サファイアウエハのスパイラル超音波援用研削における材料除去機構－単粒スクラッチ試験による延性／脆性モードの遷移について

摘要

単結晶サファイアは高硬度かつ耐食性·耐熱性にすぐれ,低誘電損失や良い電気絶縁性を示すため, 主に青色LED 製造用基板を始めとする各種光学材料へ広く利用されている．しかし, すぐれた特性を有する反面, 硬脆材料であるため通常の研削加工では研削抵抗が大きく研削温度も高いため, 加工変質層や表面クラックなど加工欠陥が発生しやすいだけではなく, 砥石の摩耗と損傷も大きくその寿命が短い．これによって, 表面欠陥を取り除くためのポリシングなどポストプロセスを長時間に渡り行う必要があることに加えて, 砥石のドレッシングや交換を頻繁に行わなければならなく加工コストが高い．これらの課題を解決するため, 著者らは新しい二次元超音波援用研削法として「スパイラル超音波援用研削法(Spiral ultrasonic assisted grinding = SUAG)」を提案し, 単結晶シリコン等の各種硬脆材料における基礎的な加工特性および有効性を確かめている．本報は, 単石ダイヤモンド工具を用いたサファイアウエハのスパイラル超音波援用単粒スクラッチ(Spiral ultrasonic assisted scratching = SUAS)試験により, その材料除去機構を解明するものである．特に, SUAS の延性／脆性モード遷移点における臨界切込み深さ等を, 慣用型スクラッチ(Conventional scratching = CS)のそれらと比較しながら実験的に明らかにしたので報告する．