2016 Fiscal Year Annual Research Report
フラーレン複合型スマート研磨微粒子を用いた難加工材研磨メカニズムに関する研究
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15H03903
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 恵友 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (50585156)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 高廣 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10367401)
安永 卓生 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (60251394)
カチョーンルンルアン パナート 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (60404092)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | CMP / 高速研磨 / 水酸化フラーレン / 複合研磨微粒子 / 材料除去メカニズム / ポリシングパッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の実施内容としては，炭素結合型スマート研磨微粒子におけるパラメータの定量的評価や，これらのパラメータが材料除去メカニズムに与えるを影響を明確にするため，水酸化フラーレンの吸着挙動に関する評価や吸着したナノ微粒子と研磨性能の関係，そして研磨中における研磨微粒子の変化や削り屑に関する評価を実施した．水酸化フラーレンの吸着挙動については動的光散乱法やラマン分光法，電子顕微鏡による微粒子の形状観察により実施した．その結果，動的光散乱法による測定結果から，水酸化フラーレン水溶液においては水酸化フラーレンが溶解ではなく5nm以上の粒子径で凝集しているが判明した．このとき，水酸化フラーレン水溶液にコロイダルシリカを混合させることでシリカ微粒子上に水酸化フラーレンが吸着する様子が確認された．ラマン分光や赤外吸収スペクトルの結果からは，吸着時の水酸化フラーレンは分子構造自体は大きく変化していないことが確認できた．このとき，水酸化フラーレン自体の分子構造は維持されているが，電子顕微鏡の観察結果からサファイアCMPの研磨前後で研磨微粒子が粗大化していることから，微粒子表面に反応物が形成しているものと推測される．また，研磨後におけるスラリーの成分を蛍光X線により分析した結果，研磨中により生成される反応物の一部が液中に溶解していることが確認されている．そのため，コア微粒子に吸着したナノ微粒子の反応性が研磨性能に支配的であることが考えられる．さらに本年度では，紫外線照射よる研磨性能の高速化やナイロン繊維とウレタン樹脂を組み合わせた形状発現型ポリシングパッドの開発を行なった．形状発現型パッドでは既に特許出願をおこなっており，摩耗速度の異なる２種類の樹脂を用いて突起形成を行なうことを特徴としている．また、新規に水酸化フラーレンを用いた洗浄効果に関する検証も行なった．
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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
本計画では炭素結合型スマート研磨微粒子におけるパラメータの定量的評価や，これらのパラメータが材料除去メカニズムに与えるを影響に関する定量的な評価を実施することを計画に盛り込んでいる．そのため微粒子のパラメータであるコア微粒子の粒子径に関しては，20nmから70nmの範囲で研磨性能に関する評価を実施している．またナノ微粒子の反応性に関しては，水酸基数の異なる水酸化フラーレンやフラーレンスート，そしてナノシリカ微粒子などこれらの物性と研磨性能の関係について考察を行なった．ここでは水酸基数が12から36に変化した際，吸着挙動が低下するとともに研磨速度も低くなっている．そのため，単純に反応性以外にもケージ構造の硬度の影響も研磨パナメータとして重要と考えれられる．
また，反応性については紫外線照射によりサファイア基板やSiC基板においても材料除去レートが向上することが確認できた．このときコア微粒子がダイヤモンドの場合，新物質の可能性を示唆する分析結果が得られているため，引き続き検討を進める必要がある．
マイクロパターンポリシングパッドに関して，シリコン型とめっきを組み合わせてMEMSプロセスにより作製したた．ここではピラミッド型を10μm間隔で配置させ試作したところ，研磨速度が従来の10倍以上の性能が得られたが，研磨時にパターン自体の摩滅する問題が発生した．そのため耐摩耗性の高い繊維と比較的容易に摩耗するウレタン樹脂を組み合わせ，ドレッシングによりパッド表面を強制的に摩耗させることで自発的にパターンを発生させる形状発現型ポリシングパッドを考案した．ここでは繊維径100μmの市販品を用いた場合でも,従来のポリシングパッドの研磨レートを比較したところ，約30％程度高くなった．そのため，今後形状発現型ポリシングパッドの開発を推進する．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策に関しては，炭素結合型スマート研磨微粒子による高効率な合成法の確立を目指すとともに，これまで実施した研究結果に基づき研磨微粒子パラメータに関する評価手法の確立を行なう．ここでは，コア微粒子に吸着した水酸化フラーレンやフラーレンスート，そしてナノシリカ微粒子などの吸着状態に関する評価を実施する．そして，反応性に関する評価パラメータを確立するため，研磨前後における吸着した微粒子の反応形成物の特定や削り屑の成分分析について検討を行なう．また粒子径に関しては，コア微粒子と表面に吸着した微粒子のサイズの関係と配合比により，最も研磨レートが高くなる領域が存在する結果が得られているため，粒径比と混合比の関係性についても考察する．
また，微粒子の硬度については原子力顕微鏡によるフォースカーブ曲線により評価を実施する．現時点では微粒子の硬度に関する評価パラメータが確立されていない背景もあり，モース硬度試験を参照に微粒子を高圧エアーにより噴射させ基板にスクラッチが発生を指標に評価手法についても検討する．
ポリシングパッドの開発においては，現在，ナイロン繊維とウレタン樹脂の組み合わせにより，パッドの試作を実施した．ここでは２液混合型のウレタン樹脂を用いることにより，ウレタン原液にナイロン繊維を混合させ，硬化液により繊維を含んだ状態で樹脂化させる．これまでの研磨試験で研磨レートの向上が確認できたため，今後，繊維在室の選定や繊維径の最適化を図ることで，高効率な研磨性能が得られる形状発現パッドの開発する．形状発現型研磨パッドの評価方法としては，別の研究テーマで実施している光学的フーリエ解析装置を用いて表面粗さと波長構成比をパラーメータとして活用する．
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Research Products
(10 results)
