大口径Siウェハ対応の2003年実用one-stop加工機械及び中核技術の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11792007
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 江田 弘 茨城大学, 工学部, 教授 (60007995)
• 研究分担者: 中野 博民 茨城大学, 工学部, 講師 (90257329) ; 近藤 良 茨城大学, 工学部, 助教授 (90186867) ; 周 立波 茨城大学, 工学部, 助教授 (90235705) ; 渡部 和 日立ビアメカニクス株式会社, 副技師長 ; 清水 淳 茨城大学, 工学部, 助手 (40292479)
• キーワード: シリコンウエハ / 超磁歪材料 / 微小位置決め装置 / 姿勢制御 / 固定砥粒 / 研削加工 / 局所クリーンルーム / 省エネ

研究概要

Siウエハの加工工程が,インゴット引き上げ後パッケジングまで,回路パターンの形成以外はほとんど砥粒加工に依存している.デバイスの高集積化に対応すべく,φ300mm,φ450mmへのウエハの大口径化が進められているが,現行の定圧加工法式(ラッピングやポリッシング)による最終仕上げは,高平坦度の実現が困難とされている.
本研究は,φ300mm口径のSiウエハを粗さがnm級,平坦度が0.25μm以下,しかもダメージフリーに加工することを目標とし,研削,ラッピング及びポリッシングまで含む3工程をすべて研削加工に置き換えて実現できるone-stop超加工機械とその中核技術の開発および実用化を行う.本年度の研究成果が次のように要約できる.
1.超磁歪材料を用いて,送り精度5Å/stepの超精密位置決め中核技術の開発に成功した.巨大荷重500kgfに対して,1Åの分解能をoff-lineで実現した.
2.同じ超磁歪材料を用いて2自由度の姿勢制御装置及びそのコントローラを開発した.φ300の加工域に対し±5μmのチルティングをX-ZおよびY-Z平面内で姿勢制御できる.
3.φ300ウエハ仕様の超精密研削加工機本体の開発,製造および組立が終了した.初期のテストでは,Ra=1.7nmの結果が得られた.
4.超磁歪の温度制御,加工液の供給・循環・清浄・恒温などその他周辺装置の開発はほぼ完了し,現在本体との接続及び最終調整を行っている.
5.加工工具(ダイヤモンド砥石)および加工条件については,理論解析及びシミュレーションを行い,実加工における諸条件の最適化のための指針が得られた.
6.評価装置として,硬さ計,3次元粗さ計,X線回折装置を導入した.またglobalなウエハ平坦度の測定については共同研究を精力的に行っている.

研究成果

• [文献書誌] H.Eda,H.Hamada,Y.Tomita and Y.Yamamoto: "Study on Super-Fine Diamond Cluster with Application to Ultra-Precision Surface Generation"Journal of the Balkan Tribological Association. 5・2. 94-104 (1999)
• [文献書誌] Hiroshi Eda,L.Chouanine,Jun Shimizu and Libo Zhou: "Development of System and Key-Components for Ductile Mode Grinding"Proc.EUSPEN'99(GERMANY). 222-225 (1999)
• [文献書誌] Hiroshi Eda,Libo Zhou and Jun Shimizu: "Computer Assisted Modeling and Simulation for Grinding Process"Proc.EUSPEN'99(GERMANY). 226-229 (1999)
• [文献書誌] Hiroshi Eda,L.Chouanine,Jun Shimizu and Libo Zhou: "Development of State-of-Art Devices on the Sub-nanometer Grinding Machine Tool for Optical Glasses"Proc.ICOSN'99. 344-347 (1999)
• [文献書誌] Hiroshi Eda,Jun Shimizu and Libo Zhou: "Study on Ultra-Precision Machining of Ceramics for Optical Components"Proc.ICOSN'99. 420-423 (1999)
• [文献書誌] Hiroshi Eda,Yoji Tomita,Teruo Mori,Yohji Okada,Jun Shimizu and Libo Zhou: "Research and Development of Smart Giant Magnetostriction Composite Materials Using Powder Metallurgic Technology and Their Applications to Advanced Devices"ICCM-12(FRANCE). 751 (1999)
• [文献書誌] J.Shimizu,H.Eda,L.Zhou,Y.Takimoto and A.Muroya: "Giant Magnetostrictive Positioner for Single Diamond Turning of Silicon Substrate"Proc.ICPE-9(JAPAN). 187-192 (1998)
• [文献書誌] H.Eda,T.Mori,L.Zhou,K.Kubota,and J.Shimizu: "Powder Metallurgic Giant Magnetostrictive Material and its Applications in Micro-actuator and Micro-sensors"Proc.Materials and Device Characterization in Micromachining II,SPIE(USA). 114-123 (1999)