2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of CMP Mechanism of GaN Wafer and Development of High-Efficiency & High-Quality CMP Machine using Fixed Abrasive Tape
Project/Area Number |
16H02305
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
厨川 常元 東北大学, 医工学研究科, 教授 (90170092)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋田 慶太 東北大学, 工学研究科, 助教 (30633383)
水谷 正義 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50398640)
久保 百司 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90241538)
今野 豊彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90260447)
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Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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Keywords | GaN / CMP / ナノバブル / 分子動力学シミュレーション / テープ研磨加工 / 紫外線援用加工 / OHラジカル / サブサーフェースダメージ |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、窒化ガリウム(GaN)半導体基板の高能率・高品位最終仕上げ研磨加工を実現するために、量子分子動力学法によるGaN基板表面の反応ダイナミクスの解明と、その知見に基づく新しい加工法の提案、並びにそれを実現させるための加工装置を開発することである。本手法のオリジナリティーは下記の点にある。1.Ga原子を効率的に引き抜くために必要なOHラジカルを大量に生成させ、加工局部に長く滞在させる手法を開発する。2.効率的にGa原子を引き抜くことができる砥粒の選定、並びにそれを樹脂フィルム上に固定させたCMPテープ(化学機械作用を誘起する砥粒を固定化した研磨テープという意味で、以下、CMPテープと称する)を開発する。3.OHラジカルを供給してGaN基板表面を酸化させながら、CMPテープを基板に押しつけ研磨するテープCMP加工装置を開発する。以上の結果、GaNウエハの研磨加工時間1時間以内を実現することを目指す。 H28年度は量子分子動力学法によるGaN基板表面の反応ダイナミクスのシミュレーションプログラムの開発、その知見に基づく加工法の提案、並びにそれを実現させるための加工装置を設計試作した。具体的には主として、Ga原子引き抜き過程、OHラジカルの生成反応過程に関して量子分子動力学シミュレーションを行うとともに、反応しやすい砥粒の選定を行った。同時にテープCMP加工装置を設計試作するとともに、簡単なテスト研磨実験を行った。一方、ナノバブル発生、並びに紫外線を援用したOHラジカルの高濃度発生供給装置を試作し、性能評価を行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1.Ga原子引き抜き過程の反応ダイナミクス解明と最適砥粒選定:量子分子動力学シミュレーションを用いてGaN基板表面からのGa原子引き抜き過程の可視化を行うとともに、ナノダイヤモンドが高能率にGa原子を引き抜くことを明らかにした。 2.OHラジカルの高濃度発生供給装置の設計試作:OHラジカルの寿命は極端に短いため、加工部近傍に大量に高密度で供給滞留させる方法の開発が必要不可欠である。そこで、一つは加工液として使用する酸素水や過酸化水素水への深紫外線照射装置を試作した。またもう一つの方法として、加工液中に酸素やオゾンのナノバブルを発生させる装置を導入し、性能試験を行った。ナノバブル径測定及び寿命評価を行った結果、ナノバブル径が当初予想(100-200nm程度)よりも小さく既設装置(レーザ粒径測定装置)の仕様では測定精度が不十分であることが判明した。 3.CMPテープ、並びにテープCMP加工装置の設計試作:最適砥粒を、PETフィルム上に半固定化した研磨テープの基本設計を行った。これは微細パターンを有するポリウレタン樹脂にナノダイヤを緩く結合させた砥粒層を複合させた構造を有する。一方、このCMPテープを連続供給しながら加工するテープCMP加工装置を試作した。工作物の回転と送りは、超精密空気静圧スピンドル、並びに1nm分解能の3軸移動機構を有する既設の加工機をベースにして作製した。 4.テープCMP加工シミュレーション:研磨条件を最適化するために、研磨テープやコンタクトホイール(ゴムロール)の弾性変形を考慮し、統計的研削理論を用いて作用砥粒切れ刃密度、仕上面粗さ、研磨抵抗等を計算するプログラムを開発した。 5.CMP研磨実験、並びに研磨性能:GaN基板をテープCMP加工し、その研磨特性に関して検討を開始した。
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Strategy for Future Research Activity |
1.H28年度は、主としてテープCMP加工装置の試作を行った。今後は設計したCMPテープの試作、紫外線援用+ナノバブル援用加工実験を行い、その加工性能への影響、加工表面への影響、加工ダメージへの影響を検討する予定である。 2.導入したナノバブル発生装置により発生させたナノバブルの径測定及び寿命評価を行った結果、ナノバブル径が当初予想(100-200nm程度)よりも小さく既設装置の仕様では測定精度が不十分であることが判明した。そのためH29年度では、新たな測定装置の仕様を策定した上で、装置を導入、評価する。 3.量子分子動力学シミュレーション、並びに加工シミュレーション、研磨加工実験、加工評価は引き続き行う予定である。
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Research Products
(5 results)