(57)【要約】      （修正有）【課題】１６０ｍ／ｓまでの砥石周速度で、セラミックスおよびセラミックスを含む複合体のような、硬くて、もろい材料を精密研削するのに適した研磨工具を提供する。【解決手段】この研磨工具は、熱的に安定な結合剤６により、緻密な、金属結合超砥粒セグメント８に取付けられる砥石コア２を含む。セラミックウェハのバック研削に好適な工具は、グラファイト充てん材および比較的低い集中度の砥粒４を含む。【選択図】図１
2006346857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小の比強度パラメータ２．４ MPa-cm3／ｇ、コア密度０．５〜８．０ｇ／cm3 を有するコア、円形の周囲、および多数の砥粒セグメントで規定される砥粒リム、を含む平面研削研磨工具であり、その砥粒セグメントは、合計１００ vol％に対して選ばれた量で、超砥粒０．０５〜１０ vol％、もろい充てん材１０〜３５ vol％、および破壊じん性１．０〜３．０MPa Ｍ1/2 を有する金属結合剤マトリックス５５〜８９．９５ vol％を含むことを特徴とする平面研削研磨工具。
【請求項２】
コアが、アルミニウム、鋼、チタンおよび青銅、それらの複合材および合金、ならびにそれらの組み合わせよりなる群から選ばれる金属材料を含む請求項１記載の研磨工具。
【請求項３】
砥粒セグメントが、金属結合剤マトリックス６０〜８４．５ vol％、砥粒０．５〜５ vol％、およびもろい充てん材１５〜３５ vol％を含み、そしてその金属結合剤マトリックスは、多孔度が最大５ vol％である請求項１記載の研磨工具。
【請求項４】
もろい充てん材が、グラファイト、六方晶系窒化ホウ素、中空セラミック球、長石、ネフェリンサイアナイト、軽石、仮焼クレーおよびガラス球、ならびにそれらの組み合わせよりなる群から選ばれる請求項１記載の研磨工具。
【請求項５】
砥粒がダイアモンドおよび立方晶系窒化ホウ素ならびにそれらの組み合わせよりなる群から選ばれる請求項１記載の研磨工具。
【請求項６】
砥料がグリット径２〜３００μｍを有するダイアモンドである請求項５記載の研磨工具。
【請求項７】
金属結合剤が、銅３５〜８４wt％およびスズ１６〜６５wt％を含む請求項１記載の研磨工具。
【請求項８】
金属結合剤が、さらにリン０．２〜１．０wt％を含む請求項７記載の研磨工具。
【請求項９】
研磨工具が、少くとも２つの砥粒セグメントを含み、その砥粒セグメントは、細長い、アーチ形の形状、およびコアの円周に一致するように選ばれた内部曲線を有し、そして各砥粒セグメントは、隣りの砥粒セグメントに一致するように設計された２つの端を有し、その結果、砥粒リムは連続的であり、砥粒セグメントがコアに結合されるときに砥粒セグメント間にいかなる隙間も実質的にない、請求項１記載の研磨工具。
【請求項１０】
工具が、１Ａ１型砥石およびカップ砥石よりなる群から選ばれる請求項１記載の研磨工具。
【請求項１１】
熱的に安全な結合剤が、エポキシ接着結合剤、冶金学的結合剤、機械的結合剤および拡散結合剤ならびにそれらの組み合わせより本質的になる群から選ばれる請求項１記載の研磨工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、１９９８年３月２７日出願された米国出願Ｓｅｒ．Ｎｏ．０９／０４９，６２３の一部継続出願である。本発明は、１６０ｍ／ｓまでの砥石周速度（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｓｐｅｅｄｓ）でセラミックスおよびセラミックスを含む複合体のような硬くてもろい材料を精密研削（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｇｒｉｄｉｎｇ）するのに適し、そしてセラミックウェハの平面研削（ｓｕｒｆａｃｅ  ｇｒｉｄｉｎｇ）に適した研磨工具（ａｂｒａｓｉｖｅ  ｔｏｏｌｓ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨工具は、研削作業の間に、熱的に安全な結合剤で超砥粒リムに結合された金属に取付けられた砥石コアもしくはハブを含む。これらの研磨工具は、高い除去速度（たとえば、１９〜３８０cm3 ／min ／cm）でセラミックスを研削し、従来の研磨工具よりも砥石摩耗が少なく、加工物の損傷が小さい。
サファイアおよび他のセラミック材料を研削するのに適した研磨工具はＬｉの米国特許第５，６０７，４８９号明細書に開示されている。その工具は、固体潤滑剤２〜２０ vol％および多孔度少くとも１０ vol％を有するヴィトリファイド・マトリックス中に結合された金属クラッドダイアモンドを含有するように説明されている。
【０００３】
グラファイトのような選択された充てん剤１５〜５０ vol％を有する金属マトリックス中に結合されたダイアモンドを含む研磨工具は、Ｋｅａｔの米国特許第３，９２５，０３５号に開示されている。その工具は、超硬合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ  ｃａｒｂｉｄｅｓ）を研削するのに用いられる。
ダイアモンド砥粒を結合された金属でつくられた切断砥石（ｃｕｔｔｉｎｇ−ｏｆｆ  ｗｈｅｅｌ）は、Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐｙｌの米国特許第２，２３８，３５１号に開示されている。結合剤は、銅、鉄、スズ、および任意にニッケルを含み、固定砥粒は、鋼のコアに焼結されるが、任意には適切な付着力を確実にするためはんだ付け行程を伴ってもよい。最良の結合剤は、ロックウェル硬度７０を有すると報告されている。
【０００４】
青銅結合剤のような比較的低い低溶融温度の金属結合剤中に結合された細かなダイアモンド粒（ダイアくず）（ｂｏｒｔ）を含む研磨工具が、米国再発行特許第２１，１６５号に開示されている。低融点結合剤は、細かなダイアモンド粒の酸化を避けるのに役立つ。砥粒リムは単一の、環状砥粒セグメントとして組み立てられ、ついでアルミニウムもしくは他の材料のセントラルディスクに取付けられる。
【０００５】
これらの研磨工具は、セラミック成分の精密研削において十分に満足すべきものとは、どれも示されていない。これらの工具は、商業的に実行しうる研削速度で操作されるときに、部分形状、大きさおよび表面品質に対する厳格な仕様を満たしていない。これらの操作での使用に勧められる最も大量生産の研磨工具は、セラミック成分への表面および半表面の損傷を避けるために比較的低い研削効率で操作するように設計されたレジンもしくはビトリファイド結合された超砥粒砥石である。研削効率は、セラミック加工物が砥石面をふさぐ傾向のためにさらに減少し、精密形状を維持するために砥石に目直し（ｄｒｅｓｓｉｎｇ）および形直し（ｔｒｕｉｎｇ）を度々要求することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジン、耐火性装置および電子デバイス（たとえば、ウェハ、磁気ヘッドおよびディプレーウィンドウ）のような製品において、精密なセラミック成分に対する市場の要求が増大するにつれて、セラミックの精密研削のための改良された研磨工具について、要求が増大している。
たとえばアルミナー炭化チタン（ＡｌＴｉＣ）のような電子部品用の高性能セラミック材料の仕上げにおいて、平面研削もしくは「バック研削」（“ｂａｃｋｇｒｉｎｄｉｎｇ）操作は、低い抵抗（ｆｏｒｃｅ）の比較的低速の研削作業で、高品質の、平らな表面仕上げを要求する。これらの材料のバック研削において、研削効率は、高い除去速度および砥石の耐摩耗性と同じく、加工物表面の品質および使用される抵抗の制御により、決定される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、最小の比強度パラメータ２．４ MPa-cm3／ｇ、コア密度０．５〜８．０ｇ／cm3 を有するコア、円形の周囲、および多数の砥粒セグメントで規定される砥粒リム、を含む平面研削研磨工具である；そこでは、砥粒セグメントは、合計１００ vol％に対して選ばれた量で、超砥粒０．０５〜１０ vol％、もろい充てん材１０〜３５ vol％、および破壊じん性１．０〜３．０MPa Ｍ1/2 を有する金属結合剤マトリックス５５〜８９．９５ vol％を含む。比強度パラメータは、材料の降伏強度（ｙｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）もしくは破壊強度（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を材料の密度で除した、小さいほうの比として定義される。もろい充てん材は、グラファイト、六方晶系窒化ホウ素、中空セラミック球、長石、ネフェリンサイアナイト、軽石、仮焼クレーおよびガラス球ならびにそれらの組合わせからなる群より選ばれる。好適な態様において、金属結合剤マトリックスは、最大５ vol％の多孔度を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の研磨工具は、砥石に取りつけるためのセンタ穴を有するコアを含む研削砥石であり、そのコアは砥石の外周に沿って金属結合された超砥粒リムを支持するように設計されている。砥石のこれら２つの部分は研削条件下で熱的に安定な結合剤で支持され、そして砥石およびその成分は少くとも８０ｍ／秒まで、好ましくは１６０ｍ／秒までの砥石の周速度で発生する応力に耐えるように設計されている。好ましい工具は、１Ａ型砥石およびカップ状砥石であり、たとえば２型もしくは６型の砥石、または１１Ｖ９型のベル状のカップ砥石である。
【０００９】
コアは実質的に形状が円形である。コアは、最小の比強度２．４ MPa-cm3／ｇ、好ましくは４０〜１８５ MPa-cm3／ｇを有するいかなる材料も含んでいてよい。コア材料は、密度０．５〜８．０ｇ／cm3 、好ましくは２．０〜８．０ｇ／cm3 を有する。適した材料の例は、鋼、アルミニウム、チタンおよび青銅、さらにそれらの複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）および合金ならびにそれらの組合せである。指定された最小の比強度を有する補強プラスチックも、コアを組み立てるのに使用されうる。複合体および補強コア材料は、通常、金属もしくはプラスチックマトリックスの連続相を、しばしば粉末形態で、有し、それにもっと硬い、もっと反発弾性の、および／またはもっと低い密度の材料の繊維、粒子が不連続相として添加される。本発明の工具のコアに使用されるのに適した補強材料の例は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、セラミック粒子ならびにガラス、ムライト、アルミナおよびゼオライト球のような中空充填材料である。
【００１０】
鋼、および密度０．５〜８．０ｇ／cm3 を有する他の金属は、本発明の工具のためのコアをつくるのに使用され得る。高速研削（たとえば、少くとも８０ｍ／秒）に使用されるコアの製造には、アルミニウム、マグネシウムおよびチタン、ならびにそれらの合金およびそれらの混合物のような軽金属の粉末形態が好適である。アルミニウムおよびアルミニウム合金が特に好適である。もし共焼結アセンブリ処理が工具を製造するのに使用されるならば、４００〜９００℃、好ましくは５７０〜６５０℃の焼結温度を有する金属が選ばれる。低密度の充てん材料は、コアの質量を減少させるのに添加されうる。ガラス球およびムライト球のような、多孔性および／または中空のセラミックもしくはガラス充てん剤は、この目的のために適した材料である。さらに、有用なのは無機および非金属繊維材料である。処理条件により指示されるとき、潤滑剤もしくは、金属結合剤および超砥粒の分野で知られている他の処理助剤（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｉｄｓ）が、成形および焼結の前に金属粉末に添加されうる。
【００１１】
工具は、高速操作で発生する潜在的に破壊抵抗（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｆｏｒｃｅｓ）に耐えるために強く、耐久性があり、寸法的に安定であるべきである。コアは、接線方向の接触速度８０〜１６０ｍ／ｓを達成するのに必要な非常に高い角速度で砥石を操作するために最小の比強度を有しなければならない。本発明において用いられるコア材料に必要とされる最小の比強度パラメータは２．４ MPa-cm3／ｇである。
【００１２】
比強度パラメータは、コア材料の降伏（ｙｉｅｌｄ）（もしくは破壊）（ｆｒａｃｔｕｒｅ）強度をコア材料密度で除した比として定義される。降伏強度よりも低い破壊強度を有するもろい材料の場合には、比強度パラメータは小さいほうの数字である破壊強度を用いて決定される。材料の降伏強度は、材料のひずみ（ｓｔｒａｉｎ）が、抵抗のさらなる増加なしに増加する張力にかかる最小の抵抗である。たとえば、約２４０（ブリネル硬度）を超えて硬化されるＡＮＳＩ  ４１４０鋼は、７００MPa を超える引張り強さを有する。この鋼の密度は約７．８ｇ／cm3 である。このように、その比強度パラメータは約９０ MPa-cm3／ｇである。同様に、約１００を超えるブリネル硬度に熱処理しうる、一定のアルミニウム合金、たとえばＡｌ２０２４、Ａｌ７０７５およびＡｌ７１７８、は約３００MPa よりも高い引張り強さを有する。このようなアルミニウム合金は、約２．７ｇ／cm3 の低密度を有し、したがって１１０ MPa-cm3／ｇよりも大きい比強度パラメータを示す。８．０ｇ／cm3 以下の密度を有するようにつくられたチタン合金および青銅複合体および合金も、使用に適する。
【００１３】
コア材料は、強じんで、研削帯域で達する温度（たとえば約５０〜２００℃）で熱的に安定であり、研削に用いられる冷却剤および潤滑剤との化学反応に耐性があり、そして研削帯域における切削くずの動きによる腐食による摩耗に耐性があるべきである。いくつかのアルミナおよび他のセラミックスは、受け入れられる破壊値（ｆａｉｌｕｒｅ  ｖａｌｕｅｓ）（すなわち、６０ MPa-cm3／ｇを超える）を有するけれども、それらは通常もろすぎて、破壊により高速研削で構造的に破損する。それ故、セラミックスは工具コアにおける使用には適さない。金属、とくに硬化された工具級鋼（ｔｏｏｌ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｓｔｅｅｌ）が好適である。
【００１４】
本発明で用いられる研削砥石の砥粒セグメントは、コアに取り付けられるセグメント化された、もしくは連続したリムである。セグメント化された砥粒リムは図１に示される。コア２は、動力駆動（図示せず）のアーバに砥石を取付けるためのセンタ穴３を有する。砥石の砥粒リムは金属マトリックス結合剤６中に埋め込まれた（好ましくは均一濃度に）超砥粒４を含む。多数の砥粒セグメント８は、図１に示される砥粒リムを構成する。例示の態様は１０のセグメントを示すけれども、セグメントの数は重要ではない。図１に示されるように、個々の砥粒セグメントは、長さｌ、幅ｗおよび深さｄで特徴づけられる先端を切った、長方形の輪形形状（アーチ形状）を有する。
【００１５】
図１に示される研削砥石の態様は、本発明によりうまく操作され得る砥石の代表例であり、限定するものとみるべきではない。適しているとみられるセグメント化研削砥石の数多くの形状度化は、図２に示されるようなカップ形状砥石、連続的セグメントの間にコアおよび／または間隙を通る開口を有する砥石、そしてコアとは異なる幅の砥粒セグメントを有する砥石を含む。開口もしくは間隙は、研削帯域に冷却剤を導入するための、およびその帯域から切削くずを送り出すための、通路を提供するのに使用されることがある。コア幅より広いセグメントは、砥石が半径方向に加工物を貫くにつれて、切りくずとの接触を通して腐食からコア構造を保護するのに用いられることがある。
【００１６】
砥石は、最初に、予め選定された寸法の個々のセグメントを形状し、ついで予め成形されたセグメントを、適切な接着剤でコアの周囲９に取付けることにより製造されうる。もう一つの好適な製造法は、砥粒および結合剤の粉末混合物のセグメント前駆体ユニットを形成すること、コアの周囲まわりにその組成物を成形すること、そしてセグメントをその場でつくり、取り付ける（すなわち、コアおよびリムの共焼結）ために熱および圧力をかけることを伴う。共焼結法は、ＡｌＴｉＣのような硬セラミックスのウェハおよびチップをバック研削するのに用いられる平面研削カップ砥石を製造するのに好適である。
【００１７】
本発明の研磨工具の砥粒リム成分は、それぞれ図１，２に示されるような、連続リムもしくは不連続リムでありうる。連続砥粒リムは、１つの砥粒セグメント、もしくは少くとも２つの砥粒セグメントを含み、別々に型内で焼結され、ついで熱的に安定な結合剤（すなわち、研削面から向けられたセグメントの部分で研削の間に出会う温度、ふつうは約５０〜３５０℃、で安定な結合剤）でコアに個々に取付けられる。図２に示されるように不連続砥粒リムは、少くとも２つのそのようなセグメントから製造され、そしてセグメントはリムの溝もしくは間隙により分離され、セグメント化された連続砥粒リム砥石におけるようそれらの長さ１に沿って端と端を一致させられない。図は本発明の好ましい態様を例示し、本発明の工具設計の型を制限することを意図されない。たとえば、不連続リムは１Ａ砥石に用いられ得、そして連続リムはカップ砥石に用いられ得る。
【００１８】
高速研削、とくに円筒形状を有する加工物の研削のためには、連続リム、型１Ａの砥石が好適である。セグメント化連続砥粒リムは、好適であり、多数の砥粒セグメントから工具を製造する間、真に丸い、平面形状を達成するのが非常に容易であるので、単一の連続砥粒リムにわたり輪状に単一片のように成型される。  比較的低速（たとえば２５〜６０ｍ／sec ）の操作、特に平らな加工物の表面および仕上げ研削、のためには、不連続砥粒リム（たとえば図２に示されるカップ砥石）が好適である。表面の品質は、低速表面仕上げ操作において重要であるので、溝がセグメントに形成されるか、もしくはいくつかのセグメントは加工物表面をひっかくことができるくず材料の除去を助けるためにリムから省かれうる。
【００１９】
砥粒リム成分は、金属マトリックス結合剤中に保持された超砥粒を含み、砥粒リムもしくは砥粒リムセグメントの望ましい大きさおよび形状を生じるように設計された型内で、金属結合剤粉および砥粒の混合物を焼結することにより得られるのが通常である。
砥粒リムで用いられる超砥粒は、天然もしくは合成ダイアモンド、ＣＢＮ、およびこれらの砥粒の組合わせから選択され得る。粒径および種類の選択は、加工物の性質および研削処理の種類に応じて変動する。たとえば、サファイアもしくはＡｌＴｉＣの研削および研磨においては、２〜３００μｍの範囲の超砥粒の粒径が好ましい。他のアルミナの研削のためには、約１２５〜３００μｍの超砥粒の粒径（６０〜１２０グリット；Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙグリット径）が、通常、好適である。窒化ケイ素の研削のためには、約４５〜８０μｍ（２００〜４００グリット）の粒径が、通常、好適である。比較的細かなグリット径は表面仕上げのために好適であり、そして比較的大きいグリット径は、比較的大量の材料が研削される円筒、輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）もしくは内径（ｉｎｎｅｒｄｉａｍｅｔｅｒ）研削のために好適である。
【００２０】
砥粒リムの容積％として、工具は超砥粒０．５〜１０ vol％、好ましくは０．５〜５ vol％を含む。金属結合剤マトリックスよりも小さい硬度を有する、少量の充てん剤は、結合剤の摩耗速度を増加させるために結合剤充てん材として添加されうる。リム成分の容積％として、充てん材は、１０〜３５ vol％、好ましくは１５〜３５ vol％で使用されうる。好適な、もろい充てん材料は、砥粒セグメントを製造し、砥石を組立てのに使用される焼結温度および圧力条件に耐えるの好適な熱的および機械的性質により特徴づけられる。グラファイト、六方晶系窒化ホウ素、中空セラミック球、長石、ネフェリンサイアナイト、軽石、仮焼クレーおよびガラス球、ならびにそれらの組合わせは、有用なもろい充てん材料の例である。
【００２１】
超砥粒を結合するのに適し、そして破壊じん性１．０〜６．０MPa ・ｍ1/2 、好ましくは２．０〜４．０MPa ・ｍ1/2 を有する、いかなる金属結合剤も、ここで使用されうる。破壊じん性は、材料中に生じたクラックが材料中に広がり、材料の破壊に導く応力強度ファクターである。破壊じん性はＫ1c＝（σf ）（π1/2 ）（ｃ1/2 ）で表わされ、ここでＫ1cは破壊じん性は、σf は破壊にかけられた応力、そしてｃはクラック長さの１／２である。破壊じん性を測定するのに用いられうるいくつかの方法があり、それぞれは知られた大きさのクラックがテスト材料に発生する最初の段階を有し、ついで材料破壊まで応力負荷がかけられる。破壊における応力、およびクラックの長さは、その式に代入されて、破壊じん性が計算される（たとえば、鋼の破壊じん性は約３０〜６０MPa ・ｍ1/2 、アルミナは約２〜３MPa ・ｍ1/2 、窒化ケイ素は約４〜５MPa ・ｍ1/2 、そしてジルコニアは約７〜９MPa ・ｍ1/2 である。）。
【００２２】
砥石寿命および研削性能を最適化するために、結合剤の摩耗速度は、研削操作の間、砥粒の摩耗速度に等しいか、もしくはわずかに大きくなければならない。上述のような充てん材は、砥石の摩耗速度を減少させるために金属結合剤に添加されてもよい。比較的緻密な結合剤構造（すなわち、多孔度５ vol％未満）を形成しやすい金属粉は、研削の間、比較的高い研削速度を可能にするので好適である。
【００２３】
リムの金属結合剤において有用な材料は、青銅、銅および亜鉛合金（黄銅）、コバルト、および鉄、ならびにそれらの合金、そしてそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。これらの金属は、チタンもしくは水素化チタン、または砥粒／結合剤の地位を強化するような選ばれた焼結条件下で、超砥粒の表面で砥粒と結合剤の間で炭化物もしくは窒化物の化学結合を形成させる能力を有する、他の超砥粒と反応性を有する（すなわち活性結合成分）材料、とともに使用されうる。
【００２４】
比較的強い砥粒／結合剤の相互作用は、砥粒および加工物の損傷の早い損失、ならびに早い砥粒損失によって生じる短縮された工具寿命を制限する。
砥粒リムの好適な態様において、金属マトリックスは、リムの５５〜８９．９５ vol％、好ましくは６０〜８４．５ vol％を含む。もろい充てん材は、砥粒リムの１０〜３５ vol％、好ましくは１５〜３５ vol％を含む。金属マトリックス結合剤の多孔度は、砥粒セグメントの製造の間、最大５ vol％に維持されるべきである。好ましくは、金属結合剤はヌープ硬度２〜３GPa を有する。
【００２５】
１Ａ型の研削砥石の好適な態様において、コアはアルミニウムでつくられ、リムは、銅およびスズ粉末（８０／２０wt％）でつくられる青銅結合剤を含むが、それは任意にリンをリン／銅粉末の形で０．１〜３．０wt％、好ましくは０．１〜１．０wt％添加されていてもよい。砥粒セグメントの製造の間、この組成物の金属粉末は、１００〜４００グリット（１６０〜４５μｍ）のダイアモンド砥粒と混合され、砥粒リムセグメントに成形され、そして２０〜３３MPa で４００〜５５０℃の範囲で焼結すなわち緻密化され（ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ）、好ましくは理論密度の少くとも９５％の密度（すなわち、５ vol％未満の多孔度を有する）を有する、緻密な砥粒リムを生成する。
【００２６】
代表的な共焼結の砥石製造法において、コアの金属粉末は鋼型へ注入され、８０〜２００kN（圧力約１０〜５０MPa ）で冷間圧縮されて、コアの所望の最終厚さの約１．２〜１．６倍の大きさを有する生の部品を形成する。生のコア部品はグラファイト型に置かれ、砥粒（グリット径２〜３００μｍ）および金属結合剤粉末ブレンドの混合物が、コアおよびグラファイト型の外側端の間のキャビティに添加される。設定リング（ｓｅｔｔｉｎｇ  ｒｉｎｇ）が、コアプリフォームと同じ厚さに、砥粒および金属結合剤粉末を圧縮するために用いられ得る。グラファイト型の内容物は、ついで３７０〜４１０℃で、２０〜４８MPa の圧力下で、６〜１０分間、熱間圧縮される。この分野で知られるように、温度は、型の内容物に圧力をかける前に、傾斜をつける（たとえば、２５℃から４１０℃まで６分間；４１０℃で１５分間保持）か、もしくは除去に増加させてもよい。
【００２７】
熱間圧縮につづいて、グラファイト型は部品から取除かれ、部品は冷却され、ついで部品は従来法により仕上げられて、所望の寸法および許容差を有する砥粒リムを得る。たとえば、部品は、研削盤のビトリファイド研削砥石、または旋盤の炭化物を用いて大きさを仕上げられうる。
本発明のコアおよびリムを共焼結するときには、部品をその最終形状にするのに、研削をほとんど必要としない。熱的に安定な結合を砥粒リムとコアの間に形成させる他の方法では、コアおよびリムの両方の切削が、部分を一致させ、結合させるための適切な表面を確実にするために、接合、接続もしくは拡散段階の前に必要となりうる。
【００２８】
セグメント化砥粒リムを使用して、リムおよびコアの間に熱的に安定な結合をつくる際に、１６０ｍ／sec までの砥石周速度に耐える強度を有する熱的に安定ないかなる接着剤も使用され得る。熱的に安定な接着剤は、研削面から向けられた砥粒セグメントの部分で出会いそうな研削処理温度に安定である。このような温度は、ふつう約５０〜３５０℃の範囲にわたる。
【００２９】
接着剤結合は、研削砥石の回転の間、および研削作業の間に存在する破壊的抵抗に耐えるように機械的に非常に強くなければならない。二液エポキシ樹脂接合剤が好適である。好適なエポキシ接着剤であるＴｅｃｈｎｏｄｙｎｅ（商標）ＨＴ−１８エポキシ樹脂（田岡化学、日本より入手）、およびその修飾されたアミン硬化剤、が、硬化剤１９部に樹脂１００部の比で混合されうる。微細シリカ粉末のような充てん材は、接合剤の粘度を増加させるために樹脂１００部につき３．５部の比で添加されうる。セグメントは、研削砥石コアの全周囲のまわりに、またはコアの部分的周囲に、接合剤を用いて取付けられうる。金属コアの周囲は、セグメントの取付けの前に、粗さの度合いを達成するために砂吹きされてもよい。濃密化されたエポキシ接合剤は、実質的に図１に示されるようにコアのまわりに位置され、硬化の間、適切に機械的に保持されるセグメントの端および底部に使用される。エポキシ接合剤は硬化させられる（たとえば、室温で２４時間、ついで６８℃で４８時間）。硬化およびセグメントの移動の間、接合剤の排水は、エポキシ接合剤の粘度を最適化するために十分な充てん材を添加することにより、硬化の間、最小化される。
【００３０】
接着剤結合の強度は、砥石の破裂速度を測定するのがなされるように、４５ rev／min の加速度でスピン試験によりテストされうる。砥石は、米国で現在適用されうる安全規格、１６０ｍ／ｓ接線方向接触速度での操作のための資格をとるために、少くとも２７１ｍ／ｓの接線方向接触速度に等しい破裂等級を示すことが必要である。
【００３１】
本発明の研磨工具は、先端的なセラミック材料、ガラス、ならびにセラミック材料およびセラミック複合材料を含む成分のような、もろい材料の精密研削および仕上げのために特に設計される。本発明の工具は、ケイ素、単および多結晶性酸化物、炭化物、ホウ化物およびケイ化物；多結晶ダイアモンド；ガラス；および非セラミックマトリックス中のセラミック複合体；ならびにそれらの組み合わせ、を含む（これらに限定されない）研削セラミック材料に対して好適である。
【００３２】
代表的な加工物材料の例は、ＡｌＴｉＣ、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、安定化ジルコニア、酸化アルミニウム（たとえば、サファイア）、炭化ホウ素、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、および窒化アルミニウム、およびこれらのセラミックスの複合体、ならびに超硬合金のような、ある金属マトリックス複合体、および鉱物ガラスのような硬くもろい無定形材料を含むが、これらに限定されない。単結晶セラミックスも多結晶性セラミックスも、これらの改良された研磨工具で研削されうる。どの型のセラミックでも、セラミック部品の品質および研削作業の効率は、本発明の砥石の周速度が８０〜１６０ｍ／ｓまで増加するにつれて、増加する。
【００３３】
セラミックの中で、本発明の研磨工具を用いて改良される部品は、セラミックエンジンのバルブおよびロッド、ポンプシール、ボールベアリングおよび継手、切断工具インサート、摩耗部品、金属成形用延伸ダイ、耐火性要素、視覚ディスプレー窓、風防、ドアおよび窓のための平面ガラス、絶縁体および電子部品、ならびにシリコンウェハ、ＡｌＴｉＣチップ、読み取り−書き取り磁気ヘッド、および基板を含むが、これらに限定されないセラミック電子要素である。
【実施例】
【００３４】
他に指示がなければ次の実施例におけるすべての部および％は、質量による。実施例は単に本発明を例証するものであり、発明を限定しようとするものではない。
【００３５】
実施例１
本発明の砥石が、以下の材料および方法を利用して、１Ａ１金属結合ダイアモンド砥石の形態で製造された。
【００３６】
銅粉末（樹木状ＦＳグレード、粒径＋２００／−３２５メッシュ、Sintertech International Marketing Corp., Ghent, NY から入手した）４３．７４wt％；リン／銅粉末（１５０１グレード、＋１００／−３２５メッシュ粒径、New Jersey Zinc Company, Palmerton, PAより入手）６．２４wt％；およびスズ粉末（ＭＤ１１５グレード、＋３２５メッシュ、最大０．５％、粒径、Alcan Metal Powders, Inc., Elizabeth, New Jerseyより入手）５０．０２wt％、のブレンドが調製された。ダイアモンド砥粒（General Electric, Worthington, Ohio より入手された３２０グリット径の合成ダイアモンド）が、金属粉末ブレンドに添加され、均一に配合されるまで混合された。混合物はグラファイト型内に置かれ、理論の９５％を超える目標密度を有するマトリックスが形成されるまで（たとえば実施例２で使用された＃６砥石については：理論密度の９８．５％より大）、４０７℃で１５分間、３０００psi （２０７３Ｎ／cm2 ）で熱間圧縮された。＃６砥石について製造されたセグメントのロックウェルＢ硬度は１０8 であった。セグメントは、砥粒１８．７５ vol％を含んでいた。セグメントは、研削アルミナコア（７０７５  Ｔ６アルミニウム、Yarde Metals, Tewksbury, MA から入手）の周囲に合うように要求されるアーチ状形状に研削され、約３９３mmの外径および０．６２cmの厚みを有する砥石を得た。
【００３７】
砥粒セグメントおよびアルミニウムコアは多数の砥粒セグメントからなる連続リムを有する研削砥石をつくるために、シリカを充てんされたエポキシ接合剤システム（Ｔｅｃｈｎｏｄｙｎｅ  ＨＴ−１８接着剤、田岡化学、日本から入手）を用いて組み立てられた。コアおよびセグメントの接触表面は、適切な付着力を確実にするために脱脂され、砂吹きされた。
【００３８】
この新しい型の砥石の最大作業速度を特徴づけるために実物大の砥石は、Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙの最大作業テスト法により、破裂強度および評価された最大作業速度を測定するために、破壊まで意図的に回転された。下記の表は、径３９３mmの実験的な金属結合砥石の代表例についての破裂テストを要約する。
実験的な金属結合剤砥石の破裂強度データ
──────────────────────────────────
砥石＃    砥石径        破裂    破裂速度    破裂速度    最大作業速度
cm(inch)       RPM       (m/s)      (sfpm)         (m/s) 
──────────────────────────────────
４       39.24        9950      204.4       40242         115.8 
(15.45) 
──────────────────────────────────
５       39.29        8990      185.0       36415         104.8 
(15.47) 
──────────────────────────────────
７       39.27        7820      160.8       31657          91.1 
(15.46) 
──────────────────────────────────
９       39.27       10790      221.8       43669         125.7 
(15.46) 
──────────────────────────────────
これらのデータによれば、この設計の実験的研削砥石は９０ｍ／ｓ（１７，７１７表面フィート／min ）までの作業速度について、適格である。１６０ｍ／ｓまでのもっと高い作業速度は、製造法および砥石設計をさらにいくつか変更することにより容易に達成されうる。
【００３９】
実施例２
研削性能評価：
上記の実施例１の方法によりつくられた、径３９３mm、厚さ１５mm、センタ穴１２７mmを有する実験的金属結合セグメント砥石（１５．５×０．５９×５インチ）（＃４は理論密度の９５．６％の密度のセグメントを有し、＃５は理論密度の９７．９％、そして＃６は理論密度の９８．５％）は、研削性能をテストされた。３２および８０ｍ／ｓでの最初のテストは、３つのうち最良の研削性能を有する砥石として、＃６の砥石を確証したが、すべての実験的砥石は受け入れられるものであった。＃６の砥石のテストは３つの速度でなされた：３２ｍ／ｓ（６２５２sfpm）、５６ｍ／ｓ（１１，０００sfpm）、および８０ｍ／ｓ（１５，７５０sfpm）。先端的なセラミック材料を研削するのに勧められている２つの市販の従来技術砥石は、対照砥石として用いられ、そしてそれらは本発明の砥石とともにテストされた。一つはビィトリファイド結合ダイアモンド砥石（Norton Company, Worcester, MA から得られるＳＤ３２０−Ｎ６Ｖ１０砥石）および他はレジン結合ダイアモンド砥石（Norton Company, Worcester, MA から得られるＳＤ３２０−Ｒ４ＢＸ６１９Ｃ砥石であった。レジン砥石はすべての３つの速度でテストされた。ビトリファイド砥石は、速度許容差を考慮して３２ｍ／ｓ（６２５２sfpm）でのみテストされた。
【００４０】
幅６．３５mm（０．２５インチ）および深さ６．３５mm（０．２５インチ）の１０００を超えるプランジ研削が窒化ケイ素加工物について実施された。研削テスト条件は：
研削テスト条件：
機械：Studer Grinder Model S40 CNC
砥石仕様：SD320-R4BX619C, SD320-N6V10,
大きさ：径３９３mm，厚さ１５mmおよび穴１２７mm
砥石速度：３２，５６、および８０ｍ／ｓ（６２５２，１１０００、および１５７５０sfpm）
冷却剤：Ｉｎｖｅｒｓｏｌ  ２２（オイル６０％および水４０％）
冷却剤圧力：２７０psi （１９kg／cm2 ）
研削速度：変動。開始時３．２mm3 ／ｓ／mm（０．３インチ3 ／min ／インチ）
被削材：Ｓｉ3 Ｎ4 （ＮＴ５５１窒化ケイ素からつくられたロッド。Norton Advanced Ceramics, Northboro, MA から得られる）、径２５．４mm（１インチ）×長さ８８．９mm（３．５インチ）
加工物速度：０．２１ｍ／ｓ（４２sfpm）、一定
加工物開始径：２５．４mm（１インチ）
加工物仕上げ径：６．３５mm（０．２５インチ）
形直しおよび目直しを要求する作業のために、本発明の金属結合砥石に適した条件は：
形直し作業：
砥石：５ＳＧ４６ＩＶＳ（Norton Companyから得られる）
砥石の大きさ：径１５２mm（６インチ）
砥石速度：３０００rpm ；研削砥石に比較して＋０．８比で。
【００４１】
リード（Ｌｅａｄ）：０．０１５インチ（０．３８mm）
補正：０．０００２インチ
目直し作業：
スティック：３７Ｃ２２０Ｈ−ＫＶ（ＳｉＣ）
モート：ハンドスティック目直し
テストは、窒化ケイ素ロッドの研削において、円筒外径プランジモードで実施された。研削の間、被削材の最良剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）を維持するために、その８８．９mm（３．５インチ）試料は、研削を受けて、約３１mm（１ 1／4 インチ）のチャック（ｃｈｕｃｋ）に保持された。一連のプランジ研削テストは各ロッドの遠い端から開始した。まず、砥石は、１回のテストを終えるために、幅６．３５mm（ 1／4 インチ）および半径方向の深さ３．１８mm（ 1／8 インチ）のプランジをつくった。ついで、加工物rpm は、加工物速度のおくれを補正するために、加工物径を減少させて、再調節された。さらに２つの類似したプランジが同一の位置で加工物径を２５．４mm（ 1／4 インチ）から６．３５mm（ 1／4 インチ）に減少された。ついで砥石は、次の３つのプランジを実施するためにチャックの比較的近くに横方向に６．３５mm（ 1／4 インチ）移動された。４回の横への移動が、試料の一端に１２のプランジを完成させるために試料の同一の側で行なわれた。ついで試料は反転されて、別の１２の研削のために他の側をさらされた。合計２４のプランジ研削が、各試料について行なわれた。
【００４２】
本発明の金属結合砥石、ならびにレジンおよびビトリファイド砥石に対する最初の比較テストが、約３．２mm3 ／ｓ／mm（０．３in3 ／min ／in）から約１０．８mm3 ／ｓ／mm（１．０in3 ／min ／in）の３つの工作物除去率（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅｓ）（ＭＲＲ’）で、３２ｍ／ｓの周速度で行なわれた。表１は、１２のプランジ研削の後に３つの異なる型の砥石の間で、Ｇ−比で示されるように、性能の差があるのを示す。Ｇ−比は、砥石摩耗量に対する研削量の無単位の比である。データは、比較的高い工作物除去率で、Ｎグレードビトリファイド砥石がＲグレードレジン砥石よりも良好なＧ比を有することを示したが、これは比較的軟かい砥石のほうがセラミック工作物の研削において、より良好であることを示している。しかしながら、比較的硬い、実験的な金属結合砥石（＃６）は、すべての工作物除去率で、レジン砥石およびビトリファイド砥石に、はるかに優れている。
【００４３】
表１は、すべての加工物除去率条件でレジン砥石および新しい金属結合砥石（＃６）についての評価されたＧ−比を示す。金属結合砥石について各工作物除去率における１２の研削後に、測定しうる砥石摩耗はなかったので、半径方向の砥石摩耗の象徴的な値０．０１mil （０．２５μｍ）は、各研削について与えられた。これは計算されたＧ−比６０５１を生じた。本発明の金属結合砥石はダイアモンド集中度７５（砥粒セグメントにおいて約１８．７５ vol％砥粒）であり、そしてレジンおよびビトリファイド砥石はそれぞれ集中度１００および集中度１５０であったが、本発明の砥石はなお優れた研削性能を示した。これらの相対的な砥粒集中度で、比較的高い砥粒 vol％を含む対照砥石から優れた研削性能を予測したであろう。このように、これらの結果は予測しえないものであった。
【００４４】
表１は、低いテスト速度で３つの砥石により研削された試料について測定された仕上げ面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｎｉｓｈ）（Ｒａ）およびうねり（ｗａｖｉｎｅｓｓ）（Ｗｔ）のデータを示す。うねり値Ｗｔはうねり断面（ｗａｖｉｎｅｓｓ  ｐｒｏｆｉｌｅ）の谷の高に対する最大ピークである。すべての仕上げ面粗さのデータは、スパークアウト（ｓｐａｒｋ−ｏｕｔ）なしに円筒プランジ研削によりつくり出された表面について測定された。通常、これらの表面は、トラバース研削（ｔｒａｖｅｒｓｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）によりつくり出された表面よりも比較的粗いであろう。
【００４５】
表１は、３つの型の砥石について、種々の加工物除去率における研削動力消費量（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）の差異を示す。レジン砥石は他の２つの砥石よりも低い動力消費量を有していた；しかしながら、実験的な金属結合砥石およびビトリファイド砥石は、同等の動力消費量を有していた。実験的な砥石は、特に、本発明の砥石について観察された好ましいＧ−比および仕上げ面粗さのデータからみて、セラミック研削作業について、満足しうる動力量を消費した。一般的に、本発明の砥石は、加工物除去率に比例した動力消費（ｐｏｗｅｒ  ｄｒａｗ）を示した。
【００４６】
【表１】
2006346857.tif 000003
【００４７】
研削性能が同一条件での付加的な研削テストで８０ｍ／ｓ（１５，７５０sfpm）で測定されるとき、レジン砥石および実験的な金属砥石は、９．０mm3 ／ｓ／mm（０．８in3 ／min ／in）の加工物除去率（ＭＲＲ）で同等の動力消費量を有していた。表２に示されるように、実験用砥石は、性能の低下もしくは受け入れられない動力負荷なしに、ＭＲＲを増加させて作業される。金属結合砥石の動力消費はＭＲＲに大体比例していた。この検討で達成された最大ＭＲＲは４７．３mm3 ／ｓ／mm（２８．４cm3 ／min ／cm）であった。
【００４８】
表２のデータは、１２の研削結果の平均である。１２回の研削についての個々の動力の読み取りは、各加工物除去率内の実験的砥石と著しく両立したままであった。続続的な研削が行なわれ、砥石の砥粒が目つぶしをはじめ、または砥石の面が加工物材料を乗せるようになるにつれて、動力の増加がみられるのがふつうであろう。これはＭＲＲが増加するにつれてみられることが多い。しかしながら、１２の研削の間に、各ＭＲＲ内でみられる安定した動力消費量の水準は、意外にも、実験的な砥石は、すべてのＭＲＲで全テスト期間中、鋭い切削点を維持したことを示す。
【００４９】
さらに、加工物除去率が９．０mm3 ／ｓ／mm（０．８in3 ／min ／in）から４７．３mm3 ／ｓ／mm（４．４in3 ／min ／in）にわたる、このすべてのテストの間、実験的砥石を形なおし、もしくは目なおしする必要がなかった。
砥石摩耗の兆候なしに研削された窒化ケイ素材料の合計累積量は砥石幅のcmにつき２７１cm3 （４２in3 ／in）に等しかった。対照的に、加工物除去率８．６mm3 ／ｓ／mm（０８in3 ／min ／in）において、集中度１００のレジン砥石のＧ−比は、１２のプランジの後で約５８３であった。実験的な砥石は、１４の異なる加工物除去率で、１６８のプランジの後で、測定しうる砥石摩耗を示さなかった。
【００５０】
表２は、すべての１４の加工物除去率で、実験的な金属結合砥石により研削された試料は、０．４μｍ（１６μin. ）〜０．５μｍ（２０μin. ）の一定の仕上げ面粗さを維持し、そして１．０μｍ（３８μin. ）〜１．７μｍ（６７μin. ）のうねり値を有していたこと、を示す。レジン砥石は、これらの高い加工物除去率でテストされなかった。しかし、約８．６mm3 ／ｓ／mm（０．８in3 ／min ／in）の加工物除去率で、レジン砥石により研削されたセラミック棒は、わずかに向上し、同等の仕上げ面粗さ（０．４３対０．５μｍ）、および比較的不十分なうねり（１．７３対１．１８μｍ）を有していた。
【００５１】
驚くべきことに、加工物除去率が増加するにつれて、セラミックロッドが新しい金属結合砥石で研削されるときに、仕上げ面粗さに明かな劣化はみられなかった。これは、ここで用いられた対照砥石のような、標準的砥石に関して、切削速度の増加とともに仕上げ面粗さの劣化が一般にみられるのと違っている。
実験的な金属砥石は標準的な、商業的に使用されているレジン結合砥石で達成しうるＭＲＲの５倍を超えるＭＲＲで効果的に研削し得たことを、全体的な結果は示す。実験的な砥石は、低ＭＲＲで、レジン砥石に比べて１０倍を超えるＧ−比を有していた。
【００５２】
【表２】
2006346857.tif 000004
【００５３】
３２ｍ／ｓ（６２５２sfpm）および５６ｍ／ｓ（１１，０００sfpm）の砥石速度（表１）で作業されるとき、金属結合砥石についての動力消費量は、テストされたすべての加工物除去率で、レジン砥石よりも高かった。しかし、金属結合砥石についての動力消費量は、８０ｍ／ｓ（１５，７５０sfpm）の高い砥石速度（表１および２）でレジン砥石と同等、もしくはそれよりわずかに低くなった。全体的に、レジン砥石および実験的な金属結合砥石の両方について、同一の加工物除去率で研削すると、動力消費量は、砥石速度の増加とともに減少したことを、その傾向は示した。研削の間の動力消費量は、その多くは加工物に熱として向かうが、セラミック材料の比較的大きな熱的安定性のために、金属材料を研削するよりもセラミック材料を研削するのには、比較的重要でない。本発明の砥石で研削されたセラミック試料の表面品質により示されるように、動力消費量は仕上げられる加工物を損わず、受け入れられる水準であった。
【００５４】
実験的な金属結合砥石に関して、Ｇ−比は、すべての加工物除去率および砥石速度に対して６０５１と本質的に一定であった。レジン砥石に対しては、Ｇ−比は、一定の砥石速度で加工物除去率の増加とともに減少した。
表２は、比較的高い砥石速度で研削された試料の仕上げ面粗さ、およびうねりを向上させたことを示す。加えて、新しい金属結合砥石により研削された試料は、テストされたすべての砥石速度および化合物物除去率で最も低い、測定されたうねりを有していた。
【００５５】
これらのテストにおいて、金属結合砥石は対照砥石に比べて優れた砥石寿命を示した。市販の対照砥石と違って、延長された研削テストの間、実験的砥石を形直し、もしくは目直しする必要がなかった。実験的砥石は９０ｍ／ｓまでの砥石速度でうまく作業された。
【００５６】
実施例３
先の実施例で使用したのと同一の作業条件で、８０ｍ／sec で実験的砥石（＃６）の次なる研削テストを行なったところ、わずか０．５μｍ（１２μin）の仕上げ面粗さ測定（Ｒａ）が生じ、そして受け入れられる水準の動力を利用したけれども、３８０cm3 ／min ／cmのＭＲＲが達成された。セラミック加工物に表面劣化を与えないで、観察される高い加工物除去率は、本発明の工具を利用することにより達成されるが、結合型のいかなる市販砥石を用いた、いかなるセラミック材料の研削作業に関しても報告されていなかった。
【００５７】
実施例４
カップ形状の研磨工具が調製され、垂直なスピンドル「ブランチャード型」（“ｂｌａｎｃｈａｒｄ  ｔｙｐｅ”）機械により、サファイアの研削でテストされた。
【００５８】
カップ形状の砥石（径２５０mm）が、実施例１の砥石＃６で用いられたのと次の点を除いて同一組成の砥粒セグメントからつくられた。すなわち、（１）ダイアモンドはグリット径が４５μｍ（Ｕ．Ｓ．メッシュ２７０／３２５）であり、１２．５ vol％（集中度５０）で砥粒中に存在した。そして（２）セグメントの大きさは、弦の長さ４６．７mm（半径１３３．１mm）、幅４．７６mmおよび深さ５．８４mmであった。これらのセグメントはセンタスピンドル穴を有するカップ形状の鋼コアの側面の周囲に沿って結合された。コアの表面は、セグメントと同一の幅および長さ寸法を有する別個の、浅いポケットを形成する周囲に沿って配置された溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）を有していた。エポキシ接合剤（田岡（日本）より得られるＴｅｃｈｎｏｄｙｎｅ  ＨＴ−８接合剤）がそのポケットに添加され、ポケットに置かれたセグメントおよび接合剤は硬化された。仕上げられた砥石は図２に示される砥石に似ていた。
【００５９】
カップ砥石は、うまく使用され、１００mm径の中空でない（ｓｏｌｉｄ）サファイア円筒よりなる加工物材料の表面を研削し、Ｇ−比、ＭＲＲおよび動力消費量の好適な研削条件下で、受け入れられる表面平坦度を生じさせた。
【００６０】
実施例５
ＡｌＴｉＣもしくはシリコンウェハをバック研削するのに好適な、２Ａ２型のカップ径研磨工具（径が２８０mm）が、下記の表３に記載された砥粒セグメントを用いて調製された。下記の指示を除いて、セグメントの大きさは半径長さ１３９．３mm、幅３．１３mm、および深さ５．８４mmであった。表３に示される割合で、砥石につき１６のセグメントを製造するのに十分な、結合剤バッチ混合物を含むダイアモンド砥粒が、Ｕ．Ｓ．メッシュ１４０／１７０ふるいを通して、計量された成分をふるい、そしてその成分を混合して均一に配合することにより、調製された。各セグメントに必要な粉末は計量され、グラファイト型に導入され、ならされ、そして圧縮された。グラファイトセグメント型は、４０５℃で１５分間、３０００psi （２０７３Ｎ／cm2 ）で熱間圧縮された。冷却されるにつれて、セグメントは型から取り外された。
【００６１】
切削加工された７０７５  Ｔ６アルミニウム・コアにセグメントを付着させることによる砥石の組み立ては、実施例１のように行なわれた。セグメントは、脱脂され、砂吹きされ、接着剤で被覆され、そして切削加工されたキャビティ内に置かれ、砥石の周囲に適合させられた。接着剤の硬化の後に、砥石は、切削加工されて、寸法をあわされ（ｓｉｚｅｄ）、バランス修正をされ（ｂａｌａｎｃｅｄ）、そして回転試験された（ｓｐｅｅｄ  ｔｅｓｔｅｄ）。
【００６２】
【表３】
2006346857.tif 000005
【００６３】
【表４】
2006346857.tif 000006
【００６４】
ａ．セグメントに用いられたすべてのダイアモンド粒は、試料（１）が２７０メッシュ（５７μｍ）粒であるのを除けば、３２５メッシュ（４９μｍ）グリット径であった。ダイアモンド集中度水準はダイアモンド vol％の下に示される。
ｂ．多孔度はセグメントの微構造の観察から評価された。金属間合金の生成により、テスト試料の密度は、セグメントに使用される理論密度を、度々超えた。
【００６５】
実施例６
研削性能評価：
実施例５によりつくられた、径２８０mm、厚さ２９．３mm、センタ穴２２８．６mm、低ダイアモンド集中度で、グラファイトを充填された実験的セグメント砥石（１１in×１．１５５in×９in）の試料が、研削性能をテストされた。これらの試料の性能は、グラファイト充てん材なしに実施例１（砥石＃６）の高（集中度７５）ダイアモンド砥粒セグメント組成によりつくられた実施例５の対照バック研削砥石のそれと比較された。
【００６６】
それぞれ幅１１４．３mm（４．５インチ）、深さ１．４２mm（０．０５６インチ）の、７０を超える研削が、１１４．３mm（４．５in）もしくは１５２．４mm（６．０in）の四角形状のＡｌＴｉＣ加工物（３Ｍ  Corporation, Minneapolis, MNから入手された２１０グレードＡｌＴｉＣ）について実施され、研削量（ｓｔｏｃｋ  ｒｅｍｏｖｅｄ）（μｍ）および法線研削抵抗（ｎｏｒｍａｌ  ｇｒｉｄｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）が記録された。研削テスト条件は：
研削テスト条件：
機械：Strasbaugh Grinder Model 7AF
研削モード：垂直スピンドルプランジ研削
砥石仕様：径２８０mm、厚さ２９．３mmおよび穴２２９mm
砥石速度：１，２００rpm 
加工物速度：１９rpm 
冷却材：脱イオン水
加工物除去率：変動する。１．０μｍ／秒〜５．０μｍ／sec 
砥石は形直しされ、そしてNorton Company, Worcester, MA から入手される３８  Ａ２４０−ＨＶＳ仕様の６インチ（１５２．４mm）で目直しパッドで目直しされた。最初の作業の後で、形直しおよび目直しは、必要に応じて、および下向き送り速度（ｄｏｗｎ  ｆｅｅｄ  ｒａｔｅ）が変化したときに、周期的に行なわれた。
【００６７】
実施例５、試料２、４および１に対する研削テストの結果（法線抵抗対研削量）が下記の表５、および図３に示される。
【００６８】
【表５】
2006346857.tif 000007
【００６９】
ａ．２ａは、３．１３mmの砥粒セグメントリム幅を有する表３の試料２である。
ｂ．２ｂは、２．０３mmの砥粒セグメントリム幅を有す表３の試料２である。
これらの結果は、法線抵抗における著しい増加は、グラファイト充てん材がなく、ダイアモンド砥粒の集中度７５を有する対照砥石試料で平面研削するとき、比較的高いＭＲＲ（１〜３〜５μｍ／秒）で大きな研削量を得るのに必要とされたことを示す。対照的に、本発明の実施例５の低ダイアモンド集中度で、グラファイト充てん砥石（試料２ａ，２ｂおよび４）は、研削の間、著しく小さな法線抵抗を必要とするにすぎない。本発明の砥石について２μｍ／秒のＭＲＲで、同等の研削量を得るのに必要な抵抗は、比較の砥石試料について１μｍ／秒のＭＲＲで必要とされるものと同等であった。
【００７０】
加えて、２ａ試料は、１μｍ／秒もしくは２μｍ／秒のＭＲＲで研削するために大体等しい法線抵抗を必要とした。さらに、実施例５の本発明の砥石２ａ，２ｂおよび４は、研削量が２００から６００μｍに前進したのに、比較的安定した法線抵抗の要求を示した。この型の研削性能は、ＡｌＴｉＣウェハのバック研削において非常に望ましい。なぜならば、この低い抵抗、安定な状態の条件は、加工物への熱的および機械的損傷を最小にするからである。
【００７１】
対照砥石（実施例１）は、高い研削量水準（たとえば約３００μｍを超える）でテストされなかった。なぜなら、これらの砥石で研削するのに必要とされる抵抗は、研削機械の法線抵抗能力を超え、それによって、機械を自動的に停止させ、比較的高い研削量水準でのデータの累積を妨害するからである。
特定の理論に拘束されたくはないが、低いダイアモンド集中度で、グラファイトを充てんされた、本発明の砥石の、優れた研削性能は、研削中に、いかなる点でも加工物の表面と接触する砥粒セグメントの単位面積あたりの個々の粒子が比較的少ないことに関係すると考えられる。当業者は、低いダイアモンド集中度で比較的低いＭＲＲを予測するであろうが、本発明の研削抵抗の改良は、意外にも、ＭＲＲを低下させないで達成される。砥粒セグメント幅２．０３mmを有する砥石２ｂは、砥粒セグメント幅３．１３mmを有する砥石２ａが行なったのと同一の研削率および速度で研削するのにより少ない抵抗を必要とした。砥石２ｂ試料は砥石２ａ試料よりも、研削作業中に、いかなる点でも加工物の表面と接触する比較的小さい表面積および比較的少ない研削点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】１Ａ１型研削砥石を形成するために金属コアの周囲に結合された砥粒セグメントの連続リムを示す。
【図２】カップ状砥石を形成するために金属コアの周囲に結合された砥粒セグメントの不連続リムを示す。
【図３】実施例５の研削砥石でＡｌＴｉＣ加工物の研削の間の、研削量と法線抵抗との関係を示す。
【図１】
2006346857.tif 000008
【図２】
2006346857.tif 000009
【図３】
2006346857.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月8日(2006.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小の比強度パラメータ２．４ MPa-cm3／ｇ、コア密度０．５〜８．０ｇ／cm3 を有するコア、円形の周囲、および多数の砥粒セグメントで規定される砥粒リム、を含む平面研削研磨工具であり、その砥粒セグメントは、合計１００ vol％に対して選ばれた量で、超砥粒０．０５〜１０ vol％、グラファイト、六方晶系窒化ホウ素、長石、ネフェリンサイアナイト、軽石、仮焼クレーおよびそれらの組み合わせよりなる群から選ばれるもろい充てん材１０〜３５ vol％、および破壊じん性１．０〜３．０MPa Ｍ1/2 を有する金属結合剤マトリックス５５〜８９．９５ vol％を含むことを特徴とする平面研削研磨工具。
【外国語明細書】
2006346857000001.pdf