(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストであり、
前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石を準備し、
光反応性砥石に対向して光照射装置を設け、砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、
次いで性質が変化した光反応性材料を溶解可能な溶液を用いて砥石表面を溶解除去する、ことを特徴とする光ドレッシング方法。
【請求項２】
光を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、過酸化ベンゾイルであり、
前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石を準備し、
光反応性砥石に対向して光照射装置を設け、砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、これにより光反応性材料を除去する、ことを特徴とする光ドレッシング方法。
【請求項３】
紫外線を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストであり、
前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石と、該砥石に対向して設けられた光照射装置と、を備え、
砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、次いで性質が変化した光反応性材料を溶解可能な溶液を用いて砥石表面を溶解除去する、ことを特徴とする光ドレッシング加工装置。
【請求項４】
光を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、過酸化ベンゾイルであり、
前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石と、該砥石に対向して設けられた光照射装置と、を備え、
砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、これにより光反応性材料を除去する、ことを特徴とする光ドレッシング加工装置。
【請求項５】
紫外線を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された、ことを特徴とする光反応性砥石。
【請求項６】
光を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、過酸化ベンゾイルであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された、ことを特徴とする光反応性砥石。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の技術分野
本発明は、光を用いて砥石をドレッシングする方法と装置に関する。
関連技術の説明
近年の科学技術の発達に伴い、加工技術に対しても高精度を要求するようになった。砥粒加工の分野でも、研磨加工が半導体製造プロセスのCMP技術として不可欠の技術になっているなど、従来以上の加工精度と加工の再現性が重要となってきている。砥粒加工における重要な技術に、工具の目詰まりを防ぎ安定して加工を続けるための手段としてのドレッシング技術が挙げられる。更にドレッシング技術には機械的・電気的手段、レーザを用いる手段など多くの手段が提案されており、使用される工具の種類などによって使い分けられている。
機械的なドレッシング手段は、単石ドレッサやロータリードレッサなどを用いて、メカニカルに工具表面を除去しドレッシングを行うもので、多くの工具に対して使用されている。
電気的手段は、電気伝導性のある工具に対して、電解をかけ工具表面を溶かす手段や、放電を起こしそのエネルギーで工具表面を破砕するものなどがあり、工具自体が硬く機械的手段ではドレッシングが困難である金属ボンドの砥石などでは有効なドレッシング手段となる。
レーザを用いる手段は、高出力のレーザにより光エネルギーを集光させ工具表面に照射し、熱エネルギーに変換し工具表面を溶かし除去を行う手段であり、様々な工具に対応できるドレッシング法であると言える。
最近ではこれらの手段の他に、スラリーを噴射する手段、遊離砥粒を用いる手段、溶剤によってボンド材を溶かす手段などが開発され研究されている。
樹脂ボンドの砥石は他の金属ボンドの砥石などに比べて、ボンド材が柔らかく衝撃吸収性があるため、軟質の被加工物に対しても傷が入りにくく、高品位な表面粗さを実現できる。しかしながら、微細な砥粒を含む樹脂ボンドの砥石は目詰まりが起こりやすく、目詰まりが起こると高品位な表面粗さを実現することはできない。
これを防ぐために低結合度の砥石が開発されているが、加工能率が低い点や、目こぼれおよび目詰まりのない最適な結合度の砥石を被加工物の材質に応じて設計する必要がある点などが問題となっている。
機械的なドレッシング法やスラリーを噴射する手段、遊離砥粒を用いる手段、溶剤によってボンド材を溶かす手段などは、ドレッシングの制御性や自動化およびインプロセスドレッシングを考慮に入れると困難がある。
電気的なドレッシング法では主に金属ボンドの砥石を用いているため、軟質材料の加工では傷が入りやすく、高品位な表面粗さを実現するのは困難である。また、ドレッシング時にボンド材の金属が金属イオンとなって溶解するため、金属イオンを嫌う電子部品の加工などには適さない。
レーザによるドレッシング法では、高出力のレーザを用いるため高価な装置が必要となり、またメンテナンスに多くの費用がかかり取り扱いが面倒である。
発明の要約
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、微細な砥粒を含む樹脂ボンドの砥石において目詰まりを起こすことなく加工を行うことができ、高品位な表面粗さを実現でき、加工能率も比較的高く、目こぼれおよび目詰まりのない最適な結合度の砥石を被加工物の材質に応じて設計する必要がなく、ドレッシングの制御性が良好で、ドレッシングの自動化やインプロセスドレッシングも可能であり、加工プロセス全体において金属イオンを含まない系を設計することも可能であり、高価な装置を必要とせず取り扱いが容易である、光ドレッシング方法とこの方法により加工装置と砥石を提供することにある。
本発明によれば、紫外線を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石を準備し、光反応性砥石に対向して光照射装置を設け、砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、次いで性質が変化した光反応性材料を溶解可能な溶液を用いて砥石表面を溶解除去する、ことを特徴とする光ドレッシング方法が提供される。
また本発明によれば、光を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、過酸化ベンゾイルであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石を準備し、光反応性砥石に対向して光照射装置を設け、砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、これにより光反応性材料を除去する、ことを特徴とする光ドレッシング方法が提供される。
上記本発明の光ドレッシング方法を用いることにより、微細な砥粒を含む樹脂ボンドの砥石において目詰まりを起こすことなく加工を行うことができ、高品位な表面粗さを実現でき、加工能率も比較的高く、目こぼれおよび目詰まりのない最適な結合度の砥石を被加工物の材質に応じて設計する必要がなく、ドレッシングの制御性が良好で、ドレッシングの自動化やインプロセスドレッシングも可能であり、加工プロセス全体において金属イオンを含まない系を設計することも可能であり、高価な装置を必要とせず取り扱いが容易であるドレッシング方法を実現できる。
更に、本発明によれば、紫外線を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応砥石と、該砥石に対向して設けられた光照射装置と、を備え、砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、次いで性質が変化した光反応性材料を溶解可能な溶液を用いて砥石表面を溶解除去する、ことを特徴とする光ドレッシング加工装置が提供される。
また、光を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、過酸化ベンゾイルであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された光反応性砥石と、該砥石に対向して設けられた光照射装置と、を備え、砥石に光を照射させることにより光反応性材料に化学反応を起こさせ、これにより光反応性材料を除去する、ことを特徴とする光ドレッシング加工装置が提供される。
この構成により、上述した光ドレッシング方法を効果的に実施することができる。
また、本発明によれば、紫外線を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された、ことを特徴とする光反応性砥石が提供される。
かかる光反応性砥石を用いることにより、紫外線の照射で光反応性材料の性質が変化するので、微細な砥粒を含む砥石において目詰まりを起こすことなく加工を行うことができる。
また、光を照射することにより光化学反応を起こし光の照射前後において性質が変化する光反応性材料の粉末と砥粒と紫外線で光化学反応を起こさないボンド材とからなり、該光反応性材料は、過酸化ベンゾイルであり、前記粉末と砥粒がボンド材で固定された、ことを特徴とする光反応性砥石が提供される。
本かかる光反応性砥石を用いることにより、光の照射で光反応性材料を除去でき、光ドレッシングを効果的に行うことができる。
本発明のその他の目的及び有利な特徴は、添付図面を参照した以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
図１（Ａ）は、本発明による光ドレッシング加工装置の模式的正面図である。
図１（Ｂ）は、本発明による光ドレッシング加工装置の模式的上面図である。
図２は、本発明による光ドレッシング方法を示す原理図である。
図３は、本発明の方法を示す別の原理図である。
図４は、光反応性砥石の製作工程図である。
図５（Ａ）は、加工前のワークの表面粗さを示す図である。
図５（Ｂ）は、加工後のワークの表面粗さを示す図である。
図６は、加工時間と累積加工量との関係図である。
図７は、紫外線の有無による単位時間当たりの加工量の比較図である。
好ましい実施例の説明
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本発明による光ドレッシング加工装置の模式的正面図であり、図１（Ｂ）はその模式的上面図である。この図に示すように、本発明の光ドレッシング加工装置は、光反応性砥石１と、砥石１に対向して設けられた光照射装置２とを備え、砥石１に光を照射させることにより化学反応を起こさせ砥石表面の除去を行うようになっている。この化学反応を加工中に連続的もしくは間欠的に行うようになっている。この構成により、光反応性砥石１は光照射装置２により光を照射され、化学反応により性質が変化し、溶液４により溶解除去され、これと同時に、被加工物５は光反応性砥石１により加工される。
図２は、本発明の光ドレッシング方法を示す原理図である。この図に示すように、光反応性砥石１の表面に光を照射させることにより化学反応を起こさせ、砥石別を除去することにより、砥粒10がボンド材11から突き出し、加工を良好に行うことができる。加工により砥粒先端が摩耗したときは、光を照射させることによりボンド材を除去し、再び砥粒をボンド材から突き出すことができ、この状態を維持することにより目詰まりのない良好な加工が維持できる。
図３は、本発明の方法を示す別の原理図である。この図に示すように、光反応性砥石１のボンド材11を２種類以上の材料で作り、光の照射によりボンド材11を部分的に除去し、砥石表面に薄い被膜15を形成させ、砥粒の保持力を高めるとともに、ボンド材の衝撃吸収力を高め、さらに加工時の熱を効率的に逃すことが可能となる。
図１乃至図３に示した光反応性砥石１は、光を照射することにより光化学反応を起こし、光の照前後において性質が変化する光反応性材料と、砥粒とを含んでいる。光反応性材料自体がボンド材として機能しない場合には、その他に光反応性材料と砥粒を保持するボンド材も含んでいる。このような光反応性砥石１を用いることにより、光の照射で光反応性材料の性質が変化するので、微細な砥粒を含む砥石において目詰まりを起こすことなく加工を行うことができる。
光反応性砥石１に含まれる光反応性材料には、例えば紫外線を照射後に溶解除去できるポジ型のフォトレジストを用いることができる。このような光反応性材料を用いることにより、紫外線の照射後に研削液等を用いて光反応性材料を溶解除去でき、光ドレッシングを効果的に行うことができる。
また、光反応性材料は、紫外線を照射後に化学構造や高欠構造が変化し脆化する樹脂材料であるのがよい。かかる樹脂材料としては、例えば、ポジ型のフォトレジストがある。かかる光反応性材料を用いることにより、紫外線を照射後に、砥石の表面を除去することができ、光ドレッシングを効果的に行うことができる。
また、光反応性材料として光の照射により光分解する過酸化ベンゾイルを用いることもできる。過酸化ベンゾイルは、光分解により炭酸ガスを発生するので、これを光反応性材料として用いることにより、炭酸ガスの発生により部分的に亀裂を発生させて砥石の表面を除去することができる。
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
（光反応性砥石の製作）
光反応性材料には様々なものがあり、その反応形態も多種多用であるが、本発明ではフォトリソグラフィープロセスで一般的に利用されているポジ型のフォトレジストを利用した。また、かかるポジ型フォトレジストは一般的に高温に弱いため、エポキシ樹脂の重合反応を利用して熱を加えずに砥石の成形を行った。
図４は光反応性砥石の製作手順を示している。まず、（１）砥粒と光反応性材料を溶解中で混合し、均一に混ざり合ったところで真空乾燥を行い、溶媒成分を除去する。
（２）乾燥した粉末を十分に粉砕し、砥粒と光反応性材料でできた粉末ができる。
（３）この粉末をポンド材と混合し、混合後の粉末を型に入れ加圧成形し、これを適当な時間放置することにより、ボンド材が固化し砥石が完成した。この実施例では、砥粒としてのホワイトアランダム（アルミナ）の粉末（平均粒約20μｍ）を使用し、ボンド材にはエポキシ樹脂を用いた。また、砥粒と光反応性材料を混合する際には溶剤として、エチルセロソルブアセテートを使用した。
なお、光反応性材料自体がボンド材としての機能も有する場合には、（１），（２）の工程は不要であり、砥粒とボンド材（光反応性材料）を直接混合して光反応性砥石を製作することができる。また、光分解する過酸化ベンゾイルを光反応性材料として用いる場合には、過酸化ベンゾイルが常温で固体であるため、（１）の工程を省略することができる。
（光反応性砥石によるラップ研削試験）
上述の手順で製作した光反応性砥石を用いてラップ研削試験を行った。この試験には、図１に示した光ドレッシング加工装置を使用した。
図１の装置において、下面に光反応性砥石１を設置し、上面から被加工物５（ワーク）を一定圧力で押し付けて加工を行うことができる。また砥石１と対向して光照射装置２が設置してあり、砥石表面に光を照射させ砥石のドレッシングを行うことができる。加工点付近には加工点温度が上昇しないように研削液（クーラント）を流している。この研削液は弱アルカリ性であり、砥石１に含まれるポジ型のフォトレジストを、紫外線の照射後に溶解除去する機能を有する。砥石１を装置に設置した後に、砥石１の上面にワークの代わりに＃325のカップ型コバルトボンドダイヤモンド砥石を取り付け。光反応性砥石１のツルーイングを行った後に、光を照射させながら本発明による光ドレッシング加工を実施した。
この光ドレッシング加工における砥石回転速度、ワーク回転速度、加圧力はそれぞれ100rpm、80rpm、2.9kgf/cm2であった。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）とそれぞれ加工前後のワークの表面粗さを示している。これらの図から本発明による光ドレッシング加工によって表面粗さが大きく向上しているのがわかる。
また図６は５分毎にワークの厚みを測定した際のグラフを示している。累積加工量は時間に対してほぼ直線的に増えており、これは砥石の切れ味がドレッシングにより一定に保たれていることを示している。
更に、図７は紫外線の有無による単位時間当たりの加工量の比較図である。
図中○印は、紫外線を照射した場合、●印は紫外線を照射しない場合である。この図から紫外線を照射しない場合には、目詰まりにより単位時間当たりの加工量が大幅に低下するのに対して、紫外線を照射する場合には加工量がほぼ一定になっていることがわかる。
上述したように、本発明の光ドレッシング方法とこの方法による加工装置と砥石によれば、微細な砥粒を含む樹脂ボンドの砥石において目詰まりを起こすことなく加工を行うことができ、高品位な表面粗さを実現でき、加工能率も比較的高く、目こぼれおよび目詰まりのない最適な結合度の砥石を被加工物の材質に応じて設計する必要がなく、ドレッシングの制御性が良好で、ドレッシングの自動化やインプロセスドレッシングも可能であり、加工プロセス全体において金属イオンを含まない系を設計することも可能であり、高価な装置を必要とせず取り扱いが容易である等の優れた効果を有する。
なお、本発明をいくつかの好ましい実施例により説明したが、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施例に限定されないことが理解されよう。反対に、本発明の権利範囲は、添付の請求の範囲に含まれるすべての改良、修正及び均等物を含むものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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