JP6199231B2 - ラップ加工用砥石 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品用セラミックス材料や半導体、光学デバイス用基板等の研削に用いられるラップ加工用砥石に関するものである。

電子部品用セラミックス材料や半導体、光学デバイス用基板等は、精密研削を目的としてラップ加工が施される。ラップ加工は、遊離砥粒によるものと、固定砥粒によるものとがある。遊離砥粒による加工は、砥粒を含む研削液をワークに流して研削するものであるが、固定砥粒による研削と比較して加工効率が著しく低い。例えば、硬質セラミックスやサファイア、ＳｉＣなどのワークが硬質化および難研削化しているため、加工効率の向上は大きな課題である。

固定砥粒による加工は、砥粒が結合材により結合した砥粒層を有するラップホイールにより研削するものであるため、ラップホイールへの荷重が直接砥粒に直接かつ均一に掛かる。そのため、砥粒がワークに食い込みやすく、効果的にワークを加工することが可能である。

このような固定砥粒による加工に使用されるラップホイールについて、関連する技術として、特許文献１，２に記載された切削工具が知られている。
特許文献１に記載の「超硬切削工具およびこれに関連する方法」には、多結晶超硬材料から形成され、少なくとも１つの切削エッジを有する複数の切削要素が整列したものである。
特許文献２に記載の「ダイヤモンドラップ定盤」には、ダイヤモンド砥粒を結合材で結合し成形されたダイヤモンド層をラップ定盤の表面に固着したものである。このダイヤモンド層には、研削面の最外周及び最内周に、全周に亘る超砥粒をボンド材で結合させたリング状超砥粒層、またはそのリング状超砥粒層を周方向の所要間隔で欠如させたセグメント状超砥粒層が形成され、その内外の超砥粒層間には同心円上に円状の超砥粒層からなるペレットが設けられている。

特表２００８−５４０１５４号公報 特開平１１−３３３７３０号公報

遊離砥粒による加工であれば定盤とワークとの間に砥粒を入り込ませるために、砥粒１個分の隙間があるが、固定砥粒による加工は、ワークとの間が、砥粒の突き出し分の隙間しかないため、研削液や切り粉が目詰りしやすく、そのため、ワークを連続的に加工することが困難となる。

そこで本発明は、切り粉を含む研削液の排出性を改善することで、連続加工性を向上させることができるラップ加工用砥石を提供することを目的とする。

本発明のラップ加工用砥石は、円板状の台金上に、砥粒を結合材により結合したセグメント型の砥石チップが設けられたラップ加工用砥石であって、前記砥石チップは、前記砥粒の粒径が５μｍ以上、１００μｍ以下、集中度が０より大きく、５０以下であるときに、周方向に並ぶ砥粒数が１００個以下であることを特徴とする。

本発明のラップ加工用砥石によれば、砥粒の粒径が５μｍ以上、１００μｍ以下、集中度が０より大きく、５０以下であるときに、周方向に並ぶ砥粒数が１００個以下である砥粒チップを、台金に設けることで、砥粒同士の間から切り粉を含む研削液を良好に排出することができ、砥粒同士の間に切り粉が目詰りしにくい。

前記砥石チップは、半径方向に並ぶ砥粒数が１５０個以下であることが望ましい。砥石チップの半径方向に並ぶ砥粒数を１５０個以下とすることで、半径方向の排出性が、更に向上するため、連続的なワークの切削加工が可能であり、連続加工してもワークの平面度の品質を維持することができる。

前記砥石チップの研削面が略長方形状または略正方形状に形成され、半径方向に仮想中心線を合わせて配置されていると、周方向や半径方向に並ぶ砥粒数を揃えることができる。

前記砥石チップが隣接する砥石チップと隙間を空けて配置されることで、切り粉が含まれる研削液を排出するための排出路が形成され、前記排出路は、中心から外周側に向かうに従って深さが深く形成されていることが望ましい。外周側に向けて並ぶ砥石チップがワークを切削することで切り粉が発生する。この切り粉は回転に応じて徐々に外周側に集まる。従って、外周側が切り粉の量が増加する。しかし、排出路が外周側に向かうに従って深さが深く形成されていれば、排出路の排出量を増加させることができるので、切り粉が含まれる研削液を十分に流すことができる。

前記排出路は、前記砥石チップによる側壁と、前記台金による底壁とにより形成され、前記台金は、その厚みが外周側に向かうに従って薄く形成されることで、前記排出路の深さが深くなることが望ましい。底壁となる台金が外周側に向かうに従って厚みが薄く形成されていることで、排出路の深さを徐々に深く形成することができる。

本発明のラップ加工用砥石は、切り粉を含む研削液の排出性を改善することで、砥粒同士の間に切り粉が目詰りしにくいので、連続的なワークの研削加工が可能である。

本発明の実施の形態に係るラップ加工用砥石を示す平面図である。 図１に示すラップ加工用砥石のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すラップ加工用砥石の砥石チップを説明するための拡大図である。 実施例１〜７および比較例１〜３の評価結果を示す表である。

本発明の実施の形態に係るラップ加工用砥石を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、このラップ加工用砥石１０は、円板状の台金２０上に、複数のセグメント型の砥石チップ３０が設けられている。
図２に示すように、台金２０は、その厚みが外周側に向かうに従って薄く形成されている。本実施の形態では、内周端の厚みＴ１が約１０ｍｍ、外周端の厚みＴ２が約８ｍｍに形成されている。

砥石チップ３０は、砥粒が結合材により結合されて形成されている。砥石チップ３０は、研削面３０ｓが略長方形状に形成されていることで、略直方体状を成している。半径方向に並ぶ砥石チップ３０は、台金２０が外周側に向かうに従って薄く形成されていることに合わせて、研削面３０ｓを含む仮想平面３０ｔを水平にするために、外周側に向かうに従って厚く形成されている。なお、図１に示す砥石チップ３０においては、研削面３０ｓが略長方形状に形成されているが、砥粒数が半径方向および周方向で同じであれば、研削面３０ｓを略正方形状とすることができる。

砥石チップ３０は、台金２０の中心から半径方向Ｆ１に放射状に配置されている。
砥石チップ３０が隣接する砥石チップ３０と隙間を空けて配置され、側壁が砥石チップ３０により形成され、底壁が台金２０によって形成されていることで、切り粉が含まれる研削液を排出するための排出路Ｐが、砥石チップ３０の周囲に形成されている。

排出路Ｐは、台金２０の厚みが外周側に向かうに従って薄く形成されているため、排出路Ｐは中心から外周側に向かうに従って深く形成され、台金２０の中心から外周側に下りに傾斜している。

本実施の形態では、砥石チップ３０は、円形状に形成された台金２０の周方向を８分割した扇状の領域Ｓを１単位として、これらの領域Ｓに同じパターンで配置されている。例えば、ラップ加工用砥石１０では、扇状の領域Ｓの最内周側に、８個の砥石チップ３０が円弧状に並び、次に、外周方向に向かって９個、１０個、１１個と、砥石チップ３０が１個ずつ増え、最外周側が１５個となっている。

砥石チップ３０は、図３に示すように、砥粒としてダイヤモンド砥粒３１が使用され、結合材であるメタルボンドにより成形されている。砥石チップ３０は、砥粒の粒径が５μｍ以上、１００μｍ以下、集中度が０より大きく、５０以下とすることができる。砥石チップ３０は、半径方向Ｆ１（砥石チップ３０の長さ方向）に並ぶ砥粒が１５０個以下となるように形成されている。また、砥石チップ３０は、周方向Ｆ２（砥石チップ３０の幅方向）に並ぶ砥粒が１００個以下となるように形成されている。

ここで、半径方向Ｆ１に並ぶ砥粒が１５０個以下とは、砥石チップ３０の周方向Ｆ２（砥石チップ３０の幅方向）の任意の位置を、半径方向Ｆ１に延びる仮想線Ｌ１が横切る砥粒数を示す。また、周方向Ｆ２に並ぶ砥粒が１００個以下とは、砥石チップ３０の半径方向Ｆ１（砥石チップ３０の長さ方向）の任意の位置を、半径方向Ｆ１に延びる仮想線Ｌ２が横切る砥粒数を示す。

このように本実施の形態に係るラップ加工用砥石１０は、砥石チップ３０の周方向に並ぶ砥粒数が１００個以下であるため、ワークの表面を品質よく平坦面に研削しつつ、切り粉を含む研削液を流すに十分な砥粒の間隔を確保することができる。従って、切り粉を含む研削液が、砥石チップ３０の砥粒同士の間で目詰りすることなく排出路Ｐに流れ、ラップ加工用砥石１０の外側に流れ出る。よって、ラップ加工用砥石１０は、排出性が改善され、良好に研削液を排出することができるので、連続的なワークの研削加工が可能である。
また、砥石チップ３０の半径方向Ｆ１に並ぶ砥粒数を１５０個以下とすることで、半径方向Ｆ１の排出性が、更に向上するため、連続的なワークの切削加工が可能であり、連続加工してもワークの平面度の品質を維持することができる。

また、砥石チップ３０の研削面３０ｓが略長方形状または略正方形状に形成され、半径方向に仮想中心線を合わせて配置されているため、半径方向Ｆ１や周方向Ｆ２に並ぶ砥粒数を揃えることができる。従って、砥石チップ３０の半径方向Ｆ１や周方向Ｆ２に並ぶ砥粒数のばらつきを抑えることができる。

砥石チップ３０が隣接する砥石チップ３０と隙間を空けて配置されることで、切り粉が含まれる研削液を排出するための排出路Ｐが砥石チップ３０の周囲全体に形成されるため、研削液に対する排出性を高めることができる。
この排出路Ｐは、中心から外周側に向かうに従って深さが深く形成されている。外周側に向けて並ぶ砥石チップ３０がワークを切削することで切り粉が発生するが、この切り粉は回転に応じて徐々に外周側に集まるので、外周側が切り粉の量が増加する。
しかし、排出路Ｐが外周側に向かうに従って深さが深く形成されていることで、排出路Ｐの排出量を増加させることができるので、切り粉が含まれる研削液を十分に流すことができる。

また、砥石チップ３０が、周方向を等分割した扇状の領域Ｓを１単位として、これらの領域Ｓに同じパターンで配置されているので、領域Ｓと隣接する領域Ｓとの間には、直線状の排出路Ｐが形成される。従って、切り粉を含む切削液は、外周側に位置する砥石チップ３０に邪魔されることなく、真っ直ぐに直線状の排出路Ｐを流れ、ラップ加工用砥石１０の外側に排出されるので、排出効率を向上させることができる。

次に、具体的な作製例と試験例を示す。
図１に示す構造のラップ加工用砥石１０を作製し（実施例）、従来例とともに、研削試験を行った。
ラップ加工用砥石１０は、直径が６３０ｍｍである。砥石チップ３０は、砥粒の粒度が＃２７０、集中度が１５である。ワークは、２インチサファイヤウェハを使用した。
ラップ加工用砥石１０を装着するラップ装置は、１キャリア当たりワークが８枚、５キャリアを有するものを使用した。そして、加工圧は１００ｇ／ｃｍ²、加工量は１００μｍである。

図４に示す表から判るように、排出路Ｐが外周方向に向かって下り傾斜であり、砥石チップ３０の周方向の砥粒数が１００個以下、半径方向の砥粒数が１５０個以下の実施例１〜５については、１０バッチ以上の連続加工が可能であった。特に、実施例１，２では、面粗さＲａ０．５μｍ、平面度１５μｍと良好であった。
実施例６，７では、周方向の砥粒数が、それぞれ７３個であり、１００個以下であるものの、半径方向の砥粒数が１６０個、１８３個と、１５０個より多いため、連続加工は可能であったが、ウェハ表面が面粗さＲａ０．６μｍ、平面度２０μｍと、実施例１〜５よりは劣る。

比較例１では、半径方向の砥粒数が１１０個であり、１５０個以下であるものの、周方向の砥粒数が１１０個であり、１００個以上としているため、砥石チップの回転方向の後方部に、切り粉が徐々に堆積して、数バッチで加工できなくなった。
また、比較例２では、周方向の砥粒数が１１０個となっており、１００個以上としているだけでなく、半径方向の砥粒数が１８３個となっており、１５０個より多いため、ウェハが粗く、連続加工もできなかった。
更に、比較例３では、周方向の砥粒数が７３個であり、１００個以下であるものの、周方向の砥粒数が１１０個であり、１００個以上としているだけでなく、排出路が水平であるため、ウェハが粗くなり、連続加工できるバッチ数（ドレスインターバル）も短くなった。

これにより、砥石チップ３０の周方向の砥粒数が１００個以下であれば、切り粉を含む切削液に対する良好な排出性が確保でき、連続的な加工が可能であることが確認できた。また、砥石チップ３０の半径方向の砥粒数が１５０個以下であれば、更に排出性を向上させることができ、連続加工してもワークの平面度の品質を維持することができることが確認できた。

なお、実施例１〜７、比較例１〜３では、砥粒の粒度が＃２７０、集中度が１５であったが、砥石チップは、砥粒の粒径が５μｍ以上、１００μｍ以下、集中度が０より大きく、５０以下であれば、同様の傾向があることがわった。

本発明は、電子部品用セラミックス材料や半導体、光学デバイス用基板等の研削に用いられるラップ加工用砥石に好適である。

１０ ラップ加工用砥石
２０ 台金
３０ 砥石チップ
３０ｓ 研削面
３０ｔ 仮想平面
３１ ダイヤモンド砥粒
Ｌ 仮想中心線
Ｌ１，Ｌ２ 仮想線
Ｔ１ 内周端の厚み
Ｔ２ 外周端の厚み
Ｆ１ 半径方向
Ｆ２ 周方向
Ｐ 排出路
Ｓ 領域

Claims (4)

1. 円板状の台金上に、砥粒を結合材により結合したセグメント型の砥石チップが設けられたラップ加工用砥石であって、
   前記砥石チップは、研削面が略長方形状または略正方形状に形成され、前記砥粒の粒径が５μｍ以上、１００μｍ以下、集中度が０より大きく、５０以下であるときに、周方向に並ぶ砥粒数が１００個以下であり、
   前記砥石チップが隣接する砥石チップと隙間を空けて配置されることで、切り粉が含まれる研削液を排出するための排出路が、前記砥石チップによる側壁と、前記台金による底壁とにより形成され、
   前記台金の周方向を等分割した扇状の領域を１単位として、前記砥石チップが前記領域に同じパターンで配置され、
   前記領域においては、周方向の両端に配置された前記砥石チップであって、半径方向に並ぶ前記砥石チップが、仮想中心線を合わせて配置されると共に、最内周側から最外周側まで外周方向に向かって円弧状に並ぶ前記砥石チップの数が増加するように配置されたラップ加工用砥石。
2. 前記砥石チップは、半径方向に並ぶ砥粒数が１５０個以下である請求項１記載のラップ加工用砥石。
3. 前記排出路は、中心から外周側に向かうに従って深さが深く形成されている請求項１または２記載のラップ加工用砥石。
4. 前記台金は、その厚みが外周側に向かうに従って薄く形成されることで、前記排出路の深さが深くなる請求項３記載のラップ加工用砥石。

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