(57)【要約】  【課題】硬脆材料、難削材料等のワークを画期的に精度良く加工でき、加工レートが格段に向上するようにする。  【解決手段】砥粒を含むスラリー５を供給しながら、カップ型の砥石３によりワークＷを研削するに際して、砥石３を低周速で回転させる。砥石３の周速は５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．が適当である。またスラリー５は流量４．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ以下、望ましくは流量１．０〜２．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈをワークＷの研削面上に少しずつ滴下又は噴霧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒を含むスラリーを供給しながら、カップ型の砥石によりワークを研削するワークの平面研削方法において、
前記砥石を低周速で回転させる
ことを特徴とするワークの平面研削方法。
【請求項２】
前記砥石の周速は５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．である
ことを特徴とする請求項１に記載のワークの平面研削方法。
【請求項３】
前記スラリーはワーク上に滴下又は噴霧する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のワークの平面研削方法。
【請求項４】
流量４．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ以下、望ましくは流量１．０〜２．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈの前記スラリーを少しずつ供給する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のワークの平面研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイアウェーハ等の硬脆材料、難削材料のワークの加工に適したワークの平面研削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カップ型の砥石を備えた平面研削盤において、半導体素子の製造に用いるサファイアウェーハ、シリコンウェーハ等のワークを研削する場合、砥石を高速回転させながら切り込んで鏡面状に研削する。
【０００３】
しかし、ワークがサファイアウェーハ等の硬脆材料の場合には、高い加工レートで高精度に加工できないという問題があった。即ち、ワークが硬い場合には、ワークに対して砥石の刃が立たず、研削中の砥粒の摩滅が早くて砥石表面の目潰れ、目詰まり、目こぼれ等による劣化が激しく、直ぐに研削できなくなる。そのため砥石ばかりが減るか、砥石が切り込めなくなり、極めて低い加工レートで研削することとなって、＃１５００程度以上の砥石では、硬いワークの実用的な研削ができない問題があった。
【０００４】
この問題の解決策としては、切れ味の高い砥石の開発や、砥石を強く切り込める高剛性な機械の開発があるが、この一般的な解決策とは別に、微細砥粒を含むスラリーをワークの研削面上に供給しながら、６０００ｒｐｍ程度の回転数で高速回転する砥石を切り込んで研削する方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２２９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このスラリーを供給しながら研削する方法は、その液体中の砥粒により砥石の自生発刃を促す作用があり、スラリーを供給せずに研削する場合に比較して砥石を切れ味よく切り込むことが期待できる。
【０００７】
しかし、現実の硬脆材料のワークの研削においては、ワークと砥石砥粒との硬度差が少ない上に、砥石が６０００ｒｐｍ程度の回転数で高速回転するため、砥石の砥石砥粒等の適合範囲がシビアになり、研削中に適正に砥粒が自生発刃をするような状態で砥石を使用することが困難であり、加工状態が僅かに変わるだけでも砥石が合わなくなり、その結果、ワークの面粗度、平坦度（ＴＴＶ）が低下する等、ワークを精度よく研削できないという問題があった。
【０００８】
即ち、砥石砥粒が摩滅して砥石の切れ味が悪くなれば、高速回転する切れ味の悪い砥石砥粒でワークの研削面を無理に掻きむしる等により脆性破壊が生じ、ワークの研削面の面粗度が悪くなる。また切れ味の悪い砥石が高速回転するため、研削中のワーク及びチャックの発熱が大になり、両者が熱膨張した状態で研削することとなって、研削後のワークの平坦度（ＴＴＶ）が低下する。
【０００９】
特にカップ型の砥石によりワークを研削する場合には、砥石が常時接触するワークの中心部分の温度上昇が著しく、中心部分が凸状に熱膨張した状態でワークを研削するため、研削後のワークの表面が凹状になり平坦度が悪化する。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、硬脆材料、難削材料等のワークを画期的に精度良く加工でき、加工レートが格段に向上するワークの平面研削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、砥粒を含むスラリーを供給しながら、カップ型の砥石によりワークを研削するワークの平面研削方法において、前記砥石を低周速で回転させるものである。
【００１２】
前記砥石の周速は５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．が適当である。また前記スラリーはワーク上に滴下又は噴霧することが望ましい。流量４．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ以下、望ましくは流量１．０〜２．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈの前記スラリーを少しずつ供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、硬脆材料、難削材料等のワークを画期的に精度良く加工でき、加工レートが格段に向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す平面研削盤の斜視図である。
【図２】同平面図である。
【図３】同正面図である。
【図４】同砥石周速とワーク温度・ＴＴＶの関係を示す図である。
【図５】同スラリー流量と砥石自生発刃（摩耗）量の関係を示す図である。
【図６】同砥石周速とワーク除去量の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す平面研削盤の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１〜図３は本願発明の第１の実施形態を例示し、その図１は平面研削盤の斜視図、図２は平面研削盤の平面図、図３は平面研削盤の正面図を夫々示す。
【００１７】
平面研削盤１は図１〜図３に示すように、縦軸心廻りにａ矢示方向に回転可能なチャックテーブル２と、このチャックテーブル２上側に上下動自在に配置され且つｂ矢示方向に回転可能な砥石３と、研削中にチャックテーブル２上のワークＷの上面に、砥粒を含むスラリー５を滴下又は噴霧させて少しずつ供給する供給手段６とを備えている。
【００１８】
なお、チャックテーブル２、ワークＷの回転方向は任意であり、必要に応じてその一方又は両方を実施形態とは異なる方向に回転させることも可能である。またこの実施形態では、チャックテーブル２、砥石３が縦軸廻りに回転する縦型の平面研削盤１を例示しているが、平面研削盤１はチャックテーブル２等が傾斜軸廻りに回転する傾斜式でもよい。
【００１９】
チャックテーブル２はそのチャック手段７の上面にワークＷを略同心状に装着可能であり、５００ｒｐｍ未満の回転数で縦軸心廻りにａ矢示方向に回転するようになっている。なお、チャック手段７は吸着式その他の適宜手段により構成されており、その上面にワークＷを着脱自在に装着するようになっている。またチャックテーブル２は５００ｒｐｍ以上の回転数で回転させてもよい。
【００２０】
砥石３はカップ型であって、砥石軸４の下端に着脱自在に装着されており、その周縁側がワークＷの略中心部分を通るようにワークＷに対して偏心位置に配置されている。そして、砥石３はワークＷの研削時に５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．、更に望ましくは略５０〜２５０ｍ／ｍｉｎ．程度の低周速で回転しながら、研削負荷が略一定となるように砥石軸４を下降させて切り込むようになっている。なお、砥石３の周速は、例えば砥石３の直径が１６０ｍｍの場合には、その回転数を略６０〜８６０ｒｐｍにすれば、略３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．となる。
【００２１】
供給手段６はワークＷ上の中心部分又はその近傍にスラリー５を少しずつ噴霧状に供給するためのものであって、スラリー５をワークＷの中心部分又はその近傍に上側から少しずつ滴下する滴下パイプ８と、ワークＷの中心部分又はその近傍に向かってエアーを噴射して、そのエアーにより滴下パイプ８から滴下するスラリー５を霧状に吹き飛ばす噴射ノズル９とを有する。
【００２２】
スラリー５の時間当たりの流量は流量４．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ以下、望ましくは流量１．０〜２．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ程度が適当であり、その流量のスラリー５を少しずつ連続的又は間欠的に供給する。従って、ワークＷの外径の大小に応じて数秒に１滴程度の割合で少しずつ滴下パイプ８から滴下すればよい。
【００２３】
噴射ノズル９はワークＷの中心に対して砥石３と略反対側に配置されており、ワークＷの研削面の中心部分に向かってエアーを噴射するようになっている。そのためワークＷの研削面上で霧状となったスラリー５の外部への飛散を砥石３の外周面で阻止することが可能である。
【００２４】
なお、供給手段６、取り分けその噴射ノズル９は、滴下パイプ８から滴下するスラリー５をワークＷの研削面上にロスなく噴霧できる方向であれば、その向き等は問題ではない。なお、噴射ノズル９を無くして、滴下パイプ８からワークＷ上にスラリー５を滴下のみで供給してもよい。
【００２５】
スラリー５用の砥粒は、＃８０００のダイヤモンド・ＧＣ（ＳｉＣ）が適当であるが、他の砥粒（ＷＡ・ＣＢＮ・酸化セリウム等）や粒度でもよい。従って、ワークＷの面粗度や使用する砥石３によって、スラリー５中の砥粒の種類、粒度は適宜調整すればよい。
【００２６】
この平面研削盤１において、サファイアウェーハ等の硬脆材料のワークＷを研削する場合には、先ずチャックテーブル２上にワークＷを装着する。次にチャックテーブル２と一体にワークＷを５０ｒｐｍでａ矢示方向に、砥石３を１２５ｍ／ｍｉｎ．の低周速でｂ矢示方向に夫々回転させながら、砥石３を下降させてワークＷに対して切り込んで行く。
【００２７】
一方、この研削中は、ワークＷの単位面積当たりの平均供給量が４．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ以下、望ましくは流量１．０〜２．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ程度となるように、供給手段６からワークＷ上にスラリー５を噴霧状に供給する。例えば、滴下パイプ８の先端から数秒に１回程度の割合で０．１ｍｌ程度のスラリー５を１滴ずつ滴下させて、その滴下するスラリー５を噴射ノズル９から噴出するエアーによりワークＷの中心部分へと霧状に吹き飛ばしながら供給し、その状態で砥石３によりワークＷを研削する。
【００２８】
なお、ワークＷの研削中は、砥石３の研削負荷が略一定になるように速度制御する。これは砥石３の切り込み速度を一定にすれば、速度が速いと過負荷になり、速度が遅いと研削効率が悪くなるためである。切り込み速度はワーク温度が一定となるように、例えば一定範囲内に収まるように速度制御をしてもよい。また砥石３の研削負荷が一定範囲内に収まる場合には、切り込み速度はその範囲内で略一定速度や多段速度にしてもよい。
【００２９】
ワークＷの研削中は研削液は供給せずに、ワークＷの研削終了後に、ワークＷを洗浄し冷却する目的で洗浄・冷却液を供給する。しかし、研削に影響のない程度であれば、ワークＷの研削中に研削液、その他の液体を供給することも可能である。
【００３０】
このようにワークＷ上にスラリー５を少しずつ供給しながら、低周速で回転する砥石３によってワークＷを研削することにより、高速回転する砥石３で研削する場合のように僅かな研削状態の変化によって砥石３が合わなくなる等の問題を解消でき、砥石が適切に自生発刃を促すような状態で砥石３を使用することができる。
【００３１】
そのため砥石３の切れ味をノードレスで長期間にわたって安定的に維持することが可能であり、ワークＷが硬脆材料又は難削材料等であっても、そのワークＷを画期的に精度良く高精度に加工でき、しかも加工レートが格段に向上する利点がある。
【００３２】
例えば、スラリー５を少しずつ供給しながら砥石３が低周速で回転すれば、＃１５００以上の細粒砥石を使った場合でも砥石砥粒の摩滅が少なくなり、スラリー５中の砥粒により砥石３の適度な自生発刃作用を促し、砥石３の適正な切れ味を維持でき、ノードレスでワークＷを研削することができる。
【００３３】
特に砥石３が低周速で回転するため、適切な自生発刃を促すような状態で砥石３を安定的に使用することが可能であり、加工状態の僅かな変化で砥石３が合わなくなる等の問題がなく、良好な切れ味を安定的に維持することができるため、加工レートが従来に比較して格段に向上する。
【００３４】
また適度な切れ味の砥石３がワークＷの研削面上を低周速で回転しながら高い加工レートで研削するため、ワークＷが硬脆材料等であっても、砥石砥粒がワークＷの研削面を無理に引っ掻いてむしり取る等の脆性破壊を防止でき、ワークＷの研削面の面粗度が著しく向上する。
【００３５】
更に低周速で回転する切れ味のよい砥石３で能率的にワークＷを研削できるため、ワークＷ等の研削熱を抑制でき、チャックテーブル２やワークＷの熱膨張による研削精度、特に平坦度（ＴＴＶ）の低下を防止できる。
【００３６】
このようにスラリー５を供給しながら砥石３を低周速で回転させてワークＷを研削する平面研削方法を開発するに当たって、砥石周速とワーク温度・ＴＴＶの関係、スラリー流量と砥石自生発刃（摩耗）量の関係、砥石周速とワーク除去量の関係について実験をしたところ、図４〜図６に示すような結果が得られた。
【００３７】
図４は砥石周速とワーク温度・ＴＴＶの関係を示す。サファイア製のワークＷについて、ワークＷの回転数を５０ｒｐｍとし、砥石３とワークＷとの周速を０ｍ／ｍｉｎ．から８５０ｍ／ｍｉｎ．の範囲で７段階に設定し、スラリー５を供給しながら各周速の砥石３でワークＷを研削して、各周速毎のワーク温度及びＴＴＶを測定したところ、図４に示すような結果が得られた。
【００３８】
その結果、周速０ｍ／ｍｉｎ．ではワークＷを研削できた。また周速５００ｍ／ｍｉｎ．よりも上の周速では、ワーク温度が急激に上昇し、それに伴ってＴＴＶが大きくなるため、ワークＷの研削精度、特に平坦度が悪化することが判った。一方、砥石３の周速を５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．、更に望ましくは略１０〜２５０ｍ／ｍｉｎ．程度の低周速にすると、ワーク温度が安定し、これに伴ってＴＴＶが低くなることが判った。
【００３９】
従って、この図４の結果からすれば、砥石３は５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．、更に望ましくは略５０〜２５０ｍ／ｍｉｎ．程度以下の低周速で回転させると、ワーク温度・ＴＴＶを低く抑えてワークＷの研削精度を確保できることが判る。
【００４０】
図５はスラリー流量と砥石自生発刃（摩耗）量の関係を示す。サファイア製のワークＷについて、ワークＷの回転数を５０ｒｐｍ、砥石３の周速を１２５ｍ／ｍｉｎ．に設定して、スラリー流量を６段階に変化させながら各ワークＷの研削を行い、各スラリー流量毎の砥石自生発刃（摩耗）量を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。
【００４１】
この結果から、スラリー流量を少なくすれば、スラリー５中の砥粒による自生発刃作用により砥石３の切れ味が向上するものの砥石摩耗が大きくなり、逆にスラリー流量を多くすれば、砥粒の自生発刃作用が低下し砥石摩耗が少なくなる傾向にあることが判った。
【００４２】
従って、図５の結果を見れば、砥石コストとスラリーコストとの兼ね合いを考慮しながら、砥石３の適切な自生発刃作用を確保し且つ砥石３の摩耗を極力抑制するためには、スラリー流量は４．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ以下、望ましくは流量１．０〜２．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈ程度が適当であることが判った。
【００４３】
図６は砥石周速とワーク除去（研削）量の関係を示す。サファイア製のワークＷについて、ワーク回転数を５０ｒｐｍ、スラリー流量を１．０ｍｌ／ｃｍ2 ／ｈとし、砥石３とワークＷとの周速を１０ｍ／ｍｉｎ．から８５０ｍ／ｍｉｎ．の範囲で６段階に設定してワークＷの研削を行い、各周速毎のワーク除去量を測定したところ、図６に示すような結果が得られた。
【００４４】
なお、図６には通常の研削液を供給しながら各周速でワークＷを研削した場合のワーク除去量も対比して示す。これは砥石３の研削負荷が一定で同じ切り込み量の場合でのワーク除去量である。
【００４５】
この図６の結果から、スラリー５を供給しながら砥石３を低周速で回転させて研削する場合には、通常の研削液を供給しながら低周速で研削する場合に比較して砥石３の切れ味が向上してワーク除去量が多くなり、能率的に研削できることが判った。
【００４６】
また、同じ流量のスラリー５を供給する場合でも、特に周速２５０ｍ／ｍｉｎ．前後で砥石３を回転させるときのワーク除去量が最大となり、３０ｍ／ｍｉｎ．未満の周速及び４３０ｍ／ｍｉｎ．よりも上の周速ではワーク除去量が減り、周速２５０ｍ／ｍｉｎ．前後を中心として、周速３０ｍ／ｍｉｎ．と４３０ｍ／ｍｉｎ．との間でワーク除去量が大きく変化することが判った。
【００４７】
これは、周速が３０ｍ／ｍｉｎ．未満になれば、スラリー５中の砥粒等による砥石摩耗が大となり、また４３０ｍ／ｍｉｎ．を越えると砥石３の滑り等が大となることにより、その周速域でのワーク除去量が低下する傾向にあるものと考えられる。
【００４８】
従って、図４及び図６の結果から、砥石３は周速５００ｍ／ｍｉｎ．以下、望ましくは周速３０〜４３０ｍ／ｍｉｎ．、更に望ましくは周速略５０〜２５０ｍ／ｍｉｎ．程度で回転させることにより、砥石３の切れ味がよい状態を安定的に維持することができ、加工レートが格段に向上することが判った。
【００４９】
また切れ味のよい砥石３でワークＷを研削できるため、通常の研削液を供給しながら研削する場合等に比較して、ワークＷの研削面側の脆性破壊を防止でき、面粗度や平坦度が著しく向上する研削が可能である。
【００５０】
図７は本発明の第２の実施形態を例示する。滴下パイプ８から１滴ずつ滴下するスラリー５を噴射ノズル９からのエアーを吹き付けて霧状にしながら供給する場合、図７に示すように滴下パイプ８、噴射ノズル９の先端をワークＷの中心に対して砥石３から反対側に離して配置し、この滴下パイプ８の先端から滴下するスラリー５を噴射ノズル９からのエアーによりワークＷの研削面の中心近傍にｃ矢示方向に吹き付けるようにしてもよい。このようにすれば、滴下パイプ８、噴射ノズル９を砥石３から離すことが可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、供給手段６によるスラリー５の供給は、スラリー５をワークＷの研削面上に直接滴下させてもよいし、スラリー５を噴射ノズル９により霧状に噴射してもよい。従って、スラリー５の供給形態は問題ではなく、少しずつ供給できれば十分である。
【００５２】
また本願発明ではワークＷの材質は問題ではない。サファイアウェーハ等の硬脆材料の研削の他、ＳｉＣ、ＧａＮ等の難削材料の研削にも適用可能である。易削材料の研削に採用してもよい。スラリー５が含む砥粒はダイヤモンド以外のもの、例えばＧＣ砥粒でもよい。またその砥粒の粒度は砥石３と同程度でもよいし、砥石３よりも大きいか、又は小さいものでもよい。
【００５３】
実施形態のような研削方法を採用すれば、ワークＷの研削熱による平坦度の悪化等、加工精度の低下を防止できるが、更に加工精度を上げるために、別途、ワークＷの仕上がり形状を補正する機構を設けることも可能である。
【００５４】
その補正手段としては、例えば冷却装置を取り付けて、加工熱の上昇を抑制することが考えられる。冷却法には、ワークＷに冷風を当てる、ワークドライブに冷却機構（水冷式、ペルチェ式等）を仕込む、スラリー５を冷却して供給する等がある。
【００５５】
また砥石軸４かワークドライブ軸を傾けて研削することによりワーク形状を補正する方法、ワークドライブのワーク接触面を中凹み等の形状にすることによりワーク形状を補正する方法等が考えられる。ワーク接触面を中凹みにする場合には、平坦度が悪化する分だけチャックのワーク接触面を中凹みにしておけばよい。
【００５６】
ワークＷの研削中に、又はワークＷの研削が終了して別のワークＷの研削に移行する際等の適当な時期に、供給手段６からワークＷの研削面上に供給すべきスラリー５の条件をそのときの状況に応じて制御することも可能である。即ち、砥粒の大きさや分量、成分や供給量を変化させて砥石の摩耗量を変えるようにしてもよい。
【００５７】
例えば、図５の結果からも判るように、同じ種類のスラリー５を供給する場合でも、その供給量の大小によって砥石３の自生発刃（摩耗）量が変化する。従って、供給手段６の途中に流量制御手段を設けて、砥石３の自生発刃（摩耗）量の変化を捕らえて、その自生発刃（摩耗）量が略一定となるようにスラリー５の流量を制御するようにしてもよい。
【００５８】
またスラリー５に砥石成分（特にそのボンド成分等）と化学反応を起こす成分を混ぜて、その成分の混ざったスラリー５をワークＷの研削面上に供給するようにしてもよい。この場合、砥石３のボンド成分との化学反応によって砥石砥粒の突き出し量を大きくしたり小さくしたりすることが可能となり、砥石３の切れ味を変化させることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  平面研削盤
２  チャックテーブル
３  砥石
５  スラリー
６  供給手段
Ｗ  ワーク  
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015160249.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015160249.tif 000007
【図６】
2015160249.tif 000008
【図７】
2015160249.tif 000009