(57)【要約】      （修正有）【課題】研削加工、ラップ加工、研磨加工の３工程を同じ砥石で行うことができるうえ、両面加工も可能にし、継続的に使用しても加工速度が低下せず、ドレッシンクを省略、ないしドレッシング回数を減らすことができる研削・ラップ・研磨方法およびその方法に用いる装置を提供する。【解決手段】砥石を用いて被加工物を研削・ラップ・研磨する方法であって、前記砥石は、ヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊１と、ヴィッカース硬度が20〜300の金属塊２とを有し、前記砥石を用いて研削加工を行った後、ラップ・研磨加工を行う際に、ヴィッカース硬度が300〜2000で、粒径が前記超砥粒塊１の金属塊２からの突出し量Ｔの10〜20倍の研磨剤４を含むスラリーを前記被加工物と前記砥石との間に供給してラップ・研磨加工を行う。【選択図】図３
2015093355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一砥石を用いて被加工物を研削・ラップ・研磨する方法であって、前記砥石は、ヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊と、ヴィッカース硬度が20〜300の金属塊と、ヴィッカース硬度が300〜2000のマトリックスとを有し、前記砥石を用いて研削加工を行った後、ラップ・研磨加工を行う際に、研磨剤のヴィッカース硬度が300〜2000で、研磨剤の粒径が前記超砥粒塊の金属塊又はマトリックスからの突出し量Ｔの5〜100倍の研磨剤を含むスラリーを前記被加工物と前記砥石との間に供給してラップ・研磨加工を行うことを特徴とする、研削・ラップ・研磨方法。
【請求項２】
前記超砥粒塊および金属塊は、研削・ラップ・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する柱状であることを特徴する、請求項１に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
【請求項３】
前記超砥粒塊の一部ないし全体が、前記金属塊の内部に含まれることを特徴とする、請求項１または２に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
【請求項４】
前記超砥粒塊または金属塊の断面形状は矩形またはくさび型であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
【請求項５】
前記金属塊の断面積はマトリックスを含む場合、２ｍｍ2〜20cm2ないしマトリックスの無い場合は超砥粒塊以外の砥石全面であり、超砥粒塊の断面積は0.0１ｍｍ2〜２０cｍ2であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
【請求項６】
前記砥石が被加工物の両面に取り付けられていることにより、両面加工を行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
【請求項７】
同一砥石を用いて被加工物を研削・ラップ・研磨する装置であって、前記砥石は、ヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊と、ヴィッカース硬度が20〜300の金属塊と、ヴィッカース硬度が300〜2000のマトリックスとを有し、前記砥石を用いて研削加工を行った後、ラップ・研磨加工を行う際に、研磨剤のヴィッカース硬度が300〜2000で、研磨剤の粒径が前記超砥粒塊の金属塊又はマトリックスからの突出し量Ｔの5〜100倍の研磨剤を含むスラリーを前記被加工物と前記砥石との間に供給してラップ・研磨加工を行うことを特徴とする、研削・ラップ・研磨装置。
【請求項８】
前記超砥粒塊および金属塊は、研削・ラップ・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する柱状であることを特徴する、請求項７に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
【請求項９】
前記超砥粒塊の一部ないし全体が、前記金属塊の内部に含まれることを特徴とする、請求項７または８に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
【請求項１０】
前記超砥粒塊または金属塊の断面形状は矩形またはくさび型であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
【請求項１１】
前記金属塊の断面積はマトリックスを含む場合、２ｍｍ2〜20cm2ないしマトリックスの無い場合は超砥粒塊以外の砥石全面であり、超砥粒塊の断面積は0.0１ｍｍ2〜２０cｍ2であることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
【請求項１２】
前記砥石が被加工物の両面に取り付けられていることにより、両面加工を行うことを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を研削・ラップ・研磨する方法に関する。具体的には、セラミックス、シリコンウエハ、ＳｉＣ、アルミナ、サファイア、金属や合金などの被加工物を研削・ラップ・研磨する方法およびその方法に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子材料等の素材は硬くてもろい被加工物が多く、難加工性が製品のコスト高に繋がっている。その加工法はダイヤモンド等を使った砥石による粗加工を最初に行い、次にラップ加工、最終的に研磨加工によるのが通常行われている。
【０００３】
砥石は硬質の粒子つまり砥粒を結合材で固めて形成される工具である。砥石を用いた加工には、研削加工とラップ・研磨加工とがあり、習慣的には荒加工は研削加工と言われ、仕上げ加工はラップ・研磨加工と言われている。これらの加工は、砥石を被加工物つまりワークに押し付けた状態のもとで砥石と被加工物とを相対的に移動させることによって被加工物表面つまり被加工面を砥粒により多数の切りくずとして削り取る加工である。
【０００４】
砥石を用いた研削加工には、被加工物の円筒形状の外周面を加工する円筒研削加工、被加工物の円筒形状の内周面を加工する内面研削加工、被加工物の平坦面を加工する平面研削加工がある。外周面や内周面を加工するための砥石としては、円筒形状の加工面が設けられた砥石が使用される。また、平面を加工するための砥石としては、外周面に加工面が設けられた円筒形の砥石または平坦な端面に加工面が設けられたカップ形、リング形およびディスク形の砥石が使用される。
【０００５】
研削・ラップ・研磨方法に関しては、従来から種々の提案がなされており、例えば、特開2005-088153号公報（下記特許文献１）には、砥粒と液体が容量比で、砥粒が５〜５０％であるスラリーを供給しながら平面研削加工し、定盤の加工面全体に複数個のスラリー供給孔を出来るだけ均一に設け、それぞれのスラリー供給孔からスラリーが単位時間当たり、同じ容量で供給されることにより、固定砥粒方式のダイヤモンドラップ定盤による、各種硬脆材料の平面研削加工において、加工を中断してドレッシングしなくても、切れ味の低下がなく、安定した平面研削加工を可能にする方法が記載されている。
【０００６】
また、特表2009-512566号公報（下記特許文献２）には、第一表面と作業面を有する、三次元、非平坦、可撓性、固定式研磨材構造物を備える加工物をラッピング加工又はポリッシング加工するための研磨材物品であって、該作業面が複数の精密な形状の研磨材複合体を備え、該精密な形状の研磨材複合体が樹脂相と金属相を備え、該金属相が超砥粒材料をさらに含む、研磨材により、加工物をポリッシング加工又はラッピング加工するための方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2005-088153号公報
【特許文献２】特表2009-512566号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来型砥石による研削加工は高速加工が可能ではあるが仕上がり面が荒く素材表面および表面下に欠陥も作ってしまう。粗加工は通常加工速度が速いため寸法精度を出すのには適していない。研磨加工は浮遊砥粒による加工で加工速度が遅い欠点があるが、仕上がり面が滑らかで素材中に欠陥を残さないどころか、むしろ粗加工中に発生する欠陥の除去に使われる。ラップ加工はこれらの中間にある加工法である。通常これらの３工程を別々な機械で行い工程自体が遅い上、各工程への付け替えに手間がかかっていた。
【０００９】
そこで本発明は、研削加工、ラップ加工、研磨加工の３工程を同じ砥石で行うことができるうえ、両面加工も可能にし、継続的に使用しても加工速度が低下せず、ドレッシンクを省略、ないしドレッシング回数を減らすことができる研削・ラップ・研磨方法およびその方法に用いる装置を提供することを課題とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題を解決するため、砥石の構造について鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載の通りの下記内容である。
【００１１】
（１）同一砥石を用いて被加工物を研削・ラップ・研磨する方法であって、前記砥石は、ヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊と、ヴィッカース硬度が20〜300の金属塊と、ヴィッカース硬度が300〜2000のマトリックスとを有し、前記砥石を用いて研削加工を行った後、ラップ・研磨加工を行う際に、研磨剤のヴィッカース硬度が300〜2000で、研磨剤の粒径が前記超砥粒塊の金属塊又はマトリックスからの突出し量Ｔの5〜100倍の研磨剤を含むスラリーを前記被加工物と前記砥石との間に供給してラップ・研磨加工を行うことを特徴とする、研削・ラップ・研磨方法。
（２）前記超砥粒塊および金属塊は、研削・ラップ・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する柱状であることを特徴する、（１）に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
（３）前記超砥粒塊の一部ないし全体が、前記金属塊の内部に含まれることを特徴とする、（１）または（２）に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
（４）前記超砥粒塊または金属塊の断面形状は矩形またはくさび型であることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
（５）前記金属塊の断面積はマトリックスを含む場合、２ｍｍ2〜20cm2ないしマトリックスの無い場合は超砥粒塊以外の砥石全面であり、超砥粒塊の断面積は0.0１ｍｍ2〜２０cｍ2であることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
（６）前記砥石が被加工物の両面に取り付けられていることにより、両面加工を行うことを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨方法。
【００１２】
（７）同一砥石を用いて被加工物を研削・ラップ・研磨する装置であって、前記砥石は、ヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊と、ヴィッカース硬度が20〜300の金属塊と、ヴィッカース硬度が300〜2000のマトリックスとを有し、前記砥石を用いて研削加工を行った後、ラップ・研磨加工を行う際に、研磨剤のヴィッカース硬度が300〜2000で、研磨剤の粒径が前記超砥粒塊の金属塊又はマトリックスからの突出し量Ｔの5〜100倍の研磨剤を含むスラリーを前記被加工物と前記砥石との間に供給してラップ・研磨加工を行うことを特徴とする、研削・ラップ・研磨装置。
（８）前記超砥粒塊および金属塊は、研削・ラップ・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する柱状であることを特徴する、（７）に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
（９）前記超砥粒塊の一部ないし全体が、前記金属塊の内部に含まれることを特徴とする、（７）または（８）に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
（１０）前記超砥粒塊または金属塊の断面形状は矩形またはくさび型であることを特徴とする、（７）〜（９）のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
（１１）前記金属塊の断面積はマトリックスを含む場合、２ｍｍ2〜20cm2ないしマトリックスの無い場合は超砥粒塊以外の砥石全面であり、超砥粒塊の断面積は0.0１ｍｍ2〜２０cｍ2であることを特徴とする、（７）〜（１０）のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
（１２）前記砥石が被加工物の両面に取り付けられていることにより、両面加工を行うことを特徴とする、（７）〜（１１）のいずれか一項に記載の、研削・ラップ・研磨装置。
＜作用＞
【００１３】
本発明（１）によれば、砥石は、ヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊と、ヴィッカース硬度が20〜300の金属塊と、ヴィッカース硬度が300〜2000のマトリックスとを有し、前記砥石を用いて研削加工を行った後、ラップ・研磨加工を行う際に、研磨剤のヴィッカース硬度が300〜2000で、研磨剤の粒径が前記超砥粒塊の金属塊又はマトリックスからの突出し量Ｔの5〜100倍の研磨剤を含むスラリーを前記被加工物と前記砥石との間に供給してラップ・研磨加工を行うことにより、研削加工時には超砥粒塊が被加工物に接触する一方で、ラップ・研磨加工時には、研磨剤が被加工物に接触するので、同じ砥石を用いて、研削・ラップ・研磨加工を行うことができる。
ここに、超砥粒塊とは、ダイヤモンド等の超砥粒粉を焼結もしくは結合材より固められた物で気孔率ゼロの緻密体から開気孔率60％の多孔体をいう。
また、金属塊とは、銅等の金属の塊ないし金属粉を結合材により固められた物で気孔率ゼロの緻密体から開気孔率60％の多孔体をいう。
マトリックスは構造上必要な場合（ドレッシングインターバルを伸ばしたい場合など）もあるが、絶対的に必要な要素では無いが、マトリックスを用いる場合はその硬度はヴィッカース硬度が300〜2000である。
【００１４】
本発明（２）によれば、超砥粒塊および金属塊は、研削・ラップ・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する柱状であるので、研削・研磨面に露出した砥粒が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。
【００１５】
本発明（３）によれば、前記超砥粒塊の一部ないし全体が、前記金属塊の内部に含まれることにより、前記超砥粒塊の金属塊およびマトリックスからの突出し量がドレッシング直後のＴを確保し易くすることができる。
【００１６】
本発明（４）によれば、前記超砥粒塊または金属塊の断面形状は矩形またはくさび型であることにより、研削・ラップ・研磨加工をし易くすることができる。
【００１７】
本発明（５）によれば、金属塊の断面積はマトリックスを含む場合、２ｍｍ2〜20cm2ないしマトリックスの無い場合は超砥粒塊以外の砥石全面であり、超砥粒塊の断面積は0.0１ｍｍ2〜２０cｍ2であることにより、研削・ラップ・研磨加工の作業効率を高めることができる。
【００１８】
本発明（６）によれば、前記砥石が被加工物の両面に取り付けられていることにより、両面加工が可能である。
【００１９】
本発明（７）〜（１２）によれば、（１）〜（６）の研削・ラップ・研磨方法に用いることができる装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、研削加工、ラップ加工、研磨加工の３工程を同じ砥石で行うことができるうえ、両面加工も可能にし、継続的に使用しても加工速度が低下せず、ドレッシンクを省略、ないしドレッシング回数を減らすことができる研削・ラップ・研磨方法およびその方法に用いる装置を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態における砥石作製時の砥石断面図  である。
【図２】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態におけるドレッシング過程直後の砥石断面図である。
【図３】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態におけるラップ・研磨中の砥石断面図である。
【図４】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊を金属塊の外側に配置した実施形態を示す砥石断面図である。
【図５】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊を金属塊の内側に配置した実施形態を示す砥石断面図である。
【図６】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における砥石を被加工物の両面に配置した断面図である。
【図７】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態における研削後の砥石平面図である。
【図８】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置におけるマトリックスと金属塊が一体化した実施形態を示す砥石平面図である。
【図９】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊の断面形状がくさび型の実施形態を示す砥石平面図である。
【図１０】本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊の断面形状が矩形の実施形態を示す砥石平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図１０において、１は超砥粒塊、２は金属塊、３はマトリックス、４は研磨剤、５は被加工物、Ｔは超砥粒塊の突出し量、Ｌは軸を示す。本発明が対象とする被加工物は、セラミックス、シリコンウエハ、ＳｉＣ、アルミナ、サファイア、金属や合金などを云う。
【００２３】
図１は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態における砥石作製時の砥石断面図である。図１の上面が図示していない被加工物５に接触する加工面であり、マトリックス３中に、超砥粒塊１と金属塊２が固定されており固定され、砥石作製時は、超砥粒塊１と金属塊２の表面は同じレベルにあり、超砥粒塊１は金属塊２の表面から突出していない。ここに、超砥粒塊１とは、ダイヤモンド等の超砥粒粉を焼結もしくは結合材より固められた物をいう。超砥粒粉としてダイヤモンドのほか、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良く、さらには、炭化ケイ素ＳiCつまりGC、の単体或いはこれらの混合体を使用するようにしても良い。砥石１０を構成する結合材としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。また、金属塊２とは、銅等の金属の塊ないし金属粉を結合材により固められた物をいう。
【００２４】
図２は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態におけるドレッシング過程直後の砥石断面図である。ドレッシング過程により、超砥粒塊１は金属塊２又はマトリックス３の表面から高さＴだけ突出しているので、図示していない被加工物５はヴィッカース硬度が2000以上の超砥粒塊１と接触して研削される。なを、ここで研削・ラップ・研磨工程を通して、金属塊及びマトリックスの表面は、それらの硬度の関係から高さTに比較して無視出来るほどの面一である。
【００２５】
図３は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態におけるラップ・研磨中の砥石断面図である。ラップ・研磨加工は、粒径が前記超砥粒塊１の金属塊２からの突出し量Ｔの５〜１００倍の研磨剤４を含むスラリーを前記被加工物５と前記砥石との間に供給して行う。研磨剤４のヴィッカース硬度は300〜2000であり、金属塊２のヴィッカース硬度20〜300より硬いので、図３に示すように、研磨剤４が金属塊２の中に突き刺され保持される。このスラリー中の研磨剤４の粒径は、超砥粒塊１の金属塊２からの突出し量Ｔの５〜１００倍とはるかに大きいので、砥石面上を移動する被加工物５は、このスラリー中の研磨剤４のみが接触するので、被加工物５は研削されないで、ラップ・研磨される。
【００２６】
このように、本発明は、超砥粒塊１、研磨剤４、金属塊２の硬さをこの順序になるように調整し、研磨剤４の粒径を、超砥粒塊１の金属塊２からの突出し量Ｔよりはるかに大きくすることによって、同じ砥石を用いて、研削・ラップ・研磨加工を行うことができる。なお、マトリックス３は研磨剤とほぼ同じ硬度を持つ。
【００２７】
図４は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊を金属塊の外側に配置した実施形態を示す砥石断面図である。図４に示すように、超砥粒塊１および金属塊２は、研削・ラップ・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する柱状であるので、研削・研磨面に露出した砥粒が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削を行うことができる。また、前記超砥粒塊およびこれを固定するマトリックスはいずれも砥粒と結合材からなり超砥粒塊の中の砥粒はマトリックスの砥粒より硬度の高いものからなることにより、砥石マトリックスが超砥石塊より摩耗が大きく、常に超砥粒塊の砥粒を露出させておくことができ、電子材料等の硬くてもろい被加工物を研削することができる。
【００２８】
このマトリックスは開気孔率２０〜６０体積％の多孔体であることが好ましいが緻密体でも良い。ここに、開気孔とは、例えば、Porous Materials: Process technology and applications (Materials Technology Series)に記載されているように、水を通す気孔をいう。気孔率の下限（20％）の限定理由は、これ以下の多孔体では気孔が主に閉気孔になり開気孔ではなく、真空の為の空気や冷却剤の出入りが出来なくなるからであり、気孔率の上限（60％）の限定理由は、砥粒と結合材の混合粉体は多くて60％程度で有り、それから焼成しているので必ず60％以下になるのでこれが上限である。
【００２９】
図５は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊１を金属塊２の内側に配置した実施形態を示す砥石断面図である。超砥粒塊１の一部ないし全体が、前記金属塊２の内部に含まれることにより、前記超砥粒塊の金属塊からの突出し量Ｔを確保し易くすることができる。
【００３０】
図６は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における砥石を被加工物５の両面に配置した断面図である。図６に示すように、砥石が被加工物５の両面に取り付けられていることにより、両面加工が可能である。この場合、被加工物５を無くして、砥石同志を加工することにより、ドレッシングを行ってもよい。
【００３１】
図７は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置の実施形態における研削後の砥石平面図である。金属塊１の断面積は２ｍｍ2〜20cm2ないしマトリックスの無い場合は超砥粒塊以外の砥石全面とし、超砥粒塊２の断面積は0.0１ｍｍ2〜２０cｍ2とすることにより、研削・ラップ・研磨加工の作業効率を高めることができる。
【００３２】
図８は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置におけるマトリックス３と金属塊２が一体化した実施形態を示す砥石平面図である。マトリックス３中に金属粉を含有させることにより一体化させることができ、金属単体としても良い。
【００３３】
図９は、本発明の研削・ラップ・研磨方法およびその装置における超砥粒塊１の断面形状がくさび型の実施形態を示す砥石平面図であり、図１０は超砥粒塊１の断面形状が矩形の実施形態を示す砥石平面図である。超砥粒塊１または金属塊２の断面形状は矩形またはくさび型であることにより、研削・ラップ・研磨加工をし易くすることができ、また、金属塊は砥石全体に広がりマトリックスが無い場合も可能である。
【実施例】
【００３４】
図５に示すように、砥石に数個３から５mm 径の円柱状の穴を数個、開けそこに樹脂（約４０体積％）で固めた銅の粉体（６０体積％）の混合物を入れた。その円柱の中心には約１mm径のダイヤの柱を入れ、ダイヤ表面の突出し量Ｔを２μｍとした。初期にはこのダイヤの柱が研削加工を行った。その後スラリーを流してスラリー内の粒径２０μｍの研磨剤によりラップ・研磨したところサファイア基板でRaで10nmの表面荒さの研磨ができた。この実施例により、本発明の効果が確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１  超砥粒塊
２  金属塊
３  マトリックス
４  研磨剤
５  被加工物
Ｔ  金属塊の突出し量
Ｌ  軸
【図１】
2015093355.tif 000003
【図２】
2015093355.tif 000004
【図３】
2015093355.tif 000005
【図４】
2015093355.tif 000006
【図５】
2015093355.tif 000007
【図６】
2015093355.tif 000008
【図７】
2015093355.tif 000009
【図８】
2015093355.tif 000010
【図９】
2015093355.tif 000011
【図１０】
2015093355.tif 000012