TWI822698B - 玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪 - Google Patents
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Abstract
本發明包括台金及設置於台金上的超研磨粒層，超研磨粒層包含複數個超研磨粒以及結合複數個超研磨粒的玻璃化熔結，玻璃化熔結具有位於複數個超研磨粒層之間且結合複數個超研磨粒的複數個橋鍵鍵結，複數個超研磨粒的80%以上與以橋鍵鍵結鄰接的超研磨粒結合，位於超研磨粒層的剖面的複數個橋鍵鍵結中，厚度於超研磨粒的平均粒徑以下時長度大於厚度者存在90%以上。
Description
本發明是關於一種玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪。本案申請係根據2017年10月11日申請的日本專利申請亦即專利申請2017-197407號主張優先權。記載於該日本專利申請中的所有記載內容為了便於參照將援用於本說明書中。
過去，玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪被揭示於例如日本特開2002-224963號公報（專利文獻1）中。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2002-224963號公報
根據本發明的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪包括台金及設置於台金上的超研磨粒層，超研磨粒層包含複數個超研磨粒以及結合複數個超研磨粒的玻璃化熔結，玻璃化熔結具有位於複數個超研磨粒層之間且結合複數個超研磨粒的複數個橋鍵鍵結，複數個超研磨粒的80%以上與以橋鍵鍵結鄰接的超研磨粒結合，位於超研磨粒層的剖面的複數個橋鍵鍵結中，厚度於超研磨粒的平均粒徑以下時長度大於厚度者存在90%以上。
［發明所欲解決之問題]
在習知的技術中，存在壽命短的問題。因此，本發明為為了解決上述問題點的發明，目的在提供一種壽命長的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪。 ［本發明的實施型態的說明］
接著將說明本發明的實施型態。根據本發明之實施型態的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪包括台金及設置於台金上的超研磨粒層，超研磨粒層包含複數個超研磨粒以及結合複數個超研磨粒的玻璃化熔結，玻璃化熔結具有位於複數個超研磨粒層之間且結合複數個超研磨粒的複數個橋鍵鍵結，複數個超研磨粒的80%以上與以橋鍵鍵結鄰接的超研磨粒結合，位於超研磨粒層的剖面的複數個橋鍵鍵結中，厚度於超研磨粒的平均粒徑以下時長度大於厚度者存在90%以上。
超研磨粒層可包含體積百分比20%以上、60%以下的超研磨粒。藉由使超研磨粒的比例在此範圍內，可進一步提高鋒利度。
在超研磨粒中，玻璃化熔結、超研磨粒及氣孔合計起來的體積比例也可以是99%以上。只要在此範圍內，雜質少，於是可進一步提高超研磨粒層的壽命。上述體積比例宜為99.5%以上，99.9%以上則更好。最好的情況是，超研磨粒層僅由玻璃化熔結、超研磨粒、氣孔及不可避免之雜質所組成。
玻璃化熔結宜可含質量百分比30%以上、60%以下的SiO2
、質量百分比2%以上、20%以下的Al2
O3
、質量百分比10%以上、40%以下的B2
O3
、質量百分比1%以上、10%以下的RO（RO係從CaO、MgO及BaO之中所選取的一種以上的氧化物）及質量百分比為2%以上、5%以下的R2
O（R2
O係從Li2
O、Na2
O及K2
O之中所選取的一種以上的氧化物）。
玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪除了可切斷及加工SiC、GaN、藍寶石的硬脆材料以外，也可切斷及加工矽氧樹脂、LT（鉭酸鋰）等脆弱材料晶圓。
過去，在半導體晶圓等材料的研削加工中，採用玻璃化熔結研磨輪。
玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪係採用以二氧化矽等為主成分的玻璃材質鍵結材料來結合研磨粒，所以研磨粒保持力強，可長時間研削，但另一方面，研磨粒保持力高，自發性切割作用不充分，所以，隨著研削加工的持續，研削抵抗值增高，可能會有研削抵抗值不穩定的情況。
專利文獻1的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪控制氣孔徑，採用特定組成的玻璃化熔結，藉此，在PCD（多結晶鑽石）等難削材料的研削加工中，可強固地保持研磨粒，並將已脫落的研磨粒保持在氣孔部分，防止切屑進入加工面。在PCD等難削材料的加工中，可維持良好的鋒利度，所以在研削加工的同時，可以一邊進行研磨粒層的敷料，一邊加工。
然而，在半導體晶圓等材料的加工中，一般要求於安裝有研磨輪的機器上進行敷料後，在不敷料時長時間持續表現良好的鋒利度且研磨輪的壽命長。
發明人為使玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪可進行長時間的研削，進行了用心的探索。其結果為，發現玻璃化熔結的分散狀態對玻璃化熔結超的研磨粒研磨輪的性能產生影響。
就習知的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪而言，超研磨粒被玻璃化熔結強固地保持住，但超研磨粒與玻璃化熔結的分散狀態的變動很大。就此種研磨輪而言，當半導體晶圓等材料的研削加工時，若自發性切割作用沒有良好地持續進行，恐會有鋒利度惡化、超研磨粒與玻璃化熔結的固定作用消失而導致研磨輪壽命縮短的情況發生。
為消解此點，發現可提供一種可長時間持續表現良好鋒利度、實現壽命長的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪。具體而言，可提供一種鋒利度良好而且可延長壽命的超研磨粒層，其中，超研磨粒及玻璃化熔結的分布盡可能地均勻，並且，使結合超研磨粒的玻璃化熔結的厚度變薄以使結合力不會過高，於是可適度地進行自發性切割作用。
圖1為根據實施型態1的超研磨粒層的剖面圖。在圖1中，2個超研磨粒11, 12之間單獨存在著橋鍵鍵結21。相鄰的2個超研磨粒11, 12之間連接距離最靠近之位置的此距離（箭頭101的長度）設定為「厚度」。於厚度的中間點相對於厚度的垂直線延伸至橋鍵鍵結21內的長度（箭頭102的長度）設定為「長度」。玻璃化熔結20具有橋鍵鍵結21。在超研磨粒層1上，不僅僅存在圖1所示的橋鍵鍵結21，也存在複數個橋鍵鍵結21。
圖2為根據實施型態2的超研磨粒層的剖面圖。在圖2中，於複數個橋鍵鍵結21為一體的情況下，針對各超研磨粒定義橋鍵鍵結21的厚度與長度。在超研磨粒11與超研磨粒12之間，虛線31為連接超研磨粒11, 12之其中一方那側之最外周的外接直線，虛線32為連接超研磨粒11, 12之另一方那側之最外周的外接直線。連接超研磨粒11,12之間距離最靠近之位置的此距離(箭頭101的長度)作為橋鍵鍵結21的厚度，於厚度的中間點相對於厚度的垂直線延伸至虛線31,32之間的長度(箭頭102的長度)作為長度。虛線31,32所包圍的區域在此看作橋鍵鍵結21。
圖3為根據實施型態2的超研磨粒層的剖面圖。在超研磨粒13與超研磨粒12之間，虛線31為連接超研磨粒13,12之其中一方那側之最外周的外接直線，虛線32為連接超研磨粒13,12之另一方那側之最外周的外接直線。連接超研磨粒13,12之間距離最靠近之位置的此距離(箭頭101的長度)作為橋鍵鍵結21的厚度，於厚度的中間點相對於厚度的垂直線延伸至虛線31,32之間的長度(箭頭102的長度)作為長度。虛線31,32所包圍的區域在此看作橋鍵鍵結21。
超研磨粒11,12,13的平均粒徑宜設為0.1~100μm。超研磨粒11,12,13為鑽石或CBN。
玻璃化熔結20的成分不受特別限定。例如，玻璃化熔結20包含質量百分比30%以上、60%以下的SiO2、質量百分比2%以上、20%以下的Al2O3、質量百分比10%以上、40%以下的B2O3、質量百分比1%以上、10%以下的RO(RO係從CaO、MgO及BaO之中所選取的一種以上的氧化物)及質量百分比為2%以上、5%以下的R2O(R2O係從Li2O、Na2O及K2O之中所選取的一種以上的氧化物)。
當測定橋鍵鍵結21時，於超研磨粒層1的剖面中，選取含有100個超研磨粒11,12,13的大型正方形的範圍。
橋鍵鍵結21尺寸的規定如上述實施型態1及2所示。超研磨粒層1以鑽石切割器切斷，為了使被切斷的面露出，超研磨粒層1的周圍以環氧樹脂包埋起來，再採用離子研磨技術研磨切斷面。研磨面使用SEM（掃瞄電子顯微鏡）進行觀察與攝影。在被拍下的照片中，超研磨粒11, 12, 13看起來是灰色的，玻璃化熔結20看起來是接近白色的灰色，氣孔看起來是接近黑色的灰色。在被拍下的照片上載置有透明的薄片，觀察者在透明薄片上追蹤超研磨粒11, 12, 13及玻璃化熔結。虛線31, 32也為觀察者所記載。再者，由觀察者求出橋鍵鍵結的厚度及長度。 ［體積比例的測定方法］
在以上述的SEM觀察並攝影的照片上，載置新的透明薄片，僅僅與超研磨粒相當的部分被觀察者追蹤並塗黑。使用影像解析軟體將黑色部分與黑色以外的部分二值化，再讓影像解析軟體求出黑色部分的面積比例。將此作為超研磨粒的面積比例。
在以上述的SEM觀察並攝影的照片上，載置新的透明薄片，僅僅與玻璃化熔結相當的部分被觀察者追蹤並塗黑。使用影像解析軟體將黑色部分與黑色以外的部分二值化，再讓影像解析軟體求出黑色部分的面積比例。將此作為玻璃化熔結的面積比例。
在以上述的SEM觀察並攝影的照片上，載置新的透明薄片，僅僅與氣孔相當的部分被觀察者追蹤並塗黑。使用影像解析軟體將黑色部分與黑色以外的部分二值化，再讓影像解析軟體求出黑色部分的面積比例。將此作為氣孔的面積比例。
求出的面積比例在此看作超研磨粒、玻璃化熔結及氣孔的體積比例。 ［超研磨粒的平均粒徑的測定方法］
若要玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪中所含有的超研磨粒的平均粒徑，要使用酸等來溶解超研磨粒層的整個結合材料以取出超研磨粒。在超研磨粒研磨輪較大的情況下，切取既定體積（ 例如0.5cm3
）的超研磨粒層，以酸等來溶解玻璃化熔結材料以取出超研磨粒，再以雷射繞射式粒度分布測定裝置（例如株式會社島津製作所製造之SALD系列）來測定，如此測定出平均粒徑。 ［玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪的製造方法］
若要製造玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪，以下列的步驟來進行。 （1）混合並燒結超研磨粒與玻璃化熔結。燒結的溫度設為700～900°C。 （2）將超研磨粒與玻璃化熔結的燒結體放入球磨機粉碎。 （3）混合粉碎後的燒結體與玻璃化熔結的粉粒，再度成形並燒結。
也可以藉由在（1）的步驟中調整超研磨粒與玻璃化熔結的混合比例或藉由調節在（2）的步驟中粉碎的時間等，控制附著於粉碎後之超研磨粒上的玻璃化熔結的量。
超研磨粒彼此之間的結合力並不是極高，所以可長時間持續表現穩定的鋒利度，並且，超研磨粒與玻璃化熔結之間的固定作用消失的情況也大幅減少，所以，壽命也提高。藉此，可一方面與過去之研磨輪的表面粗度相等，一方面實現低負荷、低磨耗的研削。
超研磨粒層不含有填料，所以，可防止結合力變得過高，使超研磨粒可適度脫落，讓自發性切割作用發生，所以，鋒利度良好的狀態可長時間繼續。若有填料，填料與玻璃化熔結的結合力會變高，填料周邊的超研磨粒難以單獨脫落，並且相較於無填料部分之超研磨粒的結合力，填料周邊的結合力變高，所以，填料、超研磨粒及玻璃化熔結的固定作用消失的現象於是發生，導致超研磨粒的磨耗有變大的情況，研磨輪的壽命變短。
當從平面來看超研磨粒層的剖面時，超研磨粒的80%以上也可說是幾乎所有的超研磨粒藉由玻璃化熔結結合，所以，超研磨粒個別脫落的情況很少，玻璃化熔結的橋鍵鍵結的厚度不厚，所以，具有適度的結合力，沒有結合力過高的情況，超研磨粒與玻璃化熔結的固定作用消失的情況也可被抑制。當從3D來觀看時，即使所有的超研磨粒藉由玻璃化熔結來結合，從2D來觀看時，看起來未結合的超研磨粒仍存在。若在剖面中有80%以上的超研磨粒形成橋鍵鍵結而得以結合，個別脫落的超研磨粒會變得非常少，於是超研磨粒層的磨耗變少。整個超研磨粒層的結合力在高的位置與低的位置的差別很小，整體的均勻度佳，所以，也產生均勻的磨耗。較好的情況是，超研磨粒的剖面中有複數個超研磨粒的90%以上與以玻璃化熔結鄰接的超研磨粒結合，若達95%以上則更好。
在超研磨粒的剖面的複數個橋鍵鍵結中，厚度於超研磨粒的平均粒徑以下時長度大於厚度者存在90%以上，藉此，超研磨粒層容易產生自發性切割作用。其結果為，可使鋒利度提高並降低用來旋轉工具的負荷電流值。
在專利文獻1中，超研磨粒與玻璃的分散狀態不均勻，玻璃具有固定作用的部分也存在，所以，結合度變高，其固定作用恐怕會消失。
實施型態的發明涵蓋了整個超研磨粒層，盡可能均勻地使玻璃化熔結變薄且分散，以使超研磨粒的結合力不會極高，且使結合力的變動變小，產生均勻的磨耗。 ［本發明的實施型態的細節］ （實施例1）
準備玻璃化熔結，其中含有質量百分比43.5%的SiO2
、質量百分比15.5%的Al2
O3
、質量百分比32.0%的B2
O3
、質量百分比4.0%的RO（RO係從CaO、MgO及BaO之中所選取的一種以上的氧化物）及質量百分比為5%的R2
O（R2
O係從Li2
O、Na2
O及K2
O之中所選取的一種以上的氧化物）。玻璃化熔結的平均粒徑為5µm。
作為超研磨粒，準備鑽石。鑽石的平均粒徑為7µm。 以混合器混合玻璃化熔結與鑽石，燒結至溫度800°C。將燒結體放入球磨機中以2小時的時間粉碎。經過2小時後，粉碎物的平均粒徑會超過20µm，所以，繼續將粉碎物的平均粒徑粉碎至20µm的程度。
混合粉碎物與玻璃化熔結並再度成形與燒結，以製作超研磨粒層。溶解超研磨粒層並測定鑽石的平均粒徑。切斷並分析超研磨粒層。這些結果顯示於表1。
［表1］
（實施例2）
在實施例2中，使用與實施例1相同的原料，於製造方法方面，藉由變更將燒結體放入球磨機粉碎的時間來製造超研磨粒層。溶解超研磨粒層並測定鑽石的平均粒徑。切斷並分析超研磨粒層。結果顯示於表2。
［表2］
（實施例3）
在實施例3中，使用與實施例1相同的原料，於製造方法方面，藉由變更玻璃化熔結的比例來製造超研磨粒層。溶解超研磨粒層並測定鑽石的平均粒徑。切斷並分析超研磨粒層。結果顯示於表3。
［表3］
（比較例1）
在比較例1中，使用與實施例1相同的原料，於製造方法方面，不粉碎超研磨粒與玻璃化熔結的燒結體，而是藉由變更以1次燒結來製作超研磨粒層的方法來製造超研磨粒層。溶解超研磨粒層並測定鑽石的平均粒徑。切斷並分析超研磨粒層。結果顯示於表4。
［表4］
由實施例1到3及比較例1之超研磨粒層所構成的晶片使用接著劑接著至鋁合金製的台金，然後，使用一般常用的磨刀石進行修整及敷料，如此完成玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪。
關於研磨輪的尺寸，外徑為200mm，超研磨粒層於半徑方向的寬度為4mm，超研磨粒層的厚度為5mm的混凝土型杯輪（JIS B4131 6A7S型）。
將這些玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪安裝於垂直轉盤式的平面研削盤上，進行直徑6英吋（15.24cm）的SiC晶圓的研削加工，確認壽命及鋒利度這2種效果。
該結果顯示於表5。
［表5］
在壽命的評估中，能加工100片晶圓的，將壽命設定為1.0。例如，若能加工300片晶圓，則壽命為3。
在評估A中，壽命為3以上，在評估B中，壽命為1.5以上、未滿3，在評估C中，壽命為0.5以上、未滿1.5。
在鋒利度的評估中，將比較例1的研削加工中的主軸馬達的平均負荷電流值設定為1，相對於此的實施例中的切削時的主軸馬達的相對負荷電流（稱為相對電流值，以（實施例的研削加工中的主軸馬達的負荷電流值）／（比較例1的研削加工中的主軸馬達的平均負荷電流值）來定義）與晶圓的加工片數列入考量，以此產生評估。
在評估a中始終顯示出，相對電流值未滿0.5，可加工300片以上的晶圓。在評估b中顯示出，一開始相對電流值未滿0.5，加工300片晶圓後上升至0.5以上、未滿0.7。在評估c中顯示出，從最開始相對電流值都在0.7以上。
在實施例1至3中，可知相較於比較例1，壽命及鋒利度提高。
若究其原因，可從實施例1發現，由於超研磨粒的90%以上以橋鍵鍵結結合，可降低磨耗。橋鍵鍵結的厚度於超研磨粒的平均粒徑以下時長度大於厚度者存在90%以上，所以，容易產生自發性切割作用，進而可降低負荷電流值。
在實施例2中，比實施例1還更多(95%以上)超研磨粒以橋鍵鍵結結合，橋鍵鍵結厚度也在良好狀態，再者，低負荷、長壽命化的傾向出現。
在實施例3中，相較於實施例1及2，鄰接的超研磨粒以橋鍵鍵結結合的比例低至80%，所以，壽命變短，鋒利度隨加工的進行使需要的電流值變大。
在比較例1中，玻璃呈偏析狀態，結合力強固者與弱小者混在一起，所以，研磨粒層的固定作用有脫落的傾向。
這次揭示的實施型態及實施例的所有特點皆為例示，以無限制性的特點來進行發想。本發明的範圍並非上述實施型態，而是如申請專利範圍所示，發明意圖包含與申請範圍之意義均等的發明以及範圍內的所有變更。
1:超研磨粒層
11,12,13:超研磨粒
20:玻璃化熔結
21:橋鍵鍵結
［圖1］係根據實施型態1的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪的超研磨粒層的模式圖。 ［圖2］係根據實施型態2的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪的超研磨粒層的模式圖。 ［圖3］係根據實施型態2的玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪的超研磨粒層的模式圖。
1‧‧‧超研磨粒層
11,12‧‧‧超研磨粒
20‧‧‧玻璃化熔結
21‧‧‧橋鍵鍵結
101,102‧‧‧箭頭
Claims (2)
- 一種玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪，包括：台金；及超研磨粒層，設置於上述台金上；上述超研磨粒層包含複數個超研磨粒以及結合複數個上述超研磨粒的玻璃化熔結，上述玻璃化熔結具有位於複數個上述超研磨粒層之間且結合複數個上述超研磨粒的複數個橋鍵鍵結；從上述超研磨粒層的剖面來看，複數個上述超研磨粒的80%以上與以上述橋鍵鍵結鄰接的上述超研磨粒結合；位於上述超研磨粒層的剖面的複數個上述橋鍵鍵結中，厚度於上述超研磨粒的平均粒徑以下時長度大於厚度者存在90%以上，其中相鄰的2個上述超研磨粒之間連接距離最靠近之位置的距離設定為厚度，於上述厚度的中間點相對於上述厚度的垂直線延伸至上述橋鍵鍵結內的長度設定為長度，上述超研磨粒包含鑽石或CBN，並且上述玻璃化熔結包含質量百分比30%以上、60%以下的SiO2、質量百分比2%以上、20%以下的Al2O3、質量百分比10%以上、40%以下的B2O3、質量百分比1%以上、10%以下的RO(RO係從CaO、MgO及BaO之中所選取的一種以上的氧化物)及質量百分比為2%以上、5%以下的R2O(R2O係從Li2O、Na2O及K2O之中所選取的一種以上的氧化物)，上述超研磨粒層包含體積百分比20%以上、60%以下的上述超研磨粒。
- 如申請專利範圍第1項之玻璃化熔結的超研磨粒研磨輪，其中，於上述超研磨粒層中，上述玻璃化熔結、上述超研磨粒及氣孔合計起來的體積比例為99%以上。
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