2016 Fiscal Year Research-status Report
化学機械研磨過程の界面電位計測による超精密研磨メカニズムの解明
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16K06009
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
須田 聖一 静岡大学, 工学部, 教授 (50226578)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 化学機械研磨 / ガラス / サファイア / 水和層 / 界面抵抗 / せん断応力 / セリア / 電荷移動反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラス，サファイア，SiCなどの基材の表面を短時間で超平滑に加工する「超精密加工研磨技術」の高度化が，高集積次世代デバイスの構築に不可欠となっている。従来の加工品位と加工速度とのトレードオフの関係を克服することによって超精密加工を実現するためには，研磨中における化学作用（化学研磨）のメカニズムを明らかにすることが重要である。そこで，研磨過程における電荷の挙動を計測することによって，そのメカニズムの解明を試みている。
平成28年度については，液晶パネルや，ハードディスク基板，光学レンズなど広く使用されているガラスについて検討した。その結果，化学研磨の定量的な評価として，ガラス表面に生成する単位面積あたりの水和量として捉えることができることを明らかにした。水和量の変化は，研磨の際に印加する荷重に依存せず，せん断応力の印加によって化学研磨が生じることを明らかにできた。また，水和層を生成する化学研磨の素過程として，砥粒／水界面における電荷移動反応，水溶液中のカチオンによる電荷拡散挙動，水／ガラス界面における電荷移動反応，があげられる。この3種類の素反応のなかで，砥粒／水界面における電荷移動反応が律速反応であることがわかってきた。La固溶セリア砥粒を一例として検討した結果，La固溶量と水和量とはよい相関関係をしめすことを明らかにした。
以上の結果により，La固溶によって生成した3価のセリウムが酸化される際に生成する電荷によって，ガラス表面にOH基が形成されること，この水和によってガラス表面が軟化し，高速で優れた表面品位を有するガラス表面の創成していることがわかった。
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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
研磨過程における電荷の挙動を計測することによって，その化学研磨メカニズムの解明を目的として，平成28年度については，ガラスを研磨対象材，研磨材としては酸化セリウム系研磨材を基準材料として，研磨時の電荷移動に相当する電位に関する基礎データを得ることを試みた。
まず，振動や，ノイズに対する一層の対策に対して，FRAによる界面導電性を評価値として検討を行った。その結果，モーターからの漏れ電流や振動由来など周期性のノイズの原因を解明し，それぞれの原因について対策を講じることによって，従来よりもS/N比が改善し，精度よい計測を可能とすることができた。
これをもとに，研磨過程における電位計測を目的として多極式セルの設計及び構築を行った。その結果，研磨によって数十mVの電位を検出することができた。しかし，繰り返しの計測に対して，徐々に電位がわずかに上昇するなど再現性に課題があり，計測データとしての信頼性に課題があることがわかった。
そこで，平成29年度については，電位計測の改良による再現性の確保を優先して検討することにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の結果をもとに，まず，電位計測装置の改良によって，計測データの再現性の向上及びデータの信頼性確保を実現する。現在の課題として，特に回転している砥粒焼結体近傍からの電位取り出しに際して，集電ブラシ等からのノイズが無視できないレベルとなっている。この集電方法の変更及び周期ノイズフィルターの適用等を含めて検討することによって，データの信頼性確保を実現する。
その後，平成29年度に実施を計画しているセリア／スラリー界面及びスラリー／ガラス界面における電荷移動挙動を計測と解析を実施する。
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Research Products
(5 results)
