用途拡大が進むシリコンの最適な加工システム

「高精度で最適な表面仕上げ」が求められる用途でのメリット

はじめに

世界中の研究開発や製造の現場で、シリコン材料の精密加工にロジテック社の精密切断機、精密ラッピング・ポリシング機をお使い頂き、そのメリットを広くご認識頂いています。
半導体関係、光学関係を問わず、ウエハーやチップ、或いは赤外線窓やポリマー光導波路等の製造的を射た設計とスタンダード機として製造したロジテック社の装置をお使い頂き、お使い頂いたお客様の製品に最高の品質をもたらしています。

この章では、ロジテック社がシリコン加工用に開発した多様な技術を、APD1やAXL1精密切断機やPM5研磨機を使いながら、簡単にご紹介します。
ここでは、ロジテック社の最新の精密で応用性の高い機械技術を生かして、いかにお客様が必要なサンプル、例えば断面研磨、裏面薄化、デレイヤーリング、プラナリゼーション(平坦度切削)、を準備できるか、その方法を概説します。
また、お客様が作成されるサンプルの平面性、平坦度、表面仕上げ等、ご購入後も改善をお続け頂ける事、更には、一層ご安心いただけるロジテック社の充実したカスタマーサポートと十分な技術移転についてもご説明します。

用途分析

先ずお客様とお話し合いをしながら使用すべき機械、専用アクセサリーや操作技術を選び、お客様個々の課題に対して最良の解決策となる基本を作ります。
このお話し合いで、製造数量、サンプル形状、表面仕上げ、必要な加工精度などの詳細が解ります。
時にはお客様の生産工程案を開示頂く事が必要ですが、知的財産に関わる情報の守秘には万全を尽くします。

ロジテック社はお客様のご要求内容を分析させて頂いた後、その用途に適した装置をご提案し、最適な加工技術と機械システムについての正式見積をお出しします。
この加工技術には、以下の工程が含まれます。

  • ウエハーラッピングとポリシング
  • 光導波路製造用基板の準備
  • 表面層のプラナリゼーション(平坦度切削)
  • 断面研磨(物理欠陥解析等)
  • デレイヤーリングまたはポリシング

ロジテック社は独自のコンサルテーション型アプローチにより、最適で最新の機械システムをお奨めし、それをお使いいただくことによりお客様に最良の結果をもたらします。

開発試作用か、大規模製造用か

ロジテック社のシステムは、生産量の増加に対応できるように設計されています。
従って、プロジェクト開始時には1台の単体のワークステーション装置でスタートし、必要に応じて後で単体または複数のワークステーションを追加する事ができます。
これには開発当初の投資を押さえ、残りを生産増加が必要な時に複数装置を追加する為に使え、複数装置使用での失敗による損失を最小限に抑えられるという二つの大きなメリットがあります。
特にデリケートで高価な材料を加工する場合には、失敗による損失が無駄になりません。
また、各装置は数量や産出量の増加に応じて他の工程で使う事も可能です。

プロジェクトが進むとより高い精度が求められるかも知れません。
この場合も同じように、より高精度のアクセサリーを当初のシステムに追加するだけで済みます。
通常、お手持ちの機械は簡単にグレードアップでき、陳腐化しません。

数量

シリコン加工物の週当たり産出量は、システム規模、設定された工程、機械を扱うオペレーターの技量など、様々な要因で変わります。
下表は、PM5またはLP50システムを使った場合のシリコン・ラッピングや研磨加工のサンプル産出量の概算です。
また、APD1精密切断機でブールからウエハーをスライスする時の能率も示してあります。

装置と工程 サンプル直径 90mm塊
⇒ウエハー100枚裁
切削量/分 産出量/週
APD1精密切断機 2″径ブール 6時間 ―― 800ウエハー
APD2精密切断機 3″径ブール 7.2時間 ―― 600ウエハー
PM5ラッピング 4″径ブール ―― 60ウエハー
PM5ラッピング 2″径ブール ―― 100ウエハー
PM5ポリシング 4″径ブール Ra to <100nm Ra to <100nm 40ウエハー
PM5ポリシング 2″径ブール Ra to <100nm Ra to <100nm 80ウエハー
LA50オートラッピング/3治具 4″径ブール ――― 144ウエハー
LA50オートラッピング/3治具 2″径ブール ――― 204ウエハー
LA50オートポリシング 4″径ブール Ra to <100nm Ra to <100nm 100ウエハー
LA50オートポリシング 2″径ブール Ra to <100nm Ra to <100nm 180ウエハー

ロジテック社のLP60システムで直径6″(152mm)迄のサンプル加工が可能。

柔軟性と適応性

ポリマー光導波路、赤外線窓や人工衛星用太陽電池基板等は、シリコンを含むロジテック社の材料加工システムがサポートする多くのアプリケーションの一例です。
装置の基本構成は、光電子材料用も半導体用も、異なる形状、多様なサイズのサンプルを反復して作れるように設計されています。
更にロジテック社製品では、シリコンの加工、切断、成形、表面仕上げ用システムを少し変えるだけで、他のⅡ-Ⅵ族材料や多様なⅢ-Ⅴ族半導体複合材用に再活用できます。

技術移転

ロジテック社のラボでの研修/技術実習には、装置やウエハーの取り扱い、ボンディング、測定、加工調製等が含まれ、オペレーターはこれらに習熟できます。
長年の経験から、使用説明書だけではオペレーターに必要な点を細かく伝えるのは困難だと解っています。
集中的な個別研修や実習により初めてロジテック社のシステムを効率よくご活用頂ける安定した基礎ができあがります。この観点からロジテック社はどの様な結晶材料加工の時でも、システム操作全般とメンテナンスを含む3日間の研修コースを用意しています。
このコースの中には、それぞれの加工技術を磨く加工実習も入れてあります。
このような独特のアプローチによりシステムのお客様の現場への導入がスムーズに行えます。

カスタマーサポート

ロジテック社はシステムが設置後も順調に稼働するように、販売後も高レベルのサポートをお約束し、お問い合わせには迅速かつ効率的に対応します。
当社のカスタマー・サービス部門の専門家は技術的にも技量的にも、あらゆる形の問題を解決できるように十分習熟しています。
つまり当社は、「遅滞なく損傷部品を交換して、お客様のご不便を最小限にする」というポリシーを掲げ、問題には直ちに対応します。

幅広い分野で使用できる精密加工装置

ウエハーと基盤の調整

3ワークステーション付きLP50オートラッピング機、複数のシリコン/サンプルを高精度裏面ラッピング

薄い、或いは極薄のウエハー・デバイスの製作には、お客様の製造工程全体にウエハーのラッピング、ポリシング、裏面薄化、形状調整等を行うユニークなロジテック社の加工システムを加え、課題を解決してください。

この用途では、以下のオプションを工程に加えると適切な組合せになります。

  • ブールのウエハースライシング工程
  • ウエハー保持板への接着(精度は高・中・低がある)工程
  • シングルまたはマルチのワークステーション機を使う治具制御ラッピング/ポリシング工程

光電子素子の製作などのように、次工程にダイシングがある場合は、以下のオプションが必要です。

  • ウエハーから素子基板を切り出すタイシング工程
  • 個々の素子基板の積層接着工程

シリコンサンプルを所定の均一な厚みに切断するには、APD1またはAPD2精密切断機の内周歯切断や外周歯切断機能が最適です。

APD1の外周歯切断機能で基板材料を所望の形にマルチプル・カッティング APD1ソーの内周歯切断モードでブールから精密スライシング

プラナリゼーション(平坦度切削)と極薄ウエハーの研磨

オペレーターはPM5オートポリシング機の加工データディスプレーを使って精確な目標値をセットし、要求の平坦度を得ることができます

研磨面にシリコン・ウエハーを取り付けたロジテック社のPP5/6治具

PM5オートポリシング機に組込まれたプレートの平坦度自動制御機能は、プラナリゼーション(平坦度切削)工程で選択したレイヤーを効率的に除去する場合に理想的です。
この技術は、大型の4インチや6インチのシリコン・ウエハーを全く傷つけずに、その表面を要求水準の平面性になるように平滑にし、かつ光電子チップを隔離する事が出来ます。
この技術に適した応用としては、酸化または金属化材料素子のサブミクロン・オーダーの突起の平滑化や、ディスクリートなエポキシ充填チャネルを作る為にエポキシが塗布されたウエハーの1ないし2層を加工する、等の例があります。
CMPプロセスもロジテック社のシステムとコンパチブルです。

一端目標プレートの形状をPM5オートポリシング機の加工データディスプレーにセットしたら、オペレーターはサンプルをロジテック社のPP5/6治具か真空チャックマウンティング・ブロックに真空チャックします。
真空チャックマウンティング・ブロックは小型のシリコン・ウエハーやチップの研磨にも理想的です。

平面切削に加えて、デバイスを解析するためにシリコン基板の背面をラップ・研磨する事があります。
単一ワークステーションのPM5または、大型装置LP50のPSM1プログラマブル・サンプル・モニターを使うとラッピング工程で精確に材料を取り除く事が出来ます。
シリコン材料背面を最終的にミクロンオーダーで除去するには、PM5またはLP50を使い研磨します。
TEM解析には、最適な表面仕上げを行える極薄ウエハー研磨が理想的です。
ロジテック社のシステムは大変フレキシブルで、僅か20μmの極薄ウエハーや、±2ミクロンのTTVサンプル等を最高の製作速度で作成できます。

断面解析

PM5オートラッピング/ポリシング機ならオペレーターはラッピングもポリシングも最適に制御できます

シリコン・ウエハーの研磨端面のデバイス

多層膜構造の複雑化とその形状の微細化が進み、シリコン・ウエハーの全面、或いはその一部の欠陥の把握や解析には、一層の精確さが要求されています。
断面を精密に端面研磨するとエピタキシャル層内の微小なフラクチュア(割れ)も極めて明瞭に見えてきます。
ロジテック社のシステムの基本はPM5ラッピング・ポリシング装置と保持具をつけたPP5Dであり、最初のウエハー切断にはAPD1またはAPD2ソーが使われます。
ラッピングとポリシングの平坦度自動制御機能付のPM5オートラッピング/ポリシング機も勿論この工程に使えます。
一連のボンディング、測定、コンディショニング用のアクセサリーがこれらの装置の機能を補助します。
APD1/APD2ソーは、ウエハーから要求サイズのセクションを精確に切り出します。
このセクションをラッピングや研磨にかける前に、PP5D治具上で角度調整板を使い、サンプルの傾きを±3°以内に微細に調整します。

解析にはサンプルの精確な範囲を定め、PM5装置でラッピングにより過剰な材料を除去します。
この工程はPP5治具のダイアルゲージで精確にモニターできます。
工程の最終段階として、そのセクションの精密な断面研磨を行い、サンプルの構造が効率よく解析できる形に仕上げます。
その特徴は、

  • 明瞭な露出研磨面
  • 1~2μmの高い平坦度計測値
  • 高い生産性を維持したコスト・パフォーマンスの高い手法

デレイヤーリング(層削減)

PM5オートポリシング機はシリコン、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族材サンプルを高品質にポリシングします

ロジテック社の精密ポリシング技術を使うと、各レイヤーの精確なデレイヤーリングや不良品解析が行えます

シリコン・ベース多層膜回路の特定のメタライズ層や酸化膜層を研磨するには極めて高い精度が要求されます。
ロジテック社は各種の材料で出来ているフィルム層をそれぞれポリシングできる応用性の高いパッケージを開発しました。
これによりウエハー表面に対して露出面を完全に平面を保ちながら、酸化膜層や他の層を除去できます。

PM5オートポリシング機を使えば、研磨深さとサンプルの均一性をサブミクロンの精度で制御でき、これによりウエハー全面の平行性が保たれます。
更に、サンプルの欠陥が飛躍的に見付けやすくなりました。

ロジテック社のPP6治具を使うと、直径4″迄のウエハー、または個々のダイ・サイズ迄の不定形のピースを保持できます。
PP6の角度調節機能と光学技術を使い、加工前に対象ピースの上表面の傾きをチェックします。
そして次のポリシングにより解析対象のレイヤーを露出させます。
このアプローチは以下の様になります。

  • サブミクロン・オーダーでのエピタキシャル層の除去
  • 0.5μmレベルの精度のポリシングで欠陥部へのアクセス
  • PP6治具か真空チャック・マウンティング・ブロックを使い、102mm(4″)ウエハーのデレイヤーリングが可能
  • PP8治具を使い、152mm(6″)ウエハーのデレイヤーリングが可能
  • サブnmレベルの表面ポリシング

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