JP2012200831A - 超砥粒ホイールおよびそれを用いた研削加工法 - Google Patents

Abstract

【課題】超砥粒をビトリファイドボンドで結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいて、研削加工を継続しても、研削抵抗値が低い値で安定し切れ味の良好なビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いた研削加工法を提供する。
【解決手段】超砥粒層には分散して配置された球状の小径気孔と、分散して配置された球状の中径気孔と、分散して配置された球状の大径気孔を含む。小径気孔はビトリファイドボンドが微少破砕して切れ味を維持することに作用し、中径気孔は超砥粒層の気孔率を上げることに作用し、大径気孔は切り屑の排出をスムーズにすることに作用する。小径気孔の平均気孔径は０．１〜２μｍ、中径気孔の平均気孔径は１０〜５０μｍ、大径気孔の平均気孔径は８０〜２００μｍであることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有する、有気孔のビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いた研削加工法に関する。

超砥粒（ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒）、一般砥粒（ＳｉＣ砥粒、ＡＬ_２Ｏ_３砥粒）などを砥粒とし、これらをビトリファイドボンドで結合したビトリファイドボンドホイールが知られている。

特開昭５４−３９２９２号公報 特開昭５９−１６１２６９号公報 特開平３−１８４７７１号公報

しかしながら、従来のビトリファイドボンドホイールで研削加工を行うと、研削加工を継続するにつれて、研削抵抗値が高くなり、しかも研削抵抗値が安定しない問題が発生することがあった。

上記の問題点を解決するために、本発明は、超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、超砥粒層には分散して配置された球状の小径気孔と、分散して配置された球状の中径気孔と、分散して配置された球状の大径気孔を含むことを特徴とする有気孔のビトリファイド超砥粒ボンドホイールである。
本発明は、超砥粒層に均一分散して配置された球状の小径気孔と中径気孔と大径気孔を含むことにより、超砥粒層が摩耗する過程において、超砥粒層に露出する気孔の総面積がほぼ一定であるので、超砥粒層が工作物に作用する面積が変化しない特長がある。従って、研削加工を継続しても、常に切れ味が良好で、研削抵抗値が低い値で安定する特長を有する。
本発明には、公知の組成のビトリファイドボンドを適用することができる。例えば、特開昭５４−３９２９２号公報の特許請求の範囲に開示されている以下の組成のビトリファイドボンドを適用することが可能である。
ＳｉＯ_２：４０〜６０質量％、ＡＬ_２Ｏ_３：２〜１４質量％、Ｂ_２Ｏ_３：９〜２５質量％、Ｐ_２Ｏ_５：１〜８質量％、ＲＯ（ＲＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯより選ばれる１種類以上の酸化物）：３〜１４質量％、Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏより選ばれる１種類以上の酸化物）：２〜４質量％、Ｚｒ_２Ｏ：２〜２０質量％
より具体的には、特開昭５４−３９２９２号公報の実施例１に開示されている表１のＮｏ.１〜Ｎｏ.８の組成のビトリファイドボンドを適用することができる。言うまでもなく、本発明に適用できるビトリファイドボンドは、これらの組成に限定されることはなく、その他の公知の組成であっても適用可能である。

本発明において、球状とは、断面が略円形または略楕円形であり、その短径ａと長径ｂの比ａ／ｂの平均値（以下、「真球度」という。）が０．５以上１以下のものを指す。従って、厳密な真球状、楕円球状などの、断面が数学的に厳密な円または楕円になる様な立体形状を、要求するものではない。本発明において用いられる小径気孔と中径気孔と大径気孔の真球度は、０．６〜１．０であることが好ましく、０．８〜１．０であることがより好ましい。
真球度を測定するには、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層をダイヤモンドロータリドレッサ等によって精度よくツルーイングする。そしてツルーイング完了後の超砥粒層の表面に露出した気孔の任意の１００カ所について、短径ａと長径ｂを測定し、その比（ａ／ｂ）の平均値を真球度とする。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの小径気孔の平均気孔径は０．１〜２μｍ、中径気孔の平均気孔径は１０〜５０μｍ、大径気孔の平均気孔径は８０〜２００μｍであることが好ましい。
本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおける気孔の大きさは、研削特性に大きな影響を与える要素であり、小径気孔の平均気孔径は０．２〜２μｍ、中径気孔は１５〜５０μｍ、大径気孔の平均気孔径は９０〜２００μｍであることがより好ましい。小径気孔の平均気孔径は０．３〜２μｍ、中径気孔は２０〜５０μｍ、大径気孔の平均気孔径は１００〜２００μｍであることが最も好ましい。
なお、小径気孔はビトリファイドボンドが微少破砕して切れ味を維持することに主として作用する。小径気孔の平均気孔径は０．１μｍ未満では微少破砕が低下するので好ましくなく、また２μｍを越えると微少破砕が行われなくなるので好ましくない。

そして、中径気孔は超砥粒層の気孔率を上げることに主として作用する。中径気孔の平均気孔径は１０μｍ未満では気孔率を上げるのに効果的ではないので好ましくなく、また５０μｍを越えると気孔率が高くなり過ぎるので好ましくない。

さらに、大径気孔は切り屑の排出をスムーズにすることに主として作用する。大径気孔の平均気孔径が８０μｍ未満では切り屑が目詰まりし易くなるので好ましくなく、また２００μｍを越えると研削面の表面粗さが粗くなるので好ましくない。

なお、気孔径を測定するには、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層をダイヤモンドロータリドレッサなどによって精度よくツルーイングする。ダイヤモンドドレッサの切り込みを停止後に十分なツルーイングアウトを行ってツルーイングを完了する。そして、ツルーイング完了後の超砥粒層の表面に露出した気孔の任意の１００カ所について、気孔に外接する円を測定し、その円の直径の平均値を平均気孔径とする。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいて、小径気孔と中径気孔と大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合は、４０〜８０容量％であることが好ましい。
なお、小径気孔と中径気孔と大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合が４０容量％未満では、発明の十分な効果が得られないため好ましくなく、８０容量％を越えるとビトリファイドボンド超砥粒ホイールの強度が著しく低下するので好ましくない。合計容量が超砥粒層に占める割合は、５０〜８０容量％であることがより好ましく、５０〜７８容量％であることが最も好ましい。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいて、すべての気孔は球状の気孔形成剤によって形成されていることが好ましい。
気孔形成剤は球状で、焼成過程で消失する材質がこのましい。材質としては、樹脂、カーボン、無機質の中空体などが好ましい。
さらに、気孔形成剤は球状であることが好ましい。本発明において、球状とは、断面が略円形または略楕円形であり、その短径ａと長径ｂの比（ａ／ｂ）の平均値（以下、「真球度」という。）が０．５以上１以下のものを指す。従って、厳密な真球状、楕円球状などの、断面が数学的に厳密な円または楕円になる様な立体形状を、要求するものではない。本発明において用いられる気孔形成剤の真球度は、０．８〜１．０であることが好ましく、０．９〜１．０であることがより好ましい。
気孔形成剤の真球度を測定するには、気孔形成剤が樹脂中に分散して硬化させた試料を平面研磨して、その気孔形成剤の断面観察を行うことにより測定する。研磨完了後に樹脂の表面に露出した気孔形成剤の１００カ所について、短径ａと長径ｂを測定し、その比（ａ／ｂ）の平均値を真球度とする。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいて、ビトリファイドボンドの軟化温度は６００〜９００℃であることが好ましい。
ビトリファイドボンドの軟化温度が６００℃未満では超砥粒の保持力が低下するために好ましくなく、９００℃を越えると超砥粒が焼成過程で熱損傷を受けるおそれがあり好ましくない。本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいて、ビトリファイドボンドの軟化温度は６５０〜９００℃であることがより好ましく、７００〜９００℃であることが最も好ましい。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、シリコン、サファイアおよび化合物半導体等の各種ウエハの研削加工に用いると、十分な発明の効果が得られるので好ましい。

さらに本発明は、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いてシリコン、サファイアおよび化合物半導体等の各種ウエハを研削加工する方法を提供する。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイールによれば、切れ味が良好で、研削抵抗値が低い値で安定するので良好な工作物の表面粗さが得られる。

発明を実施するための形態については、実施例で詳しく説明する。

本発明の実施例１のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの詳細は以下の通りである。
ビトリファイドボンドは、表１のＮｏ．１を用いた。即ち、ビトリファイドボンドの組成は以下の通りである。
ＳｉＯ_２：５１．４質量％、ＡＬ_２Ｏ_３：１１質量％、Ｂ_２Ｏ_３：１７．８質量％、Ｐ_２Ｏ_５：５．２質量％、ＲＯ（ＲＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯより選ばれる１種類以上の酸化物）：６．２質量％、Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏより選ばれる１種類以上の酸化物）：３．１質量％、Ｚｒ_２Ｏ：５質量％、その他：０．３質量％
超砥粒としては、平均粒径２μｍのダイヤモンド砥粒を用い、気孔形成剤として材質は樹脂、形状は球状で平均粒径２μｍ、３３μｍ、１５４μｍのものを用いた。
ビトリファイドボンドを２０容量％と、ダイヤモンド砥粒を４０容量％と、気孔形成剤を４０容量％と、公知のバインダーを加えて混合した後、チップ状の成形体にプレスで成形し、大気雰囲気中において脱バインダー処理を行い、引き続いて大気雰囲気中において温度８５０℃で焼成を行った。
焼成の完了したチップは、接着剤を用いてアルミニウム合金製の台金に接着し、その後、ツルーイングとドレッシングを行い、実施例１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。
ホイールのサイズは外径２００ｍｍ、超砥粒層の幅は４ｍｍ、超砥粒層の厚みは５ｍｍのセグメント型カップホイール（ＪＩＳ Ｂ４１３１ ６Ａ７Ｓ型）である。完成したビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの小径気孔の平均気孔径は１．７μｍ、中径気孔の平均気孔径は２９μｍ、大径気孔の平均気孔径は１４３μｍ、小径気孔と中径気孔と大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合は６７容量％であった。
この実施例１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを縦型ロータリーテーブル方式の平面研削盤に取り付け、シリコンウエハの研削加工を行って、本発明の効果を確認した。
研削加工を行ったところ、切れ味は良好で安定しており、しかも、超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工終了後に超砥粒層の厚み方向の摩耗量を測定したところ１．１μｍであった。また、研削加工中の主軸モータの電流値は７．３Ａであった。
ここでダイヤモンド砥粒の平均粒径は、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤシリーズで測定した平均粒径をいう。

本発明の実施例２のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの詳細は以下の通りである。
ビトリファイドボンドは、実施例１と同じ、表１のＮｏ．１を用いた。
超砥粒としては、平均粒径２μｍのダイヤモンド砥粒を用い、気孔形成剤として材質は樹脂、形状は球状で平均粒径１．５μｍ、４３μｍ、１８１μｍのものを用いた。その他はすべて実施例１と同じ仕様、条件で実施例２のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。
実施例１と同じ条件で研削加工を行ったところ、切れ味は良好で安定しており、しかも、超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工終了後に超砥粒層の厚み方向の摩耗量を測定したところ１．０μｍであった。また、研削加工中の主軸モータの電流値は７．２Ａであった。

本発明の実施例３のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの詳細は以下の通りである。
ビトリファイドボンドは、実施例１と同じ、表１のＮｏ．１を用いた。
超砥粒としては、平均粒径２μｍのダイヤモンド砥粒を用い、気孔形成剤として材質は樹脂、形状は球状で平均粒径１．５μｍ、１７μｍ、８６μｍのものを用いた。その他はすべて実施例１と同じ仕様、条件で実施例３のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。
実施例１と同じ条件で研削加工を行ったところ、切れ味は良好で安定しており、しかも、超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工終了後に超砥粒層の厚み方向の摩耗量を測定したところ１．２μｍであった。また、研削加工中の主軸モータの電流値は７．３Ａであった。

（比較例１）
一方、比較例１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、平均粒径２μｍのダイヤモンド砥粒を用い、気孔形成剤として材質は樹脂、形状は不規則形状で平均粒径１０４μｍのものを用い、その他はすべて実施例１と同じ仕様、条件で比較例１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。
そして実施例１と同様の研削加工を行ったところ、切れ味は不安定で、しかも、超砥粒層の厚み方向の摩耗量も大きかった。研削加工終了後に超砥粒層の厚み方向の摩耗量を測定したところ１．５μｍであった。また、研削加工中の主軸モータの電流値は８．５Ａであった。
実施例１、実施例２、実施例３、比較例１の結果を表２にまとめて示す。

本発明は、半導体分野での各種ウエハを研削加工する超砥粒ホイールやこの超砥粒ホイールを使った加工方法に利用できる。

Claims (7)

1. 超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、
   前記超砥粒層には分散して配置された球状の小径気孔と、球状の中径気孔と、球状の大径気孔を含むことを特徴とする、有気孔のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
2. 前記小径気孔の平均気孔径は０．１〜２μｍ、前記中径気孔の平均気孔径は１０〜５０μｍ、前記大径気孔の平均気孔径は８０〜２００μｍであることを特徴とする、請求項１記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
3. 前記小径気孔と、前記中径気孔と、前記大径気孔の合計容量が超砥粒層に占める割合は、４０〜８０容量％であることを特徴とする、請求項１または２記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
4. 前記小径気孔と前記中径気孔と前記大径気孔は球状の気孔形成剤によって形成されていることを特徴とする、請求項１から３記載のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
5. 前記ビトリファイドボンドの軟化温度は６００〜９００℃であることを特徴とする、請求項１から４記載のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
6. シリコン、サファイアおよび化合物半導体等の各種ウエハの研削加工に用いられることを特徴とする、請求項１から５記載のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
7. 請求項１から５記載のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いてシリコン、サファイアおよび化合物半導体等の各種ウエハを研削加工する方法。