2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of mechanical + chemical hybrid manufacturing technology of sapphire crystal wafer
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15H02213
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
周 立波 茨城大学, 工学部, 教授 (90235705)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾嶌 裕隆 茨城大学, 工学部, 准教授 (90375361)
清水 淳 茨城大学, 工学部, 教授 (40292479)
小貫 哲平 茨城大学, 工学部, 准教授 (70400447)
山本 武幸 茨城大学, 工学部, 技術職員 (40396594)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | サファイア単結晶 / CMG / ハイブリッド送り機構 / 加工変質層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，研削プロセスに化学反応を融合したCMG（Chemo-Mechanical Grinding）技術を基盤に，ハイブリッド送り機構を開発し，単結晶サファイアウエハの形状精度，加工能率と表面品位が共に優れた加工プロセスおよびその評価技術の開発，確立を目指している．この目的を達成するため，本年度に取り組んだ3つの研究課題の実績を次のようにまとめる．
１．CMG工具の開発：これまで見出したサファイアと固相反応する2種類の砥粒（CeO2，SiO2）によるCMG砥石を開発し，実機で検証実験を行った．ウエハ全面加工ができたもの，除去能率が1～2um/hと低いことが分かった．これは，メカニカルの除去作用に比べて化学反応速度が追いついていないと思われる．昨年度後半にCIP成型機とスプレードライヤを購入し，反応性砥粒の含有率の高い（100％近い）砥石ペレットの試作に取り組んだ． 一部の砥粒についてはペレット成型ができたが，硬度が高すぎたためにCMGプロセスに必要な反応性砥粒が十分にリリースされていない．
２．加工機械CMGプロセスの開発：プロトタイプの工作機械に開発したハイブリッド送り機構を実装して，検証実験を行なった．無負荷条件では定速・定圧制御を実現したが，加工抵抗が加わると線形性が保ちにくく特に定圧制御の精度がまだ不十分である．また昨年度に摩擦摩耗機を整備し，上記開発したCMGペレットとサファイアウエハとの摩擦試験を行い．摩擦痕の深さと摩擦粉の評価を通して，除去率と反応メカニズムを調査できるようにした．
３．計測評価技術の開発：ファブリペロ干渉によるウエハ厚さ計測の基礎技術を確立し，分光器を導入して各点（1次元）におけるウエハ厚さ計測を行い，測定レンジ，分解能などを検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度で見出した単結晶サファイアと固相反応を有する2種類の軟質砥粒を使ったCMG砥石を開発し，実機で研削検証実験を行った．またハイブリッド送り機構をプロトタイプの工作機械に実装し，開発した外乱オブザーバによる定速・定圧制御送りの精度検証を行っている．
得られた研究成果を欧文学術誌論文3編と国際会議論文3編にまとめて発表した．またこの技術を応用して，国内企業2社と共同研究を行っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
H29年度には，上記の研究目的を達成するために，次に示す研究課題を取り組む．
１．CMG工具の開発：反応性砥粒の含有率の高い（100％近い）砥石ペレットの開発に引き続きに取り組み，CMGによる除去能率を高める．具体的には反応性砥粒の表面にPVAあるいはエポキシ樹脂をコーティングし，成型に必要な流動性を確保すると同時に，ペレットの抗折強度と弾性率が制御できる成型技術を開発する．
２．CMGプロセスの開発と評価：昨年度整備した摩擦摩耗機を使って，上記開発したCMGペレットとサファイアウエハとの摩擦試験を行い．摩擦痕の深さと摩擦粉の評価を通して，除去率と反応メカニズムを調査する．さらにこのデータを上記１にフィードバックし，CMG組成と成型条件を最適化する．また昨年度でプロトタイプに実装したハイブリッド送り機構については，引き続き精度の改善を行う．
３．計測評価技術の開発：形状計測については，分光系にハイパースペクトラルカメラを導入し，これまでの一次元（点）の計測から二次元（ライン）計測に拡張する．計測ラインをスキャンすることによりウエハ面内の厚さ分布を高速で計測・評価できるようにする．また加工変質層の評価については，ラマン散乱光を利用してウエハ厚さ方向における残留応力分布に関する基礎研究を開始する．
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