JP6017869B2 - ステンレス鋼及び半導体ウエーハを加工する加工装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハの切削装置又は研削装置等の加工装置の部材に適用可能なステンレス鋼及び半導体ウエーハを加工する加工装置の製造方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、半導体ウエーハを吸引保持するチャックテーブルがステンレス製の基台である半導体ウエーハの加工装置が記載されている。

特開２０００−３２３４４０号公報

ところで、半導体ウエーハに対して切削又は研磨等の加工を施す切削装置又は研磨装置等（以下、必要に応じて加工装置という）は、切削水又は研削水（以下、必要に応じて切削水等という）を用いて半導体材料を切削したり研磨したりする。このため、半導体ウエーハを支持するチャックテーブル及びブレードを保持して回転させるスピンドル等も、切削水等が付着する環境で使用される。半導体ウエーハの加工精度を確保するため、チャックテーブル及びスピンドルは、振動を吸収する能力（以下、制振能力という）が高い制振材料で製造される。

現在知られている制振材料としては、例えば、マンガン系制振合金（Ｍ２０５２）、鉄−アルミニウム系合金（ＡＬＦＥ又はインテリアル）等があるが、これらはいずれも耐食性が低い。このため、これらの制振材料は、切削水等が付着する環境下においては、錆及び溶出が発生する可能性があるため使用することができない場合が多い。

加工装置のホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等は、ＳＵＳ４３０又はＳＵＳ４３１が用いられることが多いが、これらも切削水等が付着する環境下において使用すると、発錆が生じることがある。また、加工装置のホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等には、さらに制振能力を高めるため、熱膨張率が低い特性が求められる。

本発明は、熱膨張を抑制すると共に、耐食性を向上し、かつ成形の容易なステンレス鋼及び半導体ウエーハを加工する加工装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、シリコン０．０２重量％以上０．５重量％以下、マンガン０．２重量％以上０．５重量％以下、ニッケル１．０重量％以上３．０重量％以下、クロム１６重量％以上１９重量％以下、モリブデン１．５重量％以上２．５重量％以下、チタン０．１重量％以上０．５重量％以下、ニオブ０．２重量％以上０．８重量％以下、スズ０．１重量％以上０．５重量％以下、ビスマス０．０２重量％以上０．１重量％以下を含有し、かつ鉄残量及び不可避的な不純物からなり、高耐発錆性及びロストワックス鋳造法による鋳造適応性を有するフェライト系ステンレス鋼である。

本発明は、シリコン０．０２重量％以上０．５重量％以下、マンガン０．２重量％以上０．５重量％以下、ニッケル１．０重量％以上３．０重量％以下、クロム１６重量％以上１９重量％以下、モリブデン１．５重量％以上２．５重量％以下、チタン０．１重量％以上０．５重量％以下、ニオブ０．２重量％以上０．８重量％以下、スズ０．１重量％以上０．５重量％以下、ビスマス０．０２重量％以上０．１重量％以下を含有し、かつ鉄残量及び不可避的な不純物からなる組成に調整された溶鋼を、ロストワックス鋳造法により鋳造したフェライト系ステンレス鋼部材を切削水又は研削水が付着する環境下で用いられる部材として設置する半導体ウエーハを加工する加工装置の製造方法である。

本発明は、熱膨張を抑制すると共に、耐食性を向上し、かつ成形の容易なステンレス鋼を提供することができる。このため、従来加工装置に適用されているステンレス鋼に代えて本発明に係るステンレス鋼を適用すれば、加工装置のホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等は、すぐれた制振性、耐発錆性を備えることができる。また、従来加工装置に適用されているステンレス鋼に代えて本発明に係るステンレス鋼を適用すれば、加工装置のホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等は、ロストワックス鋳造法において鋳造可能であるため、複雑な形状の部品を容易に製造することができる。

図１は、実施の形態に係るステンレス鋼を用いた部材のロストワックス鋳造法による製造方法のフローチャートである。 図２は、実施の形態に係る加工装置の構成例を示す説明図である。 図３は、実施の形態に係る加工装置におけるホイールカバーの構成例を示す説明図である。 図４は、比較例のホイールカバーの構成例を示す説明図である。 図５は、実施の形態に係るホイールカバーの構成例を示す説明図である。 図６は、発錆実験の結果を示す図である。 図７は、発錆実験の結果を示す図である。 図８は、発錆実験の結果を示す図である。

以下、発明を実施するための形態（実施の形態）について説明する。本発明は、下記に記載する実施の形態の内容に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

ステンレス鋼とは、耐食性を向上させる目的で、クロム又はクロム及びニッケルを含有させた合金鋼である。一般にはクロム含有量が約１１％以上の鋼をステンレス鋼といい、主としてその組織によって、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系、オーステナイト・フェライト系及び析出硬化系の五つに分類される（ＪＩＳ Ｇ ０２０３）。

本実施の形態に係るステンレス鋼は、シリコン（Ｓｉ）０．０２重量％以上０．５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）０．２重量％以上０．５重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）１．０重量％以上３．０重量％以下、クロム（Ｃｒ）１６重量％以上１９重量％以下、モリブデン（Ｍｏ）１．５重量％以上２．５重量％以下、チタン（Ｔｉ）０．１重量％以上０．５重量％以下、ニオブ（Ｎｂ）０．２重量％以上０．８重量％以下、スズ（Ｓｎ）０．１重量％以上０．５重量％以下、ビスマス（Ｂｉ）０．０２重量％以上０．１重量％以下を含有し、かつ鉄（Ｆｅ）残量及び不可避的な不純物からなり、高耐発錆性及びロストワックス鋳造法による鋳造適応性を有するフェライト系ステンレス鋼である。

本実施の形態に係るステンレス鋼の組成について説明する。Ｓｉの含有は、組成中の酸素を除去する作用があるが、Ｓｉの含有量が多くなると脆化、すなわち脆くなりやすい。このため、Ｓｉの含有量は０．０２重量％以上０．５重量％以下であることが好ましい。この範囲であれば、本実施の形態に係るステンレス鋼は、組成中の酸素を除去できると共に、適度な延性を確保することができる。

Ｎｉの含有量が少なくなるとステンレス鋼の硬度及び延性が低下する。また、Ｎｉは、含有量が３．０重量％を上回るとステンレス鋼の上述した熱膨張率が増加する。そして、ステンレス鋼の熱膨張率が増加する場合、ステンレス鋼は、精密または高精度部品用途に不向きとなる。つまり、Ｎｉの含有量が多くなると、ロストワックス鋳造法による鋳造による成形性が低下する。このため、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｎｉの含有量は１．０重量％以上３．０重量％以下が好ましい。この範囲であれば、成形性、適度な硬度及び延性を確保することができる。その結果、本実施の形態に係るステンレス鋼は、ロストワックス鋳造法による精密部品又は高精度部品を形成することができる。そして、本実施の形態に係るステンレス鋼は、ロストワックス鋳造法による鋳造適応性を有している。

本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｃｒの含有量を、１６重量％以上１９重量％以下の範囲とすることにより、ステンレス鋼の組織はフェライトになる。これにより、ステンレス鋼は、耐食性を確保することができる。一般的なステンレス鋼では、Ｃｒは、耐食性を向上させるが、Ｃｒの含有量が増加するにつれて、ステンレス鋼の結晶粒が増大し、脆性が高まる可能性がある。このため、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｃｒの含有量を、１６重量％以上１９重量％以下の範囲とすると共に、本実施の形態に係るステンレス鋼は、一般的なステンレス鋼、例えば、ＳＵＳ３０４等と比較すると、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＢｉの含有量が異なるようにする。そして、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｍｎの含有量を０．２重量％以上０．５重量％以下、Ｍｏの含有量を１．５重量％以上２．５重量％以下、Ｔｉの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下及びＮｂの含有量を０．２重量％以上０．８重量％以下とすることにより、ステンレス鋼の結晶粒の増大を抑制する。

本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｍｏの含有量を１．５重量％以上２．５重量％以下、Ｔｉの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下及びＳｎの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下とすることにより、ステンレス鋼の耐食性を向上させ、熱膨張率の増加、機械加工特性（機械的性質）の低下を抑制している。

本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｂｉが０．０２重量％以上０．１重量％以下の含有量を有する場合、切削加工性が向上する。

本実施の形態に係るステンレス鋼は、上述した組成の残部がＦｅである。本実施の形態に係るステンレス鋼は、不可避的な不純物、例えば、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）等を含んでいてもよい。

このような組成とすることにより、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｍｏ、Ｔｉ及びＮｂの所定量の含有によって熱膨張率の増加を抑制する。また、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＮｂの所定量の含有によって、耐食性を向上させ高耐錆性を有する。そして、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｎｉの所定量の含有によって成形を容易にする。さらに、本実施の形態に係るステンレス鋼は、Ｂｉの所定量の含有によって切削加工性が向上する。

このため、本実施の形態に係るステンレス鋼を加工装置の部材に用いると、切削水等の付着による錆はほとんど発生しない。また、熱膨張率が抑制されており制振能力が高いため、切削時又は研磨時において発生した振動は、加工装置の部材で効率よく吸収されるので、加工装置の工具及び加工装置の振動が効率よく抑制される。その結果、加工装置は、被加工物の加工精度を確保することができる。

（製造方法）
本実施の形態に係るステンレス鋼による部材は、いわゆるロストワックス鋳造法によって製造することができ、例えば、次のような工程を有する製造方法により製造できる。なお、本実施の形態に係るステンレス鋼による部材の製造方法は、下記の製造方法には限定されない。図１は、実施の形態に係るステンレス鋼を用いた部材のロストワックス鋳造法による製造方法のフローチャートである。

図１に示すように、まず、溶解工程では、上述した本実施の形態に係るステンレス鋼の組成に調整された鋼材を、所定の溶解温度の真空高周波溶解炉で溶解させる（ステップＳ１）。溶解温度は、１５５０℃以上１６００℃以下である。

鋳型製造工程では、ろうで模型を製作し、ケイ酸エチルまたはケイ酸ソーダを混合した微粉耐火物あるいはセラミックスをコーティングして乾燥させ、鋳型の型枠内に型込めする。そして、この鋳型を高温にし、ろうを溶融流出させ、鋳型を焼成する（ステップＳ１１）。

鋳込み工程では、ステップＳ１１において製造した鋳型を鋳造温度に加熱する。鋳造温度は、１０００℃以上１０５０℃以下となるように制御される。そして、ステップＳ１において、溶解された鋼材が鋳型に流し込まれ、鋳込みが行われる（ステップＳ２）。そして、鋳込みが終了した鋳型は自然冷却される。

鋳込み工程において、前述した範囲を超えて溶解温度及び鋳造温度が高い場合には、ステンレス鋼の結晶粒が増大し、脆性が高くなる可能性がある。鋳込み工程において、前述した範囲を下回り、溶解温度及び鋳造温度が低い場合には、鋼材が鋳型内で回り込みが不十分となり回り込み不良となる可能性、又は鋳型から分離した部材の表面である鋳肌の荒れが発生する可能性がある。このように、鋳込み工程において、前述した範囲の溶解温度及び鋳造温度を維持した場合、ステンレス鋼の結晶粒の増大が抑制され、鋼材が鋳型内で回り込みが十分であり、かつ鋳肌の荒れも抑制される。

分離工程では、ステップＳ２で鋳込まれた鋳型から、粗形状が粗形成された鋼塊を分離する（ステップＳ３）。次に、熱処理工程では、ステップＳ３において分離された鋼塊を熱処理温度で熱処理し、鋼塊の焼鈍を行う（ステップＳ４）。熱処理温度は、６００℃以上８５０℃以下である。次に、加工工程では、切削又は研削等の加工を行い、仕上げ加工を行う（ステップＳ５）。上述した工程により、本実施の形態に係るステンレス鋼の部材がロストワックス鋳造法により製造される。

以上説明したように、本実施の形態のステンレス鋼の製造方法は、例えば、シリコン（Ｓｉ）０．２重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％、ニッケル（Ｎｉ）２．０重量％、クロム（Ｃｒ）１８重量％、モリブデン（Ｍｏ）２．０重量％、チタン（Ｔｉ）０．３重量％、ニオブ（Ｎｂ）０．５重量％、スズ（Ｓｎ）０．３重量％、ビスマス（Ｂｉ）０．０５重量％を含有し、かつ残量を鉄（Ｆｅ）とした鋼材を所定の溶解温度の高周波溶解炉で溶解後、ロストワックス製法により生成され鋳造温度に加熱された鋳型に鋳込みを行い、自然冷却する。ここで、各組成は、±１０％のコントロール誤差がある。このため、ステンレス鋼は、Ｓｉの含有量が０．１８重量％以上０．２２重量％以下、Ｍｎの含有量が０．２７重量％以上０．３３重量％以下、Ｎｉの含有量が１．８重量％以上２．２重量％以下、Ｃｒの含有量が１６．２重量％以上１９．８重量％以下、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上２．２重量％以下、Ｔｉの含有量が０．２７重量％以上０．３３重量％以下、Ｎｂの含有量が０．４５重量％以上０．５５重量％以下、Ｓｎの含有量が０．２７重量％以上０．３３重量％以下、Ｂｉの含有量が０．０４５重量％以上０．０５５重量％以下、かつ残量がＦｅ及び不可避不純物を含む組成範囲で製造される。このような範囲であれば、製造されたステンレス鋼は、熱膨張を抑制すると共に、耐食性を向上し、かつ成形の容易となる。そして、製造されたステンレス鋼は、切削水等が付着する環境で使用される加工装置の部材の材料としての性能を確保できる。またロストワックス鋳造法は、ステンレス鋼及びステンレス鋼を用いた部品の生産性も向上させる。なお、溶解温度は、１５５０℃以上１６００℃以下であり、鋳造温度は、１０００℃以上１０５０℃以下である。

このように、本実施の形態に係るステンレス鋼は、ロストワックス鋳造法による製造方法で製造できるので、一般的な圧延工程は不要である。その結果、本実施の形態に係るステンレス鋼の製造は、工程の簡略化が可能となり、製造コストの増加を抑制できるという利点がある。そして、本実施の形態に係るステンレス鋼は、ロストワックス鋳造法による鋳造適応性を有している。

（加工装置）
本実施の形態に係るステンレス鋼による部材は、ロストワックス鋳造法により、半導体ウエーハを加工する加工装置において切削水又は研削水が付着する環境下で用いられる部材に鋳造される。本実施の形態に係るステンレス鋼による部材は、例えば、次のような加工装置のホイールカバーである。なお、本実施の形態に係るステンレス鋼による部材は、下記の加工装置又はホイールカバーには限定されない。図２は、実施の形態に係る加工装置の構成例を示す説明図である。

加工装置１は、図示しない被加工物に切削加工又は研削を行う切削装置あるいは研磨装置であり、図２に示すように、チャックテーブル１０と、少なくともスピンドル２２、スピンドルハウジング２３等を含む切削手段２０と、Ｘ軸移動手段３０と、Ｙ軸移動手段４０と、Ｚ軸移動手段５０と、制御手段７０と、報知手段８０とを少なくとも備える。

ここで、被加工物は、加工装置１により切削加工が行われる加工対象であり、シリコン、サファイア、ガリウム等を母材とする半導体ウエーハ、ガラス、樹脂等からなる板状部材である。被加工物は、本実施の形態では、デバイスが複数形成されているデバイス側の表面と反対側の裏面がダイシングテープに貼着され、被加工物に貼着されたダイシングテープがフレームに貼着されることで、フレームに固定される。

チャックテーブル１０は、被加工物を保持する。チャックテーブル１０は、表面に載置された被加工物を吸引することで、被加工物の表面を露出させた状態で保持する。なお、チャックテーブル１０は、加工装置１の装置本体に設けられたテーブル移動基台２に着脱可能に固定されている。

切削手段２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物に対して切削加工を行う。切削手段２０は、図２及び図３に示すように、切削ブレード２１と、スピンドル２２と、スピンドルハウジング２３と、ホイールカバー２４と、切削水供給源２５から切削水が供給される複数の切削水ノズル２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、ブレード破損検出器２７と、を備えている。

切削ブレード２１は、被加工物を切削加工する環状に形成されており、切削砥石である。切削ブレード２１は、高速回転することでチャックテーブル１０に保持された被加工物に切削加工を施すことができる。切削ブレード２１は、フランジ２８等によりスピンドル２２に対して着脱自在に固定される。そして、切削ブレード２１は、スピンドル２２の先端に装着される。

スピンドル２２は、切削ブレード２１を回転可能に支持する。スピンドル２２は、スピンドルハウジング２３の内部空間に収容されており、先端側と反対側で図示しない回転駆動源に連結されて、回転駆動源の回転駆動力により軸芯回りに回転される。スピンドル２２は、回転駆動源の回転駆動力により軸芯回りに回転されることにより、切削ブレード２１を、例えば矢印Ｋ方向に回転させる。

ホイールカバー２４は、切削ブレード２１に外周を覆うように配設され、スピンドルハウジング２３の先端に固定される。このホイールカバー２４は、切削ブレード２１を保護すると共に、切削加工に伴う切削水、切削屑等が切削手段２０の外部に飛散することを低減する。このため、ホイールカバー２４は、切削水が付着する環境に配置されている。

複数の切削水ノズル２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、切削ブレード２１等に切削水を供給する。複数の切削水ノズル２６ａ、２６ｂ、２６ｃのうちの一つの切削水ノズル２６ａは、切削ブレード２１の外周縁と相対した状態でホイールカバー２４に配設されている。切削水ノズル２６ａは、切削水供給源２５から供給された切削水を切削ブレード２１の外周縁に供給する。複数の切削水ノズル２６ａ、２６ｂ、２６ｃのうちの他の二つの切削水ノズル２６ｂ、２６ｃは、切削ブレード２１を両側から挟むようにして水平方向に配設されており、切削ブレード２１に相対する面に切削水供給孔（図示せず）が所定間隔毎に水平方向に複数設けられている。切削水ノズル２６ｂ、２６ｃは、切削水供給源２５から供給された切削水を、複数の切削水供給孔から複数の切削ブレード２１及び切削ブレード２１が切削する被加工物に供給する。なお、切削水ノズル２６ａ、２６ｂ、２６ｃから切削ブレード２１等に供給される切削水の温度は、切削水供給源２５等において、所定の温度に保たれている。

ブレード破損検出器２７は、切削ブレード２１の回転中に切削ブレード２１の破損又は磨耗を検出するものであり、ホイールカバー２４に取り付けられている。ブレード破損検出器２７は、検出結果を制御手段７０に出力する。

Ｘ軸移動手段３０は、切削ブレード２１に対してチャックテーブル１０に保持された被加工物を加工装置１におけるＸ軸方向に相対移動させる。Ｘ軸移動手段３０は、図示しないＸ軸パルスモータにより発生した回転力により、テーブル移動基台２を図示しないＸ軸ガイドレールによりガイドしつつＸ軸方向に移動させる。ここで、テーブル移動基台２は、図示しないチャックテーブル回転源に連結されている。チャックテーブル回転源が発生した回転力が伝達されて、チャックテーブル１０は、Ｚ軸と平行な中心軸線回りに任意の角度、例えば９０度回転又は連続回転する。その結果、チャックテーブル１０に保持された被加工物は、切削ブレード２１に対してチャックテーブル１０の中心軸線を中心に任意の角度で回転する。

Ｙ軸移動手段４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物に対して切削ブレード２１を加工装置１におけるＹ軸方向に相対移動させる。Ｙ軸移動手段４０は、図示しないＹ軸パルスモータにより発生した回転力により、切削手段２０を図示しないＹ軸ガイドレールによりガイドしつつＹ軸方向に移動させる。

Ｚ軸移動手段５０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物に対して切削ブレード２１を加工装置１におけるＺ軸方向に相対移動させる。Ｚ軸移動手段５０は、図示しないＺ軸パルスモータにより発生した回転力により、切削手段２０を図示しないＺ軸ガイドレールによりガイドしつつＺ軸方向に移動させる。

制御手段７０は、加工装置１における切削手段２０と、Ｘ軸移動手段３０と、Ｙ軸移動手段４０と、Ｚ軸移動手段５０とをそれぞれ制御する。制御手段７０は、回転駆動源を駆動制御することで発生した回転力により切削ブレード２１を高速回転（数千ｒｐｍ以上数万ｒｐｍ以下）させ、チャックテーブル１０と切削ブレード２１とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、中心軸線回りに相対移動させることで、被加工物を切削する加工を切削手段２０に行わせる。

さらに、制御手段７０は、ブレード破損検出器２７からの情報に基いて、切削ブレード２１が破損又は磨耗していると判断すると、報知手段８０に報知指令を出力する。なお、制御手段７０は、例えばＣＰＵ等で構成された演算処理装置、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを含む。制御手段７０は、加工装置１の加工動作の状態を表示する表示手段９０、あるいはオペレータが加工内容情報等を登録する際に用いる図示しない操作手段と接続されている。

ホイールカバー２４は、本実施の形態に係るステンレス鋼の部材である。図４は、比較例のホイールカバーの構成例を示す説明図である。図５は、実施の形態に係るホイールカバーの構成例を示す説明図である。本実施の形態に係るホイールカバー２４は、ブレード破損検出器２７が取り付けられているので、複雑な形状をしている。従来、図４に示すように、ホイールカバー２４は、カバー部材２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄの４つの部材がねじＢａ、Ｂｂ、Ｂｄにより組み立てられていた。例えば、カバー部材２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄは、全て切削加工で部品の成形が行われる。これに対し、図５に示すように、本実施の形態に係るホイールカバー２４は、カバー部材２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄの４つの部材がロストワックス鋳造法により、一体に鋳造されている。このため、図４に示すカバー部材２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄが全て切削加工で部品の成形が行われる場合に比較して、ロストワックス鋳造法により一体に鋳造されている本実施の形態に係るホイールカバー２４は、製造コストを大幅に抑えることができる。また、本実施の形態に係るホイールカバー２４の製造では、ねじＢａ、Ｂｂ、Ｂｄにより組み立てられていた工程が不要となり、ホイールカバー２４の組み立て及び調整作業に要していた製造時間が短縮される。また、本実施の形態に係るホイールカバー２４は、ねじＢａ、Ｂｂ、Ｂｄにより生じるカバー部材２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄ間の緩み又は組み立て不良の発生が抑制され、部品の信頼性が向上している。そして、本実施の形態に係るホイールカバー２４は、ロストワックス鋳造法により鋳造されているため、不要な厚みを軽減し、軽量にすることができる。その結果、周囲の部材へかかるホイールカバー２４の荷重が減り、加工装置１の切削手段２０と、Ｘ軸移動手段３０と、Ｙ軸移動手段４０と、Ｚ軸移動手段５０への負荷が軽減され、加工装置１の寿命を延ばすことができる。

以上、本実施の形態に係るステンレス鋼は、ロストワックス鋳造法により、半導体ウエーハを加工する加工装置において切削水又は研削水が付着する環境下で用いられる部材に鋳造される。上述したように、本実施の形態に係るステンレス鋼は、熱膨張を抑制すると共に、耐食性を向上し、かつ成形が容易である。そして、本実施の形態に係るステンレス鋼は、半導体ウエーハを加工する加工装置１のホイールカバー２４、チャックテーブル１０及びスピンドル２２等といった、切削水又は研削水が付着する環境で使用する部材の材料として使用しても、切削水等の付着による錆はほとんど発生しない。また、加工装置１は、熱膨張率が低く、制振能力が高いため、切削時又は研磨時において発生した振動は、ホイールカバー２４、チャックテーブル１０及びスピンドル２２で効率よく吸収されるので、切削ブレード２１等の工具及びウエーハ等の被加工物の振動が効率よく抑制される。その結果、加工装置１は、ウエーハの加工精度を確保することができる。

上述した実施の形態に係るステンレス鋼を、上述したロストワックス鋳造法によって製造し、性能を評価した。上述した溶解工程の真空高周波溶解炉による鋼材の溶融温度は１５５０℃、鋳込み工程の鋳造温度は１０００℃とした。製造したステンレス鋼の組成は、シリコン（Ｓｉ）０．２重量％、マンガン（Ｍｎ）０．３重量％、ニッケル（Ｎｉ）２．０重量％、クロム（Ｃｒ）１８重量％、モリブデン（Ｍｏ）２．０重量％、チタン（Ｔｉ）０．３重量％、ニオブ（Ｎｂ）０．５重量％、スズ（Ｓｎ）０．３重量％、ビスマス（Ｂｉ）０．０５重量％を含有し、残量がＦｅである。このステンレス鋼を実施例とした。比較例１としてＳＵＳ３０３を、比較例２としてＳＵＳ４３０を、比較例３としてＳＵＳ４３１を評価した。

（機械的性質の評価）
実施例、比較例１、比較例２及び比較例３の機械的性質を評価した。評価項目及び評価結果を表１に示す。耐力（０．２％耐力）及び引張強さは、実施例、比較例１、比較例２及び比較例３に対する引張試験の結果から求めた。硬さは、実施例、比較例１、比較例２及び比較例３に対するロックウェル硬さ試験により求めた。比重は、２０℃の環境下で、実施例、比較例１、比較例２及び比較例３の単位体積あたりの質量を求めた。熱膨張率は、実施例、比較例１、比較例２及び比較例３の試料を０℃から１００℃まで一定速度で昇温させたときにおける熱膨張率である。０℃のときの試料長をＬ０、１００℃のときの試料長をＬ１００とすると、熱膨張率は、（Ｌ１００−Ｌ０）／（１００×Ｌ０）となる。孔食電位は、ＪＩＳ Ｇ ０５７７に規定されるステンレス鋼の孔食電位測定方法により測定した動電位法孔食電位Ｖ’_{Ｃ，ＰＩＴ}である。

表１の結果から理解できるように、実施例及び比較例３は、比較例１及び比較例２よりも大きい耐力、引張強さ及び硬さ（ロックウェル硬さ）を有している。加工装置のホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等には、例えば、ＳＵＳ４３０（比較例２）が用いられることが多いが、表１に示す評価結果から理解できるように、実施例は、比較例２よりも機械的強度が高いので、ホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等の材料として好適に使用することができる。

表１の結果から理解できるように、実施例は、比較例１、比較例２及び比較例３よりも大きい孔食電位を有している。切削水又は研削水が付着する環境下で用いられるホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等には、例えば、ＳＵＳ４３１（比較例３）が用いられても発錆が生じる可能性があるが、表１に示す評価結果から理解できるように、実施例は、比較例３よりも孔食電位が高いので錆びにくく、ホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等の材料として好適に使用することができる。

表１の結果から理解できるように、実施例は、比較例１よりも小さい熱膨張率を有しており、比較例２及び比較例３と同等の熱膨張率を有している。このため、実施例は、比較例２及び比較例３と同等程度の防振性能を有している。なお、比較例１は、非磁性であるが、実施例、比較例２及び比較例３は、強磁性の磁性を有する。

（耐食性の評価）
耐食性を評価するため、実施例、比較例１及び比較例２の発錆実験を行った。発錆実験は、直径２０ｍｍ、長さが２０ｍｍの丸棒の供試体を実施例、比較例１及び比較例２それぞれについて用意し、これらに塩水を噴霧して錆が発生する時間を調査した。発錆実験は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１（平成１２年２月２０日改正、２００５確認）に規定する塩水噴霧試験方法に従った。

図６から図８は、発錆実験の結果を示す図である。図６は比較例１の評価結果、図７は比較例２の評価結果、図８は実施例の評価結果である。比較例１は塩水の噴霧を開始してから５０時間で錆の発生が認められた。比較例２は塩水の噴霧を開始してから２０時間で錆の発生が認められた。そして、図６、図７に示すように、比較例１及び比較例２は２４０時間で相当量の錆が発生している。なお、錆は、図６、図７に現れている黒い斑点状の部分である。

これに対し、実施例の評価結果を示す図８には、図６、図７に見られるような黒い斑点状の部分は現れていない。このことから、実施例は、１０００時間の時点で錆の発生は認められないことが理解できる。このように、実施例は、比較例１（ＳＵＳ３０４）及び比較例２（ＳＵＳ４３０）に対して、高い耐食性を有していることが理解できる。

（添加元素の影響）
Ｓｉについて含有量を０．０２重量％以上０．５重量％以下の間で変化させて、これらの元素の含有量がステンレス鋼の特性に与える影響を調査した。Ｓｉは、含有量が０．０２重量％を下回るとステンレス鋼の組成中の酸素を除去する効果が低下する。また、Ｓｉは、含有量が０．５重量％を上回るとステンレス鋼の延性が低下し、脆性を呈するようになる。なお、延性又は脆性は、引張り破断試験によって評価した。

Ｎｉについて含有量を１．０重量％以上３．０重量％以下の間で変化させて、これらの元素の含有量がロストワックス鋳造法による成形性に与える影響を調査した。Ｎｉは、含有量が１．０重量％を下回るとステンレス鋼の硬度、引張強度が低下する。より具体的には、上述した機械的特性の低下が認められた。また、Ｎｉは、含有量が３．０重量％を上回るとステンレス鋼の上述した熱膨張率が増加する。その結果、Ｎｉは、含有量が３．０重量％を上回るとロストワックス鋳造法による成形性が低下し、精密または高精度の部品用途に不向きであることが分かった。

Ｃｒの含有量が１６重量％以上１９重量％以下の範囲の場合、Ｍｎの含有量を０．２重量％以上０．５重量％以下、Ｍｏの含有量を１．５重量％以上２．５重量％以下、Ｔｉの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下及びＮｂの含有量を０．２重量％以上０．８重量％以下で変化させて、これらの元素の含有量がステンレス鋼の特性に与える影響を調査した。Ｃｒの含有量が１６重量％以上１９重量％以下の範囲の場合、Ｍｎの含有量を０．２重量％以上０．５重量％以下、Ｍｏの含有量を１．５重量％以上２．５重量％以下、Ｔｉの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下及びＮｂの含有量を０．２重量％以上０．８重量％以下とすることにより、走査型顕微鏡で観察した結晶粒が縮小した。この範囲をはずれたＭｎ、Ｍｏ、Ｔｉ、及びＮｂを添加した場合、ステンレス鋼は結晶粒が増大し、耐力（０．２％耐力）及び引張強さが低下し、加工装置の部材、特にホイールカバー、チャックテーブル及びスピンドル等の材料としての性能を確保できない可能性がある。

Ｍｏ、Ｔｉ及びＳｎについて、Ｍｏの含有量を１．５重量％以上２．５重量％以下、Ｔｉの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下及びＳｎの含有量を０．１重量％以上０．５重量％以下の間で変化させて、これらの元素の含有量がステンレス鋼の特性に与える影響を調査した。ステンレス鋼は、Ｍｏの含有量が１．５重量％、Ｔｉの含有量が０．１重量％及びＳｎの含有量が０．１重量％よりもそれぞれ下回ると、ステンレス鋼の耐食性が低下する。より具体的には、上述した発錆実験において、１０００時間で錆の発生が認められた。ステンレス鋼は、Ｍｏの含有量が２．５重量％、Ｔｉの含有量０．５重量％及びＳｎの含有量が０．５重量％よりもそれぞれ下回ると、ステンレス鋼の延性が低下し、脆性を呈するようになる。このため、加工装置の部材の材料、特に切削水等が付着する環境で使用される部材の材料としての性能を確保できない可能性がある。

また、Ｂｉについて含有量を０．０２重量％以上０．１重量％以下の間で変化させて、これらの元素の含有量がステンレス鋼の特性に与える影響を調査した。Ｂｉが０．０２重量％以上０．１重量％以下の含有量を有していない場合、切削加工性が低下した。このため、実施例のステンレス鋼は、仕上げ精度が困難になる可能性がある。

上記結果から、実施例のステンレス鋼は、Ｓｉの含有量が０．０２重量％以上０．５重量％以下、Ｍｎの含有量が０．２重量％以上０．５重量％以下、Ｎｉの含有量が１．０重量％以上３．０重量％以下、Ｃｒの含有量が１６重量％以上１９重量％以下、Ｍｏの含有量が１．５重量％以上２．５重量％以下、Ｔｉの含有量が０．１重量％以上０．５重量％以下、Ｎｂの含有量が０．２重量％以上０．８重量％以下、Ｓｎの含有量が０．１重量％以上０．５重量％以下、Ｂｉの含有量が０．０２重量％以上０．１重量％以下、かつ残量がＦｅであるフェライト系ステンレス鋼であることが好ましい。このような範囲であれば、実施例は、熱膨張を抑制すると共に、耐食性を向上し、かつ成形の容易なステンレス鋼となる。そして実施例は、切削水等が付着する環境で使用される加工装置の部材の材料としての性能を確保できる。また実施例は、ステンレス鋼及びステンレス鋼を用いた部品の生産性も向上する。

１ 加工装置
１０ チャックテーブル
２２ スピンドル
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ カバー部材
２４ ホイールカバー
２７ ブレード破損検出器
Ｂａ、Ｂｂ、Ｂｄ ねじ

Claims (2)

1. シリコン０．０２重量％以上０．５重量％以下、マンガン０．２重量％以上０．５重量％以下、ニッケル１．０重量％以上３．０重量％以下、クロム１６重量％以上１９重量％以下、モリブデン１．５重量％以上２．５重量％以下、チタン０．１重量％以上０．５重量％以下、ニオブ０．２重量％以上０．８重量％以下、スズ０．１重量％以上０．５重量％以下、ビスマス０．０２重量％以上０．１重量％以下を含有し、かつ鉄残量及び不可避的な不純物からなり、高耐発錆性及びロストワックス鋳造法による鋳造適応性を有するフェライト系ステンレス鋼。
2. シリコン０．０２重量％以上０．５重量％以下、マンガン０．２重量％以上０．５重量％以下、ニッケル１．０重量％以上３．０重量％以下、クロム１６重量％以上１９重量％以下、モリブデン１．５重量％以上２．５重量％以下、チタン０．１重量％以上０．５重量％以下、ニオブ０．２重量％以上０．８重量％以下、スズ０．１重量％以上０．５重量％以下、ビスマス０．０２重量％以上０．１重量％以下を含有し、かつ鉄残量及び不可避的な不純物からなる組成に調整された溶鋼を、ロストワックス鋳造法により鋳造したフェライト系ステンレス鋼部材を切削水又は研削水が付着する環境下で用いられる部材として設置する半導体ウエーハを加工する加工装置の製造方法。