プラズマ援用研磨法の開発（第11報）－サファイア基板のプラズマ援用研磨における加工メカニズムの調査

摘要

サファイアは青色LED 用のGaN 膜をエピタキシャル成長させる下地基板として使用される．高品質なGaN 膜を成長させるためには，その下地基板であるサファイア基板にもスクラッチフリーかつダメージフリーな表面が要求される．サファイアは高硬度かつ化学的に安定な難加工材であるために，仕上げ工程にはスラリーによる化学的腐食作用と，砥粒による微小切削作用を組み合わせた化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing : CMP) が用いられている．しかし，CMP による加工は加工速度が遅いだけでなく研磨液及びその処理にもコストがかかり生産性が悪いという問題があり，サファイア基板を高効率かつ低コストに仕上げる新たな研磨手法の確立が求められている．研磨液を使用せずにサファイア基板を研磨することが可能なドライ研磨法としては，サファイアとSiO_2 粒子間に起こるメカノケミカル反応を利用したメカノケミカルポリシング法や，サファイアの水和化現象を利用したハイドレーションポリシング法が提案されている．いずれの手法も軟質な砥粒やポリシャを使用するためダメージフリーかつスクラッチフリーな鏡面が得られるが，加工能率が低いために実用化には至っていない.これに対して，我々はプラズマ援用研磨(Plasma Assisted Polishing: PAP) の適用を検討している．試料に対してSiO_2 砥粒を用いた固定砥粒研磨をおこない，研磨時に大気圧雰囲気下でAr ベースの水蒸気プラズマ (以下、Ar-H_2O プラズマ) を照射する．これによって，加工対象物表面の軟質化や，砥粒と加工対象物間におけるメカノケミカル反応の促進を期待し，高能率な研磨加工をドライ雰囲気下でおこなうことを目的としている．これまでの研究では水蒸気プラズマ中で生成するOH ラジカルの発光強度の増加に伴って，サファイア基板の加工速度が上昇することが明らかになっている．本報では， OH ラジカルがサファイアおよびSiO_2 の表面改質に与える影響に関して，X 線光電子分光 (X-ray Photoelectron Spectroscopy：XPS）を用いて調査した結果を報告する.