(57)【要約】【課題】加工精度を確保しつつ、工具寿命を延長でき、被削材の切屑による目詰まりを防止し研削性能を安定して確保できる研削加工用ホイール、研削加工用ホイールの製造方法及び研削・研磨装置を提供する。【解決手段】基材１と、前記基材１に成膜されたダイヤモンド膜４とを備え、この基材１の前記ダイヤモンド膜４側に対向配置された被削材に研削加工を施す研削加工用ホイールであって、前記基材１は、前記被削材に対向するように配された多孔質状のポーラス領域３を有し、前記ポーラス領域３の前記被削材側を向く表面３Ｂが、前記ダイヤモンド膜４で被覆され、前記ダイヤモンド膜４には、前記表面３Ｂに露出する気孔３Ａの部分に対応するように孔４Ａが形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2010234453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材に成膜されたダイヤモンド膜とを備え、この基材の前記ダイヤモンド膜側に対向配置された被削材に研削加工を施す研削加工用ホイールであって、
前記基材は、前記被削材に対向するように配された多孔質状のポーラス領域を有し、
前記ポーラス領域の前記被削材側を向く表面が、前記ダイヤモンド膜で被覆され、
前記ダイヤモンド膜には、前記表面に露出する気孔の部分に対応するように孔が形成されていることを特徴とする研削加工用ホイール。
【請求項２】
請求項１に記載の研削加工用ホイールであって、
前記ポーラス領域の気孔率が、１０〜５０％の範囲内に設定されていることを特徴とする研削加工用ホイール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の研削加工用ホイールであって、
前記気孔の大きさが、５〜５００μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする研削加工用ホイール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の研削加工用ホイールを製造するための研削加工用ホイールの製造方法であって、
前記基材のポーラス領域に対応した形状を付与した金型に、セラミックス系接着剤を充填し、前記セラミックス系接着剤を加熱して、前記ポーラス領域を形成する工程と、
ＣＶＤ法を用いて、このポーラス領域の前記表面に、前記ダイヤモンド膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする研削加工用ホイールの製造方法。
【請求項５】
研削加工用ホイールを備えた研削・研磨装置であって、
前記研削加工用ホイールとして、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研削加工用ホイールを用いたことを特徴とする研削・研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンや石英等を研削加工する研削加工用ホイール、研削加工用ホイールの製造方法及びこれを用いた研削・研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製品などに用いられるシリコンや石英等の研削加工においては、平坦度や表面粗さ等に対し高精度が要求される。このような研削加工を行うための研削加工用ホイールとしては、例えば、円板状の基材と、該基材の表面に形成され被削材を削り込む砥粒層と、を備えたものが知られている。また、この砥粒層は、レジンボンドやメタルボンド等からなる結合材に、ダイヤモンドやｃＢＮ等からなる砥粒を分散させた構成とされている。そして、この結合材には、加工品位を重視する場合はレジンボンドを、加工持続性を重視する場合はメタルボンドを、というように材料を使い分けて用いている。
【０００３】
しかしながら、砥粒層の結合材として、レジンボンドを用いた場合は工具寿命が比較的短くなり、メタルボンドを用いた場合は加工精度が低減することとなる。そのため、加工精度を確保しつつ、工具寿命を延長できる研削加工用ホイールが求められていた。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、基材の砥粒層として作用させる表面に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によりダイヤモンド膜を成膜した研削砥石（研削加工用ホイール）が記載されている。このようにダイヤモンド膜を用いることによって、研削砥石の被削材側を向く表面（研削面）を高精度に形成でき、加工精度を確保できる。また、剛性が充分に確保されることから、工具寿命が延長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような研削加工用ホイールでは、研削加工中に、被削材の切屑が研削面に目詰まりすることがあった。そのため、研削性能を安定して確保できなかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加工精度を確保しつつ、工具寿命を延長でき、被削材の切屑による目詰まりを防止し研削性能を安定して確保できる研削加工用ホイール、研削加工用ホイールの製造方法及び研削・研磨装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明は、基材と、前記基材に成膜されたダイヤモンド膜とを備え、この基材の前記ダイヤモンド膜側に対向配置された被削材に研削加工を施す研削加工用ホイールであって、前記基材は、前記被削材に対向するように配された多孔質状のポーラス領域を有し、前記ポーラス領域の前記被削材側を向く表面が、前記ダイヤモンド膜で被覆され、前記ダイヤモンド膜には、前記表面に露出する気孔の部分に対応するように孔が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る研削加工用ホイールによれば、基材には、被削材に対向するように配された多孔質状のポーラス領域が形成されていて、このポーラス領域の表面を被覆するダイヤモンド膜も、該表面に露出した気孔の部分が多数開口するように孔が形成されるので、このダイヤモンド膜の孔のエッジが切刃とされ、被削材を研削加工する際、これらの切刃が被削材を効率よく研削して、研削性能が確保される。
【００１０】
また、ダイヤモンド膜の孔がポーラス領域の気孔に連通しているので、適度なチップポケットが形成され、被削材から生じた切屑の排出性が確実に高められる。従って、これらの切屑による目詰まりを防止でき、研削性能が安定して確保される。また、加工の際に用いられる研削液の付きまわりが向上して、加工精度が高められる。
また、このように基材の表面がダイヤモンド膜で被覆されているので剛性が確保され、工具寿命が延長する。
【００１１】
また、本発明に係る研削加工用ホイールにおいて、前記ポーラス領域の気孔率が、１０〜５０％の範囲内に設定されていることとしてもよい。
【００１２】
本発明に係る研削加工用ホイールによれば、ポーラス領域の気孔率が、１０〜５０％の範囲内に設定されているので、確実に、研削性能が高められ、切屑の排出性が向上し、剛性が確保される。すなわち、前記気孔率が１０％未満に設定される場合には、ダイヤモンド膜の孔が比較的少なく形成されることから、これらの孔からなる前記切刃が充分に確保できず、研削性能が低減することがある。また、ダイヤモンド膜の孔やポーラス領域の気孔が、チップポケットを充分に形成できず、切屑の排出性が低減することがある。また、前記気孔率が５０％を超えて設定される場合には、ポーラス領域の剛性を充分に確保できないことがある。
【００１３】
また、本発明に係る研削加工用ホイールにおいて、前記気孔の大きさが、５〜５００μｍの範囲内に設定されていることとしてもよい。
【００１４】
本発明に係る研削加工用ホイールによれば、ポーラス領域の気孔の大きさが、５〜５００μｍの範囲内に設定されているので、より確実に、研削性能が高められ、研削精度が確保される。すなわち、前記気孔の大きさが５μｍ未満に設定される場合には、ダイヤモンド膜の前記孔が比較的小さく形成されることから、該孔からなる切刃によって被削材を充分に削り込むことができず、研削性能が低減することがある。また、前記気孔の大きさが５００μｍを超えて設定される場合には、前記孔が均一に分散して形成されにくくなり、研削精度が確保できないことがある。
【００１５】
また、本発明は、前述の研削加工用ホイールの製造方法であって、前記基材のポーラス領域に対応した形状を付与した金型に、セラミックス系接着剤を充填し、前記セラミックス系接着剤を加熱して、前記ポーラス領域を形成する工程と、ＣＶＤ法を用いて、このポーラス領域の前記表面に、前記ダイヤモンド膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る研削加工用ホイールの製造方法によれば、基材のポーラス領域が、セラミックス系接着剤を加熱することにより多孔質状に形成されるので、ポーラス領域を簡便に形成することができる。また、こうして多孔質状で気孔が露出するポーラス領域の表面に、ＣＶＤ法を用いてダイヤモンド膜を形成しているので、気孔の部分にはダイヤモンド膜にも孔が形成されることになり、前述のような多数の孔を有するダイヤモンド膜を簡便に精度よく形成できる。
【００１７】
また、本発明は、研削加工用ホイールを備えた研削・研磨装置であって、前述の研削加工用ホイールを用いたことを特徴としている。
【００１８】
本発明に係る研削・研磨装置によれば、研削加工用ホイールが被削材を精度よく安定して研削加工するので、被削材の加工精度が向上するとともに生産性が高められる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る研削加工用ホイール及びこれを用いた研削・研磨装置によれば、加工精度を確保しつつ、工具寿命を延長でき、被削材の切屑による目詰まりが防止され、研削性能が安定して確保される。
また、本発明に係る研削加工用ホイールの製造方法によれば、このような研削加工用ホイールを比較的容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る研削加工用ホイールを示す概略側断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す部分側断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る研削加工用ホイールのダイヤモンド膜の表面を拡大して示す概略平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る研削加工用ホイールを備えた研削・研磨装置の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係る研削加工用ホイール１０は、基材１と、基材１に成膜されたダイヤモンド膜４と、を備え、この基材１のダイヤモンド膜４側に対向配置された被削材に研削加工を施すものである。
【００２２】
基材１は、円板状をなしステンレス等の金属材料や炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックス材料からなる台金２と、この台金２の被削材側を向く表面２Ａに配設された円環状のポーラスリング（ポーラス領域）３と、を有している。ポーラスリング３は、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス材料からなり、多孔質状に形成されている。
【００２３】
図２に示すように、ポーラスリング３は、その表面及び内部に複数の気孔３Ａを有しており、これらの気孔３Ａ同士は互いに連通している。これらの気孔３Ａは、例えば、図３に示すように、断面略楕円状に形成されたり、断面円形状に形成されたり、或いは不定形状に形成されたりする。また、ポーラスリング３は、このように多孔質状とされていることから、その被削材側を向く表面３Ｂが、前記気孔３Ａが露出した部分が凹むようにして形成されている。
【００２４】
また、気孔３Ａの大きさ（すなわち内径の最大寸法、図３の例では前記楕円の長軸に沿う内径寸法）は、５〜５００μｍの範囲内に設定されている。より好ましくは、気孔３Ａの大きさは、１００μｍを超え５００μｍ以下の範囲内に設定される。
また、ポーラスリング３の気孔率は、１０〜５０％の範囲内に設定されている。
また、ポーラスリング３の厚さ寸法（図１、図２における上下方向の寸法）は、３〜７ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。
【００２５】
また、図２に示すように、ポーラスリング３の表面３Ｂには、この表面３Ｂに露出する気孔３Ａの部分に孔４Ａを有するようにして、ダイヤモンド膜４が形成されている。すなわち、ポーラスリング３の表面３Ｂはダイヤモンド膜４で被覆されており、ダイヤモンド膜４の被削材側を向く表面４Ｂには、ポーラスリング３の気孔３Ａに対応するように該表面４Ｂから凹む複数の孔４Ａが形成されている。そして、孔４Ａと気孔３Ａとは、互いに連通し形成されている。
【００２６】
詳しくは、ダイヤモンド膜４は、ポーラスリング３の表面３Ｂと、台金２の表面２Ａとを繋ぐポーラスリング３の壁面３Ｃにも形成されている。
尚、図示の例では、ダイヤモンド膜４がポーラスリング３の表面３Ｂ及び壁面３Ｃにのみ形成されているが、ダイヤモンド膜４は、気孔３Ａの内周面や台金２の表面２Ａにも形成されていても構わない。また、ダイヤモンド膜４の膜厚は、１００μｍ以上に設定されることが好ましく、本実施形態では、前記膜厚が２００μｍ程度とされている。
【００２７】
この研削加工用ホイール１０は、後述する研削・研磨装置５０に装着されて被削材を研削加工する際、ダイヤモンド膜４の表面４Ｂを被削材に接触させた状態で、軸周りに回転されるようになっている。
【００２８】
次に、研削加工用ホイール１０を製造する手順について説明する。
まず、予めポーラスリング３の形状に対応した形状を付与した金型を用意する。
【００２９】
次いで、この金型にセラミックス系接着剤を充填する。このセラミックス系接着剤としては、例えば、商品名：スミセラムＳ、型式：Ｓ−１０Ａ（朝日化学工業株式会社製）等を用いることができる。
【００３０】
次いで、セラミックス系接着剤を乾燥させ、さらに３００℃程度まで加熱した後、冷却することで、複数の気孔３Ａを有する多孔質状のポーラスリング３が形成される。すなわち、セラミックス系接着剤の内部に含有する水分等の液相部分が蒸発するとともに気孔３Ａが形成されて、ポーラスリング３が形成される。
次いで、金型を分解し、このポーラスリング３を取り出す。
【００３１】
次いで、気相合成法熱フィラメント炉からなる反応容器を用い、ＣＶＤ法により、ポーラスリング３の表面３Ｂ及び壁面３Ｃに、ダイヤモンド膜４を成膜する。
【００３２】
次いで、このポーラスリング３を、台金２の表面２Ａに接着等により固定する。
このようにして、研削加工用ホイール１０が製造される。
【００３３】
次いで、本実施形態の研削加工用ホイール１０を用いた研削・研磨装置５０について説明する。
この研削・研磨装置５０は、例えば、シリコンインゴットから切り出した半導体ウェーハ等の被削材Ｐの表面を研削・研磨加工するものである。
【００３４】
図４に示すように、研削・研磨装置５０は、円板状をなし被削材Ｐを載置する回転テーブル５１と、この回転テーブル５１に対向するとともに該回転テーブル５１の中心軸から偏心した位置に配置される前述の研削加工用ホイール１０と、この研削加工用ホイール１０を軸周りに回転可能に支持するスピンドル５２と、を有している。
【００３５】
研削加工用ホイール１０は、そのダイヤモンド膜４の表面４Ｂを被削材Ｐに密着させ、被削材Ｐを所定の圧力で加圧しながら、一定の切り込み速度で研削加工する。また、図示しないが、研削加工用ホイール１０と回転テーブル５１とは、前記表面４Ｂの面方向に沿って相対移動可能に構成されていてもよい。
また、研削加工の際は、研削液Ｌが被削材Ｐ上に供給される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る研削加工用ホイール１０によれば、基材１には、被削材Ｐに対向するように配された多孔質状のポーラスリング３が形成されていて、このポーラスリング３の表面３Ｂを被覆するダイヤモンド膜４も、該表面３Ｂに露出した気孔３Ａの部分が多数開口するように孔４Ａが形成されるので、このダイヤモンド膜４の孔４Ａのエッジが切刃とされ、被削材Ｐを研削加工する際、これらの切刃が被削材Ｐを効率よく研削して、研削性能が確保される。
【００３７】
また、ダイヤモンド膜４の孔４Ａがポーラスリング３の気孔３Ａに連通しているので、適度なチップポケットが形成され、被削材Ｐから生じた切屑の排出性が確実に高められる。従って、これらの切屑による目詰まりを防止でき、研削性能が安定して確保される。また、加工の際に用いられる研削液Ｌの付きまわりが向上して、加工精度が高められる。
また、このように基材１の表面３Ｂがダイヤモンド膜４で被覆されているので剛性が確保され、工具寿命が延長する。
【００３８】
また、ポーラスリング３の気孔率が、１０〜５０％の範囲内に設定されているので、確実に、研削性能が高められ、切屑の排出性が向上し、剛性が確保される。すなわち、前記気孔率が１０％未満に設定される場合には、ダイヤモンド膜４の孔４Ａが比較的少なく形成されることから、これらの孔４Ａからなる前記切刃が充分に確保できず、研削性能が低減することがある。また、ダイヤモンド膜４の孔４Ａやポーラスリング３の気孔３Ａが、チップポケットを充分に形成できず、切屑の排出性が低減することがある。また、前記気孔率が５０％を超えて設定される場合には、ポーラスリング３の剛性を充分に確保できないことがある。
【００３９】
また、ポーラスリング３の気孔３Ａの大きさが、５〜５００μｍの範囲内に設定されているので、より確実に、研削性能が高められ、研削精度が確保される。すなわち、気孔３Ａの大きさが５μｍ未満に設定される場合には、ダイヤモンド膜４の孔４Ａが比較的小さく形成されることから、該孔４Ａからなる切刃によって被削材Ｐを充分に削り込むことができず、研削性能が低減することがある。また、気孔３Ａの大きさが５００μｍを超えて設定される場合には、孔４Ａが均一に分散して形成されにくくなり、研削精度が確保できないことがある。
【００４０】
また、本実施形態の研削加工用ホイール１０の製造方法によれば、基材１のポーラスリング３が、セラミックス系接着剤を加熱することにより多孔質状に形成されるので、ポーラスリング３を簡便に形成することができる。また、こうして多孔質状で気孔３Ａが露出するポーラスリング３の表面３Ｂに、ＣＶＤ法を用いてダイヤモンド膜４を形成しているので、気孔３Ａの部分にはダイヤモンド膜４にも孔４Ａが形成されることになり、前述のような多数の孔４Ａを有するダイヤモンド膜４を簡便に精度よく形成できる。
【００４１】
また、本実施形態の研削・研磨装置５０は、前述の研削加工用ホイール１０を用いているので、この研削加工用ホイール１０が被削材Ｐを精度よく安定して研削加工し、被削材Ｐの加工精度が向上するとともに生産性が高められる。
【００４２】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態では、基材１が、円板状の台金２と、この台金２の被削材Ｐ側を向く表面２Ａに配設された円環状のポーラスリング３とを有することとしたが、これに限定されるものではない。
【００４３】
すなわち、基材１は、被削材Ｐに対向するように配された多孔質状のポーラス領域を有していればよく、ポーラスリング３の代わりに、円板状や膜状等からなるポーラス領域を台金２の表面２Ａに配設し構成されていてもよい。また、基材１全体が、ポーラス領域とされていても構わない。この場合、前記ポーラス領域の被削材Ｐ側を向く表面が、この表面に露出する気孔の部分に孔４Ａを有するようにしてダイヤモンド膜４で被覆される。
【００４４】
また、本実施形態では、ポーラスリング３の表面３Ｂ及び壁面３Ｃがダイヤモンド膜４で被覆されることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、ダイヤモンド膜４が、ポーラスリング３以外の台金２の表面２Ａにも成膜されていてもよい。この場合は、前述のようにポーラスリング３を金型で成型した後、台金２の表面２Ａに配設して、ポーラスリング３及び台金２に、ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜４を成膜すればよい。
或いは、ダイヤモンド膜４が、ポーラスリング３の表面３Ｂのみを被覆することとしても構わない。
【００４５】
また、ポーラスリング３の気孔率が、１０〜５０％の範囲内に設定されていることとしたが、これに限定されるものではない。
また、ポーラスリング３の気孔３Ａの大きさが、５〜５００μｍの範囲内に設定されていることとしたが、これに限定されるものではない。
また、ポーラスリング３を形成するためのセラミックス系接着剤として、前述の実施形態で説明したもの以外のセラミックス系接着剤を用いてもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４７】
[実施例１]
実施例１として、まず、ポーラスリング３の形状に対応した形状を付与した金型を用意した。そして、この金型に、セラミックス系接着剤として商品名：スミセラムＳ、型式：Ｓ−１０Ａ（朝日化学工業株式会社製）を充填した。
次いで、このセラミックス系接着剤を、５０℃にて２４時間乾燥させた後、５０℃／ｈで昇温させ、３００℃にて２時間加熱した。その後、２０℃／ｈにて冷却し、多孔質状に形成した。そして、金型を分解し、ポーラスリング３を得た。
【００４８】
次いで、気相合成法熱フィラメント炉からなる反応容器を用い、ＣＶＤ法により、ポーラスリング３の表面３Ｂ及び壁面３Ｃに、ダイヤモンド膜４を成膜した。尚、ダイヤモンド膜４は、原料ガス（流速）：Ｈ２（１０００ｍｌ／ｍ）、ＣＨ４（２５ｍｌ／ｍ）、チャンバー圧：２０Ｔｏｒｒ、フィラメント温度：２２００℃、電圧：１８０Ｖ、合成速度：０．８μｍ／ｈの条件で成膜し、膜厚を２００μｍに形成した。
次いで、ダイヤモンド膜４を成膜したポーラスリング３を、台金２の表面２Ａに接着し固定した。このようにして、研削加工用ホイール１０を作製した。
【００４９】
次いで、この研削加工用ホイール１０を研削・研磨装置５０に取り付け、被削材Ｐの研削加工を行った。尚、研削・研磨装置５０としては、岡本工作機械製作所製：ＳＶＧ５０２−ＭｋＩＩ８を用いた。また、被削材Ｐとしては、Ｓｉ（Ｐｏｌｉｓｈ面）、石英、ガラスを用意した。
【００５０】
詳しくは、これらの被削材Ｐを、スピンドル回転：３０００ｍ−１、テーブル回転：１００ｍ−１、切り込み速度：１μｍ／ｍ、研削量：５μｍの条件で、材料毎に１００枚連続して夫々研削加工した。そして、この研削加工の際の、主軸電流値（研削抵抗）、及び、研削加工された被削材Ｐの表面における算術平均粗さ（Ｒａ）を夫々測定した。尚、前記算術平均粗さの測定には接触式面粗さ計を用いた。また、前述の測定は、被削材Ｐの研削加工枚数が、１枚目、２枚目、３枚目、１０枚目、２５枚目、５０枚目、１００枚目に達した際に夫々行った。前記主軸電流値の測定結果を表１に、前記算術平均粗さの測定結果を表２に、夫々示す。
【００５１】
[比較例１]
また、比較例１として、多孔質状のポーラスリング３の代わりに、該ポーラスリング３と同一の外形寸法を有する中実のセラミックス材料からなるリング部材を用いた。それ以外は、実施例１と同様の条件として測定を行った。
【００５２】
【表１】
2010234453.tif 000003
【００５３】
【表２】
2010234453.tif 000004
【００５４】
表１に示す通り、実施例１においては、主軸電流値が全体に６Ａ未満に抑制され、安定して推移した。すなわち、被削材Ｐから生じる切屑の排出性が高められ、研削加工用ホイール１０の目詰まりが確実に防止されていることから、研削抵抗が安定することが確認された。また、表２に示すように、算術平均粗さも全体に安定し、１００枚目の被削材ＰにおいてもＲａが０．００５μｍ未満とされ、被削材Ｐが精度よく安定して研削加工されることがわかった。
【００５５】
一方、比較例１においては、３枚目の被削材Ｐを研削加工中に、主軸電流値が１２Ａを超えオーバーロードして、それ以降の研削加工が不可能となった。すなわち、前記切屑の排出性が確保できず、研削加工用ホイールが目詰まりして、研削抵抗が増大することが確認された。
【符号の説明】
【００５６】
１  基材
３  ポーラスリング（ポーラス領域）
３Ａ  気孔
３Ｂ  ポーラスリングの被削材側を向く表面
４  ダイヤモンド膜
４Ａ  孔
１０  研削加工用ホイール
５０  研削・研磨装置
Ｐ  被削材
【図１】
2010234453.tif 000005
【図２】
2010234453.tif 000006
【図３】
2010234453.tif 000007
【図４】
2010234453.tif 000008