JP2024067484A - 研磨工具 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨砥石自体の加工性を向上させて、研磨砥石の交換を簡易にすることができ、また、様々な小型の装置へ用いることができる研磨工具を提供する。【解決手段】研磨工具である研磨砥石１１は、研磨シート１１ｂを具備し、研磨シート１１ｂは、フッ素樹脂をバインダー１１ｅとして使用し、研磨シート１１ｂ上にフッ素樹脂を溶融したものである。また、シートは、フィルムシートであり、前記シート上に前記フッ素樹脂を溶融して接着させたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨工具の技術に関する。

近年、製造加工分野において、被加工物の加工精度の向上が求められている。例えば、半導体等の基板製造加工分野においては、無線通信システムの発展により、第５世代移動通信システムおよび第６世代移動通信システムに用いられる高性能で小型の基板の需要が高まっている。基板の表面加工として、研磨砥石を用いた研磨加工が一般的に行われている。

基板を研削加工する方法として、研磨砥石を備えた装置が公知となっている（例えば特許文献１参照）。研磨砥石は、ダイヤモンド砥粒がフッ素系のレジンで結合された砥石層を有し、研磨砥石素材に砥石層を付着（焼結）させることにより形成される。

特開２０１６－１９２４６３号公報

従来の研磨砥石は、耐食性を有するフッ素系のレジンで結合されているため、リン酸、硝酸、塩酸、硫酸などの研磨希釈液が単独および複数混合されて使用された場合であっても砥石の劣化を防止することができる。しかし、従来のフッ素樹脂は厚みを有した形状であるため、研磨砥石自体の加工性が低く、例えば研磨砥石の表面のみが劣化した場合であっても研磨砥石自体を変更しなければならず、研削工具の短寿命化につながっていた。また、小型の基板を加工する装置に用いる研磨砥石であっても小型化は困難であった。

そこで、本発明はかかる課題に鑑み、研磨砥石自体の加工性を向上させて、研磨砥石の交換を簡易にすることができ、また、様々な小型の装置へ用いることができる研磨工具を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明においては、フッ素樹脂をバインダーとして使用する研磨工具であって、
シート上に前記フッ素樹脂を溶融したものである。

また、本発明においては、前記シートは、フィルムシートであり、前記シート上に前記フッ素樹脂を溶融して接着させたものであってもよい。

また、本発明においては、前記フッ素樹脂とダイヤモンド砥粒とを混合し、前記シート上に溶融して接着させたものであってもよい。

また、本発明においては、前記フッ素樹脂と、酸化セリウムとを混合し、前記シート上に溶融して接着させたものであってもよい。

また、本発明においては、前記フッ素樹脂と、グリーンカーボランダムとを混合し、前記シート上に溶融して接着させたものであってもよい。

また、本発明においては、前記フッ素樹脂は、低ガス放出性を備えるものであってもよい。

また、本発明においては、フッ素樹脂をバインダーとして使用する研磨工具であって、
シート上に前記フッ素樹脂を圧縮した混合体を溶融したものであってもよい。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明に係る研磨工具によって、シート上に前記フッ素樹脂を溶融した研磨工具は、シート状に形成されているため、研磨工具自体を加工しやすく、研磨工具の交換を簡易にすることができ、また、様々な小型の装置へ用いることができる。

第一の実施形態に係る表面加工工具を示す斜視図。 第一の実施形態に係る研磨シートを示す平面図および側面図 第一の実施形態に係る研磨シートの表面を示す拡大図。 第一の実施形態に係る研磨シートの製造工程を示す概略図。 第一の実施形態に係る表面加工工具を用いた場合の表面加工工具１において被研削物Ａを研磨した加工時間と表面粗さの関係を示す図。 （Ａ）第一の実施形態に係る研磨シートを用いた場合の被研削物の面ダレを示す図、（Ｂ）比較例である不織布を用いた場合の被研削物の面ダレを示す図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる研磨装置１０の斜視図の全体構成について図１を用いて説明する。
研磨装置１０は、被研削物Ａの表面を加工する表面加工工具１と、被研削物Ａを載置する作業台２と、表面加工工具１および作業台２の動作を制御する制御装置３と、を備える。

表面加工工具１は、研磨工具である研磨砥石１１と、研磨砥石１１を回転駆動する回転モータ１２と、研磨砥石１１を作業台２上の被研削物Ａに対して相対移動に固定する揺動アーム１３と、を備える。研磨砥石１１は、定盤１１ａと定盤１１ａに接着した研磨シート１１ｂとから構成される。

作業台２は、作業台２上の被研削物Ａを回転する変速モータ１５を備える。また、作業台２上の研磨砥石の被研削物Ａに対する圧力を変更する加圧アクチュエータ１６が設けられている。加圧装置１６は、可変速モータ１５の内部に設けられている。

制御装置３は、作業台２の回転速度、揺動アーム１３の固定位置、研磨シート１１ｂの回転速度を制御する装置であり、作業台２側の面に、作業台２の回転速度、揺動アーム１３の固定位置、研磨シート１１ｂの回転速度を入力する入力部１７を備えている。

このように構成することにより、揺動アーム１３の固定位置を制御装置３により制御して、研磨シート１１ｂを作業台２上の被研削物Ａの研磨位置に固定する。次に、研磨シート１１ｂの回転速度を制御しつつ、作業台２の回転速度を制御することにより、作業台２上の被研削物Ａを回転させながら研磨シート１１ｂにより非研削物Ａの研磨加工を行うことができる。

次に、研磨シート１１ｂの構成について説明する。
本実施形態に係る研磨シート１１ｂは、両面に接着剤を備えた接着層１１ｃと、接着層１１ｃの表面に溶着される研磨層１１ｄとから構成される。

接着層１１ｃは、両面に接着剤を備えたフィルムシートで構成されている。接着層１１ｃを構成するフィルムシートは、例えば、アクリル系樹脂からなる。接着剤は、アクリル樹脂のエマルションで構成され、表面には研磨層１１ｄを貼り付けるための接着剤が設けられている。

研磨層１１ｄは、接着層１１ｃの表面に形成された砥粒１１ｆを含む膜状の層である。研磨層１１ｄは、砥粒１１ｆと、砥粒１１ｆを混合し、結着させるバインダー１１ｅとを含む。
砥粒１１ｆは、被研削物Ａを研磨するのに十分な硬度を有する数μｍ～数十μｍ程度の粒状体である。砥粒は、モース硬度８～１０の物質が望ましく、例えば、ダイヤモンド砥粒で形成されている。なお、モース硬度８以上であればダイヤモンドに限定するものではなく、例えばジルコニアや、人工コランダムであってもよい。

バインダー１１ｅは、分散して配置された砥粒１１ｆを結着する素材であり、樹脂で形成される。本実施形態においては、バインダー１１ｅを形成する樹脂は、フッ素樹脂が好ましい。

さらに、フッ素樹脂は、弾性率の小さいフッ素樹脂が望ましく、例えば、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）である。ＰＶＤＦは、融点が摂氏１６０度であり加工性が高い。一方、ＰＤＶＦは、圧縮に対する強さが高く強靭で、耐酸化性に優れた素材である。

バインダー１１ｅを形成する樹脂としてＰＤＶＦを用いることにより、砥粒１１ｆの結着性が向上し、研磨時の砥粒１１ｆの脱落が減少する。これにより、塵埃の発生を防止することができ精度の良い研磨加工を行うことが可能となる。

また、ＰＤＶＦは、空隙のある分子構造を有しており、ガス放出性が低い性質を有している。このため、不活性ガス雰囲気内で研磨シート１１ｂを使用する際には、ガスの放出を減少させることができる。
バインダー１１ｅに、砥粒１１ｆがホールドされており、バインダー１１ｅの間に、空孔が構成されている。この空孔が、被研削物Ａを押し付けた場合においてクッションの役割をはたす。また、バインダー１１ｅの表面に存在する空孔においては、研磨屑や塵埃等を取り込むことにより、研磨作用の低下を阻止することができ、また、スラリーとして注入された場合のダイヤモンド砥粒を取り込んでホールドする役割をはたすものである。

また、ＰＤＶＦは化学的安定性が高く、摩擦係数が小さい特性を有する。そのため、酸、アルカリ環境においても安定して使用することができる。例えば、ラッピングマシンにおけるラップ定盤は、鋳鉄、銅、錫等が用いられるが、酸化に弱く劣化が進むと交換の必要がある。しかしＰＤＶＦは、化学的安定性が高く、摩擦係数が小さい特性を有するためラッピングマシンのラップ定盤に用いた際であっても、交換期間が長くなりメンテナンス性が向上する。

次に、研磨シート１１ｂの製造方法について説明する。
研磨シート１１ｂの接着層１１ｃとなるフィルムシートは、ロール状に巻回されている。当該ロール状のフィルムシートを引き出して、図示せぬ搬送コンベアによって下流側へ搬送する。

前記搬送コンベアの中途部に、砥粒１１ｆおよびバインダー１１ｅを分散して接着層１１ｃとなるフィルムシートの表面に塗布する塗布装置２１を備える。塗布装置によって、接着層１１ｃに砥粒１１ｆおよびバインダー１１ｅが塗布された状態で、下流側に設けられた溶融装置２２によってバインダー１１ｅが溶融される。バインダー１１ｅは、高温によって溶融されて、砥粒１１ｆを結着する。砥粒１１ｆおよびバインダー１１ｅが結着することにより研磨層１１ｄが形成される。研磨層１１ｄを備えた研磨シート１１ｂは、下流端の巻取りロールＲに巻回される。これにより、シート状の研磨材である研磨シート１１ｂを製造する。このようにＰＤＶＦを溶融して研磨シート１１ｂの研磨層１１ｄを作成することにより、砥粒１１ｆが凝集することなく分散させることが可能となる。

このように製造した研磨シート１１ｂは、シート状の研磨材料であり、可撓性を有する。そのため、表面加工工具１の研磨砥石１１の定盤１１ａに容易に取り付けることができる。また、研磨シート１１ｂは、厚さ０．数ｍｍから数ｍｍであるため、たとえば、ラップ定盤、ポリッシング定盤、バフに使用することができる。このように、ラップ定盤、ポリッシング定盤、バフに研磨シート１１ｂを用いることにより、加工時間が速く、鏡面加工を行うことができ、さらに加工精度を飛躍的に向上させることができる。

［実験結果と考察］
図５は、図１の表面加工工具１において被研削物Ａを研磨した加工時間と表面粗さの関係を示す図である。図６は、図１の表面加工工具１において研磨した被研削物Ａの端面ダレの比較をした図である。被研削物Ａは、脆性硬度材、軟質材、一般耐食部材の各代表としてシリコンウェハ、アルミ合金、ステンレス合金を選定した。実験では、研削荷重、研磨砥石１１の回転数、被研削物Ａの回転数、研削液などをパラメータとして、被研削材の加工面粗さおよび端面形状（端面ダレ）を評価した。また、研削液として２～４μｍダイヤモンド微粒子入りの酸、アルカリ水溶液スラリー（２～４μｍダイヤモンド、３ｇｒ／５００ｃｃ）を使用し、複合加工の特性も評価した。なお、研磨砥石１１のドレッシングはワイヤーブラシを使用し、実験ごとに実施した。

図５に示す太い実線は、被研削物ＡをＳＵＳとした場合において、砥粒１１ｆとして平均粒径が０より大きく数μｍ以下の単結晶ダイヤモンドを用いたものである。太い点線は、被研削物Ａをアルミニウムとした場合において、砥粒１１ｆとして平均粒径が０より大きく数μｍ以下の単結晶ダイヤモンドを用いたものである。細い実線は、被研削物ＡをＳｉとした場合において、砥粒１１ｆとして平均粒径が数μｍ～数十μｍの単結晶ダイヤモンドを用いたものである。また、細い点線は、被研削物ＡをＳｉとした場合において、砥粒１１ｆとして平均粒径が０より大きく数μｍ以下の単結晶ダイヤモンドを用いたものである。また、細い一点鎖線は、被研削物ＡをＳｉとした場合において、砥粒１１ｆとして平均粒径が０より大きく数μｍ以下の多結晶ダイヤモンドを用いたものである。これらの砥粒１１ｆを用いた結果、極めて短時間で被研削物Ａの鏡面加工を行うことができた。

また、図６に示すように、ポリッシング定盤に不織布を用いた場合、鏡面加工においては表面粗さ精度が高度に要求されるため、ポリッシング定盤の不織布の摩耗により研磨液の循環が均一でなくなり、面粗さの不備が起きる。これに対して、ポリッシング定盤にフッ素樹脂を用いた場合には、定盤の平面が容易に製作しやすく、表面粗さが高度に出せるため、鏡面加工が容易となる。

以上のように、本実施形態に係る研磨工具である研磨砥石１１は、研磨シート１１ｂを具備し、研磨シート１１ｂは、フッ素樹脂をバインダー１１ｅとして使用し、研磨シート１１ｂ上にフッ素樹脂を溶融したものである。
このように構成することにより、シート上に前記フッ素樹脂を溶融した研磨工具である研磨砥石１１は、シート状に形成されているため、研磨砥石１１自体の加工性が向上して、研磨砥石１１の交換を簡易にすることができ、また、様々な小型の装置へ用いることができる。

また、シートは、フィルムシートであり、前記シート上に前記フッ素樹脂を溶融して接着させたものであってもよい。
このように構成することにより、溶融したフッ素樹脂が砥粒を強固に結着することにより、砥粒の脱落を防止することができ、塵埃の発生を抑えることができる。また、溶融したフッ素樹脂が砥粒を強固に結着することにより、高速研磨が可能となり、研磨屑が突出している砥粒１１ｆの径より小さくなるため面精度を向上することができ、端面ダレを抑制することができる。

また、フッ素樹脂とダイヤモンド砥粒とを混合し、前記シート上に溶融して接着させたものであってもよい。
ダイヤモンド砥粒は、モース硬度が高く研磨性能が高いため、研磨工具の研磨性能を向上させることができる。また、フッ素樹脂を溶融して砥粒１１ｆと混合したため、砥粒１１ｆが、均一に分散して配置される。

なお、砥粒１１ｆの別の実施形態として、酸化セリウムで形成してもよい。酸化セリウムは、モース硬度は６前後であるが、ガラスの研磨に特に適している素材である。酸化セリウムは、ガラスの主要元素である二酸化ケイ素と化学反応する特性があり、酸化セリウムがガラスの表面を研磨するとき、酸化セリウムとガラスとの間で化学的作用が発生し、表面の微細な凹凸を滑らかにする。

また、砥粒１１ｆの別の実施形態として、グリーンカーボランダムで形成してもよい。グリーンカーボランダムは、モース硬度が９．５程度であり、黒色の炭化ケイ素よりも硬い。そのため、チタン合金、大理石、超硬合金、光学ガラス、セラミックなど、さまざまな硬い材料の研削に適するものである。

また、本実施形態においては、研磨シート１１ｂは、両面に接着剤を備えた接着層１１ｃと、接着層１１ｃの表面に溶着される研磨層１１ｄとから構成される構成としたが、これに限定するものではなく、接着層１１ｃと研磨層１１ｄとの間に不織布からなる層を設けてもよい。

また、バインダー１１ｅを形成する素材は、フッ素樹脂にセルロースを混合したものであってもよい。フッ素樹脂にセルロースを混合することにより、バインダー１１ｅの高度を向上させることができ、砥粒１１ｆの脱落をより防止することができる。また、フッ素樹脂にセルロースを混合することにより、空孔が形成されやすくなる。空孔においては、研磨屑や塵埃等を取り込むことにより、研磨作用の低下を阻止することができるものである。

なお、本発明の技術的範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

１ 表面加工工具
２ 作業台
３ 制御装置
１１ 研磨砥石
１１ａ 定盤
１１ｂ 研磨シート
１１ｃ 接着層
１１ｄ 研磨層
１１ｅ バインダー
１１ｆ 砥粒
１２ 回転モータ
１３ 揺動アーム
１５ 変速モータ
１７ 入力部
２１ 塗布装置
２２ 溶融装置

Claims (7)

1. フッ素樹脂をバインダーとして使用する研磨工具であって、
   シート上に前記フッ素樹脂を溶融した
   ことを特徴とする研磨工具。
2. 前記シートは、フィルムシートであり、
   前記シート上に前記フッ素樹脂を溶融して接着させた
   ことを特徴とする請求項１に記載の研磨工具。
3. 前記フッ素樹脂とダイヤモンド砥粒とを混合し、前記シート上に溶融して接着させた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨工具。
4. 前記フッ素樹脂と、酸化セリウム砥粒とを混合し、前記シート上に溶融して接着させた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨工具。
5. 前記フッ素樹脂と、グリーンカーボランダム砥粒とを混合し、前記シート上に溶融して接着させた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨工具。
6. 前記フッ素樹脂は、低ガス放出性を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨工具。
7. フッ素樹脂をバインダーとして使用する研磨工具であって、
   シート上に前記フッ素樹脂を圧縮した混合体を溶融した
   ことを特徴とする請求項１に記載の研磨工具。

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