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＜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
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
525530535540
Inte
nsity [a
.u.]
Binding energy [eV]
Before irradiation
After irradiation
O1s
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
525530535540
Inte
nsity [a
.u.]
Binding energy [eV]
Before irradiation
After irradiation
O1s
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