2011 Fiscal Year Research-status Report
硬脆材料のインテリジェントレーザスライシング法に関する研究
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23656095
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
池野 順一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10184441)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | レーザ加工 / スライシング / シリコンウエハ / サファイアウエハ |
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| Research Abstract |
シリコンウエハは半導体基板や太陽光発電パネルとして重要な基板である。しかし、インゴットから従来の機械加工で切り出すと50%が加工屑になり、最終工程までには90%に至る。将来はウエハの薄化がより進むため、加工屑割合は増加の一途を辿ることが予想される。そこで本申請では、加工屑を飛躍的に削減して環境に優しく、微細構造を切断面内に形成して高機能を付加する新しい"インテリジェントレーザスライシング（ILS）法"を提案し実現することを目的とした。平成２３年度はレーザスライシング装置およびそのシステムの構築に重点をおいて研究活動を行った。 １．装置およびシステムの構築１）収差の小さな状態におけるシリコン内部での焦点径と深さを算出し、最小切り代とウエハ厚みを把握した。２）前項を基に微小破壊に至るエネルギー密度を求めて光学系を設計した。３）既存のAF装置を用い光軸方向の焦点移動が可能な光学駆動系を製作した。４）既存のステージを用いて機械設計製作を行った．５）パルスピッチ、ラインピッチ、照射出力、照射奇跡、照射位置決めが可能な制御ソフトを作成した。 ２．装置性能評価のための基礎実験として１）駆動系、レーザ発振器、光学系が同期していることを調査しシステムの完成度を検証した。２）AF機構による深さ方向とクラックの発生頻度の関係を明らかにし、加工可能な深さを同定した。なお，加工評価が重要となり備品として倒立顕微鏡を購入しクラックの進展観察を行った．
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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
シリコンウエハを切り出す際に切り屑が大量に発生し，生産性や環境負荷の観点から解決すべき問題となっており，切り屑を出さずに，ドライ環境下で高付加価値の高い切断加工を目指して，"インテリジェントレーザスライシング（ILS）法"の実現を目的とした。平成２３年度はレーザスライシング装置およびそのシステムの構築に重点をおいて研究活動を行い，順調に研究を遂行することができた．まず装置およびシステムの構築は，以下の計画した全てにおいて達成することができた．１）収差の小さな状態におけるシリコン内部での焦点径と深さを算出し、最小切り代とウエハ厚みを把握した。２）前項を基に微小破壊に至るエネルギー密度を求めて光学系を設計した。３）既存のAF装置を用い光軸方向の焦点移動が可能な光学駆動系を製作した。４）既存のステージを用いて機械設計製作を行った．５）パルスピッチ、ラインピッチ、照射出力、照射奇跡、照射位置決めが可能な制御ソフトを作成した。次に，装置性能を評価するための以下の基礎実験を全て実施した．１）駆動系、レーザ発振器、光学系が同期していることを調査しシステムの完成度を検証した。２）AF機構による深さ方向とクラックの発生頻度の関係を明らかにし、加工可能な深さを同定した。なお，クラックが微細であるため，加工評価のための倒立顕微鏡を購入しクラックの詳細な進展観察を行うことが可能となった．平成23年度の自己評価としてはほぼ100%と判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２４年度は，初年度に構築したレーザスライシング装置を用いて2インチシリコンウエハの加工実験と分析を行う。加工原理・可能性の明確化，インテリジェント化を検討する。１．スライシング本実験１）加工条件の選定：パルスエネルギーなど加工条件を変化させて目標とする加工の条件選定を行う。２）要因ごとに研究補助者と手分けをして実験計画法に基づき整理し最適加工条件を導出する。３）加工の高速化のための条件選定を行うとともに、結晶方位の影響についても検証する。２．シリコン加工試料の分析１）シリコン試料の加工痕における応力状態をラマン分光法によって分析する。２）電子顕微鏡でクラック連結状態を明らかにする。また、X線回折によって、加工後の単結晶状態を分析する。３．インテリジェント化の検討１）レーザスライシング時にAF装置で対物レンズを上下させ、剥離面に機能をもつ微細形状を創成していく。２）レーザアニール法で加工部を再び単結晶シリコンに戻すことを試みる。３）最後にレーザスライシング装置システムのインテリジェント化を図る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成24年度は直接経費が1,000,000円である．材料，光学部品などの消耗品に物品費800,000円を充填する予定である，研究成果を学会で積極的に発表するために成果発表旅費100,000円を充てる予定である．最後に分析にかかる費用として謝金100,000円を充てる予定である．
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