2020 Fiscal Year Annual Research Report
難加工材料に対する超音波援用電気化学機械研磨法の開発
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20J10524
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
YANG XIAOZHE 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波援用電気化学機械研磨 / UAECMP装置 / 研磨効果 / 局部陽極酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
① 超音波援用電気化学機械研磨装置を開発した。超音波援用電気化学機械研磨（UAECMP）を実験・評価ために、UAECMP装置を試作した。本装置は超音波ユニットと陽極酸化ユニットと研磨ユニットから構成される。本装置を用いてSiCウエハの超音波援用陽極酸化と研磨が同時に行われる。UAECMP装置の開発は本研究において不可欠である。UAECMP装置を用いてSiCウエハの酸化・研磨実験で、超音波振動がSiCの陽極酸化・研磨に与える影響を調査でき、UAECMPにおいてSiCの酸化・研磨メカニズムが解明できる。
② SiCウエハに対して超音波援用電気化学機械研磨結果を評価した。開発したUAECMP装置を用いて、SiCウエハの研磨効果を評価した。超音波振動を印加することで同一条件における電気化学（ECMP）と比較して単結晶SiCの研磨レートが 4.5 倍以上増大したことが分かった。また、同じ条件で、超音波振動を加えると陽極酸化システムに流れる電流が増加することも観察された。超音波振動を加えることで、SiC表面が酸化しやすく、材料除去率を大きく増加させたことを実証した。本研究において、超音波振動の印加がSiCウエハの酸化・研磨を促進することは肝心である。この結果は本研究の意義を支える。
③ SiCウエハの局部陽極酸化を実現した。多孔質材料を用いたSiC表面の局部陽極酸化方法を提案し、多孔質ガラスを用いてSiC表面の局部陽極酸化を実現した。UAECMPを単結晶SiC曲面の研磨に応用する場合、研磨部のみを局所的に陽極酸化する必要がある。この結果はUAECMPが単結晶SiC曲面の研磨に適用できることを示唆する。
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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
超音波援用電気化学機械研磨法は、次世代の省電力パワーデバイス用の半導体材料として期待されているシリコンカーバイドに対する新しい研磨法である。この研磨法を開発するために、昼夜、休日を問わず精力的に実験設備を開発し、実験を行い、研究と勉学に取り組んできた。今年度はこの研磨法の開発に対して予定の通りに以下3つの進捗が見られた。① 超音波援用電気化学機械研磨装置の試作、② SiCウエハ超音波援用電気化学機械研磨をSiCウエハに適用し、その適用効果を評価した、③ SiC曲面を研磨するための局部酸化方法を提案し、SiC表面の局部酸化を実現した。開発の成果は加工関連の国際会議に発表し、Best Paper Awardを受賞している。得られた研究成果は広く学界と産業界の知るところとなり、これから半導体材料加工分野における超音波援用電気化学機械研磨の応用が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
① UAECMPを用いた単結晶SiC曲面の高能率ダメージフリー研磨技術の開発。(1) UAECMPにおける電解液を多孔質材料で代替する超音波援用局部陽極酸化メカニズムの解明。多孔質材料を用いてSiC表面を局部陽極酸化する場合においても、超音波振動を印加してSiCサンプルの超音波援用陽極酸化実験を行い、超音波振動が陽極酸化現象に与える影響を評価する。また、改質層の組成と構造がどのように変化するかをXPS測定ならびにXTEM観察により評価する。これにより、超音波振動の印加が酸化を促進するメカニズムを明らかにする。(2) 曲面用UAECMP装置の試作とSiC曲面の研磨における研磨条件の最適化。多孔質材料を用いてボール型研磨ヘッドを作製し、研磨ヘッドの直径、研磨運動方式、研磨ヘッドの回転数などをシミュレーションならびに加工実験により最適化する。また、多孔質材料の材質、研磨圧力を加工実験により最適化し、加工速度の向上を図る。
② 単結晶GaNへのUAECMPの適用および最適加工パラメータの探索。(1) 単結晶GaNの超音波援用陽極酸化における最適表面改質条件の探索。単結晶GaNに対して、異なる周波数の超音波振動を援用した場合の表面改質作用を評価する。改質レートが速く、かつ改質の均一性が良い陽極酸化パラメータを探索する。(2) 平面単結晶GaNのUAECMP加工特性の評価。項目(1)で選定した最適な超音波援用陽極酸化条件を適用して、単結晶GaNのUAECMP加工特性を評価する。砥粒材質、研磨圧力、砥粒の線速度を最適化し、表面品質と加工速度の向上を図る。(3) 曲面単結晶GaNのUAECMP加工特性の評価。項目①の(2)で開発した曲面用UAECMP装置を曲面単結晶GaNに適用して、表面粗さ、形状精度と加工変質層を評価するとともに、加工条件の最適化を行う。
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Research Products
(4 results)
