(57)【要約】【課題】鏡面研削加工を行う際に、研削性能を向上させて加工面全体の平坦度を向上させ、ウェーハ中央部における凹部発生を抑止できる鏡面加工用超砥粒ホイールを得る。【解決手段】台金に、複数の超砥粒層が設けられたカップ型のビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、上記超砥粒層の断面形状が各辺が曲線で構成される略三角形状であることを特徴とする。さらに各辺の交点、すなわり、略三角形状の頂点部が円弧で補間されたことを特徴とする。【選択図】図１
2005262370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ型ホイール台金の端面に、超砥粒を結合材で保持するチップが一列の円環状に固着されたカップ型超砥粒ホイールであって、
上記チップのホイール回転軸に直行する断面形状は略三角形状であり、さらに、ホイール内周側に対して外周側の方が、超砥粒層の周方向長さが長くなるように、任意の頂点を内周側に向け、その対角側の辺を外周側に向けるように各チップが配置されたことを特徴とする鏡面加工用カップ型超砥粒ホイール。
【請求項２】
上記チップの断面形状である略三角形状の各辺の交点を、上記チップの断面形状である略三角形状の内接円半径未満で、０．３ｍｍ以上の円弧で補間したことを特徴とする請求項１記載の鏡面加工用カップ型超砥粒ホイール。
【請求項３】
上記チップの断面形状である略三角形状の各辺の曲率半径を、ホイール外周半径以下とし、かつ、各辺の交点を補間する円弧より大きくしたことを特徴とする請求項１または２記載の鏡面加工用カップ型超砥粒ホイール。
【請求項４】
上記超砥粒層の全作用面の面積は、超砥粒ホイールが回転することによって形成される作用面の面積に対して、２０〜６０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鏡面加工用カップ型超砥粒ホイール。
【請求項５】
上記超砥粒の平均粒径が０．１〜４０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鏡面加工用カップ型超砥粒ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン、ガラス、セラミックス、フェライト、水晶、超硬合金等、半導体材料、半導体部品、電子材料、電子部品、ウェーハ等に用いられる硬脆材料を鏡面加工するために用いられるカップ型超砥粒ホイールに関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体における高集積化やセラミックス、ガラス、フェライトなどの加工において急激な技術革新により超精密化の動きが加速し、高精度な鏡面加工が要求されている。この鏡面加工は一般にラッピング加工と呼ばれる研削加工で、ラップ定盤と工作物との間にラップ液に混合した遊離砥粒の転動作用と引っかき作用により工作物を削り、高精度な鏡面を得る加工法である。しかし、ラッピング加工では遊離砥粒を多く使用するために作業環境が悪化し、さらに使用済みの遊離砥粒と切り屑とラップ液の混合物、すなわちスラッジと呼ばれるものが大量に発生し、その処理において公害発生が大きな問題となっていた。
【０００３】
この遊離砥粒を用いた研削方法を改め、固定された微粒超砥粒による鏡面加工法の研究開発が盛んに行われている。固定された微粒超砥粒による鏡面加工法としては、平均粒径が数μｍの超砥粒を弾性的に保持したレジンボンド超砥粒ホイールによる加工法や、メタルボンド超砥粒ホイールを電解によりボンド材を溶かしながらドレッシングして研削するようにしたＥＬＩＤ研削加工法などが良く知られている。
【０００４】
しかし、レジンボンド超砥粒ホイールにおいては、結合材の弾性変形量が大きい上に砥石磨耗が大きいので、加工面の形状精度が低下しやすい。そのため、頻繁にツルーイング・ドレッシングをしなければならない問題があった。一方、メタルボンド超砥粒ホイールにおいては、ボンド材が高強度であるため一般にドレッシングが難しく、適度に砥粒脱落をさせて自生発刃作用を促すには高い負荷を砥粒に与える必要があるので超精密加工には不向きである。そのため、超精密加工においては、切れ味が低下する問題があった。
【０００５】
切れ味の問題を解決する方法としては、切り屑の排出性に優れ、適度な自生作用を有するビトリファイドボンドを使い、さらに超砥粒層の面積を小さくして高い加工面圧を得ながら、切り屑および冷却水の排出経路を確保することが考えられる。例えば、ビトリファイドボンドの超砥粒層に多数の溝を形成し、研削に作用する超砥粒層が相互に隙間をあけて形成されるような超砥粒層とした超砥粒ホイールを使えば、遊離砥粒加工を固定砥粒加工化できるだけでなく、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールをダイヤモンドロータリードレッサ（以下、ＲＤと呼ぶ）でツルーイング・ドレッシングすることによって、切れ味が極めて良好で、寿命の長い鏡面加工用ビトリファイドボンド超砥粒ホイールとすることができる。これは、ビトリファイドボンドの大きな容量の気孔が、チップポケットの役割を果たし、切り屑の排出を促して高能率加工を可能にし、高品位な工作物の表面粗さを得ることができるためである。
【０００６】
上記の鏡面加工用ビトリファイドボンド超砥粒ホイールでは、セグメント状の超砥粒としている。しかし、セグメントの大きさや形状によっては、鏡面加工中に破砕や脱落した超砥粒あるいは加工屑が超砥粒層と工作物との間に挟まり、工作物表面にスクラッチが発生する場合があり、スクラッチを除去する加工工程で時間がかかるという問題も起こりうる。
【０００７】
上記の問題を解決するものとして、本出願人がＰＣＴ／ＪＰ０１／０６８８７（国際公開ＷＯ０２／２２３１０号公報）において鏡面加工用超砥粒ホイールを提案した。この超砥粒ホイールは、図３に示すように超砥粒層として板状の超砥粒層を山形に曲げたものを台金の端面に相互に間隔をあけて配置したものであり、鏡面加工中に発生する破砕や脱落した超砥粒あるいは加工屑の排出性を向上させ、スクラッチが発生しにくく効率のよい加工をできるようにしたものを考案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記公報に記載された超砥粒ホイールを用いて、ウェーハ片面あるいは両面の平面研削を行った場合、非常に高品質な鏡面を得ることができたが、台金の端面に台金と同一中心の円環状に配置された超砥粒層がウェーハ加工面の回転中心近傍に常に作用するため優先的に加工が進み、ウェーハ加工面の回転中心に微小な凹部が発生する。その結果、凹部近傍の平坦度が低下し、半導体材料としての品質を損なう問題が新たに発生した。 
【０００９】
上記ウェーハ凹部発生を抑制する方法として、本出願人は特願２００４−４０２３３１において、超砥粒層を、台金の半径方向に対して、両側対象で適切な角度の直線により構成される環状に配列し、ウェーハ中心部における凹部発生を低減させる方法を提案した。この超砥粒ホイールを用いれば、超砥粒層がウェーハ加工面の回転中心近傍に断続的に作用し、集中的な加工の進展を防ぐことができたため、ウェーハ中心部における凹部発生を低減できた。
【００１０】
しかし、ウェーハ平坦度の要求精度は著しく高まる傾向にある。その場合、上記方法を用いてもウェーハ要求精度を十分に満足させることは非常に困難となった。そこで、発明者らは、平面加工機の動作や挙動特性などを詳細に分析した。その結果、超砥粒層とウェーハの任意の部分加工面との接触頻度以外にも、ウェーハ中心部凹部発生の原因があることを発明者らは見いだした。
【００１１】
平面加工の特徴としては、超砥粒ホイールの超砥粒層の作用面が、ウェーハ加工面に対して、微小な角度を設けるように、機械側で設定されていることである。本来、ウェーハの形状精度が最も向上する必要条件は、超砥粒ホイールの超砥粒層が、ウェーハ加工面と完全に平行であることである。しかし、実際にはスピンドル支持剛性に優れた平面加工機においても、ウェーハ加工中にホイールから加工面圧を受けて、スピンドル支持部が送りとは逆方向に弾性変形し、それとともにホイールの加工面が傾く現象が起こる。そのため、予め弾性変形を見込んで、スピンドル軸を傾ける方法が採用されている。
【００１２】
平面加工機において、加工中のスピンドル支持部の弾性変形を見込んで、スピンドル軸を傾けた場合、加工初期は、ホイールの超砥粒層はウェーハの中心部近傍から片当たりする状態となり、ホイール側は外周部から超砥粒層の摩耗が始まる。そして、加工中盤に向けて砥石の送りが進むと、超砥粒層とウェーハとの接触面積が大きくなり、ホイールが受ける加工面圧もそれとともに大きくなる。加工面圧が大きくなると、スピンドル軸は予め傾けられた方向とは逆方向に弾性変形し、加工終盤にはホイールの超砥粒層の作用面とウェーハ加工面とが平行になり、超砥粒層の内周側まで摩耗が進展しながら、ウェーハは平坦に仕上げられる。このような加工機の挙動を考慮すれば、加工初期のホイール外周部で起こる超砥粒層の摩耗と、加工中盤から終盤におこるホイール内周側に進展する超砥粒層の摩耗との大小関係が、ウェーハの連続加工性能に大きく依存することとなる。すなわち、加工中盤から加工終盤での内周側摩耗の進展が遅く、加工初期の外周部摩耗を除去しきれなかった場合、ウェーハ数枚加工ごとにホイール外周から内周部への摩耗サイクルが循環することとなり、超砥粒層内周部だけで加工した場合に現れる切れ味の低下や、摩耗量の増大を引き起こす問題が起こる。そのため、加工初期においてホイールの外周部の超砥粒層は、ウェーハへの食いつきを抑えながら、速やかに加工中盤から終盤の状態に移行するように、超砥粒層の形状を設計する必要がある。
【００１３】
以上のようなことから、本発明の目的は、加工面の平坦度向上を行う場合のウェーハ中心部における凹部発生を低減させる鏡面加工用ビトリファイドボンド超砥粒ホイールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の鏡面加工用ビトリファイドボンド超砥粒ホイールの第１の特徴は、カップ型ホイール台金の端面に、超砥粒を結合材で保持するチップが一列の円環状に固着されており、上記チップのホイール回転軸に直行する断面形状は略三角形状であり、さらに、ホイール内周側に対して外周側の方が、超砥粒層の周方向長さが長くなるように、任意の頂点を内周側に向け、その対角側の辺を外周側に向けるように各チップを配置したことである。
【００１５】
このようにすることにより、予めスピンドル軸支持部の弾性変形を見込んで、スピンドル軸に傾きをもたせた加工条件において、加工初期にホイール外周部の超砥粒層だけが接触した状態でも、接触面の加工面圧を抑えることができるので、ウェーハ中央部の除去量を抑えることができる。この効果として、ウェーハ中央部の凹部抑制が可能となる。
【００１６】
第２の特徴は、上記各辺の交点を、上記チップの断面形状である略三角形状の内接円半径未満で、０．３ｍｍ以上の円弧で補間したとしたことである。
【００１７】
チップの略三角形状において、各辺の交点を円弧補間した場合、各円弧の半径を大きくしすぎると、チップの剛性が高くなりウェーハへのなじみが悪くなる。一方、小さすぎる場合、応力集中が起こるためチップが偏摩耗する要因となる。上記補間する円弧の半径を、チップ断面形状の内接円の半径未満で、かつ、０．３ｍｍ以上とすることで、ウェーハへのなじみを確保しつつ、チップの偏摩耗を抑制することができる。チップの偏摩耗は、切れ味の低下を引き起こし、ウェーハ中央部の凹部発生の要因となる。したがって、チップの偏摩耗を抑制できれば、ウェーハ中央部の凹部抑制にいっそう効果的である。
【００１８】
第３の特徴は、上記超砥粒層の略三角形状における各辺がホイール外周半径以下で、かつ、各辺の交点を補間する円弧より大きい曲率半径の曲線で構成されることである。
【００１９】
超砥粒層の外周部に向けられた曲線形状の辺でウェーハからの加工面圧を受け止めれば、超砥粒層とウェーハとの接触面圧を緩和させることができる。そのため、ウェーハへの砥石の食いつきを低減でき、砥石が食いつかない状態で接触面積が増大するので、速やかにスピンドル支持部の弾性変形へ至る。このような機構で、ウェーハ中央部の凹部発生を低減させることができる。さらに、砥石の作用面とウェーハの加工面とが平行になり、チップの偏摩耗を防止できるので、安定した切れ味を持続させることができ、しいてはウェーハの全体の平坦化に結びつく。
【００２０】
第４の特徴は、上記超砥粒層の全作用面の面積を、超砥粒ホイールが回転することによって形成される作用面の面積に対して、２０〜６０％としたことである。このようにすることで、超砥粒層の作用面の面積率を低減し、超砥粒１個あたりに作用する力を大きくするなどの制御を行うことができ、研削性を向上させることができるともに、超砥粒ホイールの自生作用を円滑に行うことができる。
【００２１】
なお、上記超砥粒層の全作用面積は、好ましくは４０〜６０％、より好ましくは４５〜５５％とするのが望ましい。このようにすることで、本発明の超砥粒ホイールは、コンティニュアスタイプの超砥粒層に対して１．７〜２．５倍の加工圧力が各超砥粒層の作用面に加わることになり、切れ味の良好な状態を持続することができる。
【００２２】
第５の特徴は、超砥粒の平均粒径を０．１〜４０μｍとしたことである。鏡面加工用超砥粒ホイールのボンドとして、好ましいビトリファイドボンドを用いるときは、含有する超砥粒としてレジンボンド用合成砥粒が適している。レジンボンド用合成砥粒は、メタルボンド用合成砥粒やソーブレード用合成超砥粒に比較して、破砕性が高いので、ＲＤによるツルーイング・ドレッシングにより超砥粒先端に微小な切れ刃を形成させるのに特に好適である。
【００２３】
レジンボンド用合成ダイヤモンド砥粒として、ＧＥスーパーアブレイシブ社製では、ＲＶＭ、ＲＪＫ１、トーメイダイヤ株式会社製では、ＩＲＭ、デ・ビアース社製では、ＣＤＡなどが適用できる。ＣＢＮ砥粒としては、ＧＥスーパーアブレイシブ社製では、ＢＭＰ１、昭和電工株式会社製では、ＳＢＮＢ、ＳＢＮＴ、ＳＢＮＦなどが適用できる。
【００２４】
ツルーイング・ドレッシングするには、ＲＤを用いるのが能率、成形精度を考慮すると最も好ましいが、ＲＤの替わりにダイヤモンド粒度が＃３２５〜＃４０００で、ダイヤモンド砥粒の先端部高さのバラツキをなくしたメタルボンド砥石または電着砥石を用いることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の超砥粒ホイールの１つの実施の形態を示す図である。図１に示すように、超砥粒ホイールは、アルミ合金等から形成されたカップ状の台金２の一方端面上に台金と同心の円環状に超砥粒層１が固着されている。超砥粒層の厚みを規定する面、すなわち厚み方向に沿った面が、台金の端面に形成された所定幅の溝に固着されている。上記円環状に配置された超砥粒層の断面形状は略三角形状であり、その各辺は曲線で構成され、各辺同士の交点は円弧で補間される。上記円環上において、超砥粒層は円弧で補間された略三角形状の頂点が台金の内周側に向けられ、台金の外周側に曲線で構成される辺が向くように配置される。
【実施例】
【００２６】
シリコンウェーハを本発明のカップ型超砥粒ホイールで研削加工した。ホイールサイズは外径４００ｍｍ、砥石幅をＵ１＝３．６ｍｍとした。各チップは、砥石幅の中央が、台金と同一中心の半径１９７．９ｍｍの円周上に一致するように、円周等配で２２５個配置した。チップの略三角形状の各辺を構成する円弧の半径をＲ１＝５０ｍｍ、各円弧の交点を補間する円弧の半径をＲ２＝１ｍｍとした。ウェーハサイズは外径３００ｍｍとした。この場合、砥石幅の中央とウェーハの中央が一致するように、ウェーハとホイールとの軸間距離を設定した。ホイール回転数は２０００／ｍｉｎ、工作物回転数は６／ｍｉｎ、総切り込み量は０．０１ｍｍ、切り込み速度０．０１ｍｍ／ｍｉｎ、スパークアウトを３０秒とした。加工完了後、シリコンウェーハの断面形状を測定したところ、回転中心部において約０．１μｍの凹部が発生していることが判明した。
【比較例】
【００２７】
シリコンウェーハを本発明のカップ型超砥粒ホイールで研削加工した。ホイールサイズは外径４００ｍｍ、砥石幅をＵ２＝３．６ｍｍとした。各チップは、砥石幅の中央が、台金と同一中心の半径１９７．９ｍｍの円周上に一致するように、円周等配で２２５個配置した。チップは外形Ｄ１＝３．６ｍｍの円形状とした。ウェーハサイズは外径３００ｍｍとした。この場合、砥石幅の中央とウェーハの中央が一致するように、ウェーハとホイールとの軸間距離を設定した。ホイール回転数は２０００／ｍｉｎ、工作物回転数は６／ｍｉｎ、総切り込み量は０．０１ｍｍ、切り込み速度０．０１ｍｍ／ｍｉｎ、スパークアウトを３０秒とした。加工完了後、シリコンウェーハの断面形状を測定したところ、回転中心部において約０．５μｍの凹部が発生していることが判明した。
【００２８】
以上説明したように、本発明の鏡面加工用超砥粒ホイールは、シリコン、ガラス、セラミックス、フェライト、水晶、超硬合金等、半導体材料、半導体部品、電子材料、電子部品、ウェーハ等の硬脆材料を高品位に鏡面加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の超砥粒ホイールの１つの実施の形態を示した平面図である。
【図２】図１の超砥粒ホイールの超砥粒層部分を示した拡大平面図である。
【図３】従来の超砥粒ホイールの例を示した平面図である。
【図４】図３の超砥粒ホイールの超砥粒層部分を示した拡大平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    超砥粒ホイール
２    超砥粒層
３    台金
４    取付穴
【図１】
2005262370.tif 000003
【図２】
2005262370.tif 000004
【図３】
2005262370.tif 000005
【図４】
2005262370.tif 000006