計算科学シミュレーションによる電界がCeO_2 ナノ砥粒の研磨特性に与える影響の解明

摘要

現在、ガラスの精密研磨過程にはセリア(CeO_2）砥粒がよく用いられているが、Ce は希少金属であるため代替砥粒の開発または使用量低減が急務であり、そのためにはセリア砥粒によるガラスの化学機械研磨メカニズムを解明する必要がある。これまで我々は、砥粒表面に露出した低価数状態の金属原子が、ガラス表面に電子供与することでガラスのSi-O 結合を弱めるという、化学反応と機械研磨が複雑に絡み合ったCeO_2 系砥粒によるガラスの化学機械研磨メカニズムを解明してきた。また、セリア砥粒の使用量低減の試みとして、電界を印加しながら化学機械研磨する電界CMP によって、セリア砥粒の研磨特性が向上することが報告されている。そこで本研究では、電界がセリア砥粒によるガラス表面の研磨特性に与える影響を明らかにするため、電界印加時におけるCeO_2 粒子の構造及び電子状態の変化を分子動力学シミュレーション及び第一原理計算により解析した。また、砥粒使用量低減に関する知見を得ることを目標とし、これまでに解明したCeO_2 砥粒によるガラスの化学機械研磨メカニズムを基にして、電界がSiO_2 表面の化学機械研磨プロセスに与える影響をついて検討した。