電気化学機械研磨による金型用SiC材の高能率·ダメージフリー研磨(第1報)－研磨中における電気化学測定の結果と得られた表面性状の相関

摘要

反応焼結SiC (reaction-sintered silicon carbide: RS-SiC)は耐食性や耐摩耗性に優れ，高剛性·高熱伝導·低熱膨張などの優れた特性を有する．そのため，RS-SiCをレンズ用の金型に適用すると，金型の長寿命化かつ低コスト化，省エネルギー化が期待されている．しかしながら，SiCは高強度かつ化学的に不活性であることから難加工材料として知られている．現在のところRS-SiCの加工にはSiCより硬質なダイヤモンド工具による加工が主流である．しかし，現行の方法では表面に加工変質層が導入され，またダイヤモンド工具は高価であり消耗も早いためプロセスコストが高くなる．これらの問題を解決するために，我々はダメージフリーかつ加工速度が速く高効率なRS-SiCの平坦化·平滑化を実現する加工法として電気化学機械研磨(Electrochemical Mechanical Polishing: ECMP)の適応を検討している．ECMPとは，試料の表面を陽極酸化することで得られる軟質な酸化物を，その形成と同時に母材より軟質な砥粒で研磨して除去する加工法である．図1にRS-SiCにおけるECMPの概念図を示す．これまでにSiC部とSi部の2相で構成されるRS-SiCを陽極酸化すると，SiC部のみが酸化されてSi部はほとhど変化しないことが判明している．そのためRS-SiCの平坦化·平滑化プロセスとしてECMPを用いる際には，SiC部の酸化膜の形成速度·除去速度とSi部の除去速度が釣り合った条件で加工する必要がある．我々は作用極(試料)，電解液，参照極，対極から成る系における加工中の電気化学特性を測定することにより，RS-SiCの酸化膜の形成速度と除去速度をモニタリングする方法について検討している．本報では研磨中の電位·電流の測定結果と研磨後の表面粗さの相関を考察する．