(57)【要約】      （修正有）【課題】鏡面研削加工を行う際に、砥粒層の侵食を抑制し、ウェーハにスクラッチを生じない鏡面加工用ホイールを得ることである。【解決手段】砥粒層の研削に用いる砥粒層の作用面および、基台３と固着する固着面との両方を除く砥粒層表面に、結合材と略等しい材質か、結合材よりも材料強度の低い材質を用いて被覆する。砥粒層に被覆する皮膜２の厚さは、０．００５〜０．５ｍｍとする。皮膜の材質は研削能力に影響を及ぼさない樹脂が適している。結合材がビトリファイドボンドの場合は、上薬であってもよい。樹脂の種類としては、加工中に熱の影響を受けにくいポリイミド樹脂が最も好ましい。【選択図】図１
2007090444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒、結合材、その他添加物から成る成形体を砥粒層として、前記砥粒層を金属製のカップ型ホイールの基台に固着してなるホイールであって、
前記砥粒層の研削に用いる砥粒層の作用面および、前記基台と固着する固着面との両方を除く砥粒層表面に、結合材と略等しい材質か、結合材よりも材料強度の低い材質を用いて被覆したことを特徴とする、鏡面加工用ホイール。
【請求項２】
前記砥粒層に被覆する皮膜の厚さは、０．００５〜０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の鏡面加工用ホイール。
【請求項３】
前記皮膜の材質は、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鏡面加工用ホイール。
【請求項４】
前記砥粒層に使用する結合材は、ビトリファイドボンドあるいは、樹脂であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鏡面加工用ホイール。
【請求項５】
前記砥粒層に使用する砥粒は、ダイヤモンドであることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鏡面加工用ホイール。
【請求項６】
前記砥粒の平均粒径が０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鏡面加工用ホイール。
【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、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、鏡面加工用ホイールに関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体の高集積化が進む中、セラミックス、ガラス、フェライトなどの加工において超精密化へ向けた動きが加速してきた。研削加工においても、高精度な鏡面加工が要求されている。研削による鏡面加工は、一般にラッピング加工と呼ばれ、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、ラッピング加工は、遊離砥粒を多く使用する方法であるために、作業環境が悪く公害問題に発展する欠点がある。それは、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するためである。スラッジ内の遊離砥粒や切り屑の分離は非常に困難であり、加工油剤のリサイクルも難しい。そのため、分離しきれていない遊離砥粒や切り屑が残留したスラッジを廃棄することに問題がある。
【０００３】
この遊離砥粒を用いた研削方法を改め、砥粒を工具に固定した固定砥粒方式による研削加工に関する研究開発が盛んに行われている。この方式により鏡面加工を行う方法として、微粒超砥粒を用いたホイールを用いる方法がある。用いるホイールとしては、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あるいはビトリファイド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ホイール磨耗が大きいので、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肝要である。例えば、ビトリファイドボンドの砥粒層に多数の溝を形成し、研削に作用する砥粒層が相互に隙間をあけて形成されるような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、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ホイールでは、セグメント状の超砥粒層としている。しかし、セグメントの大きさや形状によっては、鏡面加工中に発生する破砕や脱落した超砥粒あるいは切り屑が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発生していた。
【０００７】
上記の問題を解決するものとして、本出願人は、板状の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、鏡面加工中に発生する破砕や脱落した超砥粒あるいは切り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提案した。
（特許文献１参照）
【０００８】
上記公報に記載された超砥粒ホイールを用いて、ウェーハの片面、両面の平面研削を行った場合、非常に高品位な鏡面を得ることができた。
しかし、要求される工作物表面品位も高くなり、ポリシングに近い表面品位が求められている。その場合は、平均粒径１μｍ以下の超微粒の超砥粒を用い、優れた自生発刃を行うように硬さを調整したビトリファイドボンドのホイールを用いる。超微粒の超砥粒を用いながら自生発刃を促すためには、個々のチップ状の砥粒層に切り欠き溝を設ける方法がとられる。このような自生発刃に優れた砥粒層においては、クーラントノズルから加工点に向けて噴射される加工油剤の流れにより砥粒層側面が侵食されることがあり、特にセグメントを形成した場合に、各々の切り欠き部の稜線近傍を起点として侵食が生じる。砥粒層に侵食が生じると、加工油剤とともに流れ落ちた砥粒層の一部が研削面に干渉し、ウェーハの研削を行ったときに、工作物の表面にスクラッチを生じさせるという問題が新たに発生した。
【０００９】
上記侵食を抑制するためには、多孔質のビトリファイドボンドを補強する必要がある。高能率加工用途におけるビトリファイドボンドホイールの補強方法としては、ホイールを構成する気孔に、熱硬化性樹脂を含侵、硬化させたビトリファイドボンドホイールが提案されている。前記ホイールの組織には、界面活性剤や、固体潤滑剤を含むものが提案されている。このようにすることにより、ビトリファイドボンドホイールを構成する気孔の内部に切り屑が堆積することも防止することが可能となり、研削性能を損なわずに、ビトリファイドボンドホイールの補強が可能となるというものである。
（例えば、特許文献２、３参照）
【００１０】
しかし、鏡面加工においては、ビトリファイドボンドホイールを構成する大容量の気孔が、切り屑を効果的に排出するために重要な存在であり、前記気孔に樹脂等を含侵させると適度な自生発刃を伴う連続加工が不可能となる。したがって、気孔に含侵させる材料として、熱硬化性樹脂以外にも様々なものが提案されているが、鏡面加工を高能率に行うためには、気孔内部に補強材料を含侵させることは得策ではない。
（例えば、特許文献４〜７参照）
【００１１】
前記侵食防止を目的とした補強方法は、補強部材である皮膜自体には強度を持たせないため、防水処理に似通う点がある。防水構造の例として、通液機能を有するビトリファイドボンドホイールにおいては、ホイールの側面部に通液抑制層を設ける目的で、前記ホイール側面部のみの気孔内部にビトリファイド結合材を含侵させ、気孔率を低下させるビトリファイドボンドホイールが提案されている。しかし、前記通液抑制層は、ビトリファイドボンドホイールの気孔率を下げる方法が採用されているため、一部研削性能の異なる領域を存在させることとなるため、鏡面加工には不向きである。
（例えば、特許文献８参照）
【００１２】
また、気孔の内周部のみに、フェノール樹脂をコーティングする方法も提案されている。この方法によれば、ビトリファイドボンドホイールの研削性能を損なわずに研削液による侵食を抑えることが可能である。しかし、鏡面加工用ビトリファイドボンドホイールでは、砥粒の粒度が非常に微細であり、それに伴い気孔やボンドを含めた組織も微細構造となる。そのため、微細な気孔内の表面部だけに樹脂を含侵させながら、コーティングすることは非常に困難である。
（例えば、特許文献９参照）
【００１３】
一方、ホイール表面に樹脂等をコーティングする方法も提案されている。しかし、前記コーティングされた樹脂にも砥粒を含む構造であるうえ、内部の金属結合材で構成されるホイールの気孔部には樹脂が充填されるため、鏡面加工には非常に不向きである。
（例えば、特許文献１０参照）
【００１４】
さらに、作用するホイール面以外のホイール面を絶縁性材料により被覆する方法が提案されているが、電解ドレッシング用ホイールを対象としている。
（例えば、特許文献１１参照）
【００１５】
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ  ０２／２２３１０  Ａ１
【特許文献２】特許第３３７３７９７号公報
【特許文献３】特許第３５５３８１０号公報
【特許文献４】特開２００４−１４２０８５号公報
【特許文献５】特開平４−１１１７７７号公報
【特許文献６】特開昭４７−２２５８６号公報
【特許文献７】特公昭３０−３２９３号公報
【特許文献８】実開平６−８３２５７号公報
【特許文献９】特開平８−２７６３６５号公報
【特許文献１０】特開２０００−１９８０７５号公報
【特許文献１１】特許第３３２４７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
鏡面加工において、ビトリファイドボンドホイールの研削性能を損なわずに、ホイールの侵食を防止して加工性能を向上させるためには、ビトリファイドボンドホイールの組織を変えずにホイールを補強する方法が必要となる。
以上のようなことから、本発明の目的は、加工面のスクラッチ低減、表面品位向上可能な鏡面加工用ビトリファイドボンドホイールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の鏡面加工用ホイールの第１の特徴は、カップ型ホイールの台金に、砥粒層が固着してなるホイールにおいて、砥粒層の研削に用いる砥粒層の作用面および、前記基台と固着する固着面との両方を除く砥粒層表面に、結合材と略等しい材質か、結合材よりも材料強度の低い材質を用いて被覆したことである。
このようにすることにより、クーラントノズルから噴射された加工油剤による砥粒層の侵食を抑えることができるので、侵食により加工油剤とともに流れ落ちた砥粒層の一部が研削面と工作物との間に介在することがなくなる。この効果として、工作物のスクラッチを抑制することが可能となる。
砥粒層は、圧縮成形や加熱成形により成形されるが、一体物の成形体により、表面だけを高強度化することは非常に困難である。また、侵食の防止が目的であるため、高強度部分の厚さは薄いほうが望ましく、また、侵食する面だけに高強度部を設ける必要がある。もし、研削面に高強度部を形成すると、研削で用いる前に高強度部を除去する必要がある。そのため、成形後に成形体の必要な表面だけに、被覆する方法が最良の方法である。
【００１８】
第２の特徴は、前記砥粒層に被覆する皮膜の厚さは、０．００５〜０．５ｍｍであることである。０．００５ｍｍよりも薄くすると、構造的に弱い部位となるため、衝撃等で欠損することがある。０．５ｍｍ以上にすると、高強度部が研削能力に影響を及ぼすことがあり、特に自生発刃を妨げる要因になる。皮膜の厚さは、０．０１〜０．４ｍｍであることがより好ましく、０．０５〜０．４ｍｍであることが最も好ましい。
【００１９】
第３の特徴は、前記皮膜の材質は樹脂であることである。研削能力に影響を及ぼさないための材質として樹脂が適しているが、砥粒層の結合材がビトリファイドボンドの場合は、上薬であってもよい。樹脂の種類としては、加工中に熱の影響を受けにくいポリイミド樹脂が最も望ましいが、フェノール樹脂やエポキシ樹脂、ゴム、ＰＶＡ、その他エラストマー特性を持つ高分子材料であってもよい。ポリイミド樹脂としては、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｕｍｍｉｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のポリイミドワニスで、スカイボンド、パイヤーＭＬ、あるいは、ファインケミカルジャパン社のポリイミド樹脂コーティング剤で、ファイン・ポリイミドワニスを用いることができる。
【００２０】
第４の特徴は、前記砥粒層に使用する結合材は、ビトリファイドボンドであることである。ビトリファイドボンドが最も望ましいが、ポリイミドやフェノールなどの樹脂あるいは、ゴム、ＰＶＡなどその他エラストマー特性を持つ高分子材料であってもよい。
【００２１】
第５の特徴は、前記砥粒層に使用する砥粒は、ダイヤモンドであることである。ビトリファイドボンドとの組み合わせで、ダイヤモンド砥粒を使用することが最も望ましいが、樹脂やＰＶＡなどの結合材を使用する場合には、砥粒も軟質のものを選択するほうが良い場合がある。例えば、ＣＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２などでも良い。これらの砥粒とビトリファイドボンドを組み合わせることも可能である。
【００２２】
第６の特徴は、前記砥粒の平均粒径が０．０１〜１μｍであることを特徴とする。好ましくは、０．０１〜０．８μｍ、より好ましくは、０．０１〜０．５μｍとしたほうがよい。
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では、ＩＲＭ、エレメントシックス社製では、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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砥粒層１が固着されている。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砥粒層には、切り欠き状の溝が形成されている。さらに、砥粒層の研削に用いる作用面および、前記基台と固着する固着面との両方を除く砥粒層表面には、ポリイミド樹脂により被覆が施されている。
【実施例１】
【００２４】
シリコンウェーハを本発明のカップ型ホイールで研削加工した。ホイールサイズは外径２５０ｍｍ、ホイール幅を３ｍｍとした。各チップは、平均粒径０．４μｍのダイヤモンド砥粒を用い、ビトリファイドボンドで結合したホイールであり、外周面を除く側面をポリイミド樹脂で被覆した。ウェーハサイズは外径３００ｍｍとした。この場合、ホイール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３０００／ｍｉｎ、工作物回転数は１００／ｍｉｎ、総切り込み量は０．００５ｍｍ、切り込み速度０．０１８ｍｍ／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表面粗さＲａを測定したところ、０．００３８μｍであることが判明した。
【比較例１】
【００２５】
シリコンウェーハを本発明のカップ型ホイールで研削加工した。ホイールサイズは外径２５０ｍｍ、ホイール幅を３ｍｍとした。各チップは、平均粒径０．４μｍのダイヤモンド砥粒を用い、ビトリファイドボンドで結合したホイールであり、側面には一切の表面処理を施さなかった。ウェーハサイズは外径３００ｍｍとした。この場合、ホイール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３０００／ｍｉｎ、工作物回転数は１００／ｍｉｎ、総切り込み量は０．００５ｍｍ、切り込み速度０．０１８ｍｍ／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表面粗さＲａを測定したところ、０．０５５９μｍであることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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、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】
【００２７】
【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図である。
【図２】従来の超砥粒ホイールの例を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    超砥粒層
２    皮膜
３    台金
【図１】
2007090444.tif 000003
【図２】
2007090444.tif 000004