(57)【要約】【課題】樹脂結合剤に高濃度の中空フィラー材料を含む研摩工具は、セラミックウェハおよび制御された量の表面欠陥を要する部品のような硬質材料の研磨および裏面研剤に適する。【解決手段】これらの高度に多孔質の研摩工具は中空フィラー材料および樹脂結合剤とともに、ダイヤモンド砥粒のような微細グリット砥粒を含み、基材、ならびに最大約２〜１５ｖｏｌ％の砥粒を含む研摩リムからなり、砥粒は最大１２０μｍの粒径を有し、そこでは研摩リムは５から２０ｖｏｌ％の樹脂結合剤および少なくとも４０ｖｏｌ％の中空フィラー材料からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材および最大１２０μｍの粒径を有する砥粒を含む研摩リムからなる研摩工具であって、研摩リムが２〜１５ｖｏｌ％の砥粒、５〜２０ｖｏｌ％の樹脂結合剤および少なくとも４０ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含む研摩工具。
【請求項２】
中空フィラー材料が、シリカ球、ムライト球、発泡アルミナ、ガラス球およびそれらの組み合わせから選ばれる請求項１に記載の研摩工具。
【請求項３】
砥粒がダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素ならびにそれらの組み合わせからなる群より選ばれる超砥粒であり、最大６０μｍのサイズを有する請求項１に記載の研摩工具。
【請求項４】
研摩リムが少なくとも５５ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含む請求項１に記載の研摩工具。
【請求項５】
研摩リムが５５〜７５ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含む請求項１に記載の研摩工具。
【請求項６】
研摩工具が２Ａ２Ｔ型研削砥石であり、そして研摩リムが少なくとも１つの研摩セグメントを含み、その研摩セグメントは伸長したアーチ型形状、ならびに基材の高くなった環状面に一致するように選ばれた内側湾曲を有する、請求項１に記載の研摩工具。
【請求項７】
砥粒が６〜１０ｖｏｌ％の樹脂結合剤を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の研削砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック、金属、ならびにセラミックもしくは金属を含む複合体のような硬質材料を平面研削（ｓｕｒｆａｃｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）および研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）するのに適する多孔質、樹脂結合研摩工具に関する。研摩工具は、電子部品（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の製造に用いられるシリコンおよびアルミナ炭化チタン（ＡｌＴｉＣ）ウェハの裏面研削（ｂａｃｋｇｒｉｎｄｉｎｇ）に有用である。これらの研摩工具は商業的に受入れられうる材料除去速度と従来の超砥粒研摩工具よりも少ない加工物変質を伴う砥石減耗率で、セラミックおよび半導体を研削する。
【背景技術】
【０００２】
研削の間に比較的速く、冷却された切削作用を生じるように設計された研摩工具が米国特許第２，８０６，７７２号明細書に開示されている。工具は、約１５〜４５ｖｏｌ％樹脂結合剤中に約２５〜５４ｖｏｌ％の砥粒を含む。さらに工具は、ビトリファイド粘土薄壁中空球（たとえばカナマイト（ｋａｎａｍｉｔｅ）バルーン）もしくは熱膨張（膨張（ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔ））パーライト（火山性シリカガラス）のような、細孔支持粒子を約１〜３０ｖｏｌ％含み、もっと良好な切削およびくず（ｄｅｂｒｉｓ）を有する研削面のもっと少ない目詰まり（ｌｏａｄｉｎｇ）のために砥粒粒子を加工物から分離する。細孔支持粒子は砥粒の径の約０．２５〜４倍であるように選ばれる。
【０００３】
溶融した発泡アルミナのみで、砥粒を含まない研摩工具が米国特許２，９８６，４５５号明細書に開示されている。その工具は開かれた、多孔質構造と自由切削（ｆｒｅｅ−ｃｕｔｔｉｎｇ）特性を有する。この特許により製造される樹脂結合砥石はゴム、紙繊維ボードおよびプラスチックを研削するのに用いられる。
【０００４】
研摩工具を製造するのに有用な浸食しうる凝集体が米国特許第４，７９９，９３９号明細書に開示されている。これらの材料は樹脂結合剤材料中に砥粒、および８ｗｔ％までの中空発泡材料を含む。その凝集体は被覆砥粒に特に有用であると記載されている。
【０００５】
サファイアおよび他のセラミック材料の表面を研削するのに適する研摩工具が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２〜２０ｖｏｌ％および気孔率少なくとも１０％を有するビ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ヤモンドを含む。
【０００６】
この分野で知られた研摩工具はセラミック部品の精密平面研削もしくは研磨に必ずしも十分であることを示していない。これらの工具は商業的な研削もしくは研磨工程において部品形状（ｐａｒｔ  ｓｈａｐｅ）、寸法および表面特性についての厳格な仕様に適合することができない。このような操作に使用するのに勧められる大部分の商業的研摩工具は樹脂結合超砥粒砥石であり、セラミック部品への表面および表面下の変質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定されている。通常、これらの商業的な工具は最大約８μｍの粒径を有するダイヤモンド砥粒を１５％より多く含む。研削効率は、砥石表面をセラミック加工物がふさぐ傾向にあるためさらに低下し、精密形態を維持するために砥石のドレッシング（ｄｒｅｓｓｉｎｇ、目なおし）および形なおし（ｔｒｕｉｎｇ）を要することが多い。
【０００７】
マーケットの需要は電子デバイス（たとえば、ウェハ、磁気ヘッドおよびディスプレイウィンドウ）のような製品において精密セラミックおよび半導体部品について大きくなるにつれて、要求は、セラミックおよび他の硬く、もろい材料の精密研削および研磨のための改良された研摩工具に対して大きくなった。
【０００８】
本発明は、基材および約２〜１５ｖｏｌ％の砥粒を含む研摩リムからなる研摩工具であり、砥粒は最大６０μｍの粒径を有し、研摩リムは樹脂結合剤および少なくとも４０ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含み、そして砥粒および樹脂結合剤は樹脂結合剤に対する砥粒の比（砥粒：樹脂結合剤、ｖｏｌ比）１．５：１．０〜０．３：１．０で研摩リムに存在する。
【０００９】
本発明の研摩工具は、研削機に砥石を搭載するためのセンタ穴（ｃｅｎｔｒａｌ  ｂｏｒｅ）を有する基材を含む研削砥石であり、基材は砥石の円周研削面に沿って樹脂結合研摩リムを支持するように設計されている。基材は、コアディスクもしくは環であり得、平面形状、もしくはカップ形状、または伸長したスピンドルもしくは他の、研摩工具を製造するのに用いられる種類の精密な、プリフォーム形状に形成される。基材はアルミニウムもしくは銅のような金属で構成されるのが好ましいが、ポリマー、セラミックもしくは他の材料で構成され得、複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）もしくは積層物（ｌａｍｉｎａｔｅ）またはこれらの材料の組合せであり得る。基材はマトリックスを補強するために粒子もしくは繊維を含み得、ガラス、シリカ、ムライト、アルミナおよびゼオライト球のような中空フィラー材料は、基材の密度を減少させ、工具の質量を低下させる。
【００１０】
好適な工具は、２Ａ２Ｔ型の超砥粒砥石のような平面研削砥石である。これらの工具は環もしくはカップ形状の基材の狭いヘリに沿って搭載された連続もしくはセグメント化された、研摩リムを有する。ここで有用な、他の研摩工具は、コアの外周まわりに研摩リムを有する平面コア基材を有する１Ａ型超砥粒砥石、シャンク基材上に搭載された研摩リムを有する内径（Ｉ．Ｄ．）研削研摩工具、外径（Ｏ．Ｄ．）円筒研削仕上げ砥石、基材プレートの面に搭載された研摩ボタン（“ｂｕｔｔｏｎｓ”）を有する平面研削研摩工具、硬材料について精研削および研磨操作を実施するのに用いられる、他の工具形態、を含む。
【００１１】
基材は種々の方法で研摩リムに取付けられる。研摩剤成分を金属コアもしくは他の種類の基材に取付けるためにこの分野で知られるいかなる接合剤（ｃｅｍｅｎｔ）も使用されうる。適した接着接合剤（ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｃｅｍｅｎｔ）であるＡｒａｌｄｉｔｅ（商標）２０１４エポキシ接着剤はミシガン州Ｅａｓｔ  ＬａｎｓｉｎｇのＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手しうる。他の取付け手段は、機械的取付けを含む（たとえば、研摩リムはリムのまわりおよび基材プレートに置かれた穴により基材プレートに機械的にねじ留めされ得、または蟻差し（ｄｏｖｅｔａｉｌ）構造により）。溝は基材要素および研摩リムに形成され得、またはリムが連続でないならば、研摩リムセグメントが溝に挿入され、そして接着剤に代わって固定されうる。もし研摩リムが平面研摩のために別個のボタンの形状で使用されると、ボタンも接着剤もしくは機械的手段により基材上に搭載されうる。
【００１２】
研摩リムに使用される砥粒は天然もしくは合成ダイヤモンド、ＣＢＮおよびこれらの砥粒の組み合わせから選ばれる超砥粒であるのが好ましい。さらに従来の砥粒もここで有用であり、酸化アルミニウム、焼結ゾルゲルα−アルミナ、炭化ケイ素、ムライト、二酸化ケイ素、アルミナジルコニア、酸化セリウム、それらの組み合わせ、ならびに超砥粒とのそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。もっと微細なグリット砥粒、すなわち最大粒径約１２０μｍが有用である。約６０μｍの最大粒径が好適である。
【００１３】
ダイヤモンド砥粒はセラミックウェハを研削するのに使用される。樹脂結合ダイヤモンド型が好適である（たとえば、コネチカット州ＢｌｏｏｍｆｉｅｌｄのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから入手しうるＡｍｐｌｅｘダイヤモンド；英国ＢｅｒｋｓｈｉｒｅのＤｅＢｅｅｒｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手しうるＣＤＡＭもしくはＣＤＡダイヤモンド砥粒；および日本国東京のＴｏｍｅｉ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手しうるＩＲＶダイヤモンド砥粒）。
【００１４】
金属被覆（たとえば、ニッケル、銅もしくはチタン）ダイヤモンドが使用されうる（たとえば、日本国東京のＴｏｍｅｉ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手しうるＩＲＭ−ＮＰもしくはＩＲＭ−ＣＰＳダイヤモンド砥粒；および英国ＢｅｒｋｓｈｉｒｅのＤｅＢｅｅｒｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手しうるＣＤＡ５５Ｎダイヤモンド砥粒）。
【００１５】
粒径および種類の選択は加工物の性質、研削処理の種類および加工物の最終用途に依存して変動する（すなわち、材料除去速度、仕上げ面粗さ、平担度および表面下の変質仕様の相対的重要さは研削処理パラメータを指示する）。たとえば、シリコンもしくはＡｌＴｉＣウェハの裏面研削もしくは研磨において、０／１〜６０μｍの範囲の超砥粒径（すなわち、Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙのダイヤモンドグリット尺度で４００グリットより小さい）が適しており、０／１〜２０／４０μｍが好ましく、そして３／６μｍが最も好ましい。金属結合剤、すなわち「ブロッキー」（“ｂｌｏｃｋｙ”）ダイヤモンド砥粒型が使用されうる（たとえば、英国ＢｅｒｋｓｈｉｒｅのＤｅＢｅｅｒｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手しうるＭＤＡダイヤモンド砥粒）。比較的微細なグリット径が、電子部品がウェハの前面に取付けられた後に、セラミックもしくは半導体ウェハの裏面を平面仕上げおよび研磨するのに好適である。この範囲のダイヤモンド粒径において、研摩工具はシリコンウェハから材料を除去し、ウェハ表面を研磨するが、研摩工具はＡｌＴｉＣウェハの硬さによりＡｌＴｉＣウェハから多くの材料を除去しない。本発明の工具はＡｌＴｉＣウェハについて１４Åもの平滑に表面仕上げ研磨を達成した。
【００１６】
本発明の工具において、中空フィラー材料はシリカ球もしくは微小球のような、もろい中空球の形状であるのが好ましい。ここで有用な他の中空フィラー材料はガラス球、発泡アルミナ、ムライト球、およびそれらの混合物である。シリコンウェハを裏面研削することのような用途についてシリカ球が好適であり、その球は砥粒の大きさより大きい径が好適である。他の用途において、中空フィラー材料は砥粒の粒径より大きく、等しく、もしくは小さい径も使用されうる。均一な粒径は商業的に入手しうるフィラーをふるいにかけることにより得ることができ、あるいは大きさがまざったものも使用されうる。シリコンウェハ研削に好適な中空フィラー材料は径が４〜１３０μｍの範囲である。適した材料はマサチューセッツ州ＣａｎｔｏｎのＥｍｅｒｓｏｎ  ＆  Ｃｕｍｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手しうる（Ｅｃｃｏｓｐｈｅｒｅ（商標）ＳＩＤ−３１１Ｚ−Ｓ２シリカ球、球の平均径４４μｍ）。
【００１７】
砥粒および中空フィラー材料は樹脂結合剤で一緒に結合される。この分野で知られる種々の粉末フィラー材料は、工具を製造するのを手助けし、又は研削操作を向上させるために樹脂結合剤材料に少量添加されうる。これらの工具における使用に好適な樹脂はフェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シアン酸エステル（ｃｙａｎａｔｅ  ｅｓｔｅｒ）樹脂およびそれらの混合物を含む。適した樹脂は、ニューヨーク州Ｎｏｒｔｈ  ＴｏｎａｗａｎｄａのＯｃｃｉｄｅｎｔａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．から入手しうるＤｕｒｅｚ（商標）３３−３４４フェノール粉末樹脂；ニューヨーク州Ｎｏｒｔｈ  ＴｏｎａｗａｎｄａのＯｃｃｉｄｅｎｔａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．から入手しうるＶａｒｃｕｍ（商標）２９３４５短フローフェノール樹脂粉末を含む。
【００１８】
高ｖｏｌ％の中空フィラー材料（たとえば５５〜７０ｖｏｌ％球）を含む工具に好適な樹脂は、ダイヤモンド砥粒を球表面に付着させるようにシリカおよび砥粒の表面をぬらし、シリカ球表面にわたって容易に拡がる能力を有する樹脂である。この特性は、５〜１０ｖｏｌ％のような非常に低ｖｏｌ％の樹脂を含む砥石において特に重要である。
【００１９】
研摩リムのｖｏｌ％として、工具は２〜１５ｖｏｌ％の砥粒、好ましくは４〜１１ｖｏｌ％を含む。工具は樹脂結合剤５〜２０ｖｏｌ％、好ましくは６〜１０ｖｏｌ％、および中空フィラー材料４０〜７５ｖｏｌ％、好ましくは５０〜６５ｖｏｌ％、残りは成型および硬化につづく残余気孔率（すなわち１２〜３０ｖｏｌ％の気孔率）を含む樹脂結合剤マトリックス、からなる。樹脂結合剤に対するダイヤモンド砥粒の比は１．５：１〜０．３：１．０、好ましくは１．２：１．０〜０．６：１．０である。
【００２０】
本発明の工具の研摩リムは、砥粒、中空フィラー材料および樹脂結合剤を均一に混合し、混合物を成型し硬化することにより製造される。研摩リムは、水もしくはベンズアルデヒドのような溶媒とともに、もしくは使用しないで、液体レゾール樹脂のような湿潤剤を任意に添加して、成分を乾式混合して砥粒混合物を形成させ、選択された型で混合物をホットプレスし、ついで成型された研摩リムを加熱し、樹脂を硬化して研削に有効な研摩リムを創り出すことにより製造されうる。混合物は成型前にふるいにかけられるのが通常である。型はステンレス鋼または高炭素−もしくは高クロム−鋼より構成される。中空フィラー材料５０〜７５ｖｏｌ％を有する砥石については、中空フィラー材料が破砕するのを避けるために成型および硬化時に注意が払われなければならない。
【００２１】
研摩リムは樹脂結合剤を架橋し硬化するのに十分な時間、約１５０〜１９０℃の最高温度に加熱されるのが好適である。他の同様な硬化サイクルも使用されうる。ついで、硬化された工具は型から取りはずされ、空気冷却される。研摩リム（もしくはボタンもしくはセグメント）は最終的な研摩工具を組立てるために基材に取付けられる。仕上げ（ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）もしくは縁取り（ｅｄｇｉｎｇ）工程、およびバランスを得るための形なおし操作は仕上げられた（ｆｉｎｉｓｈｅｄ）工具について実施されうる。
【００２２】
樹脂およびフィラーの選択、ならびに硬化条件により、樹脂結合剤は比較的もろくされ、比較的速く破損もしくは縁が欠け、そして研摩工具は研削屑で目詰まりする傾向が小さくなる。セラミックもしくは半導体ウェハを仕上げるための商業的研摩工具は、研削面からのつもった研削屑をきれいにするために形直し工具（ｔｒｕｉｎｇ  ｔｏｏｌ）で形なおしすることを必要とすることが多い。本発明のような微小砥粒砥石において、形直し操作は研削操作よりも速く砥石をすり減らすことが多い。形直し操作は本発明の樹脂結合工具では、必要であることが比較的少ないので、工具はもっとゆっくり消耗され、したがって比較的高いダイヤモンド含量もしくは、比較的強く、もろくない結合剤を有する砥石を含む、過去に使用された樹脂結合工具よりも、もっと長い寿命を有する。本発明の最も好適な工具は、研削の間に砕ける結合剤のもろさ、もしくは傾向を有する工具寿命の最適バランスを生じるような硬化結合剤バランスを有する。
【００２３】
高ｖｏｌ％の中空フィラー材料（たとえば、５５〜７０ｖｏｌ％）で作製された工具は、セラミックもしくは半導体ウェハについての平面研削および研磨操作の間に自生発刃（ｓｅｌｆ−ｄｒｅｓｓｉｎｇ）する。入ってくる粗いセラミックもしくは半導体ウェハは、工具を形なおして研摩工具の表面を開かせ、表面に目詰まりした屑を放出する作用をすると考えられる。このように典型的な商業的操作において、各々の新しい加工物は、最初に、工具を形なおしする粗い表面を示し、ついで研削が進行するにつれてくずが表面を詰らせはじめ、そして工具は加工物表面を研磨しはじめ、動力消費が増加しはじめる。本発明の工具によればサイクルは研削盤の動力公差内で、そして加工物焼けしないで生じる。１つの加工物についてのサイクルが終了すると、次の加工物の新たな、粗い表面が工具の表面を形なおしするために現われ、サイクルが繰り返される。形直し操作なしに、セラミックもしくは半導体ウェハの表面を研削する本発明工具の能力はセラミックもしくは半導体ウェハの製造に著しい利益を提供する。
【００２４】
低含量の中空フィラー材料（すなわち、５５ｖｏｌ％未満）では、本発明の工具は、セラミックウェハが比較的精密な表面仕上げに研削されるところでは形直し操作を必要とする。なぜならウェハは研摩工具の表面を詰まらせる傾向にあり、動力消費が増大するからである。
【００２５】
本発明の工具は、セラミック材料を研削するのに好適であり、それは窒化ケイ素、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のような、酸化物、炭化物、ケイ化物、およびこれらのセラミックの複合体、ならびに接合された炭化物のような、ある金属マトリックス複合体、多結晶性ダイヤモンドおよび多結晶性立方晶窒化ホウ素を含むが、これらに限定されない。単結晶セラミックもしくは多結晶セラミックのいずれも、これらの改良された研摩工具を用いて研削されうる。
【００２６】
本発明の研摩工具を用いて改良されたセラミックおよび半導体ウェハのなかで、半導体部品はシリコンウェハ、磁気ヘッド、および基板を含むが、これらに限定されない。
【００２７】
本発明の工具は金属もしくは他の硬質材料からつくられた部品の研磨もしくは仕上げ研削に使用されうる。
【００２８】
他に指摘がなければ、次の実施例のすべての部および％は質量による。実施例は本発明を例示するにすぎず、本発明を限定するものではない。
【００２９】
実施例１
本発明の砥石が下記の材料および方法を用いて１１×１．１２５×９．００２インチ（２７．９×２．８６×２２．９ｃｍ）の樹脂結合ダイヤモンド砥石の形態で製造された。
【００３０】
研摩リムを製造するために、アルキド樹脂粉末（ニューヨーク州ＴｒｏｙのＡｌｌｉｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｂｒａｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｒｐ．から入手されたＢｅｎｄｉｘ  １３５８樹脂）４．１７ｗｔ％、および短フローのフェノール樹脂粉末（ニューヨーク州Ｎｏｒｔｈ  ＴｏｎａｗａｎｄａのＯｃｃｉｄｅｎｔａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．から入手されたＶａｒｃｕｍ  ２９３４５樹脂）１１．７１ｗｔ％の混合物が調製された。シリカ球（マサチューセッツ州ＣａｎｔｏｎのＥｍｅｒｓｏｎ  ＆  Ｃｕｍｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手されたＥｃｃｏｓｐｈｅｒｅ  ＳＩＤ−３１１Ｚ−Ｓ２シリカ、平均径４４μｍ）の形態の中空フィラー材料３３．１４ｗｔ％、およびダイヤモンド砥粒（Ｄ３／６μｍ、コネチカット州ＢｌｏｏｍｆｉｅｌｄのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから入手されたＡｍｐｌｅｘロット番号５−６８３）５０．９８ｗｔ％が樹脂粉末混合物と混合された。いったん均一な混合物が得られると、それは砥石の研摩リムを形成するために基材上に成型するための製造においてＵＳ＃１７０ふるいスクリーンを通過させて、ふるいにかけられた。
研摩リムのための基材は２Ａ２Ｔ型の超砥粒研削砥石の構成のために設計されたアルミニウム環（外径１１．０６７インチ（２８．１１ｃｍ）であった。環の基部はセラミックウェハを仕上げるのに用いられる平面研削盤に砥石を取付けるためのボルト穴を含んでいた。
【００３１】
研摩リムを成型するための製造において、アルミニウム環の砥粒装填表面はサンドブラストされ、ついで砥粒混合物および結合剤を環に接着するために溶媒にもとづくフェノール接着剤で被覆された。アルミニウム環は組立てられた鋼型に置かれ、その結果アルミニウム環は型の底部プレートになった。砥粒混合物は型の中に、アルミニウム環の接着剤被覆表面上に室温で置かれ、側部および上部成型部分が鋼型上に置かれ、その組立て部品は予熱した蒸気プレス（１６２〜１６７℃）に置かれた。最初の加熱段階の間、圧力は研摩リムに及ぼされなかった。温度が７５℃に達したときに、最初の圧力がかけられた。圧力は目標密度（たとえば０．７４８５ｇ／ｃｍ3 ）に到達するように２０トン（１８，１４４ｋｇ）に増加され、型温度は１６０℃に増加され、１０分間の浸漬時間が１６０℃で実施された。ついで砥石は厚い間に型から取りはずされた。
【００３２】
アルミニウム基材および研摩リムの内外径は仕上げ砥石寸法に機械加工された。合計３６の溝（各々０．１５９ｃｍ（１／１６インチ）幅）が溝をつけた研摩リムを作製するためにリム表面に研削された。
【００３３】
これらの砥石、および本発明の他の砥石、ならびに市販の比較砥石の成分のｖｏｌ％が下の表２に示される。
【００３４】
実施例２
本発明の砥石が砥石２−Ａのための下記の材料および方法を用いて１１×１．１２５×９．００２インチ（２７．９×２．８６×２２．９ｃｍ）の樹脂結合ダイヤモンド砥石の形態で製造された。
【００３５】
研摩リムを製造するために、フェノール樹脂粉末（ニューヨーク州Ｎｏｒｔｈ  ＴｏｎａｗａｎｄａのＯｃｃｉｄｅｎｔａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．から入手されたＤｕｒｅｚ  ３３−３４４樹脂）１６．５９ｗｔ％およびシリカ球（マサチューセッツ州ＣａｎｔｏｎのＥｍｅｒｓｏｎ  ＆  Ｃｕｍｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手されたＥｃｃｏｓｐｈｅｒｅ  ＳＩＤ−３１１Ｚ−Ｓ２シリカ、平均径４４μｍ）の５３．３４ｗｔ％、およびダイヤモンド砥粒（Ｄ３／６μｍ、コネチカット州ＢｌｏｏｍｆｉｅｌｄのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから入手されたＡｍｐｌｅｘロット番号５−６８３）３０．０７ｗｔ％が一緒に混合された。いったん均一な混合物が得られると、それは砥石の研摩リムを形成するために基材上に成型するための製造においてＵＳ＃１７０ふるいスクリーンを通過させて、ふるいにかけられた。
【００３６】
実施例１のアルミニウム環基材成分並びに成型および硬化法が砥粒混合物を用いて砥石を製造するのに使用された。これらの砥石の他の変形において、もっと高いダイヤモンドおよび結合剤含量が砥石２−Ｂを製造するのに砥石２−Ａのものに置き換えられた；そして高シリカ球含量は、砥石２−Ｃを製造するために砥石２−Ａのものに置き換えられた。これらの砥石成分のｖｏｌ％は下の表２に示される。
【００３７】
【表１】
2011067949.tif 000002
【００３８】
（ａ）この結合剤に用いられたフェノール樹脂は亜鉛触媒レゾール樹脂であった。
（ｂ）砥石組成は、イリノイ州ＥｌｍｈｕｒｓｔのＦｕｊｉｍｉ  Ｉｎｃ．から入手された市販品の分析から評価された。
（ｃ）分析はフェノール樹脂を示した。
（ｄ）この砥石に使用されたフィラーは結晶性石英粒子を含んでいた。フィラーは中空ではなかった。フィラー粒子および砥粒は径が大体同一であった（各々約３μｍ）。
【００３９】
実施例３
実施例１（溝付きリムを有する２つの砥石）および実施例２（溝付きリムを有する２つの砥石；および溝なしリムを有する１つの砥石２−Ａ）により作成された砥石が２７．９×２．９×２２．９ｃｍ（１１×１．１２５×９インチ）の大きさに仕上げられ、シリコンウェハ裏面研削処理において商業的に入手しうる樹脂結合ダイヤモンド砥石（イリノイ州ＥｌｍｈｕｒｓｔのＦｕｊｉｍｉ，Ｉｎｃ．から入手されたＦＰＷ−ＡＦ−４／６−２７９ＳＴ−ＲＴ  ３．５Ｈ砥石）と比較された。
【００４０】
研削試験条件は、次のとおりである：
研削試験条件：
機械：Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ  ７ＡＦ型
砥石仕様：２Ａ２ＴＳ型：２７．９×２．９×２２．９ｃｍ（１１×１．１２５×９イ  ンチ）
【００４１】
精研削プロセス：
砥石仕様：表１参照
砥石速度：４，３５０ｒｐｍ
研削液（Ｃｏｏｌａｎｔ）：脱イオン水
研削液速度：３〜５ガロン／分（１１．４〜１８．９Ｌ／分）
除去された材料：段階１：１０μｍ、段階２：５μｍ、段階３：５μｍ、リフト：２μ  ｍ
送り速度：段階１：１μｍ／ｓ、段階２：０．７μｍ／ｓ、段階３：０．５μｍ／ｓ、  リフト：０．５μｍ／ｓ
ドウェル：１００ｒｅｖ（リフト前）
被削材：シリコンウェハ、Ｎ型１００配向、（１５．２ｃｍ（６インチ）径表面、平端  ）；仕上げ面粗さＲａ約４，０００Å）
加工物速度：６９９ｒｐｍ、一定
【００４２】
粗研削プロセス：
砥石速度：３，４００ｒｐｍ
研削液：脱イオン水
研削液流速：３〜５ガロン／分（１１．４〜１８．９Ｌ／分）
除去された材料：段階１：１０μｍ、段階２：５μｍ、段階３：５μｍ、リフト：１０  μｍ
送り速度：段階１：３μｍ／ｓ、段階２：２μｍ／ｓ、段階３：１μｍ／ｓ、リフト：  ５μｍ／ｓ
ドウェル：５０ｒｅｖ（リフト前）
被削材：シリコンウェハ、Ｎ型１００配向、（１５．２ｃｍ（６インチ）径表面、平端  ）
加工物速度：５９０ｒｐｍ、一定
【００４３】
研摩工具が形なおしおよび目なおしを必要とされるところでは、この試験のために確立された形なおしおよび目なおし条件は次のとおりであった：
形なおし操作：
ディスク：３８Ａ２４０−ＨＶＳ（Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙより入手）
ディスク寸法：１５．２ｃｍ径（６インチ）
砥石速度：１２００ｒｐｍ
除去材料：段階１：１５０μｍ、段階２：１０μｍ、リフト：２０μｍ
送り速度：段階１：５μｍ／ｓ、段階２：０．２μｍ：／ｓ、リフト：２μｍ／ｓ
ドゥエル：２５ｒｐｍ（リフト前）
形なおしディスクの目なおし：手支持スチック（Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙか      ら入手した３８Ａ１５０−ＨＶＢＥスチック）
【００４４】
試験は安定状態の研削状態に達した後に砥石性能を測定するためにシリコンウェハについて垂直スピンドルプランジ研削モードで実施された。約４，０００Åの初期仕上げ面粗さを有する１５．２ｃｍ（６インチ）径の最小２００のウェハがそれぞれの砥石で精研削性能の測定のため安定状態操作に達するように研削されなければならなかった。各砥石は上述の精研削段階でウェハから計２０μｍの材料を除去するのに用いられた。
【００４５】
表２は、砥石の性能を示し、３つの異なる種類の砥石について研削のピーク力、砥石摩耗速度（２５のウェハを研削した後になされた平均測定値）、研削されたウェハの数、Ｇ−比およびウェハ焼けにより示され、各パラメータは安定状態の研削状態に達した後に記録もしくは測定された。シリコンウェハ裏面研削において、砥石の研削面がウェハの表面から除去されるくずで目詰まりするとき、砥石は目つぶれし、研削に要する力は増大し、そして砥石はウェハ焼けしはじめ得る。ウェハの変質を防止するため、この試験で用いられたＳｔｒａｓｂａｕｇｈ研削盤は、このプロセスで使われる力が所定の最大値（すなわち２４４ニュ−トン（５５ポンド））を超えると、自動的に停止する。すべての砥石について、使用される力（すなわちピークモーター電流アンペア）は研削されるすべてのウェハについてＳｔｒａｓｂａｕｇｈ盤の限界内であった。
【００４６】
ウェハの仕上げ面粗さはＺｙｇｏ（商標）白色光干渉計（ＮｅｗＶｉｅｗ  １００  ｌｄ  ０  ＳＮ  ６０４６  ＳＢ  ０型；設定：Ｍｉｎ  Ｍｏｄ％＝５％，Ｍｉｎ  Ａｒｅａ  Ｓｉｚｅ＝２０，Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｓ．＝高、Ｓｃａｎ長さ＝１０μｍ双極（９秒）、およびＦＤＡ  Ｒｅｓ＝高）で測定された。
【００４７】
【表２】
2011067949.tif 000003
【００４８】
（ａ）仕上げ面粗さの数値は９つの測定／ウェハの平均および８つのウェハ／試験の平均を示す。実施例３の砥石仕上げ面粗さの測定は実施例１の処方と方法により製造された異なる砥石で同一の研削条件で、先の研削試験の間になされた。
（ｂ）正確な砥石摩耗速度測定をするためにこの砥石で研削されたウェハはあまりに少なかった。
データは本発明の砥石が市販の砥石よりも良好に成し遂げることを示す。本発明の砥石は研削のピーク力において市販の砥石とほとんど同じであったが、砥石摩耗速度、およびＧ−比、ならびに研削操作の間にウェハを鏡面仕上げするのに、市販の砥石より優れていた。
【００４９】
実施例２の変形２−Ｂ砥石を用いて同一研削条件で実施された精研削試験は、シリコンウェハについて、受け入れられる砥石磨耗速度、Ｇ−比および５０〜７０Åの仕上げ面粗さが得られることを示した。この砥石の比較的少ないシリカ球ならびに比較的多い結合剤およびダイヤモンド砥粒含量により、２−Ｂ砥石は自生発刃せず、２−Ａ，２−Ｃおよび実施例１の砥石よりももっとすぐに目つぶれした。同一の精研磨条件でのもう１つの試験は、砥石２−Ａよりも多いシリカ球含量（７１対６３．４ｖｏｌ％）を有する砥石２−Ｃは、砥石２−Ａに匹敵する性能を示した。
【００５０】
これらのデータは、実施例１、２−Ａおよび２−Ｃの高シリカ球含有砥石は目つぶししない、すなわちそれらは自生発刃していることを示した。砥石中のシリカ球は砥石を開いたままにするように破砕し、砥石中の高い割合のシリカ球はウェハからくずを持ち去ることにより砥石面の目詰まりを防止する。さらに、粗い表面（すなわちＲａ約４０００Å）を有するウェハを研削する間になされる操作から、入ってくるウェハ加工物の粗表面はこれらの実施例の１、２−Ａおよび２−Ｃ砥石の表面を有効に形なおしするので、したがって独立した形なおし操作は必要とされないと考えられる。
【００５１】
実施例２−Ａの砥石が最良の総合的研削性能を有する砥石とみなされるが、本発明のすべての砥石は受け入られうる。著しく少ないダイヤモンド砥粒（すなわち４〜１４ｖｏｌ％）を含む本発明の工具の性能はセラミックもしくは半導体ウェハの裏面研削に通常用いられる比較的多くのダイヤモンド砥粒（たとえば、約１９ｖｏｌ％）を含む市販砥石の性能に関して意外である。
【００５２】
実施例４
本発明の砥石（砥石２−Ａ）の次の研削試験において、前述の実施例３に用いられたのと同一の操作条件で、約２０μｍの材料がシリコンウェハから除去され、５０〜７０Åの仕上げ面粗さが、受入れられうる水準の動力（すなわち、ウェハ焼けがなく、Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ盤の能力限界内）を用いる間に生じた。
【００５３】
比較砥石が、比較砥石は樹脂１０．１ｖｏｌ％およびシリカ球７１．３ｖｏｌ％（すなわち砥粒を含まない）を含むことを除けば、砥石２−Ａについて実施例２に記載されるように製造された。研摩リム中にダイヤモンド砥粒を含まないこの砥石は盤の最大力２４４ニュートン（５５ポンド）に達した後でさえ、シリカウェハの表面から無視しうる量の材料を除去するにすぎない。この比較砥石は粗い表面のシリカウェハ（Ｒａ約４，０００Å）の仕上げ面粗さを約１８８Åまで、ウェハ焼けの何の兆候もなしに改良した。しかし、砥粒のない比較砥石は受入れられうる精研削性能（材料除去、砥石摩耗およびＧ−比）を与えず、その表面研摩性能は市販の工具および本発明の工具に著しく劣っていた。
このように本発明の研摩工具の観察された性能（セラミック加工物に表面変性をさせないで、材料の除去および表面研磨）は、砥粒なしにシリカ球のみを含む工具では観察されなかった。
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月14日(2011.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、基材および約２〜１５ｖｏｌ％の砥粒を含む研摩リムからなる研摩工具であり、砥粒は最大１２０μｍの粒径を有し、研摩リムは樹脂結合剤および少なくとも５５ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含み、そして５〜２０ｖｏｌ％の樹脂結合剤および少なくとも５５ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含む研摩工具に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
実施例１のアルミニウム環基材成分並びに成型および硬化法が砥粒混合物を用いて砥石を製造するのに使用された。これらの砥石の他の変形において、もっと高いダイヤモンドおよび結合剤含量が砥石２−Ｂ（比較例として示す）を製造するのに砥石２−Ａのものに置き換えられた；そして高シリカ球含量は、砥石２−Ｃを製造するために砥石２−Ａのものに置き換えられた。これらの砥石成分のｖｏｌ％は下の表２に示される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
実施例２の変形２−Ｂ砥石（比較例として示す）を用いて同一研削条件で実施された精研削試験は、シリコンウェハについて、受け入れられる砥石磨耗速度、Ｇ−比および５０〜７０Åの仕上げ面粗さが得られることを示した。この砥石の比較的少ないシリカ球ならびに比較的多い結合剤およびダイヤモンド砥粒含量により、２−Ｂ砥石は自生発刃せず、２−Ａ，２−Ｃおよび実施例１の砥石よりももっとすぐに目つぶれした。同一の精研磨条件でのもう１つの試験は、砥石２−Ａよりも多いシリカ球含量（７１対６３．４ｖｏｌ％）を有する砥石２−Ｃは、砥石２−Ａに匹敵する性能を示した。
【手続補正４】
【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】
基材および最大１２０μｍの粒径を有する砥粒を含む研摩リムからなる研摩工具であって、研摩リムが２〜１５ｖｏｌ％の砥粒、５〜２０ｖｏｌ％の樹脂結合剤および少なくとも５５ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含む研摩工具。
【請求項２】
中空フィラー材料が、シリカ球、ムライト球、発泡アルミナ、ガラス球およびそれらの組み合わせから選ばれる請求項１に記載の研摩工具。
【請求項３】
砥粒がダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素ならびにそれらの組み合わせからなる群より選ばれる超砥粒であり、最大６０μｍのサイズを有する請求項１に記載の研摩工具。
【請求項４】
研摩リムが５５〜７５ｖｏｌ％の中空フィラー材料を含む請求項１記載の研摩工具。
【請求項５】
研摩工具が２Ａ２Ｔ型研削砥石であり、そして研摩リムが少なくとも１つの研摩セグメントを含み、その研摩セグメントは伸長したアーチ型形状、ならびに基材の高くなった環状面に一致するように選ばれた内側湾曲を有する、請求項１記載の研摩工具。
【請求項６】
砥粒が６〜１０ｖｏｌ％の樹脂結合剤を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の研削砥石。