谷泰弘 立命館大学 理工学部 機械工学科 教授
河西敏雄 埼玉大学ベンチャー (株)河西研磨技術特別研究室 代表取締役;埼玉大学名誉教授
杉下寛 浜井産業(株) 技術部 部長
横山英樹 (株)フジミインコーポレーテッド 機能材事業本部 副本部長
伊藤潤 (株)フジミインコーポレーテッド 機能材事業本部
古澤真治 日立造船(株) 精密機械本部 マテリアルビジネスユニット 営業部 部長
広川良一 九重電気(株) 伊勢原事業所 化成品部 取締役化成品部長
繁田好胤 ニッタハース(株) 技術部門 本部長
村田順二 立命館大学 理工学部 機械工学科 助教
清宮紘一 (株)トップテクノ 取締役
安永暢男 元 東海大学 教授
進村武男 宇都宮大学 学長
鄒艶華 宇都宮大学 大学院工学研究科 准教授
桐野宙治 (株)クリスタル光学 技術開発部 取締役;技術開発部長
森田昇 千葉大学 大学院工学研究科 教授
三種の神器と言えば、皇位継承の象徴として天皇家に受け継がれている三種類の宝物、八咫鏡(やたのかがみ)、天叢雲剣(あめのむらくものつるぎ)、八尺瓊勾玉(やさかにのまがたま)であるが、これらはいずれも磨き物、すなわち磨かれて初めてその品物としての価値を高める品物である。この三種の神器に象徴されるように、研磨はものづくり日本にとって非常に重要な技術であり、品物の付加価値を高める技術として重宝されてきたのである。また研磨という作業は磨製石器に見られるように、人間が営みを始めて以来行ってきた技術であり、非常に伝統のある技術である。磨製石器は打製石器よりも場合によってはその切れ味が劣るものの、再現性の高い石器を供給することのできる最先端技術として確立していた。研磨技術は鏡面を得ることのできる加工技術として長く位置づけられてきたが、最近になってその特異的な加工メカニズムや化学的作用が注目され、加工ダメージの均質な面や加工ダメージの残らない面を製作できる加工技術として半導体基板の製造技術等に採用されるようになってきている。
このようにその重要性にもかかわらず、同じ機械加工の切削加工や研削加工に比較すると、その加工特性の制御因子の数が多く、しかも機械的除去作用のみならず、化学的除去作用も付加されることから、体系化が難しく、研磨加工を総合的に学べる書籍も非常に少ないのが実情である。こうした中で平成7年より小生がカリキュラム編成者となって財団法人神奈川科学技術アカデミーにおいて研磨技術に関する学習コースを毎年開催してきている。その学習コースは研磨技術の基礎から応用までにコンパクトにまとめ上げたものとなっており、毎回多数の受講者を得ている。本書はそのコースを基本に構成したものであり、従来の同等の分野を扱った類書と大きく異なる点は、研磨技術を研磨機械、研磨工具、加工技術の3つの観点から説明を加えている点と、洗浄と加工面の評価技術を加えている点である。洗浄は研磨後の表面から汚れを除去するために必須の技術であり、加工面の評価技術は研磨面が目的を満足する面となっているかを評価し加工の達成度を明確にするうえで非常に重要な技術である。本書が従来の研磨技術に関する書籍の不足を補完できるものとなれば幸いである。
(本書「巻頭言」より)
第1章 研磨加工技術総論 河西敏雄
1 はじめに
2 研磨の基本的な加工操作
3 研磨における加工量と工具磨耗量
4 粗面研磨(ラッピング,砥石研磨)
4.1 硬脆材料のラッピング
4.2 金属材料のラッピング
4.3 砥石研磨
5 鏡面研磨(ポリシング)
5.1 金相学的ポリシング
5.2 光学ポリシング
5.3 Siウエハのケム・メカニカルポリシング(湿式メカノケミカルポリシング)
6 研磨技術の超精密化
6.1 光学ポリシングの高度化
6.2 スーパースムーズ鏡面の定義と表面性状
6.3 各種超精密研磨について
7 平行平面研磨
7.1 研磨工程
7.2 平行度修正研磨
8 まとめ
第2章 研磨加工機械 杉下 寛
1 はじめに
1.1 研磨加工機械の変遷
1.2 研磨加工機械の概要
2 研磨加工機の特徴
2.1 両面研磨機
2.2 片面研磨機
2.3 研磨加工機の色々
3 色々な研磨加工機と設計仕様書
3.1 ラップ盤,ポリシング盤とCMP(ChemicalMechanicalPolishing)
4 研磨機械の内部機構
4.1 流体軸受け
4.2 ワークキャリア(ワーク保持具)駆動用ピン
5 ラップの修正法
6 ポリシングの修正法
7 300mm,450mmシリコンウェーハ加工機の設計
7.1 300mmウェーハ加工用ラップ盤
7.2 二重安全対策
7.3 450mmシリコンウェーハ加工用ポリシング盤
7.4 450mm時代の研磨加工機と研磨加工との整合
8 各分野の研磨加工機
8.1 ガラスディスク,サファイア加工機
8.2 水晶加工機
8.3 液晶フォトマスクガラス加工用大型ポリシング加工機
9 自動化
10 今後の研磨加工機
10.1 砥石研磨加工機,球面研磨加工機,テープ加工機について
10.2 今後の平面研磨加工機械について
第3章 研磨材 横山英樹,伊藤 潤
1 天然研磨材と人造研磨材
2 代表的な研磨材とその用途
3 研磨材の製造方法
3.1 人造研磨材の製造方法
3.1.1 炭化ケイ素質研磨材の製造方法
3.1.2 アルミナ質研磨材の製造方法
3.1.3 人造ダイヤモンドの製造方法
3.1.4 二酸化ケイ素質研磨材の製造方法
3.1.5 研磨材微粉の製造方法
4 研磨材の性質と物性評価方法
4.1 研磨材に求められる性質
4.2 研磨材の物性評価方法
4.3 粒度分布測定
4.4 砥粒形状測定
5 研磨材を用いる加工プロセス
5.1 シリコン基板(半導体用途)加工プロセスと研磨材
5.1.1 シリコン基板の加工プロセス
5.1.2 シリコン基板の加工プロセスの課題
5.2 サファイア基板(LED用途)加工プロセスと研磨材
5.2.1 サファイア基板の加工プロセス
5.2.2 サファイア基板の加工プロセスの課題
6 研磨材の将来展望
6.1 研磨材の高性能化
6.2 角状アルミナ
6.3 レアアース研磨材の代替
第4章 研磨工具
1 ラップ加工 古澤真治
1.1 はじめに
1.2 ラップ加工
1.3 遊離砥粒研磨のメカニズム
1.4 ラップ定盤
1.5 ラップ定盤の管理方法
1.5.1 ラップ定盤の形状管理
1.5.2 清掃管理
1.5.3 状態管理
1.6 ラップ定盤へのニーズ
1.7 砥粒へのニーズ
1.8 結言
2 研磨用ピッチ 広川良一
2.1 はじめに
2.2 研磨材料としての必要な特性
2.3 研磨用ピッチの原料系の使い分け
2.4 現在市販されている研磨用ピッチの種類
2.5 研磨用ピッチ物性
2.6 研磨用ピッチの選び方
2.6.1 石油アスファルト系
2.6.2 ウッド系研磨用ピッチ
2.6.3 レジン系研磨用ピッチ
2.7 今後のピッチ研磨方法について
3 研磨布 繁田好胤
3.1 はじめに
3.2 研磨布の働き
3.2.1 研磨布の表面状態
3.2.2 コンタクトエリアとコンタクトポイント
3.2.3 研磨布の圧縮挙動と粘弾特性
3.3 研磨布の分類
3.4 連通気泡タイプ研磨布(不織布製研磨布)
3.4.1 シリコンウェーハの一次研磨用研磨布
3.5 独立気泡タイプ研磨布
3.5.1 シリコンウェーハ用研磨布
3.5.2 デバイスの平坦化用研磨布
3.5.3 ガラス研磨用途
3.6 スエード製研磨布
3.6.1 シリコン用仕上げ研磨
3.6.2 ハードディスク用研磨布
3.7 おわりに
第5章 各種研磨技術
1 固定砥粒研磨 谷 泰弘
1.1 はじめに
1.2 従来の固定砥粒研磨
1.2.1 超仕上げ
1.2.2 ホーニング
1.2.3 ベルト研削
1.2.4 テープ研磨
1.3 最近の固定砥粒研磨
1.3.1 目づまり対策
1.3.2 化学的作用の付加
1.4 おわりに
2 複合粒子研磨 村田順二
2.1 複合粒子研磨とは
2.2 複合粒子研磨による研磨特性
2.3 複合砥粒研磨
3 電解砥粒研磨 清宮紘一
3.1 概要
3.2 背景
3.3 開発の経緯
3.3.1 基礎実験
3.3.2 手送り式研磨機
3.3.3 自動化
3.3.4 ライン型連続鏡面研磨装置
3.4 原理と基本加工特性
3.4.1 加工法の原理
3.4.2 ステンレス鋼の研磨特性
3.4.3 小径管内面の電解砥粒研磨
3.5 超精密電解砥粒研磨
3.5.1 オスカー式電解砥粒研磨機
3.5.2 ステンレス鋼の研磨特性
3.5.3 その他金属材料の研磨特性
3.6 電解砥粒研磨の生産現場への適用
4 メカノケミカル研磨 安永暢男
4.1 超精密ポリシングの要件と方法と特徴
4.2 メカノケミカルポリシングの原理と特徴
4.3 メカノケミカルポリシングの研磨メカニズム
4.4 メカノケミカルポリシングの加工事例
4.4.1 サファイア
4.4.2 シリコンウェハ
4.4.3 水晶
4.4.4 窒化珪素および炭化珪素
5 磁気援用研磨 進村武男、鄒 艶華
5.1 はじめに
5.2 磁気援用研磨法の特長と応用分野
5.3 磁性砥粒を利用した磁気援用研磨
5.4 磁性工具を利用した磁気援用研磨
5.5 ナノレベル超精密磁気援用研磨
5.6 磁気バリ取り方法
5.7 磁気バレル加工
5.8 おわりに
第6章 洗浄技術 桐野宙治
1 はじめに
2 汚れの種類と除去機構
3 超音波洗浄
3.1 周波数特性と洗浄メカニズム
3.2 超音波洗浄器の実践的な使用法
4 噴射式洗浄
5 機能水を用いた洗浄
5.1 電解水
5.2 ナノバブル水
6 ドライ洗浄
7 砥粒フリー研磨
8 まとめ
第7章 加工面の評価技術 森田 昇
1 表面形状の3次元計測技術
1.1 触針法
1.2 光学的測定法
1.2.1 焦点エラー法
1.2.2 光波干渉法
1.3 SEM法
1.4 SPM法
1.5 表面形状の測定方法とその性能比較
2 表面品位の評価技術
2.1 表面品位の評価技術の重要性
2.2 表面分析法の概要
2.2.1 電子関連分光法
2.2.2 X線関連分光法
2.2.3 分子振動分光法
2.2.4 イオン関連分光法
2.3 残留応力および結晶性の評価法
2.3.1 顕微レーザラマン分光法
2.3.2 超音波顕微鏡法
2.4.3 ラザフォード後方散乱分光法
