JP6854634B2 - ビトリファイドボンド砥石 - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物を研削する研削装置が備える研削ホイールに装着されたビトリファイドボンド砥石に関する。
複数のデバイスが表面に形成されたウェーハの裏面を研削して該ウェーハを所定の厚みに薄化し、その後、該ウェーハを所定の分割予定ラインに沿って分割することでデバイスチップが形成される。ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを含むデバイスチップは、携帯電話やパソコン等の電子機器に大量に使用されている。
ウェーハの裏面の研削には、研削装置が用いられる。該研削装置は、円盤状の研削ホイール、該研削ホイールを回転可能に支持するスピンドル、及び、該スピンドルを回転させるモーター等を備える。該研削ホイールには、ウェーハ等の被加工物に当たり被加工物を研削する複数の砥石が装着されている。
該研削ホイールに装着される砥石には、特にビトリファイドボンド砥石と呼ばれる砥石が広く用いられている。ビトリファイドボンド砥石は、ガラス質を主成分とする結合材と、砥粒と、を混合して焼結して形成される。
一般的に、砥石が装着された研削ホイールにより被加工物を研削すると、該結合材が適度に消耗して砥石に含まれる未使用の砥粒が次々と結合材から表出する自生発刃が起こる。そのため、該砥石の研削性能は一定の水準に保たれる。しかし、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３等の網目形成酸化物を主成分とするガラス質の結合材を有する該ビトリファイドボンド砥石は、非常に硬く消耗しにくいため自生発刃が十分に起こりにくく研削性能を一定に保ちにくい。
また、例えば、該網目形成酸化物を主成分とする結合材を有するビトリファイドボンド砥石の一般的な焼結温度は、１２００℃〜１３００℃と高温であるが、高温でビトリファイドボンド砥石を焼結すると、該砥石に含まれる砥粒が炭化等して劣化しやすい。砥粒が劣化したビトリファイドボンド砥石を用いて研削加工を実施しても、該砥石は期待される性能を発揮することができない。
そこで、砥石の自生発刃を起こりやすくするために、また、砥粒の劣化を防ぐために、砥石の材料にさらに網目修飾酸化物を添加して、ビトリファイドボンド砥石の焼結温度を低下させる技術が実施されている。ビトリファイドボンド砥石の焼結温度を低下させると、適度に結合材が消耗して砥石の自生発刃が起こりやすくなる。なお、該網目修飾酸化物としては、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏが挙げられる。
ここで、網目形成酸化物は、共有結合性が強く単独で網目構造（ガラス構造）を形成できる酸化物である。また、網目修飾酸化物は、それ自身では網目構造を形成せず、網目形成酸化物の網目構造を修飾して物理的性質、または、化学的性質を変化させる酸化物である。
ビトリファイドボンド砥石を構成する結合材にこのような網目修飾酸化物を添加すると、該ビトリファイドボンド砥石の機械的強度が低下して問題となる。また、研削ホイールによる被加工物の研削加工においては被加工物の被研削箇所に研削液が供給されるが、結合材に網目修飾酸化物が添加されるとビトリファイドボンド砥石の耐水性が低下し、該研削液に溶解しやすくなり問題となる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼結温度が比較的低く研削加工により適度に消耗する一方で、機械的強度や耐水性を維持したビトリファイドボンド砥石を提供することである。
本発明の一態様によれば、砥粒と、結合材と、を有するビトリファイドボンド砥石であって、該結合材は、主成分として網目形成酸化物と、添加剤として網目修飾酸化物と、中間酸化物と、を含み、該網目形成酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなり、該網目修飾酸化物は、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏを含み、該中間酸化物は、ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ ３ からなることを特徴とするビトリファイドボンド砥石が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、砥粒と、結合材と、を有するビトリファイドボンド砥石であって、該結合材は、主成分として網目形成酸化物と、添加剤として網目修飾酸化物と、中間酸化物と、を含み、該網目形成酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなり、該網目修飾酸化物は、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏを含み、該中間酸化物は、Ｚｒ２Ｏ３からなることを特徴とするビトリファイドボンド砥石が提供される。
本発明の一態様に係るビトリファイドボンド砥石では、主成分として網目形成酸化物と、添加剤として網目修飾酸化物と、を含む。該網目形成酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなり、該網目修飾酸化物は、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏを含む。網目修飾酸化物の機能により、ビトリファイドボンド砥石の焼結温度を下げることができ、結合材が適度に消耗可能となる。
そして、本発明の一態様に係るビトリファイドボンド砥石には、ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ ３ からなる中間酸化物、ＺｎＯからなる中間酸化物、または、Ｚｒ２Ｏ ３ からなる中間酸化物が含まれる。中間酸化物は単独では網目構造を形成できないが、多成分系とすることで網目構造を形成したり網目構造を修飾したりできる酸化物である。ビトリファイドボンド砥石の結合材に該中間酸化物を添加すると、網目修飾酸化物の添加により焼結温度が低下した該ビトリファイドボンドの機械的強度や耐水性を高く維持できる。
したがって、本発明により焼結温度が低く研削加工により適度に消耗する一方で、機械的強度や耐水性を維持したビトリファイドボンド砥石を提供できる。
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るビトリファイドボンド砥石が装着された研削ホイールの構造を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係るビトリファイドボンド砥石が装着された研削ホイール２は、ステンレス、アルミニウム等でなる円盤状（円環状）の基台４を備えている。基台４は、互いに平行な第１面４ａと第２面４ｂとを有し、その中央には、基台４を第１面４ａから第２面４ｂまで貫通する円形状の開口部４ｃが形成されている。基台４の第２面４ｂには、本実施形態に係る複数のビトリファイドボンド砥石６が環状に配列されている。
該研削ホイール２を回転させ、ビトリファイドボンド砥石６を被加工物の被研削面に押し当てることで、被加工物を研削できる。被加工物は、代表的には、半導体ウェーハや樹脂基板、セラミックス基板等であるが、他の基板を被加工物としても良い。
各ビトリファイドボンド砥石６は、砥粒と、結合材と、を有する。該砥粒は、例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等で形成される。なお、砥粒はビトリファイドボンド砥石６の仕様等に合わせて適宜選択できる。
該ビトリファイドボンド砥石６の結合材は、主成分として網目形成酸化物と、添加剤として網目修飾酸化物と、を含む。該網目形成酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなり、該網目修飾酸化物は、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏを含む。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなるガラス質の該網目形成酸化物を主成分とする一般的な結合材で構成されたビトリファイドボンド砥石の焼結温度は１２００℃〜１３００℃程度と高温である。そのため、焼結中に該砥粒が炭化等して劣化してしまう。また、ガラス質を主成分とする結合材で構成された該ビトリファイドボンド砥石は非常に硬く消耗が生じにくいため、自生発刃を十分に起こしにくく、研削性能を一定に保ちにくい。
Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏ等でなる該網目修飾酸化物が結合材に添加されると、ビトリファイドボンド砥石の焼結温度を７００℃〜１０００℃にまで低下させることができる。焼結温度が低くなると、ビトリファイドボンド砥石は研削加工により適度に消耗して自生発刃が十分に起こり一定の研削性能が保たれる。
しかし、このような網目修飾酸化物を添加した結合材で構成されたビトリファイドボンド砥石は、機械的強度が低くなり、また、耐水性が低くなる。被加工物の研削加工時には、研削ホイールに装着されたビトリファイドボンド砥石には大きな力がかかる。そして、研削加工時には被加工物の被加工箇所に水を含む研削液が供される。そのため、機械的強度及び耐水性が低いビトリファイドボンド砥石で研削加工をすると、ビトリファイドボンド砥石に損傷が生じ易く問題となる。
一方、本実施形態に係るビトリファイドボンド砥石６は、ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ ３ からなる中間酸化物、ＺｎＯからなる中間酸化物、または、Ｚｒ２Ｏ ３ からなる中間酸化物が結合材に含まれる。このような中間酸化物が結合材に含まれると、網目修飾酸化物が添加された結合材で構成されるビトリファイドボンド砥石の機械的強度が高くなり、また、耐水性も高くなる。
したがって、本実施形態に係るビトリファイドボンド砥石は、焼結温度が低く研削加工時に適度に消耗する一方で、機械的強度や耐水性が維持されるため、研削加工に適した性能となる。
本実施例では、ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物、ＺｎＯからなる中間酸化物、または、Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物を含むビトリファイドボンド砥石を、中間酸化物及びその配合量を変えて作製した。各中間酸化物について配合量を変えて２種類ずつ作製し、計６種類のビトリファイドボンド砥石を作製した。そして、作製した各ビトリファイドボンド砥石の耐水性及び抗折強度について試験した。
ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物を含むビトリファイドボンド砥石の名称をそれぞれ“実施例１−１”、“実施例１−２”とする。ＺｎＯからなる中間酸化物を含むビトリファイドボンド砥石の名称をそれぞれ“実施例２−１”、“実施例２−２”とする。Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物を含むビトリファイドボンド砥石の名称をそれぞれ“実施例３−１”、“実施例３−２”とする。また、比較例として、中間酸化物を含まないビトリファイドボンド砥石を作製した。サンプル名を“比較例”とする。
ビトリファイドボンド砥石の材料として、網目形成酸化物と、網目修飾酸化物と、中間酸化物と、を用意した。各材料を所定の方法で混合し、７００℃〜１０００℃の範囲の比較的低い温度で焼結してビトリファイドボンド砥石を作製した。各ビトリファイドボンドの結合材に含まれる各材料の配合割合を下記表１に示す。
次に、作製した各ビトリファイドボンド砥石に対して、耐水性及び抗折強度を評価する実験を実施した。
抗折強度の試験には島津製作所社製の硬質強度測定装置“ＡＧＩ−１ｋＮ”を用いた。加圧速度を１ｍｍ／ｍｉｎとし、負荷容量を０Ｎ〜１ｋＮに設定して、作製したビトリファイドボンド砥石を押圧し、破壊が生じたときの圧力値を抗折強度として記録した。そして、比較例に係るビトリファイドボンド砥石の抗折強度を１００としたときの、実施例に係る各ビトリファイドボンド砥石の抗折強度の相対値を算出した。下記表２に各ビトリファイドボンド砥石の抗折強度の相対値を示す。
耐水性の評価実験では、作製した各ビトリファイドボンド砥石を一定の時間熱湯に浸漬させ、浸漬前後で重量を測定した。なお、本試験において熱湯を使用したのは、研削加工により発生する熱によりビトリファイドボンド砥石が熱せられることを考慮し、試験環境を研削時の環境に近づけるためである。
まず、各ビトリファイドボンド砥石について、熱湯に浸漬させる前に重量を測定した。次に、熱湯に所定の時間浸漬させた後、ビトリファイドボンド砥石を乾燥させてから再度重量を測定した。そして、各ビトリファイドボンド砥石の浸漬前の重量を該砥石の浸漬後の重量で割った数値を溶解性の高さとして算出した。そして、比較例に係るビトリファイドボンド砥石の溶解性の値を１００としたときの、実施例に係る各ビトリファイドボンド砥石の溶解性の相対値を算出した。
この溶解性の相対値が小さくなるほど該研削水に対する溶解性が低く、耐水性が高いことを意味する。すなわち、該数値は、ビトリファイドボンド砥石の重量変化が小さく、耐水性が高いほど低い数値となる。下記表２に実施例に係る各ビトリファイドボンド砥石の溶解性の相対値を示す。
表２に示す通り、実施例に係る中間酸化物を含む各ビトリファイドボンド砥石は、比較例に係る中間酸化物を含まないビトリファイドボンド砥石と比較していずれも、耐水性と、抗折強度と、が大幅に改善されたことが理解される。ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物を含む実施例に係るビトリファイドボンド砥石（実施例１−１、実施例１−２）は、耐水性と抗折強度が特に高いことが理解される。
以上のように、ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物、ＺｎＯからなる中間酸化物、または、Ｚｒ２Ｏ３からなる中間酸化物を含むビトリファイドボンド砥石を比較的低い温度で焼結して作製しても機械的強度や耐水性が高く維持できることが確認された。
比較的低い焼結温度で作製したビトリファイドボンド砥石を用いて研削加工を実施すると、適度に消耗して自生発刃が生じやすくなる。したがって、本発明の一態様により焼結温度が低く研削加工により適度に消耗する一方で、機械的強度や耐水性を維持したビトリファイドボンド砥石が提供されることが確認された。
なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
２ 研削ホイール
４ 基台
４ａ,４ｂ 面
４ｃ 開口部
６ ビトリファイドボンド砥石
４ 基台
４ａ,４ｂ 面
４ｃ 開口部
６ ビトリファイドボンド砥石
Claims (2)
- 砥粒と、結合材と、を有するビトリファイドボンド砥石であって、
該結合材は、主成分として網目形成酸化物と、添加剤として網目修飾酸化物と、中間酸化物と、を含み、
該網目形成酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなり、
該網目修飾酸化物は、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏを含み、
該中間酸化物は、ＺｎＯ、及び、Ｚｒ２Ｏ３からなる
ことを特徴とするビトリファイドボンド砥石。 - 砥粒と、結合材と、を有するビトリファイドボンド砥石であって、
該結合材は、主成分として網目形成酸化物と、添加剤として網目修飾酸化物と、中間酸化物と、を含み、
該網目形成酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び、Ｂ２Ｏ３からなり、
該網目修飾酸化物は、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、または、Ｌｉ２Ｏを含み、
該中間酸化物は、Ｚｒ２Ｏ３からなる
ことを特徴とするビトリファイドボンド砥石。
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