| 研究課題/領域番号 |
19K05094
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
須田 聖一 静岡大学, 工学部, 教授 (50226578)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 化学機械研磨 / 電荷移動反応 / コロイダルシリカ / 水和層 / せん断応力 / ガラス / 熱酸化シリコン / 水和生成自由エネルギー |
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| 研究実績の概要 |
高速で，表面粗さ1nm以下の平滑性を実現する超精密研磨加工技術にとって，研磨時の化学反応性すなわち化学研磨性の発現は不可欠である。この化学研磨性は，研磨対象材の表面に水和層の生成を促進させることに相当するが，その定量的な生成メカニズムは不明であった。そこで，本研究ではさらに一歩進めて，研磨時に生じる電流変化を定量的に捉えることによって水和生成速度を求めること，さらにこれらの計測結果から「化学研磨効率」を超精密研磨技術の重要なパラメータとして提案，規定することを目指している。
令和2年度については，コロイダルシリカのモデル材となる熱酸化シリコンと石英ガラスとの組み合わせによる電気化学評価を主として試みた。加熱によって生じるシリコンウエハ上の酸化膜の制御条件については令和元年度でほぼ完了したため，この制御条件を用いて，コロイダルシリカのモデル材としての適用性を確認した。しかし令和2年度においては，S/N比，計測レスポンス等の課題を解決するには至らず，再現性よく微少電流変化を捉えるまでには至らなかった。その中で，この微少電流変化の計測を試みる過程で，一定の低周波の交流で計測した際にせん断応力を印加したときのみ，アドミッタンスが周期的に変動することが見られることが新たにわかった。この低周波交流による計測は，本目的の計測手法として期待できるため，新たな取り組みとして令和3年度に深化させたい。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の目的である，研磨時における微少電流変化の計測において不可欠な，S/N比の改善および計測レスポンスの向上にむけた取り組みを進めた。特にコロイダルシリカのモデル材となる熱酸化シリコンと石英ガラスとの組み合わせによる電気化学評価については，熱酸化条件が固まってきたことがあり，進展が見られた。しかし，微少電流変化を再現性良く計測するまでには至らず，本課題について令和3年度についても引き続き検討することとした。しかし，本検討の中で，一定の低周波の交流で計測した際にせん断応力を印加したときのみ，アドミッタンスが周期的に変動することが見られるといった現象が新たに見いだされた。本手法は本目的の計測手法として，大いに期待できる。令和2年度については，微少電流変化計測については若干の遅れは否めないものの，新たな計測手法を見いだすに至っている。そのため，本研究としては概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
コロイダルシリカのモデル材となる熱酸化シリコンの系で微少電流変化計測及びS/N比，計測レスポンス等の課題について，バンドバスフィルターの活用や，研磨面積の拡大，研磨シートの形状及び配置の最適化により低ノイズ化を実現する。これらの改善の後に，電流遮断法に基づいた微少電流密度変化計測を通じて，「化学研磨効率」積算に向けた検討を進める。
さらに，令和2年度に見いだされた低周波交流のアドミッタンス変化について，深化させるとともに，上記直流による微少電流密度変化計測を相補できる可能性を探る。
これらの結果をもとに，Butler-Volmer式を基礎とした理論に展開する。計測結果から交換電流密度等の電気化学的物性を化学研磨へ展開する。これによって「化学研磨効率」を規定し，その有効性を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
令和2年度については，新型コロナ感染症対策により，国内外の学会が中止，延期，さらにオンライン開催になり，国内外の研究者との議論や意見交換の機会が限定的であった。当初は旅費については持ち越し分が多くなると考えていたが，研究の進展により消耗品等の購入が多くなったため，全体しては，次年度持ち越し分は少額であった。本持ち越し分については，実験に使用する消耗品費に充当する予定である。
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| 備考 |
静岡大学大学院工学研究科須田研究室ホームページ
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