JP6302889B2

JP6302889B2 - 砥石

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Publication number: JP6302889B2
Application number: JP2015231332A
Authority: JP
Inventors: 高田　篤; 篤高田; 雅一高津; 大橋　恭介; 恭介大橋; 幸三石崎; 徳郎小野寺
Original assignee: Nano TEM Co Ltd
Current assignee: Nano TEM Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP2017013221A

Description

本発明は、被加工物を研削・研磨する砥石に関する。具体的には、セラミックス、シリコンウエハ、半導体基板、ＬＥＤ基板、放熱基板、ＳｉＣ、アルミナ、サファイア、金属や合金などの被加工物を研削・研磨する砥石に関する。

砥石は硬質の粒子つまり砥粒を結合材で固めて形成される工具である。砥石を用いた加工には、研削加工と研磨加工とがあり、習慣的には荒加工は研削加工と言われ、仕上げ加工は研磨加工と言われている。これらの加工は、砥石を被加工物つまりワークに押し付けた状態のもとで砥石と被加工物とを相対的に移動させることによって被加工物表面つまり被加工面を砥粒により多数の切りくずとして削り取る加工であって、この明細書では研削・研磨とは、研削加工、および、研磨加工の両者を云う。研磨加工には砥粒を固定させずに流体中に浮遊させ、例えば柔らかいバフを流体中に移動させることにより浮遊砥粒をワークに当てて研磨する方法が有り、超仕上げ研磨（ウルトラポリッシュ、スーパーポリッシュ）と呼ばれる。

砥石を用いた研削・研磨加工には、被加工物の円筒形状の外周面を加工する円筒研削・研磨加工、被加工物の円筒形状の内周面を加工する内面研削・研磨加工、被加工物の平坦面を加工する平面研削・研磨加工がある。外周面や内周面を加工するための砥石としては、円筒形状の加工面が設けられた砥石が使用される。また、平面を加工するための砥石としては、外周面に加工面が設けられた円筒形の砥石または平坦な端面に加工面が設けられたカップ形、リング形およびディスク形の砥石が使用される。

従来、ハニカム構造を有する砥石が知られている（例えば、特許文献１参照）。この砥石においては、多数の平行な貫通孔を有するセラミックス製の多孔支持体と、該多孔支持体の端面に超砥粒を金属メッキ層で固定された砥粒層とを具備し、この砥粒層には前記貫通孔に対応した開口部が形成されている。

また、下記特許文献２には、ダイヤモンドまたはＣＢＮからなる超砥粒をビトリファイボンドにより固着して形成された研削砥石において、砥材層の形状をハニカム状として、超砥粒を含有する砥材層壁を格子状に形成させ、前記砥材層壁に囲まれた領域をチップポケットとする研削砥石が記載されている。

特開平４−１２９６７５号公報特開２００４−２５５５１８号公報

しかし、特許文献１に記載された砥石は、金属メッキ層で固定された砥粒層が薄いため研削・研磨の寿命が短い。また、ハニカム構造全体に砥粒が分散するため、砥粒によって削られた高温の切りくずがハニカムの稜線上に融着して目詰まりを起こし、次の研削・研磨を妨げる。

また、特許文献２に記載された砥石は、砥粒層が厚いため研削・研磨の寿命の問題は解決するが、砥粒によって削られた高温の切りくずがハニカムの稜線上に融着して目詰まりを起こし、次の研削・研磨を妨げる問題は解決されない。

すなわち、従来のハニカム構造はその線状になっている構造物が連続体であり、その内部の空間は被加工物が接しているときに作られる体積として閉じた空間になる。これによる弊害は閉じた空間にある空気によるエアーハンマー現象が生じて、温度の上昇で空気の膨張が起きて加圧状態になり、被加工物が砥粒層に接することを妨げたり、振動により加工面を荒くさせたりする。

研削回転方向とハニカム構造のある稜は、直角に近い接し方や平行に近い接し方をする。被加工物が、金属やガラス系無機材料の溶融状態が可能なものの削られた切りくずは柔らかくなり、その状態で後続の砥粒に接して融着し目詰まりを起こす。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、同一砥石により研削、研磨、超仕上げ研磨を可能にする砥石、エアーハンマー現象もなく継続的に使用しても目詰まりしないように研削有効圧力を上げることを可能にする砥石を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明の砥石は、被加工物を加工する研削・研磨層が多角柱を隙間なく並べたハニカム構造を有する砥石であって、前記ハニカム構造の交点のみまたは壁部の一部のみに、砥粒および結合材からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する砥石柱を備えたことを特徴とする。

本発明においては、ハニカム構造の交点または壁部に砥石柱を有することにより、研削の進行に連れ、ハニカムの稜が鋸状になり、被加工物とハニカムが接してもその中の空間が閉じた空間にならないので、加圧によるエアーハンマー現象が生じない。なお、本発明において、ハニカム構造とは、多角柱を隙間間なく並べたもの（３次元空間充填）をいう。

この砥石柱は、被加工物を研削・研磨する砥粒および結合材からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなるので、被加工物と砥石柱が点で接して接触点を少なくすることにより、研削有効圧力が上がり、研削性能の向上に役立つ。さらに、砥石面より冷却水との液体を出し砥石とワークの感覚を調整することにより研磨加工を行う。研削・研磨面に露出した砥粒が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。研磨後、さらに冷却水、研磨液などを高圧に流すことによりハニカム柱の空洞部に多孔体エラストマーを設置したものの場合、このエラストマーが膨張して、このエラストマーが直接ワークに当たり浮遊砥粒による超仕上げ研磨を可能にする。

また、被加工物に対して平行に運動するハニカム構造の稜があっても、砥粒の後に空間が有り、切りくずが次の砥粒に接する前に空間で砥石から離れ冷却されるので目詰まりを起こさない。

本発明の前記構成において、前記砥石柱の軸Ｌは、砥石の回転方向に傾斜して配置されていることが好ましい。
これによれば、研削・研磨面に対して傾斜したすくい角をもって研削するため、より効率的に短時間での研削が可能となる。

本発明の前記構成において、前記砥石の回転方向は、前記砥石柱の傾斜方向またはその反対方向であることが好ましい。
これによれば、研磨時には、研削時と逆方向に素材を回転させることができ、砥石柱で被加工物をなでることができるため、より滑らかな仕上げ面を実現することができる。

本発明の前記構成において、前記研削・研磨層は多孔質の砥石基部と一体に形成され、冷却液および化学研磨剤を有するスラリーが、前記砥石基部から前記研削・研磨層を通して前記被加工物と前記砥石との間に供給されることが好ましい。
これによれば、冷却液および化学研磨剤を有するスラリーは気孔を介して前記被加工物と前記砥石柱との間に供給することにより、流体流路に加圧流体を供給して、砥石が被加工物から浮き上がり、加工速度を落とし研磨加工を行うことも可能である。また、後述するように多角柱内に多孔質エラストマーを充填したものは、積極的にそれを膨張させることにより固定砥粒が被加工物と接触させず浮遊砥粒による超仕上げ研磨加工を行うことも可能にする。

本発明の前記構成において、前記ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が中空であることが好ましい。
これによれば、ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間を、被加工物の切りくずをトラップするポケットとして使用することができる。

本発明の前記構成において、前記ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマーで充填されていてもよい。
これによれば、ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマーで充填されているので、研削から超仕上げ研磨工程まで連続して行うことができる。

本発明の前記構成において、前記砥石基部が減圧または常圧にされることにより、前記多孔質エラストマーが前記研削・研磨層の内部に引き込まれることが好ましい。
これによれば、多孔質エラストマーが、内部に引き込まれることで、砥石柱を有するハニカム構造部がワーク面と直接接触し、効率よく研削工程を実施することができ、切りくずをトラップするポケットとして使用することも可能である。

本発明の前記構成において、前記前記砥石基部が加圧されることにより、冷却媒体の加圧により前記多孔質エラストマーの気孔を通して冷却媒体が流失することが可能であり、その流出圧力を上げることにより多孔質エラストマーが前記研削・研磨層の外部に押し出されてもよい。外部に押し出された多孔質エラストマーは、ワークとハニカム構造部との接触が断たれ、そのうえ、エラストマーがバフ研磨時のバフの働きを行い効率よく超仕上げ研磨工程を実施することができる。

本発明によれば、継続的に使用してもエアーハンマー現象を起こさず目詰まりしない砥石、その上、多孔質エラストマーを併用する場合は連続して、同一の砥石による研削・研磨・超仕上げ研磨の可能な砥石を提供することができる。
また、本発明によれば研削・研磨効果が増大し、より短時間で粗研削から仕上げ研磨まで同一の装置、及び砥石で行うことができる。

本発明の砥石の実施形態を示す平面図である。本発明の砥石の実施形態を示す部分拡大図である。本発明の砥石の実施形態を示す断面図である。本発明に用いる砥石柱の構造を示す模式図である。本発明の砥石の実施形態を示す斜視図である。本発明の砥石を用いた研削・研磨装置の実施形態を示す図である。本発明の砥石の実施形態を示す斜視図である。本発明の砥石の実施形態を示す平面図および断面図である。本発明の砥石の実施形態を示す側面図および断面図である。本発明に用いる砥石柱の傾斜角の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の砥石の実施形態を示す平面図あり、図１（a）は円盤状の砥石を示し、図１(b)はドーナツ状の砥石を示す。

図１に示すように、本実施形態の砥石は、被加工物Ｗを加工する研削・研磨層１がハニカム構造を有している。ハニカム構造の断面形状は六角形である。このハニカム構造の断面形状は、三角形や、四角形、多角形からなる幾何学模様、その組み合わせをランダムに配置してもよい。
この砥石が対象とする被加工物Ｗは、セラミックス、シリコンウエハ、半導体基板、ＬＥＤ基板、放熱基板、ＳｉＣ、アルミナ、サファイア、金属や合金などを云う。また、研削・研磨とは、研削加工、および、研磨加工の両者を云う。

図２は、本発明の砥石の実施形態を示す図１の部分拡大図である。
図２（ａ）の砥石は、ハニカム構造の交点に、砥粒５および結合材６からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された柱からなる砥石柱２を有している。そのうえ、図中の研削・研磨１の壁部も多孔体である。

研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなる砥石柱２を有するので、被加工物Ｗと砥石柱が点で接して有効圧力が上がり、研削性能の向上に役立つ。さらに、研削・研磨面に露出した砥粒が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。

また、被加工物Ｗに対して平行に運動するハニカム構造の稜があっても、砥粒の後に空間が有り、切りくずが次の砥粒に接する前に空間で砥石から離れ冷却されるので目詰まりを起こさない。
また、図２（ｂ）の砥石は、ハニカム構造の壁部に、砥粒５および結合材６からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された柱からなる砥石柱２を有している。

図２（ａ）、（ｂ）に示すハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間は中空である。この空間は、被加工物Ｗの切りくずをトラップするポケットとなる。
図３は、本発明の砥石の実施形態を示す断面図である。
図３では、研削・研磨層1は多孔質の砥石基部３と一体に形成され、ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマー４で充填されている。

図３（ａ）では、前記砥石基部３が減圧または常圧にされることにより、多孔質エラストマー４がさらに研削・研磨層１の内部に引き込まれている。
また、図３（ｂ）では、前記砥石基部３が加圧されることにより、多孔質エラストマー４が研削・研磨層１の外部に押し出されている。

図４は、本発明に用いる砥石柱の構造を示す模式図である。図４(ａ)は焼成前、図４(b)は焼成後を示しており、焼成後は結合材6が溶け砥粒５を包み込んで砥粒５同士を結合させている。

本実施形態の砥石は、被加工物Ｗを研削・研磨する砥粒５および結合材６からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなる砥石柱２を有するので、研削・研磨面に露出した砥粒５が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒５が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。結合材６は、図４(ａ)に示すように混合されるが、焼成後は結合材６が溶け砥粒５を包むように砥粒５を繋ぎ柱が形成される。なお、砥石柱２の断面形状は、図４に示すような円柱に限らず、角柱や薄い板からなる柱でもよい。

なお、砥粒５はダイヤモンドが使用されており、その平均粒径は０．１〜３００μｍとなっている。ただし、ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良く、さらには、炭化ケイ素ＳiCつまりGC、ムライト(3Ａl₂O₃-2ＳiO₂)、または溶融アルミナＡl₂O₃つまりWＡの単体或いはこれらの混合体を使用するようにしても良い。砥石を構成する結合材６としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材６としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。なお、砥粒５の平均粒径とは、砥粒５の断面が円形でない場合には、同じ断面積の円相当径の平均値とする。

また、砥石は、被加工物Ｗが平板状の場合には、図１に示すような平面からなる厚さ５〜１０mmのディスク形状でよいが、被加工物Ｗを研削・研磨する面が曲面であることにより、例えば、ディスク形状の砥石の外周に、ディスク形状の半径方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなる砥石柱２を配置することによって、複雑形状の被加工物Ｗの研削・研磨を行うことができる。

また、前記研削・研磨層１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４を有する場合はこれを含み、気孔率２０〜６０体積％の多孔体であることが好ましい。気孔率の下限（２０％）の限定理由は、これ以下の多孔体では気孔７が主に閉気孔になり開気孔ではなく、真空の為の空気や冷却剤の出入りが出来なくなるからであり、気孔率の上限（６０％）の限定理由は、砥粒５と結合材６の混合粉体の嵩密度は多くて６０％程度であり、それから焼成しているからである。
研削・研磨層１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４を有する場合はこれを含み、気孔率２０〜６０体積％の多孔体であることによって、下記の作用効果を奏する。

・研削・研磨層１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４を有する場合はこれを含み、多孔体にすることにより、砥石面を真空に引き、砥粒と被加工物の距離を近づけることを可能にする。
・砥石を多孔体にすることにより、水などの冷媒を直接出すことにより砥石と被加工物Ｗの研削面の距離のコントロールや、被加工材の砥石への不必要な接着を無くすることを可能にする。
・砥石から水などの冷媒を直接出すことにより砥石加工の冷却及び研磨を実施することを可能にする
。
また、冷却液、化学研磨剤を有するスラリー、またはこれらの混合物を前記研削・研磨層１の気孔、砥石柱２内部の気孔、多孔質エラストマー４を配備している場合はその気孔、を介して前記被加工物Ｗと前記砥石との間に供給すること供給することができる。

さらに、真空ポンプ等の真空装置を用いて前記研削・研磨層１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４中の気孔を介して前記被加工物Ｗと前記砥石との間を減圧することができる。

また、前記記載の砥石を用いることにより、下記の作用効果を奏する研削・研磨装置を提供することができる。
・砥石面から真空引きを可能にする。
・水などの冷媒を砥石から出せるような気孔機構を可能にする。
・研削砥石のドレッシングを省略可能とする。
・粗研削、ラッピング研削、仕上げ研磨を同時に実施可能にする。

図５は本発明の一実施の形態である砥石を示す斜視図であり、図６は図５に示した砥石が砥石ホルダーに取り付けられた状態を示す断面図である。下記の実施形態では、被加工物Ｗをシリコンウエハを例として説明する。

図５に示す砥石１０は、全体的に円板形状つまりディスク形状となっており、ハニカム構造は省略されている。砥石１０の一方の端面が加工面１１になり、他方の端面が基端面１２になっている。図６に示すように、砥石１０は砥石ホルダー２０に基端面１２が突き当てられるようにして取り付けられて砥石ホルダー２０により回転駆動される。砥石１０はこれの外周部に形成された取付孔１３を貫通して砥石ホルダー２０にねじ結合されるボルト１４により砥石ホルダー２０に取り付けられるようになっている。

砥石１０は砥粒と砥粒相互を連結する結合材とにより形成され、内部には微細な気孔７が形成された多孔体となっている。

図６に示すように、砥石１０は砥石ホルダー２０を介して研磨装置の砥石回転シャフト２２に取り付けられるようになっており、砥石回転シャフト２２を駆動する図示しないモータにより砥石１０は砥石ホルダー２０を介して回転駆動される。砥石回転シャフト２２に形成された流体案内流路２３は、ロータリジョイント２４を介して真空ポンプ２５に接続され、真空ポンプ２５とロータリジョイント２４とを接続する流体案内流路２６ａには流路開閉弁２７ａと圧力調整弁２８ａとが取り付けられている。したがって、流路開閉弁２７ａを開いた状態のもとで真空ポンプ２５を作動させると、研削・研磨層１、砥石柱２内部、多孔質エラストーマー４を配備している場合はその気孔、は、流体案内流路２３を介して真空ポンプ２５に連通して大気圧よりも低い真空状態つまり負圧状態となり、砥石１０の砥粒が効率良く被加工物に食い込むことを可能にする。

ロータリジョイント２４には加圧ポンプ２９が接続され、加圧ポンプ２９とロータリジョイント２４とを接続する流体案内流路２６ｂには流路開閉弁２７ｂと圧力調整弁２８ｂとが取り付けられている。加圧ポンプ２９は容器３０内に収容された研磨液等の液体を加圧して吐出し、流路開閉弁２７ｂを開いた状態のもとで加圧ポンプ２９を作動させると、液体が流体案内流路２３を介して研削・研磨層１、砥石柱２内部、多孔質エラストーマー４を配備している場合はこれを含み、これらの気孔内に入り込んで加工面１１から流出することになる。

砥石回転シャフト２２の上方には、シリコンウエハなどの被加工物Ｗを支持してこれを回転させる真空チャック３１が装着されたワーク回転シャフト３２が設けられている。このワーク回転シャフト３２は砥石１０の加工面１１に沿う方向に水平方向に移動自在となるとともに上下方向に移動自在となっており、真空チャック３１に支持された被加工物Ｗを砥石１０に向けて接近離反移動させることができる。さらに、被加工物Ｗを砥石１０に接触させた状態でワーク回転シャフト３２および真空チャック３１の自重により被加工物Ｗに対して押し付け力を加えることができる。この自重による押し付け力に加えて、空気圧シリンダなどによりワーク回転シャフト３２に推力を加えて被加工物Ｗに対して押し付け力を付加するようにしても良い。

真空チャック３１は複数の吸気孔３３が形成されたチャック板３４を有し、それぞれの吸気孔３３に連通する真空流路３５がワーク回転シャフト３２に形成されている。真空流路３５はロータリジョイント３６を介して真空ポンプ３７に接続され、真空ポンプ３７とロータリジョイント３６とを接続する真空供給路３８には流路開閉弁３９が取り付けられている。したがって、真空ポンプ３７を作動させて真空流路３５を大気圧よりも低い圧力にすると、吸気孔３３内に外部空気が流入して被加工物Ｗは真空チャック３１に真空吸着されて保持される。また、上部の構造物を前述の砥石と同じ構造物の相似形のものを取り付けることにより被加工物Ｗの両面加工を可能にする。この場合ＷはＷの形状に穴を開けたシート状のもので保持させる。

砥石１０を用いた研磨加工としては、冷媒を加圧ポンプ２９により加圧して流体流路１７を介して加工面１１から流出させるようにした被加工物Ｗの研磨加工、および回路パターン形成前のウエハまたは回路パターンが形成されたウエハの表面を加工面１１から加工面１１と被加工物Ｗとの間の圧力、つまり砥粒と被加工面の距離を調整することによって、研磨加工を行う。また、遊離砥粒を有する研磨液を加圧ポンプ２９により加圧して流体流路１７を介して加工面１１から流出させるようにした被加工物Ｗの研磨加工、および回路パターン形成前のウエハまたは回路パターンが形成されたウエハの表面を加工面１１から化学研磨剤を有するスラリーを流出させるようにした研磨加工つまりＣＭＰ加工に適用することができる。このような研磨加工においては、加工面１１から砥石１０と被加工物Ｗとの間に研磨液等を供給することになるので、被加工物Ｗの被加工面全体に確実に研磨液を供給することができる。しかも、砥石１０は、通常のＣＭＰ加工のようなウレタン等からなる研磨パッドに比して、加工面１１の硬度が高いので、ウエハの表面にうねり等を発生させることなく、高い平坦度で研磨加工を行うことができ、さらに、加工面１１と被加工物Ｗとの間の圧力を調整することによって、研磨加工時間や研磨量を容易に設定することができる。

内部に流体流路１７，１８が形成された砥石１０を製造するには、砥粒と結合材と助剤との混合物を成形型内に注入する。一方、消失樹脂等のように熱を加えると消失する消失材料からなる中子を流体流路１７，１８の形状に予め製造しておき、混合物を成形型内に注入する際に混合物の内部に中子を投入する。このようにして砥石１０に対応した形状に成形された砥石素材を焼成炉において加熱することにより、中子が消失とするとともに砥粒が結合材により連結され、内部に研削・研磨層１の気孔、砥石柱２内部の気孔、多孔質エラストーマー４を配備している場合はその気孔、を有し流体流路１７，１８が形成された多孔体からなる砥石１０が一体に製造される。砥石１０の気孔率は、助剤の量を増やすと小さくなるが、助剤の量以外に焼成温度等によっても気孔率を調整することができる。

したがって、上述のように砥石１０を研削・研磨層１の部分と砥石基部１６とにより形成する場合には、例えば助剤の量を研削・研磨層１と砥石基部１６とで相違させることにより、研削・研磨層１と砥石基部１６のうち流体流路１７が形成された部分とを開気孔構造の多孔体とし、この部分から基端面１２側の部分を閉気孔構造の多孔体とすることができる。

砥石柱２を構成する砥粒５としては、ダイヤモンドつまりダイヤモンド砥粒が使用されており、その平均粒径は０．１〜３００μｍとなっている。ただし、ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良く、さらには、炭化ケイ素SiCつまりGC、ムライト(3Ａl₂O₃-2SiO₂)、または溶融アルミナＡl₂O₃つまりWＡの単体或いはこれらの混合体を使用するようにしても良い。砥石１０を構成する結合材としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。

本発明の特徴である、目詰まり防止について説明する。砥石が加工できなくなる理由は目立ての必要性が出てきた場合だけでなく、目詰まりが起きた場合がある。サファイアのように硬いものを研削・研磨する場合には、目詰まりの問題は多くの場合生じないが、セラミックスでもサファイアより柔らかいものや、金属や合金のようなものを加工したときに目詰まりが起きる。これは、削られた微粉が高温のまま、砥石の砥粒と砥粒の間に詰まり砥石面が平らになって砥粒の突き出しがなくなり削れなくなる現象である。これに関して本砥石は、削られた微粉の温度を下げるために、いったんチップポケットに留めたり、流体(水のような冷媒とか空気)を気孔から出し削りくず及び砥粒の温度を下げ高温のまま削りくずが砥粒に接しないようにして目詰まりを抑え、流体を出し入れすることにより削りくずを取り除くことができる。

また、両面加工により、加工速度を上げることができる。しかし、両面加工すると、特に薄いものの加工になると水の様な冷媒の表面張力で砥石面に接着して剥がせなくなったり、多数の被加工物Ｗを加工する場合、いくつかの被加工物Ｗが片面の砥石に着き、残るいくつかの被加工物Ｗがもう一方の砥石に着き自動化や、量産化ができなくなる。

また、シリコン基板等の被加工物Ｗは、どんどん薄くなってきているがその限界は片面加工をしているので加工面と加工されていない面の差が出てきて薄いものは反って使えなくなるからである。それを両面加工することにより、両面が同じように変化するので反りを無くすることができる。
また、シリコン基板等の被加工物Ｗは、どんどん薄くなってきているが、そのため片面加工をした時に加工面と加工されていない面の差が出てきて反って使えなくなることがある。それを両面加工することにより、両面が同じように変化するので反りを無くすることができる。

しかし、従来の研削・研磨装置で両面加工すると水のような冷媒を入れているのでその表面張力で加工後に砥石を上げて被加工物Ｗを取り出そうとしたときに上の砥石に着いたままあがったり、下の砥石に着いたまま上がったりする。それをはがすのに一工程増え、そして剥がすのを失敗するとせっかく薄くしたものが壊れたりする。それで一般には両面加工機は粗加工するものでまた比較的厚い被加工物Ｗの場合に限られている。

そこで、本発明の好ましい実施形態である砥石は、上下に砥石を置きその間に被加工物Ｗを挟み込んだ場合、流体(水などの液体でも空気などの気体でも良い)を砥石から出し被加工物Ｗが砥石に接着することを防ぎ、被加工物Ｗを取り出し易くすることができ、その結果、薄い被加工物または研磨工程においても両面加工を可能にすることができる。

図８および図９は、本発明に用いる砥石柱の軸Ｌを砥石の回転方向に傾斜させた実施形態を示し、図８は平面砥石の場合、図９はストレート砥石、カップ砥石の場合を例示する。
図８および図９に示すように、本実施形態の砥石は、被加工物Ｗを加工する研削・研磨層１がハニカム構造を有している。ハニカム構造の断面形状は六角形である。このハニカム構造の断面形状は、三角形や、四角形、多角形からなる幾何学模様、その組み合わせをランダムに配置してもよい。

図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、砥石柱２の軸Ｌは、砥石の回転方向に傾斜して配置されている。砥石柱２の傾斜角θは図１０に示すように、研削・研磨面に直交する深さ方向と砥石柱２の軸Ｌとのなす角度であり、被加工物Wを効率的に研削するためにはθ：０〜６０°が好ましい。
これによれば、砥石柱２は研削・研磨面に対して傾斜したすくい角をもって被加工物Wを研削するため、より効率的に短時間での研削が可能となる。
また、図８および図９に示す砥石の回転方向は、前記砥石柱の傾斜方向またはその反対方向であることが好ましい。
これによれば、研磨時には、砥石を研削時と逆方向に回転させることができ、砥石柱２で被加工物をなでることができるため、より滑らかな仕上げ面を実現することができる。

図１〜図６に示す本発明の平面砥石、および、図７に示すストレート砥石、カップ砥石を用いて、本発明の範囲である砥石柱の径Ｄに相当する厚さを砥粒５の平均粒径の１〜１００倍の範囲内である１〜２ｍｍ、隣り合う砥石柱の間隔Ｓを砥石柱の径Ｄに相当する厚さの１０〜１０００倍の範囲内である１０〜２０ｍｍ、砥石柱及び砥石基部３の気孔率を３０〜６０％として実施した。砥石の研削・研磨面の面積に対する砥石柱の断面積の合計比率は０．４〜７．０％であり、従来より低い値だった。なお、砥粒は平均粒径が２０μｍのダイヤモンドを使用した。

本発明の砥粒をダイヤモンドとし被加工物Ｗをサファイアとしたときの実施例の効果を示す。本発明の砥石を用いれば、被加工物Ｗの押圧力を３０kPａから２０kPａまで低下させた後に、再び３０kPａまで復活させても研削・研磨の加工速度が維持されており、本発明の効果が確認された。一方従来砥石は最初の２０分で加工速度が落ちドレッシングが必要になって、ドレッシングなしでは加工継続が困難になっている。本発明の砥石はドレッシングなしで印加圧を戻せば加工速度が戻っていることを示し、ドレッシングなしの加工が実現された。

本発明によれば、粗加工に使われるような砥粒を使いダイヤモンド等の砥粒の切れ味を向上させることにより、下記の効果を奏することができる。

・通常の粗加工よりいっそう高速加工を可能にする。
・粗加工中の欠陥の発生を抑える。
・粗加工の仕上げ面を滑らかにし、粗加工後のラップ加工、を省くことができる。
・寸法精度を出せるように研削速度の制御を粗加工中に行える。
粗加工から超仕上げ研磨加工までを同じ加工機のセットアップで行えることにより、加工の高効率化を可能にする。
粗加工から超仕上げ研磨加工までを同じ加工機で両面加工し、加工の高効率化を可能にする。

１研削・研磨層
２砥石柱
３砥石基部
４多孔質エラストーマー
５砥粒
６結合材
７気孔
Ｌ砥石柱の軸
Ｄ砥石柱の径
Ｓ砥石柱の間隔

Claims

被加工物を加工する研削・研磨層が多角柱を隙間なく並べたハニカム構造を有する砥石であって、前記ハニカム構造の交点のみまたは壁部の一部のみに、砥粒および結合材からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する砥石柱を備えたことを特徴とする砥石。
前記砥石柱の軸Ｌは、砥石の回転方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の砥石。
前記砥石の回転方向は、前記砥石柱の傾斜方向またはその反対方向であることを特徴とする請求項２に記載の砥石。
前記研削・研磨層は、多孔質の砥石基部と一体に形成され、冷却液および化学研磨剤を有するスラリーが、前記砥石基部から前記研削・研磨層を通して前記被加工物と前記砥石との間に供給されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の砥石。
前記ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が中空であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の砥石。
前記ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマーで充填されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の砥石。
前記砥石基部が減圧または常圧にされることにより、前記多孔質エラストマーが前記研削・研磨層の内部に引き込まれることを特徴とする請求項６に記載の砥石。
前記砥石基部が加圧されることにより、前記多孔質エラストマーが前記研削・研磨層の外部に押し出されることを特徴とする請求項６に記載の砥石。