2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of electrochemical dry polishing method for GaN surface using solid polymer electrolyte
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19K04117
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
村田 順二 立命館大学, 理工学部, 准教授 (70531474)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 高分子電解質 / 電解酸化 / ポリシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度では以下の研究に取り組んだ。
（１）高分子電解質・砥粒含浸不織布ポリシングツールの開発
本研究における開発する窒化ガリウム（GaN）の加工技術は、高分子電解質を用いたGaN表面のセミドライ酸化と、生成した酸化膜の除去を逐次的に行うことで加工が進展する。ここでは、高分子電解質と酸化セリウム砥粒を不織布基材に含浸させたデュアル含浸ポリシングツールを着想し、その開発を行った。まず、高分子電解質の分散液に不織布基材に浸透させ乾燥・硬化させ、電解質含浸不織布を作製した。これにより、4インチウェハの電解酸化実験を行ったところ、ウェハ全面にわたって酸化が行われることを確認した。次に、アルギン酸ナトリウムを用いたゾルゲル法により、酸化セリウム砥粒を不織布に含浸させた。これにより、高分子電解質/砥粒デュアル含浸パッドを作製した。
（２）電解条件の加工特性への影響の評価
つぎに、（１）で作製したデュアル含浸研磨パッドを使用してGaNウェハの研磨特性評価を行った。ここでは、電解電圧およびデュアル含浸パッドの組成比を変化させて加工実験を行った。また、電解電圧にデューティーサイクルを導入して、デューティー比およびデューティー周期の検討を行った。電解作用が強い条件では、GaN表面の酸化が強く作用し、高研磨レートが得られるものの、酸化膜が残留することから表面粗さが悪化することがわかった。研磨周期では弱電解や無電解で加工を行うことにより、表面粗さを改善する傾向が見られた。研磨レートは1 um/h程度と従来技術よりも高効率に加工が可能であることがわかった。
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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
本研究では、高分子電解質膜をウェハ全面にわたって均一に接触させることが重要な点であった。当初、市販の電解質膜を用いて加工を試みたが、膜とウェハで生じる摩擦抵抗が大きく、両者を接触させながら相対運動させることに至らなかった。しかし、高分子電解質の分散液を不織布に含浸させたものを作製することで、摩擦抵抗を低減させ安定的に接触状態を得ることに成功した。さらに、ゾルゲル法によって砥粒を不織布に固着させたデュアル含浸パッドを着想して、2インチGaNウェハの全面的な加工にまで至った。本研究では、国内のGaNウェハサプライヤーと共同研究を開始しており、特許出願に至っていることから、順調に研究が進展しているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度の研究によりGaNウェハを高い研磨レートで加工することができることがわかっている。令和2年度の研究では、表面粗さに重点を置いた研究を行う。また、共同研究を実施しているメーカーの協力を得て、加工後ウェハ表面の物性評価を行う。具体的には電解電圧や、デューティー比、デューティー周期を変化させ、表面粗さとの関係を評価し、最適な加工条件を見出す。また、酸化膜の除去レートを向上させるため、砥粒の材質、粒径、形状などを変化させたパッドを作製して、表面精度への影響を調べる。さらに、電解条件を多段階に変化させて高研磨レート重視の条件から、表面粗さ重視への条件へと変化させて加工を行い、トータルの研磨時間の低減を目指した研究を行う。加工を行ったGaNサンプルの表面物性として、X線回折やフォトルミネッセンスによる評価を共同研究企業において実施する。得られた条件を加工条件にフィードバックして最適化を行う。
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| Causes of Carryover |
2020年３月に精密工学会学術講演会にて成果報告を行う予定であり、その旅費や参加費を計上していたが、新型コロナウイルスの影響から学会が中止となった。そのため、旅費や参加費が不要となったため、この分を次年度に繰り越して使用する。次年度においても、学会の中止が相次いていることから、消耗品の購入に繰り越し額を充当する。
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