JPH061967A - 研削用砥石及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等と称される所謂集積
回路と呼ばれる製品の素材となる半導体ウェハ−の研削
加工を行なうための研削用砥石に関する。 【構成】研削力を有する砥粒粒子を、実質的に砥粒粒子
同志が互いに連接するように配列し、該砥粒粒子はポリ
ビニルアルコ−ルとアルデヒド類よりなる樹脂の他にメ
ラミン系樹脂、フェノ−ル系樹脂、ウレタン系樹脂、ユ
レア樹脂、エポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂のう
ち少なくとも一種を結合材として固定化されており、且
つ、該研削用砥石は平均気孔径３０〜８０ミクロンの微
細連続気孔を有すると共に多孔組織全体に３５ないし５
０％の空隙率を有することを特徴とする研削用砥石であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳ
Ｉ等と称される所謂集積回路と呼ばれる製品の素材とな
る半導体ウェハ−の研削加工を行なうための研削用砥
石、及び、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ−とは例えば高純度シリコ
ンやゲルマニウム等の金属の単結晶、あるいはガリウム
／砒素、ガリウム／リン、ガリウム／ゲルマニウム／ガ
−ネット等所謂化合物半導体の単結晶を所定の結晶軸方
向に沿ってうすく切断したものを言い、その表面に様々
な緻密な加工を施して高度な集積回路、即ち、ＩＣ、Ｌ
ＳＩ、ＶＬＳＩ等を形成する。特に、近年においては、
１ミクロン以下の細く複雑な回路を高度な写真技術等を
応用して書きこんで行くので、半導体ウェハ−の表面精
密仕上げ加工技術は極めて重要である。

【０００３】一般的には、半導体ウェハ−の表面精密仕
上げ加工としては、棒状に成長させた半導体単結晶（イ
ンゴット）をまず、切断した後、ラッピング、エッチン
グ及びポリッシング工程を経て形状精度良く、且つ、極
めて高い表面粗度を有する鏡面状態にまで仕上げ、次い
でデバイス工程に引き継がれる。

【０００４】まずダイヤモンドブレ−ドによりスライス
された後の所謂アズカットウェハ−は、遊離砥粒を用い
たラッピング工程によって均一な厚みのものとする。ラ
ッピング工程では、結晶歪層（単結晶が変質した不安定
な層）生じる。これをエッチング工程で除去し、次い
で、ポリシング工程で鏡面状態にまで仕上げる。

【０００５】上下相対する面に互いに相異なる速度で回
動しうる大型環形の定盤を配し、その間に被加工体であ
るアズカットウェハ−等（以下ワ−クと称する）を挾持
し、適当な圧力で押圧しながら研磨材としてのアルミナ
微粉末等を主要成分とするスラリ−を供給しつつ前記定
盤を回動せしめることによりワ−ク表面の加工を行なっ
てゆくのであるが、定盤をワ−クに対して高圧で且つ低
速度回転で行うため結晶歪層が生じやすい。

【０００６】普通のラッピング加工による結晶歪層の深
さは大略、１０ないし２０ミクロン程度あるもので、こ
れを水酸化カリウム等のアルカリ溶液を用いるアルカリ
エッチング、あるいはフッ酸、硝酸、酢酸等の混酸を用
いた酸エッチングによる化学処理でもって行なう。その
後に続くポリシング工程においては再度形状精度修正を
目的としたプレポリシングを行ない、次いで鏡面仕上げ
を目的とした最終ポリッシングを行なう。

【０００７】ラッピング加工は、前述の如くスラリ−状
の遊離砥粒を大量に供給しつつ上下定盤及びワ−クを回
転させ、その押圧力及び回転に伴う応力によって表面加
工を行なうものであるから、その廃液は極めて微細な粒
子が高い濃度、具体的には２０〜３０％の濃度で含まれ
た液であり、それによる作業環境及び作業員、装置、機
械、配管等に対する汚染が極めて著しく更にその廃液自
体の処理も極めて難度の高いものであった。また、その
後の結晶歪を除去するエッチング工程もケミカル処理で
あり、危険性が高く、環境汚染が著しく、かつ、排液処
理に対する負荷の高い工程を必要とすることも極めて大
きい問題点であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、前述の
従来の技術の持つ問題点を改良すべく研究を行なった結
果、本発明に到達したもので、その目的は、従来のラッ
ピング加工法において使用している研削材料に代わるべ
き新規な研削材料、即ち砥石及びそれの製造法を提供す
るにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、研削力
を有する砥粒粒子を、実質的に砥粒粒子同志が互いに連
接するように配列し、該砥粒粒子はポリビニルアルコ−
ルとアルデヒド類よりなる樹脂の他にメラミン系樹脂、
フェノ−ル系樹脂、ウレタン系樹脂、ユレア樹脂、エポ
キシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂のうち少なくとも一
種を結合材として固定化されており、且つ、該研削用砥
石は平均気孔径３０〜８０ミクロンの微細連続気孔を有
すると共に多孔組織全体に３５ないし５０％の空隙率を
有することを特徴とする研削用砥石である。

【００１０】更に、上記研削用砥石の製造方法として、
ポリビニルアルコ−ルの水溶液中に、研削力を有する砥
粒粒子及び触媒としての酸類及び必要に応じて熱硬化性
樹脂の前駆体あるいはプレポリマ−の溶液を加え十分に
均一撹拌した後、得られた混合液にアルデヒド類の水溶
液を加え、更に十分に均一撹拌して得たスラリ−状の反
応原液を所定の型枠中に注型し、１００℃以下の温度に
て反応を行なった後前記型枠より取り出し水洗等により
酸類、澱粉類及び未反応のアルデヒド類を除去して得た
中間生成物を乾燥状態に至らしめた後、更に熱硬化性樹
脂の前駆体あるいはプレポリマ−の溶液を所定量施与し
更に乾燥することにより介在する液体分を揮散せしめて
から、更に昇温、熱処理を行ない熱硬化性樹脂を硬化さ
せることを特徴とする研削用砥石の製造方法にて達成さ
れる。

【００１１】（作用）即ち、本発明になる研削用砥石
は、砥石自体を定盤として硬脆材料である被研磨体の半
導体ウェハ−（以下ワ−クと記す）を、片面あるいは両
面同時加工を行ない、その平坦度、平行度の狂いをその
厚み方向の一定量を除去し、同時に表面粗さを向上させ
ることを特徴としている。

【００１２】研削作用をモデル的に考えると、微細な砥
粒の先端がワ−ク表面に押しあてられ、砥石定盤とワ−
クとの回転運動に伴う摩擦力によりワ−ク表面に高い応
力がかかりその応力により、砥粒先端エッジ部分に接す
るワ−ク表面の加工点が微小破砕を起し、その微小破砕
が均一に全体的に起こることにより平均的な研削加工が
進行するのであるが、その進行につれて砥粒の先端エッ
ジは鈍化して行くものであって、その微小破砕を起こす
力の持続性は砥粒自体の硬度等の物性に大きく依存す
る。即ち、ダイアモンド砥粒等超硬砥粒はその持続性は
極めて長いが、例えば一般的な砥粒として用いられる炭
化珪素や酸化珪素等の場合はあまり長くなく、短時間の
作用により鈍化し研削力を失ってしまう。

【００１３】本発明の第一の目的である研削用砥石は上
述の研削材としての性能をうまく発揮せしめることにあ
り、良好な研削力を継続的に維持せしめ、硬脆材料たる
半導体ウェハ−等に対する優れた形状修正力と均等な仕
上げ面粗さが維持継続されるような組成、組織、構造を
構成せしめることを特徴とする。

【００１４】即ち、本発明における研削用砥石は上述の
組成、組織、構造を構成せしめる点を要旨とし、研削力
を喪失していない新鮮な砥粒粒子の先端が常時効果的に
ワ−ク表面に接し効果的に研削加工を推し進めるために
は砥粒の存在の確率を高くすること、及び研削力を喪失
した砥粒粒子の系外への排除、及び新たな砥粒粒子の表
面への出現を容易なさしめることを構成要件とするので
ある。

【００１５】砥粒の存在の確率は、砥粒粒子の密度に相
当するのであるが、本発明になる研削用砥石においては
その実組織部分において砥粒粒子同志が隙間なく集合し
た状態にて連接してなり、砥粒粒子は隣接する砥粒粒子
と直接接触するように存在することが必要である。図１
及び図２はその状態を模式的に説明した図面である。各
砥粒１は微量の結合材２により接合され固定化されてい
るが、砥粒同志は互いに接触した状態で存在している。
砥粒粒子は極めて密度濃く存在しており、加工点が数多
く存在し効果的な研削加工が推し進められる。

【００１６】固定砥石としての構造を保持するために
は、各砥粒粒子は各々独立に存在するのではなく全体と
して結合材により把持され固定化されねばならないが、
そのためには上述の如く密度濃く連接した砥粒粒子間に
形成されるわずかな間隙に、結合材を介在せしめること
で固定化することが必要である。

【００１７】本発明になる砥石においては、砥粒粒子の
先端によるワ−クの部分の微小破砕によって研削加工が
進むのであり、砥粒粒子はその先端のエッジ部分が鈍化
する前に組織から脱落し、系外に除去されて行かねばな
らない。つまり加工に伴う押圧力と回転摩擦力によって
適宜脱落するように結合材の種類および量をコントロ−
ルすることが肝要であり、そのための結合材としてはポ
リビニ−ルアルコ−ルとアルデヒドよりなる樹脂の他に
メラミン系樹脂、フェノ−ル系樹脂、ウレタン系樹脂、
ユレア系樹脂、エポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂
のうち少なくとも一種よりなる混合系の樹脂を選定する
ことが必要である。またその比率は砥粒粒子に対して重
量比において３０〜４５％とすることが好ましい。３０
％を下回ると結合材比率が少なすぎて、良好な砥石を形
成するに至らず、また４５％を越えると結合材比率が高
すぎて鈍化した砥粒の脱落が円滑に進まなくなる。

【００１８】また、本発明砥石においては硬脆材料を形
状精度よく安定に加工することを目的としているのであ
るから、使用する樹脂は少量で高い寸法安定性を発現す
ることが肝要であり、そのためにはポリビニ−ルアルコ
−ルとアルデヒドよりなる樹脂（以下ＰＶＡｔ樹脂と略
記する）の比率はできる限り少なくし、他の熱硬化性樹
脂の比率を高くした方が好ましく、その比率はＰＶＡｔ
樹脂１に対し他の熱硬化性樹脂を少なくとも３にするこ
とが好適である。

【００１９】砥石としての組織を安定なものとし、定盤
としての形状の安定性を発現するための硬度・靱性と寸
法安定性及び脆性を付与するという目的のためには、前
述の熱硬化性樹脂としてはフェノ−ル系樹脂とメラミン
系の樹脂を併用することが特に好適である。前者は硬度
と靭性を付与し、後者は硬さと同時に脆性を与えるのに
適している。

【００２０】使用方法、様式が類似しており加工対象物
が軽金属等軟質金属である従来技術になる砥石は、その
加工メカニズムが周知のごとく塑性変形によるものであ
り極めて目詰まりを起こし易いものであるのに対し、本
発明になる砥石は前述のごとく微小破砕によって加工が
進むものであるから、加工点の数の多さおよび砥石自体
の形状と寸法安定性を重要視するものであり、その組織
・構造を自ずから異なったものとせねばならない。即
ち、水による膨潤や熱による変形を抑制し、目詰まり現
象を最小限防止するに足るものとするには、砥石自体の
空隙率をその体積比において３５〜５０％の範囲内に維
持することが必要である。３５％を下回ると目詰まり現
象が起こり易く、研削力の継続維持が難しい。また、５
０％を越えると相対的に砥粒の存在が少なくなり研削力
が低下するのみならず構造的に弱く、研削作業に伴う砥
石作用面の変形や片減りが著しく加工後のワ−クの形状
精度、例えばＴＴＶの値を低下せしめる要因となる。

【００２１】本発明になる研削用砥石は、微細気孔を有
する多孔質構造体であることは前述の通りであるが、そ
の気孔の大きさすなわち平均気孔径は大略３０乃至８０
ミクロンの範囲内に設定することが必要である。３０ミ
クロンを下回ると、研削加工時に使用する研削液（ク−
ラント）に対する濡れ性、通液性、浸透性が不十分とな
り全体としての研磨作用面の均質性の維持が難しく、そ
の更生のための表面更新（ドレッシング）作用の頻度が
高くなり、また加工作業により得られる製品のバッチ
間、バッチ内のバラツキが大きくなる傾向がある。ま
た、８０ミクロンを越えると、組織的な不安定さが大き
くなり、砥石作用面としての平坦度や平行度の保持が難
しくなり好ましくない。

【００２２】砥粒については、特に限定を加えるもので
はないが、一般的に使用されるもの例えば炭化珪素、酸
化珪素、アルミナ、エメリ−、ガ−ネット等が挙げられ
るがその中では炭化珪素の微粉末を用いることが好まし
く、またその粒径分布はＪＩＳ法に準拠して分級された
ものを用いることが普通である。特に本発明にいう目的
を達成するには砥粒番手として４００番乃至２０００番
程度の砥粒を使用することが好ましく、４００番以下の
粗番手であるとワ−クに対する応力が高すぎて結晶歪層
が深くなり実用には不向きであり、また２０００番以上
であると研削力が低すぎてこれも実用的ではない。

【００２３】次に本発明の他の目的である研削用砥石の
製造方法について詳述する。本発明になる研削用砥石は
多量の砥粒を均質に組織内に分散させ、かつその使用目
的に合致した硬くかつ脆いという物性を発現し得る組成
を持たせねばならないため、その製造方法はそのような
物性と組織をもつ組成とその手順を提供することを要旨
とするのである。即ち、本発明方法はまずポリビニ−ル
アルコ−ルの比較的希薄な水溶液にて微細砥粒粒子を均
一分散し、それをアルデヒド類と反応させＰＶＡｔ系樹
脂として砥粒粒子の結合材となし、更にそれに熱硬化性
樹脂を加えて必要な硬度や脆性、寸法安定性を付与せし
めることをその肝要となすのである。

【００２４】本発明になる研削用砥石は、前述のごとく
４００番ないし２０００番程度の砥粒、平均粒径で言え
ば数ミクロンから数１０ミクロン程度の微粒子を用いる
のであるが、微粒子なるが故に凝集しやすくかつ分散が
極めて困難である。かかる扱い難い微粒子を研削用砥石
としての組織体内に多量にかつ均質に分散せしめるため
にはまずはじめの分散作用が大切であり、そのためには
粒子同志の凝集力を解離し、安定な状態に置いた上で取
り扱って行くことが肝要である。即ち、本発明方法にお
いてはまずポリビニ−ルアルコ−ルの水溶液を調整し、
これをベ−スとした液をゆるやかに撹拌しつつその中に
ゆっくりと砥粒粒子を投入する。このようにすることに
より砥粒粒子は二次凝集することなく液中に分散される
し、ポリビニ−ルアルコ−ルの水溶液は分散能力に富む
物質であり、粒子同志の再凝集を予防することができ
る。分散性をさらに高めるためにある種の分散剤（界面
活性剤等）を少量、投入時に添加することも有効であ
る。

【００２５】また、ここで調整するポリビニ−ルアルコ
−ルの水溶液の濃度は特に限定を受けるものではないが
略々５〜２５％程度にしておくのが好適である。砥粒粒
子を投入する時のポリビニ−ルアルコ−ルを主体とする
水溶液中に含まれるものはポリビニ−ルアルコ−ルだけ
でも良いしあるいは原液中に加える酸類及び熱硬化性樹
脂の前駆体あるいはプレポリマ−の溶液を加えておいて
も良い。しかしながら、この段階でアルデヒド類を加え
てしまうとこれとポリビニ−ルアルコ−ル等との反応が
開始してしまい、液の粘度が急激に変化上昇して来るの
で好ましくない。

【００２６】次にアルデヒド類の水溶液中に気孔形成材
たる澱粉類の微粒子を分散し、これを前述の液中にゆっ
くりと撹拌を行いながら加え、更に十分に均一撹拌して
スラリ−状の反応原液を得る。この液中には反応に必要
な全ての物質が含まれているので、この段階ではすでに
反応が緩やかに開始している。しかしながら、この反応
はポリビニ−ルアルコ−ルという高分子物質をアルデヒ
ド類にて架橋三次元化する反応であるので、反応の進行
は極めて遅く緩速にて進み、アルデヒド類による架橋度
がほぼ飽和値に達するには６０℃程度の温度において約
一昼夜を要するのである。

【００２７】組織体の基本骨格はこの反応の初期段階、
即ち原液が流動性を失ってゲル化するまでの具体的には
３０〜６０分程度の間に形成されるのであり、その骨格
即ち構造の特徴である多孔質構造も気孔形成材として添
加された澱粉類の作用によりこの時期に形成される。こ
こでいう澱粉類とは例えば米や麦、馬鈴薯、コ−ン等か
ら抽出される微細粒子であって各々独立した微細細胞体
よりなり、その母体となる植物の種類によってそのサイ
ズが異なる。

【００２８】この澱粉は水中に投ずることによって水分
を吸収し、大きく膨潤する。従って、原液中に添加する
ことによって原液中の水分を吸収し、原液組成とは異な
る水球状の部分を形成する。ゲル化の段階でこれが固定
化され砥石の組織の空白部分つまり気孔の基礎が形成さ
れるのである。気孔の大きさ及び空隙率（気孔率）は添
加する澱粉類の種類及び量をコントロ−ルすることによ
って適宜変えることが可能である。反応完了時点ではこ
の澱粉はすでに熱や酸の影響で細胞膜が破れ、糊状の不
定形状態に至っており、これに続く水洗工程にて系外に
除外されその痕跡が気孔となる。

【００２９】ここでいうアルデヒド類とは、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド等脂肪族アルデヒドの一価の
もの多価のもの、あるいは芳香族系統のものいずれも使
用することが可能であるが、反応が水系で進むものであ
るから、水溶性のものを用いるかあるいは安定なエマル
ションを形成するものが好ましい。また、上述の反応の
触媒として用いる酸類とは、塩酸や硫酸等の鉱酸類、あ
るいはカルボン酸等の有機酸類いずれも使用可能であ
り、さらには水溶液中で酸性を呈する塩類を用いてもよ
い。

【００３０】上述の如くして調整された反応原液は粘稠
なスラリ−状を呈するものである。これを十分に撹拌
し、均質なものとしてから所定の型枠に注型する。型枠
の形状は特に限定を受けないが、あまり大きすぎると熱
のかかり方が不均一になるので注意が必要である。

【００３１】所定の型枠に注型した後、それを略々６０
℃に温調された湯浴あるいは熱処理機中に静置し、１０
〜３０時間の間反応を行なわしめる。この段階ではポリ
ビニ−ルアルコ−ルとアルデヒド類との反応が完結し、
ＰＶＡｔ樹脂が形成され系全体は固形化するが、熱硬化
性樹脂の硬化反応はまだほとんど開始しておらず、研削
用砥石としての硬さ、寸法安定性をまだ具備しておらず
砥石として使用することはできない。この段階で型枠よ
り取り出した中間生成物は水分及び未反応のアルデヒド
類、酸類、および不定型化した澱粉類を含んでいるの
で、水洗や遠心脱水等の方法でこれらを系外に除去し洗
浄する。然るのち、乾燥することにより水分も除去す
る。

【００３２】前述の中間生成物に更に必要に応じて、他
の熱硬化性の樹脂の前駆体あるいはプレポリマ−の溶液
（以下樹脂液と略記する）を施与するのであるが、この
段階で加えるのはメラミン系樹脂に限定される。メラミ
ン系の樹脂で比較的分子量が低いものは水溶性であり、
水溶液を形成するが、分子量が高くなると有機溶媒を用
いた溶液が一般的でありどちらかの状態で施与すること
が必要となる。

【００３３】中間生成物は親水性のＰＶＡｔ系の樹脂を
結合材として含むので、樹脂液の施与は水溶液で行なっ
た方が浸透性よく、均質性からも好ましいことは言うま
でもない。よって、分子量が高めのメラミン系樹脂を施
与しより硬脆性に優れた研削用砥石を得るためには有機
溶剤の中でも極性の高いアルコ−ル系溶媒を用いた樹脂
液を用いることが好適である。また、水とアルコ−ルの
混合溶剤を使用することも効果的である。

【００３４】所定の量を施与するためには例えば中間生
成物を乾燥したものを、樹脂液中に浸漬し十分に樹脂液
を浸透含浸せしめたのち、その施与量をコントロ−ルす
るために遠心脱液を行なう。施与する樹脂液の濃度は着
量のコントロ−ルを容易にするため比較的低くし粘度を
低くした方が好ましく、大略１０〜５０％程度のものを
用いることが好適である。

【００３５】次に、上記の樹脂液の適量が施与された中
間生成物は、まず１００℃以下の温度にて処理し、その
介在する水分あるいは有機溶剤を揮散除去し乾燥状態に
至らしめる。ついで樹脂の熱硬化を目的とした熱処理を
行なうが、最終製品の性能に係わる重要な工程であるた
め、用いた樹脂の種類、要求性能に合わせて条件を設定
することが肝要であり、低温から最終到達温度に至るま
でゆっくりとプログラムを組んで昇温させることが大切
である。熱硬化の程度は、最終到達温度及び加えられた
熱履歴により大きく左右される。

【００３６】特に急速な昇温は反応の暴走現象（パンキ
ング現象）を引き起こす危険をも孕むので、それを予防
するために反応原液中にあらかじめある種の酸化防止
剤、例えばヒンダ−ドフェノ−ル系の物質等を微量添加
しておくことも有効である。

【００３７】以下、実施例に従い本発明になる研削用砥
石及びその製造方法を具体的に説明する。

【００３８】

【実施例】平均重合度１７００の完全鹸化のポリビニ−
ルアルコ−ル６ｋｇを温水に溶解して１８重量％のポリ
ビニ−ルアルコ−ル水溶液３０リッタ−を調整した。こ
れに３６％塩酸４リッタ−を加えこれを品川ミキサ−中
で十分に撹拌しながら炭化珪素の８００番の砥粒８０ｋ
ｇを徐々に投入した。

【００３９】更に住友ベ−クライト製フェノ−ル樹脂６
４％水溶液ＰＲ９６１Ａ １５ｋｇを添加し、次いで別
に調整した３７％ホルマリン１０リッタ−に馬鈴薯澱粉
７ｋｇを分散せしめた液を加え最後に水を加えて液量を
１００リッタ−とし十分に撹拌混練を行ない反応原液を
調整した。次いでこの原液を所定の型枠中に静かに注型
し、約６０℃に維持された湯浴中に入れ、１２時間静置
し、ポリビニ−ルアルコ−ルとホルムアルデヒドとの反
応、及びフェノ−ル樹脂の初期反応を完結させることに
より内容物を固型化せしめ中間生成物を得た。この中間
生成物を前記型枠より取り出し、シャワ−状の流水下に
置き、未反応のアルデヒド、酸及び澱粉を流し出し除去
し、これ等のもの、特に酸が完全にぬけたことを確認し
てから遠心脱水機等で共存する水分を分離、然る後８０
℃に設定された通風式乾燥機中に入れ、十分に乾燥を行
なった。ここで得られた中間生成物は見かけ上は砥石の
形態はしているがまだ砥石としての必要な硬度、寸法安
定性、耐水性を有しておらず砥石として使用することは
できない。

【００４０】三井東圧製のメラミン系樹脂サイメル３２
７（７０％イソプロピルアルコ−ル溶液）を同量の純水
で希釈した液中に、前記中間生成物を乾燥したものを浸
漬し、十分に内部まで浸透せしめてから過剰な液分を除
去し、その付着量を重量比において４１％になるように
調整した。然る後これを通風式乾燥機中に移し、室温か
ら徐々に昇温し５０℃にてまずＩＰＡ及び水分を揮散せ
しめ、更に徐々に昇温して最終到達温度１４０℃に至ら
しめて約９時間熱処理を行なった。メラミン樹脂の施与
量は重量比において約２０％であった。得られた砥石を
切断・表面成型等を行なって最終製品を得た。

【００４１】この最終製品たる砥石は気孔率４４Ｖｏｌ
％、平均気孔径約６０ミクロンの気孔を有する多孔質構
造体であって、気孔を構成しない実組織部分は砥粒粒子
が隙間なく集合連接し、各砥粒粒子は隣接する砥粒粒子
と直接接触している様子がＳＥＭ写真によって確認され
た。

【００４２】またこの製品は、砥粒粒子に対する結合材
の比率が重量比において３６％であることが確認され
た。このものをロックウェル式硬度計にてＨＲ−１５Ｙ
スケ−ルを用いて硬度を測定したところ、４７．４であ
り水による膨潤率は寸法において０．５％であった。こ
のようにして得られたものを試作品−１とする。

【００４３】試作品−１と同じ原材料を用いるが、その
重量比および澱粉の他の固型分に対する添加比率を加減
することにより砥石組織全体に占める空隙率を適宜変化
せしめ試作品２〜４を得た。その空隙率は各々８１％４
２％及び５６％であり、その他の物性値も総合して表１
に記載する。

【００４４】

【表１】

【００４５】更に試作品１と同じ原材料で同じ比率では
あるが添加する澱粉の種類を米澱粉、及びコ−ンスタ−
チに変えることにより試作品−５，６を得た。その平均
気孔径は各々２８ミクロン、及び１００ミクロンであ
り、それ以外の物性値をも総括して表１に示す。

【００４６】

【発明の効果】本発明になる研削用砥石はすでに述べた
通り半導体ウェハ−等の研削加工に用いられるものであ
りその使用法は従来のラッピング、あるいはプレポリッ
シング工程に対するおきかえを特徴としたものであっ
て、その工程に従来用いられていた加工機をそのまま、
あるいは若干の改造を加えることで使用することが出来
る。即ち、鋳鉄定盤あるいはそれにラッピング、ポリシ
ングクロスを展貼したものを上下両面に持つ両面加工機
あるいは下面のみに持つ片面加工機を用いて加工を行な
っていたのであり、本発明になる砥石を使用する場合は
従来の定盤表面に相当する所に何らかの方法で砥石を載
置し、遊離砥粒スラリ−やコンパウンド等を供給するこ
となく液のみの供給でもって研削加工を行なうものであ
る。

【００４７】図３に示すような砥石定盤を上下相対する
ように、あるいは下面のみに配し、砥石５をボルト６に
よって固定する。両面方式においては図４に示す通り把
持板７を介して複数枚のワ−ク８を上下両定盤間に挾持
し、それを押圧させた状態で各々異なった方向あるいは
異なった速度比で回転させ、また把持板は定盤の外周及
び内周部に沿って配設されたギアの動きによって駆動さ
れる。また片面機においては、下面の砥石定盤に受具を
介してワ−クを押しあて定盤を回転させつつ加工を行な
うものである。いじれの場合も押圧力と回転力及びそれ
に伴う摺擦力によって各砥粒がその加工点において研削
力を発現し全体としては均質な研削加工が進行するので
ある。

【００４８】研削加工の実例を示すために以下研削加工
の実験例により具体的説明を行なう。 実験例１ 実施例に示したうち、試作品−１の砥石を、スピ−ドフ
ァム社製２４型片面加工機の下定盤に取り付けた。その
配列形状は図３に示す通りである。５インチのラップド
シリコンウェハ−を上部ホルダ−にワックスで貼付し加
工試験に供した。加工条件は以下に示す通りである。 加工圧力…７５ｇ／ｃｍ²、定盤回転数…３０ｒｐｍ、
ク−ラント…水、ク−ラント供給量…２００ｍｌ／分、
加工時間…１０分、１回の加工枚数…４枚 この条件にて加工を行なった結果は次の通りである。 加工量…７．５ミクロン、加工速度…０．７５ミクロン
／分、表面粗さＲｍａｘ…１．０３ミクロン、Ｒａ…
０．０５ミクロン、結晶歪層深さ…１．５ミクロン、加
工面外観…光沢面

【００４９】上述の結果において表面粗さ及び外観はプ
レポリッシング後の状態とほぼ同等であった。上述の実
験例の如くすることにより、加工に伴って発生した加工
層、脱落砥粒、結合材たる樹脂の微細粉等は十分に供給
されるク−ラントたる水に分散され、砥石作用面に存在
する溝を介して速やかに系外に排出されてゆき砥石作用
面に残留することはない。従って砥石作用面には最表面
に存在する砥粒の先端エッジ部分により極めてシャ−プ
な研削作用が発現することとなり、優れた効果を生むこ
ととなる。加工面は遊離砥粒によるラッピング加工を行
なったよりはるかに優れた面粗さが得られ、プレポリシ
ュに近い面粗度が得られるだけでなく、前述の結晶歪層
の深さが本来のラッピング加工で得られるよりもはるか
に浅くなるという波及効果が得られる。

【００５０】上に述べた効果は本発明になる砥石により
本来引き出されるべき効果であるが、使用条件を変える
ことにより本発明になる研削用砥石はそれとは異なった
効果を生ぜしめることも可能である。

【００５１】実験例２ 実施例に示した研削用砥石試作品−１をＰ．Ｒ．ホフマ
ン社製２３００型両面加工機の上下両面に搭載した。砥
石の配列形状は図５に示す通りである。

【００５２】この装置を用い、ワ−クとして３インチア
ズカットシリコンウェハ−の加工を行なった。加工条件
は以下に示す通りである。 加工圧力…７０ｇ／ｃｍ²、下定盤回転数…０（固
定）、上定盤回転数…５０ｒｐｍ、ク−ラント…水、ク
−ラント供給量…５０ｍｌ／分、加工時間…１０分、１
回の加工枚数…８枚

【００５３】この条件での加工の結果は以下に示す通り
である。 加工量…３９ミクロン、加工速度…３．９ミクロン／
分、表面粗さＲｍａｘ…４．３ミクロン、Ｒａ…０．４
１ミクロン、結晶歪層深さ…９．３３ミクロン、加工面
外観…梨地面

【００５４】他の試作品に対しても同様の実験を行なっ
た。その結果のポイントのみを総括し表１に併記する。
本実験例においては前述の実験例１に比較して砥石作用
面に形成される溝を少なくし、ク−ラントの供給量を極
限にまで絞ることにより実験例１とは全く異なった効果
を生ぜしめている。即ち、上述の如くすることによって
各砥粒はその先端エッジ部分による加工を行ないそのシ
ャ−プさを失った時点で砥石組織より脱落するが、排出
用の溝が少なく且つク−ラントの供給量が少ないため脱
落後も砥石加工面に滞留してあたかも遊離砥粒の如く加
工面を転動し、ラッピング加工における遊離砥粒と同様
な作用をし類似の効果を生むのである。即ち、固定砥粒
として働いた後の砥粒が脱落後は遊離砥粒として働くの
であり、２つのタイプの加工が混合しておこるのであ
る。

【００５５】本発明になる場合はその遊離砥粒の支持体
となる定盤が硬質かつ緻密な鋳鉄製のものではなく、そ
れよりもはるかに軟質かつ粗な構造の砥石であるため、
各個の砥粒にかかる極圧が緩和され、ワ−クに対して不
必要に高い応力を与えることがなくなる。つまりこのこ
とは具体的には鋳鉄定盤を用うるよりも結晶歪層の深さ
を減ずることが可能となる。その減ずる率は従来法が大
略１５ミクロン程度であるので５割程度までであるが従
来法に比較してかなりの改善効果を生んだと言うことが
出来る。同時に発生する樹脂の破砕片は、液中にうまく
分散して適度な粘性を与え、加工での緩衝効果を生み、
特に固定砥粒がワ−クに対して与え易いスクラッチ（条
痕）を著しく軽減するという効果を生んでいる。

【００５６】上に述べた如く本発明になる砥石は使用条
件によって異なった作用をし、異なった効果を生むので
あるがいずれの場合も現行方式を著しく越えた優れた特
徴を有するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる砥石の拡大説明図

【図２】 砥石組織における砥粒粒子と結合材との状態
を模式的に説明した図

【図３】 砥石定盤における砥石の配列の一例を示す図

【図４】 両面方式の場合での把持板及びワ−クの配置
状態を示す図

【図５】 実験例−２で使用した砥石定盤における砥石
の配列を示す図

【符号の説明】 １ 砥粒粒子 ２ 結合材 ３ 気孔 ４ 砥粒
粒子間の間隙 ５ 砥石 ６ ボルト孔 ７ 把持板 ８ ワ−
ク ９ インタ−ナルギア １０ サンギア

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削力を有する砥粒粒子を、実質的に砥
   粒粒子同志が互いに連接するように配列し、該砥粒粒子
   はポリビニルアルコ−ルとアルデヒド類よりなる樹脂の
   他にメラミン系樹脂、フェノ−ル系樹脂、ウレタン系樹
   脂、ユレア樹脂、エポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹
   脂のうち少なくとも一種を結合材として固定化されてお
   り、且つ、該研削用砥石は平均気孔径３０〜８０ミクロ
   ンの微細連続気孔を有すると共に多孔組織全体に３５な
   いし５０％の空隙率を有することを特徴とする研削用砥
   石。
2. 【請求項２】 砥粒粒子が炭化珪素微粉であることを特
   徴とする請求項第１項記載の研削用砥石。
3. 【請求項３】 砥粒粒子に対する結合材の比率が重量比
   において３０〜４５％である請求項第１、２項記載の研
   削用砥石。
4. 【請求項４】 ポリビニ−ルアルコ−ルの水溶液中に、
   砥粒粒子、及び触媒としての酸類、及び、必要に応じて
   熱硬化性樹脂の前駆体あるいはプレポリマ−の溶液を加
   え十分に均一撹拌した後、得られた混合液に気孔形成材
   たる澱粉類を分散せしめたアルデヒド類の水溶液を加
   え、これを十分に撹拌して均一なスラリ−状の反応原液
   とし、これを所定の型枠中に注型し１００℃以下の温度
   にて反応を行なった後、前記型枠より取り出し、水洗等
   により酸類、澱粉類及び未反応のアルデヒド類を除去し
   て得た中間生成物を乾燥状態に至らしめた後、更に、必
   要に応じて熱硬化性樹脂の前駆体あるいはプレポリマ−
   の溶液を所定量施与し、更に乾燥することにより介在す
   る液体分を揮散せしめてから、次いで昇温熱処理を行な
   い前記熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする請求
   項第１〜３項記載の研削用砥石の製造方法。
5. 【請求項５】 中間生成物を乾燥状態に至らしめた後に
   施与する熱硬化性樹脂の前駆体あるいはプレポリマ−の
   溶液がメラミン系樹脂の前駆体あるいはプレポリマ−の
   溶液であることを特徴とする請求項第４項記載の研削用
   砥石の製造方法。
6. 【請求項６】 メラミン系樹脂の前駆体あるいはプレポ
   リマ−が、アルコ−ル系溶剤あるいはアルコ−ル系溶剤
   と水との混合液による溶液であることを特徴とする請求
   項第４、５項記載の研削用砥石の製造方法。