TWI597130B - Abrasive manufacturing method - Google Patents

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Keiichi Minami
Yukihiro Fujimori
Masayuki Katada
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Mitsui Grinding Wheel Co Ltd
Yachiyo Microscience Inc
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Description

研磨物之製造方法
本發明係關於硬脆材料之拋光加工用研磨工具。
為了獲得半導體材料、光裝置材料等各種材料，過去已進行對藍寶石、碳化矽、石英等硬脆材料之拋光加工。
此處所指之拋光加工例如為將被稱為拋光壓盤之圓形壓盤與板狀之被研磨材料進行面摩擦以調整板狀體之厚度或平行度、平坦度、表面粗糙度等之加工，通常藉由使用包含金剛石或立方晶氮化硼等之固定研磨石之拋光盤進行。其後，藉由使用膠體二氧化矽等之CMP等研磨晶圓表面，將晶圓表面加工為平坦且無變形或傷痕之鏡面狀態(鏡面研磨步驟)。
上述先前之拋光加工所得之被研磨物之表面粗糙度較大，故於其後之CMP步驟需要花費例如數天之較長時間。
為了謀求該CMP步驟之時間短縮，例如，於先前之拋光加工與CMP步驟之間，進行作為用以提高表面平滑性之拋光之最終步驟之併用包含金剛石漿料之游離研磨粒、與使用銅-錫合金之研磨盤進行研磨。將上述先前之拋光步驟稱為L1步驟，相對於此，亦將此種金剛石漿料之拋光步驟稱為L2步驟。
然而，於上述L2步驟中，有如下問題：金剛石漿料昂貴而耗費製造成本、由於為利用游離研磨粒研磨之形式故不易維持幾何精度且所得之板狀體之研磨物的周邊部容易產生所謂塌邊、於縮短製造時間 之方面亦不夠充分等問題。因此，若可使用金剛石之固定研磨粒進行上述L2步驟，則不僅可降低製造成本或進一步縮短時間，亦期待有助於提高幾何精度亦即提高成品率。
於專利文獻1~3，記載有一種以硬脆材料之細微研削或研磨為目的，而使用金剛石等固定研磨粒之研磨工具。
又，於專利文獻4雖非記載研磨工具者，但記載使包含金剛石研磨粒、焊料、及氫化鈦之混合粒附著於糊狀物質，其後將其燒結之固定研磨粒式鋼絲鋸。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-174428號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-178617號公報
[專利文獻3]日本專利特開2014-083611號公報
[專利文獻4]日本專利特開2010-131698號公報
然而，為了將金剛石之固定研磨粒用於硬脆材料之拋光之最終步驟，為了充分獲得縮短加工時間之效果，需要使研磨粒保持力、尤其是促進自磨銳性與研磨粒保持力並存，然而如專利文獻1~3之先前之固定研磨粒型之研磨工具於該等觀點而言尚有改善餘地，且硬脆材料之研磨能力不夠充分。
又，專利文獻4雖記載包含可形成氫化物之金屬之鋼絲鋸，但於研磨工具中使用可形成氫化物之金屬、及藉此可提高使用金剛石固定研磨粒之研磨工具的加工能力迄今尚未知。
因此，本發明之課題在於提供一種可消除上述先前技術所具有之各種缺點之研磨工具。
本發明係提供一種研磨工具者，其係修正莫氏硬度8以上之硬脆材料之拋光加工用研磨工具，且係將金剛石粒子分散於金屬基質而成，且於上述金屬基質中包含可形成氫化物之金屬。
又，本發明係提供一種研磨工具之製造方法，其係上述研磨工具之製造方法，且包含：將金剛石粒子、構成金屬基質或為其原料之金屬粉末、及金屬氫化物加以混合之步驟；將由該步驟獲得之混合粉加壓成形之步驟；及將加壓成形之成形物在非氧化性氛圍下燒成之步驟。
又，本發明係提供一種研磨工具之製造方法，其係上述研磨工具之製造方法，且包含：將金剛石粒子、構成金屬基質或其為原料之金屬粉末、金屬氫化物加以混合之步驟；及一面將由該步驟獲得之混合粉加壓一面在非氧化性氛圍下燒成之步驟。
又，本發明係提供一種研磨物之製造方法，其係包含對修正莫氏硬度8以上之硬脆材料即被研磨物之表面供給包含游離研磨粒之研磨液且使技術方案1中記載之研磨工具滑動接觸並研磨之步驟的研磨物之製造方法，其使用修正莫氏硬度12以上且為金剛石以外之研磨粒作為游離研磨粒，使用該游離研磨粒之濃度為2質量%以上40質量%以下者作為研磨液。
根據本發明，可提供一種由於尤其研磨粒保持力高，故硬脆材料之加工能力高，可於短時間獲得表面平滑之研磨物，之較佳適於硬脆材料之拋光加工用之研磨工具。
於將本發明之研磨工具用於拋光之最終步驟時，可謀求縮短製造時間、降低製造成本、提高研磨物之幾何精度從而提高成品率等。
又，根據本發明之製造方法，可有效率地製造上述研磨工具。
又，根據本發明之研磨物之製造方法，使用上述研磨工具，可於短時間獲得表面平滑之硬脆材料之研磨物。
1‧‧‧兩面加工機
2‧‧‧下壓盤
3‧‧‧上壓盤
4‧‧‧壓盤支持部
5‧‧‧基底
7‧‧‧太陽齒輪
8‧‧‧內齒齒輪
9‧‧‧承載體
10‧‧‧板狀之被研磨物
11‧‧‧氣缸
11a‧‧‧輸出桿
12‧‧‧托架
13‧‧‧轉動件
20‧‧‧研磨工具
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧中央箭頭
C‧‧‧箭頭
D‧‧‧箭頭
X-X‧‧‧線
圖1係顯示使用本發明之研磨工具之拋光步驟中所使用之兩面加工機之一例的概略前視圖。
圖2係圖1之X-X線箭頭剖視圖。
圖3係使用於圖1之兩面加工機之本發明之研磨工具形狀的一例。
圖4係實施例1之研磨工具之剖面SEM照片。
圖5係比較例1之研磨工具之剖面SEM照片。
以下，基於其較佳之實施形態說明本發明。
成為本發明研磨工具之研磨對象之材料為修正莫氏硬度8以上之硬脆材料。於本發明中，硬脆材料指玻璃、石英、陶瓷、各種半導體結晶材料等非常硬而脆，且不耐衝擊易碎之材料。
修正莫氏硬度為將相對於標準物質造成損傷者為基礎之硬度數值化者。自柔軟者依序指定1至15之標準物質，作為具體之標準物質，修正莫氏硬度1為滑石、2為石膏、3為方解石、4為螢石、5為磷灰石、6為正長石、7為熔融石英、8為石英、9為黃色水晶、10為石榴石、11為熔融氧化鋯、12為熔融氧化鋁、13為碳化矽、14為碳化硼、及15為金剛石。例如，於以標準物質4之螢石刮擦試料未對試料造成損傷，以標準物質5之磷灰石刮擦對試料造成損傷之情形時表示該試料比4硬，比5軟，作為修正莫氏硬度表記為「4.5」。又，於以標準物質4之螢石刮擦對試料與螢石均造成損傷之情形時，試料為與標準物質4相同硬度，作為修正莫氏硬度表記為「4」。修正莫氏硬度之數值畢竟為相對者，並非絕對值。硬脆材料之修正莫氏硬度可使用莫氏硬 度計藉由常用方法測定。
作為修正莫氏硬度8以上之硬脆材料之具體例，可列舉藍寶石(修正莫氏硬度12)、石英(修正莫氏硬度8)、SiC(修正莫氏硬度13)、氧化鋁(修正莫氏硬度12)等。
自有效發揮本發明效果之觀點而言，硬脆材料之修正莫氏硬度較佳為13以下。
本發明之研磨工具係將金剛石粒子分散至金屬基質中，且於上述金屬基質中包含可形成氫化物之金屬。
首先對研磨粒即金剛石粒子進行說明。
金剛石粒子之形狀並未限定。於本發明中，作為金剛石粒子之粒徑，平均粒徑為1μm以上者，自提高研磨工具之加工能力之觀點而言係較佳。又，作為金剛石粒子之粒徑，平均粒徑為20μm以下者，自提高被研磨物之表面粗糙度之觀點而言係較佳。自該等觀點而言，作為金剛石粒子之粒徑，更佳為平均粒徑2μm以上16μm以下，進而更佳為平均粒徑4μm以上12μm以下。
金剛石粒子之平均粒徑可藉由以下求得：例如對研磨工具進行樹脂填埋後以金剛石刀切斷，並使用掃描型電子顯微鏡放大(例如倍率1000倍)觀察切斷面，對200個粒子進行弗雷特(Feret)直徑之測定，並算出其平均值。
研磨工具於金剛石粒子之含量未達0.1質量%之情形時，有藉由本發明之研磨工具難以獲得縮短加工時間之效果之情形，又，研磨工具中金剛石粒子之含量超過10質量%亦有難以獲得縮短加工時間效果之情形。自該觀點而言，研磨工具中金剛石粒子之含量較佳為0.1質量%以上10質量%以下，更佳為1質量%以上5質量%以下。研磨工具中金剛石粒子之含量係例如以酸溶解研磨工具中之金屬基質，並測定殘留之金剛石量即可。
於本發明中，作為黏合研磨粒即金剛石粒子之黏合材基質，使用金屬基質。金屬可構成較脆黏合，可促進自磨銳性(self-sharpening)。作為構成成為研磨工具之黏合材之金屬基質的金屬，列舉Cu-Sn系合金、Cu-P系合金、Ni-Sn系合金、Cu系合金、Ni系合金、Co系合金、Fe系合金。該等可僅使用1種，亦可混合2種以上使用。於該等中，自提高本發明效果之觀點而言，較佳為Cu-Sn系合金。此處所謂之Cu-Sn合金為Cu與Sn之合金，且除了Cu與Sn以外亦可進而含有其他1種或2種以上之副元素。作為Cu-Sn系合金之Cu及Sn以外之副元素，例如可列舉鎳、磷、鈷、鈦、鉻、釩等。該等副元素可包含1種或2種以上。又，於Cu-Sn系合金中，可包含無法避免之雜質。
作為Cu-Sn系合金，較佳為Sn含量超過20質量%者。其理由在於：Sn含量超過20質量%之Cu-Sn系合金其硬且脆之較佳之特性高。金屬基質之脆性較高時由於良好地促進金剛石粒子之自磨銳性故而較佳。又，金屬基質之硬性較高時由於加工硬脆材料時，可使金剛石粒子對於硬脆材料之咬入良好故而較佳。因此，於作為金屬基質使用包含Sn含量超過20質量%之Cu-Sn系合金之基質之情形時，可使本發明之研磨工具能更穩定且有效地加工硬脆材料。又，作為Cu-Sn系合金，Sn含量為60質量%以下者自抑制研磨工具過脆之觀點而言較佳。自該等觀點而言，Cu-Sn系合金中之Sn含量更佳為30質量%以上58質量%以下，特佳為45質量%以上55質量%以下。
Cu-Sn系合金之Cu含量較佳為40質量%以上未達80質量%，更佳為45質量%以上55質量%以下，特佳為48質量%以上52質量%以下。Cu-Sn系合金中之Sn含量及Cu含量例如可藉由ICP發光分析裝置測定。
本發明之研磨工具中，構成金屬基質之金屬含量為70質量%以 上，自保持金剛石粒子之觀點而言較佳。又，本發明之研磨工具中，構成金屬基質之金屬含量為98質量%以下，自確保一定量之金剛石或可形成氫化物之金屬的觀點而言較佳。自該等觀點而言，研磨工具中，構成金屬基質之金屬含量更佳為75質量%以上96質量%以下，特佳為80質量%以上92質量%以下。另，此處所謂之構成金屬基質之金屬含量於金屬基質包含上述各種合金時為該合金之含量，又，於該合金包含上述副元素時，為包含該副元素之量。然而，此處所謂之構成金屬基質之金屬含量，設為不包含構成金屬氫化物之金屬之含量者。構成研磨工具中之金屬基質之金屬含量係藉由以硝酸等酸溶解研磨工具，並以ICP發光分析裝置等定量溶解物中之Sn、Cu等金屬之濃度的方法等測定即可。
本發明之研磨工具含有鎳時自提高研磨工具成形性之觀點而言較佳。鎳可分散於本發明研磨工具之金屬基質中、或與構成基質之金屬形成合金。自提高成形性之觀點及不損及本發明效果之觀點而言，研磨工具中鎳之含量較佳為1質量%以上10質量%以下，更佳為2質量%以上6質量%以下。研磨工具中之鎳含量係藉由以硝酸等酸溶解研磨工具，並以ICP發光分析裝置等定量溶解物中之Ni濃度的方法等測定即可。
本發明之研磨工具為含有可形成氫化物之金屬者。作為可形成氫化物之金屬，較佳為在大氣中容易處理者，除了列舉可形成氫化鈦(TiH2)之金屬即鈦(Ti)以外，還列舉鋰(Li)、鈉(Na)，但較佳為鈦。此種金屬在以往之金剛石研磨粒固定型研磨工具中未被使用。本發明之發明人等對作為使用於金剛石固定研磨粒型之研磨工具之黏合材基質，積極研究可實現自磨銳性、且研磨粒之保持力良好之黏合材基質後，發現在金屬基質中含有可形成氫化物之金屬之黏合材基質具有此種特性。本發明中所使用之可形成氫化物之金屬為通常可藉由研磨工 具製造時燒成所伴隨之金屬氫化物之分解反應而獲得者。本發明之效果於金屬基質包含Sn含量超過20質量%且60質量%以下之Cu-Sn系合金時特別高。為了使本發明之研磨工具中含有可形成氫化物之金屬，於如後述之本發明之研磨工具之製造方法般，使製造研磨工具時所使用之構成金屬基質或成為其原料之金屬粉末中含有金屬氫化物即可。可形成氫化物之金屬可大致均一地分散至金屬基質中，亦可偏向存在於金屬基質中之一部分，例如金剛石粒子周邊。於本發明之研磨工具中，可形成氫化物之金屬之存在形態並未限定，例如可為金屬，亦可為碳化物。碳化物之形態認為係因與金剛石反應所致。
本發明之研磨工具中，可形成氫化物之金屬含有1質量%以上時自提高研磨粒之保持力之觀點而言較佳。又，研磨工具中可形成氫化物之金屬含量為10質量%以下時自工具之壓製成形性之觀點而言較佳。自該等觀點而言，研磨工具中可形成氫化物之金屬含量更佳為1質量%以上10質量%以下，特佳為3質量%以上8質量%以下。研磨工具中可形成氫化物之金屬之含量係藉由以適當之酸溶解研磨工具，並以ICP發光分析裝置等定量溶解物中之Ti、Li、Na等之濃度的方法等測定即可。此處提及之可形成氫化物之金屬量為金屬換算之量。
本發明之研磨工具在不損及本發明效果之限度中，可含有金剛石、構成金屬基質之金屬及可形成氫化物之金屬以外的任意成分。作為此種其他任意成分，例如列舉碳、滑石、hBN等，該等其他任意成分之合計量例如較佳於研磨工具中為10質量%以下，更佳為5質量%以下。
尤其自提高研削比之觀點而言本發明之研磨工具中金剛石以外之碳量較少較佳，較佳為研磨工具中10質量%以下，更佳為5質量%以下。碳量越少越佳，最佳為不含有碳。研磨工具中金剛石以外之碳量例如可使用紅外線吸收法測定。
本發明之研磨工具之形狀無特別限定，採用與先前之使用於拋光盤之研磨工具相同之形狀。作為使用於拋光盤(旋轉壓盤)之研磨工具之形狀，例如隨拋光盤之類型而異，例如於拋光盤為於磨合面固定多數小型顆粒物之顆粒物植設類型之情形時，列舉晶片狀、弓形狀、立方體狀、圓柱狀等。又，例如於拋光盤為以研磨體構成面磨合面本身之總型類型之情形時，列舉圓環狀或圓盤狀等。本發明之研磨工具可使用於任意類型之拋光盤，研磨工具之形狀亦可為上述任意者。
接著，對本發明之研磨工具之較佳製造方法進行說明。
本發明之製造方法可為以下之(1)及(2)之任一者。
(1)一種研磨工具之製造方法，其包含：將金剛石粒子、構成金屬基質或其原料之金屬粉末、及金屬氫化物混合之步驟(以下亦稱為A步驟)；及將由該步驟獲得之混合粉成形加壓成形，接著將加壓成形之成形物在非氧化性氛圍下燒成之步驟(以下亦稱為B1步驟)。
(2)一種研磨工具之製造方法，其包含：上述A步驟、及一面加壓由A成形物步驟獲得之混合粉一面在非氧化性氛圍下燒成之步驟(以下亦稱為B2步驟)。
首先，對A步驟進行說明。作為A步驟中所用之金剛石之較佳粒徑，列舉上述粒徑。作為混合粉中金剛石粒子之較佳調配量，列舉與上述列舉之研磨工具中較佳之金剛石粒子含量相同之量，具體而言，較佳為混合粉中0.1質量%以上10質量%以下，更佳為1質量%以上5質量%以下。
作為A步驟中所用之構成金屬基質或其原料之金屬粉末中、構成金屬基質之金屬之例，可列舉與上述作為構成金屬基質之金屬之例而列舉者相同者。作為構成金屬基質之金屬之原料的金屬粉末，可列舉構成金屬基質之金屬例如為Cu-Sn系合金時之Cu粉、Sn粉或其他副材料之粉末。於本發明之製造方法中，較佳為構成金屬基質或其原料之 金屬粉末含有構成金屬基質之金屬。作為A步驟中所使用之混合粉中之構成金屬基質或其原料之金屬粉末的較佳調配量，列舉與研磨工具中之構成金屬基質之金屬之較佳調配量相同之量，具體而言，較佳為混合粉中70質量%以上98質量%以下，更佳為80質量%92質量%以下。
於將研磨工具之金屬基質設為包含Cu-Sn系合金者之情形時，在本發明之製造方法中，混合粉中之構成金屬基質或其原料之金屬粉末之合計量中之Sn含量之較佳範圍，與作為Cu-Sn系合金中之較佳之Sn含量而於上述所列舉之範圍相同，較佳為超過20質量%且60質量%以下，更佳為45質量%以上55質量%以下，特佳為48質量%以上52質量%以下。
例如，於將本發明之研磨工具中之金屬基質設為包含含有Sn超過20質量%且60質量%以下之Cu-Sn系合金之情形時，作為A步驟中所用之構成金屬基質或為其原料之金屬粉末，使用Sn量超過20質量%且60質量%以下之Cu-Sn系合金粉、或使用將Sn粉與Cu粉以Sn量超過20質量%且60質量%以下之方式混合之混合物、或使用將Cu-Sn系合金粉與Sn粉及/或Cu粉以Sn量超過20質量%且60質量%以下之方式混合之混合物即可。作為將本發明之研磨工具中之金屬基質設為包含含有Sn超過20質量%且60質量%以下之Cu-Sn系合金者之情形之A步驟中所用之構成金屬基質或為其原料的金屬粉末之較佳之調配，相對於Cu-Sn系合金粉(尤其是Sn量超過20質量%且60質量%以下之Cu-Sn系合金粉)100質量部，將Sn粉及Cu粉之合計設為20質量部以上98質量部以下，自成形性等觀點而言較佳，更佳設為25質量部以上92質量部以下。
又，基於上述理由於研磨工具含有Ni之情形時，於本發明之製造方法中，較佳使混合粉中Ni粉含有1質量%以上10質量%以下，更佳為含有2質量%以上6質量%以下。
作為A步驟之金屬氫化物，可列舉上述氫化鈦(TiH2)或氫化鋰(LiH)等。藉由將此種金屬氫化物與構成金屬基質或其原料之金屬粉末混合並燒成，可容易地獲得維持基於金屬基質之脆性之自磨銳性能力並提高研磨粒保持力的本發明之研磨工具。自更提高本發明之研磨工具之研磨粒保持力之觀點而言，較佳為A步驟之混合粉中金屬氫化物之量為1質量%以上。另一方面，將金屬氫化物之量抑制在一定以下時自工具之壓製成形性之觀點而言較佳，因此，A步驟之混合粉中金屬氫化物之量較佳為10質量%以下。自該等觀點而言，A步驟之混合粉中金屬氫化物之量更佳為1質量%以上10質量%以下，特佳為3質量%以上8質量%以下。
又，作為B1步驟之加壓成形之成形法，列舉模具壓製成形法、膠模壓機法(靜水壓成形法)或電阻燒結法。作為加壓成形時之加壓壓力，較佳為4000kgf/cm2以上5000kgf/cm2以下，更佳為4200kgf/cm2以上4800kgf/cm2以下。
於B1步驟中，其後將加壓成形之成形物在非氧化性氛圍下燒成。藉由於非氧化性氛圍燒成，可防止金剛石或金屬基質之構成金屬氧化。作為非氧化性氛圍，除了如氮稀釋氫氣體、氨分解氣體之還原性氛圍以外，列舉氬氣、氮氣等非活性氛圍。作為燒成之保持溫度自合金化之觀點而言較佳為640℃以上，又，自燒結後工具形狀之觀點而言較佳為690℃以下，自該等觀點而言燒成之保持溫度更佳為640℃以上690℃以下，特別較佳為645℃以上660℃以下。又，該保持溫度之保持時間較佳為0.5小時以上8小時以下，更佳為2小時以上7小時以下。
上述(1)之方法係研磨工具之生產能力高，由於容易量產故較佳，但如上述(2)之方法般，可代替將藉由A步驟獲得之混合粉加壓成形後燒成，而是一面加壓一面在非氧化性氛圍下燒成(B2步驟)，藉此 製造本發明之研磨工具。B2步驟之燒成可藉由熱壓法等進行。
接著，對利用本發明之研磨工具之較佳研磨物之製造方法之一實施形態，參照圖1至圖3進行說明。本發明之製造方法為包含使修正莫氏硬度為8以上之硬脆材料即被研磨物之表面滑動接觸於本發明之研磨工具進行研磨之步驟的研磨物之製造方法。
於圖1，顯示使用本發明之研磨工具之拋光步驟中使用之加工機之一例。圖1所示之兩面加工機1係包含下壓盤2、配設於該下壓盤2上方之上壓盤3、及接觸於該上壓盤3並支持該上壓盤3之壓盤支持部4而構成。
於圖1所示，上壓盤3經由托架12可旋轉地安裝於氣缸11之輸出桿11a之前端部。該上壓盤3可藉由該氣缸11升降，且於下降時扣合於在基底5側中於圖2所示之箭頭D方向轉換之轉動件13之溝並於相同方向旋轉而成。又，於上述上壓盤3之下表面，配設本發明之研磨工具20。於該等之圖所示之例中，壓盤3為顆粒物植設類型即研磨工具20例如將如圖3所示之圓柱狀小型顆粒物如圖2所示般以特定間隔多數固定於上壓盤3之下表面。然而，如上所述研磨工具之形狀及對壓盤之設置態樣不限定於此。該上壓盤3藉由螺栓(未圖示)緊結固定於上述壓盤支持部4，且與該壓盤支持部4一同自由旋轉地設置。
如圖2所示，下壓盤2在上述基底5上於箭頭A方向自由旋轉地設置，於其上表面，以與上述上壓盤3相同之態樣，配設本發明之研磨工具20。又，於該下壓盤2，配設4架與於中央箭頭B方向旋轉之太陽齒輪7、於外周側之箭頭C方向旋轉之內齒齒輪8嚙合，且一面公轉一面自轉之行星齒輪狀之承載體9。且，於設置於各承載體9之8個孔內分別設置板狀體即包含硬脆材料之被研磨物10。
於上述上壓盤3與上述下壓盤2之間，可藉由設置於上壓盤之孔、或漿料供給管(均未圖示)以特定量供給含有冷卻液或游離研磨粒 之研磨液。且，藉由上述氣缸11使上述上壓盤3下降，藉此與上述承載體9一體動作之上述被研磨物10被夾於上述下壓盤2與上述上壓盤3而拋光研磨。
本實施形態之拋光步驟條件一般如下所示。即，加工壓力較佳為0.05kgf/cm2以上0.3kgf/cm2以下，更佳為0.15kgf/cm2以上0.25kgf/cm2。上述兩面加工機之下壓盤旋轉數依存於加工機尺寸，但若為例如使用HAMAI公司製造之9B機之兩面加工機之情形，較佳為10rpm以上30rpm以下，更佳為15rpm以上25rpm以下。
利用本發明研磨工具20之硬脆材料之研磨可為乾式者、亦可為一面供給包含冷卻液或游離研磨粒之研磨液一面進行之濕式者。一面供給包含游離研磨粒之研磨液，一面使本發明之研磨工具20滑動接觸於被研磨物10進行研磨時，由於良好地促進研磨工具中之金剛石粒子之自磨銳性使硬脆材料之穩定加工變得更容易故較佳。於本發明之研磨物之製造方法中，研磨之主體為使用金剛石固定研磨粒之本發明之研磨工具，游離研磨粒為用以使研磨效率提高之助劑。與游離研磨粒併用尤其於本發明之研磨工具之金屬基質包含Cu-Sn系合金之情形時，在促進縮短研磨工具之加工速率上發揮較高效果。
作為游離研磨粒，可為金剛石以外者，通常使用修正莫氏硬度6以上者，較佳為修正莫氏硬度12以上者。游離研磨粒自自磨銳性作用之觀點而言，較佳為碳化矽(修正莫氏硬度13)、氧化鋁(修正莫氏硬度12)，更佳為碳化矽。游離研磨粒之平均粒徑較小，尤其小於研磨工具之金剛石粒子之平均粒徑時，易於防止對被研磨物造成損傷故而較佳。又，游離研磨粒之平均粒徑為一定大小以上時自加工之持續性之觀點而言較佳。自該等觀點而言，作為游離研磨粒之平均粒徑較佳為0.1μm以上20μm以下者，更佳為1μm以上8μm以下者，特佳為2μm以上4μm以下者。該平均粒徑可藉由雷射式粒度分佈計測定。作為研 磨液通常使用該游離研磨粒之濃度為40質量%以下者。使用研磨液之游離研磨粒之濃度特別低於20質量%以下者在降低製造成本或降低丟棄成本之觀點而言較佳。又，研磨液之游離研磨粒濃度為2質量%以上時自良好地促進研磨工具中金剛石粒子之自磨銳性之觀點而言較佳。自該等觀點而言，研磨液中游離研磨粒濃度更佳為5質量%以上20質量%以下，特佳為5質量%以上10質量%以下。研磨液之供給流量依存於加工機尺寸，但若為例如使用HAMA1公司製造之9B機之兩面加工機之情形，較佳為1000cc/min以上10000cc/min以下，更佳為3000cc/min以上5000cc/min以下。
作為研磨液之游離研磨粒之分散介質，可無特別限制地使用水及水與有機溶劑之混合物等。作為有機溶劑，較佳為水性者，例如可使用可溶系或乳膠系等各種水溶性研削用油劑(冷卻液)。
使用本實施形態之研磨工具之研磨例如代替先前使用金剛石漿料及Cu-Sn系合金之拋光壓盤之拋光的最終步驟(L2步驟)之一部分或全部，藉此可大幅地縮短硬脆材料之加工時間、降低製造成本、使獲得之硬脆材料之被研磨物之幾何精度提高並使成品率提高。
作為使用本發明之研磨工具製造之硬脆材料之研磨物，列舉使用於半導體裝置或光裝置之各種基板或光學透鏡。例如，於硬脆材料為藍寶石之情形時，可列舉以氮化鎵(GaN)為代表之氮化物系化合物半導體之磊晶成長用基板、成膜Si之SOS基板、液晶投影機用偏光器保持板、蓋玻璃等。
[實施例]
以下，藉由實施例更詳細說明本發明。然而，本發明之範圍不限定於該等實施例。除非另有說明，否則「%」及「份」分別指「質量%」及「質量份」。
[實施例1]
(1)研磨工具之製造
將作為構成金屬基質或其原料之金屬粉末的Cu-Sn粉72份、Sn粉10份及Cu粉10份，與作為研磨粒之平均粒徑9μm之金剛石粒子3份、Ni粉3份、及TiH2 5份混合獲得混合粉。Cu-Sn粉係以質量比1：1霧化Cu與Sn獲得之合金粉。將獲得之混合粉加壓成形。加壓成形係以原料之密度成為6.0g/cm3之方式，於直徑7mm×高度10mm之圓柱狀模具中裝模後，以4600kgf/cm2之壓力進行壓製。其後，將加壓成形之成形物在非氧化性氛圍下燒成。作為非氧化性氛圍，使用氮稀釋氫氣體(氫氣濃度：30體積%)。燒成時之保持溫度為645℃，該溫度之保持時間為3小時。藉由以上步驟，獲得實施例1之研磨工具。所得研磨工具藉由ICP發光分析裝置確認含有89質量%之Cu量50%Sn量50%之Cu-Sn系合金粉。又，源自TiH2之Ti在研磨工具中以TiC之形態被檢測出。
將所得研磨工具藉由金剛石刀切斷，並使金濺鍍蒸鍍於所得之剖面上。接著，以加速電壓：2.5kV、倍率5000倍之條件以掃描型電子顯微鏡(HITACHI公司製造S-4700)拍攝剖面。
(2)研磨之評價
將實施例1之研磨工具使用圖1及圖2所示之兩面加工機1(HAMAI公司製造9B機)，自設置於上述上壓盤3與上述下壓盤2之冷卻液孔，供給包含游離研磨粒之研磨液並使研磨工具20滑動接觸於被研磨物10進行研磨。供於以下條件之拋光步驟進行60分鐘研磨。被削物之加工速率示於表1。此處提及之加工速率表示每1分鐘被削材料之去除量。
<研磨條件>
被研磨物10：圓板狀之藍寶石晶圓(厚度1mm、直徑50mm)
加工壓力：0.18kgf/cm2
兩面加工機之上下壓盤旋轉數：20rpm
游離研磨粒：碳化矽(修正莫氏硬度13)、平均粒徑4μm
研磨液中之游離研磨粒濃度：10質量%
研磨液之供給流量：5000cc/min
研磨液中之分散介質：將水溶性研削用油劑(八千代Micro Science有限公司製「DIACUT W」)在水中以體積比10倍稀釋者。
[比較例1]
於實施例1之「(1)研磨工具之製造」中，除了不添加TiH2以外，與實施例1相同地製造比較例1之研磨工具。以與實施例1相同之條件獲得比較例1之研磨工具剖面之SEM照片。所得之SEM照片以圖5顯示。又，將所得之比較例1之研磨工具供於與實施例1之「(2)研磨之評價」相同之評價。其結果示於表1。
[比較例2]
除了作為Cu-Sn粉，使用將Cu與Sn以質量比77：23霧化獲得之合金粉，並將Sn粉之量設為23份，Cu粉之量設為77份，且不添加TiH2以外，與實施例1相同地獲得比較例2之研磨工具。將獲得之研磨工具供於與實施例1之「(2)研磨之評價」相同之評價。其結果示於表1。
自圖4與圖5之比較可知，於圖5之拍攝比較例1之研磨工具剖面之照片中，見到金剛石粒子發出白光。其表示於比較例1中，金剛石粒子之表面露出。另一方面，於圖4之拍攝實施例1之研磨工具剖面之照片中，未見到此部分，相當於金剛石粒子之突起物被金屬基質被 覆。由此判斷：於比較例1中，金剛石粒子與周圍金屬基質之濡濕性差，觀察到金剛石粒子露出，相對於此，實施例1之研磨工具中，藉由使用可形成氫化物之金屬，金剛石粒子對金屬基質之濡濕性提高，且金屬基質中金剛石粒子之保持力提高。另，如上所述圖4及圖5為剖面照片，但由於任一者均為拍攝面向研磨工具中之空隙之部分的照片，故明確地顯示了金剛石粒子表面狀態之不同。
且，自上述表1之結果，尤其自實施例1及比較例1之比較，判斷含有可形成氫化物之金屬之研磨工具係加工能力大幅提高，並大幅地縮短硬脆材料之加工時間。如此本發明之研磨工具係硬脆材料之加工能力高，且可實現硬脆材料之穩定加工，藉由代替拋光之最終步驟(L2步驟)之一部分或全部，可大幅地縮短硬脆材料之加工時間，降低製造成本，使獲得之硬脆材料之研磨物之幾何精度提高且成品率提高。
[實施例2]
於本實施例中，將[實施例1]之「(1)研磨工具之製造」中製造之研磨工具使用SiC加工。作為被研磨物10，使用圓板狀之SiC晶圓(厚度1mm、直徑50mm)。又，將加工壓力設為0.20Kgf/cm2。又，將研磨液中之游離研磨粒之濃度設為5質量%。除了該等方面以外，以與實施例1相同之條件進行相同方法之研磨。其結果，加工速率為1.12μm/分。
1‧‧‧兩面加工機
2‧‧‧下壓盤
3‧‧‧上壓盤
4‧‧‧壓盤支持部
5‧‧‧基底
11‧‧‧氣缸
11a‧‧‧輸出桿
12‧‧‧托架
13‧‧‧轉動件
X-X‧‧‧線

Claims (8)

  1. 一種研磨物之製造方法，其包含對修正莫氏硬度8以上之硬脆材料即被研磨物之表面供給包含游離研磨粒之研磨液並使研磨工具滑動接觸而研磨之步驟，使用修正莫氏硬度12以上且為金剛石以外之研磨粒作為游離研磨粒，並使用該游離研磨粒之濃度為2質量%以上40質量%以下者作為研磨液，上述研磨工具係修正莫氏硬度8以上之硬脆材料之研磨加工用研磨工具，且係將金剛石粒子分散於金屬基質而成，且於上述金屬基質中包含可形成氫化物之金屬。
  2. 如請求項1之研磨物之製造方法，其中上述金屬基質包含含有Sn超過20質量%且60質量%以下之Cu-Sn系合金。
  3. 如請求項1之研磨物之製造方法，其中金剛石粒子之平均粒徑為1μm以上20μm以下。
  4. 如請求項1之研磨物之製造方法，其中金剛石粒子含有0.1質量%以上10.0質量%以下。
  5. 如請求項1之研磨物之製造方法，其中構成上述金屬基質之金屬含有70質量%以上98質量%以下。
  6. 如請求項1之研磨物之製造方法，其中可形成上述氫化物之金屬含有1質量%以上10質量%以下。
  7. 如請求項1之研磨物之製造方法，上述研磨工具係以包含下列步驟之方法製造：將金剛石粒子、構成金屬基質或為其原料之金屬粉末、及金屬氫化物加以混合之步驟；將由該步驟獲得之混合粉加壓成形之步驟；及將加壓成形之成形物在非氧化性氛圍下燒成之步驟。
  8. 如請求項1之研磨物之製造方法，上述研磨工具係以包含下列步驟之方法製造：將金剛石粒子、構成金屬基質或為其原料之金屬粉末、及金屬氫化物加以混合之步驟；及一面將由該步驟獲得之混合粉加壓一面在非氧化性氛圍下燒成之步驟。
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