半導体産業 石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)

🕜 材料除去率(MRR) - 164倍向上
  • 加工が難しい理由
  • 実際の効果
  • 用途と産業応用
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石英ガラスの加工が難しい理由は？



石英ガラスは熱膨張係数が小さく、耐熱性も高いため、急激な温度変化のある環境でも材料安定性を維持できます。さらに、非常に安定した化学的性質を持ち、高濃度の酸性薬品でも腐食されにくいため、耐酸性材料としても優れています。

石英ガラスは高い圧縮強度を持ちますが、そのために高い硬度と脆さを示します。
半導体エッチングプロセス装置において、石英リングはウェーハを固定するために使われ、乾式または湿式エッチング中にウェーハが静電チャック（E-Chuck）上で安定して吸着されるようにします。

CNC工作機械においては、4軸極座標のプログラム経路の計算はデカルト座標系よりも複雑であるため、CAMプログラムの生成時間が長くなります。さらに、4軸極座標研削では、切削速度にバラツキ（半径によって線速度が異なる）が生じるため、補正の継続的な調整が必要となり、NCプログラムの複雑化と計算時間の増加を招きます。同時に、熱亀裂や欠けを避けるために切削パラメータが制限され、加工速度の向上が困難になります。そのため、石英リングの加工には非常に時間がかかります。

 

☑️ 石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)：加工情報

 
    石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)：加工情報
  材料   石英ガラス
  特徴 （極座標プログラミングによる）側面研削
  超音波ツールホルダ             HBT40-W01 研削砥石ツールホルダ
  工具   #200 Φ80mm 金属ボンドダイヤモンド砥石   


 

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🔹 半導体の高度材料の荒加工に最適。
🔹 全体の加工効率：2～3倍向上
🔹 材料除去率：3倍以上向上
🔹 生産コストとエネルギー消費の大幅削減。

 

製品仕様

モデル   HBT40-W01-2010          
動作周波数              20 ~ 32 kHz   
最大主軸回転速度   24,000 rpm
工具インターフェース            ねじロック式
CTS（クーラントスルースピンドル）       70 bar



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クォーツガラスの側面研削において、HIT HBT-40超音波研削ホイールツールホルダーモジュールを使用-極座標プログラミング
(図1. 石英ガラスの側面研削において、HIT HBT-40超音波研削ホイールツールホルダーモジュールを使用-極座標プログラミング)


 

石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)におけるHITの目標


石英ガラスへの超音波補助研削加工においては、極座標制御のロータリーテーブルを備えた4軸CNC工作機械と、HITの超音波研削ホイールツールホルダー（金属ボンドダイヤモンド砥石使用）を組み合わせて、側面粗研削加工を実施することが目標です。目的は、全体の材料除去率（MRR）を向上させつつ、ワークの品質を安定的に維持することです。



 

石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)：加工結果

 

石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)：材料除去率（MRR）

クォーツガラスの側面研削において、HIT HBT-40超音波研削ホイールツールホルダーを使用することで、加工パラメータの設定自由度が大幅に向上
(図2. 石英ガラスの側面研削において、HIT HBT-40超音波研削ホイールツールホルダーを使用することで、加工パラメータの設定自由度が大幅に向上)


HIT HBT-40超音波研削ホイールツールホルダーを用いたクォーツガラスの側面研削では、従来のプロセスと比較して材料除去率が164倍向上
(図3. HIT HBT-40超音波研削ホイールツールホルダーを用いた石英ガラスの側面研削では、従来のプロセスと比較して材料除去率が164倍向上)

 
  • 「極座標」は、複雑な形状や回転運動を伴う加工に使用されます。CNCロータリーテーブルを極座標で制御することにより、ワークが中心軸を中心に回転し、より精密で効率的な加工が可能となり、材料除去率の向上が実現されます。
  • 超音波技術は高周波の微細振動を導入します。ワークへの断続的な衝撃によって砥石の冷却や切りくずの排出スペースが確保され、研削抵抗が低減されます。
  • この研削抵抗の低減により、材料除去率（MRR）が164倍も向上する大きな成果が得られました。



 

石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)におけるHIT超音波加工技術の成果


(HIT HBT40 研削砥石ツールホルダを使用)

🕜 材料除去率 (MRR) -  164倍向上 



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石英ガラスの側面研削(極座標プログラミングによる)：産業応用

 

石英ガラスの側面研削は半導体産業で使用されており、特に石英リング（フォーカスリング／カバーリング）に用いられます。



石英ガラスは優れた電気絶縁性を持ち、あらゆる種類の酸（フッ化水素酸を除く）に対して高濃度でも化学的に不活性です。高い圧縮強度を持つ一方で、硬度も高く脆いという特性があります。表面の欠陥は材料全体の強度に深刻な影響を及ぼす可能性があります。

半導体のエッチングプロセス装置において、石英リングはウェーハを固定するために使用され、ウェーハが乾式または湿式エッチング中に静電チャック（E-Chuck）上に安定して吸着されるようにします。石英リングはウェーハと密接に接触するため、内径面の表面粗さに非常に高い要求があります。内径面の粗さが不十分だと、エッチング中に化学ガスや液体によってウェーハが過度に腐食される恐れがあり、歩留まりに深刻な影響を与える可能性があります。しかしながら、この材料自体が非常に硬く脆いため、切削条件は亀裂や欠けを防ぐために容易に制限されます。


そんなときに登場したのが、HITの超音波加工モジュールです！HITは先端材料加工における包括的なソリューションを提供しています。HITの超音波加工技術とHIT超音波研削砥石ツールホルダの支援により、加工時間の短縮を目指す中でワークの品質に悩まされることがなくなります。加工効率／材料除去率（MRR）の向上と、ワーク品質を安定的に維持することが可能になります。HITはお客様の要求を満たすだけでなく、それ以上の成果を実現します！


 

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