旧来から用いられている電解研磨法は、工作物のうねりを除去できるという特徴を有するが取りしろが大きく精度を必要とするものには不適である。一方で、ラッピングテープによる研磨加工は、工作物のうねり除去は難しいが高い加工精度が得られる特徴がある。そこで本研究では、従来の電解研磨法に砥粒加工を複合させた電解砥粒研磨法に着目した。工作物の微少な取りしろで、うねりのない高精度研磨加工を目指すものである。

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従来の熱硬化性樹脂ブレードは熱を加える工程から反りが生じ,薄形の構造制御形の製造は困難であった.そこで光硬化性樹脂を用いれば熱による変形が殆んど生じない特徴に着目し,構造制御形ブレードの開発に試みた.その構造を外層にはスロット付き形と内層はコンティニュアス形の複合構造制御形にした.加工特性の向上のためフィラーを添加し,ブレードを製作した.開発した複合構造制御形のブレードの切断実験結果について報告する.

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ホーニング加工の砥石拡張機構として,コーンロッド拡張方式が一般的であるが,テーパー部に発生するスティックスリップにより,拡張精度が低下するという問題点があった.本研究では,スティックスリップの発生しない機構として,新たに弾性変形拡張方式を提案し,マシニングセンタ上で使用できるホーニングツールを開発した.実際に拡張量を測定し,実用上での課題について評価を行った.

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現場でのSC型光コネクタの組立は、光ファイバの本格的導入に伴い要求が大きくなっている。そこでどこでも、従来の10分の1(45分から5分)程度の時間で行える低コストな組み立て技術について報告する。本技術はファイバの接着技術及び研磨技術がキー技術となっている。本報告では、簡便,高速にコネクタ端面研磨が行え,しかも軽量·小型,低コストな研磨機を中心にその加工特性、及び工程設計など述べる。

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Photo masks for LCD are required to achieve larger sizes and higher specifications responding to the advanced generation. Major LCD panel makers try reducing the production cost and decreasing the panel price by increasing LCD panel production per mother glass substrate, and this trend is accelerating. Along with the expansion of a substrate size, LCD photo masks are also enlarged, because it is necessary to expand the field per exposure, as a means to increase the productivity. The further growth in size is expected in response to the plan of LCD panel production line of the eighth or the subsequent generation. In order to satisfy the requirements like the growth in size or the high–end products, it is important to collaborate with exposure equipments manufactures, LCD panel makers and material suppliers.

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テレビやディスプレイに使用されるガラス材や,リソグラフィに使用されるレチクルには,大型基板化とともに高精度化が要求されている.これらの材料はいずれも矩形状をしているため,従来の研削方法では高平坦化が困難であり,高精度の研磨加工の前加工として使用することは難しい.本報告では,矩形中心から外辺に向かって一様な研削ができる条件について検討したので報告する.

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　テレビや液晶などのディスプレイに使用されるガラス材や,リソグラフィに使用されるレチクルには,大形基板化とともに高精度化が要求されている.これらの材料はいずれも矩形状をしているため,従来の回転型の研磨機では高平坦に研磨することがきわめて難しい.
　本報告では,このような矩形状の薄板を高平坦に研磨加工するために開発したシミュレーションプログラムにより,研磨過程を計算した結果と実験結果を比較·検討したので報告する.

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シリコンウエハーの一次研磨に使用される不織布タイプの研磨布は、高弾性·高硬度のポリウレタンと低弾性の不織布で構成されている。しかし、表面に介在する不均一な低弾性不織布は、局所的に圧縮変形量の増加を引き起こし、平坦度不良の原因の一つとされている。本報では、研磨布に対して超平滑化加工を施し、研磨布表面の低弾性体を低減することで、ウエハーのエッジ部で応力集中を受けにくい研磨布の開発を行った。

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我々は3次元マイクロ·ナノ形状創成法として、薄膜パターンの常温接合と転写による積層造形法(FORMULA技術)を開発している。本報告では最初に、常温接合の質を左右する薄膜の表面粗さをCMPにより改善することを述べる。また構造体材料と犠牲層材料を混在させたAdvancedプロセスの実現のためには、異種材料の同時CMP研磨が必須となるが、そのCMP条件の指針について考察する。

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半導体デバイスの平坦化用CMPの研磨ヘッドに磁気軸受技術を応用し,ヘッド傾斜角を制御した。制御しない場合にはヘッドは約18×10^–5rad傾斜している。傾斜角を正方向に増加することによりウェーハ外周部の研磨速度を増加させることができた。このように磁気軸受技術を用いて研磨ヘッドの傾斜角を制御することにより,研磨速度プロファイルを制御し、ウェーハ内研磨速度の均一性を向上させることが可能になった。

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先報まではキレート基を導入した樹脂と研磨材と光触媒とから成る研磨パッドを用いてCuの研磨を行い、キレート基の導入により高い研磨レートが得られる事を確認した。このため本報ではLHA(Loose　Held　Abrasive)構造パッドの樹脂母材にキレート基を結合させて、その効果を調査した。

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ウェーハエッジロールオフのCMPへの影響を調べるために、応力解析を用いた研磨プロファイル予測を行なった。
前報では、積層パッドの場合について、エッジロールオフがウェーハエッジ部の研磨プロファイルに大きく影響を及ぼすこと、CMPが対応できるエッジロールオフには幅があることを示した。
本報では、単層パッドについて同様の解析を実施し、単層パッドの方がエッジロールオフに対する許容範囲が狭いことを示した。

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半導体デバイスの高密度・高集積化に伴い,試料である大口径300mmウエハ表面に要求される平坦度はますます厳しくなっている.開発した揺動速度制御型研磨装置では,試料全面を高い平坦度に修正研磨することが可能である.本装置で高い研磨速度を得るには,工具·ウエハを高速回転する必要がある.そのためにはスラリーの飛散を抑制するポリシャの溝パターンを開発する必要がある.本報では,高能率研磨実現のために,新しい溝パターンを提案しその可能性について報告する.

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次世代CMPプロセス向けに固定砥粒パッドの開発を行なう。
従来の遊離砥粒方式の研磨法では、ウエハの大型化及び高性能化·多層化に伴い製造コストを増加させる動向である。その対応策として、固定砥粒方式の研磨法による開発を進めている。
本発表では、基礎的な研磨特性を評価し従来の遊離砥粒方式の研磨法と固定砥粒方式の研磨法の比較を行いCMPプロセスへの適応を検討する。

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In Chemical Mechanical Polishing (CMP) process, surface roughness of polishing pad has critical effect on material removal process because the material on a wafer surface is removed by direct contact with rough pad surface. However, when it comes to mentioning about the effect of roughness on CMP, loose definition of surface roughness, e.g. Ra, has been used to describe the topological state of pad surface with weak physical or experimental background. Furthermore, little research has been done about the effect of pad roughness on CMP process. Therefore, the authors conducted extensive experimental work as well as empirical modeling approach on surface roughness of pad to find out parameters that best describe the effect of roughness on material removal in CMP.
The authors found that arithmetic average roughness (Ra), which is most frequently referred parameter as ″roughness″, has weak correlation with material removal rate and has weak physical relationship with polishing phenomenon, whereas skewness (Rsk), peak roughness (Rp) and reduced peak height (Rpk) are found three most relevant parameters that showed high correlation with removal rate. Among them, Rpk seems most appropriate parameter to describe the relationship between roughness and material removal in terms of considering the definition of its physical meaning. Also, further research combined with empirical modeling showed that the deviation of removal rate over wafer surface (WIWNU) is strongly affected by spatial uniformity of roughness of Rpk. These results suggest basic understanding of material removal phenomenon such that polishing is strongly dominated by direct contact with pad asperity tips, especially with highest spots over the contact area. These research results are expected to be useful to understand or to develop advanced CMP process.

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研削加工は効率よく削る工程のみならず、研磨レスを狙った鏡面創成への適用が期待されている。本研究では、天然砥石の中で古来より仕上げに用いられてきた天然砥石(合砥)に着目し、その性能の解明、新たな人造砥石の開発を行っている。本報では、その研究成果について報告する。

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デジタルカメラなどの情報機器には多くの光学部品が使われている。これらの部品に、迅速、高精度に傷のない表面と形状精度を実現する手法が求められている。本研究では電気泳動現象を利用して、加工対象物とメカノケミカル反応を起こす微粒砥石を均一に配した汎用性の高い大面積EPD砥石の作製を行い、その砥石を用いて研削を行ったところ、傷のない粗さの良い面が得られた。

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SiCセラミックスは、その優れた高温強度、高熱伝導率、化学的安定性を生かしてさまざまな用途に適用されている。最近では、焼結材のみならず単結晶材料も開発されガラスレンズ成形型材料、半導体基板としての応用が期待されている。これらの用途に適用するには、加工表面に歪を与えない無擾乱加工技術、許容できるコストでの超精密加工技術が重要である。従来の微細ダイヤモンド砥粒によるポリシングに代わり、加工表面に化学反応層を形成し、それを除去するCMP加工はこれらの要求を満足する加工法と考えられる。本報告では、化学的安定性に優れたSiCセラミックスに対して、高温でポリシングを行い、CMP加工の実現を試みた。

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本研究では、触媒を利用した新しい平坦化加工法を提案した。ポリッシングパッドに白金を用い、この白金が活性な反応種を作り出す。難加工材であるSiCをこの方法によって加工し、AFM測定領域で市販Siウエハに迫る平面を作製することができた。

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本研究では加工部周辺の環境雰囲気を調整できるBell–Jar型CMP装置を用いることで、Cu、酸化膜などの加工において通常よりも高い加工レートを示してきた。本報告では次世代材料として期待され、難加工材でもあるSiCに着目し、Bell–Jar型CMP装置と固定砥粒形CeO2砥石を用い、加工部周辺の気体の種類や圧力を調整することにより、従来とは異なる高能率·高品位なSiC–CMPへの指針が得られた。

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We review metrological atomic force microscopes (AFMs) suitable for dimensional nanometrology in scanning probe microscope (SPM). Especially we consider two problems of the non–linearity of PZT actuator and evaluation of tip for the use as a metrological tool. Activities of research and development of metrological AFMs in main National Metrology Institutes such as NIST, PTB METAS and NMIJ are introduced. In particular, performance of AFM developed by NMIJ is described in detail. Importance and role of international comparison are closely relevant to both metrological equivalence and mutual validity of certificate. Japanese strategy in new sub–committee ISO TC201/SC9 (SPM), namely standardization for the calibration of SPM is presented.

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やわらかい材料を対象としたAFMの測定領域における表面形状と弾性率の同時性のあるイメージングおよびその値の検証を目的としている.そのため,ラテックスゴムを試料とし,探針押し込みのフォースカーブの傾き,あるいは,カーブフィットによって弾性率を求めて画像化した.また,試料の引っ張り試験,マイクロ球押し込み試験を行いそれらの弾性率と比較検討した.

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現在レジスト表面形状を計測できるツールが強く望まれている.レジスト表面はやわらかく,その凹凸は非常にゆるやかなことから,測定においては,変形させることなくさらに横方向よりも高さ方向の分解能が求められる.そこで,本報ではカンチレバーを250μmおきに8本並べ,各先端に直径10μmの球を取り付けたマルチボールカンチレバーを用いた表面形状計測装置を試作し,手法の解析を行った.

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多点法による真直度測定は、送り誤差の影響を受けにくい特長から、数十kmにわたる長距離での真直度が問題となる、次世代の衝突型線形加速器のアライメントへの応用が期待されている。一方、測定誤差の見積りでは、系統誤差成分の評価が難しく、その妥当性が問題となる。ここでは代表的な系統誤差を補正する測定モデルを考え、補正により新たに発生する繰返し誤差を考慮して、多点法による真直度測定における誤差を見積もった。

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本研究は、非球面ミラーの形状をスロープエラー1×10–7radの精度で測定するための新しい形状測定装置の開発を目的としている。本測定法は、回転運動を用いてミラー面上での入反射光を一致させることでミラー表面の法線ベクトルを決定する。開発した装置を用いてX–ray集光用ミラーの測定を行い、干渉計との比較により、測定精度の評価を行った。

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半導体露光装置のXYステージは,できるだけ理想的なステージ格子に近づける必要がある.しかし,これまで,ステージ格子を直接計測する方法はなかった.そこで,本論文は2次元最小2乗逐次2点法を応用したステージ格子計測法を提案する.初めに計測原理を説明し,次いで,マーク計測誤差を考慮した計測誤差のシミュレーション結果を示す.また,本計測法を用いてステージ格子を改善した実験例を示す.

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半導体露光装置のディストーション計測では,1nm以下の精度が求められている.しかし,従来の計測方法は露光装置のXYステージ精度に依存し,計測精度が不足していた.本論文では,2次元最小2乗逐次2点法を応用したディストーション計測法を提案する.初めに計測原理を説明し,次に,本計測法と従来の計測法を実験で比較した.そして,本計測法の計測値を4回平均すれば,要求される計測精度が達成できることを示した.

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2つのセンサを使用し、ダミーのテンプレートと被測定物を同時に形状測定してテーブル運動形状をキャンセルし、演算から形状測定する方法について、実際的な精度の検討を行っている。

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測定機によって測得された表面凹凸データには異常値(高さ方向に突発的な挙動を示すデータ)が含まれる.異常値は表面性状の評価に悪影響を及ぼすため,評価の前に除去する必要がある.本報告では,高低差のメディアン値の累積分布から異常値を判別する手法を提案する.その中で,異常値と正常値を区別する閾値を自動的に決定する方法を示し,その有用性を実測データへの適用により検討する.

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本研究では,一連の円筒試料の表面形状データから円周方向に一周する高分解能広領域データを構築する全体最適化手法を提案する.この手法では円周方向に領域を区分し,各々の狭い領域を共焦点顕微鏡で測定し,これらの高分解能なデータ群を接続する.相互相関関数を利用した接続アルゴリズムで逐次的接続データを構築し,さらに2段階の全体最適化を行うことで,最初と最後の測定データに発生するずれを吸収する手法を開発した.

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本論文ではスプライン関数で表現された三次元表面微細形状を対象として,傾斜や曲率,頂点のような表面の三次元的な特徴を表すために必要となる特徴点の探索法について述べている.特徴点の可能性が高い点を抽出するためには2変数の連立高次方程式を解く必要があり,グレブナー基底を適用した.このアルゴリズムによってデータ上の想定される特徴点が余すことなく探索され,さらに特徴点での曲率についても適切に計算できた.

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自然スプラインは与えられたデータを補間する最もなめらかな補間関数である.本研究ではフーリエ変換を用いて自然スプラインを計算する.またこれを応用した,平滑化のための2つの自然スプラインフィルタを提案する.第1は与えられたデータをダウンサンプリングした間引きデータを,自然スプラインで補間するフィルタである.第2は平滑化スプラインを用いたフィルタである.

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本研究では,弾性体と剛体測定物が接触することにより発生する弾性体直下の応力分布を用いて,接触変形理論から弾性体表面の変位を算出することで,剛体測定物を表面形状として測定する.また,センサシステムの応用として,センサを背骨にそって走査することにより,人間の背骨形状を測定し,結果を可視化するための縦型背骨曲がり測定機に用いることで,測定結果の精度をより向上させる.

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Modeling and simulation are very useful to understand processing phenomena and predict the process results, because physical phenomena in laser materials processing occur in very short time and at very small area. In this paper, the tendency of studies on modeling and simulation of laser materials processing is surveyed through the proceedings of ICALEO 2004. Then some problems we encounter in modeling and simulation are discussed and some subjects to be investigated are also pointed out. In the conventional studies, interactions between laser and materials or interactions between heat and materials have been analyzed mainly. Such as beam quality and diffraction affect to the physical phenomena and process results. For–tunately laser is light that sufficiently follows the optical theories and electromagnetics, therefore it is not so difficult to intro–duce them in modeling and simulation. It is concluded that modeling and simulation considering total system in which oscil–lator and optics are included are also necessary in order to establish more advanced laser processing.

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レーザによる微細加工は、加工時間と正確なエネルギー配分やそれに伴う加工現象の理解が最も重要である.本報では、各種の金属箔を用いて微細穴加工を行ない、実加工実験での緒元を基に穴加工形成の理論的検討を試みた.YAG第3高調波により、穴の貫通や熱影響層を形成する必要エネルギーなどの計算を行ない実験と対比した.

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産業応用上フェムト秒レーザーパルスによる穿孔加工の需要が高まっており、穿孔加工特性の照射条件依存性が明らかにされることが望まれている。高アスペクトの穴加工では、深さ方向の位置で加工特性が変化し、形状や表面物性に影響を与える。フェムト秒レーザーによる微細加工を期待されている難加工材料において穿孔加工特性の照射パラメータ依存性を評価したので報告する。

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マグネシウム合金は、実用金属の中で最も軽量であり、比強度、比剛性が高く構造用材料として活発に利用され始め、レーザによる溶接性の研究も多く報告されている。しかし、レーザによる切断や穴加工による研究報告はほとんどみられない。そこで本研究では、マグネシウム合金板(AZ31)の、Qsw YAGレーザによる穴あけ特性を調査し、又、レーザスクライビングをほどこした試料の割断についての研究結果も報告する。

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多種多様な材料と板厚に対して適した加工条件を導き出す手法を考案するに当たり,本研究ではレーザ切断加工における加工条件と切断面を観察し,加工現象の遷移を調査した.材料を軟鋼(SS400,8mm )とし,パラメータとして走査速度を採り,この変化が切断面に及ぼす影響について検討した.

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シングルモードファイバーレーザは集光性に優れており,微細な加工溝幅を形成できる.しかし,溝幅が狭くなると溶融材料の流動性が低下するために溶融物が残存しやすく,加工品質が低下する.そこで本研究では,溶融物の除去能力に優れるラバルスロートノズルを用いて薄板の切断加工を行い,その加工特性について実験的検討を行った.その結果,ストレートノズルの場合よりも高い速度で切断が可能であることが明らかとなった.

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レーザ切断による熱変形は他の熱加工法に比べると僅かであるが,母材である板材から多数の製品を切り抜く多数個取り加工では,局所的な変形量は小さくても母材全体が大きく反る場合がある.本研究は加工中の母材の変形を防ぐことを目的とし,母材の変形と加工条件との関係を実験的に求めた.ステンレス板に6つの切れ目を入れる実験を行った結果,加工順序によって母材の反りの方向が変わることを確認した.

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各種プラスチック板材のレーザ接合に関する実験的研究を行った。試料にはアクリル(PMMA)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等の板材を使用し、レーザはパルスYAGレーザ(基本波)を使用した。単に重ね合わせてビーム照射しただけでは接合できない組み合わせ(たとえばPMMAとPP)においても、試料表面に前処理を施すか、あるいは試料間に適切な媒体を介在させることにより、接合が可能であることがわかった。

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大気中でマスクを通してタングステン表面にフェムト秒レーザを照射すると,マイクロスパイクが生成する.この生成機構は,レーザ光の回折現象の理論解析を用いて議論できる.回折光の強度分布はフレネル回折の式ではなく,フレネル–キルヒホッフの回折積分を用いて求められる.繰り返し照射によるアブレーションの解析結果と実験結果の傾向がよく一致した.このマイクロスパイクはFEDの電極としての応用が期待されている.

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本研究はCO₂臨界流体の温度を亜臨界温度(20.0)、臨界点温度(31.1)、臨界温度以上(33.0)として操作したセルの中にターゲットを設置しUVレーザを照射したものである。ターゲットにはAl,Ni,Fe,Au,Siを使用した。焦点をターゲット表面より0.5mm上に設定した。前報ではレーザ照射後のターゲット上のナノ構造物の観察を行った。CO₂ガス中にはナノ構造物が飛散している可能性がある。そこで本報では飛散しているナノ構造物を回収する試みを行ったのでここに報告する。

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ナノチューブの方向制御を目的にナノチューブ薄膜にQスイッチYAGレーザーを照射しアブレーション加工を行った.レーザー照射面のラマン分析,SEM,AFM観察から,アブレーション面は不純物が除去され高純度化し,チューブ直径分布の変化が生じることが確認された.また,レーザー波長依存性につき調べチューブ分布の変化の波長依存性が少ないことから,吸収率の違いよりも熱伝導による燃焼の効果が大きいことが示唆された.

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高分子材料への適用を念頭に、特に熱影響を抑えたエキシマレーザアブレーション加工に注目し、その加工特性と被加工物の分光特性を実験的に調べた。また加工プロセスの数値シュミレーションを行い、最適な加工条件を導出した。これらよりレーザアブレーション加工では照射パルス数で加工深さを制御できることを示し、さらに実験装置にモータ付テーブルを制御することにより、高分子材料の3次元形状加工への応用を検討した。

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大気圧で高密度·高付着力のC皮膜形成を目指して、短パルス·短波長のレーザを粉末に照射しアブレーションさせる皮膜形成装置を開発している。ターゲット材料として粒径3μmのC粉末を用いアシストガスによりレーザ焦点に供給した。前報では、基板加熱とCO₂ガスを用いたが密着性、平坦性が大幅に向上しなかったことを報告した。本報では、Ni粉末を用いてSUS基板に本手法でNi膜を形成し、その上に本手法でC膜を形成し、密着性を調べたので報告する。

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ステンレス(SUS304),マグネシュウム合金(AZ31)やチタン合金(64Ti)を半導体レーザ(140W)を用いてスピニング加工を行った.　試料の板厚は0.3,0.4,0.5で直径は70mmと100mmで,試料の縁から2mmの位置にレーザを照射した.ステンレスでは90°迄曲げられた.　チタン合金は曲げづらく,マグネシュウム合金は曲げやすいが,融点が低く溶融する.　レーザ照射位置を円周部から内側に入れると,円周部のひずみが大きくなり,座屈(円周部が波打ち)し,正円にならない.　

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薄板のレーザ曲げ加工において,座屈型の変形になり,板の曲がる方向が予測できない場合がある.これは試料の形状やレーザ照射条件が曲げ角度,変形方向に大きく影響するためであると考えられる.本研究では,2本の半導体レーザビームを用いて曲げ加工を行い,試料形状,レーザ照射条件が変形方向及び曲げ角度に与える効果を検討した.

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常温でのプレス曲げ加工が困難なチタン板のCO₂レーザによる曲げ加工を試みた.主としてレーザ出力とレーザスポット径を変化させて,厚さ1mmの純チタン板の曲げ加工実験を行い,曲げ変形量と板内部の温度変動を測定することにより.加工条件と曲げ変形挙動ならびに温度変化との関係について検討する.最大の曲げ変形を生じるレーザ出力値が存在し,加工条件によって曲げ方向を変えられることを示した.

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レーザフォーミングで金属箔の曲げ加工を行う際に,加工条件によって素材内部の温度分布が変化し,金属材料を用いた場合に一部分だけ変態を生じることがある.このとき生じる急激な体積変化や温度分布変化がマゲカクに及す影響について調査した.純チタン箔を加工した時,α–β変態や溶融などの変態が生じたときに急激に曲げ角は増加した.

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