JP2016049579A - コアドリルおよびコアドリル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的短時間かつ低コストで、外周面が比較的平滑な円柱状部材を削り出すコアドリルおよびコアドリル装置を提供する。【解決手段】対象体を研削して円柱状部材を削り出すためのコアドリル１は、円筒状の基体部２と、前記基体部２の端部に取り付けられた、前記基体部２の中心軸Ｃと同心の第１内周面３ａを有する第１研削部３と、前記第１研削部３よりも前記基体部２の中心軸Ｃに沿った中央に近い側に配置された、前記基体部２の前記中心軸Ｃと同心の第２内周面４ａを有する第２研削部４とを備え、前記第２内周面４ａの直径の長さは前記第１内周面３ａの直径の長さ以下であって、前記第１研削部３に比べて前記第２研削部４の粒度がより大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、コアドリルおよびコアドリル装置に関する。

例えば、大型の塊状の対象体から、円板状のウエハを複数枚取得するための前駆体として円柱状のインゴットを削り出すコアリング方法が用いられている。例えば近年は、半導体装置の材料基板やＬＥＤ装置の材料基板となるアルミナ単結晶（以降、単にサファイアともいう）基板を取得するための前駆体として、大型の塊状のサファイアから円柱状のサファイアインゴットを削り出すコアリングも実用されている。例えば下記特許文献１には、円柱状のサファイアインゴットを削り出すためのコアドリル装置の一例が記載されている。図５は従来のコアドリル装置を用いたコアドリル法の一例を示す断面図である。図５に示すようにコアドリル法では、円筒状の基体部１０２の端部に研削部１０４を備えたコアドリル１００を中心軸回りに回転させながら中心軸に沿って移動させることで、対象体１０１から円柱状のインゴットを削り出していく。コアドリル１００と対象体１０１との当接部分には、図示しない研削液供給機構から研削液１１０が供給される。コアドリル１００による研削で生じた研削屑は、研削液１１０に流されることでコアドリルの研削によって生じた溝部分から排出される。

特開２０１３−３５１４４号公報

例えば１本のサファイアインゴットから円板状のウエハをなるべく多くの枚数取得するためには、サファイアインゴットはなるべく長尺状であることが好ましい。長尺状のサファイアインゴットを削り出すには、大きな塊状のサファイアにコアドリルを深く侵入させていく必要がある。コアドリルの侵入深さが大きくなるほど、研削によって生じた溝部分が深くなり、コアドリルの研削屑は研削液によって排出し難くなる。この研削屑の排出が滞ると研削効率が低下（研削速度が低下）してしまい、サファイアインゴットの削り出しに比較的多くの時間を要していた。特にサファイアのように比較的硬い材質の塊を研削する場合、研削屑による研削効率の低下の程度は比較的大きかった。この溝が深くなっても研削効率を維持するために、コアドリルの表面の研削部の粒度を比較的小さくする（砥粒の大きさを大きくする）方法があるが、コアドリルの研削部の粒度を小さくすると、研削した面の表面粗さは大きく、すなわち表面が必要以上に荒れた状態となる場合もあった。表面が必要以上に荒れた場合は、荒れを充分に低減させるために、その後のインゴット外周面の加工（研磨等）に多くの時間を要し、結果的に、コアドリルの粒度を小さくした場合も、サファイアインゴットの取得には比較的多くの時間を要していた。このように従来のコアドリルでは、長尺状の円柱状部材（インゴット）を削り出す場合、多くの時間とコストを要するといった課題があった。本発明は、このような課題を解決することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、対象体を研削して円柱状部材を削り出すためのコアドリルであって、円筒状の基体部と、前記基体部の端部に取り付けられた、前記基体部の中心軸と同心の第１内周面を有する第１研削部と、前記第１研削部よりも前記基体部の中心軸に沿った中央に近い側に配置された、前記基体部の前記中心軸と同心の第２内周
面を有する第２研削部とを備え、前記第２内周面の直径の長さは前記第１内周面の直径の長さ以下であって、前記第１研削部に比べて前記第２研削部の粒度がより大きいことを特徴とするコアドリルを提供する。

本発明のコアドリルおよびコアドリル装置は、比較的短時間かつ低コストで、外周面が比較的平滑な円柱状部材を削り出すことができる。

本発明のコアドリルの一実施形態について説明する図であり、（ａ）は概略の斜視図、（ｂ）は部分断面図である。 図１に示すコアドリルを備えて構成された、本発明のコアドリル装置の一実施形態の概略断面図であり、コアドリル法によって対象体であるサファイアをコアリングしている状態を示している。 図２の部分拡大図である。 本発明のコアドリルの他の実施形態の概略断面図である。 従来のコアドリルを用いたコアリング方法について説明する概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明のコアドリルの一実施形態について説明する図であり、（ａ）は概略の斜視図、（ｂ）は部分断面図である。また、図２は、図１に示すコアドリルを備えて構成された、本発明のコアドリル装置の一実施形態の概略断面図であり、コアドリル法によって対象体であるサファイア３０をコアリングしている状態を示している。図３は、図２の部分拡大図である。サファイア３０はアルミナ単結晶体であり、例えばカイロポーラス法やチョクラルスキー法などを用いて形成された、比較的大きな塊である。

図１に示すコアドリル１は、対象体であるサファイア３０を研削して円柱状部材（インゴット）を削り出すためのコアドリルであって、円筒状の基体部２と、基体部２の端部に取り付けられた、基体部２の中心軸Ｃと同心の第１内周面３ａを有する第１研削部３と、第１研削部３よりも基体部２の中心軸Ｃに沿った中央に近い側に配置された、基体部２の中心軸Ｃと同心の第２内周面４ａを有する第２研削部４とを備えている。コアドリル１は、第２内周面４ａの直径の長さが第１内周面３ａの直径の長さ以下であって、第１研削部３に比べて第２研削部４の粒度がより大きい。図１〜３に図示する実施形態では、第２内周面４ａの直径と第１内周面３ａの直径とが同じで、第２内周面４ａと第１内周面３ａとが面一になっている。

第１研削部３は、例えば、メタルボンドまたはレジンボンドと呼ばれる基体部にダイヤモンド砥粒が分散配置された、いわゆる固定砥粒と呼ばれる部材で構成されている。第１研削部３の粒度は約８０〜２００番程度である。第２研削部４も、例えばメタルボンドまたはレジンボンドと呼ばれる基体部に炭化珪素（ＳｉＣ）や炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）等の砥粒が分散配置された、いわゆる固定砥粒と呼ばれる部材で構成されている。第２研削部４の粒度は約３００〜１０００番程度と、第１研削部の粒度に比べて高くなっている。すなわち、第２研削部４の砥粒の方が第２研削部３に比べて細かく、第２研削部で研削された面は第１研削部に比べて平坦になりやすい（表面粗さが小さくなりやすい）。また、第２研削部４の基体部は、第１研削部３の基体部よりも弾性が高い（軟らかい）ことが好ましい。第２研削部４の基体部が第１研削部３の基体部よりも弾性が高い場合、第２研削部４による後述の平滑化の効果はより高くなる。

図２に示すコアドリル装置１０は、コアドリル１と、コアドリル１を基体部３の中心軸Ｃ回りに回転させる回転機構１２と、コアドリル１を基体部３の中心軸Ｃに平行な方向に移動させる移動機構１４と、コアドリル１と対象体であるサファイア３０との当接部分に研削液２０（図２中に矢印でその流れを示している）を供給する研削液供給機構１６とを備えている。研削液２０は例えば、冷却性・防錆性を有するソリューションタイプのアルカリ系研削液と呼ばれるものを用いればよい。研削液２０は、研削部分の摩擦を低減したり、冷却によって研削部分の温度上昇を抑制するとともに、研削によって生じた研削屑を洗い流すように除去する。

コアドリル装置２では、円筒状のコアドリル１を中心軸Ｃ回りに回転させながら中心軸Ｃに沿って（図１および図２の下向きに）移動させることで、サファイア３０から円筒状部材（インゴット）３２を削り出していく。すなわちコアドリル装置２は、コアドリル１の形状に応じた溝部４０を形成するようにサファイア３０を研削して、インゴット３２を削りだしていく。コアドリル１による研削で生じた研削屑（図示せず）は、研削液２０に流されることでコアドリル１による研削で生じた溝部４０から排出される。コアドリル１の中心軸Ｃは、サファイア３０の所定の結晶軸に対して所定の角度となるよう設定されている。例えば、中心軸Ｃとサファイア３０の結晶のａ軸とが一致するように設定されている。

サファイア３０には、まず第１研削部３ａが当接し、中心軸Ｃ回りに回転しながら中心軸Ｃに沿って移動してサファイア３０を研削していく。コアドリル１の侵入深さが大きくなるほど、研削によって生じた溝部４０が深くなり、コアドリル１の研削によって生じた研削屑は、研削液２０によって排出し難くなるが、第１研削部３０の粒度は研削屑が残っていても充分な研削効率が維持できる程度に充分に小さいので、研削屑による研削効率の低下は充分に抑制されている。一方で、第１研削部３によって研削された部分の表面は、第１研削部３の粒度が比較的小さいので、表面粗さは比較的高い状態になっている。インゴット３２の外周面は、まずは第１研削部３の第１内周面３ａによって研削された状態となるが、この状態ではインゴット３２の外周面の表面粗さは大きい。

コアドリル１は、第１研削部３ａよりも基体部２の中心軸Ｃに沿った中央に近い側に配置された、第１研削部３と面一の第２内周面４ａを有する第２研削部４を備えており、まず第１研削部３の第１内周面３ａで研削されたインゴット３２の外周部分は、引き続き第２研削部４の第２内周面４ａによって研削される。第１研削部３に比べて第２研削部４の粒度がより大きい（砥粒が細かい）ので、インゴット３２の外周面の第１研削部３の第１内周面３ａによって研削された部分は、第２研削部４の第２内周面４ａによって研削されることで、表面粗さを低減することができる。図示する実施形態では、第２内周面４ａと第１内周面３ａとが面一であったが、第２内周面４ａの直径が第１内周面３ａの直径よりも小さく、すなわち第２内周面４ａの位置が第１内周面３ａよりも中心軸Ｃに近い位置に配置されていても構わない。この場合は、第１内周面３ａで研削されたインゴット３２の外周面が、第２内周面４ａでさらに少しだけ研削されながら、研削された外周面が平滑化されていく。

このようにコアドリル１を用いることで、研削屑による研削効率の低減を抑制しつつ、研削後に得られる円柱状部材（インゴット）の外表面の表面粗さを小さくすることができる。すなわち本実施形態のコアドリル１およびコアドリル装置２を用いることで、比較的短時間かつ低コストで、外周面の表面粗さが低い（外周面が比較的平滑な）長尺状のサファイアインゴットを削り出すことができる。このようなインゴットは、スライスしてウエハを切り出す前処理として実施する、インゴット外表面の平滑化処理にかけるコストを少なくすることができる。

本実施形態では、第２研削部４は、基体部２の内周面に貼り付けられている。より詳しくは、第２研削部４は、基体部２の内周面に貼り付けられた内周側第２研削部４Ａと、基体部２の外周面に貼り付けられた外周側第２研削部４Ｂとを有して構成されている。本実施形態ではまた、第１研削部３の外周面３ｂと第２研削部４の外周面４ｂとが面一となっている。第２研削部を基体部２の表面に貼り付けることで、第２研削部の接合強度を高く維持して、研削にともなう位置ずれ等を抑制することができる。また、外周側第２研削部４Ｂを有し、第１研削部３の外周面３ｂと第２研削部４の外周面４ｂとが面一となっているので、溝部４０の外周側の面（インゴット３２の外周面に対向する面）の表面粗さも、充分の低減することができる。表面粗さが低く充分に平滑な表面を有する貫通孔をサファイア３０に形成したい場合など、コアドリル１を用いれば、このような貫通孔を短時間で取得することができる。なお、第２研削部４の外周面４ｂの直径は、第１研削部３の外周面３ｂの直径よりも大きく、すなわち外周面４ｂの位置が外周面３ｂよりも中心軸Ｃから離れた位置に配置されていても構わない。この場合は、外周面３ｂで研削された貫通孔の表面が、外周面４ｂでさらに少しだけ研削されながら、研削された面（溝部４０の外周側の面）が平滑化されていく。

図４は、本発明のコアドリルの他の実施形態の概略断面図である。図４に示す実施形態では、外周側第２研削部４Ｂが設けられていない点で、図１〜３に示す実施形態とは相違している。インゴットの外周面の表面粗さのみを気にすればよい場合など、図４に示す実施形態のコアドリルを用いてもよい。その他にも、第１研削部や第２研削部の材質や配置位置なども特に限定されない。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されるものでない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。

１ コアドリル
２ 基体部
３ 第１研削部
３ａ 内周面
４ 第２研削部
４ａ 内周面
４Ａ 内周側第２研削部
４Ｂ 外周側第２研削部
１０ コアドリル装置
１２ 回転機構
１４ 移動機構
１６ 研削液供給機構
２０ 研削液
３０ 対象体（サファイア）
３２ インゴット
４０ 溝部

Claims (5)

1. 対象体を研削して円柱状部材を削り出すためのコアドリルであって、
   円筒状の基体部と、
   前記基体部の端部に取り付けられた、前記基体部の中心軸と同心の第１内周面を有する第１研削部と、
   前記第１研削部よりも前記基体部の中心軸に沿った中央に近い側に配置された、前記基体部の前記中心軸と同心の第２内周面を有する第２研削部とを備え、
   前記第２内周面の直径の長さは前記第１内周面の直径の長さ以下であって、前記第１研削部に比べて前記第２研削部の粒度がより大きいことを特徴とするコアドリル。
2. 前記第２研削部は、前記基体部の内周面に貼り付けられていることを特徴とする請求項１記載のコアドリル。
3. 前記第２研削部は、前記基体部の内周面に貼り付けられた内周側第２研削部と、前記基体部の外周面に貼り付けられた外周側第２研削部とを有して構成されていることを特徴とする請求項２記載のコアドリル。
4. 前記第２研削部の外周面の直径の大きさは、前記第１研削部の外周面の直径の大きさ以上であることを特徴とする請求項３記載のコアドリル。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のコアドリルと、
   前記コアドリルを前記基体部の中心軸回りに回転させる回転機構と、
   前記コアドリルを前記基体部の中心軸に平行な方向に移動させる移動機構と、
   前記コアドリルと前記対象体との当接部分に研削液を供給する研削液供給機構とを備えることを特徴とするコアドリル装置。

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