KR20190072583A - 숫돌 - Google Patents

Abstract

동일 숫돌에 의해 연삭, 연마, 수퍼 피니싱 연마를 가능하게 하는 숫돌, 계속적으로 사용해도 막히지 않는 숫돌을 제공한다. 피가공물(W)을 가공하는 연삭·연마부(1)가 다각 기둥을 간극 없이 나열한 허니콤 구조를 가지는 숫돌로서, 상기 허니콤 구조의 교점 또는 벽부에, 지립(5) 및 결합재(6)로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지는 숫돌 기둥을 구비한 숫돌, 허니콤 내부에 다공질 엘라스토머를 배치하고, 이에 의해, 수퍼 피니싱 연마를 가능하게 한다.

Description

숫돌

본 발명은 피가공물을 연삭·연마하는 숫돌에 관한 것이다. 구체적으로는, 세라믹, 실리콘 웨이퍼, 반도체 기판, LED 기판, 방열 기판, SiC, 알루미나, 사파이어, 금속이나 합금 등의 피가공물을 연삭·연마하는 숫돌에 관한 것이다.

숫돌은 경질의 입자 즉 지립을 결합재로 굳혀 형성되는 공구이다. 숫돌을 이용한 가공에는, 연삭 가공과 연마 가공이 있고, 습관적으로는 거친 가공은 연삭 가공이라고 불리고, 마무리 가공은 연마 가공이라고 불리고 있다. 이러한 가공은, 숫돌을 피가공물 즉 워크에 누른 상태 하에서 숫돌과 피가공물을 상대적으로 이동시킴으로써 피가공물 표면 즉 피가공면을 지립에 의해 다수의 부스러기로서 깎아내는 가공으로서, 이 명세서에서는 연삭·연마란, 연삭 가공 및 연마 가공의 양자를 말한다. 연마 가공에는 지립을 고정시키지 않고 유체 중에 부유시켜, 예를 들면 연한 버프를 유체 중에 이동시킴으로써 부유 지립을 워크에 접촉하여 연마하는 방법이 있고, 수퍼 피니싱 연마(울트라 폴리시, 수퍼 폴리시)라고 불린다.

숫돌을 사용한 연삭·연마 가공에는, 피가공물의 원통 형상의 외주면을 가공하는 원통 연삭·연마 가공, 피가공물의 원통 형상의 내주면을 가공하는 내면 연삭·연마 가공, 피가공물의 평탄면을 가공하는 평면 연삭·연마 가공이 있다. 외주면이나 내주면을 가공하기 위한 숫돌로서는, 원통 형상의 가공면이 마련된 숫돌이 사용된다. 또한, 평면을 가공하기 위한 숫돌로서는, 외주면에 가공면이 마련된 원통형의 숫돌 또는 평탄한 단면(端面)에 가공면이 마련된 컵형, 링형 및 디스크형의 숫돌이 사용된다.

종래, 허니콤 구조를 가지는 숫돌이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 숫돌에 있어서는, 다수의 평행한 관통 구멍을 가지는 세라믹제의 다공 지지체와, 당해 다공 지지체의 단면에 초지립이 금속 도금층으로 고정된 지립층을 구비하고, 이 지립층에는 상기 관통 구멍에 대응한 개구부가 형성되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 2에는, 다이아몬드 또는 CBN으로 이루어지는 초지립을 비트리파이드 본드에 의해 고착하여 형성된 연삭 숫돌에 있어서, 지재층(砥材層)의 형상을 허니콤 형상으로 하여, 초지립을 함유하는 지재층벽을 격자 형상으로 형성시키고, 상기 지재층벽으로 둘러싸인 영역을 칩 포켓으로 하는 연삭 숫돌이 기재되어 있다.

일본공개특허 특개평4-129675호 공보 일본공개특허 특개2004-255518호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 숫돌은, 금속 도금층으로 고정된 지립층이 얇기 때문에 연삭·연마의 수명이 짧다. 또한, 허니콤 구조 전체에 지립이 분산되기 때문에, 지립에 의해 깎인 고온의 부스러기가 허니콤의 능선 상에 융착하여 막힘을 일으켜, 다음 연삭·연마를 방해한다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 숫돌은, 지립층이 두껍기 때문에 연삭·연마의 수명의 문제는 해결되지만, 지립에 의해 깎인 고온의 부스러기가 허니콤의 능선 상에 융착하여 막힘을 일으켜, 다음 연삭·연마를 방해하는 문제는 해결되지 않는다.

즉, 종래의 허니콤 구조는 그 선 형상으로 되어 있는 구조물이 연속체이고, 그 내부의 공간은 피가공물이 접하고 있을 때에 만들어지는 체적으로 하여 닫힌 공간이 된다. 이에 의한 폐해는 닫힌 공간에 있는 공기에 의한 에어 해머 현상이 생겨, 온도의 상승으로 공기의 팽창이 일어나 가압 상태가 되어, 피가공물이 지립층에 접하는 것을 방해하거나, 진동에 의해 가공면을 거칠게 한다.

연삭 회전 방향과 허니콤 구조가 있는 능(稜)은, 직각에 가까운 접촉 방법이나 평행에 가까운 접촉 방법을 한다. 피가공물이, 금속이나 유리계 무기 재료의 용융 상태가 가능하지만 깎인 부스러기는 연해지고, 그 상태로 후속의 지립에 접하여 융착하여 막힘을 일으킨다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 동일 숫돌에 의해 연삭, 연마, 수퍼 피니싱 연마를 가능하게 하는 숫돌, 에어 해머 현상도 없고 계속적으로 사용해도 막히지 않도록 연삭 유효 압력을 올리는 것을 가능하게 하는 숫돌을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 숫돌은, 피가공물을 가공하는 연삭·연마부가 다각 기둥을 간극 없이 나열한 허니콤 구조의 벽부를 구성하는 구조를 가지는 숫돌로서, 상기 허니콤 구조의 교점 또는 벽부에, 지립 및 결합재로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지는 숫돌 기둥을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 허니콤 구조의 교점 또는 벽부에 숫돌 기둥을 가짐으로써, 연삭의 진행에 따라, 허니콤의 능이 톱 형상이 되어, 피가공물과 허니콤이 접해도 그 안의 공간이 닫힌 공간이 되지 않으므로, 가압에 의한 에어 해머 현상이 생기지 않는다.

또한, 본 발명에 있어서, 허니콤 구조란, 다각 기둥을 간극간 없이 나열한 형태를 말한다.

상기 숫돌 기둥은, 피가공물을 연삭·연마하는 지립 및 결합재로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지고 평행하게 배치된 다수의 기둥으로 이루어지므로, 피가공물과 숫돌 기둥이 점으로 접하여 접촉점을 적게 함으로써, 연삭 유효 압력이 올라가, 연삭 성능의 향상에 도움이 된다. 또한, 숫돌면으로부터 냉각수 등의 액체를 내보내 숫돌과 워크의 간격을 조정함으로써 연마 가공을 행한다. 연삭·연마면에 노출된 지립이 탈락해도, 그 하층에 묻혀 있던 지립이 노출됨으로써, 가공 속도를 유지하면서, 계속해서 연삭·연마를 행할 수 있다. 또한, 이러한 연삭·연마 후, 허니콤 구조의 공동부(空洞部)에 다공체 엘라스토머를 설치한 것의 경우, 냉각수, 연마액 등을 더 고압으로 흐르게 함으로써 이 엘라스토머가 팽창하여, 이 엘라스토머가 직접 워크에 닿아 부유 지립에 의한 수퍼 피니싱 연마를 가능하게 한다.

또한, 피가공물에 대하여 평행하게 운동하는 허니콤 구조의 능이 있어도, 능 중의 지립의 뒤에 허니콤 구조의 공간이 있어, 부스러기가 다음 지립에 접하기 전에 공간에서 숫돌로부터 떨어져 냉각되므로 막힘을 일으키지 않는다.

본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 숫돌 기둥의 축(L)은, 숫돌의 회전 방향으로 경사져 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 연삭·연마면에 대하여 경사진 경사각을 가지고 연삭하기 때문에, 보다 효율적으로 단시간의 연삭이 가능해진다.

또한, 본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 숫돌의 회전 방향은, 상기 숫돌 기둥의 경사 방향 또는 그 반대 방향인 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 연마 시에는, 연삭 시와 역방향으로 소재를 회전시킬 수 있어, 숫돌 기둥으로 피가공물을 스트로크할 수 있기 때문에, 보다 매끄러운 마무리면을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 연삭·연마부는 다공질의 숫돌 기부(基部)와 일체로 형성되고, 냉각액 및 화학 연마제를 가지는 슬러리가, 상기 숫돌 기부로부터 상기 연삭·연마부를 통하여 상기 피가공물과 상기 숫돌의 사이에 공급되는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 냉각액 및 화학 연마제를 가지는 슬러리는, 기공을 개재하여 기 피가공물과 상기 숫돌 기둥의 사이에 공급함으로써, 유체 유로에 가압 유체를 공급하여, 숫돌이 피가공물로부터 부상하고, 가공 속도를 떨어뜨려 연마 가공을 행하는 것도 가능하다. 또한, 후술하는 바와 같이 허니콤 구조 다각 기둥 내에 다공질 엘라스토머를 충전한 것은, 적극적으로 그것을 팽창시킴으로써, 고정 지립이 피가공물과 접촉시키지 않고 부유 지립에 의한 수퍼 피니싱 연마 가공을 행하는 것도 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 허니콤 구조를 형성하는 상기 벽부로 둘러싸인 공간이 중공(中空)인 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 허니콤 구조를 형성하는 벽부로 둘러싸인 공간을, 피가공물의 부스러기를 트랩하는 포켓으로서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 허니콤 구조를 형성하는 상기 벽부로 둘러싸인 공간이 다공질 엘라스토머로 충전되어 있어도 된다.

이와 같이 하면, 허니콤 구조를 형성하는 벽부로 둘러싸인 공간이 다공질 엘라스토머로 충전되어 있으므로, 연삭부터 수퍼 피니싱 연마 공정까지 연속하여 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 숫돌 기부가 감압 또는 상압으로 됨으로써, 상기 다공질 엘라스토머가 상기 연삭·연마부의 내부에 인입되는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 다공질 엘라스토머가, 내부에 인입됨으로써, 숫돌 기둥을 가지는 허니콤 구조부가 워크면과 직접 접촉하여, 효율적으로 연삭 공정을 실시할 수 있고, 부스러기를 트랩하는 포켓으로서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 상기 구성에 있어서, 상기 숫돌 기부가 가압됨으로써, 냉각 매체의 가압에 의해 상기 다공질 엘라스토머의 기공을 통하여 냉각 매체가 유출되는 것이 가능하고, 그 유출 압력을 올림으로써 다공질 엘라스토머가 상기 연삭·연마부의 외부로 압출되어도 된다.

이와 같이 하면, 외부로 압출된 다공질 엘라스토머는, 워크와 허니콤 구조부의 접촉이 끊어지고, 게다가 엘라스토머가 버프 연마 시의 버프의 작용을 행하여, 효율적으로 수퍼 피니싱 연마 공정을 실시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 계속적으로 사용해도, 에어 해머 현상을 일으키지 않고 막히지 않는 숫돌, 게다가, 다공질 엘라스토머를 병용하는 경우에는, 연속하여 동일한 숫돌에 의한 연삭·연마·수퍼 피니싱 연마가 가능한 숫돌을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 연삭·연마 효과가 증대하고, 보다 단시간에 거친 연삭부터 마무리 연마까지 동일한 장치 및 숫돌로 행할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 부분 확대도이다.
도 3은, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 이용하는 숫돌 기둥의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 숫돌을 이용한 연삭·연마 장치의 실시형태를 나타내는 도이다.
도 7은, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 도로서, (a)는 평면도이고, (b)는 (a)의 A-A'선을 따르는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 도로서, (a)는 측면도이고, (b)는 (a)의 B-B'선을 따르는 단면도이다.
도 10은, 본 발명에 이용하는 숫돌 기둥의 경사각의 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 평면도이며, 도 1의 (a)는 원반 형상의 숫돌을 나타내고, 도 1의 (b)는 도넛 형상의 숫돌을 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 숫돌은, 피가공물(W)을 가공하는 연삭·연마부(연삭·연마층)(1)가 허니콤 구조를 가지고 있다. 허니콤 구조의 단면 형상은 육각형이다. 이 허니콤 구조의 단면 형상은, 삼각형이나, 사각형, 다각형으로 이루어지는 기하학 모양, 그 조합을 랜덤으로 배치해도 된다.

이 숫돌이 대상으로 하는 피가공물(W)은, 세라믹, 실리콘 웨이퍼, 반도체 기판, LED 기판, 방열 기판, SiC, 알루미나, 사파이어, 금속이나 합금 등을 말한다. 또한, 연삭·연마란, 연삭 가공 및 연마 가공의 양자를 말한다.

도 2는, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 도 1의 부분 확대도이다.

도 2의 (a)의 숫돌은, 허니콤 구조의 교점에, 지립(5) 및 결합재(6)로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지고 평행하게 배치된 기둥으로 이루어지는 숫돌 기둥(2)을 가지고 있다. 게다가, 도면 중의 연삭·연마(1)의 벽부도 다공체이다.

연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지고 평행하게 배치된 다수의 기둥으로 이루어지는 숫돌 기둥(2)을 가지므로, 피가공물(W)과 숫돌 기둥이 점으로 접하여 유효 압력이 올라, 연삭 성능의 향상에 도움이 된다. 또한, 연삭·연마면에 노출된 지립이 탈락해도, 그 하층에 묻혀 있던 지립이 노출됨으로써, 가공 속도를 유지하면서, 계속해서 연삭·연마를 행할 수 있다.

또한, 피가공물(W)에 대하여 평행하게 운동하는 허니콤 구조의 능이 있어도, 지립의 뒤에 공간이 있어, 부스러기가 다음 지립에 접하기 전에 공간에서 숫돌로부터 떨어져 냉각되므로 막힘을 일으키지 않는다.

또한, 도 2의 (b)의 숫돌은, 허니콤 구조의 벽부에, 지립(5) 및 결합재(6)로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지고 평행하게 배치된 기둥으로 이루어지는 숫돌 기둥(2)을 가지고 있다.

도 2의 (a), (b)에 나타내는 허니콤 구조를 형성하는 벽부로 둘러싸인 공간은 중공이다. 이 공간은, 피가공물(W)의 부스러기를 트랩하는 포켓이 된다.

도 3은, 본 발명의 숫돌의 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 3에서는, 연삭·연마부(1)는 다공질의 숫돌 기부(3)와 일체로 형성되고, 허니콤 구조를 형성하는 벽부로 둘러싸인 공간이 다공질 엘라스토머(4)로 충전되어 있다.

도 3의 (a)에서는, 상기 숫돌 기부(3)가 감압 또는 상압으로 됨으로써, 다공질 엘라스토머(4)가 연삭·연마부(1)의 내부에 더 인입되어 있다.

또한, 도 3의 (b)에서는, 상기 숫돌 기부(3)가 가압됨으로써, 다공질 엘라스토머(4)가 연삭·연마부(1)의 외부로 압출되어 있다.

도 4는, 본 발명에 이용하는 숫돌 기둥의 구조를 나타내는 모식도이다. 도 4의 (a)는 소성 전, 도 4의 (b)는 소성 후를 나타내고 있고, 소성 후에는 결합재(6)가 녹아서 지립(5)을 감싸 지립(5)끼리를 결합시키고 있다.

본 실시형태의 숫돌은, 피가공물(W)을 연삭·연마하는 지립(5) 및 결합재(6)로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지고 평행하게 배치된 다수의 기둥으로 이루어지는 숫돌 기둥(2)을 가지므로, 연삭·연마면에 노출된 지립(5)이 탈락해도, 그 하층에 묻혀 있던 지립(5)이 노출됨으로써, 가공 속도를 유지하면서, 계속해서 연삭·연마를 행할 수 있다. 결합재(6)는, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 혼합되지만, 소성 후에는 결합재(6)가 녹아 지립(5)을 감싸도록 지립(5)을 연결하여 기둥이 형성된다. 또한, 숫돌 기둥(2)의 단면 형상은, 도 4에 나타내는 바와 같은 원기둥으로 한정하지 않고, 각기둥이나 얇은 판으로 이루어지는 기둥이어도 된다.

또한, 지립(5)은 다이아몬드가 사용되어 있고, 그 평균 입경은 0.1∼300㎛로 되어 있다. 단, 다이아몬드 대신에, 입방정 질화붕소(CBN) 지립, 즉 CBN을 사용하도록 해도 되고, 다이아몬드와 CBN의 혼합물을 사용하도록 해도 되며, 나아가서는, 탄화규소 SiC 즉 GC, 멀라이트(3Al₂O₃-2SiO₂), 또는 용융 알루미나 Al₂O₃ 즉 WA의 단체(單體) 또는 이들의 혼합체를 사용하도록 해도 된다. 숫돌을 구성하는 결합재(6)로서는, 비트리파이드 본드가 사용되어 있지만, 각각의 결합재(6)로서는 비트리파이드 본드 이외에, 레지노이드 본드, 메탈 본드, 전착 본드 등 다양한 본드재를 사용할 수 있다. 또한, 지립(5)의 평균 입경이란, 지립(5)의 단면이 원형이 아닌 경우에는, 동일한 단면적의 원 상당 직경의 평균값으로 한다.

또한, 숫돌은, 피가공물(W)이 평판 형상인 경우에는, 도 1에 나타내는 바와 같은 평면으로 이루어지는 두께 5∼10㎜의 디스크 형상이면 되지만, 피가공물(W)을 연삭·연마하는 면이 곡면인 것에 의해, 예를 들면, 디스크 형상의 숫돌의 외주에, 디스크 형상의 반경 방향으로 축(L)을 가지고 평행하게 배치된 다수의 기둥으로 이루어지는 숫돌 기둥(2)을 배치하는 것에 의해, 복잡 형상의 피가공물(W)의 연삭·연마를 행할 수 있다.

또한, 상기 연삭·연마부(1), 숫돌 기둥(2), 숫돌 기부(3), 다공질 엘라스토머(4)를 가지는 경우는 이것을 포함하여, 기공률 20∼60체적%의 다공체인 것이 바람직하다. 기공률의 하한(20%)의 한정 이유는, 이 이하의 다공체에서는 기공(7)이 열린 기공이 아니라 주로 닫힌 기공이 되어, 진공을 위한 공기나 냉각제가 출입할 수 없어지기 때문이고, 기공률의 상한(60%)의 한정 이유는, 지립(5)과 결합재(6)의 혼합 분체의 부피 밀도는 많아도 60% 정도이고, 그로부터 소성되고 있기 때문이다.

연삭·연마부(1), 숫돌 기둥(2), 숫돌 기부(3), 다공질 엘라스토머(4)를 가지는 경우는 이것을 포함하여, 기공률 20∼60체적%의 다공체인 것에 의해, 하기의 작용 효과를 가진다.

· 연삭·연마부(1), 숫돌 기둥(2), 숫돌 기부(3), 다공질 엘라스토머(4)를 가지는 경우는 이것을 포함하여, 다공체로 함으로써, 숫돌면을 진공화하여, 지립과 피가공물의 거리를 가깝게 하는 것을 가능하게 한다.

· 숫돌을 다공체로 함으로써, 물 등의 냉매를 직접 내보냄으로써 숫돌과 피가공물(W)의 연삭면의 거리의 컨트롤이나, 피가공재의 숫돌에 대한 불필요한 접착을 없애는 것을 가능하게 한다.

· 숫돌로부터 물 등의 냉매를 직접 내보냄으로써 숫돌 가공의 냉각 및 연마를 실시하는 것을 가능하게 한다.

또한, 냉각액, 화학 연마제를 가지는 슬러리, 또는 이들의 혼합물을 상기 연삭·연마부(1)의 기공, 숫돌 기둥(2) 내부의 기공, 다공질 엘라스토머(4)를 배비하고 있는 경우는, 그 기공을 개재하여 상기 피가공물(W)과 상기 숫돌의 사이에 공급하는 것 공급할 수 있다.

또한, 진공 펌프 등의 진공 장치를 이용하여 상기 연삭·연마부(1), 숫돌 기둥(2), 숫돌 기부(3), 다공질 엘라스토머(4) 중의 기공을 개재하여 상기 피가공물(W)과 상기 숫돌의 사이를 감압할 수 있다.

또한, 상기 기재의 숫돌을 이용함으로써, 하기의 작용 효과를 갖는 연삭·연마 장치를 제공할 수 있다.

· 숫돌면으로부터 진공화를 가능하게 한다.

· 물 등의 냉매를 숫돌로부터 내보낼 수 있는 기공 기구를 가능하게 한다.

· 연삭 숫돌의 드레싱을 생략 가능하게 한다.

· 거친 연삭, 래핑 연삭, 마무리 연마를 동시에 실시 가능하게 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태인 숫돌을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 숫돌이 숫돌 홀더에 장착된 상태를 나타내는 단면도이다. 하기의 실시형태에서는, 피가공물(W)을 실리콘 웨이퍼를 예로서 설명한다.

도 5에 나타내는 숫돌(10)은, 전체적으로 원판 형상 즉 디스크 형상으로 되어 있고, 허니콤 구조는 생략되어 있다. 숫돌(10)의 일방의 단면이 가공면(11)이 되고, 타방의 단면이 기단면(基端面)(12)으로 되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 숫돌(10)은 숫돌 홀더(20)에 기단면(12)이 부딪치도록 하여 장착되어 숫돌 홀더(20)에 의해 회전 구동된다. 숫돌(10)은 이것의 외주부에 형성된 장착 구멍(13)을 관통하여 숫돌 홀더(20)에 나사 결합되는 볼트(14)에 의해 숫돌 홀더(20)에 장착되도록 되어 있다.

숫돌(10)은 지립과 지립 상호를 연결하는 결합재에 의해 형성되고, 내부에는 미세한 기공(7)이 형성된 다공체로 되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 숫돌(10)은 숫돌 홀더(20)를 개재하여 연마 장치의 숫돌 회전 샤프트(22)에 장착되도록 되어 있고, 숫돌 회전 샤프트(22)를 구동하는 도시하지 않은 모터에 의해 숫돌(10)은 숫돌 홀더(20)를 개재하여 회전 구동된다. 숫돌 회전 샤프트(22)에 형성된 유체 안내 유로(23)는, 로터리 조인트(24)를 개재하여 진공 펌프(25)에 접속되고, 진공 펌프(25)와 로터리 조인트(24)를 접속하는 유체 안내 유로(26a)에는 유로 개폐 밸브(27a)와 압력 조정 밸브(28a)가 장착되어 있다. 따라서, 유로 개폐 밸브(27a)를 연 상태 하에서 진공 펌프(25)를 작동시키면, 연삭·연마부(1), 숫돌 기둥(2) 내부, 다공질 엘라스토머(4)를 배비하고 있는 경우는, 그 기공은, 유체 안내 유로(23)를 개재하여 진공 펌프(25)에 연통하여 대기압보다 낮은 진공 상태 즉 부압 상태가 되어, 숫돌(10)의 지립이 효율적으로 피가공물에 침투하는 것을 가능하게 한다.

로터리 조인트(24)에는 가압 펌프(29)가 접속되고, 가압 펌프(29)와 로터리 조인트(24)를 접속하는 유체 안내 유로(26b)에는 유로 개폐 밸브(27b)와 압력 조정 밸브(28b)가 장착되어 있다. 가압 펌프(29)는 용기(30) 내에 수용된 연마액 등의 액체를 가압하여 토출하고, 유로 개폐 밸브(27b)를 연 상태 하에서 가압 펌프(29)를 작동시키면, 액체가 유체 안내 유로(23)를 개재하여 연삭·연마부(1), 숫돌 기둥(2) 내부, 다공질 엘라스토머(4)를 배비하고 있는 경우는 이것을 포함하여, 이들의 기공 내에 들어가 가공면(11)으로부터 유출되게 된다.

숫돌 회전 샤프트(22)의 상방에는, 실리콘 웨이퍼 등의 피가공물(W)을 지지하여 이것을 회전시키는 진공 척(31)이 장착된 워크 회전 샤프트(32)가 마련되어 있다. 이 워크 회전 샤프트(32)는 숫돌(10)의 가공면(11)을 따르는 방향에 수평 방향으로 이동 가능해짐과 함께 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있어, 진공 척(31)에 지지된 피가공물(W)을 숫돌(10)을 향해 접근 이반 이동시킬 수 있다. 또한, 피가공물(W)을 숫돌(10)에 접촉시킨 상태에서 워크 회전 샤프트(32) 및 진공 척(31)의 자중에 의해 피가공물(W)에 대하여 가압력을 가할 수 있다. 이 자중에 의한 가압력에 더하여, 공기압 실린더 등에 의해 워크 회전 샤프트(32)에 추력을 가하여 피가공물(W)에 대해 가압력을 부가하도록 해도 된다.

진공 척(31)은 복수의 흡기 구멍(33)이 형성된 척판(34)을 가지고, 각각의 흡기 구멍(33)에 연통하는 진공 유로(35)가 워크 회전 샤프트(32)에 형성되어 있다. 진공 유로(35)는 로터리 조인트(36)를 개재하여 진공 펌프(37)에 접속되고, 진공 펌프(37)와 로터리 조인트(36)를 접속하는 진공 공급로(38)에는 유로 개폐 밸브(39)가 장착되어 있다. 따라서, 진공 펌프(37)를 작동시켜 진공 유로(35)를 대기압보다 낮은 압력으로 하면, 흡기 구멍(33) 내에 외부 공기가 유입되어 피가공물(W)은 진공 척(31)에 진공 흡착되어 보지(保持)된다. 또한, 상부의 구조물을 전술의 숫돌과 동일한 구조물의 상사형(相似形)의 것을 장착함으로써 피가공물(W)의 양면 가공을 가능하게 한다. 이 경우, W는 W의 형상에 구멍을 낸 시트 형상의 것으로 보지시킨다.

숫돌(10)을 이용한 연마 가공으로서는, 냉매를 가압 펌프(29)에 의해 가압하여 유체 유로(17)를 개재하여 가공면(11)으로부터 유출시키도록 한 피가공물(W)의 연마 가공, 및 회로 패턴 형성 전의 웨이퍼 또는 회로 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 가공면(11)으로부터 가공면(11)과 피가공물(W)의 사이의 압력, 즉 지립과 피가공면의 거리를 조정함으로써, 연마 가공을 행한다. 또한, 유리(遊離) 지립을 가지는 연마액을 가압 펌프(29)에 의해 가압하여 유체 유로(17)를 개재하여 가공면(11)으로부터 유출시키도록 한 피가공물(W)의 연마 가공, 및 회로 패턴 형성 전의 웨이퍼 또는 회로 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 가공면(11)으로부터 화학 연마제를 가지는 슬러리를 유출시키도록 한 연마 가공 즉 CMP 가공에 적용할 수 있다. 이와 같은 연마 가공에 있어서는, 가공면(11)으로부터 숫돌(10)과 피가공물(W)의 사이에 연마액 등을 공급하게 되므로, 피가공물(W)의 피가공면 전체에 확실하게 연마액을 공급할 수 있다. 게다가, 숫돌(10)은, 통상의 CMP 가공과 같은 우레탄 등으로 이루어지는 연마 패드에 비하여, 가공면(11)의 경도가 높으므로, 웨이퍼의 표면에 굴곡 등을 발생시키지 않고, 높은 평탄도로 연마 가공을 행할 수 있고, 또한, 가공면(11)과 피가공물(W)의 사이의 압력을 조정함으로써, 연마 가공 시간이나 연마량을 용이하게 설정할 수 있다.

내부에 유체 유로(17, 18)가 형성된 숫돌(10)을 제조하기 위해서는, 지립과 결합재와 조제(助劑)의 혼합물을 성형형(成形型) 내에 주입한다. 한편, 소실 수지 등과 같이 열을 가하면 소실되는 소실 재료로 이루어지는 코어를 유체 유로(17, 18)의 형상으로 미리 제조해 두고, 혼합물을 성형형 내에 주입할 때에 혼합물의 내부에 코어를 투입한다. 이와 같이 하여 숫돌(10)에 대응한 형상으로 성형된 숫돌 소재를 소성로에서 가열함으로써, 코어가 소실됨과 함께 지립이 결합재에 의해 연결되어, 내부에 연삭·연마부(1)의 기공, 숫돌 기둥(2) 내부의 기공, 다공질 엘라스토머(4)를 배비하고 있는 경우는 그 기공을 가지고 유체 유로(17, 18)가 형성된 다공체로 이루어지는 숫돌(10)이 일체로 제조된다. 숫돌(10)의 기공률은, 조제의 양을 늘리면 작아지지만, 조제의 양 이외에 소성 온도 등에 의해도 기공률을 조정할 수 있다.

따라서, 상술과 같이 숫돌(10)을 연삭·연마부(1)의 부분과 숫돌 기부(16)에 의해 형성하는 경우에는, 예를 들면 조제의 양을 연삭·연마부(1)와 숫돌 기부(16)에서 상이하게 함으로써, 연삭·연마부(1)와 숫돌 기부(16) 중 유체 유로(17)가 형성된 부분을 열린 기공 구조의 다공체로 하고, 이 부분으로부터 기단면(12)측의 부분을 닫힌 기공 구조의 다공체로 할 수 있다.

숫돌 기둥(2)을 구성하는 지립(5)으로서는, 다이아몬드 즉 다이아몬드 지립이 사용되어 있고, 그 평균 입경은 0.1∼300㎛로 되어 있다. 단, 다이아몬드 대신에, 입방정 질화붕소(CBN) 지립 즉 CBN을 사용하도록 해도 되고, 다이아몬드와 CBN의 혼합물을 사용하도록 해도 되며, 나아가서는, 탄화 규소 SiC 즉 GC, 멀라이트(3Al₂O₃-2SiO₂), 또는 용융 알루미나 Al₂O₃ 즉 WA의 단체 또는 이들의 혼합체를 사용하도록 해도 된다. 숫돌(10)을 구성하는 결합재로서는, 비트리파이드 본드가 사용되어 있지만, 각각의 결합재로서는 비트리파이드 본드 이외에, 레지노이드 본드, 메탈 본드, 전착 본드 등 다양한 본드재를 사용할 수 있다.

본 발명의 특징인 막힘 방지에 대하여 설명한다. 숫돌을 가공할 수 없게 되는 이유는 날을 세울 필요성이 생긴 경우뿐만 아니라, 막힘이 일어난 경우가 있다. 사파이어와 같이 단단한 것을 연삭·연마하는 경우에는, 막힘의 문제는 많은 경우 생기지 않지만, 세라믹에서도 사파이어보다 연한 것이나, 금속이나 합금과 같은 것을 가공했을 때에 막힘이 일어난다. 이것은, 깎인 미분(微粉)이 고온인 채, 숫돌의 지립과 지립의 사이에 막히고 숫돌면이 평평해져 지립의 돌출이 없어져 깎을 수 없게 되는 현상이다. 이에 관하여 본 숫돌은, 깎인 미분의 온도를 낮추기 위하여, 일단 칩 포켓에 머무르게 하거나, 유체(물과 같은 냉매나 공기)를 기공으로부터 내보내 부스러기 및 지립의 온도를 낮춰 고온인 채 부스러기가 지립에 접하지 않도록 하여 막힘을 억제하고, 유체를 출입시킴으로써 부스러기를 제거할 수 있다.

또한, 양면 가공에 의해, 가공 속도를 올릴 수 있다. 그러나, 양면 가공하면, 특히 얇은 것의 가공이 되면 물과 같은 냉매의 표면 장력에 의해 숫돌면에 접착하여 뗄 수 없게 되거나, 다수의 피가공물(W)을 가공하는 경우, 얼마간의 피가공물(W)이 편면의 숫돌에 붙고, 남는 얼마간의 피가공물(W)이 다른 일방의 숫돌에 붙어 자동화나 양산화를 할 수 없게 된다.

또한, 실리콘 기판 등의 피가공물(W)은, 점점 얇아지고 있지만 그 한계는 편면 가공을 하고 있으므로 가공면과 가공되어 있지 않은 면의 차이가 생겨 얇은 것은 휘어져 사용할 수 없어지기 때문이다. 그것을 양면 가공함으로써, 양면이 동일하도록 변화하므로 휨을 없앨 수 있다.

또한, 실리콘 기판 등의 피가공물(W)은, 점점 얇아지고 있지만, 그 때문에 편면 가공을 했을 때에 가공면과 가공되어 있지 않은 면의 차이가 생겨 휘어져 사용할 수 없게 되는 경우가 있다. 그것을 양면 가공함으로써, 양면이 동일하도록 변화하므로 휨을 없앨 수 있다.

그러나, 종래의 연삭·연마 장치로 양면 가공하면 물과 같은 냉매를 넣으므로 그 표면 장력에 의해 가공 후에 숫돌을 올려 피가공물(W)을 취출하려고 했을 때에 위의 숫돌에 붙은 채 올라가거나, 아래의 숫돌에 붙은 채 올라간다. 그것을 떼기 위해 1 공정 늘어나고, 그리고 떼는 것을 실패하면 모처럼 얇게 한 것이 깨지거나 한다. 그래서, 일반적으로는 양면 가공기는 거친 가공하는 것이고 또한 비교적 두꺼운 피가공물(W)의 경우에 한정되어 있다.

그래서, 본 발명의 바람직한 실시형태인 숫돌은, 상하에 숫돌을 두고 그 사이에 피가공물(W)을 끼운 경우, 유체(물 등의 액체여도 공기 등의 기체여도 됨)를 숫돌로부터 내보내어 피가공물(W)이 숫돌에 접착하는 것을 막아, 피가공물(W)을 취출하기 쉽게 할 수 있고, 그 결과, 얇은 피가공물 또는 연마 공정에 있어서도 양면 가공을 가능하게 할 수 있다.

도 8 및 도 9는, 본 발명에 이용하는 숫돌 기둥의 축(L)을 숫돌의 회전 방향으로 경사지게 한 실시형태를 나타내고, 도 8은 평면 숫돌의 경우, 도 9는 스트레이트 숫돌, 컵 숫돌의 경우를 예시한다.

도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 숫돌은, 피가공물(W)을 가공하는 연삭·연마부(1)가 허니콤 구조를 가지고 있다. 허니콤 구조의 단면 형상은 육각형이다. 이 허니콤 구조의 단면 형상은, 삼각형이나, 사각형, 다각형으로 이루어지는 기하학 모양, 그 조합을 랜덤으로 배치해도 된다.

도 8의 (b) 및 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 숫돌 기둥(2)의 축(L)은, 숫돌의 회전 방향으로 경사져 배치되어 있다. 숫돌 기둥(2)의 경사각(θ)은 도 10에 나타내는 바와 같이, 연삭·연마면에 직교하는 깊이 방향과 숫돌 기둥(2)의 축(L)가 이루는 각도이고, 피가공물(W)을 효율적으로 연삭하기 위해서는 θ:0∼60°가 바람직하다.

이에 의하면, 숫돌 기둥(2)은 연삭·연마면에 대하여 경사진 경사각을 가지고 피가공물(W)을 연삭하기 때문에, 보다 효율적으로 단시간의 연삭이 가능해진다.

또한, 도 8 및 도 9에 나타내는 숫돌의 회전 방향은, 상기 숫돌 기둥의 경사 방향 또는 그 반대 방향인 것이 바람직하다.

이에 의하면, 연마 시에는, 숫돌을 연삭 시와 역방향으로 회전시킬 수 있어, 숫돌 기둥(2)으로 피가공물을 스트로크할 수 있기 때문에, 보다 매끄러운 마무리면을 실현할 수 있다.

[실시예]

도 1∼도 6에 나타내는 본 발명의 평면 숫돌, 및, 도 7에 나타내는 스트레이트 숫돌, 컵 숫돌을 이용하여, 본 발명의 범위인 숫돌 기둥의 직경(D)에 상당하는 두께를 지립(5)의 평균 입경의 1∼100배의 범위 내인 1∼2㎜, 이웃하는 숫돌 기둥의 간격(S)을 숫돌 기둥의 직경(D)에 상당하는 두께의 10∼1000배의 범위 내인 10∼20㎜, 숫돌 기둥 및 숫돌 기부(3)의 기공률을 30∼60%로 하여 실시했다. 숫돌의 연삭·연마면의 면적에 대한 숫돌 기둥의 단면적의 합계 비율은 0.4∼7.0%이고, 종래보다 낮은 값이었다. 또한, 지립은 평균 입경이 20㎛의 다이아몬드를 사용했다.

본 발명의 지립을 다이아몬드로 하고 피가공물(W)을 사파이어로 했을 때의 실시예의 효과를 나타낸다. 본 발명의 숫돌을 이용하면, 피가공물(W)의 가압력을 30kPa로부터 20kPa까지 저하시킨 후에, 다시 30kPa까지 부활시켜도 연삭·연마의 가공 속도가 유지되어 있어, 본 발명의 효과가 확인되었다. 한편, 종래 숫돌은 최초의 20분에서 가공 속도가 떨어져 드레싱이 필요하게 되어, 드레싱 없이는 가공 계속이 곤란해졌다. 본 발명의 숫돌은 드레싱 없이 인가압을 되돌리면 가공 속도가 되돌아가는 것을 나타내어, 드레싱 없는 가공이 실현되었다.

본 발명에 의하면, 거친 가공에 사용되는 지립을 사용하여 다이아몬드 등의 지립의 날카로움을 향상시킴으로써, 하기의 효과를 가질 수 있다.

· 통상의 거친 가공보다 한층 더 고속 가공을 가능하게 한다.

· 거친 가공 중의 결함의 발생을 억제한다.

· 거친 가공의 마무리면을 매끈하게 하여, 거친 가공 후의 랩 가공을 생략할 수 있다.

· 치수 정밀도가 나올 수 있도록 연삭 속도의 제어를 거친 가공 중에 행할 수 있다.

· 거친 가공부터 수퍼 피니싱 연마 가공까지를 동일한 가공기의 셋업으로 행할 수 있는 것에 의해, 가공의 고효율화를 가능하게 한다.

· 거친 가공부터 수퍼 피니싱 연마 가공까지를 동일한 가공기로 양면 가공하여, 가공의 고효율화를 가능하게 한다.

1 : 연삭·연마부
2 : 숫돌 기둥
3 : 숫돌 기부
4 : 다공질 엘라스토머
5 : 지립
6 : 결합재
7 : 기공
L : 숫돌 기둥의 축
D : 숫돌 기둥의 직경
S : 숫돌 기둥의 간격

Claims (8)

1. 피가공물을 가공하는 연삭·연마부가 다각 기둥을 간극 없이 나열한 허니콤 구조를 가지는 숫돌로서, 상기 허니콤 구조의 교점 또는 벽부에, 지립 및 결합재로 이루어지고, 연삭·연마하는 면의 깊이 방향으로 축(L)을 가지는 숫돌 기둥을 구비한 것을 특징으로 하는 숫돌.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 숫돌 기둥의 축(L)은, 숫돌의 회전 방향으로 경사져 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 숫돌.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 숫돌의 회전 방향은, 상기 숫돌 기둥의 경사 방향 또는 그 반대 방향인 것을 특징으로 하는 숫돌.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연삭·연마부는, 다공질의 숫돌 기부와 일체로 형성되고, 냉각액 및 화학 연마제를 가지는 슬러리가, 상기 숫돌 기부로부터 상기 연삭·연마부를 통하여 상기 피가공물과 상기 숫돌의 사이에 공급되는 것을 특징으로 하는 숫돌.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 허니콤 구조를 형성하는 상기 벽부로 둘러싸인 공간이 중공인 것을 특징으로 하는 숫돌.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 허니콤 구조를 형성하는 상기 벽부로 둘러싸인 공간이 다공질 엘라스토머로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 숫돌.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 숫돌 기부가 감압 또는 상압으로 됨으로써, 상기 다공질 엘라스토머가 상기 연삭·연마부의 내부에 인입되는 것을 특징으로 하는 숫돌.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 숫돌 기부가 가압됨으로써, 상기 다공질 엘라스토머가 상기 연삭·연마부의 외부로 압출되는 것을 특징으로 하는 숫돌.

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