JP3048073B2 - 精密加工用レジンボンド砥石 - Google Patents

精密加工用レジンボンド砥石

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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
加工用レジンボンド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、化学的に安定な金属酸
化物からなるために、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、無機塩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
可能な精密加工用レジンボンド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
軟質な無機塩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を含む砥石が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
グを行う必要があるのに対し、無機塩を含む砥石は、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、及びその効果として、被加工材料の表面への影
響、例えば、応力,酸素付着,酸化膜付着等が生じな
く、かつ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レジンボン
ド砥石は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の中の少
なくとも1種と、ハロゲン元素とでなる化合物の少なく
とも1種からなる無機塩の砥粒を30体積%以上含有さ
せたことを特徴とするものである。
【0012】本発明における無機塩の砥粒は、例えばフ
ッ酸塩,塩酸塩,臭素酸塩,ヨウ素酸塩,硝酸塩,硫酸
塩,炭酸塩,修酸塩,酢酸塩を挙げることができ、具体
的にはLiF,NaF,KF,KF・HF等のフッ酸
塩、LiCl,NaCl,KCl,NaClO3,KC
lO3,Ba(ClO32,KClO4,NaClO4
MgCl,BaCl,NiCl,CoCl,CaCl,
ZnCl,AlCl,CrCl,NH4Cl等の塩酸
塩、NaBr,KBr,KBrO3,NaBrO3等の臭
素酸塩、NaI,KI,KIO3,KH(IO3 2,C
dI2等のヨウ素酸塩、NaNO2,NaNO3,KN
2,KNO3,Ca(NO32,Zn(NO32,Al
(NO33,AgNO3,Co(NO32,ZrO(N
32,Sr(NO32,Fe(NO32,Cu(NO
32,Pb(NO32,Ni(NO32,Ba(N
32,Mg(NO32,LiNO3等の硝酸塩、Na2
SO4,Na2SO3,Na HSO3,NaHSO4,K2
4,K2SO3,KHSO3,ZnSO4,Al(SO4
3,CdSO4,CaSO4,CoSO4,FeSO4,F
2(SO43,CuSO4,NiSO4,BaSO4,M
gSO4,MnSO4,等の硫酸塩、Na2CO3,K2
3,CaCO3,Li2CO3,BaCO3,等の炭酸
塩、Na224,K224,KH3(C242等の修
酸塩、CH3COONa,CH3COOK,Zn(CH3
COO)2,Cd(CH3COO)2,Ca(CH3CO
O)2,Co(CH3COO)2,Cu(CH3CO
O)2,Pb(CH3COO)2,Ni(CH3CO
O)2,Ba(CH3COO)2,Mg(CH3CO
O)2,Mn(CH3COO)2,等の酢酸塩を挙げるこ
とが出来る。
【0013】これらの無機塩の砥粒の内、アルカリ金
属,アルカリ土類金属のフッ酸塩,塩酸塩,臭素酸塩,
ヨウ素酸塩でなる場合には、立方晶窒化ホウ素焼結体や
ダイヤモンド焼結体等の超硬質物体を鏡面加工すること
もできることから好ましく、特にフッ素酸塩が好まし
い。
【0014】無機塩の砥粒は、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50μm以下、好ましくは5μm以下で粒度分布の標
準偏差がσ以内の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レジンボンド砥石は、
特に上述の無機塩の砥粒が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,セラミックス砥粒,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,Si
C,Fe23,Fe34,Cr23,ZrO2,Ce
2,CBN,WBN,(ウルツ鉱型BN),ダイヤモ
ンドを挙げることができる。また、本発明者の1人が発
明し、平成3年5月30日付で特許出願した砥石に含ま
れる砥粒も他物質として使用すると、効果が高いもので
ある。
【0018】本発明の精密加工用レジンボンド砥石は、
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レジンボンド砥石は、使用
時には、無機塩の砥粒に内在している活性力と被加工材
料の表面に生じる摩擦熱により、砥粒及び被加工材料の
表面を原始的溶解状態にさせ、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、特に無機塩の分
解による被加工材料の表面エッチング作用、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、無機塩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、無機塩の砥粒と
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】各種の無機塩の粉末と、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1及び表2により得られた本発明品1〜7と比較品1
〜3に市販のシリカゾルを比較品4として、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
ウエハーの表面を1μmダイヤモンド砥石で研摩した面 回転数 :200rpm 加工圧力 :150g/cm2 研摩方式 :乾式 評価 :所定の研摩時間によ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】
【発明の効果】本発明の精密加工用レジンボンド砥石
は、砥石中に含有している無機塩の砥粒と、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溶解及び酸
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、従来の砥粒
を含有した砥石に比べて、被加工材料の面粗度(Rma
x)において、約5〜242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。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24D 3/28 B24D 3/00 320 B24D 3/34 C09K 3/14 550

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ金属及びアルカリ土類金属の中の
    少なくとも1種と、ハロゲン元素とでなる化合物の少な
    くとも1種からなる無機塩の砥粒を30体積%以上含有
    させたことを特徴とする精密加工用レジンボンド砥石。
  2. 【請求項2】上記無機塩の砥粒が平均粒径50μm以下
    の粒子でなることを特徴とする請求項1に記載の精密加
    工用レジンボンド砥石。
  3. 【請求項3】上記無機塩の砥粒が30〜80体積%と、
    樹脂が15〜49体積%と、残部が金属,金属の化合物
    及び/又は超硬質砥粒でなる他物質とからなることを特
    徴とする請求項1又は2に記載の精密加工用レジンボン
    ド砥石。
  4. 【請求項4】上記無機塩の砥粒がアルカリ金属の弗化
    物,アルカリ土類金属の弗化物及び/又はこれらの相互
    固溶体からなり、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ること
    を特徴とする請求項3に記載の精密加工用レジンボンド
    砥石。
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