広視野レーザ走査方式によるLED用サファイア基板のナノレベル欠陥検出技術

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K14144
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 新田 勇 新潟大学, 自然科学系, 教授 (30159082)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 設計工学 / 機械機能要素 / トライボロジー / レーザ走査 / 欠陥検査

Outline of Annual Research Achievements

発光ダイオード(LED)の改善は着実に進められており，光を取り出す効率については，パターンド・サファイア基板（PPS）と呼ばれるマイクロテクスチャを形成する方法で改善できるようになった．しかし，基板の鏡面加工後，ナノサイズのスクラッチ痕発生場所ではマイクロテクスチャが不完全に形成され，発光効率が改善されず結果的に製品の歩留まりが低下することになっていた．そこで，ナノサイズのスクラッチ痕を迅速に計測する安価で簡便な技術の開発が望まれているが，現状では大型の検査装置を複数台用いざるを得ない状況である．本研究では，これまで開発してきた広視野レーザ顕微鏡を工夫して用いることで，サファイア基板上のナノスクラッチを効率よく計測する方法を世界に先駆けて開発することを目的とする．
昨年度は，ナノインデンター(ENT-1100b)を使用して，サファイアウェハ上に既知の形状の傷を付けた．その結果，線状圧痕は幅0.53μm，深さが47nmの圧痕まで検出されるなど検出感度が非常に高いことが分かった．これを受けて，より小さなスクラッチ痕を検出できるように，広視野レーザ顕微鏡のピンホール径を変えた実験を行った．ピンホールは，レーザ反射光がフォトマルに到達する前に迷光を遮断するものである．5μmから1μmまで変えて観察した結果，2μmが画像がシャープかつ安定していることが分かった．また，観察表面のデフォーカス具合がナノレベル欠陥の検出感度を左右する可能性があるので，それについて調べた．その結果，デフォーカスした方が欠陥の検出感度が若干上がることが分かった．このように，本年度はピンホールのサイズの影響と，デフォーカスの影響を調べることができた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成29年度の研究計画は，ピンホール径とデフォーカスの調整がナノレベル欠陥の画像に及ぼす影響を調べることであった．市販のレーザ顕微鏡は，顕微鏡の調整の手間を省くために，比較的大きな径のピンホールを用いている．これに対して，広視野レーザ顕微鏡では比較的小さな径のピンホールを用いているが，今回さらに小さな径のピンホールの効果を調べた．実験の結果，ピンホール径については，２μmが最適であることが分かった．また，観察表面のデフォーカス具合がナノレベル欠陥の検出感度を左右する可能性があったので，それについて調べた．その結果，デフォーカスした方が欠陥の検出感度が若干上がることが分かった．このように，予定していた課題をクリアすることができている．

Strategy for Future Research Activity

本研究では高輝度発光ダイオード(LED)の製造歩留まりを向上させるために，サファイア基板のナノレベル欠陥検出方法開発を目的としている．研究はほぼ計画通りに進んでいるが，より検出限界を向上させるためには，結像位置でのレーザスポット形状を計測した方がよいことが分かってきた．すなわち，デフォーカスした方が欠陥の検出感度が若干上がることが分かった．この影響を明らかにするには結像面付近のレーザスポット形状を計測して，デフォーカス状態を定量的に明らかにする必要がある．
そこで，研究室現有の計測装置であるナノスキャンを使用して，延長した研究期間1年で，レーザスポット形状を計測し，デフォーカスによる検出感度上昇のメカニズムを明らかにする．

Causes of Carryover

本研究では高輝度発光ダイオード(LED)の製造歩留まりを向上させるために，サファイア基板のナノレベル欠陥検出方法開発を目的としている．研究はほぼ計画通りに進んでいるが，より検出限界を向上させるためには，結像位置でのレーザスポット形状を計測した方がよいことが分かってきた．そこで，研究室現有の計測装置であるナノスキャンを使用してレーザスポット形状を計測するため，研究期間を1年延長した．
323,705円は，ナノスキャンを固定するための治具作成費と，計測に必要な光学部品などの消耗品を購入するために使用する計画である．