高精度・高能率な大面積ＮＣ加工のための多電極型大気圧プラズマ発生装置の開発

开发用于高精度、高效率大面积数控加工的多电极常压等离子发生器

基本信息

批准号：
15J00581
负责人：
武居弘泰
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00581/
关键词：
数値制御加工大気圧プラズマ Silicon on Insulator 膜厚均一化 Silicon on Insurator

项目摘要

半導体デバイスは現代の生活には必要不可欠となっているが、その低消費電力化や高速動作化をデバイスの微細化によって実現する事は困難となりつつある。SOI(Silicon on Insulator)ウエハと呼ばれる、シリコン基板・埋め込み酸化膜層・シリコン薄膜層の三層の構造を持つ半導体用基板が開発され、優れた特性を持つ。しかし、一方でデバイスを作製するSOI層に高い膜厚均一性が要求される。本研究では、これを高能率に解決する手法として犠牲酸化法を採用し、多電極型大気圧プラズマ発生装置を考案し開発を行った。当初の研究計画に則り、薄膜電極の検討および装置の試作と実証実験を行った。この手法により、将来的にさらに高い加工分解能が要求されても十分に対応可能であると考える。今後、SOIウエハに限らずどのような半導体材料においても今後はウエハの大口径化が進むと思われる。したがって、大口径化する試料に対して一括加工を行うためには更に多数の電極を敷き詰める事が要求され、同時に加工分解能向上のためには電極サイズを小さくすることも要求される。そこで、このような大面積化と加工分解能向上を目指し、新たに考案した薄膜電極とそれを用いて行った数値制御実験も行った。これにより従来の技術より簡便、安価、かつ操作性の優れた、非常に加工安定性の高い手法となった。メッキの必要な厚みや形状は電磁気学的に計算することで最適化した。この装置を用いて数値制御加工を行ったところ、従来の10分の1の時間でSi薄膜層の膜厚のばらつきをナノオーダーの制度で改善することに成功した。この結果が示す通り、本研究で提案する手法は高能率な超精密加工を実現する手法であることを証明した。

半导体器件已成为现代生活中不可或缺的一部分，但由于器件的小型化，实现更低功耗和更快操作变得越来越困难。现已开发出一种称为SOI（绝缘体上硅）晶片的半导体衬底，其具有硅衬底、埋入氧化膜层和硅薄膜层的三层结构，并且具有优异的特性。然而，另一方面，用于制造器件的SOI层要求具有高膜厚均匀性。在本研究中，我们采用牺牲氧化法作为解决这一问题的高效方法，并设计和开发了多电极常压等离子体发生器。按照最初的研究计划，我们对薄膜电极进行了研究，制作了原型器件，并进行了演示实验。我们相信这种方法将足以满足未来对更高加工分辨率的需求。未来，预计未来晶圆的直径将会变得更大，不仅是SOI晶圆，所有半导体材料都是如此。因此，为了对直径增大的样品进行批量加工，需要布置更多数量的电极，同时还需要减小电极的尺寸以提高加工分辨率。因此，为了增加面积并提高加工分辨率，我们还利用新设计的薄膜电极进行了数控实验并使用它。这导致了一种比传统技术更简单、更便宜、更容易操作的方法，并且具有极高的加工稳定性。使用电磁计算优化了所需的镀层厚度和形状。当使用该设备进行数控加工时，他们成功地以纳米级精度改善了硅薄膜层厚度的变化，所需时间仅为传统方法的十分之一。这些结果表明，本研究提出的方法已被证明是一种实现高效超精密加工的方法。