JP6564686B2

JP6564686B2 - ビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いたウエハの製造方法

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Publication number: JP6564686B2
Application number: JP2015211878A
Authority: JP
Inventors: 慧川本; 田中　宏; 宏田中
Original assignee: ALMT Corp
Current assignee: ALMT Corp
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: JP2017080847A

Description

本発明は、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いたウエハの製造方法に関する。より特定的には、超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した、有気孔のビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそのビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いてウエハを製造する方法に関する。

従来、超砥粒ホイールには、超砥粒を結合するのに用いられるボンド（結合材ともいう）の種類により、レジンボンド超砥粒ホイール、メタルボンド超砥粒ホイール、ビトリファイドボンド超砥粒ホイール、電着超砥粒ホイールがある。用途によって最適の超砥粒ホイールが選択されている。これらの超砥粒ホイールのうち、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、ボンドにガラス質またはガラス・セラミックス質よりなるビトリファイドボンドを用いている。ボンド自身が破砕性に優れていること、および気孔率を自由に変えることができるので、他のボンドを用いた超砥粒ホイールに比べてツルーイング、ドレッシングが容易で、高い加工精度が得られる等の優れた特徴を有している。超砥粒（ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒）をビトリファイドボンドで結合したビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、例えば、以下の文献に記載されている。

特開２００６−１００７号公報特開２００６−２２４２０１号公報特開平９−２６７２６３号公報

しかしながら、従来のビトリファイドボンド超砥粒ホイールで研削加工を行うと、研削加工を継続するにつれて、研削抵抗値が高くなり、しかも研削抵抗値が安定しない問題が発生することがあった。特に平均粒径が１μｍ以下の超微粒の超砥粒を用いたビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいては、超砥粒層の摩耗速度が速く、研削性能が安定しない問題が発生することがあった。

そこで、この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、超砥粒層の摩耗を抑制でき、かつ、研削性能が安定したビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いたウエハの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様に係るビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、超砥粒層の見かけ密度は０．９８ｇ／ｃｍ^３以上１．４ｇ／ｃｍ^３以下である。

本発明の別の一態様に係るビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、超砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、超砥粒層は、ダイヤモンド砥粒を２３〜３３体積％と、ビトリファイドボンドを７〜１０体積％と、気孔を５７〜７０体積％を含む、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールである。

上記によれば、超砥粒層は耐摩耗性に優れ、かつ、安定した良好な研削性能を発揮するビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いたウエハの製造方法を提供することができる。

平面研削盤によりウエハを研削加工する方法を示す模式図である。実施例５に従ったビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの超砥粒層の模式図である。実施例１２に従ったビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの超砥粒層の模式図である。

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

このように構成されたビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいては、安定した良好な研削性能を発揮することが可能となる。ここで見かけ密度とは、固体部分と、空隙の合計を体積とした場合の密度のことであり、固体部分とは超砥粒とビトリファイドボンドを示し、空隙とは気孔を示す。次に、見かけ密度の測定方法を説明する。超砥粒層の見かけ密度を測定するには、超砥粒層の設計に基づいて超砥粒、ビトリファイドボンドと一次バインダーをそれぞれ所定の質量を混合する。混合物をプレス成形、焼成して超砥粒層を作製する。次に、ダイヤモンド研削ホイールなどを用いて、超砥粒層を立方体または直方体に寸法精度良く研削加工して、その外形寸法から体積を算出し、質量を測定して見かけ密度を算出する。超砥粒は、ダイヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒の少なくともいずれかひとつにより構成される。

ダイヤモンド砥粒を２３〜３３体積％と限定したのは、２３体積％未満では超砥粒層の摩耗速度が速くなりホイール寿命を短くする原因となるからである。３３体積％を超えると切れ味が悪化し加工能率を低下させるからである。

ビトリファイドボンドを７〜１０体積％と限定したのは、７体積％未満では超砥粒の保持力が低くなりホイール寿命を短くする原因となるからである。１０体積％を超えると切れ味が悪化し加工能率を低下させるからである。

気孔を５７〜７０体積％と限定したのは、５７体積％未満では、切れ味が悪化し加工能率を低下させるからである。７０体積％を超えると研削液の影響や研削抵抗の外力を受けて超砥粒層に欠けが発生し易くなるからである。

より好ましくは、超砥粒層は、ダイヤモンド砥粒を２４〜３３体積％と、ビトリファイドボンドを７〜１０体積％と、気孔を５７〜６９体積％を含む。

最も好ましくは、超砥粒層は、ダイヤモンド砥粒を２４〜３３体積％と、ビトリファイドボンドを７〜１０体積％と、気孔を５８〜６９体積％を含む。

ビトリファイドボンドとしては、様々な組成のビトリファイドボンドを適用することができる。例えば、以下の組成のビトリファイドボンドを適用することが可能である。

ＳｉＯ_２：３０〜５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：２〜１０質量％、Ｂ_２Ｏ_３：４０〜６０質量％、ＲＯ（ＲＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯより選ばれる１種類以上の酸化物）：１〜１０質量％、Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏより選ばれる１種類以上の酸化物）：２〜５質量％。

なお、言うまでも無く、上記以外の組成のビトリファイドボンドであっても適用することが可能である。

超砥粒とビトリファイドボンドと気孔の体積比率を測定するには、断面組織における、超砥粒とボンドと気孔の面積比率で代用する。具体的には、組織断面のＳＥＭ(scanning electron microscope)観察から画像の電子データを得て、画像解析ソフトにて超砥粒部、ボンド部および気孔部を分類し、それぞれの面積比率を求めることで計算することができる。

好ましくは、超砥粒層は、フィラーを含まない。フィラーとしては、例えばＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等がある。フィラーを含まないことで、良好な切れ味を維持することができる。

超砥粒層は、超砥粒と、ビトリファイドボンドと、気孔を含み、フィラーを一切、含有しない。

より好ましくは、超砥粒層は、超砥粒と、ビトリファイドボンドと、気孔のみから構成される。

好ましくは、ビトリファイドボンドの軟化温度は６００〜９００℃である。
ビトリファイドボンド超砥粒ホイールにおいて、ビトリファイドボンドの軟化温度は以下のようにして測定される。ビトリファイドボンドの圧粉体の軟化温度を熱機械分析装置（たとえば島津製作所製・ＴＭＡ−６０／６０Ｈ）によって測定し、これをビトリファイドボンドの軟化温度とすることができる。

特に、シリコン、サファイヤおよび化合物半導体等の各種ウエハを研削加工する際には、ビトリファイドボンドの軟化温度は６００〜８００℃であることがより好ましく、６００〜７００℃であることが最も好ましい。

ビトリファイドボンドの軟化温度が６００℃未満では超砥粒の保持力が低下して超砥粒の脱落による工具寿命を短縮する原因となるために好ましくない。９００℃を越えると超砥粒が熱損傷を受け超砥粒の耐摩耗性低下による工具寿命を短縮する原因となるので好ましくない。

好ましくは、超砥粒の平均粒径が１μｍ以下である。
超砥粒は平均粒径が１μｍ以下であると、ビトリファイドボンド超砥粒ホイール発明の効果を最大限に引き出すことが出来る。

ここでダイヤモンド砥粒の平均粒径は、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤシリーズで測定した平均粒径をいう。

好ましくは、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、シリコン、サファイヤ、ガラス、セラミックス、石英、ＳｉＣおよび化合物半導体の少なくとも一つを含むウエハの研削加工に用いられる。

上記のビトリファイドボンド超砥粒ホイールを、シリコン、サファイヤ、ガラス、セラミックス、石英、ＳｉＣおよび化合物半導体の少なくとも一つを含むウエハの研削加工に用いると発明の効果をより引き出すことが出来る。特に、これらウエハの超精密平面研削加工に用いると発明の効果を最大限に引き出すことが出来る。

ウエハの製造方法は、上記のいずれかのビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いてシリコン、サファイヤ、ガラス、セラミックス、石英、ＳｉＣおよび化合物半導体の少なくとも一つを含むウエハを加工する工程を含む。

[本発明の実施形態の詳細]
（実施例１）
実施例１のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの詳細は以下の通りである。

ビトリファイドボンドの組成は以下の通りである。
ＳｉＯ_２：４０．５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：６．５質量％、Ｂ_２Ｏ_３：４８．２質量％、ＲＯ（ＲＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯより選ばれる１種類以上の酸化物）：１．８質量％、Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏより選ばれる１種類以上の酸化物）：３．０質量％。

超砥粒として平均粒径１μｍのダイヤモンド砥粒と、公知の気孔形成材を用いた。
超砥粒層作成のために、ダイヤモンド砥粒３３体積％と、ビトリファイドボンド１０体積％と、気孔形成材と一次バインダーとの合計を５７体積％と、を混合した後、乾燥粉砕にて所定の造粒粉を得た。

超砥粒層の造粒粉をチップ状の成形体にプレスで成形し、脱バインダー処理を行い、引き続いて温度７５０℃で焼成を行った。

焼成の完了したチップは、接着剤を用いてアルミニウム合金製の台金に接着し、その後、在来砥石を用いてツルーイング・ドレッシングを行い、実施例１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイール（ビトリファイドボンド超砥粒ホイール）を完成させた。

ホイールのサイズは外径２００ｍｍ、超砥粒層の幅は５ｍｍ、超砥粒層の厚みは５ｍｍのセグメント型カップホイール（ＪＩＳＢ４１３１６Ａ７Ｓ型）である。

予め準備した超砥粒層の切断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果、ダイヤモンド砥粒が３３体積％、ビトリファイドボンドが１０体積％、気孔が５７体積％であることを確認した。

この実施例１のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを縦型ロータリーテーブル方式の平面研削盤に取り付け、シリコンウエハの研削加工を行って、効果を確認した。

図１は、平面研削盤によりウエハを研削加工する方法を示す模式図である。図１を参照して、平面研削加工方式において、テーブル２０上にシリコンからなる工作物としてのウエハ２１を固定した。テーブル２０は矢印１３で示す方向に回転可能である。ビトリファイドボンド超砥粒ホイール１２は、チャック１０とともに矢印１１で示す方向に回転可能である。さらに矢印１４で示す方向が切込み方向である。

図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行ったところ、切れ味は良好で安定しており、しかも超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工中の主軸モーターの負荷電流値は低く、負荷電流値のばらつきは少なかった。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面粗さＲａは２．２ｎｍで良好な結果が得られた。

（実施例２）
実施例２のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの詳細は以下の通りである。ビトリファイドボンドの組成は、実施例１と同一の組成を用いた。

超砥粒として平均粒径１μｍのダイヤモンド砥粒と、公知の気孔形成材を用いた。超砥粒層作成のために、ビトリファイドボンド９体積％と、ダイヤモンド砥粒３３体積％と、気孔形成材と一次バインダーとの合計を５８体積％と、を混合した後、乾燥粉砕にて所定の造粒粉を得た。

超砥粒層の造粒粉をチップ状の成形体にプレスで成形し、脱バインダー処理を行い、引き続いて温度７５０℃で焼成を行った。焼成の完了したチップは、接着剤を用いてアルミニウム合金製の台金に接着し、その後、在来砥石を用いてツルーイング・ドレッシングを行い、実施例２のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。

ホイールのサイズは、実施例１と同一で、外径２００ｍｍ、超砥粒層の幅は５ｍｍ、超砥粒層の厚みは５ｍｍのセグメント型カップホイール（ＪＩＳＢ４１３１６Ａ７Ｓ型）である。

予め準備した超砥粒層の切断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果、ダイヤモンド砥粒が３３体積％、ビトリファイドボンドが９体積％、気孔が５８体積％であることを確認した。

この実施例２のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを縦型ロータリーテーブル方式の平面研削盤に取り付け、実施例１と同様に、シリコンウエハの研削加工を行って、効果を確認した。

図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行ったところ、切れ味は良好で安定しており、しかも超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工中の主軸モーターの負荷電流値は低く、負荷電流値のばらつきは少なかった。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面粗さも良好な結果が得られた。

（実施例３）
実施例３のビトリファイドボンド超砥粒ホイールの詳細は以下の通りである。ビトリファイドボンドの組成は、実施例１、２と同一の組成を用いた。

超砥粒として平均粒径１μｍのダイヤモンド砥粒と、公知の気孔形成材を用いた。超砥粒層作成のために、ビトリファイドボンド９体積％と、ダイヤモンド砥粒３２体積％と、気孔形成材と一次バインダーとの合計を５９体積％と、を混合した後、乾燥粉砕にて所定の造粒粉を得た。

超砥粒層の造粒粉をチップ状の成形体にプレスで成形し、脱バインダー処理を行い、引き続いて温度７５０℃で焼成を行った。焼成の完了したチップは、接着剤を用いてアルミニウム合金製の台金に接着し、その後、在来砥石を用いてツルーイング・ドレッシングを行い、実施例３のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを完成させた。

ホイールのサイズは、実施例１、２と同一で、外径２００ｍｍ、超砥粒層の幅は５ｍｍ、超砥粒層の厚みは５ｍｍのセグメント型カップホイール（ＪＩＳＢ４１３１６Ａ７Ｓ型）である。

予め準備した超砥粒層の切断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果、ダイヤモンド砥粒が３２体積％、ビトリファイドボンドが９体積％、気孔が５９体積％であることを確認した。

この実施例３のビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを縦型ロータリーテーブル方式の平面研削盤に取り付け、実施例１、２と同様に、シリコンウエハの研削加工を行って、効果を確認した。

実施例４〜実施例１３についても、上記の実施例１〜実施例３と同様にビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを製作した。実施例４〜１３におけるダイヤモンド砥粒の粒径およびビトリファイドボンドの組成は、実施例１から３と同じである。ビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの組成を表１で示す。

図２は、実施例５に従ったビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの超砥粒層の模式図である。図３は、実施例１２に従ったビトリファイドボンドダイヤモンドホイールの超砥粒層の模式図である。図２および図３を参照して、ビトリファイドボンド超砥粒ホイールの超砥粒層１００は複数のダイヤモンド砥粒１１０と、複数のダイヤモンド砥粒１１０を結合するビトリファイドボンド１２０，１３０とを含む。ビトリファイドボンド１３０は大気孔１４０を取り囲むように配置されている。ダイヤモンド砥粒１１０の間には、大気孔１４０よりも小径の小気孔１５０が形成されている。大気孔１４０と小気孔１５０とが気孔を構成する。

実施例４−１３のビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いて、図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行った。その結果、実施例４〜実施例１３についても、切れ味は良好で安定しており、しかも超砥粒層の厚み方向の摩耗量も少なかった。研削加工中の平面研削盤の主軸モーターの負荷電流値は低く、負荷電流値のばらつきは少なかった。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面粗さも良好な結果が得られた。

（比較例１）
比較例１は、超砥粒層作成のために、ビトリファイドボンド１２体積％と、ダイヤモンド砥粒３５体積％と、気孔形成材と一次バインダーの合計を５３体積％とした以外はすべて実施例１〜実施例１３と同様にしてビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを製作した。図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行った。その結果、切れ味は良好ではなく不安定であった。超砥粒層の厚み方向の摩耗量は少なかった。研削加工中の主軸モーターの負荷電流値は低くなく、負荷電流値のばらつきが確認された。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面には焼けの発生が認められた。

（比較例２）
比較例２は、超砥粒層作成のために、ビトリファイドボンド１１体積％と、ダイヤモンド砥粒３４体積％と、気孔形成材と一次バインダーの合計を５５体積％とした以外はすべて実施例１〜実施例１３、および比較例１と同様にしてビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを製作した。図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行った。その結果、切れ味は良好ではなく不安定であった。超砥粒層の厚み方向の摩耗量は少なかった。研削加工中の主軸モーターの負荷電流値は低くなく、負荷電流値のばらつき若干であるが確認された。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面には焼けの発生がわずかに認められた。

（比較例３）
比較例３は、超砥粒層作成のために、ビトリファイドボンド６体積％と、ダイヤモンド砥粒２２体積％と、気孔形成材と一次バインダーの合計を７２体積％とした以外はすべて実施例１〜実施例１３、および比較例１、２と同様にしてビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを製作した。図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行った。その結果、切れ味は良好であったが、超砥粒層の厚み方向の摩耗量は若干多かった。研削加工中の主軸モーターの負荷電流値は低くなく、負荷電流値のばらつきは確認されなかった。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面粗さは良好であった。

（比較例４）
比較例４は、超砥粒層作成のために、ビトリファイドボンド６体積％と、ダイヤモンド砥粒２１体積％と、気孔形成材と一次バインダーの合計を７３体積％とした以外はすべて実施例１〜実施例１３、および比較例１〜３と同様にしてビトリファイドボンドダイヤモンドホイールを製作した。図１で示す平面研削加工方式を用いて研削加工を行った。その結果、切れ味は良好であったが、超砥粒層の厚み方向の摩耗量は比較例３より多かった。研削加工中の主軸モーターの負荷電流値は低くなく、負荷電流値のばらつきは確認されなかった。ワークであるシリコンウエハの加工後の表面粗さは良好であった。

表１における「切れ味」の欄で、「Ａ」は良好な切れ味であったことを示し、「Ｂ」は切れ味は良好ではなく、ワークであるシリコンウエハには加工後にわずかの焼けが発生したことを示し、「Ｃ」は切れ味は良好ではなく、ワークであるシリコンウエハには加工後に明確に認識できる焼けが発生したことを示す。

表１における「寿命」の欄で、「Ａ」は超砥粒層の厚み方向の摩耗量が少なかったことを示し、「Ｂ」は超砥粒層の厚み方向の摩耗量が多かったことを示す。「Ｃ」は「Ｂ」より摩耗量が多かったことを示す。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明はビトリファイドボンド超砥粒ホイールおよびそれを用いたウエハの製造方法の分野において用いることができる。

１００超砥粒層、１１０ダイヤモンド砥粒、１２０，１３０ビトリファイドボンド、１４０大気孔、１５０小気孔。

Claims

ダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、
前記超砥粒層の見かけ密度は０．９８ｇ／ｃｍ^３以上１．４ｇ／ｃｍ^３以下であり、
前記ダイヤモンド砥粒と前記ビトリファイドボンドとの体積比（前記ダイヤモンド砥粒／前記ビトリファイドボンド）が３．２５以上３．７１以下であり、
前記超砥粒層はフィラーを含まない、ビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
ダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドによって結合した超砥粒層を有するビトリファイドボンド超砥粒ホイールであって、
前記超砥粒層は、前記ダイヤモンド砥粒を２３体積％以上３３体積％以下、前記ビトリファイドボンドを７体積％以上１０体積％以下、気孔を５７体積％以上７０体積％以下含み、
前記ダイヤモンド砥粒と前記ビトリファイドボンドとの体積比（前記ダイヤモンド砥粒／前記ビトリファイドボンド）が３．２５以上３．７１以下であり、
前記超砥粒層はフィラーを含まない、ビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
前記ビトリファイドボンドは、ＳｉＯ_２：３０〜５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：２〜１０質量％、Ｂ_２Ｏ_３：４０〜６０質量％、ＲＯ（ＲＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯより選ばれる１種類以上の酸化物）：１〜１０質量％、Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏより選ばれる１種類以上の酸化物）：２〜５質量％を含む、請求項１または２に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
前記ビトリファイドボンドの軟化温度は６００℃以上９００℃以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
シリコン、サファイヤ、ガラス、セラミックス、石英、ＳｉＣおよび化合物半導体の少なくとも一つを含むウエハＳｉＣ、および化合物半導体からなる群より選ばれた少なくとも一種を含むウエハの研削加工に用いられる、請求項１から４のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイール。
請求項１から５のいずれか１項に記載のビトリファイドボンド超砥粒ホイールを用いてシリコン、サファイヤ、ガラス、セラミックス、石英、ＳｉＣおよび化合物半導体の少なくとも一つを含むウエハを研削加工する、ウエハの製造方法。