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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine tassenförmige Schleifscheibe zur Verwendung
beim Bearbeiten eines aus einer Aluminiumspritzgusslegierung, Gußeisen oder
dergleichen hergestellten Maschinenteils, und eine tassenförmige Schleifscheibe
zur Verwendung beim Abziehen einer Polierscheibe während der
CMP Bearbeitung eines Halbleiterwafers.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Diamantwerkzeuge
werden oft beim Bearbeiten von Aluminiumspritzgusslegierungen, Gusseisen,
etc. verwendet. Eine derartige Bearbeitung erfordert hohe Bearbeitungseffizienz
und günstige
(vorteilhafte) Arbeitsoberflächenrauigkeit
mit weniger Kratzern.
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Ein
Beispiel eines Fräswerkzeugs,
das hergestellt ist, hohe Bearbeitungseffizienz zu erreichen, ist
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-79772 beschrieben.
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Das
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-79772 beschriebene Fräswerkzeug ist ein Fräswerkzeug
mit einer Schleifkornschicht, oder einem Werkzeugbereich, welcher
ausgebildet ist, indem mittels Löten
Diamantkörner
an einer Stirnfläche
eines tassenförmigen
Kerns und an dessen äußerem Umfang
angeordnet werden, wobei: ein geneigter bzw. gekrümmter Bereich
an einem Teil der Stirnfläche
des Kerns ausgebildet ist, der näher
am äußeren Rand
liegt; Schleifkörner
im äußeren Rand
des Kerns und dem geneigten oder gekrümmten Bereich der Stirnfläche des
Kerns als Region zum Grobschleifen, in zum Grobschleifen geeigneter
Weise angeordnet sind; und Schleifkörner im flachen Teil der Stirnfläche des
Kerns als Region zum Schleifen in zum Schleifen geeigneter Weise
angeordnet sind. Bei diesem Fräswerkzeug
wird die Schleifkornschicht in ein Gebiet zum Grobschleifen und
ein Gebiet zum Schleifen aufgeteilt und in jeweils geeigneter Weise
mit Schleifkörnern
ausgestattet, so dass sowohl das Grobschleifen als auch das Schleifen gleichzeitig
mit einem eigenen Werkzeug mit erhöhter Bearbeitungseffizienz
durchgeführt
werden kann. Eine ähnliche
Schleifscheibe ist aus
JP
2002 263 937 A . bekannt, welche als der nächstliegende
Stand der Technik betrachtet wird.
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Inzwischen
verwenden Abrichtwerkzeuge für
CMP-Verfahren oft ein Abrichtwerkzeug mit fest an einem Grundkörper angebrachten
Diamantkörnern.
Diese Abrichtwerkzeuge erfordern eine hohe Schärfe damit Waferkratzer, die
von Kornbrüchen
und Ausbrüchen
herrühren,
seltener auftreten.
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Ein
Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren mit günstiger
Schärfe
und weniger Kornbrüchen
und Ausbrüchen
ist z. B. in den ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichungen
Nr. 2002-273657 und
2002-126997 beschrieben.
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Das
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-273657 beschriebene Abrichtwerkzeug für CMP-Verfahren
ist ein Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren, bei dem Schleifkörner
fest auf die Oberfläche
des Grundkörpers
aufgelötet
werden, wobei spezielle Kristallflächen dieser Schleifkörner in
einer bestimmten Orientierung angeordnet sind. Gemäß diesem
Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren sorgt das feste Auflöten der Schleifkörner für hohe Schärfe, und
die gemeinsame Ausrichtung der Orientierung der Kristallflächen der
Schleif körner
untereinander kann das Auftreten von Kornbrüchen während des Abrichtens niedrig halten.
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Ferner
ist das Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren, das in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-126997 beschrieben
ist, ein Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren, bei
dem Schleifkörner fest
mittels Löten
auf der Oberfläche
des Grundkörpers
fixiert sind, und eine Beschichtung, die als einen wesentlichen
Bestandteil Glas aufweist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten
in einem bestimmten Bereich liegen, auf die Oberfläche dieser
Lotwerkstoffschicht aufgebracht wird. Bei diesem Abrichtwerkzeug
für CMP-Verfahren wird eine
vorteilhafte Schärfe
erreicht, während
der Verschleiß der
Lotwerkstoffschicht und des Grundkörpermetalls durch das Schleifmittel
für das
CMP-Verfahren verschwindet, um Kornausfall zu vermeiden.
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Obwohl
das Fräswerkzeug
aus der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-79772 und das oben beschriebene Abrichtwerkzeug
für CMP-Verfahren
aus der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-273857 vorteilhafte Schleifeigenschaften haben,
besteht ein Kornausbruch-Problem. Wenn Kornausbruch während des
Schleifens auftritt, bewegen sich die Kornsplitter über die
Oberfläche
des zu schleifenden Werkstücks
als ob sie mitgeschleppt werden, mit dem Ergebnis, dass tiefe Kratzer
auftreten. Der Zeitpunkt, an dem Kratzer auftreten, die von Kornausbruch
herrühren,
ist schwer vorherzusagen, und das Auftreten von Kratzern kann nur
durch früheres
Ersetzen der Schleifscheibe verhindert werden, um Kornausbrüche auszuschließen. Demzufolge
wird die Scheibenlebensdauer kürzer,
was die Kosten für
Schleifscheiben erhöht.
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Die
Erfinder haben eine intensive Untersuchung des Kornausbrechphänomens beim
Schleifen mit einer Schleifscheibe untersucht, die Schleifkörner aufweist,
die fest an der Stirnflä che
ihres tassenförmigen Kerns
mittels Löten
angebracht sind, und haben bestätigt,
dass Kornausbruch verstärkt
im äußersten
Randbereich und innersten Randbereich der Kernstirnfläche auftreten,
d. h. in der Nähe
von Kanten. In der Nähe der äußeren Randkante
der Kernstirnfläche
angeordnete Schleifkörner
neigen dazu, während
der Bearbeitung auszubrechen, da die auf der Kernstirnfläche der äußeren Randseite
des Schleifkörpers
ausgebildete Lotwerkstoffschicht kürzere Säume hat, und der Lotwerkstoff
nicht über
genügend
Kraft zum Halten der Schleifkörner verfügt. In gleicher
Weise neigen auch die in der Nähe
der inneren Umfangskante der Kernstirnfläche angeordneten Schleifkörner dazu,
auszufallen, da der Lotwerkstoff an der inneren Umfangsseite der
Kernstirnfläche nicht über genügend Kraft
zum Halten der Schleifkörner
verfügt.
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Für herkömmliche
tassenförmige
Schleifscheiben sind keine Gegenmaßnahmen gegen Kornausbruch bekannt,
mit besonderer Beachtung des äußeren Randbereichs
und des inneren Randbereichs der Kernstirnfläche, sondern nur solche bei
denen das grundsätzliche
Ziel besteht, Kornausbrüche über die
gesamte Schleifkornschicht zu vermeiden, und es ist deshalb schwierig
gewesen, zuverlässig
Kornausbrüche
zu verhindern.
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Inzwischen
gilt das Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren aus der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-126997 als
effektive Einrichtung im Sinne der Verhinderung von Kornausbrüchen, wobei das
Problem besteht, dass das Auftragen der zusätzlichen Beschichtung auf die
Oberfläche
der Lotwerkstoffschicht die Überstandhöhen der
Schleifkörner
verringert und mit einer Abnahme an Schärfe einhergeht, und Spantaschen
zwischen Schleifkörnern
reduziert, was die Eignung Späne
auszuwerfen verringert.
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Man
kam zur vorliegenden Erfindung, um solche Probleme zu lösen, und
es ist somit deren Aufgabe, eine Schleifscheibe be reitzustellen,
die das Auftreten von Kratzern verhindern kann, die von Kornausbrüchen herrühren, um
eine günstige
Bearbeitungsoberfläche
sicherzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Schleifscheibe der vorliegenden Erfindung ist eine Schleifscheibe
mit einer Schleifkornschicht, welche ausgebildet ist, indem mittels
Löten Schleifkörner fest
an einer Stirnfläche
eines tassenförmigen
Kerns angebracht werden, wobei: eine in Umgebungsrichtung durchgehend
verlaufende Kerbe im Wesentlichen in einem mittleren Bereich der
Stirnfläche
des Kerns ausgebildet ist; und die Schleifkörner fest an einem Stirnflächenbereich
angebracht sind, der Gebiete ausschließt, die nahe am äußeren Rand
und am inneren Rand der Stirnfläche
und in einem Bereich nahe der Kerbe liegen, unter der Bedingung,
dass bei allen Schleifkörnern jeweils
ein Saum aus einer Lotwerkstoffschicht zum Halten der Schleifkörner eine
Länge aufweist,
die wenigstens einmal einer durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner entspricht.
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Das
Vorsehen der im Wesentlichen in dem mittleren Bereich der Stirnfläche des
Kerns in Umfangsrichtung durchgehend verlaufenden Kerbe kann die
Fähigkeit
verbessern, Späne
auszuwerfen, die während der
Bearbeitung erzeugt wurden. Außerdem
werden Späne
in der Kerbe aufgenommen, was das Auftreten von durch die Späne verursachten
Kratzern verhindert. Hierbei weist die Kerbe vorzugsweise einen
im Wesentlichen rechteckigen oder im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt
auf, wobei die Bodenkanten abgerundet sind. In Bezug auf die Kerbengröße ist,
obwohl abhängig
vom Material des zu schleifenden Werkstücks und der Breite der Kornanordnungsgebiete,
die Breite der Kerbe vorzugsweise größer als die Spanlänge. In
Zahlen ausgedrückt
fällt die
Breite der Kerbe vorzugsweise in den Bereich von etwa 2 bis 15 mm.
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Nun
sind die Schleifkörner
nicht in den Gebieten nahe dem Außenrand und nahe dem Innenrand
der Stirnfläche
und nahe dem Bereich mit der Kerbe angeordnet, sondern, diese Bereiche
ausschließend,
fest auf dem Stirnflächenbereich
angebracht, unter der Bedingung, dass bei allen Schleifkörnern jeweils
ein Saum aus einer Lotwerkstoffschicht zum Halten der Schleifkörner eine
Länge aufweist,
die wenigstens einmal der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner entspricht.
Somit verbessert sich die Kornhaltekraft und Kornausbruch kann während der
Bearbeitung verhindert werden, da die Lotwerkstoffschicht die Schleifkörner umgibt. Hierbei
zeigt die Länge
der Säume
aus der Lotwerkstoffschicht die Verteilung der Lotwerkstoffschicht
um die Schleifkörner
an. Für
die Schleifkörner,
die am äußersten
Rand des Bereichs für
Schleifkörner
angeordnet sind, wie in einer vergrößerten Teilansicht von 3 gezeigt,
bezieht sich die Länge
auf eine horizontale Distanz L zwischen einem Bondierungsgrenzpunkt 18 zwischen
einem Schleifkorn 12 und einer Lotwerkstoffschicht 17 und
dem Endpunkt 19 des Saums aus der Lotwerkstoffschicht 17.
Bei einem Bereich, so vorhanden, wo diese Saumlänge kürzer als die durchschnittliche
Korngröße der Schleifkörner ist,
kann ein Ausbrechen leicht aufgrund unzureichender Kraft zum Halten
der Schleifkörner
auftreten. Wird die Saumlänge
der Lotwerkstoffschicht übermäßig vergrößert, vergrößern sich
Bereiche der Gebiete nahe dem Außenrand und nahe dem Innenrand
der Stirnfläche
und nahe dem Bereich mit der Kerbe, wo keine Schleifkörner angeordnet
sind, in ihrer Fläche;
die Anzahl der an der Stirnfläche
angeordneten Schleifkörner
verringert sich, und die Belastung jedes individuellen Schleifkorns
erhöht
sich zusammen mit einem Abfall der Schärfe. Deshalb liegt die Saumlänge der
Grundmaterialschicht vorzugsweise innerhalb eines Bereichs bis zum
Dreifachen der Korngröße der Schleifkörner.
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Die
einzelnen Schleifkörner
sind in einem Abstand vom vorzugsweise Zwei- bis Dreifachen der
durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner angeordnet.
Wenn die Schleifkörner
in solchen Abständen
angeordnet sind, können
Spantaschen zuverlässig
sichergestellt werden, so dass Schleifkörner, selbst wenn sie ausbrechen,
durch diese Spantaschen ausgeworfen werden können, um das Auftreten von
Kratzern zu verhindern, die von Kornsplittern verursacht werden.
Wenn der Kornabstand geringer ist als das Zweifache der durchschnittlichen
Korngröße der Schleifkörner, wird
es schwierig, Kornsplitter auszuwerfen. Wenn der Kornabstand größer als
das Dreifache der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner wird,
wird die Bearbeitungsoberflächen-Rauigkeit
des zu schleifenden Gegenstands ungünstig hoch.
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Darüber hinaus
beträgt
die Dicke des Lotwerkstoffs in den flachsten Bereichen der Lotwerkstoffschicht zwischen
angrenzenden Schleifkörnern
vorzugsweise ein Drittel bis die Hälfte der durchschnittlichen
Korngröße der Schleifkörner. Wenn
die minimale Dicke der Lotwerkstoffschicht zwischen Schleifkörnern unter
einem Drittel der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner liegt,
wird die Kornhaltekraft kleiner. Über der Hälfte werden die Spantaschen
kleiner. Der oben genannte Bereich ist somit zu bevorzugen.
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Die
in Umfangsrichtung durchgehend verlaufende Kerbe ist in dem im Wesentlichen
zentralen Bereich der Stirnfläche
des Kerns ausgebildet, wodurch die Schleifkornschicht zweigeteilt
ist, nämlich
in das Gebiet innerhalb und das Gebiet außerhalb dieser Kerbe. Hierbei
können
die Korngröße und der
Abstand in dem die Schleifkörner
angeordnet sind, zwischen dem Gebiet innerhalb und dem Gebiet außerhalb
unterschiedlich sein, um eine funktionale Trennung zu erhalten,
dahingehend, dass das Gebiet außen
zum Grobschleifen und das Gebiet innen zum Feinschleifen dient.
In diesem Fall kann die Profilhöhe
der Kör ner
auf dem Innengebiet höher
sein als die Profilhöhe
der Körner
auf dem Außengebiet,
um die Bearbeitungsoberflächenrauigkeit
des zu schleifenden Gegenstands zu verbessern. Außerdem ist
es möglich,
Belastungen auf die an den Außenbereichen
angeordneten Schleifkörner
zu reduzieren, wenn das Innengebiet und das Außengebiet in ihren jeweiligen äußeren Bereichen
eine Schräge
aufweisen.
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Ferner
können
flache Bereiche an den Profilen der Schleifkörner auf der Innenseite ausgebildet
werden. Diese flachen Bereiche an den Profilen der Schleifkörner können durch
Abschneiden der Spitzen der Schleifkörner mit einem Diamantabrichter
ausgebildet werden. Die Menge der von den Schleifkörnern abzuschneidenden
Spitzen und die Flächen
der flachen Bereiche können über die
absolute Schnitttiefe des Diamantabrichters eingestellt werden.
Die Menge der von den Schleifkörnern
abzuschneidenden Spitzen beträgt vorzugsweise
5–30%
der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner, und
die Arbeitsoberflächenrauigkeit verbessert
sich deutlich, wenn die Menge der Abschnitte in diesen Bereich fällt. Wenn
die Menge der Abschnitte unter 5% der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner liegt,
ist der Effekt der Verbesserung der Oberflächenrauigkeit schwer zu erreichen. Über 30%
erhöht
sich der Widerstand beim Schleifen auf den bei geringerer Schärfe.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Schleifscheibe gemäß eines
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
einer Schleifkornschicht auf dem Werkzeug der Schleifscheibe;
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Werkzeugbereichs;
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4 ist
ein Diagramm, das die Resultate eines Schleifversuchs zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das die Resultate eines Schleifversuchs zeigt;
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6 ist
eine Darstellung, das den Aufbau des Werkzeugbereichs einer beim
Schleifversuch verwendeten Scheibe zeigt; und
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7 ist
eine Darstellung, das den Aufbau des Werkzeugbereichs an einer weiteren
beim Schleiftest verwendeten Scheibe zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Nachfolgend
wird die Schleifscheibe gemäß der vorliegenden
Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
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1 bis 3 zeigen
die Konfiguration einer Schleifscheibe gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Schleifscheibe gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine
vergrößerte Ansicht
einer Schleifkornschicht dieser Schleifscheibe, und 3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Werkzeugbereichs.
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In 1 weist
die Schleifscheibe 10 einen Werkzeugbereich auf, der dadurch
gebildet wird, indem Diamantschleifkörner 12 fest an einer
Stirnfläche
eines zylindrischen Kerns 11 mittels Löten fixiert werden.
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Der
Kern 11 ist ein Stahlkern, der insgesamt in Gestalt eines
kurzen Zylinders konfiguriert ist, und in der Mitte von dessen Boden
ist eine Befestigungsöffnung 11a zum
Befestigen an einer rotierenden Spindel einer Bearbeitungsmaschine
ausgebildet.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, sind die Schleifkörner 12 ausgerichtet
und fest an einer Stirnfläche 11b des
Kerns 11 angebracht, und eine in Umfangsrichtung durchgehend
verlaufende V-Querschnitts-Kerbe 13 ist in einem im Wesentlichen
zentralen Bereich der Stirnfläche 11b ausgebildet.
Die Schleifkörner 12 sind fest
an der Stirnfläche 11b,
die Kerbe 13 ausschließend,
in einem Stirnflächenbereich
angebracht, der Gebiete ausschließt, die nahe einem Außenrand 15,
nahe einem Innenrand 14 und nahe der Bereiche der Kerbe 13 liegen,
unter der Bedingung, dass bei allen Schleifkörnern 12 Säume aus
der Lotwerkstoffschicht zum Halten der Schleifkörner 12 eine wenigstens
einmal der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner entsprechende
Länge L
aufweisen. Bei dieser Schleifscheibe 10 ist es zur Vermeidung
von Kornausbrüchen
besonders wichtig, dass das Gebiet nahe dem Innenrand 14 und
das Gebiet nahe dem Außenrand 15 der
Stirnfläche 11b Gebiete 16 sind,
in denen die Lotwerkstoffschicht allein, ohne darin angeordnete
Schleifkörner 12,
ausgebildet ist. Bei herkömmlichen
Schleifscheiben sind Schleifkörner
auch in der Nähe
des Außenrandes
und in der Nähe des
Innenrandes der Stirnfläche
angeordnet worden, und die Kornhaltekräfte der Lotwerkstoffschicht
auf diese Schleifkörner
ist daher unzureichend gewesen, was Kornausbrüche während der Bearbeitung erleichtert
hat. Andererseits sind bei der Schleifscheibe 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung die Schleifkörner 12 nicht
nur in der Nähe
der Bereiche mit der Kerbe 13 ausgeschlossen, sondern auch
im Ge biet nahe dem Innenrand 14 und im Gebiet nahe dem
Außenrand 15 der
Stirnfläche 11b,
um ausreichende Kornhaltekräfte
der Lotwerkstoffschicht an allen angeordneten Schleifkörnern sicherzustellen,
so dass Kornausbrüche
während
der Bearbeitung verhindert werden.
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[Ausführungsbeispiel
1]
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Eine
Schleifscheibe mit einem Werkzeugbereich des in
3 gezeigten
Aufbaus (Erfindung 1) auf der Stirnfläche eines tassenförmigen Kerns
von 100 mm Außendurchmesser
wurde angefertigt. Zum Vergleich wurde eine Schleifscheibe mit dem
gleichen Kernaufbau mit einem Werkzeugbereich, der die in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-79772 (Vergleichsgegenstand 1) beschriebene Konstruktion aufweist,
angefertigt, und es wurde ein Vergleichstest zu Schleifeigenschaften
durchgeführt.
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Diamantkörner mit
einer Durchschnittskorngröße von 400 μm wurden
als Schleifkörner
verwendet, die systematisch in Abständen von 800 μm angeordnet
wurden. Lotwerkstoff, Aktivmetall enthaltend, wurde als Fixiermittel
verwendet, und die Dicke der Lotwerkstoffschicht um die Schleifkörner betrug
ca. 200 μm.
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Bei
der Erfindung 1 wurden die Schleifkörner von den Gebieten nahe
dem Außenrand
und nahe dem Innenrand der Kernstirnfläche und nahe den Bereichen
mit der Kerbe ausgeschlossen, und diese Gebiete nur mit Lotwerkstoff
waren 600 μm
breit.
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Mit
der Schleifscheibe gemäß der Erfindung
1 und dem oben beschriebenen Vergleichsgegenstand 1 wurde unter
folgenden Schleifbedingungen naß geschliffen.
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Zu schleifender Werkstoff/Gegenstand:
Aluminumspritzgußlegierung
ADC-14
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- Schleifmaschine: Bearbeitungszentrum
- Spindeldrehzahl: 5000 min–1
- Schnitttiefe: 0,3 mm/Durchgang
- Vorschub: 2000 mm/min
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Die
Erfindung 1 und der Vergleichsgegenstand 1 wurden an den Flächen untersucht,
die im vorhergehenden Schleifvorgang bearbeitet wurden, bevor sich
die Oberflächenrauigkeit
des zu schleifenden Werkstücks
verschlechterte. Tabelle 1 zeigt die Resultate. Tabelle 1
| | Leistungsaufnahme | Lebensdauer
(bearbeitete Fläche) | Oberflächenrauigkeit (maximale
Höhe von Profil
Rz) |
| Erfindung
1 | 100 | 300 | 3,5 μm |
| Vergleichsgegenstand
1 | 100 | 100 | 10 μm |
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Anmerkungen:
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- • Die
Leistungsaufnahme und die Lebensdauer werden als Indizes angegeben,
bei denen der Vergleichsgegenstand 1 100% darstellt.
- • Rz
ist durch JIS (Japanese Industrial Standards) B0601-2001 definiert.
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Beim
Vergleichsgegenstand 1 trat Kornausbruch an den Kanten der Kernstirnfläche auf,
und die maximale Profilhöhe
Rz überschritt
10 μm zu
dem Zeitpunkt, die als Lebensdauer bezeichnet wurde. Im Gegensatz
dazu hielt die Erfindung 1 die maximale Profilhöhe Rz bis oder unter 3,5 μm, selbst
wenn die bearbeitete Fläche
des Vergleichgegenstands 1 das Dreifache der Fläche erreicht oder überschritten
hatte.
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Diese
Ergebnisse bestätigten,
dass der Werkzeugaufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung das Auftreten von Kratzern verhindern kann, die von Kornausbruch
herrühren,
was eine Verbesserung der Lebensdauer und die Erhaltung einer günstigen
maximalen Profilhöhe
Rz ermöglicht.
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4 zeigt
ein Kornausbruchverhältnis
und eine Oberflächenrauigkeit,
wenn die Breite des Gebiets, das ohne Schleifkörner vorgesehen ist (zur Vereinfachung
nachfolgend als Pufferschicht bezeichnet), in den jeweiligen Gebieten
nahe dem Außenrand
und nahe dem Innenrand der Kernstirnfläche und nahe den Bereichen
mit der Kerbe im Bereich von Null bis zum Dreifachen der durchschnittlichen
Korngröße der Schleifkörner variiert
wird. Die Abszisse von 4 zeigt das Wie-Vielfache der
durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner die
Breite der Pufferschicht beträgt.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, nimmt der Kornausfall signifikant
ab, und eine günstige
maximale Profilhöhe
Rz wird gehalten, wenn die Breite der ohne Schleifkörner ausgestatteten
Pufferschicht im Bereich vom Ein- bis Dreifachen der durchschnittlichen
Korngröße der Schleifkörner liegt.
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5 zeigt
eine Bearbeitungsoberflächenrauigkeit
und den Spindellastfaktor der Schleifmaschine, wenn der Abrichtumfang
(die Abschnittmenge) beim Ausbilden von flachen Bereichen am Profil
der Schleifkörner
auf dem Innengebiet verändert
wird. Die Abszisse von 5 zeigt das Verhältnis des
Abrichtumfangs zur durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner.
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Wie
aus 5 ersichtlich, ist es möglich, wenn der Abrichtumfang
bei 5–30%
der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner eingestellt
ist, eine gewünschte
Oberflächenrauigkeit
zu erreichen und den Spindellastfaktor der Schleifmaschine zu reduzieren.
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[Ausführungsbeispiel
2]
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Eine
Schleifscheibe mit einem Werkzeugbereich, des in
6 (Erfindung
2) gezeigten Aufbaus auf der Stirnfläche eines tassenförmigen Kerns
mit 100 mm Außendurchmesser
wurde angefertigt. Zum Vergleich wurde eine Schleifscheibe mit gleichem
Kernaufbau mit einem Werkzeugbereich hergestellt, der den in der
ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-79772 (Vergleichsgegenstand
2) beschriebenen Aufbau aufweist, und es wurde ein Vergleichstest
zu Schleifeigenschaften durchgeführt.
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Im
Fall der Erfindung 2 war die Kerbe 13 im mittleren Bereich
eine 11 mm breite Kerbe mit einem rechteckigen Querschnitt. Feine
Diamantkörner 12 (durchschnittliche
Korngröße von 200 μm) wurden
auf einem 5,5 mm breiten Innengebiet bei 600 μm Kornabstand, 120 μm Dicke des
Lotwerkstoffs um die Schleifkörner,
und 350 μm
Breite der Pufferschicht angeordnet. Außerdem wurden die Profile der
Schleifkörner
in flache Bereiche zum Feinschleifen abgerichtet. Grobe Diamantkörner 12 (durchschnittlicher
Korndurchmesser von 400 μm) wurden
auf einem 5,5 mm breiten Außengebiet
zum Grobschleifen bei 900 μm
Kornabstand, 200 μm
Dicke des Lotwerkstoffs um die Schleifkörner, und 900 μm Dicke der
Pufferschicht angeordnet.
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Mit
den Schleifscheiben gemäß der Erfindung
2 und dem oben beschriebenen Vergleichsartikel 2 wurde unter den
gleichen Bedingungen wie den Schleifbedingungen des Ausführungsbeispiels
1 naß geschliffen, mit
der Ausnahme, dass der zu schleifende Werkstoff/Gegenstand ein Verbundwerkstoff
aus einer Aluminumspritzgußlegierung
und Gußeisen
war.
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Als
Ergebnis des Schleifens zeigte der Vergleichsgegenstand 2 das gleiche
Resultat wie das des Vergleichsgegenstands 1 im Ausführungsbeispiel
1, während
die Erfindung 2 keine Kornausbrüche
und kein Auftreten von Kratzern zeigte. Außerdem wur den während der
Bearbeitung erzeugte Späne
in der mittleren Kerbe eingefangen, um Spanfestfressungen zu verhindern,
die eine maximale Profilhöhe
Rz von 3 μm
oder weniger erreichen.
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[Ausführungsbeispiel
3]
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Ein
Abrichtwerkzeug für
CMP-Verfahren mit einem Werkzeugbereich des in 7 (Erfindung
3) gezeigten Aufbaus auf der Stirnfläche eines tassenförmigen Kerns
von 100 mm Außendurchmesser
wurde angefertigt. Zum Vergleich wurde ein Abrichtwerkzeug für CMP mit
der gleichen Kernkonfiguration mit auf der gesamten Stirnfläche angeordneten
Schleifkörnern
(Vergleichsgegenstand 3) hergestellt. Ein Halbleiterwafer CMP-Verfahrenstest
wurde durchgeführt,
während
die Polierscheibe mit diesen Abrichtwerkzeugen abgezogen wurde.
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Bei
der Erfindung 3 war die Kerbe 13 im mittleren Bereich eine
2 mm breite Kerbe mit einem rechteckigen Querschnitt. Die Diamantkörner 12 mit
einer durchschnittlicher Korngröße von 200 μm wurden
auf dem Innengebiet und dem Außengebiet
bei 750 μm
Kornabstand und 300 μm
Breite der Pufferschichten angeordnet.
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Die
Abrichtwerkzeuge der Erfindung 3 und der oben genannte Vergleichsgegenstand
3 wurden an einer CMP Maschine angebracht, und Halbleiterwafer wurden
CMP-bearbeitet, während
die Polierscheibe von diesen Abrichtwerkzeugen abgerichtet wurde.
Die Bearbeitungsbedingungen umfassten eine Abrichtdrehzahl: 100
min–1,
Tischdrehzahl: 100 min–1, Bearbeitungslast:
44N, Waferabmessungen: 40 × 40
mm, und Bearbeitungszeit: fünf
Stunden.
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Als
Ergebnis des Tests zeigte der Vergleichsgegenstand 3 bei Bearbeitung
des zweiten Wafers Kornausbrüche
am Außenrand
der Kernstirnfläche,
wobei große
Kratzer auf dem Wafer hinterlassen wurden. Vier große Kratzer
traten in den ersten 30 Minu ten auf, dann, schrittweise verringert,
einer pro 30 Minuten innerhalb der ersten zwei bis drei Stunden,
und keine mehr nach den ersten drei Stunden. Im Gegensatz dazu blieb
die Erfindung 3 frei von Kornausbrüchen, ohne jeden Kratzer auf
den Wafern, und zeigte eine stabile Polierscheibenspanrate. Außerdem wurden
Späne,
die während
der Bearbeitung erzeugt wurden, in der Kerbe im mittleren Bereich
eingefangen, um Spanfestfressungen zu vermeiden.
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Während hier
dargestellt worden ist, was derzeit als bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung betrachtet wird, ist klar, dass verschiedene Modifikationen
daraus ableitbar sind, und es sei darauf hingewiesen, dass die angefügten Ansprüche alle
derartigen Modifikationen abdecken, soweit sie im Bereich der Erfindung
liegen.