TWI282754B - Grinding wheel - Google Patents

Description

1282754 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明，是關於鋁鑄合金或鑄鐵等的機械零件加工時 所使用的杯狀磨輪，或半導體晶圓的CMP加工時拋光墊 修整所使用的杯狀磨輪。 【先前技術】 於鋁鑄合金或鑄鐵等的加工中，大多使用鑽石工具。 於這般加工中，所要求的是高加工效率和刮痕較少的良好 加工面粗糙度。 爲了實現高加工效率所製成的銑刀工具一例，是記載 在曰本特開200 1 -79772號公報中。 曰本特開200 1 -79772號公報中所記載的銑刀工具， 是在杯狀金屬輪體的端面和其外周面硬焊著鑽石磨石粒來 構成其硏磨刃部的磨石粒層的一種銑刀工具，其是在金屬 輪體的端面的靠近外周圍部形成有傾斜部或曲面部，將金 屬輪體的的外周圍部和金屬輪體的端面的傾斜部或曲面部 做爲粗硏磨用區域以符合粗硏磨的條件來配設磨石粒，將 金屬輪體的端面的平坦部做爲硏磨用區域以符合硏磨的條 件來配設磨石粒的一種銑刀工具。就該銑刀工具而言，因 其是將磨石粒層區分成粗硏磨用區域和硏磨用區域，分別 以符合各區域的條件來配設磨石粒，所以以一個工具就能 夠同時進行粗硏磨和硏磨兩方的加工，因此能夠提昇加工 效率。 -5- (2) 1282754 另一方面，CMP加工用修整器，大多使用鑽石磨石 粒是固定在母材上的修整器。對該修整器，是要求要有良 好的硏磨功能和磨石粒碎片或脫落所造成的晶圓刮痕產生 要少。 具有良好的硏磨功能，並且磨石粒碎片或脫落爲較少 的CMP加工用修整器的一例，是記載在日本特開2002-273 65 7號公報或特開2002- 1 26997號公報中。 日本特開2002-273 6 5 7號公報中所記載的CMP加工 用修整器，是用硬焊將磨石粒固定在母材的表面，使這些 磨石粒的特定結晶面均一致配設在特定方向的CMP加工 用修整器。就該CMP加工用修整器而言，因其是用硬焊 使磨石粒固定著，所以能夠獲得良好的硏磨功能，因是將 磨石粒彼此的結晶面朝一致方向，所以就可防止修整時磨 石粒碎片。 另外，日本特開特開2002- 1 26997號公報中所記載的 CMP加工用修整器，是用硬焊將磨石粒固定在母材的表 面，在該硬焊料層的表面施有以特定範圍熱膨脹係數的玻 璃爲主成份的覆蓋層的CMP加工用修整器。就該CMP加 工用修整器而言，其可獲得良好的硏磨功能的同時，CMP 加工用硏磨劑也不會造成硬焊料層旱母材金屬的侵蝕，因 此能夠防止磨石粒脫落。 上述日本特開200 1 -79772號公報中所記載的銑刀工 具及特開2002-273 6 5 7號公報中所記載的CMP加工用修 整器，雖然硏磨功能良好，但在磨石粒脫落方面是有問 -6 - (3) 1282754 題。於硏磨加工時若磨石粒脫落，則脫落的磨石粒會在拖 拉的狀況下移動在被硏磨材的面上，其結果，就是產生大 刮痕。磨石粒脫落所造成的刮痕產生時期是難以預測，所 以爲了防止刮痕產生，只有早期更換磨輪才能防止磨石粒 脫落。其結果，就造成磨石的使用壽命短，磨輪的成本變 高。 本發明者們，針對在杯狀金屬輪體端面用硬焊來固定 磨石粒的磨輪在硏磨加工中磨石粒的脫落現象用心檢討的 結果，確認磨石粒的脫落是較容易產生在金屬輪體端面的 最外周區域和最內周區域，即石粒的脫落較容易產生在轉 角附近。配設在金屬輪體端面外周側轉角附近的磨石粒， 因形成在磨石粒的金屬輪體端面外周側的硬焊料層是成爲 較短的焊緣，所以無法充分獲得由硬焊料形成的磨石粒保 持力，因此加工中磨石粒就容易脫落。同樣地，配設在金 屬輪體端面內周側轉角附近的磨石粒，也是因金屬輪體端 面內周側的硬焊料所形成的磨石粒保持力不足而造成磨石 粒容易脫落。 於習知杯狀的磨輪中，並沒有特別針對金屬輪體端面 最外周區域和最內周區域採取磨石粒脫落防止對策，而只 注重在磨石粒層全體的磨石粒脫落防止對策上，因此難以 確實防止磨石粒的脫落。 另一方面，日本特開特開2002- 1 26997號公報中所記 載的CMP加工用修整器，雖是在磨石粒脫落防止方面是 爲有效的手段，但其問題是：因爲在硬焊料層的表面又施 (4) 1282754 有覆蓋層，所以相對地覆蓋層厚度會使磨石粒突出高度變 低而造成硏磨功能降低，此外因磨石粒和磨石粒之間的屑 穴會變小，所以硏磨碎屑的排出能力就相對性降低。 【發明內容】 本發明，是爲解決上述問題而爲的發明，其目的在於 提供一種能夠防止磨石粒的脫落所造成的刮痕產生，以確 保良好加工面的磨輪。 本發明的磨輪，是一種藉由硬焊來使磨石粒固定在杯 狀金屬輪體的端面以構成爲其磨石粒層的磨輪，其特徵 爲：於輪體的端面大致中央部設有圓周方向連續的溝槽， 在上述端面的外周端附近和內周端附近及上述溝槽邊界附 近的各區域以外的端面部份，對於全部的磨石粒是以可保 持磨石粒的硬焊料層焊緣長度爲磨石粒平均粒徑1倍以上 的條件來固定磨石粒。 由於是在金屬輪體的端面大致中央部設有圓周方向連 續的溝槽，所以就能夠提高加工中硏磨碎屑的排出能力， 此外，由於硏磨碎屑是被捕獲在溝槽中，所以就能夠防止 硏磨碎屑造成刮痕產生。於此，溝槽的剖面形狀，是槪略 爲矩形或槪略爲V字形，對於底部的角部最好是有導 圓。此外，溝槽的大小，雖然也需視被硏磨材的材質及磨 石粒配置區域‘的大小而定，但溝槽的寬度最好是比硏磨碎 屑長度還大，溝槽的寬度數値範圍以2〜15mm程度爲 佳。 -8- (5) (5)1282754 另外，在端面的外周端附近和內周端附近及溝槽邊界 附近的各區域是不配置磨石粒，而在這些各區域除外的端 面部份，對於全部的磨石粒是以可保持磨石粒的硬焊料層 焊緣長度爲磨石粒平均粒徑1倍以上的條件來固定磨石 粒，所以磨石粒的周圍是受到硬焊料層的包圍而造成磨石 粒保持力提昇，因此就能夠防止加工中的磨石粒脫落。於 此，所謂硬焊料層的焊緣長度，是表示磨石粒周圍的硬焊 料層的遍及程度，但就磨石粒配置部份被配置在最外周的 磨石粒而言，如第3圖所示，焊緣長度是指磨石粒1 2和 硬焊料層1 7的黏著邊界點1 8至硬焊料層1 7的焊緣終點 1 9爲止的水平距離L。該焊緣長度若具有比磨石粒平均粒 徑還小的部份時，則磨石粒的保持力會不足以致造成磨石 粒容易脫落。硬焊料層的焊緣長度若爲必要以上的長度 時，則在端面的外周端附近和內周端附近及溝槽邊界附近 的各區域不配置磨石粒部份的面積就會變大，以致對端面 的磨石粒的配置數量變少，導致各個磨石粒的負載變大的 同時，也造成硏磨功能降低，所以硬焊料層的焊緣長度最 好是爲磨石粒粒徑的3倍以內。 各個磨石粒的配置間隔，最好是爲磨石粒平均粒徑的 2〜3倍。以這樣的間隔來配置磨石粒時就能夠確實地保 有屑穴，即使萬一磨石粒脫落，也能通過該屑穴排出，所 以就能夠防止因脫落的磨石粒而造成的刮痕產生。磨石粒 間隔若比磨石粒平均粒徑的2倍還要狹窄時，則難以排出 脫落的磨石粒，磨石粒間隔若超過磨石粒平均粒徑的3倍 -9- (6) 1282754 而變大時，則被硏磨材的加工面粗糙度會變粗所以應該避 免。 此外，相互爲鄰的磨石粒間的硬焊料層最凹部的硬焊 料厚度，最好是爲磨石粒平均粒徑的1/3〜1/2倍。由於 磨石粒間的硬焊料層的最小厚度若未滿磨石粒平均粒徑的 1/3倍時則磨石粒保持力會變小，若超過1/2倍時則屑穴 會變小，因此以上述範圍爲佳。 藉由在金屬輪體的端面大致中央部設有圓周方向連續 的溝槽，使磨石粒層被一分爲二形成是在該溝槽的內周側 區域和外周側區域。於此，也可針對內周側區域和外周側 區域來改變磨石粒的粒徑或配置間隔，將外周側區域做爲 粗硏磨用，將內周側區域做爲完工硏磨用以分擔功能。於 該狀況時，若將內周側區域的磨石粒頂端高度比外周側區 域的磨石粒頂端高度還高時，就能夠提昇被硏磨材的加工 面光滑度。此外，在內周側區域和外周側區域各別靠近外 周的部份形成有傾斜面時，就能夠減輕負載集中於被配置 在靠近外周部份的磨石粒上。 再加上’也可在內周側區域的磨石粒頂端形成有平坦 部。該磨石粒頂端的平坦部，是可用鑽石頭切刀切削除去 磨石粒頂端來形成，根據鑽石頭切刀的總切削量是可調整 磨石粒頂端的切削除去量及平坦部的面積。磨石粒頂端的 切削除去量最好是爲磨石粒平均粒徑的5〜3 0%，藉由將 切削除去量成爲在該範圍內，可使加工面光滑度明顯提 昇。切削除去量若未滿磨石粒平均粒徑的5%時則難以獲 -10- (7) 1282754 得加工面光滑度提昇效果，若超過3 Ο %時則硏磨時的阻力 會變大導致硏磨功能降低。 【實施方式】 〔發明之最佳實施形態〕 以下，根據圖面對本發明的磨輪實施形態進行說明。

於第1圖至第3圖中，圖示著本發明實施形態相關的 磨輪構成。 第1圖爲表示本發明實施形態相關的磨輪透視圖，第 2圖爲該磨輪硏磨刃部的磨石粒層放大圖，第3圖爲硏磨 刃部放大剖面圖。 於第1圖中，磨輪1〇，是一種藉由硬焊來使鑽石磨 石粒1 2固定在圓筒狀的金屬輪體11的端面以形成爲硏磨 刃部的磨輪。

金屬輪體11，是整體形狀爲短筒狀的鋼製金屬輪 體，於底部中央部設有可安裝加工機械旋轉軸的安裝用孔 1 1 a 〇 如第2圖及第3圖所示，於金屬輪體1 1的端面 1 1 b，磨石粒1 2是整列固定著，在端面1 1 b大致中央部設 有圓周方向連續的剖面V字形溝槽1 3。在溝槽1 3除外的 端面1 1 b上，於除了外周端1 5附近和內周端1 4附近及溝 槽1 3邊界附近的各區域以外的端面部份，對於全部的磨 石粒1 2是以可保持磨石粒1 2的硬焊料層焊緣長度L爲磨 石粒平均粒徑1倍以上的條件來固定著磨石粒1 2。從磨 -11 - (8) 1282754 石粒脫落的觀點來看是重要的是：於該磨輪ίο中，特別 是，將端面lib的內周端14附近區域和外周端15附近區 域形成爲不配置磨石粒12而只有硬焊料層的區域16。於 習知的磨輪中，因是至端面的外周端附近和內周端附近爲 止配置有磨石粒，以致該磨石粒的硬焊料層所形成的磨石 粒保持力不足，造成加工中磨石粒容易脫落，但是於本實 施形態的磨輪1 〇中，除了溝槽1 3邊界附近不配置磨石粒 12外，在端面lib的內周端14附近區域和外周端15附 近區域也不配置磨石粒1 2，因是對於所配置的全部磨石 粒都確保有由硬焊料層所形成的充分磨石粒保持力，所以 就能夠防止加工中磨石粒的脫落。 〔實施例1〕 於外徑1 〇〇rnm的杯狀金屬輪體的端面，製作具有第 3圖所示構成的硏磨刃部的磨輪（發明品1 )，爲進行比 較以相同的金屬輪體形狀製作具有日本特開200 1 -79772 號公報中所記載之構成的硏磨刃部的磨輪（比較品1 )， 然後進行硏磨功能比較試驗。 磨石粒，是採用平均粒徑爲400 μιη的鑽石磨石粒， 以8 ΟΟμιπ的間隔進行規則性配列。固定材是採用含有活 性金屬的硬焊材，磨石粒周圍的硬焊材層厚度約爲 2 0 0 μπι 0 於發明品1中，在金屬輪體端面外周端附近和內周端 附近及溝槽邊界附近的各區域，是不配置磨石粒，將只有 -12- 1282754 Ο) 硬焊材的區域寬度爲600 μιη。 對於上述發明品1和比較品1的磨輪，用以下硏磨條 件進行了濕式硏磨。 被硏磨材：鋁鑄合金 ADC-14 硏磨機械：切削機 主軸旋轉速度：SOOOmirT1 切削深度：〇 . 3 m m / p a s s 進刀速度：2000mm/min 於以上硏磨中，以被硏磨材的加工面的面粗糙度變差 前的加工面積對發明品1和比較品1進行了調查。其結果 揭示在表1。 表1 消費電力 使用壽命 加工面的最大高 (加工面積） 度粗糙度Rz 發明品1 100 300 3.5 μιη 比較品1 100 100 1 Ομπι 備註：1 .消費電力和壽命，是以比較品1爲100時的 指標來表示。 2.加工面的最大高度粗糙度Rz是根據JIS (日本工業規格）B060 1 -200 1的規定。 於比較品1，是在金屬輪體的端面轉角部產生磨石粒 的脫落，因加工面的最大高度粗糙度Rz超過10 μπι，所以 以該時刻爲其使用壽命。相對於此，於發明品1，即使其 加工面積成爲比較品1的3倍以上，其加工面的最大高度 -13- (10) 1282754 粗糙度也能夠維持在3.5 μπι以下。 從該結果可確認得是，以本發明的硏磨刃部的構成， 就可防止磨石粒脫落造成的刮痕產生，在提昇使用壽命的 同時，能夠保持良好的加工面粗糙度。 第4圖中，是圖示著以磨石粒平均粒徑〇倍〜3倍爲 止的範圍來變化在金屬端面外周端附近和內周端附近及溝 槽邊界附近的各區域不配置磨石粒的區域（以下，爲便於 說明而稱緩衝層）寬度時的磨石粒脫落比率和加工面的最 大高度粗糙度Rz。第4圖的橫軸，是表示緩衝層寬度相 對於磨石粒平均粒徑的多少倍數。從該圖中得知，在不配 置磨石粒的緩衝層寬度成爲磨石粒平均粒徑的1倍至3倍 的範圍.時，磨石粒的脫落明顯減少，並且維持著良好的加 工面粗糙度。 第5圖中，是圖示著在內周側區域的磨石粒頂端形成 平坦部時對打磨量（切削除去量）進行變化後的加工面的 最大高度粗糙度Rz和硏磨機械的主軸負載率。第5圖的 橫軸，是表示切削除去量相對於磨石粒平均粒徑的百分比 値。 從第5圖中得知，藉由將切削除去量成爲磨石粒平均 粒徑的5〜3 0%，能夠獲得良好的加工面粗糙度的同時， 也能夠減輕硏磨機械的主軸負載率。 〔實施例2〕 於外徑l〇〇mm的杯狀金屬輪體的端面，製作具有第 -14- (11) 1282754 6圖所示構成的硏磨刃部的磨輪（發明品2 )，爲進行比 較以相同的金屬輪體形狀製作具有日本特開2001-79772 號公報中所記載之構成的硏磨刃部的磨輪（比較品2)， 然後進行硏磨功能比較試驗。 於發明品2中，中央部的溝槽1 3是爲寬度1 1 mm的 矩形剖面溝槽，將細粒（平均粒徑爲2 0 0 μ m )的鑽石磨石 粒12以··磨石粒間隔60 0 μιη、磨石粒周圍的硬焊材厚度 爲 120μιη、緩衝層寬度爲 3 5 0 μιη的條件配置在寬度 5.5 mm的內周側區域，又對磨石粒頂端進行打磨形成平坦 部以做爲完工硏磨用，在寬度 200μπι、緩衝層寬度爲 900μιη的條件配置粗粒（平均粒徑爲400μπι )的鑽石磨石 粒12以做爲粗硏磨用。 對於上述發明品2和比較品2的磨輪，除了被硏磨材 是爲鋁鑄合金和鑄鐵的複合材料以外其他均以與實施例1 的硏磨條件爲相同條件進行濕式硏磨。 硏磨的結果，比較品2方面是與實施例1的比較品1 爲相同結果，但發明品2方面，完全沒有磨石粒的脫落， 也無刮痕產生。此外，加工時所產生的硏磨碎屑，是被捕 獲在中央的溝槽並無硏磨碎屑咬住，加工面的最大高度粗 糙度Rz也達到3μιη以下。 〔實施例3〕 於外徑100mm的杯狀金屬輪體的端面，製作具有第 7圖所示構成的硏磨刃部的CMP加工用修整器（發明品 (12) 1282754 3 ) ’爲進行比較以相同的金屬輪體形狀製作在端面全面 配置磨石粒的CMP加工用修整器（比較品3 )，然後用 該修整器邊進行拋光墊的修整邊進行半導體晶圓的CMP 加工試驗。 於發明品3中，中央部的溝槽13是爲寬度2mm的矩 形剖面溝槽，在周側區域和外周側區域以磨石粒間隔 7 5 0 μιη、緩衝層寬度爲3 Ο Ο μ m的條件配置平均粒徑爲 200μπι的鑽石磨石粒12。 將上述發明品3和比較品3的修整器安裝在C Μ Ρ加 工機上，用該修整器邊進行拋光墊的修整邊進行半導體晶 圓的 CMP加工。加工條件是：修整企的旋轉速度爲 lOOmirT1、工作台旋轉速度爲1〇〇 mirT1、加工荷重爲 44N、晶圓尺寸爲40mmx40mm、加工時間爲5小時。 試驗結果，比較品3方面，在晶圓2片加工時刻於金 屬輪體端面的外周端部產生磨石粒脫落，以致晶圓上產生 大刮痕。大刮痕的產生在最初的3 0分鐘是4個，之後逐 漸減少在2〜3小時的時間點是每3 0分鐘1個，3小時過 後就無大刮痕的產生。相對於此發明品3方面，是完全沒 有磨石粒脫落，晶圓上完成沒有刮痕的產生，此外顯示出 是安定的拋光墊磨削率。另外，加工時所產生的硏磨碎 屑，是被捕獲在中央的溝槽並無硏磨碎屑咬住。 以上，是以現時間點所認爲的本發明最佳實施例來記 載，但應可理解其中是能進行種種的改良，此外申請專利 範圍，其主旨是已全部網羅本發明真正本質及範圍中所包 -16- (13) (13)1282754 括的改良。 【圖式簡單說明】 第1圖爲表示本發明實施形態相關的磨輪透視圖。 第2圖爲磨輪硏磨刃部的磨石粒層放大圖。 第3圖爲硏磨刃部放大剖面圖。 第4圖爲表示硏磨試驗結果圖。 第5圖爲表示硏磨試驗結果圖。 第6圖爲表示硏磨試驗所使用的磨石硏磨刃部構成 圖。 第7圖爲表示硏磨試驗所使用的另一磨石硏磨刃部構 成圖。 【符號說明】 10 磨輪 l〇a安裝用孔 11 金屬輪體 1 1 b端面 12 磨石粒 13 溝槽 14 內周端 15 外周端 16 區域 17 硬焊料層 -17- (14)1282754 18 黏著邊界點 19 焊緣終點 L 焊緣長度

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Claims (1)

1. (1) 1282754 拾、申請專利範圍 1. 一種磨輪，是藉由硬焊來使磨石粒固定在杯狀金 屬輪體的端面以構成爲其磨石粒層的磨輪，其特徵爲：於 輪體的端面大致中央部設有圓周方向連續的溝槽，在上述 端面的外周端附近和內周端附近及上述溝槽邊界附近的各 區域以外的端面部份，對於全部的磨石粒是以可保持磨石 粒的硬焊料層焊緣長度爲磨石粒平均粒徑1倍以上的條件 來固定磨石粒。 2. 如申請專利範圍第1項所記載的磨輪，其中，是 對由上述溝槽分爲二區域的外周側區域和內周側區域中所 形成的磨石粒的粒徑和配置間隔當中一方或兩方進行變 更，使外周側區域做爲粗硏磨用，使內周側區域做爲完工 硏磨用。 3. 如申請專利範圍第2項所記載的磨輪，其中，是 於上述內周側區域的磨石粒頂端形成平坦部。 -19-