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Study on precision polishing method applied ultrasonic vibration for next-generation semiconductor wafers

Research Project

Project/Area Number 16K06018
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Production engineering/Processing studies
Research InstitutionNippon Institute of Technology

Principal Investigator

Jin Masahiko  日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (80265371)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords超音波振動 / 研磨 / 半導体基板 / SiC / サファイア / 超硬 / 超硬合金 / 研磨効率 / 研磨軌跡 / 切りくず / 次世代半導体基板 / SiC単結晶 / 半固定砥粒研磨 / 研磨面 / 固定砥粒研磨 / 研削
Outline of Final Research Achievements

The author has developed an ultrasonic vibration polishing method for next-generation semiconductor wafers such as SiC and sapphire. The main effects are efficiency and low environmental impact. Specifically, the extension of the grinding distance, the effective use of abrasive cutting edges, the reduction of subsurface damage, the reduction of clogging, and the refinement of chips were clarified. The author has developed an ultrasonic vibration stone for experiments, with a diameter of 107 mm, a resonance frequency f of 38.3 kHz, and diamond abrasive grains of grain sizes # 800 and # 1,000. The experimental results show that the polishing efficiency is improved up to 11 times that of conventional polishing, the surface roughness is reduced to about 1/3, chips are refined, and subsurface damage is reduced. And, it was clarified that a unique cross hatch mark was formed on the polished surface.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

次世代半導体ウエハーは,高硬度で科学的に安定しているため研磨加工が非常に難しいといった課題がある.現状では,酸化剤,UVやプラズマ援用加工法などが提案されている.それに対して,本手法は純粋な力学的加工法であるため,低コスト,低環境負荷となる手法を提案した.この学術的研究成果は,国内の関連学会,国際会議での発表,および論文投稿を予定している.
一方,社会実装に関しては,直径φ400㎜,振動数20kHzでシリカの遊離砥粒用ラップを開発した.実験ではSiCに対して効果が得られることが明らかになっており,今後の半導体基板材料への展開が期待される.その成果は適当な時期に公表したい.

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Side Milling of Helical End Mill Oscillated in Axial Direction with Ultrasonic Vibration2019

    • Author(s)
      Hiroyasu Iwabe, Mitunori Hiwatashi, Masahiko Jin, Hidenari Kanai
    • Journal Title

      International Journal of Automation Technology

      Volume: 13 Pages: 22-31

    • NAID

      130007542967

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 超音波を利用した材料加工技術2019

    • Author(s)
      神雅彦
    • Journal Title

      機能材料

      Volume: 39 Pages: 20-27

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] 高硬度半導体基板材料の超音波研磨2017

    • Author(s)
      神雅彦
    • Journal Title

      工業材料

      Volume: 65-5 Pages: 10-11

    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Journal Article] 超音波振動を応用した生産加工技術2016

    • Author(s)
      神 雅彦
    • Journal Title

      精密工学会誌

      Volume: 82 Pages: 403-406

    • NAID

      130005150306

    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 高硬度脆性材料の超音波研磨に関する基礎的研究(第4報)-cBNホイールによる焼入鋼の研磨-2019

    • Author(s)
      佐藤隼太郎,菊地正人,白石博康,佐藤真尭,神雅彦
    • Organizer
      2019年度精密工学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 現場で活かせる・使える ~超音波振動を活用した生産加工技術~2018

    • Author(s)
      神雅彦
    • Organizer
      振動援用による加工技術高度化研究会第1回研究会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 砥粒切れ刃形状と研削機構との関係に関する基礎的研究-第1報-2018

    • Author(s)
      神 雅彦,カスリヤ ピラポン,佐藤 隼太郎
    • Organizer
      ABTEC2018 in 金沢
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高硬度脆性材料の超音波研磨加工に関する基礎的研究(第3報)-切れ刃形状と切削機構との関係-2018

    • Author(s)
      神雅彦,カスリアピラポン,佐藤隼太郎
    • Organizer
      2018年度精密工学会春季大会学術講演会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 高硬度脆性材料の超音波研磨加工に関する基礎的研究(第2報)-サファイアに対する加工特性-2017

    • Author(s)
      神 雅彦,金井秀生,高橋一彰,渡辺健志,後藤隆司
    • Organizer
      2017年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学 矢上キャンパス(神奈川県横浜市港北区)
    • Year and Date
      2017-03-13
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  • [Presentation] 超音波振動を利用した材料加工技術の開発2017

    • Author(s)
      神 雅彦
    • Organizer
      Colloquium2017「技術科学と生産技術の交流-9」
    • Place of Presentation
      NASIC-セミナーホール(東京都渋谷区)
    • Year and Date
      2017-02-03
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 高硬度脆性材料の超音波研磨加工に関する基礎的研究-第 2 報:サファイアの研磨-2017

    • Author(s)
      神雅彦,金井秀生
    • Organizer
      ABTEC2017砥粒加工学会学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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