| 研究課題/領域番号 |
24226005
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
土肥 俊郎 九州大学, 産学連携センター, 特任教授 (30207675)
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| 研究分担者 |
佐野 泰久 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40252598)
黒河 周平 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90243899)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2016-03-31
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| キーワード | CMP / PCVM / 融合加工装置 / 疑似ラジカル場 / フェムト秒(Fs)レーザ / SiC, GaN, ダイヤモンド / 超押し込み試験 / TEM |
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| 研究概要 |
本研究は、SiCやGaNを含めて超硬質の半導体ダイヤモンドなどの基板表面を、高能率で無擾乱鏡面にする超精密加工技術確立の一環として、新しい“疑似ラジカル場の形成法”を検討するとともに,加工環境コントロール型CMP法とP-CVM法を融合させた“CMP/P-CVM融合装置”を提案するものである。そして,様々な作用援用により,高能率の高品位加工法を目指す。
今年度は前処理と仕上げ処理の基本概念を念頭に、難加工材料の精密加工プロセスを設計した。前者では(a)疑似ラジカル場形成し仕上げ加工し易い状況を醸成する方法、後者では(b)新規装置の構想のための予備実験を、それぞれ検討した。以下、要約する。
(a) ダイヤモンド単結晶基板に、波長1045nmのフェムト秒（Fs）レーザを照射して該照射面の物性について調べた。Fsレーザ照射面に球状圧子にて超微小押し込み試験をすると、押し込み量は1～2％以上大きくなる。これは、Fs照射によってダイヤモンド単結晶の結合力が弱められ、加工しやすい状況を醸成していることを示唆する。断面構造のTEM観察によれば、約20nm前後の変質層の存在が有りそうであり、RHEED解析など詳細な検討を進める。
(b) Fsレーザのような何らかの方法で除去したい部分のみに疑似ラジカル場を形成することで，その部分の選択的エッチングにより，高能率高品位加工が実現できる。今年度はSiC基板を用い，疑似ラジカル場を想定した加工変質層の有無によるPCVM加工速度を調査した。加工歪を有する研削加工面初期は加工速度が大きく、前述のFsレーザ照射したときと同様、疑似ラジカル場形成の効果があることを示唆した。以上から、新しい融合加工装置の試作では、P-CVMをしながらin-situで何らかの物理的作用を付加させながら、高能率平坦化加工を実現できる見通しを得た。これらは、大きな成果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成24年度は、(a)前加工工程の検討として加工対象基板の極表層に限定してフェムト秒（Fs）レーザによる超微小欠陥種を形成し、(b)高能率・高品位加工を可能するCMP/PCVM融合装置の構造･仕様と要素技術の詳細を決定すべく予備検討することがポイントであった。この計画の進展を阻む環境が多々あったにもかかわらず、各方面の協力もあって当初の計画以上に進展を図ることができた。
(a)-1 結晶表面に疑似ラジカル場を形成すべくFsレーザ購入を進めたが、最速11月末ということになった。このままでは当初の計画よりもかなりの遅れは明白であったが、Fsレーザを所有している並木精密宝石㈱研究所（研究協力者・曾田が所属）の協力によって前倒しで検討することができ、研究の加速要因となった。(a)-2 疑似ラジカル場形成したダイヤモンド表面の物性評価の一つとして、当初予定していなかった超微小押し込み試験機を購入することができた。前項の処理面が可能にもなったので、貴重なデータを得ることができた。
(b)-1 CMP/P-CVM融合装置の提案をするに当って、具体的な構想案を練るために、研究分担者・協力者、研究連携者による打ち合わせ会議を1か月に1～2回の頻度で開催し、また「ダイヤモンド基板加工プロセス研究会（仮称）」を設立して適宜討議する中から、多くの知見を得て次年度試作する基本方針が固まった。(b)-2 前項で得た知見を踏まえて、不二越機械工業㈱の全面的協力を得て予備検討をすることができたことは、大きな自信となって設計方針が確固としたものになった。(b)-3 以上の協力と獲得した知見などが大きな研究加速要因となって、CMP/P-CVM融合装置を構想が決定し一歩進めた基本型融合加工装置と挑戦型融合加工装置の2タイプの設計案ができ、来年度の設計を先行することができた。
以上の理由で、予想以上の達成度を得た。
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| 今後の研究の推進方策 |
難加工材料の超精密加工プロセスを設計に当たり、二つの加工工程（前処理工程と仕上げ加工工程）を想定し基本としている。疑似ラジカル場形成は、 (a)前処理工程で基板表面に与える場合と、(b)加工中に与える場合を考える。平成24年度末から予備実験を遂行できたので、CMP/PCVM融合装置の試作方針が定まり、基本型（阪大に設置予定、基本検討）と挑戦型（九大に設置予定、先進的検討）のタイプとすることとした。限られた研究期間内で効率的に2タイプのCMP/PCVM融合加工装置に関する検討を行う。その過程で、加工部に紫外線を照射し光触媒反応を誘発させて、OHラジカルの誘発を試み加工レートの増大をねらう。具体的な研究テーマ項目は、 1)疑似ラジカル場形成法の検討（前加工処理）；①fsレーザ照射条件の適正化、②fsレーザ照射面の評価（微小硬さ、断面TEM観察、結晶性等）、③CMP,従来型加工特性による疑似ラジカル場形成の効果確認
2)新しい融合装置の試作；①基本型CMP/PCVM融合装置（Aタイプ）試作とその加工特性の確認、②挑戦的CMP/PCVM融合装置（Bタイプ）による基本的加工特性の把握、③A,Bタイプの比較評価
3)上記の両装置について検討；①疑似ラジカル場の形成の有無によるダイヤモンド基板の加工特性比較から効果を確認、②加圧雰囲気ガス種とその圧力効果、③物理的作用（研磨/CMP）付加による効果確認と加工メカニズムの追究。
4)加工面評価/加工面の粗さ、加工変質層、形状等の評価
5)紫外線照射/光触媒反応などによるOHラジカル誘発援用効果
以上の前処理と仕上げ処理に関する検討から、問題点を抽出するとともに、効率的加工プロセスの設計方針を固め、次年度の研究計画に反映させる。
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