| 研究課題/領域番号 |
19K04118
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| 研究機関 | 秋田工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
池田 洋 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90573098)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | CMP / スモールツール / 電界 / スラリー / 研磨 / 研磨パッド |
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| 研究実績の概要 |
スモールツールによる研磨加工は，主に非球面レンズの創成研磨に適用され，今後は半導体の部分修正研磨の迅速化にも期待されている．しかし，本加工はCMP技術を採用していることから工具の回転による遠心力で研磨界面のスラリー飛散が増大し研磨効率が低下する技術課題を有している．そこで，スモールツールの創成研磨に電界スラリー制御技術を適用させた電界創成研磨技術の開発に着手し，研磨効率の向上を狙った．
これまで，スモールツールによる研磨に電界スラリー制御技術が有効であるか確認するために，専用に開発した電極を内蔵したツールで主流となっている不織布，及びポリウレタン製の研磨パッドを使用しその研磨特性を評価してきた．その結果，ポリウレタン製の研磨パッドで一定の電界効果が得られる反面，不織布パッドではほとんど電界効果が確認できなかった．このことは，本パッドの特徴である連続発泡構造によるものと推測し，本年度は，与える電界条件などを再検討して不織布パッドでも高効率研磨が得られる条件を探った．その結果，高い周波数領域において電界効果が得られる周波数の存在が明らかになり，連続発砲構造でのスラリー滞留を効果的に抑制するものと考え，メカニズム解明のため研磨特性の評価を継続中である．そして，新たな効果指標として，電界下におけるツール回転速度と研磨速度の関係について評価を開始した．一般的に，ツール回転速度の増加に伴ってスラリー飛散が顕著になり研磨速度が減少に転じる回転速度が存在する．しかし，電界によるスラリー飛散効果が，研磨速度が増加しても限界はあるが研磨速度が向上し続けることがわかった．今後は電界条件などを変化させ，電界効果についてさらに知見を深めていく．これらのことから，電界スラリー制御技術をスモールツールの研磨加工に適用することにより良好な研磨特性が得られることについて，そのメカニズムについて解明していく．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
スモールツールによる電界創成研磨技術の最適な電界条件を評価するため，当初は，はじめに，ITOガラスなどを使用した電界環境下におけるスラリー挙動観察実験を計画していた．そのためには，観察実験装置の開発が必要であるが，限られた予算内で効果的に観察実験を進める必要があったため，まずは，簡易実験ユニットで研磨実験行い電界創生研磨技術に効果が認められる電界条件，研磨条件のおよその範囲をあらかじめ評価することが必要であると判断し，電界条件，研磨条件を変化させその時の研磨特性を評価してきた．しかし，今年度までの研磨実験により研磨パッドの種類すなわち断面構造と材質の違いが電界効果に大きく影響することが判明し，想定外の新たな評価が必要になった．さらに，小径にもかかわらずツール回転速度が電界効果に大きく影響することが明らかになり，このことが，上記した研磨パッドの種類によってどのような研磨特性を示すか評価する必要がある．このように，電界創成研磨における電界条件，研磨条件と研磨特性の相関性を解明することに時間を要したことから，電界による研磨特性を評価して計画当初のスラリー挙動観察実験による電界効果のメカニズム解明に関する実験には着手していない．なお，現在，電界環境下でツールを移動しながらスラリー挙動の観察実験と研磨実験を可能とした実験装置の試作に着手している
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで，電界環境下におけるスモールツールの研磨特性を評価してきた．中でも，樹脂製の研磨パッド構造によって良好な研磨特性が得られる電界条件が異なることが判明し，このことから，パッドの変形に影響を及ぼすと考えられる研磨荷重についても評価が必要と考えられる．具体的には，現在，試作中のスラリー観察，および研磨実験装置に荷重を任意に設定可能なツールヘッドを開発・搭載し，電界環境下における研磨荷重と研磨特性の関係を明らかにする．この時，今年度よりもツールの回転速度領域を拡大するとともに，与える電界条件を変化させることによって，ツール回転速度，研磨荷重が電界効果にどのように寄与するか評価を行う．そして，これらの結果から，ITOガラス，ハイスピードカメラを有効に活用したスラリー挙動の観察実験を行い，研磨特性ならびにスラリー挙動の両面から電界効果が得られる本技術の研磨メカニズムを明らかにしていく．さらに，走査式レーザ変位計を搭載し，ツール軌跡に応じた研磨前後の表面状態（平坦性，除去深さなど）を比較できる機能を追加し，研磨特性とスラリーの運動特性に加えて品位の面からも総合的に本技術の有効性を評価する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前年度までの計画では，令和２年度までににスラリー挙動観察実験装置を試作する計画であったが，効率的かつ効果的に観察実験を進めるため，実験装置の仕様（印加電圧，周波数の範囲，仕様する副資材など）を事前にある程度見極めることにした．しかしながら，研磨パッドの構造や材質によって同じ電界条件下においても異なる研磨特性を示すことが分かった．つまり，研磨パッドの種類によって良好な電界効果が得られる電界条件，研磨条件が存在すること，それらが樹脂製で比較的やわらかいものであることから研磨パッドの断面方向の変形を考慮し，新たなパラメータとして研磨荷重を導入し研磨特性を評価する必要がでてきた．そのため，今年度も簡易的ではあるが研磨特性を評価し，電界制御に有効な電界条件，研磨条件などを得ることを優先にした．現在，今年度の評価結果を基に装置の設計を行っており，早急にスラリー観察実験装置を完成させるととに，観察実験を行い電界創成研磨技術のメカニズムを解明していく．
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