JP2013163241A - 水晶ウェハ端面の研磨加工方法及び回転砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的且つ低コストの新規な水晶ウェハの端面を研磨加工する方法及びそれに用いる回転砥石を提供する。
【解決手段】水晶ウェハの端面を研磨加工するための回転砥石は，砥粒をメタルボンドで結合させた円環状のメタルボンド砥石部と，砥粒をレジンボンドで結合させた円環状のレジンボンド砥石部とを備え，メタルボンド砥石部とレジンボンド砥石部は同軸に積層されて固定される。比較的粒径の大きい砥粒を含むメタルボンド砥石部にて粗研磨を行い，続いて比較的粒径の小さい砥粒を含むレジンボンド砥石部にて鏡面研磨を行うことで，水晶ウェハの端面加工を，粗研磨から鏡面研磨まで一つの回転砥石で連続して行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は， 水晶ウェハ端面を研磨加工する方法及びそれに用いる回転砥石に関する。

従来の水晶ウェハ端面の研磨加工は，まず，砥粒の粒径が比較的大きい番手の小さい砥石（例えば＃４００〜＃１２００程度）にて粗研磨した後，特許文献１に開示されるごとく，仕上げ加工として，複数の水晶ウェハを既知のワックス材で貼り合わせて重ね，複数の水晶ウェハを一括して，複数の水晶ウェハの端面と研磨ブラシの間に遊離砥粒スラリーを注ぎ込みながら，回転する研磨ブラシを水晶ウェハ端面に接触させ，遊離砥粒スラリーによって，水晶ウェハ端面の鏡面研磨を行っている。

特開２００６−２３１４９６号公報

しかしながら，仕上げ加工として遊離砥粒スラリーによる鏡面研磨を行う場合，仕上げ加工に長時間を要するともに，研磨工程の途中で粗研磨から仕上げ加工へ研磨方法を変更することから端面加工の工程全体が長期化し，非効率化を招く。また，複数の研磨方式が必要なことから，端面加工のコスト増の要因ともなっている。

さらに，仕上げ加工に遊離砥粒スラリーを用いることから，その廃液処理も端面加工工程の長期化，非効率化，コスト増を招いている。

そこで，本発明の目的は，効率的且つ低コストの新規な水晶ウェハ端面の研磨加工方法及びそれに用いる回転砥石を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の回転砥石の第１の構成は，水晶ウェハの端面を研磨加工するための回転砥石において，砥粒をメタルボンドで結合させた円環状のメタルボンド砥石部と，砥粒をレジンボンドで結合させた円環状のレジンボンド砥石部とを備え，メタルボンド砥石部とレジンボンド砥石部は同軸に積層されて固定されることを特徴とする。

本発明の第２の回転砥石の構成は，上記第１の構成において，本発明の回転砥石は，さらに，回転中心軸に第一の貫通孔を有する第一の円盤プレートと，回転中心軸に第二の貫通孔を有し且つ第一の円盤プレートに同軸に交換可能に連結固定される第二の円盤プレートとを備え，メタルボンド砥石部及びレジンボンド砥石部は，それぞれ前記第一の円盤プレート及び前記第二の円盤プレートのいずれか一方及び他方の外周面に接合されることを特徴とする。

本発明の第３の回転砥石の構成は，上記第２の構成において，第一の円盤プレートは第一の貫通孔を取り囲む突出部を有し，第二の円盤プレートの第二の貫通孔は当該突出部に嵌合可能であることを特徴とする。

本発明の第４の回転砥石の構成は，上記第１乃至第３の構成のいずれか一つにおいて，メタルボンド砥石部及び／又はレジンボンド砥石部の外周端面は，それぞれ周方向に延びる溝部を有することを特徴とする。

本発明の第５の回転砥石の構成は，上記第１乃至第４の構成のいずれか一つにおいて，メタルボンド砥石部は，粒径が異なる砥粒を含む複数の砥石層から構成されることを特徴とする。

本発明の第６の回転砥石の構成は，上記第５の構成において，メタルボンド砥石部の外周端面は，各砥石層毎に周方向に延びる溝部を有することを特徴とする。

本発明の第７の回転砥石の構成は，上記第１乃至第６の構成のいずれか一つにおいて，レジンボンド砥石部の円環幅は，メタルボンド砥石部の円環幅より広いことを特徴とする。

本発明の水晶ウェハ端面の研磨加工方法は，砥粒をメタルボンドで結合させたメタルボンド砥石と水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行うメタルボンド砥石研磨工程と，砥粒をレジンボンドで結合させたレジンボンド砥石と水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行うレジンボンド砥石研磨工程からなる。

上記方法において，好ましくは，メタルボンド砥石研磨工程は，メタルボンド砥石を回転させ水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行い，レジンボンド砥石研磨工程は，メタルボンド砥石と同一の回転軸に配設したレジンボンド砥石を回転させ，レジンボンド砥石又は水晶ウェハを回転軸方向に移動させ，水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行う。

本発明によれば，粗研磨に適したメタルボンド砥石部と鏡面研磨に適したレジンボンド砥石部とが同軸に積層された回転砥石が提供されるので，水晶ウェハの端面加工を，遊離砥粒を用いることなく，粗研磨から鏡面研磨まで一つの回転砥石で連続して行うことができる。これにより，水晶ウェハの端面加工が効率化され，低コスト化を図ることができる。また，本発明の水晶ウェハ端面の研磨加工方法によれば，メタルボンド砥石及びレジンボンド砥石により水晶ウェハ端面が研磨され，遊離砥粒スラリーを用いた研磨を行わないため，廃液処理が不要となる。

本実施の形態における回転砥石の全体及び一部斜視図である。 本実施の形態における回転砥石の全体及び一部断面図である。 本実施の形態における回転砥石を用いた端面加工を模式的に示す図である。

以下，図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら，かかる実施の形態例が，本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１及び図２は，本発明の実施の形態における回転砥石の構成を示す図であり，図１は回転砥石の全体及び一部斜視図，図２は回転砥石の全体及び一部断面図である。

回転砥石１０は，同軸に連結固定可能な２つの円盤プレート１１，１２と，砥粒をメタルボンドで結合させたメタルボンド砥石部１３と，砥粒をレジンボンドで結合させたレジンボンド砥石部１４と有し，図１（ｂ）に示されるように，メタルボンド砥石部１３は円盤プレート１１の外周面に接合され，図１（ａ）に示されるように，レジンボンド砥石部１４は円盤プレート１２の外周面に接合されている。メタルボンド砥石部１３及びレジンボンド砥石部１４は，それぞれ円盤プレート１１及び円盤プレート１２の外周面に接着剤で接合される。なお，円盤プレート１１の外周面にレジンボンド砥石部１４が接合され，円盤プレート１２の外周面にメタルボンド砥石部１３が接合されてもよい。円盤プレート１１，１２は，アルミニウム又はステンレス鋼などの金属で形成される。

円盤プレート１１は，回転中心軸に第一の貫通孔１１ａと，当該第一の貫通孔１１ａを取り囲んで軸方向に突出する突出部１１ｂとを有する。円盤プレート１２は，回転中心軸に第二の貫通孔１２ａを有し，当該第二の貫通孔１２ａは，第一の円盤プレートの突出部１１ｂの外周形状に合うように形状決めされ，当該突出部１１ｂと嵌合し，図１（ｃ）に示されるように，両者は同軸に重ねられてネジやビスなどの固定手段により連結固定される。円盤プレート１１，１２には，それぞれ重ねると互いに合う位置にネジ穴１１ｃ，１２ｃが設けられている。

これにより，円盤プレート１１，１２は，同軸に一体化されるので，両砥石部１３，１４も同軸に配置され，メタルボンド砥石部１３からレジンボンド砥石部１４に研磨が移行する際にもアライアンス調整（軸合わせ）を不要とし，加工時間を短縮でき，高い加工精度を確保することができる。

図１（ｃ）に示されるように，２つの円盤プレート１１，１２の連結により，レジンボンド砥石部１４は，メタルボンド砥石部１３と軸方向に積層されて配設される。メタルボンド砥石部１３は，後述するように，粗研磨を行うための相対的に大きな粒径（小さい番手）の砥粒を有し，レジンボンド砥石部１４は，鏡面研磨（仕上げ加工）を行うための相対的に小さな粒径（大きい番手）の砥粒を有する。

粗研磨においては，端面のＲ加工も含めて固くもろい水晶ウェハを大きく研削するため，形状加工に適した硬い結合剤であるメタルボンドが好ましく，メタルボンドと大きな粒径の砥粒を組み合わせたメタルボンド砥石部１３が用いられる。メタルボンドへの砥粒の埋まり込みも少なく，目詰まりを起こしにくいため，砥石交換頻度を少なくすることができる。また，鏡面研磨においては，微細加工に適した柔らかい結合剤を用いるのが好ましく，メタルボンドよりも柔らかいレジンボンドと小さな粒径の砥粒を組み合わせたレジンボンド砥石部１４が用いられる。また，水晶ウェハの鏡面加工においては，研磨加工時の温度が高いため，フェノール系のレジンボンドよりも耐熱性の高いポリミド系のレジンボンドを用いるのが好ましい。

円盤プレート１１，１２は，図示されないネジやビスなどにより交換可能に連結固定されるので，メタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石部１４のいずれか一方を交換することができる。特に，レジンボンド砥石部１４は，メタルボンド砥石部１３よりも摩耗速度が速く，寿命が短いため，交換頻度が高い。円盤プレート１１，１２を交換可能に連結固定することで，交換頻度の異なるメタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石部１４とを単一に積層しても，それぞれの寿命に応じて交換可能となり，砥石を無駄なく活用することができる。

また，メタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石部１４の外径は同一であるが，レジンボンド砥石部１４の円環幅は，メタルボンド砥石部１３の円環幅よりも広く形成され，その幅差に合わせて，レジンボンド砥石部１４が接合される円盤プレート１２の外径は，メタルボンド砥石部１３が接合される円盤プレート１１の外径よりも小さく形成される。すなわち，外径が異なる円盤プレート１１と円盤プレート１２は，同軸に重ねられて連結固定されることで一体化され，相対的に小さい外径の円盤プレート１２の外周面にレジンボンド砥石部１４が接合され，相対的に長い外径の円盤プレート１１の外周面にメタルボンド砥石１３が接合される。レジンボンド砥石部１４は，メタルボンド砥石部１３よりも摩耗速度が速いため，レジンボンド砥石部１４の円環幅をメタルボンド砥石部１３の円環幅よりも広くすることで，レジンボンド砥石部１４の交換頻度を少なくできるなどメンテナンス効率が向上する。もちろん，両砥石部１３，１４の円環幅が同じであってもかまわない。その場合は，円盤プレート１１，１２の外径は同一であってもよい。

図２に示されるように，メタルボンド砥石部１３及びレジンボンド砥石部１４は，それぞれ軸方向に粒径が異なる複数層から構成される。図２（ｂ）は，図２（ａ）の点線囲み部分の拡大図である。図２（ｂ）に示される例では，メタルボンド砥石部１３は３層から構成され，例えば図面下から＃４００，＃８００，＃１２００の順に積層される。また，レジンボンド砥石部１４は２層から構成され，例えば図面下から＃１５００，＃３０００の順に積層される。レジンボンド砥石部１４とメタルボンド砥石部１３を通して，砥石は番手の小さいものから番手の大きいものの順に積層されている。両砥石部１３，１４における層数は任意であり適宜設計可能であるが，大きな加工量が発生する粗研磨では，砥石の負担が大きいので，本実施の形態例のように，メタルボンド砥石部１３の層数を，レジンボンド砥石部１４の層数よりも多くし細分化することが好ましい。

なお，上述の粒径の組み合わせ例においては，例えば，＃１５００までメタルボンド砥石部１３として形成することも可能である。すなわち，レジンボンド砥石部１４は，鏡面仕上げに適した最も粒径の小さい砥粒を有する少なくとも１層を有していればよい。一方，レジンボンド砥石部１４は，摩耗速度が速いため，交換頻度の観点からも，上述の組み合わせ例のように複数層設けられてもよい。

また，レジンボンド砥石部１４における最小粒径を＃３０００とすることで，表面粗さを表す指標Ｒａ（算術平均粗さ）を約１〜３ｎｍ程度にまで仕上げることができ，端面のクラック発生を防止し，歩留まりの向上に大きく貢献する。

粒径が異なる複数層のメタルボンド砥石部１３は，各層毎にそれぞれの粒径の砥粒（ダイヤモンドやＣＢＮ（立法晶窒化ホウ素）など），結合剤（メタルボンド），充填剤を混合した混合物を生成し，成型工程において，各層に対応する混合物を順に型に流し込み，積層させて成型し，その後，その成型物を所定温度で焼成することで作製される。砥粒，結合剤，充填剤の配合量及び配合比は適宜調整可能である。粒径が異なる複数層のレジンボンド砥石部１４も，メタルボンド砥石部１３と同様に，各層毎にそれぞれの粒径の砥粒，結合剤（レジンボンド），充填剤を混合した混合物を生成し，成型工程において，各層に対応する混合物を順に型に流し込み，積層させて成型した後，所定温度で焼成することで作製される。ただし，メタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石１４は，焼成温度など所定の作製条件が異なるため，メタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石部１４は別々に作製され，上述のように，両砥石部１３，１４がそれぞれが外周面に接続された円盤プレート１１，１２を同軸に重ねて固定させる。また，複数層のメタルボンド砥石部１４を，成型工程で積層するのではなく，焼成工程までの別々に作製した後，各層を積層して接着剤などで接合してもよい。レジンボンド砥石部１４についても同様に各層毎に焼成工程まで別々に作製してもよい。

また，図２（ｂ），（ｃ）に示されるように，メタルボンド砥石部１３及びレジンボンド砥石１４それぞれの各層の外周端面には，周方向に延びる溝部２０が形成される。図２（ｃ）は溝部２０の拡大断面図である。溝部２０は，水晶ウェハの端面の面取り加工（Ｒ加工又はＣ加工）を行うためのものであり，その深さ，幅，角度などの寸法は，適宜決定される。

レジンボンド砥石部１４の各層にも面取り加工用の溝部２０が形成されるので，遊離砥粒スラリーを用いずとも，水晶ウェハ端面の面取り加工された部分を砥石により鏡面研磨することができ，端面のクラックの発生を防止できる。

このように，本実施の形態では，固くもろい水晶ウェハの端面を形状加工（面取り加工）しさらに鏡面研磨するために，メタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石部１４とが積層されて一体化された単一の回転砥石を用いて，まず，比較的大きな粒径の砥粒と硬い結合剤であるメタルボンドを用いた砥石による粗研磨により形状（例えばＲ形状）を作り，その後，連続した工程により，比較的小さな粒径の砥粒と柔らかい結合剤であるレジンボンドを用いた砥石による研磨により鏡面仕上げを行う。

図３は，本実施の形態における回転砥石を用いた端面加工を模式的に示す図である。回転砥石１０は，円盤プレート１１の中心に形成された貫通孔１１ａを介して、回転軸に同軸に連結され、この回転軸が、例えばベルト機構を介してモーターなどの図示されない駆動源の作動により駆動されることによって，回転砥石１０は周回転する。

回転砥石１０におけるメタルボンド砥石部１３及びレジンボンド砥石部１４の各層は，上述したように，最下層より上層に向かって順に砥粒の粒径が細かくなっていくように積層されており，例えばねじ機構など図示しない移動手段により研磨対象の水晶ウェハを回転軸方向へ移動させて，回転砥石１０の外周面にある溝部２０に，水晶ウェハの端面を接触させ，研磨を行う。まず，水晶ウェハの端面を最下層（メタルボンド砥石部１３の最も粒径の大きい砥粒を有する砥石層）に接触させて研磨を行い，その後最下層から積層順に隣接する各層で順次研磨を行っていき，最後に最上層（レジンボンド砥石部１４の最も粒径の小さい砥粒を有する砥石層）での研磨加工を行う。こうして，粗研磨から鏡面研磨までを一つの回転砥石による同軸での研磨工程で行うことができるようになり，そのため，高い真円度を含め加工精度が格段に向上する。また，メタルボンド砥石部１３とレジンボンド砥石部１４とにより粗研磨から鏡面研磨まで行うことで，遊離砥粒スラリーを用いずに研磨加工が可能なことから，廃液処理も不要となる。さらに，メタルボンド砥石部１３による研磨からレジンボンド砥石部１４による研磨への移行の際，メタルボンド砥石部とレジンボンド砥石部１４とが同一の回転軸に配設されていることから，アライメント調整を必要としないため，研磨工程の時間が大幅に短縮され，高い真円度を含め加工精度が格段に向上する。

各層での研磨における回転砥石の回転速度及びステップ数（接触回数）などは，水晶ウェハのサイズや切削量などの諸条件を考慮して適宜最適な値に設定する。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１０：回転砥石，１１：円盤プレート，１１ａ：第一の貫通孔，１１ｂ：突出部，１１ｃ：ネジ穴，１２：円盤プレート，１２ａ：第二の貫通孔，１２ｃ：ネジ穴，１３：メタルボンド砥石部，１４：レジンボンド砥石部，２０：溝部

Claims (9)

1. 水晶ウェハの端面を研磨加工するための回転砥石において，
   砥粒をメタルボンドで結合させた円環状のメタルボンド砥石部と，
   砥粒をレジンボンドで結合させた円環状のレジンボンド砥石部とを備え，
   前記メタルボンド砥石部と前記レジンボンド砥石部は同軸に積層されて固定されることを特徴とする回転砥石。
2. 請求項１において，
   回転中心軸に第一の貫通孔を有する第一の円盤プレートと，回転中心軸に第二の貫通孔を有し且つ前記第一の円盤プレートに同軸に交換可能に連結固定される第二の円盤プレートとを備え，
   前記メタルボンド砥石部及び前記レジンボンド砥石部は，それぞれ前記第一の円盤プレート及び前記第二の円盤プレートのいずれか一方及び他方の外周面に接合されることを特徴とする回転砥石。
3. 請求項２において，
   前記第一の円盤プレートは前記第一の貫通孔を取り囲む突出部を有し，前記第二の円盤プレートの前記第二の貫通孔は当該突出部に嵌合可能であることを特徴とする回転砥石。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて，
   前記メタルボンド砥石部及び／又は前記レジンボンド砥石部の外周端面は，それぞれ周方向に延びる溝部を有することを特徴とする回転砥石。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて，
   前記メタルボンド砥石部の外周端面は，粒径が異なる砥粒を含む複数の砥石層から構成されることを特徴とする回転砥石。
6. 請求項５において，
   前記メタルボンド砥石部は，各砥石層毎に周方向に延びる溝部を有することを特徴とする回転砥石。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つにおいて，
   前記レジンボンド砥石部の円環幅は，前記メタルボンド砥石部の円環幅より広いことを特徴とする回転砥石。
8. 水晶ウェハの端面を研磨加工する方法において，
   砥粒をメタルボンドで結合させたメタルボンド砥石と水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行うメタルボンド砥石研磨工程と，
   砥粒をレジンボンドで結合させたレジンボンド砥石と水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行うレジンボンド砥石研磨工程からなる水晶ウェハ端面の研磨加工方法。
9. 請求項８において，
   前記メタルボンド砥石研磨工程は，メタルボンド砥石を回転させ水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行い，
   前記レジンボンド砥石研磨工程は，メタルボンド砥石と同一の回転軸に配設したレジンボンド砥石を回転させ，レジンボンド砥石又は水晶ウェハを回転軸方向に移動させ，水晶ウェハの端面を接触させて研磨を行う水晶ウェハ端面の研磨加工方法。

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