JPH06315828A - 難削材のベベリング加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 シリコンウエハＡの外周エッジ部Ｂに電解液
Ｄを塗布し、主電極３と補助電極４とを外周エッジ部Ｂ
に接触させるとともに、電解液Ｄを介して両電極３，４
間に電圧を印加させ、主電極３の先端部に発生する放電
熱により、外周エッジ部Ｂを研磨する際に、補助電極４
として中空の円板状箱体５を使用するとともに、電解液
Ｄの供給穴６が形成された一方の壁面に砥粒Ｇを含む不
織布８を配置し、そして補助電極４より電解液Ｄを供給
しながら不織布８を外周エッジ部Ｂに押圧することによ
り、外周エッジ部Ｂを研磨するベベリング加工方法であ
る。 【効果】 補助電極側に砥粒を含んだ不織布を設けたの
で、ウエハを電解研磨と同時に砥粒研磨も行うことがで
きるので、ウエハの表面に、深い傷がある場合でも、確
実に取り除くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解研磨加工方法によ
り、円板状難削材の外周エッジ部を研磨するベベリング
加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁性難削材として、例えばアル
ミナ、ジルコニア、炭化ケイ素などを加工することによ
り形成されるセラミックス材があり、またガラス、シリ
コンインゴットから切り出されたシリコンウエハなどが
ある。

【０００３】ところで、このような難削材は、硬くて脆
い性質を有し、機械部品や半導体部品に使用するために
は、機械的な加工を施さなければならず、このような加
工を施すためには、例えばダイヤモンド工具などを使用
する必要があり、加工コストが高くつくという欠点があ
った。

【０００４】そこで、最近、電気化学液、すなわち電解
液中で生じる電解放電作用を利用して、上記難削材を電
気的に加工する方法、すなわち電解研磨による加工方法
が提案されている。

【０００５】この電解研磨方法は、電解放電作用に伴う
熱化学的作用によって難削材を加工する方法で、例えば
ダイヤモンド工具などを使用するものに比べて、難削材
を安価に加工することができものである。

【０００６】ところで、図３に示すように、この電解研
磨方法により、例えば難削材に穴開け加工を行う場合に
は、まず電解質を水に溶かして得られる電解液Ｄ中に、
難削材である被加工物Ｆを浸すとともに、棒状の主電極
３１を、その先端部が被加工物Ｆの加工位置に接触する
ようになし、かつ板状の補助電極３２を被加工物Ｆから
少し離れた位置で電解液Ｄ中に配置する。

【０００７】次に、両電極３１，３２間に電源３３を接
続して所定値の直流または交流電圧Ｖを印加するととも
に、主電極３１の先端部を被加工物Ｆ側に押し付ける。
この時、電圧の上昇にしたがって、主電極３１近傍の電
解強度Ｅが上昇し、この電解強度Ｅの上昇に伴って、図
４の実線ｆにて示すように、電解液Ｄ中を流れる電流Ｉ
が増加し、電解作用が進む。

【０００８】ところで、電流Ｉが流れないとき、および
少ないときにおける不動態領域の間は、図４（ａ）に示
すように、主電極３１の近傍では何の変化も生じない
が、電流Ｉが増加して電解が始まると、図４（ｂ）に示
すように、主電極３１の近傍において、水素Ｈ₂ 、酸素
Ｏ₂ および空気などの微小な気泡が、主電極３１を取り
巻くように発生し始める。

【０００９】そして、電流Ｉの増加にしたがって、図４
（ｃ）に示すように、気泡が次第に大きくなるとともに
浮上を初め、電流Ｉがさらに増加すると、図４（ｄ）に
示すように、電解により気泡の発生が激しくなり、主電
極３１を大きな気泡が取り巻くとともに、浮上する気泡
の量が多くなる。

【００１０】さらに、電流Ｉが図４（ｄ）の場合よりも
増加すると、主電極３１近傍の電解強度Ｅが気泡の絶縁
破壊強度を越えると、いわゆる絶縁破壊が生じると、図
４（ｅ）に示すように、絶縁破壊により微細な気泡が多
数発生し、このとき電流Ｉが急激に減少するとともに、
放電発光と発熱とが生じる。

【００１１】そして、発熱により、被加工物Ｆに対する
熱化学的作用が顕著になり、この作用により、被加工物
Ｆに穴開けがなされる。このときの被加工物Ｆの除去量
Ｗは、図４の実線ｇに示すようになる。

【００１２】なお、図３において、４１は浮上する微細
気泡、４２は絶縁破壊によって生じた微細気泡を示す。
このような電解研磨方法により、被加工物としてシリコ
ンウエハの外周部のエッジ部を研磨加工する場合には、
図５に示すように、電解液Ｄが入れられた容器５１内
に、補助電極５３を挿入配置し、回転支持軸５４側に支
持されたシリコンウエハ（以下、単にウエハＡという）
Ａの一部を電解液Ｄに浸すとともに、ウエハＡの外周エ
ッジ部Ｂに、主電極５２の先端部を接触させて、主電極
５２と電解液Ｄとの間で放電を行わせることにより、エ
ッジ部Ｂの研磨加工が行われていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな電解研磨方法によると、その表面付近の研磨しか行
われず、例えば前処理工程で加工条痕などの傷が付いた
ように場合には、どうしても研磨が不充分になり、傷を
完全に取り除くことができないという問題があった。

【００１４】そこで、本発明は上記問題を解消し得る難
削材のベベリング加工方法を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の難削材のベベリング加工方法は、回転自在
に支持された円板状の難削材の外周エッジ部に電解液を
塗布し、この電解液が塗布された外周エッジ部に主電極
と補助電極とを接触させるとともに、これら両電極間に
電解液を介して電圧を印加させ、主電極の先端部に発生
する放電熱により、上記難削材の外周エッジ部を研磨す
る際に、上記補助電極として中空にされかつ難削材との
接触する側の壁面に電解液の供給穴が形成された円板状
箱体を使用するとともに、この壁面に砥粒を含む不織布
を配置し、かつ上記補助電極内に電解液を供給するとと
もに不織布側を外周エッジ部に押圧して難削材の外周エ
ッジ部を研磨する加工方法である。

【００１６】

【作用】上記の各難削材のベベリング加工方法による
と、主電極と補助電極との間に、電解液を介して電圧を
印加して電解研磨する際に、補助電極側に、砥粒を含ん
だ不織布を設けたので、難削材を電解研磨と同時に砥粒
研磨も行うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
基づき説明する。なお、以下に説明する実施例において
は、シリコンウエハ（難削材の一例で、例えばセラミッ
ク材料、ガラス材料などで構成されたものにでも適用し
得る）を研磨する場合について説明する。

【００１８】図１および図２において、１は円板状のシ
リコンウエハ（以下、単にウエハという）Ａをチャック
装置（例えば、マグネット式のもの）２を介して水平面
内で回転自在に支持する回転軸体で、例えばモータなど
の回転駆動装置（図示せず）により回転される。

【００１９】上記ウエハＡの外周エッジ部Ｂに対応する
所定箇所には、針状の主電極３が配置されるとともに、
回転方向において所定距離だけ離れた上手側の位置に、
補助電極４が配置されている。

【００２０】この補助電極４は、下壁面部５ａに多数の
電解液供給穴６が形成された中空の円板状箱体５と、こ
の円板状箱体５の上壁面部５ｂの中心部から上方に突設
された中空の回転軸部７と、上記円板状箱体５の下壁面
部５ａに取り付けられるとともに多数の砥粒Ｇが含まれ
た不織布８とから構成されている。

【００２１】また、上記補助電極４は保持装置（図示せ
ず）により回転自在に保持されるとともに、回転駆動装
置１１により、回転軸部７を中心にして所定速度でもっ
て回転させられるようにしている。

【００２２】この回転駆動装置１１は、回転軸部７に外
嵌固定された従動歯車１２と、この従動歯車１２に噛合
された駆動歯車１３と、この駆動歯車１３を回転させる
モータ（図示せず）とから構成されている。

【００２３】また、上記補助電極４の回転軸部７には、
例えば回転継手（図示せず）を介して電解液供給管１４
が接続されており、この回転軸部７の中空部から、円板
状箱体５の内部に電解液Ｄが供給されるようにしてい
る。

【００２４】さらに、上記主電極３と補助電極４との間
には電源９が接続されて、所定の電圧（直流電圧、交流
電圧、またはパルス電圧など）が印加されるようにして
いる。なお、補助電極４が回転するため、補助電極４側
と電源９側とは、回転軸部７に摺接する集電ブラシ１０
を介して電気的に接続されている。

【００２５】したがって、上記構成において、ウエハＡ
の外周エッジ部Ｂを研磨する場合、まずウエハＡをチャ
ック装置２を介して、回転軸体１側に保持させる。次
に、補助電極４側に、電解液供給管１４を介して、電解
液（酸、アルカリ、中性の液体など）Ｄを供給し、電解
液Ｄを不織布８の表面から滲みでるようにする。

【００２６】次に、両電極３，４を、矢印ａ，ｂにて示
すように、対向する部分が互いに逆方向となるように回
転させるとともに、補助電極４側をウエハＡ側に軽く押
圧して、不織布８をウエハＡの外周エッジ部Ｂに摺接さ
せ、そして両電極３，４間に所定の電圧を印加する。

【００２７】すると、ウエハＡの外周エッジ部Ｂには、
不織布８から滲み出た電解液Ｄが塗布された状態とな
り、この電解液Ｄを介して、両電極３，４間に電流が流
れ、そして主電極３の先端部に放電が発生し、この放電
熱により、ウエハＡの外周エッジ部Ｂに熱的加工（熱溶
融や熱化学反応による加工）が施されるとともに、所定
の押圧力でもって摺接された不織布８により、砥粒研磨
が同時に行われる。なお、ウエハＡの表面に塗布された
電解液Ｄの厚さは0.1mm 程度であり、したがって主電極
３の先端は、ウエハＡの表面に直接接触することなく放
電が行われることになる。

【００２８】このように、電解研磨と同時に砥粒を含ん
だ不織布による砥粒研磨が行われるため、従来のよう
に、電解研磨だけの場合と異なり、研磨厚みを充分厚く
することができるので、例えば前処理工程で発生した３
〜５μm 程度の深さの加工条痕を、確実に取り除くこと
ができる。

【００２９】また、印加電圧、ウエハおよび補助電極の
回転数、および不織布側に含ませられる砥粒の径を調整
することにより、加工度の制御を行うことができる。さ
らに、電解液は、単に、ウエハに塗布する程度で良いの
で、電解液自体の消費量が少なくて済むとともに、湿式
研磨であるため、粉塵の発生を抑制することもできる。

【００３０】ここで、具体的加工例について説明する。
なお、被加工物である難削材として、直径が４インチの
シリコンウエハを使用した。

【００３１】主電極として、直径が0.3mm のタングステ
ン針を使用し、補助電極として、銅板により直径が100m
m のものを製作して使用した。また、加工条件として、
10％中性塩の電解液を使用し、印加電圧をＤＣ２００Ｖ
とし、ウエハの回転数を１〜100rpmとし、補助電極の回
転数を１〜200rpmとした。

【００３２】以上の条件で、約１分間ウエハのベベリン
グ加工、すなわち面取り加工を行ったところ、加工条痕
が除去し得る充分な研磨が確認された。ところで、上記
実施例においては、ウエハの片面を研磨する構成として
説明したが、例えば補助電極をウエハの両側に配置する
ことにより、その両面の外周エッジ部を同時に研磨する
こともできる。

【００３３】また、上記実施例においては、主電極とし
て針状のものを使用したが、例えば棒状電極、くし状電
極、または板状電極を使用することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明のベベリング加工方
法によると、主電極と補助電極との間に、電解液を介し
て電圧を印加して電解研磨する際に、補助電極側に、砥
粒を含んだ不織布を設けたので、難削材を電解研磨と同
時に砥粒研磨も行うことができるので、難削材の表面
に、深い傷がある場合でも、確実に取り除くことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における難削材のベベリング
加工方法を説明する一部切欠側面図である。

【図２】同実施例における難削材のベベリング加工方法
を説明する平面図である。

【図３】従来例における電解研磨の原理を説明する要部
断面図である。

【図４】同電解研磨の原理を説明するための電流および
電解強度と被加工物の除去量との関係を示すグラフであ
る。

【図５】従来例における難削材のベベリング加工方法を
説明する一部切欠斜視図である。

【符号の説明】

Ａ ウエハ Ｂ 外周エッジ部 Ｄ 電解液 Ｇ 砥粒 １ 回転軸体 ３ 主電極 ４ 補助電極 ５ 円板状箱体 ６ 供給穴 ７ 回転軸部 ８ 不織布 ９ 電源 １４ 電解液供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚原 正徳 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 小村 明夫 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在に支持された円板状の難削材の外
   周エッジ部に電解液を塗布し、この電解液が塗布された
   外周エッジ部に主電極と補助電極とを接触させるととも
   に、これら両電極間に電解液を介して電圧を印加させ、
   主電極の先端部に発生する放電熱により、上記難削材の
   外周エッジ部を研磨する際に、上記補助電極として中空
   にされかつ難削材との接触する側の壁面に電解液の供給
   穴が形成された円板状箱体を使用するとともに、この壁
   面に砥粒を含む不織布を配置し、かつ上記補助電極内に
   電解液を供給するとともに不織布側を外周エッジ部に押
   圧して難削材の外周エッジ部を研磨することを特徴とす
   る難削材のベベリング加工方法。