2017 Fiscal Year Research-status Report
ナノスケール加工現象における作用単粒子の三次元空間追跡法及び粒径計測法の確立
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16K06015
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
カチョーンルンルアン パナート 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (60404092)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 恵友 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (50585156)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 散乱光 / 可視化 / エバネッセント光 / 全反射顕微鏡 / ブラウン運動 / 3次元 / 多波長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
LSI（大規模集積回路）などの基板を平坦化させるCMP（Chemical Mechanical Polishing）加工の材料除去現象は，スラリー中の化学溶液成分により軟弱化した（例えばSiO2等が水酸化された）表面の材料が，化学反応膜に凝着したナノ粒子（粒径数100nm以下）より，取り除かれることで進行すると考えられている．ナノ粒子の機能は機械的に捉えられているが，それらの現象がナノ粒子とスラリー流れがポリシングの微視的挙動に直接影響する．
さらなる高能率加工プロセスを実現するには上述のようにこのポリシング現象を解明する必要がある．そこで本研究は、ナノスケール加工の支配因子と材料除去メカニズムの関係をナノ粒子機能の観点から明らかにするために加工中におけるIn-situ単粒子の粒径の変化を観測可能な手法を確立する．今年度は、昨年度開発した観測装置を用い、粒径100nmのダイヤモンド粒子の三次元位置を観測する実験行い、２秒間の単ナノ粒子の追跡に成功した。
一昨年度まで，一波長のエバネッセント光（本研究では，被加工表面に局在する光）を発生させ，表面に付着した50nm以下の粒径と散乱光強度の関係性を明らかにしてきた．しかし，加工現象では，ナノ粒子が付着・離脱・転動などすると考えられるため，表面に付着前後の瞬間（表面から離れている瞬間）の粒径の変化を求めるため，新たに二波長（複数波長）エバネッセント光を用いた観測・計測手法を提案している．開発した実験装置は，波長450，650 [nm]のレーザ光源が設置され，観測対象である被加工表面に対し，同時に入射される．発生したナノ粒子からの各々の波長の散乱光強度をカラーデジタルカメラで観測し，複数波長の散乱光強度の対数比を取得することにより、取得画像の２次元平面の情報に加え、３次元目の深さ（高さ）情報を20nm程度の分解能で観測することができた。
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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
前述のように２波長目の定在エバネッセント光により、100nmのダイヤモンド粒子のブラウン運動の３次元目情報を実験的に観測することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の実験では、８ビットの産業用カメラを用い、20nmの測定分解能が得られたが、測定精度を検証するためには、１２ビット以上のカラーカメラを用いる必要があると考えられ、急速に発展してきているカメラの要求仕様・予算内に満たすカメラを導入することが困難であるため、デモ機やレンタルを依頼することを考えている。
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| Causes of Carryover |
複数波長の散乱光を取得する高いビット数の高速度カラーカメラが必要であり、予算内・年度内で導入できなかったため、
カメラの性能が急速に発展してきており，要求仕様および予算内に満たすカメラを導入するまでに，デモ機やレンタルを依頼する予定である．
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