(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉円板の表面に砥粒を固着してなる複数のホイールカッタと該ホイールカッタより小径でかつホイールカッタ間の間隔を規定するスペーサとを交互にシャフトに挿通してなるマルチ加工用ホイールにおいて、上記スペーサを、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックスにより形成するか、あるいは上記スペーサを、体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜を被覆したビッカース硬度が１０ＧＰａ以上である絶縁性のセラミックスにより形成し、かつ上記シャフトの少なくとも表面を前記体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックス又は体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜により形成するとともに、上記シャフトをアースしたことを特徴とするマルチ加工用ホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物体に対して一度に複数の切断加工や溝入れ加工を施すマルチ加工用ホイールに関し、特に半導体ウエハや薄膜磁気ヘッド基板など高い加工精度が要求される被加工物体の加工に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より一つの被加工物体を複数個に切断したり、複数の溝入れ加工を施すために薄肉円板の表面に砥粒を固着した複数のホイールカッタを金属製のシャフトに挿通し、金属や絶縁性のセラミックスからなるスぺーサを介して等間隔に配置したマルチ加工用ホイールが使用されている。
【０００３】
例えば、半導体装置や薄膜磁気ヘッドの製造工程では、半導体ウエハや薄膜磁気ヘッド基板から一度に多数のチップ部品を切り出すために上記マルチ加工用ホイールが使用され、チップ部品の寸法を規定するスペーサの厚み幅は０．２〜０．５ｍｍと薄く、また、サブミクロンオーダーの精度が要求されていた。
【０００４】
ところが、金属製のスペーサは、硬度が小さく変形し易いことからホイールカッタの組み合え時にスペーサの表面が傷付けられ、削られたりバリが発生する結果、スペーサの平坦度や平行度が変化し、サブミクロンオーダーの精度を出すことは難しかった。しかも、上記マルチ加工用ホイールにおいて、ホイールカッタとスペーサの固定は一般的にナットによる締め付けによって行われているのであるが、この締め付け作業時に金属製のスペーサが変形し、スペーサの平坦度や平行度が変化するといった課題もあった。その為、金属製のスペーサを用いたマルチ加工用ホイールでは、所定寸法のチップ部品を取り出すことが難しかった。
【０００５】
一方、セラミック製のスペーサは、高硬度で変形し難いことから、スペーサの厚み寸法をサブミクロンオーダーの精度に管理することは容易であるものの、スペーサは繰り返し使用されるために硬度が低すぎると摩耗によってスペーサの平坦度や平行度が変化し、短期間で寿命となるといった課題があった。
【０００６】
また、シャフトは金属により形成され、ホイールカッタとシャフトとが導通していることから、導通短絡による取り扱い事故を招く恐れがあった。
【０００７】
そこで、シャフトやスペーサを絶縁性のセラミックスにより形成すると、静電気の発生に伴いチップ部品に悪影響を与える恐れがあった。
【０００８】
即ち、高速回転するホイールカッタと被加工物体との間の摺動により静電気が発生するのであるが、シャフトやスペーサを絶縁材料により形成すると、静電気をマルチ加工用ホイール側に逃がすことができないため、静電気がチップ部品上の微小回路に流れて絶縁破壊を起こす恐れがあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題に鑑みて発明されたものであり、その特徴は、薄肉円板の表面に砥粒を固着してなる複数のホイールカッタと該ホイールカッタより小径でかつホイールカッタ間の間隔を規定するスペーサとを交互にシャフトに挿通してなるマルチ加工用ホイールにおいて、上記スペーサを、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０２ 〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックスにより形成するか、あるいは上記スペーサを、体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜を被覆したビッカース硬度が１０ＧＰａ以上である絶縁性のセラミックスにより形成し、かつ上記シャフトの少なくとも表面を前記体積固有抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックス又は体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜により形成するとともに、上記シャフトをアースしてマルチ加工用ホイールを構成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１に示すマルチ加工用ホイールは、アルミニウムからなる薄肉円板２の表面にダイヤモンド砥粒３をＮｉ等の金属によって固着した複数のホイールカッタ１と、該ホイールカッタ１よりも小径でかつホイールカッタ１間の間隔を規定するリング状をした複数のスペーサ４とからなり、これらホイールカッタ１とスペーサ４とを交互にシャフト５へ挿通して構成してある。そして、上記スペーサ４とシャフト５はビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックスにより形成してある。なお、ホイールカッタ１とスペーサ４はシャフト５の先端部に設けた雌ネジ部５ａに螺合したナット６の締め付けにて固定するようになっている。
【００１２】
このマルチ加工用ホイールを用いて、薄膜磁気ヘッド基板Ｗ（以下、ヘッド基板Ｗと称す。）からチップ部品を取り出すには、図２に示すようにヘッド基板Ｗに高速回転するホイールカッタ１を当接させ、さらにヘッド基板Ｗの厚み方向に押し下げていくことにより一方向の切断を完了させ、次にヘッド基板Ｗを９０°回転させて切断することにより、多数のチップ部品を一度に切り出すことができるようになっている。
【００１３】
そして、本発明によれば、ホイールカッタ１間の間隔を規定するスペーサ４に、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上の高硬度を有するとともに、高精度に加工することができるセラミックスにより形成してあることから、スペーサ４の厚み寸法をサブミクロンオーダーの精度に仕上げることができるとともに、摩耗したホイールカッタ１の組み替え時やナット６による締め付け時において、スペーサ４の平坦度や平行度が変化することがないため、ホイールカッタ１を非常に高い精度で組み付けることができる。その為、チップ部品の寸法誤差をサブミクロンオーダーに抑えることができるため、高品質のチップ部品を得ることができる。
【００１４】
しかも、スペーサ４及びシャフト５を構成するセラミックスは適度な導電性を有することから、ヘッド基板Ｗと高速回転するホイールカッタ１との摺動において静電気が発生したとしても、シャフト５をアースしておくことで静電気をホイールカッタ１を介してスペーサ４やシャフト５へ逃がすことができるため、チップ部品上の微小回路を破壊することがない。
【００１５】
ところで、このような静電気による絶縁破壊を防ぐためには、スペーサ４及びシャフト５を体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲あるセラミックスにより形成することが重要である。
【００１６】
即ち、体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍより大きいと絶縁性が高すぎるために静電気の除去効果が殆どなく、静電気がチップ部品上の微小回路に流れて絶縁破壊を起こすからであり、逆に、体積固有抵抗値が１０2 Ω・ｃｍ未満では、帯電した静電気が一気に逃げることから、大気摩擦による放電が発生し、チップ部品に悪影響を与えるとともに、導通短絡における取り扱い事故を招く恐れがあるからである。
【００１７】
かくして体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあれば、静電気を徐々に逃がし、大気摩擦による放電や導通短絡による取り扱い事故を生じることがないため、チップ部品に悪影響を与えることがない。
【００１８】
このようなビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲あるセラミックスとしては、導電性ジルコニアセラミックス、導電性アルミナセラミックス、炭化珪素質セラミックスを用いることができる。
【００１９】
ここで、導電性ジルコニアセラミックスとは、導電性付与剤として、Ｆｅ2 Ｏ3 ＮｉＯ、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｃｒ2 Ｏ3 のうち一種以上を１０〜４０重量％の範囲で含有するか、あるいはＴｉＣ、ＷＣ、ＴａＣなどの炭化物のうち一種以上を１０〜３０重量％の範囲で含有し、残部がＹ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2 等の安定化剤により部分安定化されたジルコニアからなり、焼結体中における全ジルコニア量に対し、単斜晶以外のジルコニア量が９０％以上、好ましくは９５％以上であるものが良い。
【００２０】
即ち、ジルコニアの結晶状態には立方晶、正方晶、単斜晶の３つの状態があり、特に正方晶ジルコニアは外部応力に対し、応力誘軌変態を受けて単斜晶ジルコニアに相変態し、この時に生じる体積膨張によって単斜晶ジルコニアの周囲に微小なマイクロクラックを形成して外部応力によるクラックの進行を阻止できるため、ジルコニアセラミックスの強度を高めることができるからであり、焼結体中における全ジルコニア量に対し、単斜晶以外のジルコニア量を９０％以上とすれば、導電性付与剤を含有することによる大きな強度劣化を抑えることができるからである。
【００２１】
また、導電性付与剤として、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｃｒ2 Ｏ3 のうち一種以上を用いた場合において、これら導電性付与剤の含有量を１０〜４０重量％としたのは、１０重量％では抵抗値を下げる効果が小さく、１０9 Ω・ｃｍ以下に制御できないからであり、逆に、４０重量％より多くなると強度や硬度が極端に低下するからである。
【００２２】
また、導電性付与剤として、ＴｉＣ、ＷＣ、ＴａＣなどの炭化物のうち一種以上を用いた場合においても、導電性付与剤の含有量が１０重量％未満では抵抗値を１０9 Ω・ｃｍ以下に制御することができず、逆に、３０重量％より多くなると強度や硬度が極端に低下するからである。
【００２３】
さらに、この導電性ジルコニアセラミックスには、上記ジルコニア及び導電性付与剤以外に、焼成温度を抑制する目的で他の助剤成分を３重量％以下の範囲で含有させることもでき、導電性付与剤としてＦｅ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｃｒ2 Ｏ3 を用いる時には、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃなどの酸化物を、導電性付与剤としてＴｉＣ、ＷＣ、ＴａＣなどの炭化物を用いる時には、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 をそれぞれ含有させることができる。
【００２４】
なお、ジルコニアの平均結晶粒子径が０．５μｍより大きくなると、曲げ強度や硬度等の機械的特性が大きく低下する一方、０．２μｍ未満とすることは製造上難しいため、ジルコニアの平均結晶粒子径は０．２〜０．５μｍとすることが良い。また、導電性付与剤の平均結晶粒子径が大きすぎてもジルコニアセラミックスの強度や硬度等の機械的特性が低下するため、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下が良い。
【００２５】
このような導電性ジルコニアセラミックスは、体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあり、かつ機械的特性をビッカース硬度で１０〜１３ＧＰａ、３点曲げ強度で６５０〜１４００ＭＰａとすることができる。
【００２６】
また、導電性アルミナセラミックスとは、６５〜８５重量％のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、導電性付与剤としてＦｅ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｃｒ2 Ｏ3 のうち一種以上を１５〜３５重量％の範囲で含有するとともに、残部がＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 等の焼結助剤からなるものである。
【００２７】
このような導電性アルミナセラミックスは、体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあり、かつ機械的特性をビッカース硬度で１０．５〜１８ＧＰａ、３点曲げ強度で２００〜４５０ＭＰａとすることができる。
【００２８】
さらに、炭化珪素質セラミックスとは、９０〜９８重量％のＳｉＣを主成分とし、焼結助剤としてＡｌ2 Ｏ3 を１〜７重量％とＹ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 を合計で１〜５重量％の範囲でそれぞれ含有したものである。
【００２９】
このような炭化珪素質セラミックスは、体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあり、かつ機械的特性をビッカース硬度で２０〜２４．５ＧＰａ、３点曲げ強度で４５０〜６００ＭＰａとすることができる。
【００３０】
さらに、これらのセラミックスは、薄膜磁気ヘッドを構成する磁気抵抗素子に悪影響を及ぼさないようにするために非磁性であるものが良い。ここで、非磁性であるとは、残留磁束密度が１４ガウス以下であることを言い、上記セラミックスに含有する導電性付与剤等の含有量を調整することで制御できる。
【００３１】
次に本発明の他の実施形態として、マルチ加工用ホイールのスペーサ４とシャフト５をビッカース硬度が１０ＧＰａ以上である絶縁性のセラミックスにより形成するとともに、その表面にそれぞれＳｉＣ膜を１〜１０μｍ程度の範囲で被覆したものでも良い。
【００３２】
このようなマルチ加工用ホイールにおいてもホイールカッタ１間の間隔を規定するスペーサ４が、ビッカース硬度１０ＧＰａ以上の高硬度を有するとともに、高精度に加工することができるセラミックスからなるため、スペーサ４の厚み寸法をサブミクロンオーダーの精度に仕上げることができるとともに、摩耗したホイールカッタ１の組み替え時やナット６による締め付け時において、スペーサ４の平坦度や平行度の低下を生じることがないため、所定の寸法に精度良く切断することができ、高品質のチップ部品を得ることができる。
【００３３】
また、スペーサ４及びシャフト５を構成する絶縁性セラミックスの表面には、適度な導電性を有するＳｉＣ膜を被覆してあることから、高速回転するホイールカッタ１とヘッド基板Ｗとの摺動において静電気が発生したとしても、シャフト５をアースしておくことで静電気をホイールカッタ１からスペーサ４やシャフト５へ逃がすことができる。
【００３４】
即ち、表１にＳｉＣ膜の特性を示すように、この膜は体積固有抵抗値が１０３ 〜１０４ Ω・ｃｍの範囲にあるため、静電気を徐々に逃がすことができ、大気摩擦による放電や導通短絡による取り扱い事故不良、さらにはチップ部品上の微小回路の絶縁破壊を生じることがない。しかも、硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ２（１９．６ＧＰａ）以上であることから、前述したようにホイールカッタ１の組み替え時やナット６による締め付け時において、スペーサ４の平坦度や平行度を変化させることがない。
【００３５】
【表１】
0003678390.tif 000002
【００３７】
また、ＳｉＣ膜を被覆する手段としては、イオンプレーティング法やスパッタリング法、あるいはプラズマＣＶＤ法など周知の薄膜形成手段を用いれば良い。
【００３８】
なお、本発明の実施形態では、図１にスペーサ４とシャフト５をそれぞれビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックスにより形成したものを、図３にスペーサ１４とシャフト１５をそれぞれビッカース硬度が１０ＧＰａ以上であるセラミックスにより形成し、その表面に体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜を被覆した例を示したが、例えば、スペーサ４，１４をビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックスにより形成し、シャフト５，１５の少なくとも表面に体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜を被覆したものなど、これらの材料を組み合わせてマルチ加工用ホイールを構成しても良い。
【００３９】
また、図１及び図２ではシャフト５，１５をいずれもセラミックスで形成した例を示したが、金属製の軸に体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあるセラミック製の円筒体を嵌合したアッセンブリ品であっても構わない。
【００４０】
（実施例）
図１に示すマルチ加工用ホイールを用意し、スペーサ４とシャフト５を、ビッカース硬度、体積固有抵抗値を異ならせた導電性ジルコニアセラミックス、導電性アルミナセラミックス、炭化珪素質セラミックスにより形成し、静電気の除去度合いとスペーサ４の寿命について測定する実験を行った。
【００４１】
なお、本実験で使用するマルチ加工用ホイールの寸法は以下のものを使用した。
【００４２】
シャフト５      ：直径７０ｍｍ、長さ１００ｍｍ
ホイールカッタ１：外径１０５ｍｍ  内径７０ｍｍ(3枚）
スペーサ４      ：外径１００ｍｍ、内径７０ｍｍ：厚み幅０．３ｍｍ(4枚）
そして、静電気の除去度合いについては、スペーサ４の一方の表面に１ｋＶの電圧を印加し、他方の表面側で電圧とその降下時間を測定し、その電圧値が１００Ｖとなるまでの降下時間が０．１〜２０秒の間にあるものを○とし、それ以外のものを×として判断した。
【００４３】
また、スペーサ４の寿命については、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ系セラミックスからなるヘッド基板Ｗよりチップ部品を切り出す作業において、ホイールカッタ１の組み替え作業を繰り返した時に、チップ部品の寸法精度が初期の値より０．５μｍ以上変化するまでの組み替え作業の回数が５回以上であるものを○、５回未満であるものを×として判断した。
【００４４】
それぞれの結果は表２乃至表４に示す。ただし、表２におけるＺｒＯ2 は３ｍｏｌ％のＹ2 Ｏ3 で部分安定化したものである。
【００４５】
【表２】
0003678390.tif 000003
【００４６】
【表３】
0003678390.tif 000004
【００４７】
【表４】
0003678390.tif 000005
【００４８】
この結果、まず、導電性ジルコニアセラミックスは表２に見られるように、体積固有抵抗値が１０10Ω・ｃｍである試料Ｎｏ．１は、絶縁性が高いために静電気を逃がし難く、また、ビッカース硬度が９．９ＧＰａである試料Ｎｏ．７は、硬度が低いために４回の組み替えで寿命となった。
【００４９】
これに対し、試料Ｎｏ．２〜６は、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあるため、静電気を徐々に逃がすことができるとともに、５回以上の組み替えまで使用可能であった。
【００５０】
特に、試料Ｎｏ．２〜４では、ビッカース硬度が１２ＧＰａ以上と高く、８回の組み替えまで使用可能であった。
【００５１】
また、導電性アルミナセラミックスは表３に見られるように、体積固有抵抗値が１０11Ω・ｃｍである試料Ｎｏ．１０は、絶縁性が高いために静電気を逃がし難く、また、ビッカース硬度が９．８ＧＰａでかつ体積固有抵抗値が１０11Ω・ｃｍである試料Ｎｏ．１５は、硬度が低いために４回の組み替えで寿命となり、また、静電気も逃がし難かった。
【００５２】
これに対し、試料Ｎｏ．１１〜１４は、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあるため、静電気を徐々に逃がすことができるとともに、５回以上の組み替えまで使用可能であった。
【００５３】
特に、試料Ｎｏ．１１〜１３に見られるように、アルミナの優れた耐摩耗性によってビッカース硬度が１１ＧＰａ以上あれば、８回の組み替えまで使用可能であった。
【００５４】
さらに、導電性炭化珪素セラミックスは表４に見られるように、体積固有抵抗値が１０10Ω・ｃｍである試料Ｎｏ．２２は、絶縁性が高く静電気を逃がし難かった。
【００５５】
これに対し、試料Ｎｏ．２０，２１は、ビッカース硬度が２０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０2 〜１０9 Ω・ｃｍの範囲にあるため、静電気を徐々に逃がすことができるとともに、１０回以上の組み替えまで使用可能であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、薄肉円板の表面に砥粒を固着してなる複数のホイールカッタと該ホイールカッタより小径でかつホイールカッタ間の間隔を規定するスペーサとを交互にシャフトに挿通してなるマルチ加工用ホイールにおいて、上記スペーサを、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上でかつ体積固有抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックスにより形成するか、あるいは上記スペーサを、体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜を被覆したビッカース硬度が１０ＧＰａ以上である絶縁性のセラミックスにより形成し、かつ上記シャフトの少なくとも表面を前記体積固有抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるセラミックス又は体積固有抵抗値が１０３〜１０４Ω・ｃｍの範囲にあるＳｉＣ膜により形成するとともに、上記シャフトをアースしてマルチ加工用ホイールを構成したことから、サブミクロンオーダーでの切断加工や溝入れ加工を施すことができるとともに、被加工物体が半導体ウエハや薄膜磁気ヘッド基板であるような場合には、導通短絡による取り扱い事故不良や静電気に伴う素子の絶縁破壊を生じることがない。しかも、ホイールカッタ間の間隔を規定するスペーサは、ホイールカッタの組み替え作業を繰り返しても摩耗が少ないことから、長期間にわって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチ加工用ホイールを示す斜視図である。
【図２】図１のマルチ加工用ホイールによる切断加工の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・ホイールカッタ  ２・・・薄肉円板  ３・・・ダイヤモンド砥粒
４・・・スペーサ  ５・・・シャフト  ５ａ・・・雌ネジ部  ６・・・ナット
【図１】
0003678390.tif 000006
【図２】
0003678390.tif 000007