水酸化フラーレン混合スラリーによるサファイアCMPに関する研究―材料除去メカニズムの検討

摘要

サファイアは絶縁性，耐薬品性，耐熱性，耐摩耗性に優れており，青色LED 基板などに幅広く適用されている．サファイア基板の製造法は， EFG 法(Edge-defined Film-fed Growth Method)による単結晶サファイアを形成し切断した後，ラッピングやポリシング，CMP による欠陥層の除去を行っている．通常，LED の発光膜GaN はサファイア基板上にエピタキシャル成長により成膜される．このとき良好な基板表面が得られていない場合，基板上にエピタキシャル成長により形成されるGaN 膜内に欠陥が生じてしまうため，LED 素子の性能劣化の要因となる．そのため，ラッピングやCMP などの表面処理工程においては，高速研磨やナノレベルでの面精度を実現させる他に，欠陥やスクラッチを極力低減させる必要がある．これまでラッピングやCMP においてはスラリー中の砥粒や微粒子として，ダイヤモンドやアルミナ，コロイダルシリカなど既存の部材を用いることで研磨性能の改善が行われてきた．しかしながら，これらの研究ではスラリーの微粒子の最小粒子径や，微粒子分布の均一性などの材料としての制約があるため，ポリシング性能をより向上させるには新規ポリシング材料が必要となる．近年，Cu-CMP において水酸化フラーレンスラリーを適用することにより，表面粗さを大幅に改善できることが報告されている．一方，サファイア基板においてもコロイダルシリカスラリーに水酸化フラーレンを混合させた場合，コロイダルシリカスラリー単体よりも表面粗さが向上することについて報告した. 水酸化フラーレン（分子）は，直径1nmと均一であり，分子自体が高硬度かつ高い反応性（電子吸引性）を有しているため，ポリシング性能に寄与しているものと考えられる．本研究では，研磨前後での水酸化フラーレンの変化やサファイア表面での接触状態を明らかにするため，FT-IR を用いてCMP 前後での水酸化フラーレン混合スラリーの分析とFE-SEM を用いてサファイア表面の凝着量の評価を行った．これらの結果に基づいて水酸化フラーレン混合スラリーによるサファイアCMP における材料除去メカニズムを検討したので報告する．