原子間力顕微鏡を用いた研磨粒子・表面間超精密研磨メカニズムの解明

ウエハーの超精密研磨には研磨剤として粒子が用いられる。粒径は数十nmオーダであるが、研磨した表面の精度はnmオーダとなる。このサイズの矛盾により、制御は経験に頼るしかない状況であり、正確な研磨メカニズムの解明が求められている。そのために数十nmの粒子が表面とどのような相互作用をしているのか実際に測定して明らかにする必要がある。1.種々の特性を持ったAFM探針の作成チオール基と金は特異相互作用することが知られている。まず平板表面をチオール修飾し、金ナノ粒子の吸着を行い、条件探索を行った。つぎにAFM探針表面に導入し、金ナノ粒子との特異相互作用を利用して付着させることにより、ナノ粒子プローブの試作に成功した。ナノ粒子と表面の相互作用の直接測定の可能性が開けたといえる。まだ位置の特定など制御が不十分であり、今後手法の改良を続ける必要がある。2.粒子・基板間摩擦による研磨表面微細構造変化の溶媒物性依存性現有のRFプラズマ装置で表面を種々に改質するとともに、pHをはじめ過酸化水素等の酸化剤等を用いて、種々の特性を持つ表面を作成し、シリカ粒子との摩擦力を測定した。水和カチオン種により摩擦力が異なることを明らかにするとともに、摩擦後の吸着層の再構築等、繰り返し性について検討を行った。いずれの電解質においても高い電解質濃度では、表面の潤滑性が高く、濃度とともに摩擦力が減少することを明らかにした。また表面の走査速度すなわち研磨速度と摩擦力の関係は、負に帯電した表面に吸着したカチオン濃度と表面に存在する水和層が決定的に影響を与えていることを明らかにした。

ウエハーの超精密研磨には研磨剤として粒子が用いられる。粒径は数十nmオーダであるが、研磨した表面の精度はnmオーダとなる。このサイズの矛盾により、制御は経験に頼るしかない状況であり、正確な研磨メカニズムの解明が求められている。そのために数十nmの粒子が表面とどのような相互作用をしているのか実際に測定して明らかにする必要がある。1.種々の特性を持ったAFM探針の作成チオール基と金は特異相互作用することが知られている。まず平板表面をチオール修飾し、金ナノ粒子の吸着を行い、条件探索を行った。つぎにAFM探針表面に導入し、金ナノ粒子との特異相互作用を利用して付着させることにより、ナノ粒子プローブの試作に成功した。ナノ粒子と表面の相互作用の直接測定の可能性が開けたといえる。まだ位置の特定など制御が不十分であり、今後手法の改良を続ける必要がある。2.粒子・基板間摩擦による研磨表面微細構造変化の溶媒物性依存性現有のRFプラズマ装置で表面を種々に改質するとともに、pHをはじめ過酸化水素等の酸化剤等を用いて、種々の特性を持つ表面を作成し、シリカ粒子との摩擦力を測定した。水和カチオン種により摩擦力が異なることを明らかにするとともに、摩擦後の吸着層の再構築等、繰り返し性について検討を行った。いずれの電解質においても高い電解質濃度では、表面の潤滑性が高く、濃度とともに摩擦力が減少することを明らかにした。また表面の走査速度すなわち研磨速度と摩擦力の関係は、負に帯電した表面に吸着したカチオン濃度と表面に存在する水和層が決定的に影響を与えていることを明らかにした。