Realization of completely distortion-free processing by plasma nano-manufacturing process and exploration of its theory

単結晶GaNウエハ等の平坦化・平滑化を目的とした減圧型PAP装置を試作した。基板対向型プラズマ生成電極とビトリファイドボンド砥石が付けた研磨ヘッドをウエハの対面に左右配置し、ウエハと研磨ヘッドの回転・揺動によりウエハの全面研磨が実現できる。2022年度は、GaNウエハのPAP加工レートを律速する表面改質レートを向上させるため、改質に使用するプロセスガス種の選定を行った。最も酸化ポテンシャルが高いF、OH、Oラジカルを形成できるCF4、H2O、O2プラズマとGaNのエッチング加工によく使用されるH2プラズマを用いてGaNウエハのプラズマ改質実験を行った。改質前後ウエハ表面のXPS分析結果から改質膜の厚さを計算し、H2プラズマがGaNの表面改質に対して最も効果的であることを明らかにした。単結晶ダイヤモンド基板のプラズマ援用研磨における加工特性を評価した。SCD(100)面の研磨レートおよび表面粗さの研磨圧力依存性において、143.8kPa以上の研磨圧力条件では<100>に沿った方向に格子状の表面構造が形成されることで表面粗さが悪化するが、100kPa以下の低研磨圧力条件では表面粗さが向上した。これは酸素ラジカルの吸着等によりダイヤモンド表面原子のバックボンドが弱体化してグラファイトへの相転移が生じやすくなる等の化学的な除去援用効果の比率が増加した結果、等方的な材料除去メカニズムが支配的になり表面粗さが向上したと考えられる。また、研磨後の表面を走査型カソードルミネッセンス測定により評価し、ダイヤモンド砥粒を用いたスカイフ研磨の場合には結晶欠陥に起因するBand-A発光がスクラッチに沿って見られるが、PAP面の場合にはその発光強度は極めて微弱であり、PAPによるダイヤモンドの研磨プロセスはダメージフリーであることを明らかにした。

単結晶GaNウエハ等の平坦化・平滑化を目的とした減圧型PAP装置を試作した。基板対向型プラズマ生成電極とビトリファイドボンド砥石が付けた研磨ヘッドをウエハの対面に左右配置し、ウエハと研磨ヘッドの回転・揺動によりウエハの全面研磨が実現できる。2022年度は、GaNウエハのPAP加工レートを律速する表面改質レートを向上させるため、改質に使用するプロセスガス種の選定を行った。最も酸化ポテンシャルが高いF、OH、Oラジカルを形成できるCF4、H2O、O2プラズマとGaNのエッチング加工によく使用されるH2プラズマを用いてGaNウエハのプラズマ改質実験を行った。改質前後ウエハ表面のXPS分析結果から改質膜の厚さを計算し、H2プラズマがGaNの表面改質に対して最も効果的であることを明らかにした。単結晶ダイヤモンド基板のプラズマ援用研磨における加工特性を評価した。SCD(100)面の研磨レートおよび表面粗さの研磨圧力依存性において、143.8kPa以上の研磨圧力条件では<100>に沿った方向に格子状の表面構造が形成されることで表面粗さが悪化するが、100kPa以下の低研磨圧力条件では表面粗さが向上した。これは酸素ラジカルの吸着等によりダイヤモンド表面原子のバックボンドが弱体化してグラファイトへの相転移が生じやすくなる等の化学的な除去援用効果の比率が増加した結果、等方的な材料除去メカニズムが支配的になり表面粗さが向上したと考えられる。また、研磨後の表面を走査型カソードルミネッセンス測定により評価し、ダイヤモンド砥粒を用いたスカイフ研磨の場合には結晶欠陥に起因するBand-A発光がスクラッチに沿って見られるが、PAP面の場合にはその発光強度は極めて微弱であり、PAPによるダイヤモンドの研磨プロセスはダメージフリーであることを明らかにした。