JPH04354676A - 精密加工用砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体用ウェハーや基
板，磁気ヘッド基盤，レーザ用反射鏡，光学部品，精密
機械部品，精密計測器部品，電子部品等の各種産業に用
いられるセラミックス，ガラス，単結晶を代表とする硬
質材料又は軟質加工材料を鏡面加工するのに最適な精密
加工用砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、研削加工又は研削加工の内、ラッ
ピングやポリシクングのように鏡面加工を目的とする仕
上加工には、被加工材料よりも硬い主としてダイヤモン
ドや立方晶窒化ホウ素のような超硬質砥粒もしくはそれ
を含む砥石が用いられている。

【０００３】これに対し、被加工材料よりも軟質な砥粒
又はそれを含む砥石を用いて、被加工材料との機械的な
作用により誘起される化学反応、所謂メカノケミカルを
生じさせる仕上加工法が提案されている。

【０００４】このメカノケミカルによる加工法の代表的
なものとしては、Ｖｏｒａらの「Ｍｅｃｈａｎｏｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　　ｏｆ　　Ｓｉｌ
ｉｃｏｎＮｉｔｒｉｄｅ」［Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ
，６５（９）Ｃ−１４０（１９８２）］、唐木らの「Ｓ
ｉ単結晶のメカノケミカルポリシングにおける加工速度
促進機構」［精密機械，４６，３（１９８０）５３−５
９］、落合らの「フェライト材のメカノケミカルポリシ
ング」［精密工学会誌，５４，３（１９８８）１４６−
１５１］及び特開昭６４−６４７６６号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｖｏｒａらの「Ｍｅｃ
ｈａｎｏｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　　
ｏｆＳｉｌｉｃｏｎ　　Ｎｉｔｒｉｄｅ」には、窒化ケ
イ素とセラミックスをＣａＣＯ３，ＭｇＯ，ＳｉＯ２，
Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ３Ｏ４等の軟質な砥粒を用いて湿式で
メカノケミカルポリシングをしたことが記載されており
、唐木らの「Ｓｉ単結晶のメカノケミカルポリシングに
おける加工速度促進機構」には、Ｓｉ単結晶をアルカリ
性溶液中、ＺｒＯ２砥粒によりメカノケミカルポリシン
グしたことについて記載されている。落合らの「フェラ
イト材のメカノケミカルポリシング」には、Ｍｎ−Ｚｎ
系単結晶フェライトを蒸留水，水酸化ナトリウム，塩酸
溶液中、Ａｌ２Ｏ３砥粒によりメカノケミカルポリシン
グしたことについて記載されている。

【０００６】また、特開昭６４−６４７６６号公報には
、被加工材料との反応性に優れた金属，酸化物，窒化物
，ケイ化物，ホウ化物，炭化物の砥粒と、ポリアセター
ル，ポリエチレン，アクリロニトリル，ポリフェニルサ
ルファイド，フェノール，エポキシの樹脂とを被加工材
料より軟質に成形した砥石材が記載されている。

【０００７】以上の内、Ｖｏｒａ，唐木，落合らの前者
は、酸化物砥粒を用いてメカノケミカルポリシングを行
ったものであり、後者の特開昭６４−６４７６６号公報
は、酸化物、特にＣｒ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＣｅＯ２の
酸化物砥粒と樹脂とからなる砥石について記載されてい
る。 これらに用いられている砥粒は、市販されているもので
、化学的に安定な化学量論的化合物からなるために、ポ
リシング効果が弱く、溶媒を介在させてポリシング効果
を高めようとしていること、被加工材料の表面を鏡面に
する場合、長時間加工する必要があること、又加工後の
鏡面状態、すなわち面粗度が満足できないという問題が
ある。

【０００８】本発明は、上述ような問題点を解決したも
ので、具体的には、化学的に準安定な非化学量論的化合
物の砥粒を樹脂で固めて、ポリシング効果の高い、被加
工材料の面粗度を高めることができた精密加工用砥石の
提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、半導体用
Ｓｉウェハーやセラミックス焼結体でなる被加工材料の
表面を鏡面加工し、加工時間の短縮及び被加工材料の面
精度の向上について検討していた所、超硬質砥粒よりも
軟質な金属酸化物を樹脂で固めた砥石を用いて、メカノ
ケミカルポリシングを行うと鏡面加工ができること、こ
のとき市販の金属酸化物に比べて、還元処理した非化学
量論的化合物からなる金属酸化物を用いると、従来のよ
うな酸性溶液又はアルカリ性溶液を媒介とする湿式によ
るメカノケミカルポリシングでなくても、乾式でもつて
メカノケミカルポリシング効果が十分に生じること、非
化学量論的化合物の砥粒が酸素欠陥に基づく触媒作用に
より被加工材料の表面を酸化促進させること、及びその
効果として、被加工材料の面精度を顕著に向上させうる
という知見を得た。

【００１０】本発明は、上述の知見に基づいて完成した
ものである。

【００１１】すなわち、本発明の精密加工用砥石は、レ
ジンボンド砥石であって、該砥石に金属の酸化物，酸炭
化物，酸窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくと
も１種でなる非化学量論的化合物の砥粒を少なくとも３
０体積％含有していることを特徴とするものである。

【００１２】本発明における非化学量論的化合物の砥粒
とは、周期律表の２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ
，８ａ，３ｂ，４ｂ，５ｂの酸化物，酸炭化物，酸窒化
物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の非化
学量論的化合物の粒子でなり、実際には、金属及び／又
は半金属の元素をＭ、非金属の元素をＡと表示すると、
（Ｍ１Ａ１−Ｗ）、（Ｍ１Ａ２−Ｘ）、（Ｍ２Ａ３−Ｙ
）、（Ｍ３Ａ４−Ｚ）で表わされるもので、（化学量論
的化合物は、Ｍ１Ａ１，Ｍ１Ａ２，Ｍ２Ａ３，Ｍ３Ａ４
でなる。）具体的に例示すると、酸化クロムの場合、Ｃ
ｒＯ２−Ｘ，Ｃ２Ｏ３−Ｙ、酸化鉄の場合、ＦｅＯ１−
Ｗ，Ｆｅ２Ｏ３−Ｙ，Ｆｅ３Ｏ４−Ｚ、酸化チタンの場
合、ＴｉＯ１−Ｗ，ＴｉＯ２−Ｘ，Ｔｉ２Ｏ３−Ｙを挙
げることができる。（ただし、Ｍ及びＡは原子比を表わ
す。）非化学量論的化合物の砥粒は、希土類元素及び周
期律表の４ａ，６ａ，８ａの酸化物，酸炭化物，酸窒化
物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなる
場合が好ましく、これらの内、チタン，クロム又は鉄の
酸化物，酸炭化物，酸窒化物及びこれらの相互固溶体の
中の少なくとも１種、具体的には、例えばＣｒＯ２−Ｘ
，ＴｉＯ２−Ｘ（ただし、０．７７＞ｘ＞０）、Ｃｒ２
Ｏ３−Ｙ，Ｆｅ２Ｏ３−Ｙ（ただし、０．６＞ｙ０）で
なる場合には、被加工材料の面精度の向上が特に顕著に
なることから好ましい。

【００１３】さらに、好ましいのは、０．０６＞ｘ＞０
．０３，０．６＞ｙ＞０．１１である。

【００１４】非化学量論的化合物の砥粒は、微細である
程、活性化が高く、被加工材料の面精度の向上が顕著に
なり、平均粒径１．０μｍ以下で粒度分布の標準偏差が
均一な粒子からなる砥粒、特に好ましくは平均粒径０．
０５μｍ以下の粒子である。この砥粒が３０体積％未満
になると被加工材料の面精度の向上効果が顕著に低下す
る。

【００１５】本発明の精密加工用砥石は、特に上述の非
化学量論的化合物の砥粒が３０〜８０体積と、樹脂が１
５〜４９体積％と、残部が金属の化合物を主成分とする
他物質とからなる場合が砥石の強度上からも好ましいこ
とである。

【００１６】本発明における樹脂は、特に制限を受ける
ものでないが、フェノール，エポキシ，ポリイミド，ポ
リスチレン又はポリエチレンでなる場合には、砥石の成
形性，強度及び砥石の成形時での砥粒及び他物質の分散
性にすぐれるので好ましいことである。

【００１７】本発明における金属の化合物を主成分とす
る他物質とは、従来から砥石に用いられている物質なら
ば特に制限を受けるものでなく、具体的には、超硬質砥
粒，化学量論的化合物の砥粒，ガラス，ウィスカー，繊
維，カーボンを挙げることができ、さらに具体的には、
例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＳｉＣ，Ｆｅ２Ｏ３，Ｚ
ｒＯ２，ＣｅＯ２，ＣＢＮ，ＷＢＮ，（ウルツ鉱型ＢＮ
），ダイヤモンドを挙げることができる。

【００１８】本発明の精密加工用砥石は、従来から行わ
れている砥石の成形法、具体的には、砥粒と樹脂又は必
要に応じて他物質の含有した出発原料を混合，篩別後、
金型でもってホットプレスして作製することができる。

【００１９】

【作用】本発明の精密加工用砥石は、使用時には、非化
学量論的化合物の砥粒がそれに内在している活性力と被
加工材料の表面における摩擦熱により、一層活性化を高
め、砥粒と被加工材料との化学反応の促進作用、所謂メ
カノケミカル作用を顕著に生じさせている。また、砥石
に含有する樹脂は、非化学量論的化合物の砥粒及び他物
質を保持し、砥石の強度を高める作用及び、使用時には
、非化学量論的化合物の砥粒と被加工材料の表面とを接
触しやすくする作用をしているものである。

【００２０】

【実施例１】平均粒径が１μｍ以下の各種市販の砥粒を
還元処理して、非化学量論的化合物の砥粒とした出発原
料と、平均粒径１μｍ以下の各種の金属又は半金属の化
合物粉末と、各種の樹脂を用いて、表１のように配合し
、各試料を得た。

【００２１】表１に示した配合組成の各試料を擂摺機に
て混合，篩別後、表２に示す焼結条件でもって砥石を作
製した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】 表２により得た本発明品１〜１５と比較品１〜５及び市
販のシリカゾルを比較品６として用いて、下記の条件で
もって鏡面研摩仕上を試みた。 鏡面研摩仕上げ条件 被加工材料：表３に示すセラミックス，ガラス及びＳｉ
ウェハーの表面を１μｍダイヤモンド砥石で研摩した面
、 回転数　　　　：９０ｒｐｍ 加工圧力　　：１２０ｇ／ｃｍ２ 研摩方式　　：乾式 評価　　　　　　：所定の研摩時間における被加工材料
の面粗度、６０分研摩後における被加工材料の面状態及
び砥石の損傷状態の観察。

【００２４】上記鏡面研摩仕上試験の結果を表３に示し
た。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【実施例２】市販されている平均粒径０．１μｍで、か
つ標準偏差の均一なＣｒ２Ｏ３を各種の条件でもって還
元処理し、各種のＣｒ２Ｏ３−ｙの砥粒を得た。

【００２７】このＣｒ２Ｏ３−ｙの砥粒とフェノール樹
脂とを表４のように配合した後、実施例１と同様にして
各種の砥石を作製した。

【００２８】

【表４】 表４に示した各種の砥石を用いて、実施例１で行ったと
同様の鏡面研摩仕上試験を行って、その結果を表５に示
した。

【００２９】ここで用いたＣｒ２Ｏ３−ｙの内、Ｃｒ２
Ｏ２．４の砥粒の硬さを測定し、その結果を図１に示し
た。

【００３０】

【表５】

【００３１】

【発明の効果】本発明の精密加工用砥石は、砥石中に含
有している非化学量論的化合物の砥粒と、使用時に被加
工材料の表面に発生する摩擦熱でもって、被加工材料の
表面でサブナノメーターのオーダーでの酸化，酸化被膜
形成及びその被膜除去が繰り返されるという、酸化反応
の促進効果の高い砥石であり、従来の化学量論的化合物
の砥粒を含有した砥石に比べて、被加工材料の面粗度（
Ｒｍａｘ）において、約８．５〜６６倍も向上させうる
という顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の精密加工用砥石に用いた砥粒の内の１
種であるＣｒ２Ｏ２．４の温度と硬さの関係を示すグラ
フである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レジンボンド砥石において、該砥石は
   、金属の酸化物，酸炭化物，酸窒化物及びこれらの相互
   固溶体の中の少なくとも１種でなる非化学量論的化合物
   の砥粒を少なくとも３０体積％含有していることを特徴
   とする精密加工用砥石。
2. 【請求項２】　　上記非化学量論的化合物の砥粒がチタ
   ン，クロム又は鉄の酸化物，酸炭化物，酸窒化物及びこ
   れらの相互固溶体の中の少なくとも１種からなることを
   特徴とする請求項１記載の精密加工用砥石。
3. 【請求項３】　　上記非化学量論的化合物の砥粒が平均
   粒径１．０μｍ以下の粒子でなることを特徴とする請求
   項１又は２記載の精密加工用砥石。
4. 【請求項４】　　レジンボンド砥石において、該砥石は
   、樹脂が１５〜４９体積％と、金属の酸化物，酸炭化物
   ，酸窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１
   種でなる非化学量論的化合物の砥粒が３０〜８０体積％
   と、残部が金属の化合物を主成分とする他物質とからな
   ることを特徴とする精密加工用砥石。
5. 【請求項５】　　上記樹脂がフェノール，エポキシ，ポ
   リイミド，ポリスチレン又はポリエチレンからなり、上
   記非化学量論的化合物の砥粒がチタン，クロム及び／又
   は鉄の酸化物からなることを特徴とする請求項４記載の
   精密加工用砥石。
6. 【請求項６】　　上記非化学量論的化合物の砥粒が平均
   粒径１．０μｍ以下の粉末でなることを特徴とする請求
   項４又は５記載の精密加工用砥石。