| 研究課題/領域番号 |
24226005
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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 / P-CVM / 融合加工装置 / 疑似ラジカル場 / フェムト秒(Fs)レーザ / SiC, GaN, ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ / 超押し込み実験 / TEM |
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| 研究概要 |
本研究は、基板の極表層部に擬似ラジカル場を付与する前処理工程、CMP(Chemical Mechanical Polishing)とP-CVM (Plasma Chemical Vaporization machining)を融合した革新的加工法による仕上げ工程により、難加工材料基板の超精密加工技術確立を目指す。
(1)前処理行程としての疑似ラジカル場形成とその効果確認：ダイヤモンド基板にフェムト秒レーザ照射を施した部分について， TEM断面観察、RHEED解析などを行い、最表面（約10～20nm）のアモルファス状態が確認でき、超微小押込み試験によって機械的に弱体化されていることから疑似ラジカル場が形成されていることが明らかとなった。
(2)疑似ラジカル場（微小欠陥種）形成による基板のP-CVM加工特性：SiCならびにGaN基板の機械研磨面は、結晶性が乱れている層において加工速度増大することを確認した。このことは、以下の融合加工装置の設計を行う上で大変意義深い。
(3)革新的CMP/P-CVM融合加工装置の設計試作を実現：①基本型融合装置（同一装置上にCMP定盤とP-CVMプラズマ発生部を配置し、CMPとP-CVMのサイクリックに交互加工実施するタイプである。表面に凹凸を形成したSiC基板の加工を試み、研磨やP-CVMを個々に実施するよりも平坦化速度が改善することが明らかとなった。②挑戦型融合装置 平滑・平坦化CMPと高能率化P-CVMのそれぞれの加工原理を融合させシナジー効果を狙う加工法である。SiC基板を用いて固定砥粒による乾式研磨、P-CVM加工、そしてそれらを融合させ加工を試みた。融合加工することにより、通常の乾式研磨に比べ加工レートは約2倍、表面粗さも1/3の値に大きく改善できた。
実用化までにはまだ問題点があるが、根幹の加工原理を確認し特許出願（2件）できたこと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
計画通りに実施され予定通りの成果が出つつあって、大きな成果が見込まれる。ここまで順調に進めることができた背景には、研究代表・分担者、連携研究者の密なる連携を図ることができたことによる。設置した定例連絡会を頻繁に開催して多くのアイデアを出す場を設けてきたことは、本研究推進に大きな役割を果たしてきた。装置製作メーカーの研究・技術者にも参画してもらった。
ここまでに得られた成果を整理・列挙すると、
1）前処理行程としての疑似ラジカル場形成とその効果確認；フェムト秒レーザ照射によって超微小欠陥種(疑似ラジカル場)形成できることをTEM観察、RHEED等によって確認し、そして超微小押し込み試験によって該疑似ラジカル場箇所が機械的弱小化されていることを明らかにした。これらのことは本計画書の目論み通りで、学会発表でも反響があった。
2）疑似ラジカル場（超微小欠陥種）形成によるP-CVM加工速度増大を確認；革新的融合加工装置を原理試作するに当たり、疑似ラジカル場を付与形成で加工速度が顕著な差異があることを発見し、装置試作の自信を深める結果となった。
3）革新的CMP/P-CVM融合装置の設計試作（基本型A-typeと挑戦型B-typeタイプの加工原理/手法の考案）；上記の基本検討から二機種の融合加工装置を設計試作することができた。本製作に関しては、製造メーカの技術者に、定例の連絡会議メンバーに入ってもらい順調に進めることができたと考える。
4）革新的CMP/P-CVM融合装置により加工レートと加工面の表面粗さ向上ができることが明らかになった。乾式研磨とP-CVMを融合することによってもその効果も検証している。これらの結果は世界初で、学会発表などの際にはアニメーションなどを活用して大きな反響を得ている。まだ多くの解決すべき問題点があるが、基本的な提唱項目を原理的確認ができたことは大きな成果である。本件について2件の特許出願をし得たことは大きい。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、SiC,GaNをはじめとするダイヤモンドなど超難加工材料の超精密加工プロセスを設計し高効率加工法を確立するにあたり、二つの加工工程を想定して検討を展開している。今後は、以下のことを中心に研究を推進する。
(1) 前処理工程：フェムト秒レーザによる微小欠陥種の付加のためには，広範囲に安定した微小欠陥種深さを維持すること，またその評価を迅速に行い加工にフィードバックする必要がある．また，微小欠陥種と研磨/CMPのさらなる高能率・高品位化を実現するためには，微小欠陥種の計測法の確立を図る。
仕上げ処理工程との融合化を図るために、前処理工程での最適加工条件を確立する。
(2) 仕上げ処理工程：CMP/PCVM融合加工装置を用い、機械加工部ならびにプラズマ加工部各々の加工条件が融合加工時の加工特性に与える影響について詳細に調査する。特に、機械加工部において用いる砥粒の粒径・プラズマ発生電力と、融合加工の際の段差解消速度・加工面粗さとの関係を明らかにする。スラリーのプラズマ発生の妨害対策については、プラズマ発生ノズルの二重構造でスラリーなどが入り込まないような対策、ドライ加工法（合わせてスラリーの微少量噴霧）等についても検討する。試料として機械研磨を施したダイヤモンド基板を用い、プラズマ加工時間と加工深さの関係を詳細に評価する。SiCやGaN同様、ダイヤモンドにおいても表面極近傍にて加工速度が増速することを確認するとともに、断面TEM観察によって加工変質層の厚さを明らかとし、加工変質層における加工速度の増大を確認する。
最終年度（Ｈ27年度）を控えて、これまでの総決算とすべく、前加工処理工程と仕上げ処理工程の融合化を図り、全体の加工プロセスを俯瞰してその最適化を図る。特にダイヤモンド基板の加工プロセスについては、従来加工法の数十倍以上の加工効率を目指す。
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