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摩擦と化学反応が複雑に絡み合ったマルチフィジックス化学機械研磨シミュレータの開発

开发多物理化学机械抛光模拟器，其中摩擦和化学反应错综复杂地交织在一起

基本信息

批准号：
15J02619
负责人：
河口健太郎
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J02619/
关键词：
化学機械研磨量子分子動力学法半導体

项目摘要

難加工材料として加工効率の向上が求められる窒化ガリウム（GaN）基板研磨プロセスについて，化学機械研磨（CMP）メカニズムの解明に基づき，高効率研磨に向けた材料設計・プロセス設計を行った．OHラジカルを活性種として用いたGaN CMPシミュレーションを行った結果，摩擦界面においてSiO2砥粒と酸化したGaN基板との化学反応により砥粒-基板間でSi-O-Gaの結合が形成されることを明らかにした．砥粒と結合を形成したGa原子は砥粒の移動により基板から引き抜かれるGa原子の除去メカニズムを明らかにした．Ga原子の除去に対する高効率化に向けて，第一原理計算を用いて砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響について検討した．酸化したGaN基板と砥粒粒子をモデル化し，基板と砥粒が離れた状態（状態Ⅰ），砥粒が基板に結合した状態（状態Ⅱ），砥粒と結合する基板のGa原子が引き抜かれた状態（状態Ⅲ）をモデル化した．砥粒材料としてSiO2砥粒とナノダイヤモンド（ND）砥粒をモデル化し，砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響を検討した．状態Ⅰを基準として状態Ⅱと状態Ⅲのエネルギーを比較するとSiO2砥粒を用いた場合，状態Ⅱが+6.5 kcal/mol，状態Ⅲが+3.7 kcal/molであり，砥粒-基板間の結合形成とGa原子の引き抜きが吸熱反応となりSiO2砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスは進行しづらいことを明らかにした．ND砥粒を用いた場合，状態Ⅱが+1.4 kcal/mol，状態Ⅲが-5.9 kcal/molであり，Ga原子の引き抜きが発熱反応となりND砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスはSiO2砥粒と比較して進行しやすいことを明らかにした．この結果を基に，ND砥粒を用いた実証実験をおこない従来のSiO2砥粒を用いたプロセスと比較して10倍以上の加工効率の向上に成功した．

Difficult-to-machine materials, machining efficiency, improvement, suffocation, GaN substrate grinding, chemistry Mechanical polishing (CMP) メカニズムの解明にbasedづき, high-efficiency grinding に向けたMaterial design・プロセスDesign を行った. OHラジカルをactive species and GaN CMP シミュレーションを行った results, friction interface においてSiO2 abrasive particles and acidified したGaN substrateとのchemical reaction により abrasive particle-substrate Si-O-Ga の bonding が formation されることを明らかにした. The movement of particles and the combination of Ga atoms and the movement of particles and the removal of Ga atoms on the substrate are the removal of Ga atoms. The removal of Ga atoms has led to the improvement of the efficiency, and the first principles calculation has been carried out using the method of grinding the granular materials. The acidified GaN substrate and the atomized particles are in a state of isolation (state I), and the atomized particles and the substrate are not combined.した state (state Ⅱ), abrasive grains and bonded する substrate Ga atoms が lead き抜かれた state (state Ⅲ) をモデル化した. Abrasive material: SiO2 abrasive material: Abrasive material (ND) Abrasive material Chemical し, grinding material がGa atoms のき抜きプロセスに and ぼす influence を検した. State Ⅰを standard として state Ⅱ と state Ⅲのエネルギーを comparison するとSiO2 pellets を used いた, state Ⅱが+6.5 kcal/mol, state Ⅲが+3.7 kcal/molであり, the bond between the abrasive particle and the substrate forms the Ga atom and the endothermic reactionりSiO2 grains are made of Ga atoms. When ND grinding granules are used, the state Ⅱ is +1.4 kcal/mol, and the state Ⅲ is -5.9 kcal/molであり，Ga atom's lead き抜きが発 thermal reaction となりND 砥片によるGa Atomic のcitation き抜きプロセスはSiO2 pellet と comparison して carried out しやすいことを明らかにした.このRESULTS The processing efficiency of the granular material has been improved by more than 10 times compared with the original one.