2017 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)
小貫 哲平 茨城大学, 工学部, 准教授 (70400447)
清水 淳 茨城大学, 工学部, 教授 (40292479)
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 | 切削・研削加工 / サファイア / CMG / ハイブリッド加工法 / 加工変質層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．CMG工具の開発：CMG砥石の材料除去能率を高めるために，今年度CIP成型による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．印加圧力，保持時間，保温条件などを変えて，CeO2砥粒率が99.65wt%～100wt％のCMG砥石ペレットを作成することができた．ボンドレスのCMG砥石の開発の道を切り開いた．また摩擦摩耗試験を通して，砥粒率が高いほど，材料の除去率が高いことを検証した．さらにCIP成型時の印加圧力が成型砥石の機械特性を支配する主因であり，CMGプロセスに必要な反応性砥粒を確保するには，350MPa程度の圧力が最適であることを明らかにした．
２．ハイブリッド加工プロセスの開発：これまで継続して取り組んでいるサファイアの高能率研削除去メカニズムの解明過程において，高温になるにつれてサファイアの降伏応力が小さくなり，特に800℃以上になると，C面(0001)において <1120>方位に双晶とすべりが発生しやすく，短時間で表面粗さの改善が確認できた．下半期から乾式環境下に使用できるダイヤモンド砥石を開発すると同時に，ロータリ型インフィード研削盤に実装できる無線型動力計と温度計の開発を開始した．一方，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，定圧及び定寸の加工を実現したが，速度応答特性に改善する余地がある．
３．計測評価技術の開発：昨年度は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たが，本年度では，ラマン散乱光を利用してウエハ内部における加工変質層の分布を計測評価する技術を開発した．この技術により研削して得られたウエハの残留応力および加工変質層の分布を非破壊的に評価することができた．
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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
本研究の目的を達成するため，①高温研削による高能率材料除去，②CMG研削による加工変質層フリーの仕上げ面実現，③ファブリペロ干渉によるウエハ形状計測およびラマン散乱光による加工変質層の分布の計測評価の3つのコア技術が着実に形成されつつあり，次年度において最終まとめに寄与することが期待できる．
得られた研究成果を欧文学術誌論文3編（内1編が掲載待ち）と国際会議論文6編にまとめて発表した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究目的を達成するために，H30年度には，次に示す研究課題を取り組む．
１．高温研削の実施と評価：これまで継続して取り組んでいるサファイアの高能率研削除去メカニズムの解明過程において，高温になるにつれてサファイアの降伏応力が小さくなり，特に800℃以上になると，C面(0001)において <1120>方位に双晶とすべりが発生しやすく，短時間で表面粗さの改善が確認できた．本年度はダイヤモンド砥石による乾式研削を本格的に行い，高温環境下におけるサファイアの除去特性を解明する．また無線（遠隔）による研削抵抗や研削温度など関連要素技術も併せて開発する．
２．CMG工具の開発：昨年後半に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． 摩擦摩耗試験を通して，CMG加工に必要な抗折強度と弾性率を有する砥石ペレットを成型することができた．本年度はCMG砥石ペレットを実装して研削加工を行い，加工能率と表面品位を2つの観点よりプロセスを最適化する．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，引き続き速度応答特性を改善する．
３．計測評価技術の開発：昨年度ではラマン散乱光を利用してウエハ内部における加工変質層の分布を計測評価する技術を開発した．今年度はこの計測技術の精度，分解能の改善をするとともに， 上記，1及び2で得られた加工結果を評価する．
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