WO2018073905A1 - 砥石 - Google Patents

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WO2018073905A1
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grindstone
grinding
polishing
workpiece
abrasive grains
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高田　篤
雅一 高津
大橋　恭介
幸三 石崎
徳朗 小野寺
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株式会社ナノテム
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Definitions

  • the present invention relates to a grindstone for grinding and polishing a workpiece. Specifically, the present invention relates to a grindstone for grinding / polishing a workpiece such as ceramics, silicon wafer, semiconductor substrate, LED substrate, heat dissipation substrate, SiC, alumina, sapphire, metal or alloy.
  • a grindstone for grinding / polishing a workpiece such as ceramics, silicon wafer, semiconductor substrate, LED substrate, heat dissipation substrate, SiC, alumina, sapphire, metal or alloy.
  • a whetstone is a tool formed by solidifying hard particles, that is, abrasive grains with a binder.
  • grinding processing and polishing processing Routine processing is customarily referred to as grinding processing, and finishing processing is referred to as polishing processing.
  • polishing processing the surface of the workpiece, i.e., the surface to be processed, is moved by the abrasive grains by relatively moving the grindstone and the workpiece while the grindstone is pressed against the workpiece, i.e., the workpiece.
  • the term “grinding / polishing” refers to both grinding and polishing.
  • For polishing there is a method in which the abrasive grains are suspended in the fluid without fixing them, and for example, a soft buff is moved into the fluid to polish the abrasive grains against the workpiece. Called Polish).
  • cylindrical grinding and polishing for processing the cylindrical outer peripheral surface of the workpiece For grinding and polishing using a grindstone, cylindrical grinding and polishing for processing the cylindrical outer peripheral surface of the workpiece, internal grinding and polishing for processing the cylindrical inner peripheral surface of the workpiece, and processing There are surface grinding and polishing processes for processing flat surfaces of objects.
  • a grindstone for processing the outer peripheral surface or the inner peripheral surface a grindstone provided with a cylindrical processed surface is used.
  • a cylindrical grindstone having a machining surface provided on the outer peripheral surface or a cup-shaped, ring-shaped and disc-shaped grindstone having a machining surface provided on a flat end surface is used. .
  • a grindstone having a honeycomb structure is known (for example, see Patent Document 1).
  • This grindstone includes a ceramic porous support having a large number of parallel through holes, and an abrasive layer in which superabrasive grains are fixed to the end face of the porous support with a metal plating layer. An opening corresponding to the through hole is formed in the layer.
  • the abrasive layer in a grinding wheel formed by fixing superabrasive grains made of diamond or CBN by vitrify bond, the abrasive layer has a honeycomb shape and contains abrasive grains.
  • a grinding wheel in which layer walls are formed in a lattice shape and a region surrounded by the abrasive layer wall is a chip pocket.
  • the grinding stone described in Patent Document 1 has a short grinding / polishing life because the abrasive layer fixed by the metal plating layer is thin.
  • the abrasive grains are dispersed throughout the honeycomb structure, high-temperature chips cut by the abrasive grains are fused on the ridgeline of the honeycomb and become clogged, preventing the next grinding / polishing.
  • Patent Document 2 solves the problem of the life of grinding / polishing because the abrasive grain layer is thick.
  • high-temperature chips scraped by the abrasive grains are fused on the ridge line of the honeycomb. The problem of clogging and hindering subsequent grinding / polishing cannot be solved.
  • the linear structure is a continuous body, and the internal space is a closed space created when the workpiece is in contact.
  • the harmful effect of this is that the air hammer phenomenon caused by the air in the closed space causes the air to expand as the temperature rises, resulting in a pressurized state, preventing the workpiece from coming into contact with the abrasive layer, Roughen the machined surface.
  • the grinding rotation direction and the ridge with the honeycomb structure are in contact with each other close to a right angle or close to parallel.
  • the workpiece can be in a molten state of a metal or a glass-based inorganic material, the shaved chips are softened, and in that state, the workpiece is fused in contact with subsequent abrasive grains to cause clogging.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, a grinding wheel that enables grinding, polishing, and super-finish polishing with the same grindstone, and an effective grinding pressure so as not to be clogged even if used continuously without an air hammer phenomenon. It is an object to provide a grindstone that makes it possible to increase the speed.
  • the grindstone of the present invention is a grindstone having a structure in which a grinding / polishing part for processing a workpiece constitutes a wall part of a honeycomb structure in which polygonal columns are arranged without gaps, A whetstone column having an axis L in the depth direction of the surface to be ground and polished is provided at the intersection or wall portion of the above.
  • the honeycomb structure means a form in which polygonal columns are arranged without gaps.
  • the grindstone column is composed of a large number of columns arranged in parallel with an axis L in the depth direction of the surface to be ground and polished.
  • the effective grinding pressure increases, which helps to improve the grinding performance.
  • a polishing process is performed by discharging liquid such as cooling water from the grindstone surface and adjusting the distance between the grindstone and the workpiece. Even if the abrasive grains exposed on the ground / polished surface fall off, the abrasive grains buried in the lower layer are exposed, so that the grinding / polishing can be continuously performed while maintaining the processing speed.
  • the elastomer expands by further flowing cooling water, polishing liquid, etc., and the elastomer directly floats against the workpiece. Enables super-finish polishing with abrasive grains.
  • honeycomb structure Even if there is a ridge of honeycomb structure that moves parallel to the work piece, there is a honeycomb structure space after the abrasive grains in the ridge, and before the chips touch the next abrasive grains, Because it is separated and cooled, it does not cause clogging.
  • the said structure of this invention WHEREIN: It is preferable that the axis
  • the said structure of this invention WHEREIN: It is preferable that the rotation direction of the said grindstone is the inclination direction of the said grindstone pillar, or its opposite direction. In this way, during polishing, the material can be rotated in the opposite direction to that during grinding, and the workpiece can be stroked with the grindstone column, so that a smoother finished surface can be realized.
  • the grinding / polishing part is formed integrally with a porous grindstone base, and a slurry having a coolant and a chemical abrasive is passed through the grinding / polishing part from the grindstone base. It is preferable to supply between a thing and the said grindstone. In this way, the slurry having the coolant and the chemical abrasive is supplied between the workpiece and the grinding wheel pillar through the pores, thereby supplying the pressurized fluid to the fluid flow path and the grinding stone. Can be lifted off the workpiece and polished at a reduced processing speed.
  • a honeycomb structured polygonal column filled with porous elastomer actively expands it, so that the fixed abrasive grains do not come into contact with the workpiece and are superfinished by floating abrasive grains. It is also possible to perform.
  • a space surrounded by the wall portions forming the honeycomb structure is hollow. In this way, the space surrounded by the walls forming the honeycomb structure can be used as a pocket for trapping chips of the workpiece.
  • a space surrounded by the wall portions forming the honeycomb structure may be filled with a porous elastomer.
  • the process from grinding to superfinish polishing can be performed continuously.
  • the said porous elastomer is drawn in the inside of the said grinding
  • the porous elastomer is drawn into the inside, so that the honeycomb structure part having the grindstone column is in direct contact with the work surface, the grinding process can be efficiently performed, and the pocket for trapping chips. It can also be used.
  • the cooling medium when the grindstone base is pressurized, the cooling medium can flow out through the pores of the porous elastomer by pressurizing the cooling medium, and the outflow pressure is increased.
  • the porous elastomer may be pushed out of the grinding / polishing portion.
  • the porous elastomer extruded to the outside cuts off the contact between the workpiece and the honeycomb structure, and the elastomer acts as a buff at the time of buffing to efficiently perform the superfinish polishing process. be able to.
  • a grindstone that does not clog without causing an air hammer phenomenon even if it is continuously used.
  • a porous elastomer when used in combination, it is continuously ground, polished, and superfinished by the same grindstone.
  • a grindstone capable of being polished can be provided. Further, according to the present invention, the grinding / polishing effect is increased, and it is possible to perform from rough grinding to finish polishing with the same apparatus and grindstone in a shorter time.
  • FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the grindstone of the present invention
  • FIG. 1 (a) shows a disc-shaped grindstone
  • FIG. 1 (b) shows a donut-shaped grindstone.
  • a grinding / polishing part (grinding / polishing layer) 1 for processing a workpiece W has a honeycomb structure.
  • the cross-sectional shape of the honeycomb structure is a hexagon.
  • a geometric pattern including a triangle, a quadrangle, or a polygon, or a combination thereof may be randomly arranged.
  • the workpiece W targeted by this grindstone refers to ceramics, silicon wafers, semiconductor substrates, LED substrates, heat dissipation substrates, SiC, alumina, sapphire, metals, alloys, and the like.
  • grinding / polishing refers to both grinding and polishing.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1 showing an embodiment of the grindstone of the present invention.
  • the grindstone in FIG. 2 (a) is composed of abrasive grains 5 and a binding material 6 at the intersection of the honeycomb structure, and a grindstone column comprising columns arranged in parallel and having an axis L in the depth direction of the surface to be ground and polished. 2 has.
  • the wall of the grinding / polishing 1 in the figure is also a porous body.
  • the grinding wheel column 2 is composed of a large number of columns arranged in parallel with the axis L in the depth direction of the surface to be ground and polished, the workpiece W and the grinding wheel column come into contact with each other at a point, and the effective pressure is increased. Helps improve performance. Furthermore, even if the abrasive grains exposed on the grinding / polishing surface fall off, the abrasive grains buried in the lower layer are exposed so that the grinding / polishing can be performed continuously while maintaining the processing speed. .
  • the grindstone in FIG. 2 (b) is composed of abrasive grains 5 and a binding material 6 on the wall portion of the honeycomb structure, and from a column arranged in parallel with the axis L in the depth direction of the surface to be ground and polished. It has the whetstone pillar 2 which becomes.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the grindstone of the present invention.
  • the grinding / polishing portion 1 is formed integrally with the porous grindstone base portion 3, and the space surrounded by the wall portion forming the honeycomb structure is filled with the porous elastomer 4.
  • the porous elastomer 4 is further drawn into the grinding / polishing unit 1 by reducing the pressure of the grinding wheel base 3 to normal pressure.
  • the porous elastomer 4 is pushed out of the grinding / polishing unit 1 by pressurizing the grinding wheel base 3.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a grindstone column used in the present invention.
  • FIG. 4A shows before firing
  • FIG. 4B shows after firing.
  • the binder 6 melts and wraps the abrasive grains 5 to bond the abrasive grains 5 together.
  • the grindstone of this embodiment is composed of abrasive grains 5 and a binding material 6 for grinding and polishing a workpiece W, and includes a number of columns arranged in parallel and having an axis L in the depth direction of the surface to be ground and polished. Since the grindstone column 2 is formed, even if the abrasive grains 5 exposed on the grinding / polishing surface fall off, the abrasive grains 5 buried in the lower layer are exposed, and while maintaining the processing speed, Grinding and polishing can be performed.
  • the binder 6 is mixed as shown in FIG. 4A, but after firing, the abrasive grains 5 are connected to form the pillars so that the binder 6 melts and wraps the abrasive grains 5.
  • the cross-sectional shape of the grindstone column 2 is not limited to a cylinder as shown in FIG. 4, but may be a column made of a square column or a thin plate.
  • the average grain diameter is 0.1 to 300 ⁇ m.
  • CBN cubic boron nitride
  • a mixture of diamond and CBN may be used, and silicon carbide SiC or GC.
  • Mullite (3Al 2 O 3 -2SiO 2 ), molten alumina Al 2 O 3, that is, WA alone or a mixture thereof may be used.
  • Vitrified bonds are used as the bonding material 6 constituting the grindstone, but various bonding materials such as resinoid bonds, metal bonds, and electrodeposition bonds can be used as the bonding materials 6 in addition to the vitrified bonds. it can.
  • the average particle diameter of the abrasive grains 5 is an average value of equivalent circle diameters of the same cross-sectional area when the cross section of the abrasive grains 5 is not circular.
  • the grindstone when the workpiece W is flat, the grindstone may have a disk shape with a thickness of 5 to 10 mm as shown in FIG. 1, but the surface on which the workpiece W is ground and polished is a curved surface. Therefore, for example, by disposing the grindstone column 2 composed of a large number of columns arranged in parallel and having an axis L in the radial direction of the disc shape on the outer periphery of the disc shape grindstone, The object W can be ground and polished.
  • the porous body has a porosity of 20 to 60% by volume.
  • the reason for limiting the lower limit (20%) of the porosity is that in the porous body below this, the pores 7 are mainly closed pores, not open pores, and it becomes impossible for air or coolant to enter and exit from the vacuum.
  • the reason for limiting the upper limit (60%) of the porosity is that the bulk density of the mixed powder of the abrasive grains 5 and the binder 6 is at most about 60% and is then fired.
  • the porous body having a porosity of 20 to 60% by volume has the following effects.
  • ⁇ Including the grinding / polishing part 1, the grindstone column 2, the grindstone base 3, and the porous elastomer 4, and by making the porous body, the grindstone surface is evacuated and the distance between the abrasive grains and the workpiece is increased. makes it possible to approach. -By making the grindstone porous, it is possible to control the distance between the grinding surface of the grindstone and the workpiece W by directly discharging a coolant such as water, and to eliminate unnecessary adhesion of the workpiece to the grindstone. enable. -Cooling and polishing of grinding wheel processing can be performed by directly discharging a coolant such as water from the grinding wheel.
  • a coolant, a slurry having a chemical abrasive, or a mixture thereof is passed through the pores of the grinding / polishing unit 1, the pores inside the grindstone column 2, and the pores when the porous elastomer 4 is provided.
  • Supply can be performed between the workpiece W and the grindstone.
  • the pressure between the workpiece W and the grindstone is reduced through pores in the grinding / polishing section 1, the grindstone column 2, the grindstone base 3, and the porous elastomer 4. be able to.
  • ⁇ Vacuum can be drawn from the grinding wheel surface.
  • -A pore mechanism that allows water or other coolant to be removed from the grindstone is possible.
  • the grinding wheel dressing can be omitted.
  • ⁇ Rough grinding, lapping grinding, and finish polishing can be performed simultaneously.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a grindstone according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the grindstone shown in FIG. 5 is attached to a grindstone holder.
  • the workpiece W will be described using a silicon wafer as an example.
  • the grindstone 10 shown in FIG. 5 has a disc shape, that is, a disc shape as a whole, and a honeycomb structure is omitted.
  • One end surface of the grindstone 10 is a processed surface 11, and the other end surface is a base end surface 12.
  • the grindstone 10 is attached to the grindstone holder 20 so that the base end surface 12 is abutted against the grindstone holder 20, and is rotated by the grindstone holder 20.
  • the grindstone 10 is attached to the grindstone holder 20 by a bolt 14 that passes through an attachment hole 13 formed on the outer periphery of the grindstone 10 and is screwed to the grindstone holder 20.
  • the grindstone 10 is formed of abrasive grains and a binder that connects the abrasive grains, and is a porous body in which fine pores 7 are formed.
  • the grindstone 10 is attached to the grindstone rotating shaft 22 of the polishing apparatus via the grindstone holder 20, and the grindstone 10 holds the grindstone holder 20 by a motor (not shown) that drives the grindstone rotating shaft 22. It is rotationally driven through.
  • a fluid guide channel 23 formed in the grindstone rotating shaft 22 is connected to a vacuum pump 25 via a rotary joint 24, and a channel opening / closing valve is connected to the fluid guide channel 26 a connecting the vacuum pump 25 and the rotary joint 24. 27a and a pressure regulating valve 28a are attached.
  • the vacuum pump 25 when the vacuum pump 25 is operated with the flow path opening / closing valve 27a opened, if the grinding / polishing unit 1, the grindstone column 2 and the porous elastomer 4 are provided, the pores are Then, the vacuum pump 25 communicates with the vacuum pump 25 through the fluid guide flow path 23 to be in a vacuum state lower than the atmospheric pressure, that is, a negative pressure state, so that the abrasive grains of the grindstone 10 can bite into the workpiece efficiently.
  • a pressurizing pump 29 is connected to the rotary joint 24, and a channel opening / closing valve 27b and a pressure adjusting valve 28b are attached to the fluid guide channel 26b connecting the pressurizing pump 29 and the rotary joint 24.
  • the pressurizing pump 29 pressurizes and discharges a liquid such as a polishing liquid contained in the container 30, and when the pressurizing pump 29 is operated with the flow path opening / closing valve 27 b opened, the liquid is guided to the fluid.
  • the grinding / polishing unit 1 the grindstone column 2 inside, and the porous elastomer 4 are provided via the flow path 23, these are included, enter into these pores, and flow out of the processing surface 11.
  • a work rotating shaft 32 on which a vacuum chuck 31 for supporting and rotating a workpiece W such as a silicon wafer is mounted.
  • the workpiece rotating shaft 32 is movable in the horizontal direction along the processing surface 11 of the grindstone 10 and is also movable in the vertical direction.
  • the workpiece W supported by the vacuum chuck 31 is directed toward the grindstone 10. Can be moved closer and away.
  • a pressing force can be applied to the workpiece W by the dead weight of the workpiece rotating shaft 32 and the vacuum chuck 31 while the workpiece W is in contact with the grindstone 10.
  • a pressing force may be applied to the workpiece W by applying a thrust to the workpiece rotating shaft 32 by a pneumatic cylinder or the like.
  • the vacuum chuck 31 has a chuck plate 34 in which a plurality of intake holes 33 are formed, and a vacuum flow path 35 communicating with each of the intake holes 33 is formed in the work rotation shaft 32.
  • the vacuum flow path 35 is connected to a vacuum pump 37 via a rotary joint 36, and a flow path opening / closing valve 39 is attached to a vacuum supply path 38 that connects the vacuum pump 37 and the rotary joint 36. Therefore, when the vacuum pump 37 is operated to bring the vacuum flow path 35 to a pressure lower than the atmospheric pressure, external air flows into the intake hole 33 and the workpiece W is vacuum-adsorbed and held by the vacuum chuck 31. .
  • W is held in the form of a sheet having a hole in the shape of W.
  • the wafer or the surface of the wafer on which the circuit pattern is formed is polished by adjusting the pressure between the processing surface 11 and the processing surface 11 and the workpiece W, that is, the distance between the abrasive grains and the processing surface.
  • the present invention can be applied to polishing, that is, CMP processing in which a slurry having a chemical abrasive is allowed to flow out from the processing surface 11 on the surface of the wafer on which the circuit pattern is formed.
  • polishing that is, CMP processing in which a slurry having a chemical abrasive is allowed to flow out from the processing surface 11 on the surface of the wafer on which the circuit pattern is formed.
  • the polishing liquid is reliably supplied to the entire processing surface of the workpiece W. can do.
  • the grindstone 10 has a higher hardness of the processed surface 11 than a polishing pad made of urethane or the like as in a normal CMP process, the grindstone 10 is polished with high flatness without causing waviness or the like on the surface of the wafer. Processing can be performed, and further, by adjusting the pressure between the processing surface 11 and the workpiece W, the polishing processing time and the polishing amount can be easily set.
  • a mixture of abrasive grains, a binder and an auxiliary agent is injected into a mold.
  • a core made of a disappearing material that disappears when heat is applied such as a disappearing resin, is manufactured in the shape of the fluid flow paths 17 and 18 in advance, and the mixture is injected into the mold when injected into the mold. Insert the core.
  • the grindstone 10 made of a porous body having the pores and in which the fluid flow paths 17 and 18 are formed is integrally manufactured.
  • the porosity of the grindstone 10 decreases as the amount of the auxiliary agent is increased, the porosity can be adjusted not only by the amount of the auxiliary agent but also by the firing temperature or the like.
  • a portion of the grinding / polishing portion 1 and the grindstone base portion 16 where the fluid flow path 17 is formed may be a porous body having an open pore structure, and a portion on the base end face 12 side from this portion may be a porous body having a closed pore structure. it can.
  • abrasive grains 5 constituting the grindstone column 2 diamond, that is, diamond abrasive grains, is used, and the average grain diameter is 0.1 to 300 ⁇ m.
  • diamond cubic boron nitride (CBN) abrasive grains or CBN
  • CBN cubic boron nitride
  • a mixture of diamond and CBN may be used, and silicon carbide SiC or GC.
  • Mullite (3Al 2 O 3 -2SiO 2 ), molten alumina Al 2 O 3, that is, WA alone or a mixture thereof may be used.
  • Vitrified bonds are used as the binding material constituting the grindstone 10, but various bonding materials such as resinoid bonds, metal bonds, and electrodeposition bonds can be used as the respective binding materials in addition to vitrified bonds. .
  • the prevention of clogging which is a feature of the present invention, will be described.
  • the reason why the grindstone cannot be processed is not only when the need for sharpening comes out, but also when clogging occurs.
  • clogging problems often do not occur, but clogging may occur when ceramics are softer than sapphire, or when metals or alloys are processed. Get up. This is a phenomenon in which the ground fine powder remains clogged between the abrasive grains of the grindstone and the grindstone surface becomes flat and the abrasive grains do not protrude and cannot be shaved.
  • the present grindstone in order to lower the temperature of the ground fine powder, the present grindstone is temporarily retained in the chip pocket, or a fluid (coolant or air such as water) is removed from the pores to lower the temperature of the scrap and abrasive grains and keep it at a high temperature.
  • a fluid coolant or air such as water
  • the clogging can be suppressed by preventing the shavings from coming into contact with the abrasive grains, and the shavings can be removed by taking in and out the fluid.
  • the processing speed can be increased by double-sided processing.
  • double-sided processing especially when processing thin ones, the surface tension of a coolant such as water makes it difficult to adhere to the grindstone surface, or when a large number of workpieces W are processed, several workpieces W Attaches to the grindstone on one side, and some remaining workpieces W arrive on the other grindstone and cannot be automated or mass-produced.
  • the workpiece W such as a silicon substrate is getting thinner and thinner, but the limit is that one side is processed, so the difference between the processed surface and the unprocessed surface appears, and the thin one is warped and cannot be used. Because. By processing it on both sides, both sides change in the same way, so warpage can be eliminated.
  • the workpiece W such as a silicon substrate is getting thinner and thinner, when one-side processing is performed, a difference between the processed surface and the non-processed surface may appear and warp and become unusable. By processing it on both sides, both sides change in the same way, so warpage can be eliminated.
  • a fluid a liquid such as water or a gas such as air
  • a fluid a liquid such as water or a gas such as air
  • the grinding / polishing unit 1 that processes the workpiece W has a honeycomb structure.
  • the cross-sectional shape of the honeycomb structure is a hexagon.
  • a geometric pattern including a triangle, a quadrangle, or a polygon, or a combination thereof may be randomly arranged.
  • the axis L of the grindstone column 2 is disposed so as to be inclined in the rotation direction of the grindstone.
  • the inclination angle ⁇ of the grindstone column 2 is an angle formed by the depth direction perpendicular to the grinding / polishing surface and the axis L of the grindstone column 2 in order to efficiently grind the workpiece W.
  • the angle ⁇ is preferably 0 to 60 °. According to this, since the grindstone column 2 grinds the workpiece W with a rake angle inclined with respect to the grinding / polishing surface, grinding can be performed more efficiently in a short time. Moreover, it is preferable that the rotation direction of the grindstone shown in FIG. 8 and FIG.
  • the grindstone can be rotated in the opposite direction to that at the time of grinding, and the workpiece can be stroked by the grindstone pillar 2, so that a smoother finished surface can be realized.
  • the thickness corresponding to the diameter D of the grindstone column within the scope of the present invention is averaged. 1 to 2 mm within the range of 1 to 100 times the particle diameter, 10 to 20 mm within the range of 10 to 1000 times the thickness corresponding to the diameter D of the grindstone column, and the grindstone column.
  • the porosity of the grindstone base 3 was 30 to 60%.
  • the total ratio of the cross-sectional area of the grindstone column to the grinding / polishing surface area of the grindstone was 0.4 to 7.0%, which was lower than before.
  • As the abrasive grains diamond having an average particle diameter of 20 ⁇ m was used.
  • the effect of the embodiment when the abrasive grain of the present invention is diamond and the workpiece W is sapphire is shown. If the grinding wheel of the present invention is used, the grinding / polishing processing speed is maintained even if the pressing force of the workpiece W is reduced from 30 kPa to 20 kPa and then restored to 30 kPa again, and the effect of the present invention is confirmed. It was done.
  • the conventional grindstone has a reduced processing speed in the first 20 minutes and requires dressing, which makes it difficult to continue processing without dressing.
  • the grindstone of the present invention showed that if the applied pressure was returned without dressing, the processing speed was returned, and processing without dressing was realized.
  • the following effects can be achieved by improving the sharpness of abrasive grains such as diamond using abrasive grains used for roughing.
  • ⁇ Enables higher speed machining than normal rough machining. ⁇ Suppresses the generation of defects during rough machining. ⁇ Smoothly finish the rough surface and eliminate lapping after rough processing. -Grinding speed can be controlled during rough machining so that dimensional accuracy can be achieved. ⁇ High efficiency of machining can be achieved by performing the same process from rough machining to super finishing polishing. ⁇ Double-sided processing from roughing to super-finish polishing with the same processing machine enables high processing efficiency

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Abstract

同一砥石により研削、研磨、超仕上げ研磨を可能にする砥石、継続的に使用しても目詰まりしない砥石を提供する。被加工物（Ｗ）を加工する研削・研磨部（１）が多角柱を隙間なく並べたハニカム構造を有する砥石であって、ハニカム構造の交点又は壁部に、砥粒（５）及び結合材（６）からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する砥石柱（２）を備えた砥石、ハニカム内部に多孔質エラストマーを配置し、これにより超仕上げ研磨を可能とする。

Description

砥石
　本発明は、被加工物を研削・研磨する砥石に関する。具体的には、セラミックス、シリコンウエハ、半導体基板、ＬＥＤ基板、放熱基板、ＳｉＣ、アルミナ、サファイア、金属や合金などの被加工物を研削・研磨する砥石に関する。
　砥石は硬質の粒子つまり砥粒を結合材で固めて形成される工具である。砥石を用いた加工には、研削加工と研磨加工とがあり、習慣的には荒加工は研削加工と言われ、仕上げ加工は研磨加工と言われている。これらの加工は、砥石を被加工物つまりワークに押し付けた状態のもとで砥石と被加工物とを相対的に移動させることによって被加工物表面つまり被加工面を砥粒により多数の切りくずとして削り取る加工であって、この明細書では研削・研磨とは、研削加工、および、研磨加工の両者を云う。研磨加工には砥粒を固定させずに流体中に浮遊させ、例えば柔らかいバフを流体中に移動させることにより浮遊砥粒をワークに当てて研磨する方法が有り、超仕上げ研磨（ウルトラポリッシュ、スーパーポリッシュ）と呼ばれる。
　砥石を用いた研削・研磨加工には、被加工物の円筒形状の外周面を加工する円筒研削・研磨加工、被加工物の円筒形状の内周面を加工する内面研削・研磨加工、被加工物の平坦面を加工する平面研削・研磨加工がある。外周面や内周面を加工するための砥石としては、円筒形状の加工面が設けられた砥石が使用される。また、平面を加工するための砥石としては、外周面に加工面が設けられた円筒形の砥石または平坦な端面に加工面が設けられたカップ形、リング形およびディスク形の砥石が使用される。
　従来、ハニカム構造を有する砥石が知られている（例えば、特許文献１参照）。この砥石においては、多数の平行な貫通孔を有するセラミックス製の多孔支持体と、該多孔支持体の端面に超砥粒を金属メッキ層で固定された砥粒層とを具備し、この砥粒層には前記貫通孔に対応した開口部が形成されている。
　また、下記特許文献２には、ダイヤモンドまたはＣＢＮからなる超砥粒をビトリファイボンドにより固着して形成された研削砥石において、砥材層の形状をハニカム状として、超砥粒を含有する砥材層壁を格子状に形成させ、前記砥材層壁に囲まれた領域をチップポケットとする研削砥石が記載されている。
特開平４－１２９６７５号公報 特開２００４－２５５５１８号公報
　しかし、特許文献１に記載された砥石は、金属メッキ層で固定された砥粒層が薄いため研削・研磨の寿命が短い。また、ハニカム構造全体に砥粒が分散するため、砥粒によって削られた高温の切りくずがハニカムの稜線上に融着して目詰まりを起こし、次の研削・研磨を妨げる。
　また、特許文献２に記載された砥石は、砥粒層が厚いため研削・研磨の寿命の問題は解決するが、砥粒によって削られた高温の切りくずがハニカムの稜線上に融着して目詰まりを起こし、次の研削・研磨を妨げる問題は解決されない。
　すなわち、従来のハニカム構造はその線状になっている構造物が連続体であり、その内部の空間は被加工物が接しているときに作られる体積として閉じた空間になる。これによる弊害は閉じた空間にある空気によるエアーハンマー現象が生じて、温度の上昇で空気の膨張が起きて加圧状態になり、被加工物が砥粒層に接することを妨げたり、振動により加工面を荒くさせたりする。
　研削回転方向とハニカム構造のある稜は、直角に近い接し方や平行に近い接し方をする。被加工物が、金属やガラス系無機材料の溶融状態が可能なものの削られた切りくずは柔らかくなり、その状態で後続の砥粒に接して融着し目詰まりを起こす。
　本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、同一砥石により研削、研磨、超仕上げ研磨を可能にする砥石、エアーハンマー現象もなく継続的に使用しても目詰まりしないように研削有効圧力を上げることを可能にする砥石を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するために本発明の砥石は、被加工物を加工する研削・研磨部が多角柱を隙間なく並べたハニカム構造の壁部を構成する構造を有する砥石であって、前記ハニカム構造の交点または壁部に、砥粒および結合材からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する砥石柱を備えたことを特徴とする。
　本発明においては、ハニカム構造の交点または壁部に砥石柱を有することにより、研削の進行に連れ、ハニカムの稜が鋸状になり、被加工物とハニカムが接してもその中の空間が閉じた空間にならないので、加圧によるエアーハンマー現象が生じない。
　なお、本発明において、ハニカム構造とは、多角 柱を隙間間なく並べた形態をいう。
　前記砥石柱は、被加工物を研削・研磨する砥粒および結合材からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなるので、被加工物と砥石柱が点で接して接触点を少なくすることにより、研削
有効圧力が上がり、研削性能の向上に役立つ。さらに、砥石面より冷却水等の液体を出し砥石とワークの間隔を調整することにより研磨加工を行う。研削・研磨面に露出した砥粒が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。またこれらの研削・研磨後、ハニカム構造の空洞部に多孔体エラストマーを設置したものの場合、さらに冷却水、研磨液などを高圧に流すことによりこのエラストマーが膨張して、このエラストマーが直接ワークに当たり浮遊砥粒による超仕上げ研磨を可能にする。
　また、被加工物に対して平行に運動するハニカム構造の稜があっても、稜中の砥粒の後にハニカム構造の空間が有り、切りくずが次の砥粒に接する前に空間で砥石から離れ、冷却されるので目詰まりを起こさない。
　本発明の前記構成において、前記砥石柱の軸Ｌは、砥石の回転方向に傾斜して配置されていることが好ましい。
　このようにすれば、研削・研磨面に対して傾斜したすくい角をもって研削するため、より効率的に短時間での研削が可能となる。
　また、本発明の前記構成において、前記砥石の回転方向は、前記砥石柱の傾斜方向またはその反対方向であることが好ましい。
　このようにすれば、研磨時には、研削時と逆方向に素材を回転させることができ、砥石柱で被加工物をなでることができるため、より滑らかな仕上げ面を実現することができる。
　また、本発明の前記構成において、前記研削・研磨部は多孔質の砥石基部と一体に形成され、冷却液および化学研磨剤を有するスラリーが、前記砥石基部から前記研削・研磨部を通して前記被加工物と前記砥石との間に供給されることが好ましい。
　このようにすれば、冷却液および化学研磨剤を有するスラリーは気孔を介して 記被加工物と前記砥石柱との間に供給することにより、流体流路に加圧流体を供給して、砥石が被加工物から浮き上がり、加工速度を落とし研磨加工を行うことも可能である。また、後述するようにハニカム構造多角柱内に多孔質エラストマーを充填したものは、積極的にそれを膨張させることにより、固定砥粒が被加工物と接触させず浮遊砥粒による超仕上げ研磨加工を行うことも可能にする。
　また、本発明の前記構成において、前記ハニカム構造を形成する前記壁部で囲まれた空間が中空であることが好ましい。
　このようにすれば、ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間を、被加工物の切りくずをトラップするポケットとして使用することができる。
　また、本発明の前記構成において、前記ハニカム構造を形成する前記壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマーで充填されていてもよい。
　このようにすれば、ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマーで充填されているので、研削から超仕上げ研磨工程まで連続して行うことができる。
　また、本発明の前記構成において、前記砥石基部が減圧または常圧にされることにより、前記多孔質エラストマーが前記研削・研磨部の内部に引き込まれることが好ましい。
　このようにすれば、多孔質エラストマーが、内部に引き込まれることで、砥石柱を有するハニカム構造部がワーク面と直接接触し、効率よく研削工程を実施することができ、切りくずをトラップするポケットとして使用することも可能である。
　また、本発明の前記構成において、前記砥石基部が加圧されることにより、冷却媒体の加圧により前記多孔質エラストマーの気孔を通して冷却媒体が流出することが可能であり、その流出圧力を上げることにより多孔質エラストマーが前記研削・研磨部の外部に押し出されてもよい。
　このようにすれば、外部に押し出された多孔質エラストマーは、ワークとハニカム構造部との接触が断たれ、そのうえエラストマーがバフ研磨時のバフの働きを行い、効率よく超仕上げ研磨工程を実施することができる。
　本発明によれば、継続的に使用しても、エアーハンマー現象を起こさず目詰まりしない砥石、その上、多孔質エラストマーを併用する場合は、連続して同一の砥石による研削・研磨・超仕上げ研磨の可能な砥石を提供することができる。
　また、本発明によれば、研削・研磨効果が増大し、より短時間で粗研削から仕上げ研磨まで同一の装置および砥石で行うことができる。
本発明の砥石の実施形態を示す平面図である。 本発明の砥石の実施形態を示す部分拡大図である。 本発明の砥石の実施形態を示す断面図である。 本発明に用いる砥石柱の構造を示す模式図である。 本発明の砥石の実施形態を示す斜視図である。 本発明の砥石を用いた研削・研磨装置の実施形態を示す図である。 本発明の砥石の実施形態を示す斜視図である。 本発明の砥石の実施形態を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の砥石の実施形態を示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ’線に沿う断面図である。 本発明に用いる砥石柱の傾斜角の説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明の砥石の実施形態を示す平面図であり、図１（ａ）は円盤状の砥石を示し、図１（ｂ）はドーナツ状の砥石を示す。
　図１に示すように、本実施形態の砥石は、被加工物Ｗを加工する研削・研磨部（研削・研磨層）１がハニカム構造を有している。ハニカム構造の断面形状は六角形である。このハニカム構造の断面形状は、三角形や、四角形、多角形からなる幾何学模様、その組み合わせをランダムに配置してもよい。
　この砥石が対象とする被加工物Ｗは、セラミックス、シリコンウエハ、半導体基板、ＬＥＤ基板、放熱基板、ＳｉＣ、アルミナ、サファイア、金属や合金などを云う。また、研削・研磨とは、研削加工、および、研磨加工の両者を云う。
　図２は、本発明の砥石の実施形態を示す図１の部分拡大図である。
　図２（ａ）の砥石は、ハニカム構造の交点に、砥粒５および結合材６からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された柱からなる砥石柱２を有している。そのうえ、図中の研削・研磨１の壁部も多孔体である。
　研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなる砥石柱２を有するので、被加工物Ｗと砥石柱が点で接して有効圧力が上がり、研削性能の向上に役立つ。さらに、研削・研磨面に露出した砥粒が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。
　また、被加工物Ｗに対して平行に運動するハニカム構造の稜があっても、砥粒の後に空間が有り、切りくずが次の砥粒に接する前に空間で砥石から離れ冷却されるので目詰まりを起こさない。
　また、図２（ｂ）の砥石は、ハニカム構造の壁部に、砥粒５および結合材６からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された柱からなる砥石柱２を有している。
　図２（ａ）、（ｂ）に示すハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間は中空である。この空間は、被加工物Ｗの切りくずをトラップするポケットとなる。
　図３は、本発明の砥石の実施形態を示す断面図である。
　図３では、研削・研磨部1は多孔質の砥石基部３と一体に形成され、ハニカム構造を形成する壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマー４で充填されている。
　図３（ａ）では、前記砥石基部３が減圧または常圧にされることにより、多孔質エラストマー４がさらに研削・研磨部１の内部に引き込まれている。
　また、図３（ｂ）では、前記砥石基部３が加圧されることにより、多孔質エラストマー４が研削・研磨部１の外部に押し出されている。
　図４は、本発明に用いる砥石柱の構造を示す模式図である。図４(ａ)は焼成前、図４(b)は焼成後を示しており、焼成後は結合材6が溶け砥粒５を包み込んで砥粒５同士を結合させている。
　本実施形態の砥石は、被加工物Ｗを研削・研磨する砥粒５および結合材６からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなる砥石柱２を有するので、研削・研磨面に露出した砥粒５が脱落しても、その下層に埋もれていた砥粒５が露出することにより、加工速度を維持しつつ、継続して、研削・研磨を行うことができる。結合材６は、図４(ａ)に示すように混合されるが、焼成後は結合材６が溶け砥粒５を包むように砥粒５を繋ぎ柱が形成される。なお、砥石柱２の断面形状は、図４に示すような円柱に限らず、角柱や薄い板からなる柱でもよい。
なお、砥粒５はダイヤモンドが使用されており、その平均粒径は０．１～３００μｍとなっている。ただし、ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良く、さらには、炭化ケイ素ＳiCつまりGC、ムライト(3Ａl2O3-2ＳiO2)、または溶融アルミナＡl2O3つまりWＡの単体或いはこれらの混合体を使用するようにしても良い。砥石を構成する結合材６としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材６としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。なお、砥粒５の平均粒径とは、砥粒５の断面が円形でない場合には、同じ断面積の円相当径の平均値とする。
　また、砥石は、被加工物Ｗが平板状の場合には、図１に示すような平面からなる厚さ５～１０mmのディスク形状でよいが、被加工物Ｗを研削・研磨する面が曲面であることにより、例えば、ディスク形状の砥石の外周に、ディスク形状の半径方向に軸Ｌを有し平行に配置された多数の柱からなる砥石柱２を配置することによって、複雑形状の被加工物Ｗの研削・研磨を行うことができる。
　また、前記研削・研磨部１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４を有する場合はこれを含み、気孔率２０～６０体積％の多孔体であることが好ましい。気孔率の下限（２０％）の限定理由は、これ以下の多孔体では気孔７が主に閉気孔になり開気孔ではなく、真空の為の空気や冷却剤の出入りが出来なくなるからであり、気孔率の上限（６０％）の限定理由は、砥粒５と結合材６の混合粉体の嵩密度は多くて６０％程度であり、それから焼成しているからである。
　研削・研磨部１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４を有する場合はこれを含み、気孔率２０～６０体積％の多孔体であることによって、下記の作用効果を奏する。
・研削・研磨部１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４を有する場合はこれを含み、多孔体にすることにより、砥石面を真空に引き、砥粒と被加工物の距離を近づけることを可能にする。
・砥石を多孔体にすることにより、水などの冷媒を直接出すことにより砥石と被加工物Ｗの研削面の距離のコントロールや、被加工材の砥石への不必要な接着を無くすることを可能にする。
・砥石から水などの冷媒を直接出すことにより砥石加工の冷却及び研磨を実施することを可能にする。
　また、冷却液、化学研磨剤を有するスラリー、またはこれらの混合物を前記研削・研磨部１の気孔、砥石柱２内部の気孔、多孔質エラストマー４を配備している場合はその気孔、を介して前記被加工物Ｗと前記砥石との間に供給すること供給することができる。
　さらに、真空ポンプ等の真空装置を用いて前記研削・研磨部１、砥石柱２、砥石基部３、多孔質エラストマー４中の気孔を介して前記被加工物Ｗと前記砥石との間を減圧することができる。
　また、前記記載の砥石を用いることにより、下記の作用効果を奏する研削・研磨装置を提供することができる。
・砥石面から真空引きを可能にする。
・水などの冷媒を砥石から出せるような気孔機構を可能にする。
・研削砥石のドレッシングを省略可能とする。
・粗研削、ラッピング研削、仕上げ研磨を同時に実施可能にする。
　図５は本発明の一実施の形態である砥石を示す斜視図であり、図６は図５に示した砥石が砥石ホルダーに取り付けられた状態を示す断面図である。下記の実施形態では、被加工物Ｗをシリコンウエハを例として説明する。
　図５に示す砥石１０は、全体的に円板形状つまりディスク形状となっており、ハニカム構造は省略されている。砥石１０の一方の端面が加工面１１になり、他方の端面が基端面１２になっている。図６に示すように、砥石１０は砥石ホルダー２０に基端面１２が突き当てられるようにして取り付けられて砥石ホルダー２０により回転駆動される。砥石１０はこれの外周部に形成された取付孔１３を貫通して砥石ホルダー２０にねじ結合されるボルト１４により砥石ホルダー２０に取り付けられるようになっている。
　砥石１０は砥粒と砥粒相互を連結する結合材とにより形成され、内部には微細な気孔７が形成された多孔体となっている。
　図６に示すように、砥石１０は砥石ホルダー２０を介して研磨装置の砥石回転シャフト２２に取り付けられるようになっており、砥石回転シャフト２２を駆動する図示しないモータにより砥石１０は砥石ホルダー２０を介して回転駆動される。砥石回転シャフト２２に形成された流体案内流路２３は、ロータリジョイント２４を介して真空ポンプ２５に接続され、真空ポンプ２５とロータリジョイント２４とを接続する流体案内流路２６ａには流路開閉弁２７ａと圧力調整弁２８ａとが取り付けられている。したがって、流路開閉弁２７ａを開いた状態のもとで真空ポンプ２５を作動させると、研削・研磨部１、砥石柱２内部、多孔質エラストーマー４を配備している場合はその気孔、は、流体案内流路２３を介して真空ポンプ２５に連通して大気圧よりも低い真空状態つまり負圧状態となり、砥石１０の砥粒が効率良く被加工物に食い込むことを可能にする。
　ロータリジョイント２４には加圧ポンプ２９が接続され、加圧ポンプ２９とロータリジョイント２４とを接続する流体案内流路２６ｂには流路開閉弁２７ｂと圧力調整弁２８ｂとが取り付けられている。加圧ポンプ２９は容器３０内に収容された研磨液等の液体を加圧して吐出し、流路開閉弁２７ｂを開いた状態のもとで加圧ポンプ２９を作動させると、液体が流体案内流路２３を介して研削・研磨部１、砥石柱２内部、多孔質エラストーマー４を配備している場合はこれを含み、これらの気孔内に入り込んで加工面１１から流出することになる。
　砥石回転シャフト２２の上方には、シリコンウエハなどの被加工物Ｗを支持してこれを回転させる真空チャック３１が装着されたワーク回転シャフト３２が設けられている。このワーク回転シャフト３２は砥石１０の加工面１１に沿う方向に水平方向に移動自在となるとともに上下方向に移動自在となっており、真空チャック３１に支持された被加工物Ｗを砥石１０に向けて接近離反移動させることができる。さらに、被加工物Ｗを砥石１０に接触させた状態でワーク回転シャフト３２および真空チャック３１の自重により被加工物Ｗに対して押し付け力を加えることができる。この自重による押し付け力に加えて、空気圧シリンダなどによりワーク回転シャフト３２に推力を加えて被加工物Ｗに対して押し付け力を付加するようにしても良い。
　真空チャック３１は複数の吸気孔３３が形成されたチャック板３４を有し、それぞれの吸気孔３３に連通する真空流路３５がワーク回転シャフト３２に形成されている。真空流路３５はロータリジョイント３６を介して真空ポンプ３７に接続され、真空ポンプ３７とロータリジョイント３６とを接続する真空供給路３８には流路開閉弁３９が取り付けられている。したがって、真空ポンプ３７を作動させて真空流路３５を大気圧よりも低い圧力にすると、吸気孔３３内に外部空気が流入して被加工物Ｗは真空チャック３１に真空吸着されて保持される。また、上部の構造物を前述の砥石と同じ構造物の相似形のものを取り付けることにより被加工物Ｗの両面加工を可能にする。この場合ＷはＷの形状に穴を開けたシート状のもので保持させる。
　砥石１０を用いた研磨加工としては、冷媒を加圧ポンプ２９により加圧して流体流路１７を介して加工面１１から流出させるようにした被加工物Ｗの研磨加工、および回路パターン形成前のウエハまたは回路パターンが形成されたウエハの表面を加工面１１から加工面１１と被加工物Ｗとの間の圧力、つまり砥粒と被加工面の距離を調整することによって、研磨加工を行う。また、遊離砥粒を有する研磨液を加圧ポンプ２９により加圧して流体流路１７を介して加工面１１から流出させるようにした被加工物Ｗの研磨加工、および回路パターン形成前のウエハまたは回路パターンが形成されたウエハの表面を加工面１１から化学研磨剤を有するスラリーを流出させるようにした研磨加工つまりＣＭＰ加工に適用することができる。このような研磨加工においては、加工面１１から砥石１０と被加工物Ｗとの間に研磨液等を供給することになるので、被加工物Ｗの被加工面全体に確実に研磨液を供給することができる。しかも、砥石１０は、通常のＣＭＰ加工のようなウレタン等からなる研磨パッドに比して、加工面１１の硬度が高いので、ウエハの表面にうねり等を発生させることなく、高い平坦度で研磨加工を行うことができ、さらに、加工面１１と被加工物Ｗとの間の圧力を調整することによって、研磨加工時間や研磨量を容易に設定することができる。
　内部に流体流路１７，１８が形成された砥石１０を製造するには、砥粒と結合材と助剤との混合物を成形型内に注入する。一方、消失樹脂等のように熱を加えると消失する消失材料からなる中子を流体流路１７，１８の形状に予め製造しておき、混合物を成形型内に注入する際に混合物の内部に中子を投入する。このようにして砥石１０に対応した形状に成形された砥石素材を焼成炉において加熱することにより、中子が消失とするとともに砥粒が結合材により連結され、内部に研削・研磨部１の気孔、砥石柱２内部の気孔、多孔質エラストマー４を配備している場合はその気孔、を有し流体流路１７，１８が形成された多孔体からなる砥石１０が一体に製造される。砥石１０の気孔率は、助剤の量を増やすと小さくなるが、助剤の量以外に焼成温度等によっても気孔率を調整することができる。
　したがって、上述のように砥石１０を研削・研磨部１の部分と砥石基部１６とにより形成する場合には、例えば助剤の量を研削・研磨部１と砥石基部１６とで相違させることにより、研削・研磨部１と砥石基部１６のうち流体流路１７が形成された部分とを開気孔構造の多孔体とし、この部分から基端面１２側の部分を閉気孔構造の多孔体とすることができる。
　砥石柱２を構成する砥粒５としては、ダイヤモンドつまりダイヤモンド砥粒が使用されており、その平均粒径は０．１～３００μｍとなっている。ただし、ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良く、さらには、炭化ケイ素SiCつまりGC、ムライト(3Ａl2O3-2SiO2)、または溶融アルミナＡl2O3つまりWＡの単体或いはこれらの混合体を使用するようにしても良い。砥石１０を構成する結合材としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。
　本発明の特徴である、目詰まり防止について説明する。砥石が加工できなくなる理由は目立ての必要性が出てきた場合だけでなく、目詰まりが起きた場合がある。サファイアのように硬いものを研削・研磨する場合には、目詰まりの問題は多くの場合生じないが、セラミックスでもサファイアより柔らかいものや、金属や合金のようなものを加工したときに目詰まりが起きる。これは、削られた微粉が高温のまま、砥石の砥粒と砥粒の間に詰まり砥石面が平らになって砥粒の突き出しがなくなり削れなくなる現象である。これに関して本砥石は、削られた微粉の温度を下げるために、いったんチップポケットに留めたり、流体(水のような冷媒とか空気)を気孔から出し削りくず及び砥粒の温度を下げ高温のまま削りくずが砥粒に接しないようにして目詰まりを抑え、流体を出し入れすることにより削りくずを取り除くことができる。
　また、両面加工により、加工速度を上げることができる。しかし、両面加工すると、特に薄いものの加工になると水の様な冷媒の表面張力で砥石面に接着して剥がせなくなったり、多数の被加工物Ｗを加工する場合、いくつかの被加工物Ｗが片面の砥石に着き、残るいくつかの被加工物Ｗがもう一方の砥石に着き自動化や、量産化ができなくなる。
　また、シリコン基板等の被加工物Ｗは、どんどん薄くなってきているがその限界は片面加工をしているので加工面と加工されていない面の差が出てきて薄いものは反って使えなくなるからである。それを両面加工することにより、両面が同じように変化するので反りを無くすることができる。
　また、シリコン基板等の被加工物Ｗは、どんどん薄くなってきているが、そのため片面加工をした時に加工面と加工されていない面の差が出てきて反って使えなくなることがある。それを両面加工することにより、両面が同じように変化するので反りを無くすることができる。
　しかし、従来の研削・研磨装置で両面加工すると水のような冷媒を入れているのでその表面張力で加工後に砥石を上げて被加工物Ｗを取り出そうとしたときに上の砥石に着いたままあがったり、下の砥石に着いたまま上がったりする。それをはがすのに一工程増え、そして剥がすのを失敗するとせっかく薄くしたものが壊れたりする。それで一般には両面加工機は粗加工するものでまた比較的厚い被加工物Ｗの場合に限られている。
　そこで、本発明の好ましい実施形態である砥石は、上下に砥石を置きその間に被加工物Ｗを挟み込んだ場合、流体(水などの液体でも空気などの気体でも良い)を砥石から出し被加工物Ｗが砥石に接着することを防ぎ、被加工物Ｗを取り出し易くすることができ、その結果、薄い被加工物または研磨工程においても両面加工を可能にすることができる。
　図８および図９は、本発明に用いる砥石柱の軸Ｌを砥石の回転方向に傾斜させた実施形態を示し、図８は平面砥石の場合、図９はストレート砥石、カップ砥石の場合を例示する。
　図８および図９に示すように、本実施形態の砥石は、被加工物Ｗを加工する研削・研磨部１がハニカム構造を有している。ハニカム構造の断面形状は六角形である。このハニカム構造の断面形状は、三角形や、四角形、多角形からなる幾何学模様、その組み合わせをランダムに配置してもよい。
　図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、砥石柱２の軸Ｌは、砥石の回転方向に傾斜して配置されている。砥石柱２の傾斜角θは図１０に示すように、研削・研磨面に直交する深さ方向と砥石柱２の軸Ｌとのなす角度であり、被加工物Wを効率的に研削するためにはθ：０～６０°が好ましい。
　これによれば、砥石柱２は研削・研磨面に対して傾斜したすくい角をもって被加工物Wを研削するため、より効率的に短時間での研削が可能となる。
　また、図８および図９に示す砥石の回転方向は、前記砥石柱の傾斜方向またはその反対方向であることが好ましい。
　これによれば、研磨時には、砥石を研削時と逆方向に回転させることができ、砥石柱２で被加工物をなでることができるため、より滑らかな仕上げ面を実現することができる。
　図１～図６に示す本発明の平面砥石、および、図７に示すストレート砥石、カップ砥石を用いて、本発明の範囲である砥石柱の径Ｄに相当する厚さを砥粒５の平均粒径の１～１００倍の範囲内である１～２ｍｍ、隣り合う砥石柱の間隔Ｓを砥石柱の径Ｄに相当する厚さの１０～１０００倍の範囲内である１０～２０ｍｍ、砥石柱及び砥石基部３の気孔率を３０～６０％として実施した。砥石の研削・研磨面の面積に対する砥石柱の断面積の合計比率は０．４～７．０％であり、従来より低い値だった。なお、砥粒は平均粒径が２０μｍのダイヤモンドを使用した。
　本発明の砥粒をダイヤモンドとし被加工物Ｗをサファイアとしたときの実施例の効果を示す。本発明の砥石を用いれば、被加工物Ｗの押圧力を３０kPａから２０kPａまで低下させた後に、再び３０kPａまで復活させても研削・研磨の加工速度が維持されており、本発明の効果が確認された。一方従来砥石は最初の２０分で加工速度が落ちドレッシングが必要になって、ドレッシングなしでは加工継続が困難になっている。本発明の砥石はドレッシングなしで印加圧を戻せば加工速度が戻っていることを示し、ドレッシングなしの加工が実現された。
　本発明によれば、粗加工に使われるような砥粒を使いダイヤモンド等の砥粒の切れ味を向上させることにより、下記の効果を奏することができる。
・通常の粗加工よりいっそう高速加工を可能にする。
・粗加工中の欠陥の発生を抑える。
・粗加工の仕上げ面を滑らかにし、粗加工後のラップ加工、を省くことができる。
・寸法精度を出せるように研削速度の制御を粗加工中に行える。
・粗加工から超仕上げ研磨加工までを同じ加工機のセットアップで行えることにより、加工の高効率化を可能にする。
・粗加工から超仕上げ研磨加工までを同じ加工機で両面加工し、加工の高効率化を可能にする
１　研削・研磨部
２　砥石柱
３　砥石基部
４　多孔質エラストーマー
５　砥粒
６　結合材
７　気孔
Ｌ　砥石柱の軸
Ｄ　砥石柱の径
Ｓ　砥石柱の間隔
 

Claims (8)

  1. 　被加工物を加工する研削・研磨部が多角柱を隙間なく並べたハニカム構造を有する砥石であって、前記ハニカム構造の交点または壁部に、砥粒および結合材からなり、研削・研磨する面の深さ方向に軸Ｌを有する砥石柱を備えたことを特徴とする砥石。
  2. 　前記砥石柱の軸Ｌは、砥石の回転方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の砥石。
  3. 　前記砥石の回転方向は、前記砥石柱の傾斜方向またはその反対方向であることを特徴とする請求項２に記載の砥石。
  4. 　前記研削・研磨部は、多孔質の砥石基部と一体に形成され、冷却液および化学研磨剤を有するスラリーが、前記砥石基部から前記研削・研磨部を通して前記被加工物と前記砥石との間に供給されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の砥石。
  5. 　前記ハニカム構造を形成する前記壁部で囲まれた空間が中空であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の砥石。
  6. 　前記ハニカム構造を形成する前記壁部で囲まれた空間が多孔質エラストマーで充填されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の砥石。
  7. 　前記砥石基部が減圧または常圧にされることにより、前記多孔質エラストマーが前記研削・研磨部の内部に引き込まれることを特徴とする請求項６に記載の砥石。
  8. 　前記砥石基部が加圧されることにより、前記多孔質エラストマーが前記研削・研磨部の外部に押し出されることを特徴とする請求項６に記載の砥石。
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