魔鏡トポグラフによる単結晶シリコン超精密切削面のインプロセス計測に関する研究

利用魔镜形貌在线测量单晶硅超精密切割面的研究

• 批准号: 05750105
• 负责人: 柴田 隆行
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750105/
• 关键词: 魔鏡トポグラフ; 超精密切削; 延性モード切削; 単結晶シリコン

高精度・高剛性の超精密旋盤を使用し、切込み量100〜500nmの微小領域での単結晶シリコンの切削実験を行い、延性モード切削機構を考察した。また、魔鏡トポグラフによるシリコン切削面の評価の可能性を検討した。1.単結晶シリコン切削実験切込み量500nm以下の条件ではダイヤモンド切削によっても鏡面加工が可能であることが確認された。しかし、詳細に観察すると切削面性状は切込み量に大きく依存し、切込み量100nmでは、脆性破壊を伴わない延性モード切削が実現され、切込み量300nm以上では微小クラックが発生し、延性・脆性両モードの切削となることがわかった。さらに、透過型電子顕微鏡(TEM)による切削面の断面観察から、切削による加工変質層は表層の非晶質層とその下の転位層とからなっており、切削により表層は相変態していることをはじめて明らかにした。また、内部の変形は金属材料と同様なすべりに起因していることがわかった。2.魔鏡トポグラフによるシリコン切削面の評価魔鏡トポグラフの光学系を設計し、本測定法によるシリコン切削面の評価の可能性を検討した。測定のための光源にはHe-Neレーザを使用し、スポット径をひろげコリメートした光を試料に平行光として照射されるようにした。試料照射時点でのスポット径は約20mmとした。その結果、表面あらさ20nmRmaxのシリコン切削面の微小な凹凸(カッターマーク)に対応した投影像(魔鏡トポ像)が明瞭に観察されることを確認した。また、切削面のうねりに起因すると思われるコントラストも魔鏡トポ像に認められた。今回の実験では、魔鏡トポ像に現れるコントラストと実際の切削面性状との間の詳細な解析を行うまでには至らなかったが、表面あらさ20nmRmaxという高精度な表面の微小な凹凸を投影像としてとらえることが可能であることが明らかとなった。このように、比較的単純な光学系により高精度な評価ができることから切削面のインプロセス計測として非常に有効な手法となることが確認できた。

利用高精度、高刚性超精密车床，对单晶硅进行了切深100~500 nm的微观区域切削实验，并研究了延性模式切削机理。我们还研究了使用魔镜形貌图评估硅切割表面的可能性。 1.单晶硅切削实验已确认，在切削深度为500nm或更小的条件下，通过金刚石切削可以实现镜面加工。然而，仔细观察时，切削深度很大程度上取决于切削深度，在切削深度为 100 nm 时，可以实现延性模式切削，而不会出现脆性断裂，而在切削深度为 300 nm 或以上时，会出现微裂纹。发生，并且韧性和脆性模式都会发生。人们发现这会导致切削。此外，使用透射电子显微镜（TEM）对切割表面的横截面观察表明，切割产生的加工变质层由表面的非晶层和下方的位错层组成，并且表面层由于切割而发生相变。这是第一次被揭露。还发现内部变形是由类似于金属材料的滑移引起的。 2.使用魔镜形貌仪评估硅切割表面我们设计了魔镜形貌仪的光学系统，并研究了使用这种测量方法评估硅切割表面的可能性。使用He-Ne激光器作为测量光源，扩大光斑直径，使得准直光作为平行光照射到样品上。样品照射时的光斑直径约为20mm。结果，确认清楚地观察到与表面粗糙度为20nmRmax的硅切割表面上的微小凹凸(切割痕迹)相对应的投影图像(魔幻地形图像)。在魔镜拓扑图像中也观察到了对比度，这被认为是由切割表面的起伏引起的。在本实验中，我们无法对魔镜拓扑图像中出现的对比度与实际切割表面特性进行详细分析，但我们确实使用投影图像以高精度表面粗糙度显示表面上的微小不规则性20 nmRmax 已经很明显，它可以被视为通过这种方式，可以确认它是一种非常有效的切割表面在线测量方法，因为它可以使用相对简单的光学系统进行高精度评估。