JPH054171A - 精密加工用レジンボンド砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種のセラミックス焼結体，ガラス，半導体
用ウエハーに用いる単結晶からＣＢＮ焼結体又はダイヤ
モンド焼結体、さらにダイヤモンド被覆材料等の硬質材
料、もしくは磁気テープ等の軟質加工材料を面粗度の優
れる鏡面に仕上げることが可能な砥石を提供する。 【構成】 無機塩の砥粒を少なくとも３０体積％含有さ
せた精密加工用レジンボンド砥石。 【効果】 従来の砥粒を含有した砥石に比べて、被加工
材料の面粗度が約５〜２４２倍も向上し、同一被加工材
料の面粗度で比較すると、面粗度で約３８〜１５１倍も
向上する。

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
加工用レジンボンド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 Ｓｉｌｉｃｏ
ｎＮｉｔｒｉｄｅ」［Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ，６５
（９）Ｃ−１４０（１９８２）］、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」［精密機械，４６，３（１９８０）５３−５９］、
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）１４６−１５
１］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 ｏｆ
Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ」には、窒化ケイ素と
セラミックスをＣａＣＯ₃，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂，Ｆｅ
₂Ｏ₃，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、化学的に安定な金属酸
化物からなるために、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、無機塩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
可能な精密加工用レジンボンド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
軟質な無機塩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を含む砥石が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
グを行う必要があるのに対し、無機塩を含む砥石は、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、及びその効果として、被加工材料の表面への影
響、例えば、応力，酸素付着，酸化膜付着等が生じな
く、かつ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レジンボン
ド砥石は、無機塩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ものである。

【００１２】本発明における無機塩の砥粒は、例えばフ
ッ酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，硝酸塩，硫酸
塩，炭酸塩，修酸塩，酢酸塩を挙げることができ、具体
的にはＬｉＦ，ＮａＦ，ＫＦ，ＫＦ・ＨＦ等のフッ酸
塩、ＬｉＣｌ，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＮａＣｌＯ₃，ＫＣ
ｌＯ₃，Ｂａ（ＣｌＯ₃）₂，ＫＣｌＯ₄，ＮａＣｌＯ₄，
ＭｇＣｌ，ＢａＣｌ，ＮｉＣｌ，ＣｏＣｌ，ＣａＣｌ，
ＺｎＣｌ，ＡｌＣｌ，ＣｒＣｌ，ＮＨ₄Ｃｌ等の塩酸
塩、ＮａＢｒ，ＫＢｒ，ＫＢｒＯ₃，ＮａＢｒＯ₃等の臭
素酸塩、ＮａＩ，ＫＩ，ＫＩＯ₃，ＫＨ（ＩＯ₃ ）₂，Ｃ
ｄＩ₂等のヨウ素酸塩、ＮａＮＯ₂，ＮａＮＯ₃，ＫＮ
Ｏ₂，ＫＮＯ₃，Ｃａ（ＮＯ₃）₂，Ｚｎ（ＮＯ₃）₂，Ａｌ
（ＮＯ₃）₃，ＡｇＮＯ₃，Ｃｏ（ＮＯ₃）₂，ＺｒＯ（Ｎ
Ｏ₃）₂，Ｓｒ（ＮＯ₃）₂，Ｆｅ（ＮＯ₃）₂，Ｃｕ（ＮＯ
₃）₂，Ｐｂ（ＮＯ₃）₂，Ｎｉ（ＮＯ₃）₂，Ｂａ（Ｎ
Ｏ₃）₂，Ｍｇ（ＮＯ₃）₂，ＬｉＮＯ₃等の硝酸塩、Ｎａ₂
ＳＯ₄，Ｎａ₂ＳＯ₃，Ｎａ ＨＳＯ₃，ＮａＨＳＯ₄，Ｋ₂Ｓ
Ｏ₄，Ｋ₂ＳＯ₃，ＫＨＳＯ₃，ＺｎＳＯ₄，Ａｌ（ＳＯ₄）
₃，ＣｄＳＯ₄，ＣａＳＯ₄，ＣｏＳＯ₄，ＦｅＳＯ₄，Ｆ
ｅ₂（ＳＯ₄）₃，ＣｕＳＯ₄，ＮｉＳＯ₄，ＢａＳＯ₄，Ｍ
ｇＳＯ₄，ＭｎＳＯ₄，等の硫酸塩、Ｎａ₂ＣＯ₃，Ｋ₂Ｃ
Ｏ₃，ＣａＣＯ₃，Ｌｉ₂ＣＯ₃，ＢａＣＯ₃，等の炭酸
塩、Ｎａ₂Ｃ₂Ｏ₄，Ｋ₂Ｃ₂Ｏ₄，ＫＨ₃（Ｃ₂Ｏ₄）₂等の修
酸塩、ＣＨ₃ＣＯＯＮａ，ＣＨ₃ＣＯＯＫ，Ｚｎ（ＣＨ₃
ＣＯＯ）₂，Ｃｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂，Ｃａ（ＣＨ₃ＣＯ
Ｏ）₂，Ｃｏ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂，Ｃｕ（ＣＨ₃ＣＯ
Ｏ）₂，Ｐｂ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂，Ｎｉ（ＣＨ₃ＣＯ
Ｏ）₂，Ｂａ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂，Ｍｇ（ＣＨ₃ＣＯ
Ｏ）₂，Ｍｎ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂，等の酢酸塩を挙げるこ
とが出来る。

【００１３】これらの無機塩の砥粒の内、アルカリ金
属，アルカリ土類金属のフッ酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，
ヨウ素酸塩でなる場合には、立方晶窒化ホウ素焼結体や
ダイヤモンド焼結体等の超硬質物体を鏡面加工すること
もできることから好ましく、特にフッ素酸塩が好まし
い。

【００１４】無機塩の砥粒は、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５０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下で粒度分布の標
準偏差がσ以内の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レジンボンド砥石は、
特に上述の無機塩の砥粒が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，セラミックス砥粒，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，Ｓｉ
Ｃ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，Ｃｅ
Ｏ₂，ＣＢＮ，ＷＢＮ，（ウルツ鉱型ＢＮ），ダイヤモ
ンドを挙げることができる。また、本発明者の１人が発
明し、平成３年５月３０日付で特許出願した砥石に含ま
れる砥粒も他物質として使用すると、効果が高いもので
ある。

【００１８】本発明の精密加工用レジンボンド砥石は、
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レジンボンド砥石は、使用
時には、無機塩の砥粒に内在している活性力と被加工材
料の表面に生じる摩擦熱により、砥粒及び被加工材料の
表面を原始的溶解状態にさせ、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、特に無機塩の分
解による被加工材料の表面エッチング作用、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、無機塩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、無機塩の砥粒と
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】各種の無機塩の粉末と、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１及び表２により得られた本発明品１〜８と比較品１
〜３に市販のシリカゾルを比較品４として、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 ：２００ｒｐｍ 加工圧力 ：１５０ｇ／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】

【発明の効果】本発明の精密加工用レジンボンド砥石
は、砥石中に含有している無機塩の砥粒と、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溶解及び酸
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、従来の砥粒
を含有した砥石に比べて、被加工材料の面粗度（Ｒｍａ
ｘ）において、約５〜２４２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。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機塩の砥粒を少なくとも３０体積％含
   有させたことを特徴とする精密加工用レジンボンド砥
   石。
2. 【請求項２】 上記無機塩がアルカリ金属及びアルカリ
   土類金属の中の少なくとも１種と、ハロゲン元素とでな
   る化合物の少なくとも１種からなることを特徴とする請
   求項１記載の精密加工用レジンボンド砥石。
3. 【請求項３】 上記無機塩が平均粒径５０μｍ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
   工用レジンボンド砥石。
4. 【請求項４】 無機塩が３０〜８０体積％と、樹脂が１
   ５〜４９体積％と、残部が金属，金属の化合物及び／又
   は超硬質砥粒でなる他物質とからなることを特徴とする
   精密加工用レジンボンド砥石。
5. 【請求項５】 上記無機塩がアルカリ金属の弗化物，ア
   ルカリ土類金属の弗化物及び／又はこれらの相互固溶体
   からなり、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ることを特徴
   とする請求項４記載の精密加工用レジンボンド砥石。