WO2013027243A1 - ベベリング砥石 - Google Patents

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beveling grindstone
hard
beveling
outer peripheral
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俊哉 木下
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新日鉄マテリアルズ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/02—Wheels in one piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/02—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
    • B24B9/06—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B9/065—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements

Definitions

  • the present invention relates to a beveling grindstone for processing the outer peripheral portion of a hard and brittle material.
  • a molding step of forming a silicon ingot or the like into a cylindrical ingot of a predetermined size with an outer peripheral blade or a cup-type wheel, and this cylindrical ingot as an inner peripheral blade A slicing process to slice a wafer to a predetermined thickness with a blade, a chamfering process for chamfering the outer periphery of the wafer with a beveling grindstone, and lapping, etching, and polishing the chamfered wafer surface for integration.
  • a finishing step that completes the subslate of the circuit.
  • FIG. 5 (a) is a perspective view of a conventional beveling grindstone.
  • FIG.5 (b) is a Y arrow view of Fig.5 (a), and is an enlarged view of a groove part.
  • a beveling grindstone 100 as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) is brought into contact with a radial end surface (hereinafter referred to as an outer peripheral surface) of a wafer (not shown) so that corners of the outer peripheral surface of the wafer are formed. This is done by grinding.
  • an edge is formed at the corner of the outer peripheral surface of the wafer.
  • edges When edges are formed at the corners of the wafer, stress may concentrate on the corners of the wafer during subsequent processing, and the missing corners may fall off (chipping) from the wafer.
  • this chipping occurs, in the subsequent processing step (finishing step), the dropped corners damage the front and back surfaces of the wafer, causing cracks and reducing the yield of the semiconductor manufacturing apparatus. For this reason, it is very important to provide a chamfering process for chamfering the corners of the wafer after the molding process and the slicing process.
  • the beveling grindstone 100 used in this chamfering step includes a base metal 200 formed in a substantially disc shape as shown in FIG. As shown in FIG. 5B, a plurality of grooves are formed on the outer peripheral surface of the base metal 200, and the abrasive layer 300 is fixed to these grooves.
  • the abrasive grain layer 300 is formed over the entire circumference of the outer peripheral surface of the base metal 200, and is made of diamond abrasive grains or CBN (cubic boron) abrasive grains (hereinafter referred to as diamond abrasive grains). Is fixed on the base metal 200 using a binder.
  • a fixing method for fixing diamond abrasive grains or the like to the outer peripheral surface of the base metal 200 a resin bond method, a vitrified bond method, a metal bond method (sintering method), an electrodeposition method, and the like are known ( (See Patent Documents 1 to 6).
  • FIG. 6A schematically shows a state in which abrasive grains having a large particle size are fixed by an electrodeposition method.
  • FIG. 6B schematically shows a state in which abrasive grains having a small particle size are fixed by an electrodeposition method.
  • abrasive grains having a large particle diameter when abrasive grains having a large particle diameter are used, a sufficient distance from the edge of the wafer to be ground to the reference surface can be secured, so that the wafer contacts the reference surface of the bonding layer 320 during grinding. Thus, erosion of the bonding layer can be suppressed.
  • abrasive grains having a small particle diameter when abrasive grains having a small particle diameter are used, a sufficient distance from the edge of the wafer to be ground to the reference surface cannot be secured, so that the edge of the wafer contacts the reference surface during grinding. In contact therewith, the bonding layer 320 is eroded.
  • the fixing strength for fixing the abrasive grains is not originally sufficient, and the strength is reduced by erosion of the bonding layer 320. It is not sufficient as a means for fixing the abrasive grains.
  • Patent Document 7 since the material to be ground is glass, the average grain diameter of diamond abrasive grains is # 200. / 230 is set as large. Therefore, Patent Document 7 neither describes nor suggests a problem caused by the reduction in the diameter of the abrasive grains.
  • a chamfering process of a hard and brittle hard brittle material such as a wafer is performed by the beveling grindstone 100 using diamond grains having such a large grain size, the wafer is excessively scraped, and chipping or cracking is likely to occur. Become.
  • the present invention provides a beveling grindstone that eliminates the falling of diamond abrasive grains even in long-term grinding, realizes long-term use, and suppresses the occurrence of chipping and cracking in the material to be ground during chamfering processing of hard and brittle materials. It is to provide.
  • the beveling grindstone of the present invention is a beveling grindstone for chamfering the outer peripheral edge of a hard and brittle material, and a groove is formed on the outer peripheral surface with which the outer peripheral edge of the hard and brittle material abuts. It has a formed base metal and an abrasive grain layer formed in the groove and to which abrasive grains are fixed by brazing, and the average grain diameter of the abrasive grains is # 4000 to # 270. To do.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a beveling grindstone according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the XZ cross section in FIG. 1. It is the A section enlarged view in the present invention. It is an A section enlarged reference view by a sticking agent with low wettability. It is the schematic of the beveling grindstone of this invention at the time of electric motor mounting
  • FIG. 6 is an enlarged view of the region surrounded by a dotted line in FIG. A state in which abrasive grains having a large particle size are fixed by an electrodeposition method is schematically shown. A state in which abrasive grains having a small particle size are fixed by an electrodeposition method is schematically shown.
  • FIG. 1 is a perspective view of the beveling grindstone of the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the beveling grindstone of FIG. 1 cut along the XZ section.
  • the beveling grindstone 1 includes a base metal 2.
  • the base metal 2 is formed in a substantially disk shape, and a through hole 21 extending in the vertical direction is formed in a central portion in the radial direction.
  • a rotation shaft 41 of the electric motor 4 to be described later is inserted into the through hole 21, and the rotation shaft 41 and the base metal 2 are fixed to each other. When the electric motor 4 is driven, the rotating shaft 41 and the base metal 2 rotate integrally.
  • the base metal 2 may be stainless steel. Since stainless steel has high wear resistance and corrosion resistance, the life of the beveling grindstone 1 can be extended.
  • the stainless steel may be SUS304, SUS316, or SUS430.
  • an uneven portion 23 is formed on the outer peripheral surface of the radial end portion of the base metal 2.
  • the uneven portion 23 has a shape corresponding to a target shape such as a wafer to be ground.
  • a target shape such as a wafer to be ground.
  • the inclined grindstone surface portion 24 in the uneven portion 23 is inclined 45 ° with respect to the radial direction of the base metal 2.
  • the abrasive layer 3 is formed by fixing the abrasive grains 31 to the concavo-convex portions 23 on the outer peripheral surface of the base metal 2 by brazing. Since the brazing filler metal 32 has a high affinity unlike a metal bond or the like, the abrasive grains 31 and the brazing filler metal 32 and the brazing filler metal 32 and the concavo-convex portion 23 can be fixed without a gap. Thereby, since the abrasive grain 31 adheres firmly with respect to the concavo-convex part 23, the falling off of the abrasive grain 31 can be suppressed.
  • the brazing material 32 can fix the abrasive grains 31 with sufficient strength due to the wetting phenomenon.
  • the thickness is relatively thick in the region close to the abrasive grains 31, and the thickness is relatively thin in the region separated from the abrasive grains 31, and is separated from the wafer to be ground while maintaining sufficient fixing strength.
  • the brazing material 32 can be disposed at the position. Thereby, it can suppress that a wear contact
  • FIG. 3A is an enlarged view of the abrasive layer 3 schematically showing a state where the abrasive grains 31 are fixed by applying the brazing material 32 to the concavo-convex portion 23, and FIG.
  • FIG. 3A it is an enlarged view of the abrasive grain layer 3 which showed typically the state which fixed the abrasive grain 31 to the uneven
  • the brazing material 32 extends downward along the outer surface of the abrasive grains 31 and is separated from the abrasive grains 31. Accordingly, the brazing material 32 is thin. Therefore, it is possible to suppress the wafer to be ground from being eroded by coming into contact with the brazing material 32.
  • FIG. 3A when the abrasive grains 31 are fixed using the brazing material 32, the brazing material 32 extends downward along the outer surface of the abrasive grains 31 and is separated from the abrasive grains 31. Accordingly, the brazing material 32 is thin. Therefore, it is possible to suppress the wafer to be ground from being eroded by coming into contact with the brazing material 32.
  • the bonding layer is flat, so that the wafer to be ground comes into contact with the brazing material 32, There is a risk of erosion.
  • the problem caused by reducing the diameter of the abrasive grains 31, that is, the erosion caused when the wafer to be ground comes into contact with the bonding layer is focused on the wettability of the brazing material 32. It has been solved.
  • the average grain size of the abrasive grains 31 is preferably # 4000 (corresponding to 4 ⁇ m) to # 270 (corresponding to 61 ⁇ m), more preferably # 3000 (corresponding to 5 ⁇ m) to # 270 (corresponding to 61 ⁇ m). It is.
  • # 4000 the average particle diameter of the abrasive grains 31 is larger than # 270, the hard and brittle material is excessively ground, and cracks are generated on the surface of the hard and brittle material.
  • the average grain size of the abrasive grains is smaller than # 4000, the distance between the brazing material 32 and the wafer to be ground becomes small, and the erosion of the brazing material 31 may be promoted.
  • the average grain size of the abrasive grains is smaller than # 3000, the protruding amount of the abrasive grains 31 is reduced and the grinding ability is lowered, so that the working efficiency is deteriorated.
  • the average particle diameter was defined by the center diameter represented by D50.
  • the average particle size (unit: um) of the abrasive grains was measured using a Coulter counter Multisizer-3 Coulter counter manufactured by Beckman Coulter.
  • the abrasive grains 31 having the particle diameter as described above may be arranged on the surface of the concavo-convex portion 23 by a single layer. Thereby, by aligning the size of the abrasive grains 31, it becomes possible to keep the grinding surface of the abrasive grains 31 constant, and to prevent the hard and brittle material from being excessively ground depending on the location of the uneven portion 23. Can do. That is, the chamfering of the hard and brittle material can be performed without causing the shape of the hard and brittle material to collapse.
  • diamond, cubic boron nitride, silicon carbide and aluminum oxide can be used for the abrasive grains 31.
  • a brazing material such as Ni—Cr—Fe—Si—B, Ni—Si—B, or Ni—Cr—Si—B can be used.
  • P in the Ni-Fe-Cr-Si-B system, the wettability between the abrasive grains 31 and the brazing material 32 is improved, and the bondability of the abrasive grains 31 to the base metal 2 is stabilized. 2 can effectively prevent the abrasive grains 31 from falling off.
  • the content of P may be 0.1% ⁇ P ⁇ 8%. When the P content is less than 0.1% by mass%, the melting point of the brazing material 32 becomes unstable.
  • the melting point of the brazing material 32 is stable, but the wettability between the abrasive grains 31 and the brazing material 32 becomes excessive, and the abrasive grains 31 are caused by the brazing material 32. Covering and grinding function is reduced.
  • the abrasive grains 31 are temporarily attached to the outer peripheral surface of the base metal 2 with a brazing material 32 and glue or the like from above.
  • the brazing material 32 may be temporarily attached to the brazing material 32 as a foil or the brazing material 32 as a powder.
  • the brazing material 32 is a foil, it is temporarily attached by spot welding.
  • the brazing material 32 is powder, a material obtained by kneading a cellulose-based binder or the like with the brazing powder is applied to the base metal 2.
  • the base metal 2 is evacuated with a pressure of about 10 ⁇ 3 Pa. Thereafter, the base metal 2 is heated to the melting temperature of the brazing material 32, the brazing material 32 is melted, and the abrasive grains 31 are fixed to the base metal 2.
  • the melting temperature of the brazing material 32 should be equal to or higher than the melting point of the brazing material 32 and at most within the liquidus temperature + 30 ° C. By limiting the melting temperature in this way, it is possible to suppress the base metal 2 from being greatly deformed by heat.
  • the hard and brittle material may be, for example, a silicon wafer, a compound semiconductor wafer, a glass substrate for flat panel display, or a glass substrate for hard disk.
  • the beveling grindstone 1 is fixed by fastening a nut 5 to a screw portion 42 formed at the lower end portion of the rotating shaft 41 of the electric motor 4.
  • the hard and brittle material to be ground is fixed to a work holder (not shown), and the height of the work holder is adjusted so that the beveling grindstone 1 and the work holder have the same height.
  • the electric motor 4 is driven and the beveling grindstone 1 is rotated at a high speed via the rotating shaft 41.
  • the beveling grindstone 1 rotated at a high speed is pressed against the outer peripheral surface of the hard and brittle material by a predetermined pressing force by a beveling grindstone moving mechanism (not shown), thereby chamfering the hard and brittle material.
  • a beveling grindstone moving mechanism (not shown), thereby chamfering the hard and brittle material.
  • the beveling grindstone moving mechanism is driven to separate the beveling grindstone 1 from the hard and brittle material.
  • the drive of the electric motor 4 and the beveling grindstone moving mechanism is stopped.
  • the object to be ground by the beveling grindstone 1 of the present invention may be, for example, a silicon wafer or a hard disk substrate.
  • the chamfering of the silicon wafer or the hard disk substrate is performed using a mechanical polishing method using pure water as a grinding liquid or a chemical mechanical polishing method (CMP method (Chemical-Mech Polishing Method)).
  • CMP method Chemical-Mech Polishing Method
  • the chemical mechanical polishing method is a method in which a slurry liquid in which abrasive particles are dispersed and mixed in a liquid when a beveling grindstone 1 is abutted against a silicon wafer or a hard disk substrate for grinding. Or it supplies to the grinding surface of the hard disk substrate.
  • the polishing efficiency can be increased by the synergistic effect of the mechanical polishing action of the abrasive particles and the chemical polishing action of the slurry liquid. Further, since the pH concentration of the slurry liquid can be adjusted, the polishing efficiency can be easily controlled.
  • the abrasive particles of the slurry liquid for example, silica powder having a particle size of about 10 nm can be used.
  • the slurry liquid an aqueous solution of a substance composed of an alkali metal such as potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) and a hydroxyl group (OH) can be used.
  • Example 1 the grinding test was performed by changing the average particle size of the abrasive grains 31 constituting the beveling grindstone 1 from # 230 to # 5000.
  • the average grain sizes of the abrasive grains 31 of Invention Examples 1 to 6 are # 270, # 400, # 800, # 1500, # 3000, and # 4000, respectively, and the abrasive grains 31 of Comparative Examples 1 and 2 are used.
  • the average particle diameters were # 230 and # 5000, respectively.
  • the rotational speed of the beveling grindstone 1 was set to 2000 m / min.
  • a silicon wafer having an outer diameter of 200 mm and a thickness of 0.8 mm was used as a grinding object.
  • the rotation speed of the silicon wafer was set to 1 rpm. Pure water was used as the working fluid.
  • the beveling grindstone 1 of Invention Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was brought into contact with the silicon wafer while rotating according to the above conditions, and when the cutting amount reached 0.4 mm, the grinding operation was stopped, Replaced with a new silicon wafer. These grinding operations were repeated until the beveling grindstone 1 became unusable, and the grinding ability of the beveling grindstone 1 was evaluated based on the total number of processed pieces at the unusable time.
  • that the beveling grindstone 1 becomes unusable means that the abrasive grains 31 have fallen off from the brazing material 32.
  • the degree of chipping during grinding was also evaluated.
  • the grinding ability was evaluated as “ ⁇ ” when the number of processed sheets was 4000 or more, “ ⁇ ” when 1000 to 4000, and “x” when 1000 or less.
  • the degree of chipping was evaluated in three stages: large, medium and small.
  • Comprehensive evaluation When the evaluation of grinding ability is x or when the degree of chipping is large, it is evaluated as poor by x, the evaluation of grinding ability is ⁇ , and the degree of chipping is small or medium Was evaluated as ⁇ as being generally good, and when the grinding ability was evaluated as ⁇ , and the chipping level was small or medium, it was evaluated as ⁇ as very good.
  • the evaluation results are shown in Table 1 below.
  • the overall evaluation is ⁇ .
  • the grinding ability was evaluated as ⁇ , and the degree of chipping was small, so the overall evaluation was ⁇ .
  • the evaluation of the grinding ability was “good” and the degree of chipping was small, so the overall evaluation was “good”.
  • Comparative Example 1 since the evaluation of the grinding ability was “ ⁇ ” and the degree of chipping was large, the overall evaluation was “x”.
  • Comparative Example 2 since the evaluation of the grinding ability was x and the degree of chipping was small, the overall evaluation was x.
  • the grinding ability of the beveling grindstone 1 is smaller than # 3000, the protruding amount of the abrasive grains 31 is reduced, the grinding ability is lowered, and the number of workpieces is reduced. It was.
  • the abrasive grains 31 of the beveling grindstone 1 are smaller than # 4000, the interval between the brazing filler metal 32 and the silicon wafer becomes small, the erosion of the brazing filler metal 32 is promoted, the abrasive grains 31 fall off, and the beveling grindstone 1 It was found that the number of processed silicon wafers was remarkably reduced because the grinding performance was significantly reduced.
  • Example 2 the fixing strength was evaluated for brazing used in the fixing method for fixing the abrasive grains 31 to the base metal 2.
  • the following invention example 7 comparative example 1 and comparative example 2 were used to evaluate the number of processed hard brittle materials and whether or not the end face shape collapsed on the ground surfaces of the hard brittle materials.
  • the beveling grindstone 1 used in Invention Example 7 was constituted by fixing diamond abrasive grains having a particle diameter of # 1500 to the base metal 2 by brazing.
  • the beveling grindstone 1 used in Comparative Example 3 was constructed by adhering abrasive grains 31 having the same particle diameter as that of Invention Example 7 to the base metal 2 by a nickel electrodeposition method.
  • the beveling grindstone 1 used in Comparative Example 4 was configured by fixing abrasive grains 31 having the same particle diameter as that of Invention Example 7 to the base metal 2 by metal bonding (sintering method).
  • the rotation speed of the beveling grindstone 1 was set to 1500 m / min.
  • a glass hard disk substrate having an outer diameter of 105 mm and a thickness of 0.5 mm was used.
  • the rotation speed of the hard disk substrate was set to 1 rpm.
  • a cerium oxide slurry was used as the working fluid.
  • the beveling grindstone 1 of Invention Example 7 and Comparative Examples 3 to 4 is brought into contact with the hard disk substrate while rotating according to the above conditions, and when the cutting depth reaches 0.4 mm, the grinding operation is stopped and a new hard disk substrate is formed. Exchanged. These grinding operations were repeated until the beveling grindstone 1 became unusable, and the grinding ability of the beveling grindstone 1 was evaluated based on the total number of processed pieces at the unusable time.
  • that the beveling grindstone 1 becomes unusable means that the abrasive grains 31 have fallen off from the brazing material 32.
  • Table 2 The evaluation results are shown in Table 2 below.
  • Invention Example 7 has a long service life of 17,000 pieces, and the end face shape, which is the ground surface of the hard disk substrate, does not collapse.
  • Comparative Example 3 and Comparative Example 4 since the adhering force of the abrasive grains 31 was insufficient, the abrasive grains 31 dropped off from the base metal 2 at an early stage, and the grinding ability of the beveling grindstone 1 was lowered. Therefore, it was found that the number of processed hard disk substrates was reduced to 1/10 to 1/20 compared with Invention Example 7, and the life was short.

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Abstract

【課題】長期の研削においてもダイヤモンド砥粒等の脱落をなくし、長期使用を実現するとともに、硬脆材料の面取り加工時に生じるチッピングや被研削材における割れの発生を抑制するベベリング砥石を提供する。 【解決手段】硬脆材料の外周縁部を面取り加工するべべリング砥石であって、前記硬脆材料の外周縁部が当接する外周面に溝部が形成された台金と、前記溝部に形成され、ろう付けにより砥粒が固着された砥粒層とを有し、前記砥粒の平均粒径は、＃４０００～＃２７０であることを特徴とする。

Description

ベベリング砥石
　本発明は、硬脆材料の外周部を加工するためのベベリング砥石に関する。
　シリコンウエハや化合物半導体ウエハからなるウエハの製造工程として、シリコンインゴット等を外周刃ブレード、或いはカップ型ホイールなどで所定寸法の円柱状のインゴットに成形する成形工程と、この円柱状インゴットを内周刃ブレードで所定の厚さにスライスしてウエハにするスライス工程と、このウエハの外周部をベベリング砥石で面取り研削する面取り工程と、面取り工程で面取りされたウエハ面をラッピング、エッチング、ポリッシングして集積回路のサブスレートを完成させる仕上げ工程とを含むものがある。
　図５（ａ）は、従来のべべリング砥石の斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＹ矢視図であり、溝部の拡大図である。面取り工程では、図５（a）（ｂ）に示すようなベベリング砥石１００をウエハ（不図示）の径方向端面（以下、外周面という）に当接させて、ウエハの外周面の角部を研削加工することにより行われる。ところで、成形工程やスライス工程においては、ウエハを所定の寸法に切断した際に、ウエハの外周面の角部にエッジが形成される。ウエハの角部にエッジが形成されると、その後の加工処理において、ウエハの角部に応力が集中し、欠損した角部がウエハから脱落（チッピング）する場合がある。このチッピングが発生すると、その後の加工工程（仕上げ工程）において、脱落した角部がウエハの表裏面を傷付け、クラック（割れ）を引き起こし、半導体製造装置の歩留まりを低下させる。このため、成形工程やスライス工程の後にウエハの角部を面取りする面取り工程を設けることは、非常に重要である。
　この面取り工程で用いられるベベリング砥石１００は、図５（ａ）に示すように略円盤状に形成された台金２００を備える。台金２００の外周面には、図５（ｂ）に示すように、複数の溝部が形成されており、これらの溝部には砥粒層３００が固着されている。この砥粒層３００は、台金２００の外周面の全周に渡って形成されており、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（立方晶化ホウ素）砥粒（以下、ダイヤモンド砥粒等という）の砥粒材料を台金２００上に結合材を用いて固着させることにより形成されている。
　ここで、ダイヤモンド砥粒等を台金２００の外周面に固着させる固着方法として、レジンボンド法、ビドリファイドボンド法、メタルボンド法（焼結法）および電着法などが知られている（特許文献１乃至６参照）。
　また、ダイヤモンド砥粒を台金２００の外周面に強固に固着させるために、ダイヤモンド砥粒をろう付けにより固着させる方法が知られている（特許文献７参照）。
特開２００７－４４８１７号公報 特開２００５－５９１９４号公報 特開２００３－１５９６５５号公報 特開２００３－３９３２８号公報 特開２００２－２７３６６２号公報 特開平６－２６２５０５号公報 特開２００６－２６３８９０号公報 特開２００７－８３３５２号公報
　近年、砥粒の粒径を縮径することによる、砥石の長寿命化、端面形状の崩れの極小化、割れの防止、チッピングの防止が求められている。粒径が小さい砥粒を例えば、電着法で固着した場合、硬脆材料の切削時に下記の問題が生じる。図６（ａ）は粒径が大きい砥粒が電着法で固着された状態を模式的に示している。図６（ｂ）は粒径が小さい砥粒が電着法で固着された状態を模式的に示している。
　これらの図を参照して、粒径が大きい砥粒を使用、つまり、図６（ａ）に図示する砥粒３１０を使用した場合、砥粒３１０の上端部（ウエハに接触する側の端部）から基準面（結合層３２０の上端面）までの間隔Ｔ１がより大きくなる。他方、粒径が小さい砥粒を使用、つまり、図６（ｂ）に図示する砥粒３１０を使用した場合、砥粒３１０の上端部から基準面までの間隔Ｔ２がより小さくなる。したがって、粒径が大きい砥粒を使用した場合には、研削されるウエハの端部から基準面に至るまでの間隔を十分に確保できるため、研削時にウエハが結合層３２０の基準面に当接して、結合層が浸食されるのを抑制することができる。これに対して、粒径が小さい砥粒を使用した場合、研削されるウエハの端部から基準面までの間隔を十分に確保することができないため、研削時にウエハの端部が基準面に当接して、結合層３２０が浸食される。電着法などの特許文献１乃至６に記載された従来の結合方法では、砥粒を固着する固着強度が元々十分でないことに加えて、結合層３２０の浸食による強度低下を招くため、小径化した砥粒を固着させる手段として十分でない。
　さらに、特許文献７に開示されるような、ダイヤモンド砥粒等を台金の外周面にろう付けにより固着させる方法では、被研削材がガラスであるため、ダイヤモンド砥粒の平均粒径は♯２００／２３０と大きく設定されている。したがって、特許文献７には、砥粒が小径化することによる課題は、記載も示唆もされていない。このように粒径が大きいダイヤモンド砥粒を用いたベベリング砥石１００によって、ウエハのような硬くて脆い硬脆材料の面取り加工を行うと、ウエハが過度に削り取られ、チッピングや割れ等が発生し易くなる。
　そこで、本発明は、長期の研削においてもダイヤモンド砥粒等の脱落をなくし、長期使用を実現するとともに、硬脆材料の面取り加工時に生じるチッピングや被研削材における割れの発生を抑制するベベリング砥石を提供するものである。
　上記課題を解決するために、本発明のべべリング砥石は、硬脆材料の外周縁部を面取り加工するべべリング砥石であって、前記硬脆材料の外周縁部が当接する外周面に溝部が形成された台金と、前記溝部に形成され、ろう付けにより砥粒が固着された砥粒層とを有し、前記砥粒の平均粒径は、＃４０００～＃２７０であることを特徴とする。
　本発明によれば、小さい粒径のダイヤモンド砥粒等を強固にベベリング砥石の外周端部に固着させることで、ベベリング砥石を長期に使用可能とするとともに、硬脆材料の面取り加工時に生じるチッピングや被研削材における割れの発生を抑制する技術を提供することができる。
本発明に係るべべリング砥石の第１実施形態の斜視図である。 図１におけるＸ－Ｚ断面の拡大断面図である。 本発明におけるＡ部拡大図である。 濡れ性の低い固着剤によるＡ部拡大参考図である。 電気モータ装着時における本発明のべべリング砥石の概略図である。 従来例におけるべべリング砥石の斜視図である。 図５（a）の点線で囲んだ領域を拡大して図示するＹ矢視図である。 粒径が大きい砥粒が電着法で固着された状態を模式的に示している。 粒径が小さい砥粒が電着法で固着された状態を模式的に示している。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
　図１は第１実施形態のべべリング砥石の斜視図であり、図２は図１のべべリング砥石をＸ－Ｚ断面で切断した断面図である。これらの図を参照して、べべリング砥石１は、台金２を含む。台金２は、略円盤形状に形成されており、径方向の中心部に上下方向に延びる貫通孔２１が形成されている。この貫通孔２１には、後述する電気モータ４の回転軸４１が挿通されており、回転軸４１及び台金２は互いに固定されている。電気モータ４が駆動されると、回転軸４１及び台金２は一体的に回転する。
　ここで、台金２は、ステンレス鋼であっても良い。ステンレス鋼は、耐摩耗性および耐食性が高いため、べべリング砥石１の寿命を延ばすことができる。ステンレス鋼は、SUS304、SUS316、SUS430であってもよい。
　また、台金２の径方向端部の外周面には、凹凸部２３が形成されている。この凹凸部２３は、研削対象であるウエハなどの目的形状に応じた形状を備える。例えば硬脆材料の外周面の角部を４５°の傾斜角度に面取り加工する場合は、凹凸部２３における傾斜砥石面部２４を、台金２の半径方向に対して４５°傾斜させる。この傾斜砥石面部２４に後述の砥粒層３を形成して、傾斜砥石面部２４を硬脆材料に当接させることにより、硬脆材料を目的の形状に面取り加工することができる。
　砥粒層３は、台金２の外周面における凹凸部２３に対して砥粒３１をろう付けにより固着することにより形成される。ろう材３２は、メタルボンド等と異なり親和性が高いため、砥粒３１とろう材３２、およびろう材３２と凹凸部２３とを隙間なく固着することができる。これにより、砥粒３１が凹凸部２３に対して強固に固着するため、砥粒３１の脱落を抑制することができる。
　また、ろう材３２は、濡れ現象により塗布量が少なくとも、砥粒３１を十分な強度で固着することができる。しかも、砥粒３１に近接した領域では厚みが相対的に厚くなり、砥粒３１から離間した領域では厚みが相対的に薄くなり、十分な固着強度を維持しながら、研削対象であるウエハから離間した位置にろう材３２を配することができる。これにより、研削時にウエアがろう材３２に当接して、浸食するのを抑制できる。図３（ａ）は、ろう材３２を凹凸部２３に塗布することにより、砥粒３１を固着した状態を模式的に示した砥粒層３の拡大図であり、図３（ｂ）は、電着法により砥粒３１を凹凸部２３に固着した状態を模式的に示した砥粒層３の拡大図である。 図３（a）を参照して、ろう材３２を用いて砥粒３１を固着した場合には、ろう材３２が砥粒３１の外面に沿って下方に延出し、砥粒３１から離間するにしたがって、ろう材３２の厚みが薄くなっている。したがって、研削対象であるウエハがろう材３２に当接することにより浸食されるのを抑制することができる。図３（ｂ）を参照して、電着法により砥粒３１を凹凸部２３に固着した場合には、結合層がフラットであるため、研削対象であるウエハがろう材３２に当接して、浸食が進むおそれがある。このように、本実施形態では、砥粒３１を小径化することによって生じる課題、つまり、研削対象であるウエハが結合層に当接することによる浸食を、ろう材３２の濡れ性に着目することにより解決している。これにより、長期の研削においてもダイヤモンド砥粒等の脱落をなくし、長期使用を実現するとともに、硬脆材料の面取り加工時に生じるチッピングや被研削材における割れの発生を抑制することができる。
　ここで、砥粒３１の平均粒径は、好ましくは＃４０００（４uｍに相当）～＃２７０（６１uｍに相当）であり、より好ましくは＃３０００（５uｍに相当）～＃２７０（６１uｍに相当）である。砥粒３１の平均粒径が＃２７０よりも大きくなると、硬脆材料が過度に研削され、硬脆材料の表面にクラックが生じる。砥粒の平均粒径が＃４０００よりも小さくなると、ろう材３２と研削対象であるウエハとの間隔が小さくなり、ろう材３１の浸食を促進するおそれがある。砥粒の平均粒径が＃３０００よりも小さくなると、砥粒３１の突出量が小さくなって研削能力が低下するため、作業効率を悪化させる。
　ここで、平均粒径は、D50で表される中心径により定義した。上記砥粒の平均粒径（単位um）は、ベックマン・コールター社製Coulter Multisizer 3のコールターカウンターを用いて測定した。
　上記のような粒径の砥粒３１を単層により凹凸部２３の表面に配列しても良い。これにより、砥粒３１の大きさを揃えることで、砥粒３１の研削面を一定に保つことが可能となり、凹凸部２３の場所に応じて過度に硬脆材料が研削されることを防ぐことができる。すなわち、硬脆材料の形状崩れを起こさずに、硬脆材料の面取り加工を行うことができる。
　ここで、砥粒３１には、例えばダイヤモンド、立方晶ボロンナイトライド、炭化珪素および酸化アルミニウムを用いることができる。
　また、ろう材３２には、例えばNi-Cr-Fe-Si-B系、Ni-Si-B系、Ni-Cr-Si-B系などのろう材を用いることができる。Ni-Fe-Cr-Si-B系にPを含有させることで、砥粒３１とろう材３２との濡れ性を改善して、台金２に対する砥粒３１の接合性を安定させ、台金２から砥粒３１が脱落するのを効果的に防ぐことができる。ここで、Ｐの含有量は、0.1％≦Ｐ≦8％であってもよい。Ｐの含有量が質量％で0.1％未満の場合には、ろう材３２の融点が不安
定になる。Ｐの含有量が、質量％で、8％以上の場合には、ろう材３２の融点は安定するものの、砥粒３１とろう材３２の濡れ性が過大となり、砥粒３１がろう材３２によって覆われ、研削機能が低下する。
　次に、べべリング砥石１の製造方法の一実施形態について説明する。まず、台金２の外周面にろう材３２、その上から糊等により砥粒３１を仮付けする。このろう材３２の仮付けには、ろう材３２を箔とした場合とろう材３２を粉とした場合とがある。ろう材３２が箔の場合は、スポット溶接で仮付けする。ろう材３２が粉の場合は、セルロース系のバインダー等をろう粉と混練したものを台金２に塗布する。また、砥粒３１の配列としては、単層で凹凸部２３に対して均一に配列するとよい。台金２に対して砥粒３１およびろう材３２を仮付けした後に、10-3Pa程度の圧力で台金２を真空引きする。そして、その後、ろう材３２の溶融温度まで台金２を昇温させて、ろう材３２を溶融させて台金２に対して砥粒３１を固着させる。このろう材３２の溶融温度は、ろう材３２の融点以上であって、高くても液相線温度+30℃以内にすると良い。このように溶融温度を低く制限することにより、台金２が熱によって大きく変形するのを抑制することができる。
　次に、上記のように形成されたべべリング砥石１を用いた、硬脆材料の面取り動作について説明する。ここで、硬脆材料は、例えばシリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、ハードディスク用ガラス基板であってもよい。
　べべリング砥石１は、図４に図示するように、電気モータ４の回転軸４１の下端部に形成されたネジ部４２にナット５を締結することにより固定される。研削対象である硬脆材料は、ワークホルダー（不図示）に固定するとともに、べべリング砥石１及びワークホルダーが同じ高さとなるように、ワークホルダーの高さを調節する。これらの設定が完了すると、電気モータ４を駆動して、回転軸４１を介してべべリング砥石１を高速回転させる。この高速回転したべべリング砥石１をべべリング砥石移動機構部（不図示）によって、硬脆材料の外周面に対して所定の押圧力により押しつけて、硬脆材料の面取り研削を行う。研削作業が完了すると、べべリング砥石移動機構部を駆動して、べべリング砥石１を硬脆材料から離間させる。べべリング砥石１が初期位置に戻ると、電気モータ４およびべべリング砥石移動機構部の駆動を停止させる。
　本発明のべべリング砥石１により研削される研削対象は、例えばシリコンウェハまたはハードディスク基板であってもよい。この場合は、純水を研削液として使用した機械研磨法、または、化学機械研磨法（ＣＭＰ法（Chemical-Mech Polishing Method））を用いて、シリコンウェハまたはハードディスク基板の面取り加工が行われる。化学機械研磨法とは、具体的には、べべリング砥石１をシリコンウェハまたはハードディスク基板に当接させて研削する際に、研磨粒子を液体中に分散混入させたスラリー（Slurｒy）液をシリコンウェハまたはハードディスク基板の研削面に供給する。このようにスラリー液を研削面に供給することにより、べべリング砥石１とシリコンウェハまたはハードディスク基板の間にスラリー液を介在させた状態で面取り処理を行うことができる。上述の方法によれば、研磨粒子の機械的研磨作用とスラリー液の化学的研磨作用との相乗効果により研磨効率を高めることができる。また、スラリー液のｐＨ濃度を調節することができるため、研磨能率を容易に制御することができる。ここで、スラリー液の研磨粒子としては、例えば粒径１０ｎｍ程度のシリカパウダーを用いることができる。また、スラリー液の液体としては、水酸化カリウム（KOH）または水酸化ナトリウム（NaOH）などのアルカリ金属と水酸基（OH）とからなる物質の水溶液を用いることができる。
　実施例を示して本発明について具体的に説明する。
　（実施例１）
　本実施例では、べべリング砥石１を構成する砥粒３１の平均粒径を#２３０から#５０００の間で変化させて、研削試験を行った。具体的には、発明例１～発明例６の砥粒３１の平均粒径をそれぞれ＃２７０、＃４００、＃８００、＃１５００、＃３０００、＃４０００とし、比較例１～２の砥粒３１の平均粒径をそれぞれ＃２３０、＃５０００とした。べべリング砥石１の回転速度は、２０００ｍ/分に設定した。研削対象として、外径が２００ｍｍ、厚さが０．８ｍｍのシリコンウェハを使用した。シリコンウェハの回転速度は、１ｒｐｍに設定した。加工液には、純水を使用した。発明例１～発明例６、比較例１～２のべべリング砥石１を上記条件に従って回転させながらシリコンウェハに当接させ、切り込み量が０．４ｍｍに達したときに、研削作業を停止し、新しいシリコンウェハに交換した。これらの研削作業をべべリング砥石１が使用不能となるまで繰返し行い、使用不能時点での総加工枚数に基づき、べべリング砥石１の研削能力を評価した。ここで、べべリング砥石１が使用不能になるとは、ろう材３２から砥粒３１が脱落した状態を意味する。また、研削時のチッピングの程度についても評価した。研削能力については、加工枚数が４０００枚以上の場合は◎、１０００～４０００枚の場合は○、１０００枚以下の場合には×で評価した。チッピングの程度については、大、中、小の三段階で評価した。総合評価は、研削能力の評価が×、またはチッピングの程度が大である場合には不良として×で評価し、研削能力の評価が○で、かつ、チッピングの程度が小、若しくは中である場合には概ね良好として○で評価し、研削能力の評価が◎で、かつ、チッピングの程度が小、若しくは中である場合には大変良好として◎で評価した。これらの評価結果を、下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　
　表１を参照して、発明例１は研削能力の評価が◎で、チッピングの程度が中であるため、総合評価は◎となった。発明例２乃至５は研削能力の評価が◎で、チッピングの程度が小であるため、総合評価は◎となった。発明例６は研削能力の評価が○で、チッピングの程度が小であるため、総合評価は○となった。比較例１は研削能力の評価が◎で、チッピングの程度が大であるため、総合評価は×となった。比較例２は研削能力の評価が×で、チッピングの程度が小であるため、総合評価は×となった。これらの評価結果から、研削能力については、べべリング砥石１の砥粒３１が＃３０００より小さくなると、砥粒３１の突出量が小さくなり、研削能力が低下し、加工枚数が減少することがわかった。べべリング砥石１の砥粒３１が＃４０００よりも小さくなると、ろう材３２とシリコンウェハとの間隔が小さくなり、ろう材３２の侵食が促進され、砥粒３１が脱落し、べべリング砥石１の研削性能が著しく低下するため、シリコンウェハの加工枚数が著しく減少することがわかった。また、チッピングについては、べべリング砥石１の砥粒３１を＃２７０より大きくすると、シリコンウェハが過度に削り取られ、チッピングが多く発生することがわかった。
（実施例２）
　本実施例では、砥粒３１を台金２に固着する固着方法に用いられるろう付けについて固着強度を評価した。具体的には、次のような発明例７、比較例１および比較例２を用いて、硬脆材料の加工枚数および硬脆材料の研削面における端面形状の崩れの有無について評価した。発明例７に用いられるべべリング砥石１は、粒径が#１５００であるダイヤモンド砥粒をろう付けにより台金２に固着することにより構成した。比較例３に用いられるべべリング砥石１は、発明例７と同じ粒径の砥粒３１をニッケル電着法により台金２に固着することにより構成した。比較例４に用いられるべべリング砥石１は、発明例７と同じ粒径の砥粒３１をメタルボンド（焼結法）により台金２に固着することにより構成した。べべリング砥石１の回転速度は、１５００ｍ/分に設定した。研削対象として、外径が１０５ｍｍ、厚さが０．５ｍｍのガラス製ハードディスク基板を使用した。ハードティスク基板の回転速度は、１ｒｐｍに設定した。加工液には、酸化セリウムスラリーを使用した。発明例７、比較例３～４のべべリング砥石１を上記条件に従って回転させながらハードディスク基板に当接させ、切り込み量が０．４ｍｍに達したときに、研削作業を停止し、新しいハードディスク基板に交換した。これらの研削作業をべべリング砥石１が使用不能となるまで繰返し行い、使用不能時点での総加工枚数に基づき、べべリング砥石１の研削能力を評価した。ここで、べべリング砥石１が使用不能になるとは、ろう材３２から砥粒３１が脱落した状態を意味する。これらの評価結果を下記の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　表２に示すように、発明例７は、加工枚数が１７０００枚と長寿命であり、ハードディスク基板の研削面である端面形状についても崩れがないことがわかった。これに対して、比較例３および比較例４では砥粒３１の固着力が不足するため、早期に砥粒３１が台金２から脱落して、べべリング砥石１の研削能力が低下した。このため、発明例７と比較してハードディスク基板の加工枚数が１/１０～１/２０に低下し、短寿命であることがわかった。さらに、比較例３および比較例４では早期に砥粒３１が台金２から脱落するため、ベベリング砥石１に砥粒３１がない部分が発生し、硬脆材料の研削面における端面形状が崩れてしまうことも分かった。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
１　　１００　べべリング砥石
２　　２００　台金、
２１　　　　貫通孔
２２　　　　溝部、
２３　　　　凹凸部、
２４　　　　傾斜砥石面部
３　　３００　砥粒層、
３１　　　　砥粒
３２　　　　ろう材
４　　　　　電気モータ
４１　　　　回転軸
４２　　　　ネジ部
５　　　　　ナット
　

Claims (4)

  1. 　硬脆材料の外周縁部を面取り加工するべべリング砥石であって、
    　前記硬脆材料の外周縁部が当接する外周面に溝部が形成された台金と、
    　前記溝部に形成され、ろう付けにより砥粒が固着された砥粒層とを有し、
    　前記砥粒の平均粒径は、＃４０００～＃２７０であることを特徴とするべべリング砥石。
  2.   前記砥粒から離間した第１の位置における前記ろう付けの厚みは、前記第１の位置よりも前記砥粒に近接した第２の位置における前記ろう付けの厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載のべべリング砥石。
  3. 　前記砥石は、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１又は２に記載のべべリング砥石。
  4. 　前記台金は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のべべリング砥石。
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