プラズマ援用研磨プロセスによる単結晶GaN基板の高能率無歪加工

Research Project

Project/Area Number	22K20410
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	孫栄硯大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (50963451)
Project Period (FY)	2022-08-31 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	プラズマ援用研磨 / 窒化ガリウム（GaN）
Outline of Research at the Start	本研究では、GaN基板に対するスラリーを用いない革新的な高能率無歪研磨を実現できる「プラズマ援用研磨プロセス」を実現するとともにその学理を探究する。
Outline of Annual Research Achievements	大面積のGaN基板のプラズマ援用研磨（Plasma-assisted polishing: PAP）においては、プラズマ改質レートを向上するために、プラズマ照射面積を増加するのは一番効率的な方法である。大気圧プラズマより、減圧下でのプラズマは不安定なアーク放電に移行しにくくなり、大面積かつ安定なグロー放電状態を維持しやすい。したがって、今年度は、プラズマ改質レートを増加するため、大気圧PAPの代わりに、減圧PAP装置を立ち上げた。真空チャンバーの圧力及び平板電極とGaNウエハ間の距離の最適化により、減圧下でも安定なグロー放電CF4プラズマが発生でき、2inchのGaNウエハの全面照射が実現できた。X線光電子分光（XPS）によるCF4プラズマ照射前後のGaN基板表面の化学結合状態を分析した。その結果、減圧CF4プラズマ照射によりGaNウエハ全面的にGaF3改質層が形成したことがわかった。次に、改質されたGaNウエハに対して、軟質なCeO2ビトリファイドボンド砥石を用いて研磨実験を行ったところ、GaF3改質層を完全に除去できることも確認できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 減圧雰囲気で大面積かつ安定なグロー放電CF4プラズマを用いて、2inch GaNウエハの全面照射によりプラズマ改質レートの向上を実現でき、軟質CeO2砥石で改質層も除去できたので、計画通りの進捗状況にある。
Strategy for Future Research Activity	今後は、GaNウエハのプラズマ改質レートと反応ガス種、チャンバー圧力、電力密度、基板温度などの相関を調査し、プラズマ改質パラメータを最適化する。また、改質層と砥粒材質の固体間相互作用メカニズムの解明し、砥粒材質、砥粒粒径、ボンド材質、結合強度、気孔率などの砥石パラメータも最適化し、研磨レートと研磨品質の向上を図る。