨 323
　　7.3.3　MRF流体を用いたマイクロ磁気研磨 326
　　7.3.4　ガスアトマイズ磁性砥粒を用いた磁気研磨 328
　7.4　超音波研磨 329
　　7.4.1　超音波援用研削加工 329
　　7.4.2　超音波振動援用マイクロ超精密研磨 331
　　7.4.3　電気粘性流体援用マイクロ超音波加工 334
　　7.4.4　砥粒レス超音波研磨 335
　7.5　紫外線励起研磨 336
　　7.5.1　紫外線励起研磨加工 336
　　7.5.2　紫外線励起研磨加工の機構推論 337
　第7章　引用文献 338

第8章　研磨加工の実際		 339
　8.1　難加工高機能材料の超精密砥粒加工 339
　　8.1.1　材料物性と研磨加工特性 339
　　8.1.2　炭化ケイ素の研磨 341
　　8.1.3　蛍石の研磨 344
　8.2　製品の高機能化と高品質化のためのバリ取り・エッジ仕上げ加工 345
　　8.2.1　バリ抑制技術とバリ取り技術 345
　　8.2.2　物理的エネルギー加工によるバリ取り 352
　　　(1)　流動バレル研磨 352
　　　(2)　液体ホーニング 353
　　　(3)　ブラッシング 354
　　8.2.3　磁気バレルによるバリ取り 356
　　8.2.4　化学的エネルギーによるバリ取り 358
　8.3　ハイテク部品の超精密研磨加工 359
　　8.3.1　シリコンウエハの薄化 359
　　8.3.2　水晶の超薄化 361
　　8.3.3　ハサミゲージ 365
　　8.3.4　大型フラットパネル 367
　　8.3.5　マイクロパターニング 373
　8.4　複合加工による微細穴の研磨加工法 376
　　8.4.1　微細放電による表面改質と砥粒研磨の複合加工による方法 376
　　　(1)　微細穴放電加工の加工特性 377
　　　(2)　微細穴壁面の遊離砥粒研磨特性 377
　　8.4.2　酸化による表面改質と砥粒研磨の複合加工による方法 379
　8.5　点接触研磨法による精密光学部品加工 382
　8.6　HDD用磁気ヘッド量産研磨技術 384
　第8章　引用文献 387

第9章　特許文献からみたCMP技術		 389
　9.1　2006年までの出願特許にみる技術動向 389
　9.2　2007年及び2008年出願特許にみる出願及び技術動向 405
　　9.2.1　スラリー関連技術 406
　　9.2.2　パッド関連技術 412
　　9.2.3　装置・方式関連技術 415
　　9.2.4　ドレッシング・コンディショニング関連技術 418
　　9.2.5　終点検出関連技術 421
　　9.2.6　CMP技術一般 423
　第9章　引用文献 426
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