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高度情報化社会の発展に伴い、LSI(大規模集積回路)のさらなる高密度化が求められている。LSIの高密度化を実現するには基板の高精度平坦化が必要不可欠ある。本研究では、単結晶ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削技術によりLSI基板を高精度に平坦化する技術(プラナリゼーション)を確立させることを目的として研究を行っている。平成18年度では、主に以下の内容について研究を行った。
(1)傾斜切削実験
工具のサイドすくい角を0〜40°の範囲内で変化させ、傾斜切削実験を行った。切削抵抗や切削温度、表面性状および切りくず形態を測定・観察した。その結果、傾斜切削による金バンプバリ生成の抑制効果やレジスト剥離や切りくず溶着の低減効果について確認した。また、傾斜切削による切削機構の変化を有限要素法によりシミュレーションし、切削メカニズムを検討した。
(2)切削条件の最適化
切込み量、送り量、工具すくい角、機械主軸回転数および冷却用空気の噴射方向などをそれぞれ変化させて、切削特性に及ぼす影響を実験的に調査した。加工面の平坦度、表面粗さおよび加工能率の3つの面から各条件での切削特性を総合的に測定し評価をすることで、最適な加工条件の範囲を特定した。また、レジストの熱的特性を考慮した3次元切削モデルおよび脆性・延性遷移モデルを提案した。
(3)バンプ接合性能評価
実際に試作したLSI基板を用いて、半導体デバイスメーカの協力を得てバンプの低ストレス(低温・低荷重)接合実験を行った。その結果、CMP平坦化された基板と同程度の低ストレスでも圧着接合が実現できることを確認した。
本研究より、ダイヤモンドバイトを用いたLSI基板の高精度平坦化技術の実用化の可能性が示され、本技術に関連する設備開発やプロセス改善に有意義な情報を提供できた。