TWI745471B

TWI745471B - 陶瓷結合磨石

Info

Publication number: TWI745471B
Application number: TW106137927A
Authority: TW
Inventors: 星川裕俊
Original assignee: 日商迪思科股份有限公司
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2021-11-11
Also published as: KR20180065909A; CN108161773A; TW201829714A; JP6854634B2; JP2018089761A; CN108161773B

Abstract

提供一種陶瓷結合磨石，其燒結溫度較低，會因磨削加工而適度地消耗，並且有維持住機械強度或耐水性。

一種具有磨粒與結合材的陶瓷結合磨石，該結合材包含：作為主成分之網絡形成氧化物、作為添加劑之網絡改質氧化物、及中間氧化物，該網絡形成氧化物是由二氧化矽、氧化鋁、及氧化硼所構成，該網絡改質氧化物包含氧化鈉、氧化鈣、氧化鉀、氧化鋇、或氧化鋰，該中間氧化物是由氧化鋅及三氧化二鋯所構成。

Description

陶瓷結合磨石

發明領域

本發明是有關於一種陶瓷結合磨石，該陶瓷結合磨石是裝設在對被加工物進行磨削之磨削裝置所具備的磨削輪上。

發明背景

對正面形成有複數個器件之晶圓的背面進行磨削，從而將該晶圓薄化至規定之厚度後，沿著規定之分割預定線來分割該晶圓，藉此便可形成器件晶片。含有IC、LSI等之器件的器件晶片已被大量地使用於行動電話或電腦等之電子設備。

晶圓背面的磨削是利用磨削裝置。該磨削裝置具備：圓盤狀的磨削輪、可旋轉地支撐該磨削輪的主軸(spindle)、及使該主軸旋轉的馬達等。該磨削輪上裝設有複數個磨石，該等磨石會接觸晶圓等之被加工物，從而對被加工物進行磨削。

在裝設於該磨削輪的磨石中，尤其有一種被稱為陶瓷結合磨石的磨石已被廣泛地利用。陶瓷結合磨石是混合以玻璃材質作為主成分之結合材與磨粒，並進行燒結而形成。

一般來說，當藉由裝設有磨石之磨削輪來磨削被加工物後，該結合材就會適度地消耗，使得包含在磨石中之未使用的磨粒接連從結合材顯露出來，即發生自動磨銳。因此，該磨石的磨削性能會保持一定的水準。然而，例如，具有的結合材是以二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)等之網絡形成氧化物(network former oxide)作為主成分之玻璃材質之結合材的該陶瓷結合磨石，由於非常地堅硬且難以消耗，因此較難充分地發生自動磨銳，且較難保持一定的磨削性能。

此外，例如，具有以該網絡形成氧化物作為主成分之結合材的陶瓷結合磨石，雖然燒結溫度一般為1200℃~1300℃之高溫，但若用高溫來燒結陶瓷結合磨石，包含在該磨石中之磨粒就會因碳化等而容易劣化。即使利用磨粒已劣化之陶瓷結合磨石來實施磨削加工，該磨石也無法發揮預期之性能。

此時，為了使磨石之自動磨銳變得容易發生，且為了防止磨粒之劣化，而有在實施一種在磨石的材料中進一步添加網絡改質氧化物(network modifier oxide)，以降低陶瓷結合磨石之燒結溫度的技術。若降低陶瓷結合磨石之燒結溫度，則結合材會適度地消耗，使得磨石之自動磨銳變得較容易發生。另外，作為該網絡改質氧化物，可舉出氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、及氧化鋰(Li₂O)。

在此，網絡形成氧化物是一種共價鍵性強且可單獨地形成網絡結構(玻璃結構)之氧化物。又，網絡改質氧化物是一種其本身不會形成網絡結構，而是將網絡形成氧化物之網絡結構作改質，以改變物理性質，或是化學性質之氧化物。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2000-288881號公報

發明概要

若在構成陶瓷結合磨石之結合材中，添加如此之網絡改質氧化物，則該陶瓷結合磨石之機械強度會降低而造成問題。又，在藉由磨削輪來進行的被加工物之磨削加工中，會對被加工物的被磨削處供給磨削液體，但若在結合材中添加網絡改質氧化物，則陶瓷結合磨石之耐水性會下降，會變得容易溶解於該磨削液體而造成問題。

本發明是有鑑於此種問題點而作成者，其目的在於提供一種陶瓷結合磨石，其燒結溫度較低，會因磨削加工而適度地消耗，並且有維持住機械強度或耐水性。

根據本發明之一態樣，提供一種陶瓷結合磨石，是具有磨粒與結合材的陶瓷結合磨石，其特徵在於：該結合材包含：作為主成分之網絡形成氧化物、作為添加劑之網絡改質氧化物、及中間氧化物，該網絡形成氧化物是由二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)所構成，該網絡改質氧化物包含氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、或氧化鋰(Li₂O)，該中間氧化物是由氧化鋅(ZnO)及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成。

又，根據本發明之另一態樣，提供一種陶瓷結合磨石，是具有磨粒與結合材的陶瓷結合磨石，其特徵在於：該結合材包含：作為主成分之網絡形成氧化物、作為添加劑之網絡改質氧化物、及中間氧化物，該網絡形成氧化物是由二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)所構成，該網絡改質氧化物包含氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、或氧化鋰(Li₂O)，該中間氧化物是由氧化鋅(ZnO)所構成。

又，根據本發明之另一態樣，提供一種陶瓷結合磨石，是具有磨粒與結合材的陶瓷結合磨石，其特徵在於：該結合材包含：作為主成分之網絡形成氧化物、作為添加劑之網絡改質氧化物、及中間氧化物，該網絡形成氧化物是由二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)所構成，該網絡改質氧化物包含氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、或氧化鋰(Li₂O)，該中間氧化物是由三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成。

在本發明之一態樣的陶瓷結合磨石中，包含：作為主成分之網絡形成氧化物、及作為添加劑之網絡改質氧化物。該網絡形成氧化物是由二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)所構成，該網絡改質氧化物包含氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、或氧化鋰(Li₂O)。藉由網絡改質氧化物的功能，可減低陶瓷結合磨石之燒結溫度，使得結合材變得可適度地消耗。

而且，在本發明之一態樣的陶瓷結合磨石中，包含：由氧化鋅(ZnO)、及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物、由氧化鋅(ZnO)所構成之中間氧化物、或是由三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物。中間氧化物是一種雖然無法單獨地形成網絡結構，但藉由成為多成分體系，就可形成網絡結構或將網絡結構作改質之氧化物。若在陶瓷結合磨石之結合材中添加該中間氧化物，則燒結溫度因網絡改質氧化物之添加而下降的該陶瓷結合磨石，就可維持較高之機械強度或耐水性。

因此，根據本發明，可提供一種陶瓷結合磨石，其燒結溫度較低，會因磨削加工而適度地消耗，並且有維持住機械強度或耐水性。

2:磨削輪

4:基台

4a:第1面

4b:第2面

4c:開口部

6:陶瓷結合磨石

圖1是示意地顯示磨削輪之構造的立體圖。

用以實施發明之形態

參照附加圖式，針對本發明之實施形態進行說明。圖 1是示意地顯示裝設有本實施形態之陶瓷結合磨石的磨削輪之構造的立體圖。

如圖1所示，裝設有本實施形態之陶瓷結合磨石的磨削輪2，具備由不鏽鋼、鋁等所形成之圓盤狀(圓環狀)的基台4。基台4具有互相平行的第1面4a與第2面4b，且在其中央形成有將基台4從第1面4a貫穿到第2面4b之圓形狀的開口部4c。本實施形態之複數個陶瓷結合磨石6呈環狀地配置在基台4的第2面4b上。

藉由使該磨削輪2旋轉，且將陶瓷結合磨石6壓在被加工物之被磨削面，就可磨削被加工物。代表性之被加工物有半導體晶圓或樹脂基板、陶瓷基板等，但也可將其他基板作為被加工物。

各陶瓷結合磨石6具有磨粒與結合材。該磨粒是由例如鑽石、立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，CBN)等所形成。另外，磨粒可配合陶瓷結合磨石6之規格等來適當地作選擇。

該陶瓷結合磨石6之結合材包含：作為主成分之網絡形成氧化物、及作為添加劑之網絡改質氧化物。該網絡形成氧化物是由二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)所構成，該網絡改質氧化物包含氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、或氧化鋰(Li₂O)。

以該網絡形成氧化物作為主成分之一般結合材料所構成的陶瓷結合磨石，其燒結溫度為1200℃ ~1300℃左右之高溫，又，該網絡形成氧化物為玻璃材質，且是由二氧化矽(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、及氧化硼(B₂O₃)所構成。因此，在燒結中，該磨粒會因碳化等而劣化。又，以玻璃材質作為主成分之結合材所構成的該陶瓷結合磨石，由於非常地堅硬且難以發生消耗，因此較難充分地發生自動磨銳，且較難保持一定的磨削性能。

若結合材中添加了由氧化鈉(Na₂O)、氧化鈣(CaO)、氧化鉀(K₂O)、氧化鋇(BaO)、或氧化鋰(Li₂O)等所形成之該網絡改質氧化物，就可以使陶瓷結合磨石之燒結溫度降低至700℃~1000℃。若燒結溫度變低，陶瓷結合磨石就會因磨削加工而適度地消耗，且會充分地發生自動磨銳，從而可保持一定的磨削性能。

然而，添加了如此之網絡改質氧化物之結合材所構成的陶瓷結合磨石，其機械強度會變低，且耐水性會變低。在進行被加工物的磨削加工時，會有很大的力量施加在裝設於磨削輪上之陶瓷結合磨石。而且，在進行磨削加工時，會對被加工物之被加工處供給含有水的磨削液體。因此，若以機械強度及耐水性較低的陶瓷結合磨石來進行磨削加工，則會造成陶瓷結合磨石容易發生損傷的問題。

另一方面，本實施形態之陶瓷結合磨石6中，有如下之中間氧化物被包含在結合材，即，由氧化鋅(ZnO)及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物、由氧化鋅(ZnO)所構成之中間氧化物、或是由三氧化二鋯(Zr₂O₃) 所構成之中間氧化物。若有如此之中間氧化物被包含在結合材，則添加了網絡改質氧化物之結合材所構成的陶瓷結合磨石，其機械強度會變高，且耐水性也會變高。

如此一來，本實施形態之陶瓷結合磨石中，其燒結溫度較低，在磨削加工時會適度地消耗，並且有維持住機械強度或耐水性，因此成為適合磨削加工之性能。

[實施例]

在本實施例中，改變中間氧化物及其摻合量來製作陶瓷結合磨石，且該陶瓷結合磨石包含：由氧化鋅(ZnO)及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物、由氧化鋅(ZnO)所構成之中間氧化物、或是由三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物。針對各中間氧化物，改變摻合量而各別製作2種，製作出總計6種的陶瓷結合磨石。然後，針對製作出的各陶瓷結合磨石之耐水性及抗折強度進行試驗。

將包含由氧化鋅(ZnO)及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物的陶瓷結合磨石之名稱分別稱為“實施例1-1”、“實施例1-2”。將包含由氧化鋅(ZnO)所構成之中間氧化物的陶瓷結合磨石之名稱分別稱為“實施例2-1”、“實施例2-2”。將包含由三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物的陶瓷結合磨石之名稱分別稱為“實施例3-1”、“實施例3-2”。又，製作出沒有包含中間氧化物的陶瓷結合磨石來作為比較例。將樣本名稱為“比較例”。

準備網絡形成氧化物、網絡改質氧化物、及中間氧化物來作為陶瓷結合磨石的材料。將各材料依規定之方法進行混合，並且以範圍為700℃~1000℃之較低的溫度來進行燒結，製作出陶瓷結合磨石。將各陶瓷結合磨石之結合材所含的各材料之摻合比例顯示於下述表1。

接著，對於製作出的各陶瓷結合磨石，實施用來評價耐水性及抗折強度之實驗。

在抗折強度之試驗中，利用了島津製造所公司製之硬質強度測量裝置“AGI-1kN”。將加壓速度設定為1mm/min，且將負荷容量設定為0N~1kN，並推壓製作出的陶瓷結合磨石，將發生破壞時之壓力值作為抗折強度記錄起來。且，令比較例之陶瓷結合磨石的抗折強度為100時，計算出實施例之各陶瓷結合磨石的抗折強度的相對值。將各陶瓷結合磨石的抗折強度的相對值顯示於下述表2。

在耐水性之評價實驗中，將製作出的各陶瓷結合磨石於熱水中浸漬一定時間，並測量浸漬前後之重量。另外，在本試驗中使用熱水是因為考量到因磨削加工而發生之熱會使陶瓷結合磨石變熱，要使試驗環境接近磨削時之環境的緣故。

首先，針對各陶瓷結合磨石，在浸漬於熱水之前，先測量重量。接著，於熱水中浸漬規定之時間後，使陶瓷結合磨石乾燥，然後再次測量重量。且，將各陶瓷結合磨石之浸漬前的重量除以該磨石之浸漬後的重量，計算出其數值來作為溶解性的高低。且，令比較例之陶瓷結合磨石的溶解性的值為100時，計算出實施例之各陶瓷結合磨石的溶解性的相對值。

該溶解性的相對值變的越小，就意味著對於該磨削水的溶解性越低且耐水性越高。也就是說，陶瓷結合磨石的重量變化越小且耐水性越高，該數值就會成為越低的數值。實施例之各陶瓷結合磨石的溶解性的相對值顯示於下述表2。

如表2所示，與比較例之沒有包含中間氧化物的陶瓷結合磨石作比較，可理解到實施例之包含中間氧化物的各陶瓷結合磨石中，不管哪一者的耐水性與抗折強度都有大幅度地改善。又，可理解到包含由氧化鋅(ZnO) 及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物的實施例之陶瓷結合磨石(實施例1-1、實施例1-2)，其耐水性與抗折強度特別地高。

如以上所述，可確認到即使以較低之溫度進行燒結來製作包含：由氧化鋅(ZnO)及三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物、由氧化鋅(ZnO)所構成之中間氧化物、或是由三氧化二鋯(Zr₂O₃)所構成之中間氧化物的陶瓷結合磨石，仍可維持較高之機械強度或耐水性。

利用以較低之燒結溫度所製作出的陶瓷結合磨石來實施磨削加工，就會適度地消耗，變得容易發生自動磨銳。因此，可確認到藉由本發明之一態樣，可提供一種陶瓷結合磨石，其燒結溫度較低，會因磨削加工而適度地消耗，並且有維持住機械強度或耐水性。

再者，本發明並不限定於上述實施形態之記載，可進行各種變更來實施。又，上述實施形態之構造、方法等，只要在不脫離本發明的目的之範圍下，均可適當變更而實施。