JP2014061585A - 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てウエハを研削加工する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度でウエハを研削することが可能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てウエハを研削加工する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、平均粒径１μｍ以下の超砥粒３をビトリファイドボンド２によって結合した超砥粒層６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６は、気孔５が５０〜７０容量％と、ビトリファイドボンド２が５〜２０容量％と、Ａｌ₂Ｏ₃４が５〜３０容量％を含む、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールである。
【選択図】図１

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、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てウエハを研削加工する方法に関するものである。

超砥粒（ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒）、一般砥粒（ＳｉＣ砥粒、Ａｌ₂Ｏ₃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 特開２００６−２０３１３２号公報

しかしながら、従来の平均粒径が１μｍ以下の超微粒の超砥粒を用いたビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいてウエハ等を研削加工すると、工作物であるウエハに研削焼けが発生する問題や、研削性能が安定しない問題が発生することがあった。

特に、先行文献に記載されている通り、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に含まれる気孔が７５〜９５容量％まで高まると超砥粒層の機械的強度が著しく低下する。この原因により、研削液の影響や、研削抵抗等の外力の影響を受けて超砥粒層が欠損する問題があった。さらに欠損した超砥粒層の微砕粉が工作物との間に挟まって、工作物にスクラッチ傷を発生する問題もあった。

そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、高精度でウエハを研削することが可能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てウエハを研削加工する方法を提供することを目的とするものである。

本発明に従ったビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、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、超砥粒層では、気孔の割合が５０〜７０容量％、ビトリファイドボンドの割合が５〜２０容量％、Ａｌ₂Ｏ₃の割合が５〜３０容量％であり、残部が平均粒径１μｍ以下の超砥粒である。

好ましくは、Ａｌ₂Ｏ₃は、α-Ａｌ₂Ｏ₃である。
好ましくは、Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径は、超砥粒の平均粒径の２００％以下である。

好ましくは、ビトリファイドボンドの軟化温度は５００〜９００℃である。
好ましくは、シリコン、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、およびＧａＮからなる群より選ばれた少なくとも一種を含むウエハの研削加工に用いられる。

本発明に従った研削加工方法は、上記のいずれか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、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、およびＧａＮからなる群より選ばれた少なくとも一種を含むウエハを研削加工する方法である。

この発明の実施の形態に従ったビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層切断面の一部分を拡大して示す図である。 この発明に従ったビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いたウエハの研削加工方法を示す斜視図である。

図１は、この発明の実施の形態に従ったビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層切断面の一部分を拡大して示す図である。図１を参照して、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、平均粒径１μｍ以下の超砥粒３をビトリファイドボンド２によって結合した超砥粒層６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６は、気孔５が５０〜７０容量％と、ビトリファイドボンド２が５〜２０容量％と、Ａｌ₂Ｏ₃４が５〜３０容量％を含む、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールである。

気孔５が５０容量％未満では、ボンドの後退性を悪化させ切味低下の原因となる。７０容量％を超えると、超砥粒層６の機械的強度が低下して超砥粒層６が欠損する原因となる。

ビトリファイドボンド２が５容量％未満では超砥粒層６の機械的強度が低下して超砥粒層６が欠損する原因となる。２０容量％を超えるとボンドの後退性を悪化させ切味低下の原因となる。

Ａｌ₂Ｏ₃４が５容量％未満であれば、フィラーとしての作用が不十分となり切味低下の原因となる。３０容量％を超えるとボンドの後退が促進されるためホイールの寿命を短くする原因となる。

なお、超砥粒層６は、気孔５が５５〜７０容量％と、ビトリファイドボンド２が５〜１５容量％と、Ａｌ₂Ｏ₃４が１０〜３０容量％を含む、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールであることがより好ましい。

さらに、超砥粒層６は、気孔５が５５〜７０容量％と、ビトリファイドボンド２が５〜１５容量％と、Ａｌ₂Ｏ₃４が１０〜２５容量％を含む、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールであることが最も好ましい。

超砥粒３、気孔５、ビトリファイドボンド２、Ａｌ₂Ｏ₃４の容量％を広範囲に変化させることができるので、工作物の種類、研削条件、および研削装置などの種類に最も適合するホイールの仕様を選択することができる。

特に、カップ形ホイール（例えば、ＪＩＳ Ｂ４１３１で規定されている、タイプ６Ａ２など）によって、ロータリーテーブル方式の縦軸平面研削装置で工作物を平面研削加工する際には、超砥粒層６と工作物の接触面積が大きくなっても良好な切れ味を長期間に渡って持続させることが可能なホイールの仕様を選択することができる。

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、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。

ＳｉＯ₂：３０〜５０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２〜１０質量％、Ｂ₂Ｏ₃：４０〜６０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）：１〜１０質量％、Ｒ₂Ｏ（Ｒ₂Ｏは、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏより選ばれる１種類以上の酸化物）：２〜５質量％。

なお、言うまでも無く、本発明には上記以外のビトリファイドボンドであっても適用することができる。

本発明は、詳しくは、Ａｌ₂Ｏ₃４は、α-Ａｌ₂Ｏ₃であるビトリファイドボンド超砥粒ホイールである。α-Ａｌ₂Ｏ₃を適用することにより、シリコン、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、ＧａＮなどのウエハを高精度かつ高能率に研削加工することができる。

α-Ａｌ₂Ｏ₃を超砥粒層６に添加することで、超砥粒層６の機械的強度を低下させることなく、超砥粒の集中度を低くすることができる。この結果、難削な材質のウエハであっても、研削加工中において研削抵抗を下げることが可能となり、安定した切れ味を長時間に渡って持続させることができる。

本発明は、詳しくは、Ａｌ₂Ｏ₃４の平均粒径は、超砥粒３の平均粒径の２００％以下であるビトリファイドボンド超砥粒ホイールである。２００％を超えると、ボンドの後退性を悪化させるので切味低下の原因となる。

Ａｌ₂Ｏ₃４の平均粒径は、超砥粒３の平均粒径の５％以上７０％以下であることが好ましく、より好ましくは５％以上６０％以下、最も好ましくは５％以上５０％以下である。５％未満ではフィラーとしての作用をしなくなり切味低下の原因となる。

本発明のビトリファイドボンド超砥粒ホイール１において、好ましくは、ビトリファイドボンド２の軟化温度は５００〜９００℃であるビトリファイドボンド超砥粒ホイール１である。

特に、シリコン、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、ＧａＮ等の各種ウエハを研削加工する際には、ビトリファイドボンド２の軟化温度は５００〜８００℃であることがより好ましく、５００〜７００℃であることが最も好ましい。

なお、ビトリファイドボンド２の軟化温度が５００℃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熱損傷を受けるので好ましくない。

本発明は、詳しくは、シリコン、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、ＧａＮ等の各種ウエハの研削加工に用いられるビトリファイドボンド超砥粒ホイールを提供する。

本発明は、詳しくは、本発明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、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、ＧａＮ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、安定した良好な切れ味を長期間に渡って持続させることができる。

図２は、この発明に従ったビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いたウエハの研削加工方法を示す斜視図である。図２を参照して、この発明の実施の形態に従ったビトリファイドボンド超砥粒ホイール１はロータリーテーブル２０上のウエハ３０と接触する。ビトリファイドボンド超砥粒ホイール１には矢印Ａで示す方向に荷重が加えられ、かつ、矢印Ｒ１で示す方向に回転する。ロータリーテーブル２０は矢印Ｒ２で示す方向に回転する。これにより、工作物としてのウエハ３０表面を、ビトリファイドボンド超砥粒ホイール１で研削加工することができる。

（実施例１）
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の組成は以下の通りである。

ＳｉＯ_２：４０．５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：６．５質量％、Ｂ_２Ｏ_３：４８．２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）：１．８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）：３．０質量％。

超砥粒としては、平均粒径１μｍのダイヤモンド砥粒を用いた。
まず、超砥粒層を製造するために、ダイヤモンド砥粒を１９容量％と、平均粒径０．１μｍのα-Ａｌ₂Ｏ₃を１１容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔形成材と、バインダーを加えて混合し、乾燥、粉砕して所定の造粒粉を得た。次に、チップ状の成形体にプレスで成形し、大気雰囲気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において温度７５０℃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、在来砥石を用いてツルーイング・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３００ｍｍ、超砥粒層の幅は３ｍｍ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は、ダイヤモンド砥粒を１９容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を１１容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を６０容量％とから構成されることが確認できた。ここで上述した内容については、予め準備した超砥粒層の切断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果である。

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、直径３インチの単結晶ＳｉＣウエハの平面研削加工を行って、本発明の効果を確認した。

その結果、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。モーターの負荷電流値（研削時の電流値と、無負荷時の電流値の差）は４．５Ａ、超砥粒層の厚み方向の摩耗はウエハ１枚当たり８μｍ、除去率（工作物の加工による厚みが減少した寸法を、ホイールが切り込んだ寸法で割った値の％表示）５３％であった。

（実施例２）
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は、ダイヤモンド砥粒を９容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を２１容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を６０容量％とから構成される。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味はさらに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はさらに少なかった。モーターの負荷電流値は２．４Ａ、超砥粒層の厚み方向の摩耗はウエハ１枚当たり２μｍ、除去率５３％であった。

（実施例３）
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は、ダイヤモンド砥粒を５容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を２５容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を６０容量％とから構成される。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は実施例２よりも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は実施例２よりもさらに少なかった。モーターの負荷電流値は２Ａ、超砥粒層の厚みの摩耗はウエハ１枚当たり１μｍ、除去率３０％であった。

（実施例５）
実施例５のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を１９容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を１１容量％と、ビトリファイドボンドを８容量％と、気孔を６２容量％とから構成される。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は１．５Ａ、超砥粒層の厚みの摩耗はウエハ１枚当たり１４μｍ、除去率１６％であった。

（実施例６）
実施例６のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を９容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を２１容量％と、ビトリファイドボンドを８容量％と、気孔を６２容量％とから構成される。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は１．５Ａ、超砥粒層の厚みの摩耗はウエハ１枚当たり１０μｍ、除去率２５％であった。

（実施例７）
実施例７のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を１７容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を１３容量％と、ビトリファイドボンドを１１容量％と、気孔を５９容量％とから構成される。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は２．４Ａ、超砥粒層の厚みの摩耗はウエハ１枚当たり７μｍ、除去率３８％であった。

（実施例８）
実施例８のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を１４容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を１６容量％と、ビトリファイドボンドを１１容量％と、気孔を５９容量％とから構成される。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は１．８Ａ、超砥粒層の厚みの摩耗はウエハ１枚当たり４μｍ、除去率３６％であった。

（比較例１）
さらに、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、ダイヤモンド砥粒を３０容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を６０容量％とから構成される。ただし、α-Ａｌ₂Ｏ₃をまったく含有しない。その他の仕様は実施例１と同一である。

そして、実施例１と同一の条件で実験を実施した。
その結果、実施例１〜３に比較して、切れ味は良好ではなく、超砥粒層の厚み方向の摩耗量は大きかった。モーターの負荷電流値は５Ａ、超砥粒層の厚みの摩耗はウエハ１枚当たり１０μｍ、除去率２４％であった。

実施例１から３、５から８および比較例１の内容を表１および２に示す。

（実施例４）
本発明の実施例４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の組成は以下の通りである。
ＳｉＯ₂：４０．５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：６．５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：４８．２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）：１．８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）：３．０質量％。

超砥粒としては、平均粒径１μｍのダイヤモンド砥粒を用いた。
まず、超砥粒層を製造するために、ダイヤモンド砥粒を２５容量％と、平均粒径０．１μｍのα-Ａｌ₂Ｏ₃を１５容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔形成材と、バインダーを加えて混合し、乾燥、粉砕して所定の造粒粉を得た。次に、チップ状の成形体にプレスで成形し、大気雰囲気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において温度７５０℃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、在来砥石を用いてツルーイング・ドレッシングを行い、実施例４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３ｍｍ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は、ダイヤモンド砥粒を２５容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を１５容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を５０容量％とから構成されることが確認できた。ここで上述した内容については、予め準備した砥粒層の切断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果である。

この実施例４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、直径１２インチの単結晶Ｓｉウエハの平面研削加工を行って、本発明の効果を確認した。

その結果、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。モーターの負荷電流値（研削時の電流値と、無負荷時の電流値の差）は９．９Ａ、超砥粒層の厚み方向の摩耗はウエハ１枚当たり３．２μｍであった。

（実施例９）
実施例９のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を９容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を２１容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を６０容量％とから構成される。その他の仕様は実施例４と同一である。

そして、実施例４と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は６．５Ａ、超砥粒層の厚み方向の摩耗はウエハ１枚当たり４．３μｍであった。

（実施例１０）
実施例１０のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を５容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を２６容量％と、ビトリファイドボンドを９容量％と、気孔を６０容量％とから構成される。その他の仕様は実施例４と同一である。

そして、実施例４と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は６．９Ａ、超砥粒層の厚み方向の摩耗はウエハ１枚当たり１２．３μｍであった。

（実施例１１）
実施例１１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を２０容量％と、α-Ａｌ₂Ｏ₃を１２容量％と、ビトリファイドボンドを８容量％と、気孔を６０容量％とから構成される。その他の仕様は実施例４と同一である。

そして、実施例４と同一の条件で実験を実施した。
その結果、切れ味は良好で安定しており、モーターの負荷電流値は７．７Ａ、超砥粒層の厚み方向の摩耗はウエハ１枚当たり１１．７μｍであった。

（比較例２）
さらに、比較例２のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールは、ダイヤモンド砥粒を４０容量％と、ビトリファイドボンドを１０容量％と、気孔を５０容量％とから構成される。ただし、α-Ａｌ₂Ｏ₃をまったく含有しない。その他の仕様は実施例４と同一である。

そして、実施例４と同一の条件で実験を実施した。
その結果、実施例４に比較して、切れ味は良好ではなく、２枚目のウエハを加工している途中でモーターの負荷電流値が急激に上昇して、加工継続が困難となり、加工を中断した。

実施例４，９，１０，１１および比較例２の結果を表３および表４に示す。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、ガラス、各種セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、窒化ガリウム等の穿孔加工に用いられることが考えられる。

１ ビトリファイドボンド超砥粒ホイール、２ ビトリファイドボンド、３ 超砥粒、４ Ａｌ₂Ｏ₃、５ 気孔、６ 超砥粒層、２０ ロータリーテーブル、３０ ウエハ。

Claims (6)

1. 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、
   前記超砥粒層では、
   気孔の割合が５０〜７０容量％、
   ビトリファイドボンドの割合が５〜２０容量％、
   Ａｌ₂Ｏ₃の割合が５〜３０容量％であり、
   残部が平均粒径１μｍ以下の超砥粒である、ビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
2. 前記Ａｌ₂Ｏ₃は、α-Ａｌ₂Ｏ₃である、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Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径は、前記超砥粒の平均粒径の２００％以下である、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. 前記ビトリファイドボンドの軟化温度は５００〜９００℃である、請求項１から３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. シリコン、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、およびＧａＮからなる群より選ばれた少なくとも一種を含むウエハの研削加工に用いられる、請求項１から４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. 請求項１から４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、サファイヤ、単結晶ＳｉＣ、およびＧａＮからなる群より選ばれた少なくとも一種を含むウエハを研削加工する方法。

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