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単結晶サファイアの「機械+化学」ハイブリッド先進加工および評価技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15H02213
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生産工学・加工学
研究機関茨城大学

研究代表者

周 立波  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (90235705)

研究分担者 清水 淳  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40292479)
山本 武幸  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 技術職員 (40396594)
小貫 哲平  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70400447)
尾嶌 裕隆  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (90375361)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
43,030千円 (直接経費: 33,100千円、間接経費: 9,930千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2017年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2016年度: 27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円)
2015年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
キーワード切削・研削加工 / CMG / サファイア / ハイブリッド加工 / 切削・研削加 / サファイ / ハイブリッド加工法 / 加工変質層 / ハイブリッド化工法 / 加工変質法 / サファイア単結晶 / ハイブリッド送り機構 / Defect free / サファイヤ単結晶 / 表面粗さ
研究成果の概要

単結晶サファイアが機械強度,化学安定性,光学透過性など優れた物理特性を持ち,LEDを始め,半導体,電子機器,光学素子等の分野に応用が急増している.それに伴い基板材である単結晶サファイアウエハの高能率,高精度加工に加えて高品位な加工技術が求められている.
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,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を並立したOne-stop超精密・無欠陥加工技術の開発,確立を目的に,反応性を有するCMG砥石の開発,サファイア特性に基づく除去メカニズムの解明,及び関連計測・評価技術の開発を行う.

研究成果の学術的意義や社会的意義

現行の硬脆材料の超精密加工技術体系は,延性モード除去メカニズムに基づいて構築されている.延性モードでは転位発生,増殖により加工変質層が必ず形成され,その応力と結晶歪みによりその上に成長するエピ層の電子特性が大きく劣化する.
本研究では,機械加工に化学反応を融合したハイブリッドプロセスを開発した.超精密・高精度である機械加工の特長を継承しながら,従来の応力場での材料除去と異なり,表面と亜表面に原子配列を乱すことなく,完全表面の生成が可能である.この異種相互補完加工技術の融合により,現在の加工技術のブレークスルーだけでなく,学術面においても被削材の化学物理特性を生かした新加工技術の基盤が構築できる.

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 2件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 21件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] ロータリ型インフィード平面研削メカニズムに関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      石橋憲,月井裕太,蛯名雄太郎,周立波,清水淳,小貫哲平,山本武幸, 尾嶌裕隆
    • 雑誌名

      砥粒加工学会誌

      巻: 63 号: 1 ページ: 31-35

    • DOI

      10.11420/jsat.63.31

    • NAID

      130007670937

    • ISSN
      0914-2703, 1880-7534
    • 年月日
      2019-01-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 実験とシミュレーションによる砥粒径のばらつきがウエハ研削面に与える影響の調査2018

    • 著者名/発表者名
      蛯名 雄太郎, 前崎 智博, 周 立波, 清水 淳, 小貫 哲平, 尾嶌 裕隆, 乾 正知
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 84 号: 7 ページ: 640-645

    • DOI

      10.2493/jjspe.84.640

    • NAID

      130007393958

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • 年月日
      2018-07-05
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study on the finishing capability and abrasives-sapphire interaction in dry chemo-mechanical-grinding (CMG) process2018

    • 著者名/発表者名
      Wu Ke、Zhou Libo、Onuki Teppei、Shimizu Jun、Yamamoto Takeyuki、Yuan Julong
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 52 ページ: 451-457

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2018.02.007

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical analysis on effects of grain size variation2017

    • 著者名/発表者名
      Zhou Libo、Ebina Yutaro、Wu Ke、Shimizu Jun、Onuki Teppei、Ojima Hirotaka
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 50 ページ: 27-31

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2017.04.010

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] シリコンウェハ変形による加工変質層残留応力の評価2017

    • 著者名/発表者名
      髙橋清樹、周 立波、清水 淳
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 83 号: 5 ページ: 426-432

    • DOI

      10.2493/jjspe.83.426

    • NAID

      130005645845

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical analysis on effects of grain size variation2017

    • 著者名/発表者名
      Libo Zhou, Yutaro Ebina1, Ke Wu, Jun Shimizu, Teppei Onuki
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] シリコンウェハ変形による加工変質層残留応力の評価 -有限要素法を用いた数値シミュレーションによるウェハ変形メカニズム解明-2017

    • 著者名/発表者名
      髙橋清樹,周 立波,清水 淳
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 5

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Study on the potential of chemo-mechanical-grinding (CMG) process of sapphire wafer2017

    • 著者名/発表者名
      Ke Wu, Libo Zhou, Jun Shimizu, Teppei Onuki, Takeyuki Yamamoto, Hirotaka Ojima and Julong Yuan
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 90 号: 5-8 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1007/s00170-016-9836-1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ステレオ画像による砥石作業面トポグラフィの機上3次元計測システム開発に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      尾嶌裕隆,長山拓矢,周 立波,清水 淳,小貫哲平
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 82 号: 2 ページ: 186-191

    • DOI

      10.2493/jjspe.82.186

    • NAID

      130005124397

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study on grinding of LiTaO3 wafer using effective cooling andelectrolyte solution2016

    • 著者名/発表者名
      Wei Hang, Libo Zhou, Kehua Zhang, Jun Shimizu, Julong Yuan
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 4 ページ: 62-69

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2015.10.001

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] SiウエハのChemo-Mechanical-Grinding(CMG)に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      田代芳章,周 立波,清水 淳,篠田知顕,三上祐樹
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 81 号: 10 ページ: 957-962

    • DOI

      10.2493/jjspe.81.957

    • NAID

      130005100542

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Process study on large-size silicon wafer grinding by using a small-diameter wheel2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaro EBINA, Tomoya YOSHIMATSU, Libo ZHOU, Jun SHIMIZU, Teppei ONUKI, Hirotaka OJIMA
    • 雑誌名

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      巻: 9 号: 5 ページ: JAMDSM0073-JAMDSM0073

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2015jamdsm0073

    • NAID

      130005130435

    • ISSN
      1881-3054
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Wide range and accurate measurement of wafer thickness gauge using optical spectral analyzer2015

    • 著者名/発表者名
      Teppei Onuki, Yutaro Ebina, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu, Libo Zhou
    • 雑誌名

      Applied Mechanics and Materials

      巻: 1136 ページ: 581-585

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study on Sapphire Wafer Grinding by Chromium Oxide (Cr2O3) Wheel2015

    • 著者名/発表者名
      Ke Wu, Naoki Yamazaki, Yutaro Ebina, Libo Zhou, Jun Shimizu, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Takashi Fujiwara
    • 雑誌名

      Applied Mechanics and Materials

      巻: 1136 ページ: 311-316

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of a Cutting Method by Making Use of Localized Hydrostatic Pressure2015

    • 著者名/発表者名
      Jun Shimizu, Keito Uezaki, Libo Zhou, Takeyuki Yamamoto, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima
    • 雑誌名

      Applied Mechanics and Materials

      巻: 1136 ページ: 156-161

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 顕微Raman断層計測によるサファイア研削面損傷の評価2019

    • 著者名/発表者名
      管駿輔, 小貫哲平, 尾嶌裕隆, 清水淳, 周立波
    • 学会等名
      先進テクノフェアATF(Advanced Technology Fair)2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of high efficiency CMG pellets for finishing mono-crystal sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Jianbin Wang, Tomohito Maezaki, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Takeyuki Yamamoto, Jun Shimizu, Libo Zhou
    • 学会等名
      The 21st International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Geometric Simulation of Infeed Grinding Process of Silicon Wafer Using GPU2018

    • 著者名/発表者名
      Masatomo INUI, Yutaro Ebina, Tomohiro Maezaki, Libo Zhou
    • 学会等名
      14th IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative investigation of subsurface damages induced on sapphire with different machining methods using micro Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Teppei Onuki, Ke Wu, Kazuki Kamoshida, Piao Lin, Nao Sugano, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu, Libo Zhou
    • 学会等名
      The 21st International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation on high temperature grinding of mono-crystal sapphire wafer2018

    • 著者名/発表者名
      Nao Sugano, Libo Zhou, Jun Shimizu, Hirotaka Ojima, Ken Ishibashi, Mituru Kaneyasu
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Precision Engineering (ICPE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cross-sectional measurement of laser damage in sapphire using confocal micro Raman spectrometer2018

    • 著者名/発表者名
      Teppei Onuki, Kazuki Kamoshida, Takeyuki Yamamoto, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu, Libo Zhou
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Precision Engineering (ICPE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] サファイアウエハの研削メカニズムに関する研究―盛り上がり係数が除去モードに及ぼす影響―2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川滉輔, 菅野直, 周立波, 清水淳, 小貫哲平, 尾嶌裕隆
    • 学会等名
      第26回茨城講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ロータリー型インフィード平面研削メカニズムに関する研究-無線式動力計の開発と研削抵抗の評価-2018

    • 著者名/発表者名
      石橋 憲, 月井裕太, 蛯名雄太郎, 周 立波, 清水 淳, 山本武幸, 小貫哲平, 尾嶌裕隆
    • 学会等名
      2018年度砥粒加工学会学術講演会(ABTEC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] C面サファイア基板のナノ引っかきに関する研究-hcp金属のナノ引っかきシミュレーションによる変形挙動の解析-2018

    • 著者名/発表者名
      林旺票, 清水淳, 周立波, 小貫哲平, 尾嶌裕隆, 山本武幸, 矢野直彦
    • 学会等名
      2018年度砥粒加工学会学術講演会(ABTEC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] サファイアへの深部レーザ加工の検討2018

    • 著者名/発表者名
      小貫哲平, 尾嶌裕隆, 清水 淳, 周 立波
    • 学会等名
      2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 単結晶サファイアウエハの湿式・乾式研削の比較2018

    • 著者名/発表者名
      前崎智博, Wang Jianbin, 周 立波, 清水 淳, 小貫哲平, 尾嶌裕隆
    • 学会等名
      2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Study on Nanoscratching of C-plane Sapphire Wafer2017

    • 著者名/発表者名
      Wangpiao Lin, Jun Shimizu, Libo Zhou, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima and Takeyuki Yamamoto
    • 学会等名
      20th International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Raman analysis of machining qualities on ground surfaces of sapphire wafers2017

    • 著者名/発表者名
      Teppei Onuki, Ke Wu, Nao Sugano, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu1 and Libo Zhou
    • 学会等名
      20th International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of wireless dynamometer for rotary infeed surface grinding2017

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tsukii, Libo Zhou, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu and Teppei Onuki
    • 学会等名
      20th International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on the Effect of Grain Size Variation on Ground Surface Roughness2017

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Maezaki, Jun Shimizu, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Masatomo Inui, Yutaro Ebina and Libo Zhou
    • 学会等名
      7th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The development of hybrid-feed system and technology of CFRP machining2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Takenouchi, Hirotaka Ojima, Libo Zhou, Teppei Onuki, Jun Shimizu
    • 学会等名
      9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of variance in optical inspections of wafer thickness2017

    • 著者名/発表者名
      Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu and Libo Zhou
    • 学会等名
      9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Error characteristics analyses in optical wafer-thickness measurements2016

    • 著者名/発表者名
      Teppei ONUKI, Yuki NEMOTO, Hirotaka OJIMA, Jun SHIMIZU, Libo ZHOU
    • 学会等名
      16th International Conference on Precision Engineering (ICPE2016)
    • 発表場所
      Hamamatsu/Japan
    • 年月日
      2016-11-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stress analysis of LT wafer during grinding process2016

    • 著者名/発表者名
      Wentong LU, Libo ZHOU, Jun SHIMIZU, Teppei ONUKI, Hirotaka OJIMA, Takeyuki YAMAMOTO
    • 学会等名
      16th International Conference on Precision Engineering (ICPE2016)
    • 発表場所
      Hamamatsu/Japan
    • 年月日
      2016-11-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical analysis on effects of grain size variation2016

    • 著者名/発表者名
      Libo Zhou, Yutaro Ebina, Ke Wu, Jun Shimizu, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima
    • 学会等名
      19th International Symposium on Advances in Abrasive Technology (ISAAT2016)
    • 発表場所
      Stockholm/Sweden
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of ultrasonic vibration on abrasive pellet working life for Si wafer using ultrasonic assisted fixed abrasive chemical mechanical polishing(UF-CMP)2015

    • 著者名/発表者名
      Mitsuyoshi Nomura, Yutaka Matsushima, Yongbo Wu, Masakazu Fujimoto, Zhou Libo
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-10-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular dynamics simulation of relationship between friction anisotropy and atomic-scale stick-slip phenomenon2015

    • 著者名/発表者名
      Jun Shimizu, Libo Zhou, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Takeyuki Yamamoto
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-10-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on the Effects of Chemical Agents and Environment on Material Removal Rate in Sapphire Polishing2015

    • 著者名/発表者名
      Ke Wu, Naoki Yamazaki, Libo Zhou, Jun Shimizu, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-10-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Machining quality controls in ultrashort pulse laser micromachining on lithium Niobate substrates2015

    • 著者名/発表者名
      Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Jun Shimizu, Libo Zhou, Itaru Takahama, Kazuki Kamoshida
    • 学会等名
      he 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-10-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface Texturing by Using Vibration-assisted Microscratching2015

    • 著者名/発表者名
      Jun Shimizu, Takeyuki Yamamoto, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima, Libo Zhou
    • 学会等名
      International Tribology Conference (ITC) 2015
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation of Cutting Process Accompanied by a Localized Compressive Hydrostatic Stress Field Formation2015

    • 著者名/発表者名
      Keito Uezaki, Jun Shimizu, Libo Zhou, Takeyuki Yamamoto, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima
    • 学会等名
      International Tribology Conference (ITC) 2015
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Microtextured Titanium Dioxide Surface by Using Microcutting Techniques2015

    • 著者名/発表者名
      Jun Shimizu, Takeyuki Yamamoto, Libo Zhou, Teppei Onuki, Hirotaka Ojima
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications (CMCEE)
    • 発表場所
      Vancouver, Canada
    • 年月日
      2015-06-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] Nano-Engineering Laboratory

    • URL

      https://sites.google.com/site/nlabibarakiuniv/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [備考] nLab研究室

    • URL

      https://sites.google.com/site/nlabibarakiuniv/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 茨城大学工学部教員紹介

    • URL

      https://info.ibaraki.ac.jp/Profiles/1/0000075/profile.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Nano-Engineering Lab (nLab)

    • URL

      https://sites.google.com/site/nlabibarakiuniv/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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