JP3014062B2 - 精密加工用砥石 - Google Patents

精密加工用砥石

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体用ウェハーや基
板,磁気ヘッド基盤,レーザ用反射鏡,光学部品,精密
機械部品,精密計測器部品,電子部品等の各種産業に用
いられるセラミックス,ガラス,単結晶を代表とする硬
質材料又は軟質加工材料を鏡面加工するのに最適な精密
加工用砥石に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、研削加工又は研削加工の内、ラッ
ピングやポリシクングのように鏡面加工を目的とする仕
上加工には、被加工材料よりも硬い主としてダイヤモン
ドや立方晶窒化ホウ素のような超硬質砥粒もしくはそれ
を含む砥石が用いられている。
【0003】これに対し、被加工材料よりも軟質な砥粒
又はそれを含む砥石を用いて、被加工材料との機械的な
作用により誘起される化学反応、所謂メカノケミカルを
生じさせる仕上加工法が提案されている。
【0004】このメカノケミカルによる加工法の代表的
なものとしては、Voraらの「Mechanoche
mical Polishing of Silico
nNitride」[J.Am.Cer.Soc,65
(9)C−140(1982)]、唐木らの「Si単結
晶のメカノケミカルポリシングにおける加工速度促進機
構」[精密機械,46,3(1980)53−59]、
落合らの「フェライト材のメカノケミカルポリシング」
[精密工学会誌,54,3(1988)146−15
1]及び特開昭64−64766号公報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】Voraらの「Mec
hanochemical Polishing of
Silicon Nitride」には、窒化ケイ素と
セラミックスをCaCO3,MgO,SiO2,Fe
23,Fe34等の軟質な砥粒を用いて湿式でメカノケ
ミカルポリシングをしたことが記載されており、唐木ら
の「Si単結晶のメカノケミカルポリシングにおける加
工速度促進機構」には、Si単結晶をアルカリ性溶液
中、ZrO2砥粒によりメカノケミカルポリシングした
ことについて記載されている。落合らの「フェライト材
のメカノケミカルポリシング」には、Mn−Zn系単結
晶フェライトを蒸留水,水酸化ナトリウム,塩酸溶液
中、Al23砥粒によりメカノケミカルポリシングした
ことについて記載されている。
【0006】また、特開昭64−64766号公報に
は、被加工材料との反応性に優れた金属,酸化物,窒化
物,ケイ化物,ホウ化物,炭化物の砥粒と、ポリアセタ
ール,ポリエチレン,アクリロニトリル,ポリフェニル
サルファイド,フェノール,エポキシの樹脂とを被加工
材料より軟質に成形した砥石材が記載されている。
【0007】以上の内、Vora,唐木,落合らの前者
は、酸化物砥粒を用いてメカノケミカルポリシングを行
ったものであり、後者の特開昭64−64766号公報
は、酸化物、特にCr23,Fe23,CeO2の酸化
物砥粒と樹脂とからなる砥石について記載されている。
これらに用いられている砥粒は、市販されているもの
で、化学的に安定な化学量論的化合物からなるために、
ポリシング効果が弱く、溶媒を介在させてポリシング効
果を高めようとしていること、被加工材料の表面を鏡面
にする場合、長時間加工する必要があること、又加工後
の鏡面状態、すなわち面粗度が満足できないという問題
がある。
【0008】本発明は、上述ような問題点を解決したも
ので、具体的には、化学的に準安定な非化学量論的化合
物の砥粒を樹脂で固めて、ポリシング効果の高い、被加
工材料の面粗度を高めることができた精密加工用砥石の
提供を目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、半導体用
Siウェハーやセラミックス焼結体でなる被加工材料の
表面を鏡面加工し、加工時間の短縮及び被加工材料の面
精度の向上について検討していた所、超硬質砥粒よりも
軟質な金属酸化物を樹脂で固めた砥石を用いて、メカノ
ケミカルポリシングを行うと鏡面加工ができること、こ
のとき市販の金属酸化物に比べて、還元処理した非化学
量論的化合物からなる金属酸化物を用いると、従来のよ
うな酸性溶液又はアルカリ性溶液を媒介とする湿式によ
るメカノケミカルポリシングでなくても、乾式でもつて
メカノケミカルポリシング効果が十分に生じること、非
化学量論的化合物の砥粒が酸素欠陥に基づく触媒作用に
より被加工材料の表面を酸化促進させること、及びその
効果として、被加工材料の面精度を顕著に向上させうる
という知見を得た。
【0010】本発明は、上述の知見に基づいて完成した
ものである。
【0011】すなわち、本発明の精密加工用砥石は、レ
ジンボンド砥石であって、該砥石に金属の酸化物,酸炭
化物,酸窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくと
も1種でなる非化学量論的化合物の砥粒を少なくとも3
0体積%含有していることを特徴とするものである。
【0012】本発明における非化学量論的化合物の砥粒
とは、周期律表の2a,3a,4a,5a,6a,7
a,8a,3b,4b,5bの酸化物,酸炭化物,酸窒
化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種の非
化学量論的化合物の粒子でなり、実際には、金属及び/
又は半金属の元素をM、非金属の元素をAと表示する
と、(M11-W)、(M12-X)、(M23-Y)、(M
34-Z)で表わされるもので、(化学量論的化合物は、
11,M12,M23,M34でなる。)具体的に例
示すると、酸化クロムの場合、CrO2-X,C23-Y
酸化鉄の場合、FeO1-W,Fe23-Y,Fe34-Z
酸化チタンの場合、TiO1-W,TiO2-X,Ti23-Y
を挙げることができる。(ただし、M及びAは原子比を
表わす。)非化学量論的化合物の砥粒は、希土類元素及
び周期律表の4a,6a,8aの酸化物,酸炭化物,酸
窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種で
なる場合が好ましく、これらの内、チタン,クロム又は
鉄の酸化物,酸炭化物,酸窒化物及びこれらの相互固溶
体の中の少なくとも1種、具体的には、例えばCrO
2-X,TiO2-X(ただし、0.77>x>0)、Cr2
3-Y,Fe23-Y(ただし、0.6>y0)でなる場
合には、被加工材料の面精度の向上が特に顕著になるこ
とから好ましい。
【0013】さらに、好ましいのは、0.06>x>
0.03,0.6>y>0.11である。
【0014】非化学量論的化合物の砥粒は、微細である
程、活性化が高く、被加工材料の面精度の向上が顕著に
なり、平均粒径1.0μm以下で粒度分布の標準偏差が
均一な粒子からなる砥粒、特に好ましくは平均粒径0.
05μm以下の粒子である。この砥粒が30体積%未満
になると被加工材料の面精度の向上効果が顕著に低下す
る。
【0015】本発明の精密加工用砥石は、特に上述の非
化学量論的化合物の砥粒が30〜80体積と、樹脂が1
5〜49体積%と、残部が金属の化合物を主成分とする
他物質とからなる場合が砥石の強度上からも好ましいこ
とである。
【0016】本発明における樹脂は、特に制限を受ける
ものでないが、フェノール,エポキシ,ポリイミド,ポ
リスチレン又はポリエチレンでなる場合には、砥石の成
形性,強度及び砥石の成形時での砥粒及び他物質の分散
性にすぐれるので好ましいことである。
【0017】本発明における金属の化合物を主成分とす
る他物質とは、従来から砥石に用いられている物質なら
ば特に制限を受けるものでなく、具体的には、超硬質砥
粒,化学量論的化合物の砥粒,ガラス,ウィスカー,繊
維,カーボンを挙げることができ、さらに具体的には、
例えばAl23,SiO2,SiC,Fe23,Zr
2,CeO2,CBN,WBN,(ウルツ鉱型BN),
ダイヤモンドを挙げることができる。
【0018】本発明の精密加工用砥石は、従来から行わ
れている砥石の成形法、具体的には、砥粒と樹脂又は必
要に応じて他物質の含有した出発原料を混合,篩別後、
金型でもってホットプレスして作製することができる。
【0019】
【作用】本発明の精密加工用砥石は、使用時には、非化
学量論的化合物の砥粒がそれに内在している活性力と被
加工材料の表面における摩擦熱により、一層活性化を高
め、砥粒と被加工材料との化学反応の促進作用、所謂メ
カノケミカル作用を顕著に生じさせている。また、砥石
に含有する樹脂は、非化学量論的化合物の砥粒及び他物
質を保持し、砥石の強度を高める作用及び、使用時に
は、非化学量論的化合物の砥粒と被加工材料の表面とを
接触しやすくする作用をしているものである。
【0020】
【実施例1】平均粒径が1μm以下の各種市販の砥粒を
還元処理して、非化学量論的化合物の砥粒とした出発原
料と、平均粒径1μm以下の各種の金属又は半金属の化
合物粉末と、各種の樹脂を用いて、表1のように配合
し、各試料を得た。
【0021】表1に示した配合組成の各試料を擂摺機に
て混合,篩別後、表2に示す焼結条件でもって砥石を作
製した。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】 表2により得た本発明品1〜15と比較品1〜5及び市
販のシリカゾルを比較品6として用いて、下記の条件で
もって鏡面研摩仕上を試みた。 鏡面研摩仕上げ条件 被加工材料:表3に示すセラミックス,ガラス及びSi
ウェハーの表面を1μmダイヤモンド砥石で研摩した
面、 回転数 :90rpm 加工圧力 :120g/cm2 研摩方式 :乾式 評価 :所定の研摩時間における被加工材料の面粗
度、60分研摩後における被加工材料の面状態及び砥石
の損傷状態の観察。
【0024】上記鏡面研摩仕上試験の結果を表3に示し
た。
【0025】
【表3】
【0026】
【実施例2】市販されている平均粒径0.1μmで、か
つ標準偏差の均一なCr23を各種の条件でもって還元
処理し、各種のCr23−yの砥粒を得た。
【0027】このCr23−yの砥粒とフェノール樹脂
とを表4のように配合した後、実施例1と同様にして各
種の砥石を作製した。
【0028】
【表4】 表4に示した各種の砥石を用いて、実施例1で行ったと
同様の鏡面研摩仕上試験を行って、その結果を表5に示
した。
【0029】ここで用いたCr23−yの内、Cr2
2.4の砥粒の硬さを測定し、その結果を図1に示した。
【0030】
【表5】
【0031】
【発明の効果】本発明の精密加工用砥石は、砥石中に含
有している非化学量論的化合物の砥粒と、使用時に被加
工材料の表面に発生する摩擦熱でもって、被加工材料の
表面でサブナノメーターのオーダーでの酸化,酸化被膜
形成及びその被膜除去が繰り返されるという、酸化反応
の促進効果の高い砥石であり、従来の化学量論的化合物
の砥粒を含有した砥石に比べて、被加工材料の面粗度
(Rmax)において、約8.5〜66倍も向上させう
るという顕著な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の精密加工用砥石に用いた砥粒の内の1
種であるCr22.4の温度と硬さの関係を示すグラフで
ある。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09K 3/14 550 C04B 35/42 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/28 B24D 3/00 320 C04B 35/42 C04B 35/46 C09K 3/14 550

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レジンボンド砥石において、該砥石は、
    金属の酸化物,酸炭化物,酸窒化物及びこれらの相互固
    溶体の中の少なくとも1種でなる非化学量論的化合物の
    砥粒を少なくとも30体積%含有していることを特徴と
    する精密加工用砥石。
  2. 【請求項2】 上記非化学量論的化合物の砥粒がチタ
    ン,クロム又は鉄の酸化物,酸炭化物,酸窒化物及びこ
    れらの相互固溶体の中の少なくとも1種からなることを
    特徴とする請求項1記載の精密加工用砥石。
  3. 【請求項3】 上記非化学量論的化合物の砥粒が平均粒
    径1.0μm以下の粒子でなることを特徴とする請求項
    1又は2記載の精密加工用砥石。
  4. 【請求項4】 レジンボンド砥石において、該砥石は、
    樹脂が15〜49体積%と、金属の酸化物,酸炭化物,
    酸窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種
    でなる非化学量論的化合物の砥粒が30〜80体積%
    と、残部が金属の化合物を主成分とする他物質とからな
    ることを特徴とする精密加工用砥石。
  5. 【請求項5】 上記樹脂がフェノール,エポキシ,ポリ
    イミド,ポリスチレン又はポリエチレンからなり、上記
    非化学量論的化合物の砥粒がチタン,クロム及び/又は
    鉄の酸化物からなることを特徴とする請求項4記載の精
    密加工用砥石。
  6. 【請求項6】 上記非化学量論的化合物の砥粒が平均粒
    径1.0μm以下の粉末でなることを特徴とする請求項
    4又は5記載の精密加工用砥石。
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