超平滑化・超洗浄プロセッシングにおける分子オーダ基盤技術の確立

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206085
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 東谷 公 京都大学, 工学研究科, 教授 (10039133)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新戸 浩幸 京都大学, 工学研究科, 助手 (80324656) ; 神田 陽一 京都大学, 工学研究科, 助手 (60243044) ; 宮原 稔 京都大学, 工学研究科, 助教授 (60200200) ; 飯村 健次 姫路工業大学, 工学研究科, 助手 (30316046) ; 鈴木 道隆 姫路工業大学, 工学研究科, 助教授 (20137251)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 摩擦力 / 水和層 / LFM

Research Abstract

半導体デバイスの高性能化に欠かせない高集積化を支えているのが、シリコンウエハの超平坦化技術、すなわち超精密研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技術、並びに研磨後の付着物質の超洗浄(Post-CMP)技術である。本研究は、これらのプロセスにおいて作用している分子オーダのメカニズムを明らかにすることを目的としている。
まず第一段階として、研磨能力に影響すると考えられる横方向の摩擦力を検討するため、LFMを用いて、水溶液中の雲母板およびシリコンウエハに対して、シリカ表面とどのような摩擦力が作用するかを測定した。すなわち電解質種類ならびに電解質濃度と摩擦力の関係を検討した。いずれの電解質においても高い電解質濃度では、表面の潤滑性が高く、濃度とともに摩擦力が減少することを明らかにした。また表面の走査速度すなわち研磨速度と摩擦力の関係は、負に帯電した表面に吸着したカチオン濃度と表面に存在する水和層が決定的に影響を与えていることを明らかにした。これらの結果を説明する理論的裏付けを得るため、高濃度電解質溶液を仮定して表面間力の推算を行う計算機シミュレーションプログラムの開発を試みた。本年はプロトタイプまで開発を行ったが、本プログラムを用いて表面に吸着した水和カチオン層が立体斥力として作用することを示した。
またこれとは別に、微粒子の付着性を検討した。表面と反対符号に帯電した微粒子は表面に付着し、長距離性の引力相互作用を発生させる。本年はAFMを用いて、粒径3μmのシリカ粒子によるコロイドプローブを研磨粒子に見立て、表面間引力の作用範囲と電解質濃度および付着した研磨粒子の粒径の関係を明らかにした。

Research Products

• [Publications] Hiroyuki Shinto: "Langevin dynamics simulations of cationic surfactants in aqueous solutions using potentials of mean force"Langmuir. 20(5). 2017-2025 (2004)
• [Publications] Minoru Miyahara: "Adsorption and order formation of colloidal nanoparticles on a substrate : A Brownian dynamics study"Journal of Chemical Physics. 120(3). 1524-1534 (2004)