JPH08229829A - 凍結砥石とその製造方法及びこれを用いた研削方法と装置 - Google Patents
凍結砥石とその製造方法及びこれを用いた研削方法と装置Info
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- JPH08229829A JPH08229829A JP3489195A JP3489195A JPH08229829A JP H08229829 A JPH08229829 A JP H08229829A JP 3489195 A JP3489195 A JP 3489195A JP 3489195 A JP3489195 A JP 3489195A JP H08229829 A JPH08229829 A JP H08229829A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶解や焼結等の工程なしに簡便に所望の形状
の砥石を製作することができ、かつ極めて低圧の押付け
圧で脆性材料を研削することができ、これによりクラッ
クの発生を最小限度に抑えることができる凍結砥石とそ
の製造方法を提供する。 【構成】 砥粒を含む水溶液を凍結させて成形した凍結
砥石１５を、（Ａ）水を主成分とする水溶液と砥粒を混
合してコロイド状の水溶液を形成し、（Ｂ）砥石形状の
空洞を有する砥石型１０にこの水溶液を充填し、（Ｃ）
砥石型を冷却して空洞内の水溶液を凍結させ、（Ｅ）砥
石型のカバー１４を外して凍結砥石を露出させて製造す
る。また、凍結砥石の温度を一定に保持し、凍結砥石を
被加工材に押付ける圧力を制御し、これにより凍結した
水溶液の溶解速度を調節する。
の砥石を製作することができ、かつ極めて低圧の押付け
圧で脆性材料を研削することができ、これによりクラッ
クの発生を最小限度に抑えることができる凍結砥石とそ
の製造方法を提供する。 【構成】 砥粒を含む水溶液を凍結させて成形した凍結
砥石１５を、（Ａ）水を主成分とする水溶液と砥粒を混
合してコロイド状の水溶液を形成し、（Ｂ）砥石形状の
空洞を有する砥石型１０にこの水溶液を充填し、（Ｃ）
砥石型を冷却して空洞内の水溶液を凍結させ、（Ｅ）砥
石型のカバー１４を外して凍結砥石を露出させて製造す
る。また、凍結砥石の温度を一定に保持し、凍結砥石を
被加工材に押付ける圧力を制御し、これにより凍結した
水溶液の溶解速度を調節する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、凍結砥石とその製造方
法及びこれを用いた研削方法と装置に関する。
法及びこれを用いた研削方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体材料や光学材料の加工品位
と精度に対する要求が厳しくなり、砥石（固定砥粒）を
用いた研削による高品位加工が種々研究されている。固
定砥粒により、高品位な加工面を実現するためには、
微細で柔らかい砥粒を用いること、砥粒を均一に分散
させること、低い結合度で砥粒を固定すること、など
が一般に要求される。すなわち、砥粒の結合度を弱め
るほど加工面の面粗さを良くすることができ、同じ粒度
の砥粒を用いた場合、例えば、メタルボンド、レジンボ
ンド、ビトリファイドボンド、の順でより高品位の加工
面が得られ、砥粒を柔らかくすると良くなり、ダイヤ
モンドよりもシリカや酸化セリウムの方が高品位の加工
面が得られる。
と精度に対する要求が厳しくなり、砥石（固定砥粒）を
用いた研削による高品位加工が種々研究されている。固
定砥粒により、高品位な加工面を実現するためには、
微細で柔らかい砥粒を用いること、砥粒を均一に分散
させること、低い結合度で砥粒を固定すること、など
が一般に要求される。すなわち、砥粒の結合度を弱め
るほど加工面の面粗さを良くすることができ、同じ粒度
の砥粒を用いた場合、例えば、メタルボンド、レジンボ
ンド、ビトリファイドボンド、の順でより高品位の加工
面が得られ、砥粒を柔らかくすると良くなり、ダイヤ
モンドよりもシリカや酸化セリウムの方が高品位の加工
面が得られる。
【０００３】一方、レジン系の結合材により微細シリカ
砥粒を固定した砥石が試作され、その化学的除去作用の
相乗（メカノケミカル作用）によって、高品位かつ低ダ
メージの研削面が得られている。
砥粒を固定した砥石が試作され、その化学的除去作用の
相乗（メカノケミカル作用）によって、高品位かつ低ダ
メージの研削面が得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の砥石を用いた研削では、砥石の製作に、プラスチッ
クや金属の溶解や焼結工程を必要とするため、砥石の製
作が一般に困難であり、かつ時間がかかる問題点があっ
た。また、低い結合度の砥石、例えばレジンボンド砥
石を用いた場合でも、砥粒の自生作用を促すためには、
ある程度の大きさの面圧で砥石をワークに押し付ける必
要があり、この結果、シリコンウエハ等の脆性材料を研
削するとその表層に３〜１０μｍの深さのクラックがで
きる問題点があった。かかるクラック（ラテラルクラッ
クと呼ばれる）をなくすには、従来は研削後に、エッチ
ング等の化学的処理によりこのクラック層を除去する必
要があり、所望の加工面を得るまでに多くの工程と時間
を必要とする問題点があった。
の砥石を用いた研削では、砥石の製作に、プラスチッ
クや金属の溶解や焼結工程を必要とするため、砥石の製
作が一般に困難であり、かつ時間がかかる問題点があっ
た。また、低い結合度の砥石、例えばレジンボンド砥
石を用いた場合でも、砥粒の自生作用を促すためには、
ある程度の大きさの面圧で砥石をワークに押し付ける必
要があり、この結果、シリコンウエハ等の脆性材料を研
削するとその表層に３〜１０μｍの深さのクラックがで
きる問題点があった。かかるクラック（ラテラルクラッ
クと呼ばれる）をなくすには、従来は研削後に、エッチ
ング等の化学的処理によりこのクラック層を除去する必
要があり、所望の加工面を得るまでに多くの工程と時間
を必要とする問題点があった。
【０００５】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、溶
解や焼結等の工程なしに簡便に所望の形状の砥石を製作
することができる凍結砥石とその製造方法を提供するこ
とにある。また、別の目的は、極めて低圧の押付け圧で
脆性材料を研削することができ、これによりクラックの
発生を最小限度に抑えることができる凍結砥石とその製
造方法を提供することにある。更に、本発明の別の目的
は、砥粒の自生作用を自由に調整することができ、かつ
研削液を用いることなく固定砥粒による研削と遊離砥粒
によるポリッシングを同時に併用することができる、凍
結砥石を用いた研削方法と装置を提供することにある。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、溶
解や焼結等の工程なしに簡便に所望の形状の砥石を製作
することができる凍結砥石とその製造方法を提供するこ
とにある。また、別の目的は、極めて低圧の押付け圧で
脆性材料を研削することができ、これによりクラックの
発生を最小限度に抑えることができる凍結砥石とその製
造方法を提供することにある。更に、本発明の別の目的
は、砥粒の自生作用を自由に調整することができ、かつ
研削液を用いることなく固定砥粒による研削と遊離砥粒
によるポリッシングを同時に併用することができる、凍
結砥石を用いた研削方法と装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、砥粒を
含む水溶液を凍結させて成形したことを特徴とする凍結
砥石が提供される。本発明の好ましい実施例によれば、
前記砥粒は、微粒ダイヤモンド、微粒ｃＢＮ、Ｃｅ
Ｏ2 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ 3 の
いずれかから選択される。また、前記水溶液は、水を主
成分とし、更に、分散促進剤、流動促進剤、ｐＨ調整剤
の少なくとも１つを含んでいる。更に、前記水溶液は、
粒径１００ｎｍ以下のシリカ砥粒を含むコロイダルシリ
カである、ことが好ましい。
含む水溶液を凍結させて成形したことを特徴とする凍結
砥石が提供される。本発明の好ましい実施例によれば、
前記砥粒は、微粒ダイヤモンド、微粒ｃＢＮ、Ｃｅ
Ｏ2 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ 3 の
いずれかから選択される。また、前記水溶液は、水を主
成分とし、更に、分散促進剤、流動促進剤、ｐＨ調整剤
の少なくとも１つを含んでいる。更に、前記水溶液は、
粒径１００ｎｍ以下のシリカ砥粒を含むコロイダルシリ
カである、ことが好ましい。
【０００７】また、本発明によれば、水を主成分とする
水溶液と砥粒を混合してコロイド状の水溶液を形成し、
所望の砥石形状の空洞を有する砥石型の空洞に前記水溶
液を充填し、該砥石型を冷却して空洞内の水溶液を凍結
させ、砥石型の少なくとも一部を外して凍結砥石を露出
させる、ことを特徴とする凍結砥石の製造方法が提供さ
れる。本発明の好ましい実施例によれば、水溶液の凍結
後に、砥石型を加熱して砥石型の少なくとも一部を外し
て凍結砥石を露出させ、次いで凍結砥石が露出したまま
再凍結させる。
水溶液と砥粒を混合してコロイド状の水溶液を形成し、
所望の砥石形状の空洞を有する砥石型の空洞に前記水溶
液を充填し、該砥石型を冷却して空洞内の水溶液を凍結
させ、砥石型の少なくとも一部を外して凍結砥石を露出
させる、ことを特徴とする凍結砥石の製造方法が提供さ
れる。本発明の好ましい実施例によれば、水溶液の凍結
後に、砥石型を加熱して砥石型の少なくとも一部を外し
て凍結砥石を露出させ、次いで凍結砥石が露出したまま
再凍結させる。
【０００８】更に、本発明によれば、砥粒を含む水溶液
を凍結させて成形した凍結砥石を凝固点以下の温度に保
持し、該凍結砥石を被加工材に所定の圧力で押付け、か
つ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動する、ことを
特徴とする凍結砥石を用いた研削方法が提供される。本
発明の好ましい実施例によれば、冷却ガスを凍結砥石に
吹き付け、これにより、凍結砥石を凝固点以下の温度に
保持する。また、凍結砥石の温度を一定に保持し、凍結
砥石を被加工材に押付ける圧力を制御し、これにより凍
結した水溶液の溶解速度を調節する。
を凍結させて成形した凍結砥石を凝固点以下の温度に保
持し、該凍結砥石を被加工材に所定の圧力で押付け、か
つ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動する、ことを
特徴とする凍結砥石を用いた研削方法が提供される。本
発明の好ましい実施例によれば、冷却ガスを凍結砥石に
吹き付け、これにより、凍結砥石を凝固点以下の温度に
保持する。また、凍結砥石の温度を一定に保持し、凍結
砥石を被加工材に押付ける圧力を制御し、これにより凍
結した水溶液の溶解速度を調節する。
【０００９】また、本発明によれば、砥粒を含む水溶液
を凍結させて成形した凍結砥石を凝固点以下の一定温度
に保持する冷却装置と、凍結砥石を被加工材に所定の圧
力で押付けかつ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動
する加工装置と、を備えたことを特徴とする凍結砥石を
用いた研削装置が提供される。
を凍結させて成形した凍結砥石を凝固点以下の一定温度
に保持する冷却装置と、凍結砥石を被加工材に所定の圧
力で押付けかつ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動
する加工装置と、を備えたことを特徴とする凍結砥石を
用いた研削装置が提供される。
【００１０】
【作用】上述した本発明の凍結砥石とその製造方法によ
れば、凍結砥石は砥粒を含む水溶液を凍結させて成形し
たものであり、この凍結砥石は、水溶液と砥粒を混合し
てコロイド状の水溶液を形成し、砥石型にこれを充填
し、冷却して水溶液を凍結させ、砥石型の少なくとも一
部を外して凍結砥石を露出させるだけで、製造すること
ができるので、溶解や焼結等の工程なしに比較的簡便に
短時間に所望の形状の砥石を製作することができる。ま
た、この凍結砥石は、凍結した水溶液の溶解により、砥
粒の自生作用を行わせることができるので、自生作用の
ために砥石をワークに押し付ける必要がなく、従って極
めて低圧の押付け圧で脆性材料を研削することができ、
これによりクラックの発生を最小限度に抑えることがで
きる。
れば、凍結砥石は砥粒を含む水溶液を凍結させて成形し
たものであり、この凍結砥石は、水溶液と砥粒を混合し
てコロイド状の水溶液を形成し、砥石型にこれを充填
し、冷却して水溶液を凍結させ、砥石型の少なくとも一
部を外して凍結砥石を露出させるだけで、製造すること
ができるので、溶解や焼結等の工程なしに比較的簡便に
短時間に所望の形状の砥石を製作することができる。ま
た、この凍結砥石は、凍結した水溶液の溶解により、砥
粒の自生作用を行わせることができるので、自生作用の
ために砥石をワークに押し付ける必要がなく、従って極
めて低圧の押付け圧で脆性材料を研削することができ、
これによりクラックの発生を最小限度に抑えることがで
きる。
【００１１】更に、本発明の研削方法と装置によれば、
冷却装置により凍結砥石を凝固点以下の一定温度に保持
し、加工装置により凍結砥石を被加工材に所定の圧力で
押付け、かつ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動す
ることにより、押付け圧力により凍結した水溶液の溶解
速度を調節しながら被加工材を研削することができ、か
つ研削液を用いることなく固定砥粒による研削と遊離砥
粒によるポリッシングを同時に併用することができる。
冷却装置により凍結砥石を凝固点以下の一定温度に保持
し、加工装置により凍結砥石を被加工材に所定の圧力で
押付け、かつ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動す
ることにより、押付け圧力により凍結した水溶液の溶解
速度を調節しながら被加工材を研削することができ、か
つ研削液を用いることなく固定砥粒による研削と遊離砥
粒によるポリッシングを同時に併用することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明による凍結砥石の概要を
示す図である。この図に示すように、本発明の「凍結砥
石」は、砥粒を含んだ液体（水溶液）を凍結させて成形
したものである。この場合、砥粒としては、沈殿しにく
い比較的微粒のもの、例えば、微粒ダイヤモンド、微粒
ｃＢＮ、ＣｅＯ2 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、
Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかから選択する。特に、メカノケミ
カル作用を有する粒子、例えば平均粒径が約１０〜９０
ｎｍのシリカ砥粒（ＳｉＯ2 ）を用いるのがよい。これ
により、化学的除去と機械的研磨を併用することがで
き、効率的に研削／研磨を行うことができる。また、酸
化セリウム砥粒（ＣｅＯ2 ）を用いることにより、酸化
セリウムの強い界面反応により、より一層高能率に研削
／研磨を行うことができる。
して説明する。図１は、本発明による凍結砥石の概要を
示す図である。この図に示すように、本発明の「凍結砥
石」は、砥粒を含んだ液体（水溶液）を凍結させて成形
したものである。この場合、砥粒としては、沈殿しにく
い比較的微粒のもの、例えば、微粒ダイヤモンド、微粒
ｃＢＮ、ＣｅＯ2 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、
Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかから選択する。特に、メカノケミ
カル作用を有する粒子、例えば平均粒径が約１０〜９０
ｎｍのシリカ砥粒（ＳｉＯ2 ）を用いるのがよい。これ
により、化学的除去と機械的研磨を併用することがで
き、効率的に研削／研磨を行うことができる。また、酸
化セリウム砥粒（ＣｅＯ2 ）を用いることにより、酸化
セリウムの強い界面反応により、より一層高能率に研削
／研磨を行うことができる。
【００１３】また、液体（水溶液）としては水分だけで
なく、水溶性の物質を溶解させたものがよく、特に、流
動性や砥粒の分散性など、液体の性質を調整するために
種々の成分を点火するのがよい。すなわち、水溶液は、
水を主成分とし、更に、分散促進剤、流動促進剤、ｐＨ
調整剤の少なくとも１つを含んでいる、ことが好まし
い。
なく、水溶性の物質を溶解させたものがよく、特に、流
動性や砥粒の分散性など、液体の性質を調整するために
種々の成分を点火するのがよい。すなわち、水溶液は、
水を主成分とし、更に、分散促進剤、流動促進剤、ｐＨ
調整剤の少なくとも１つを含んでいる、ことが好まし
い。
【００１４】図２は、上述した凍結砥石を製造するため
の砥石型の横断面図である。この図に示すように、砥石
型１０は、ベース１２とカバー１４からなる一対の金型
であり、その間に所望の砥石形状の空洞を有している。
この空洞に砥粒を含んだ液体（水溶液）を充填し凍結さ
せることにより所望の凍結砥石１５が製造される。な
お、この図では、凍結砥石１５は、ベース１２に一体化
したカップ砥石である。また、空洞の側面は上方が狭い
テーパになっており、凍結砥石１５の付いたベース１２
を加工機に逆さまに取付けて研削加工をする際に、凍結
砥石１５が溝部から落下しないようになっている。更
に、ベース１２とカバー１４の間にはＯリング１６が挟
まれており、中心部に設けられた貫通穴を通るボルト・
ナット１７により、ベース１２とカバー１４を所定の位
置に固定し、凍結中に液体が型の合わせ目から流れ出な
いようにシールしている。また、カバー１４の空洞の上
部には、カバー１４を貫通する円弧状の溝１４ａが設け
られており、この溝１４ａを通して、一対の金型１２、
１４を固定した状態で、液体を空洞内に流し込めるよう
になっている。更に、ベース１２には、これを貫通する
雌ねじ穴１２ａが例えば４ケ所に設けられており、この
雌ねじ穴１２ａにこれと螺合するボルトを螺合させて、
その端面をカバー１４の対向面に押し当て、ベース１２
とカバー１４を容易に引き離せるようになっている。
の砥石型の横断面図である。この図に示すように、砥石
型１０は、ベース１２とカバー１４からなる一対の金型
であり、その間に所望の砥石形状の空洞を有している。
この空洞に砥粒を含んだ液体（水溶液）を充填し凍結さ
せることにより所望の凍結砥石１５が製造される。な
お、この図では、凍結砥石１５は、ベース１２に一体化
したカップ砥石である。また、空洞の側面は上方が狭い
テーパになっており、凍結砥石１５の付いたベース１２
を加工機に逆さまに取付けて研削加工をする際に、凍結
砥石１５が溝部から落下しないようになっている。更
に、ベース１２とカバー１４の間にはＯリング１６が挟
まれており、中心部に設けられた貫通穴を通るボルト・
ナット１７により、ベース１２とカバー１４を所定の位
置に固定し、凍結中に液体が型の合わせ目から流れ出な
いようにシールしている。また、カバー１４の空洞の上
部には、カバー１４を貫通する円弧状の溝１４ａが設け
られており、この溝１４ａを通して、一対の金型１２、
１４を固定した状態で、液体を空洞内に流し込めるよう
になっている。更に、ベース１２には、これを貫通する
雌ねじ穴１２ａが例えば４ケ所に設けられており、この
雌ねじ穴１２ａにこれと螺合するボルトを螺合させて、
その端面をカバー１４の対向面に押し当て、ベース１２
とカバー１４を容易に引き離せるようになっている。
【００１５】図３は、上述した砥石型１０を用いた凍結
砥石の製造工程図である。本発明の凍結砥石の製造方法
によれば、（Ａ）まず、水を主成分とする水溶液と砥粒
を混合してコロイド状の水溶液を形成し、（Ｂ）所望の
砥石形状の空洞を有する砥石型１０の空洞にこの水溶液
を充填し、（Ｃ）砥石型１０を冷却して空洞内の水溶液
を凍結させ、（Ｅ）砥石型１０の少なくとも一部（この
例ではカバー１４）を外して凍結砥石を露出させる、こ
とにより凍結砥石を製造する。
砥石の製造工程図である。本発明の凍結砥石の製造方法
によれば、（Ａ）まず、水を主成分とする水溶液と砥粒
を混合してコロイド状の水溶液を形成し、（Ｂ）所望の
砥石形状の空洞を有する砥石型１０の空洞にこの水溶液
を充填し、（Ｃ）砥石型１０を冷却して空洞内の水溶液
を凍結させ、（Ｅ）砥石型１０の少なくとも一部（この
例ではカバー１４）を外して凍結砥石を露出させる、こ
とにより凍結砥石を製造する。
【００１６】また、砥石型１０内で一旦凍結した凍結砥
石１５は、ベース１２とカバー１４の両方に固着して簡
単には分離できないので、図３に示すように、水溶液の
凍結後に、（Ｄ）砥石型１０を加熱して砥石型の少なく
とも一部（カバー１４）を外して凍結砥石を露出させ、
次いで（Ｆ）凍結砥石１５が露出したまま再凍結させ
る、ことが好ましい。この再凍結により、凍結砥石の形
状を保持し、その使用持続時間を伸ばすことができる。
石１５は、ベース１２とカバー１４の両方に固着して簡
単には分離できないので、図３に示すように、水溶液の
凍結後に、（Ｄ）砥石型１０を加熱して砥石型の少なく
とも一部（カバー１４）を外して凍結砥石を露出させ、
次いで（Ｆ）凍結砥石１５が露出したまま再凍結させ
る、ことが好ましい。この再凍結により、凍結砥石の形
状を保持し、その使用持続時間を伸ばすことができる。
【００１７】図４は、上述した凍結砥石を用いた本発明
による研削装置の全体構成図である。この図において、
本発明の研削装置２０は、上述した凍結砥石１５を凝固
点以下の一定温度に保持する冷却装置２２と、凍結砥石
１５を被加工材１に所定の圧力で押付けかつ凍結砥石を
被加工材の表面に沿って移動する加工装置２４と、を備
えている。加工装置２４は、この図では、凍結砥石１５
の付いたカバー１４を逆さまに取付けてこれを回転させ
るヘッド部２５と、被加工材１を保持してこれを垂直軸
のまわりに回転させるワーク台２６とからなる。ヘッド
部２５はワーク台２６に所定の圧力で押し付けることが
でき、かつヘッド部２５はワーク台２６の被加工材１の
表面に沿って水平移動できるようになっている。
による研削装置の全体構成図である。この図において、
本発明の研削装置２０は、上述した凍結砥石１５を凝固
点以下の一定温度に保持する冷却装置２２と、凍結砥石
１５を被加工材１に所定の圧力で押付けかつ凍結砥石を
被加工材の表面に沿って移動する加工装置２４と、を備
えている。加工装置２４は、この図では、凍結砥石１５
の付いたカバー１４を逆さまに取付けてこれを回転させ
るヘッド部２５と、被加工材１を保持してこれを垂直軸
のまわりに回転させるワーク台２６とからなる。ヘッド
部２５はワーク台２６に所定の圧力で押し付けることが
でき、かつヘッド部２５はワーク台２６の被加工材１の
表面に沿って水平移動できるようになっている。
【００１８】冷却装置２２は、凍結砥石１５の凝固点以
下にガスを冷却する冷却器２２ａと、冷却されたガスを
凍結砥石１５の少なくとも一部に吹き付けるノズル２２
ｂとからなる。冷却器２２ａは、例えばドライアイスを
内蔵した容器であり、ドライアイスが蒸発した低温炭酸
ガスをノズル２２ｂから吹き出してもよい。また、液体
窒素や適当な冷凍装置を用い、空気やその一部の気体を
冷却してもよい。
下にガスを冷却する冷却器２２ａと、冷却されたガスを
凍結砥石１５の少なくとも一部に吹き付けるノズル２２
ｂとからなる。冷却器２２ａは、例えばドライアイスを
内蔵した容器であり、ドライアイスが蒸発した低温炭酸
ガスをノズル２２ｂから吹き出してもよい。また、液体
窒素や適当な冷凍装置を用い、空気やその一部の気体を
冷却してもよい。
【００１９】上述した研削装置２０は、以下のように使
用する。すなわち、冷却装置２２により、冷却ガスを凍
結砥石に吹き付けて、凍結砥石１５を凝固点以下の温度
に保持し、加工装置２４により、凍結砥石１５を被加工
材１に所定の圧力で押付け、凍結砥石１５を被加工材１
の表面に沿って移動させることにより、被加工材１の表
面を凍結砥石１５で研削することができる。更に、この
研削加工の際に、凍結砥石１５の温度を一定に保持し、
凍結砥石１５を被加工材１に押付ける圧力を制御し、こ
れにより凍結した水溶液の溶解速度を調節する。かかる
方法により、凍結砥石１５の自生作用を凍結した水溶液
の溶解速度の調節により行うことができ、かつ溶けた水
溶液が研削液として機能するので、研削液を用いる必要
がない。更に、凍結砥石１５により、固定砥粒による研
削を行うことができ、溶けた水溶液に含まれた砥粒によ
り遊離砥粒によるポリッシングを同時に併用することが
できる。
用する。すなわち、冷却装置２２により、冷却ガスを凍
結砥石に吹き付けて、凍結砥石１５を凝固点以下の温度
に保持し、加工装置２４により、凍結砥石１５を被加工
材１に所定の圧力で押付け、凍結砥石１５を被加工材１
の表面に沿って移動させることにより、被加工材１の表
面を凍結砥石１５で研削することができる。更に、この
研削加工の際に、凍結砥石１５の温度を一定に保持し、
凍結砥石１５を被加工材１に押付ける圧力を制御し、こ
れにより凍結した水溶液の溶解速度を調節する。かかる
方法により、凍結砥石１５の自生作用を凍結した水溶液
の溶解速度の調節により行うことができ、かつ溶けた水
溶液が研削液として機能するので、研削液を用いる必要
がない。更に、凍結砥石１５により、固定砥粒による研
削を行うことができ、溶けた水溶液に含まれた砥粒によ
り遊離砥粒によるポリッシングを同時に併用することが
できる。
【００２０】実施例 以下、上述した装置及び方法により、表１に示す研削実
験装置を用いた試験結果を説明する。
験装置を用いた試験結果を説明する。
【００２１】
【表１】
【００２２】研削装置２０としては、片面ラップ盤を使
用した。また、凍結砥石１５を製造するための砥粒を含
む水溶液には、粒径８０ｎｍのシリカ砥粒を含むコロイ
ダルシリカを使用した。更に、被加工材１には、直径４
インチ、厚さ約６００μｍの単結晶シリコンウエハを用
いた。図２に示した砥石型１０を用い、図３に示した製
造工程により、コロイダルシリカを凍結させて凍結砥石
１５を得た。型を外す際には、前述のように若干の加熱
を行い、カップ砥石の状態で再凍結した。得られた凍結
砥石１５は、全体に乳白色であった。なお、この凍結砥
石１５は、例えば型を外す際に一部が破損しても、破断
面同士を合わせてその境界を再凍結することにより、容
易に接合できる。また、使用により凍結砥石１５がほと
んど溶解しても、再びカバー１４を合わせてコロイダル
シリカを注ぎ込み、ベース溝に残った砥石に追加・再生
することができる。
用した。また、凍結砥石１５を製造するための砥粒を含
む水溶液には、粒径８０ｎｍのシリカ砥粒を含むコロイ
ダルシリカを使用した。更に、被加工材１には、直径４
インチ、厚さ約６００μｍの単結晶シリコンウエハを用
いた。図２に示した砥石型１０を用い、図３に示した製
造工程により、コロイダルシリカを凍結させて凍結砥石
１５を得た。型を外す際には、前述のように若干の加熱
を行い、カップ砥石の状態で再凍結した。得られた凍結
砥石１５は、全体に乳白色であった。なお、この凍結砥
石１５は、例えば型を外す際に一部が破損しても、破断
面同士を合わせてその境界を再凍結することにより、容
易に接合できる。また、使用により凍結砥石１５がほと
んど溶解しても、再びカバー１４を合わせてコロイダル
シリカを注ぎ込み、ベース溝に残った砥石に追加・再生
することができる。
【００２３】シリコンウエハをワーク治具プレートに接
着し、＃１２００のレジンボンドダイヤモンドカップ砥
石（砥石径１３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、集中度７５）によ
り粗研削した。この際の砥石回転数は１００ｒｐｍとし
た。図５Ａ（上図）は、この結果得られた加工面を示す
図であり、Ｒｍａｘ０．５μｍ、Ｒａ０．０６μｍ前後
の比較的粗い梨地面であり、脆性破壊を主とした加工面
性状となっていた。
着し、＃１２００のレジンボンドダイヤモンドカップ砥
石（砥石径１３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、集中度７５）によ
り粗研削した。この際の砥石回転数は１００ｒｐｍとし
た。図５Ａ（上図）は、この結果得られた加工面を示す
図であり、Ｒｍａｘ０．５μｍ、Ｒａ０．０６μｍ前後
の比較的粗い梨地面であり、脆性破壊を主とした加工面
性状となっていた。
【００２４】次に、砥石を本発明による凍結砥石に変
え、一定加圧力（約４．２ｋｇｆ）によりワーク面に切
り込み、一定時間を経て加工面粗さと面性状を測定評価
した。その結果、約２時間の研削により図５Ｂ（下図）
に示す良好な加工面、すなわち、面粗さが、Ｒｍａｘ８
０ｎｍ（０．０８μｍ）、Ｒａ７ｎｍ前後の鏡面を得る
ことができた。
え、一定加圧力（約４．２ｋｇｆ）によりワーク面に切
り込み、一定時間を経て加工面粗さと面性状を測定評価
した。その結果、約２時間の研削により図５Ｂ（下図）
に示す良好な加工面、すなわち、面粗さが、Ｒｍａｘ８
０ｎｍ（０．０８μｍ）、Ｒａ７ｎｍ前後の鏡面を得る
ことができた。
【００２５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】上述したように、本発明の凍結砥石とそ
の製造方法によれば、凍結砥石は砥粒を含む水溶液を凍
結させて成形したものであり、この凍結砥石は、水溶液
と砥粒を混合してコロイド状の水溶液を形成し、砥石型
にこれを充填し、冷却して水溶液を凍結させ、砥石型の
少なくとも一部を外して凍結砥石を露出させるだけで、
製造することができるので、溶解や焼結等の工程なしに
比較的簡便に短時間に所望の形状の砥石を製作すること
ができる。また、この凍結砥石は、凍結した水溶液の溶
解により、砥粒の自生作用を行わせることができるの
で、自生作用のために砥石をワークに押し付ける必要が
なく、従って極めて低圧の押付け圧で脆性材料を研削す
ることができ、これによりクラックの発生を最小限度に
抑えることができる。
の製造方法によれば、凍結砥石は砥粒を含む水溶液を凍
結させて成形したものであり、この凍結砥石は、水溶液
と砥粒を混合してコロイド状の水溶液を形成し、砥石型
にこれを充填し、冷却して水溶液を凍結させ、砥石型の
少なくとも一部を外して凍結砥石を露出させるだけで、
製造することができるので、溶解や焼結等の工程なしに
比較的簡便に短時間に所望の形状の砥石を製作すること
ができる。また、この凍結砥石は、凍結した水溶液の溶
解により、砥粒の自生作用を行わせることができるの
で、自生作用のために砥石をワークに押し付ける必要が
なく、従って極めて低圧の押付け圧で脆性材料を研削す
ることができ、これによりクラックの発生を最小限度に
抑えることができる。
【００２７】更に、本発明の研削方法と装置によれば、
冷却装置により凍結砥石を凝固点以下の一定温度に保持
し、加工装置により凍結砥石を被加工材に所定の圧力で
押付け、かつ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動す
ることにより、押付け圧力により凍結した水溶液の溶解
速度を調節しながら被加工材を研削することができ、か
つ研削液を用いることなく固定砥粒による研削と遊離砥
粒によるポリッシングを同時に併用することができる。
冷却装置により凍結砥石を凝固点以下の一定温度に保持
し、加工装置により凍結砥石を被加工材に所定の圧力で
押付け、かつ凍結砥石を被加工材の表面に沿って移動す
ることにより、押付け圧力により凍結した水溶液の溶解
速度を調節しながら被加工材を研削することができ、か
つ研削液を用いることなく固定砥粒による研削と遊離砥
粒によるポリッシングを同時に併用することができる。
【００２８】従って、本発明の凍結砥石とその製造方法
により、溶解や焼結等の工程なしに簡便に所望の形状の
砥石を製作することができ、かつ極めて低圧の押付け圧
で脆性材料を研削することができ、これによりクラック
の発生を最小限度に抑えることができる。また、本発明
の凍結砥石を用いた研削方法と装置により、砥粒の自生
作用を自由に調整することができ、かつ研削液を用いる
ことなく固定砥粒による研削と遊離砥粒によるポリッシ
ングを同時に併用することができる。
により、溶解や焼結等の工程なしに簡便に所望の形状の
砥石を製作することができ、かつ極めて低圧の押付け圧
で脆性材料を研削することができ、これによりクラック
の発生を最小限度に抑えることができる。また、本発明
の凍結砥石を用いた研削方法と装置により、砥粒の自生
作用を自由に調整することができ、かつ研削液を用いる
ことなく固定砥粒による研削と遊離砥粒によるポリッシ
ングを同時に併用することができる。
【図１】本発明による凍結砥石の概要を示す図である。
【図２】凍結砥石を製造するための砥石型の横断面図で
ある。
ある。
【図３】凍結砥石の製造工程図である。
【図４】凍結砥石を用いた本発明による研削装置の全体
構成図である。
構成図である。
【図５】凍結砥石による研削面粗さの変化を示す図であ
る。
る。
１ 被加工材 １０ 砥石型 １２ ベース １２ａ 雌ねじ穴 １４ カバー １４ａ 溝 １５ 凍結砥石 １６ Ｏリング １７ ボルト・ナット ２０ 研削装置 ２２ 冷却装置 ２２ａ 冷却器 ２２ｂ ノズル ２４ 加工装置 ２５ ヘッド部 ２６ ワーク台
Claims (10)
- 【請求項１】 砥粒を含む水溶液を凍結させて成形した
ことを特徴とする凍結砥石。 - 【請求項２】 前記砥粒は、微粒ダイヤモンド、微粒ｃ
ＢＮ、ＣｅＯ2 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 、Ａ
ｌ2 Ｏ3 のいずれかから選択される、ことを特徴とする
請求項１に記載の凍結砥石。 - 【請求項３】 前記水溶液は、水を主成分とし、更に、
分散促進剤、流動促進剤、ｐＨ調整剤の少なくとも１つ
を含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の凍結
砥石。 - 【請求項４】 前記水溶液は、粒径１００ｎｍ以下のシ
リカ砥粒を含むコロイダルシリカである、ことを特徴と
する請求項１に記載の凍結砥石。 - 【請求項５】 水を主成分とする水溶液と砥粒を混合し
てコロイド状の水溶液を形成し、所望の砥石形状の空洞
を有する砥石型の空洞に前記水溶液を充填し、該砥石型
を冷却して空洞内の水溶液を凍結させ、砥石型の少なく
とも一部を外して凍結砥石を露出させる、ことを特徴と
する凍結砥石の製造方法。 - 【請求項６】 水溶液の凍結後に、砥石型を加熱して砥
石型の少なくとも一部を外して凍結砥石を露出させ、次
いで凍結砥石が露出したまま再凍結させる、ことを特徴
とする請求項５に記載の凍結砥石の製造方法。 - 【請求項７】 砥粒を含む水溶液を凍結させて成形した
凍結砥石を凝固点以下の温度に保持し、該凍結砥石を被
加工材に所定の圧力で押付け、かつ凍結砥石を被加工材
の表面に沿って移動する、ことを特徴とする凍結砥石を
用いた研削方法。 - 【請求項８】 冷却ガスを凍結砥石に吹き付け、これに
より、凍結砥石を凝固点以下の温度に保持する、ことを
特徴とする請求項７に記載の凍結砥石を用いた研削方
法。 - 【請求項９】 凍結砥石の温度を一定に保持し、凍結砥
石を被加工材に押付ける圧力を制御し、これにより凍結
した水溶液の溶解速度を調節する、ことを特徴とする請
求項７に記載の凍結砥石を用いた研削方法。 - 【請求項１０】 砥粒を含む水溶液を凍結させて成形し
た凍結砥石を凝固点以下の一定温度に保持する冷却装置
と、凍結砥石を被加工材に所定の圧力で押付けかつ凍結
砥石を被加工材の表面に沿って移動する加工装置と、を
備えたことを特徴とする凍結砥石を用いた研削装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3489195A JPH08229829A (ja) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | 凍結砥石とその製造方法及びこれを用いた研削方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3489195A JPH08229829A (ja) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | 凍結砥石とその製造方法及びこれを用いた研削方法と装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08229829A true JPH08229829A (ja) | 1996-09-10 |
Family
ID=12426789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3489195A Pending JPH08229829A (ja) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | 凍結砥石とその製造方法及びこれを用いた研削方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08229829A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100445037C (zh) * | 2007-09-21 | 2008-12-24 | 南京航空航天大学 | 用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫及其制备方法 |
| US7637270B2 (en) | 2002-05-21 | 2009-12-29 | Fujitsu Limited | Method of washing a polished object |
| JP2011212820A (ja) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Disco Corp | 硬質基板の研削方法および研削装置 |
| CN102240990A (zh) * | 2011-06-22 | 2011-11-16 | 南京航空航天大学 | 冰冻固结磨料抛光垫开槽装置 |
| CN103317194A (zh) * | 2013-06-01 | 2013-09-25 | 鹤壁汽车工程职业学院 | 直齿圆柱齿轮连续柔性磨光机 |
| CN103331491A (zh) * | 2013-06-01 | 2013-10-02 | 鹤壁汽车工程职业学院 | 高效弧面齿轮柔性磨光机 |
| EP2293901A4 (en) * | 2008-05-22 | 2013-10-16 | Bell Helicopter Textron Inc | ABRASIVE ARTICLE |
| CN110281169A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-27 | 新昌浙江工业大学科学技术研究院 | 水凝磨具及其增量修整方法 |
-
1995
- 1995-02-23 JP JP3489195A patent/JPH08229829A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7637270B2 (en) | 2002-05-21 | 2009-12-29 | Fujitsu Limited | Method of washing a polished object |
| CN100445037C (zh) * | 2007-09-21 | 2008-12-24 | 南京航空航天大学 | 用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫及其制备方法 |
| EP2293901A4 (en) * | 2008-05-22 | 2013-10-16 | Bell Helicopter Textron Inc | ABRASIVE ARTICLE |
| JP2011212820A (ja) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Disco Corp | 硬質基板の研削方法および研削装置 |
| CN102240990A (zh) * | 2011-06-22 | 2011-11-16 | 南京航空航天大学 | 冰冻固结磨料抛光垫开槽装置 |
| CN103317194A (zh) * | 2013-06-01 | 2013-09-25 | 鹤壁汽车工程职业学院 | 直齿圆柱齿轮连续柔性磨光机 |
| CN103331491A (zh) * | 2013-06-01 | 2013-10-02 | 鹤壁汽车工程职业学院 | 高效弧面齿轮柔性磨光机 |
| CN110281169A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-27 | 新昌浙江工业大学科学技术研究院 | 水凝磨具及其增量修整方法 |
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