＜研磨班＞プラズマ援用研磨によるサファイア基板の平滑化

サファイアウェハの製造工程

単結晶サファイアとは？

＊スラリー：薬液に砥粒を分散させたもの

＜プラズマの効果＞

・活性種による基板表面改質

・砥粒とウェハ間の化学反応の促進

・ウェハ表面の清浄及び活性化

DPMMFC

Ar

H2O

MFCWeight

Quartz

cover

Rotary

table

Polishing head

&

Electrode

Sapphire

Vacuum

desiccator

RF

(13.56 MHz)

Magnet

coupling

Magnet

coupling

5 mm

AA’1 mm

軟質砥粒でサファイアの加工が進行！

物理的特性高硬度

化学的特性耐熱性耐薬品性光学的特性光透過率電気的特性絶縁性

低誘電損失

Anode

Cathode

サファイア＝Al2O3の単結晶

Black Blue Pink Ruby Violet Yellow Green Orange

White

含まれる不純物によって色が異なる （不純物を含まないものは無色透明） サファイアの特性 青色LEDの下地基板として利用！

高硬度かつ化学的に安定なため

物理的にも化学的にも加工が難しい！

LED用の下地基板に用いるため、単結晶サファイアは

ウェハに加工する必要がある From kyocera

ところが・・・

Diamond

wierIngot

単結晶サファイアのインゴット製造

単結晶サファイアの塊！

塊から円柱状の

インゴットを切り出す！

From Procrystal

ダイヤモンドワイヤーを用いて インゴットをスライス、円盤状に成形

ダイヤモンド砥粒を用いた ウェハ表面の荒研磨

シリカスラリーを用いた ウェハ表面の仕上げ研磨

単結晶成長 スライシング 荒研磨 化学機械研磨（CMP）

プラズマ援用研磨法の開発

CMPの問題点

高コスト・低能率

低コスト化・高能率化が必要！

軟質砥粒（ SiO2 ）の適用 →ダメージフリー加工が可能

高価なスラリーが不要

→仕上げプロセスの大幅なコスト削減

大気圧プラズマの適用 →活性ラジカルによる化学反応の促進

サファイア基板に対してプラズマ照射と砥粒研磨を同時に作用させる！

硬度 SiO2砥粒 << サファイア

実験装置設計

加工領域

（ドーナツ状）

加工メカニズムの解明

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

525530535540

Inte

nsity [a

.u.]

Binding energy [eV]

Before irradiation

After irradiation

O1s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

707580

Inte

nsity [a.u

.]

Binding energy [eV]

Before irradiation

After irradiation

Al2p

プラズマ照射後のサファイア表面のXPSスペクトル

プラズマ照射によってサファイア表面の水和化が進行？

Sapphire

OHOH OH

OHOHOH

Al Al Al Al

Si

O

H2O plasmaSiO2

OH終端したサファイアとSiO2の間に Al-O-Si 結合が形成

サファイア表面のAl原子が砥粒に 結合される形で脱離？

From AEG

Wafer

Lapping

plate

From 宝石.jp

Polishing

head

Work

Polishing

pad

DresserSlurry

Nozzle

ウェハ表面の状態 サファイアウェハ サファイアウェハ サファイアウェハ

スライス面：凹凸が大きい荒れた表面 ラッピング面：大きな凹凸は除去されているが、 ウェハ表面に加工ダメージ層が残留

仕上げ面：加工ダメージの残留が無く、平滑な表面

Sapphire

Electrode

SiO2

Atmospheric pressure

water vapor plasma

Sample holder

Water vapor plasma

SiO2

Sapphire

High temperature

High pressure

Hydrationlayer

O

UV

H

Radicalse

0

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Inte

nsity [a

.u.]

Binding energy [eV]

Before irradiation

After irradiation

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Inte

nsity [a

.u.]

Binding energy [eV]

Before irradiation

After irradiation

O1s