JPS6368366A - 研磨方法 - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明は砥粒に液体を混合して成型した液体ポンド砥石
の研磨面に、木と冷却液とを個別にして間歇的に噴霧し
ながら被研磨材を研磨するようにした研磨方法に関する
ものである。

〈従来の技術〉 砥粒間に液体を存在させ、液体の表面張力や粘着力を利
用して砥粒を保持した液体ポンド砥石に被研磨材を押圧
し、砥石と被研磨材との相対的移動差で被研磨材を研磨
するようにした研磨方法は１例えば本出願人が特願昭６
０−２６９３５０号または特願昭６１−１５５０２４号
で既に提案している。

又、本発明者らは液体ポンド砥石を使用した研磨方法を
、昭和６１年度精密工学会春季大会学術講演会論文集第
５６９頁、日本機械学会論文集（０編）第５１巻第４７
１号（昭和６０年１１月発行）の第３１４５頁、生産研
究第３７巻第７号（東京大学生産技術研究所編で１９８
５年７月発行）等で発表している。

上記した出願や文献の内容は、最密充填状態の砥粒の間
隙を適当な液体で充填して砥粒を保持した液体ポンド砥
石の表面に被研磨材を押圧し、砥石と被研磨材との相対
的移動差により砥石で被研磨材を研磨する方法である。

（発明が解決しようとする問題点〉 上記した７府方法においては、被研磨材と液体ポンド砥
石との摩擦により熱が発生する。この熱は、砥石に対す
る被研磨材の押圧力が大きい程高くなり、被研磨材が熱
により歪が発生したり、加工変質を生じる原因となる。

そこで、摩擦熱を冷却するために通常の硬質砥石を使用
する場合には水やオイルを砥石面に供給できる。しかし
、砥粒が液体により保持されている液体ポンド砥石では
各砥粒の保持力が極めて弱いので、水やオイルを砥石に
流すと崩壊することになる。

又、水を砥石に流した場合に崩壊しないとしても、軟化
してセルフドレッシング作用が進み過ぎることになり、
砥石の消耗が著しく大きくなる。

更に少量の水等の冷却液を砥石に噴霧しただけでは充分
な冷却効果を期待することができないし、摩擦熱により
液体がただちに蒸発してセルフドレッシング作用が働か
ない。

又、砥石の表面に冷却液を直接供給しないで、砥石の下
面や側面に接する支持具、被研磨材を支持する治具等を
液体で間ｉＭＲに冷却する方法も有るが、液体ポンド砥
石は構造がポーラスで内部に微細な気泡を無数に有する
ために熱伝導率が悪く、研磨面を効果的に冷却すること
ができない。

（問題点を解決するための手段〉 本発明は上記に鑑み提案されたもので、砥軸に液体を混
合して成型した液体ポンド砥石の研磨面に、水とハロゲ
ン化炭化水素溶液とを個別にして間歇的に噴霧しながら
被研磨材を研磨するようにしたことを特徴とするもので
ある。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明すると１本発明における液体
ポンド砥石は砥粒間に液体を存在させ、液体の表面張力
もしくは粘着力により砥粒を保持するようにしたもので
ある。

上記した砥石に使用する砥粒としてはダイヤモンド、コ
ランダム、エメリ、ザクロ石、シリカ、トリポリ、焼成
ドロマイト、熔融アルミナ、人造エメリ、炭化ケイ素、
炭化ホウ素、酸化鉄、焼成アルミナ、酸化クロム、酸化
セリウム、酸化ジルコニウム等通常の砥粒として使用で
きるのもであればどのようなものでもよい。

そして、砥粒の粒径はおよそ３０ｇｍ以下のものを用い
ることができる。

一方１本発明の液体ポンド砥石に使用する液体は表面張
力もしくは粘着力により上記した砥粒を保持するために
使用するもので、水、又は水溶性物質（アルカリ溶液、
酸溶液、その他多くの塩類の水溶液、高分子溶液、油状
液体、磁性流体等）を使用することができる。

本発明の液体ポンド砥石は上記した砥粒と液体とを′混
合して製造するのであるが、砥石中の砥粒は３０〜７０
ｖｏ１％程度である。そして、砥粒と液体とを単に混合
するだけでなく、必要に応じて希釈剤を添加し、乾式又
は半乾式成型するが、圧縮成型して砥粒をＶ＆密な状態
にするのが望ましい。

上記の様にして成型した液体ポンド砥石を使用して被研
磨材を研磨する場合、砥石の研壱面に少量の水と、被研
磨材を冷却するのに必要とする量のハロゲン化炭化水素
溶液とを、間歇的に個々に砥石の研磨面に噴霧しながら
研磨するのである。

本発明に用いられるハロゲン化炭化水素溶液としては、
前記したように水との溶解性１反応性がほとんどなく、
灯点が水の沸点以下であるとともに、蒸発熱が大きくて
引火性や毒性が少ないものが望ましい。

上記した条件を満足するハロゲン化炭化水素溶液として
は、四塩化炭素、塩化メチル、ｌ・１・ｌ−トリクロル
エタン、トリクロルエチレン、フルオルジクロルメタン
、ジクロルジフル才ルメタン、クルオルトリクロルメタ
ン、トリフルオルモノフロムメタン、ジフルオルクロル
エタン、１Φ１自２−トリクロル−１・２・２−トリ７
ルオルエタン 上記した成分の内、本発明に最も適しているのは灯点が
水の灯点より低くて常温よりやや高く、蒸発熱が大であ
るもので，その代表的なものとして，１・ｌ・２−トリ
クロル−１−２−２−トリプルオルエタン（以下Ｒ−１
１３という）を使用することができる。

したがって、以下の説明ではハロゲン化炭化水素溶液と
してＲ−１１３を使用する場合に付いて説明する。

水は優れた冷却液であるが、水をポンド剤とする液体ポ
ンド砥石に多量に噴霧すると砥石が崩壊する可能性があ
るので噴霧量を少量にし、砥石の表面に均一にかかって
表層部を湿潤させる程度にする。しかし、液体ポンド砥
石に水が充分に含有している場合には砥石の研磨面に水
を噴霧しなくてもよい。

このように、水を砥石に噴霧するのは、次に冷却液とし
てＲ−１１３を噴霧する場合に、Ｒ−１１３が砥石の内
部にまで浸透するのを防止するためと、極めて良好なセ
ルフドレッシング作用を行なわせるためである。

そして、ポンド剤として水ではなく水溶性物質を使用し
た場合は、水がポンド剤である水溶性物質を液化するた
めに、水をポンド剤とするときよりもやや多量の水を噴
霧する必要があるが、この場合も砥石の表面のポンド剤
が液化する程度にとどめ、砥石全体が軟化するほど多量
に噴霧することができない。

上記した様に、砥石に水を噴霧した後にＲ−１１３を砥
石の表面に噴霧する。

このＲ−１１３液体は水にほとんど溶解しないので、水
を有する砥石の表面にＲ−１１３を噴霧すると、ポンド
剤として砥石の内部に含まれる水や、先に噴霧した水に
阻止されて砥石の内部に浸透することができず、砥石の
表面に留まって被研磨材を効果的に冷却し、大量に噴霧
しても砥石を軟化させたり崩壊させることがない。

しかも、水溶性物質をポンド剤とする砥石の場合も、こ
の水溶性物質はＲ−１１３には溶解しないので、砥石が
軟化する可能性がない。

又、Ｒ−１１３は蒸発熱が３５．０７ｃａｌ／ｒｃ’極
めて蒸発し易いため、被研磨材と砥石の接触によって発
生した熱がその潜熱として消費され、効果的に被研磨材
のＡ温を防止する。

Ｒ−１１３の噴霧量は研磨時の熱の発生量と被研磨材に
許容される昇温限界にしたがって適宜増減することがで
きる。

具体的には研磨時に被研磨材の温度を測定しながら、Ｒ
−１１３の噴Ｎ量を加減すればよい。

又、研磨詩にはＲ−１１３が砥石表層部や内部の水と接
触、混合、攪拌等を伴なうが、Ｒ−１１３は極めて速や
かに蒸発して長時間砥石の表層部に停滞することがない
ので、極端に多量を噴霧しない限り水との間にエマルジ
ョンを形成して蒸発が遅れたり、砥石の内部に浸透して
砥石を軟化させる原因となることがない、更にＲ−１１
３は引火性がなく、吸入性、毒性もないので７宕作業中
に蒸発しても健康を害することがなく、公害問題も生じ
ない。

そして、研磨工程が進行すると、水を噴霧して湿らせた
砥石の表層部は被研磨材により削り取られてセルフドレ
ッシングが行なわれるため、定期的に水を噴霧するとと
もにＲ−１１３を噴霧し、この操作を間歇的に縁り返し
ながら被研磨材を研磨する。

この研磨方法はオイルや油溶性物質をポンド剤とする液
体ポンド砥石には適用できない、即ち、Ｒ−１１３はオ
イルや油溶性物質と相溶性があり、噴霧により容易に砥
石の内部に浸透するからである。

なお、Ｒ−１１３に類似するが蒸発が遅い成分のものも
あるが、この成分を使用すると高速で研磨しようとする
場合に冷却効果が不充分となりやすく、水との間でエマ
ルジョンを作りやすいので好ましくない、又、Ｒ−１１
３に類似であるが。

蒸発が早い成分は噴霧した時に短時間で気化するため砥
石の表面を覆って水の蒸発を阻止できないから、セルフ
ドレッシングの機能を期待することができない。

第１図は本発明の方法を実施するための装置の一例で、
液体ポンド砥石ｌを上面に載せた回転テーブル２と、油
圧により先端に取付けた被研磨材を回転テーブル２の表
面に押圧することができるスピンドル３とからなり、ス
ピンドル３の下端に被研磨材を取付ける治具４を設ける
。そして。

治具４に取付ける被研磨材５を砥石１の上面の回転中心
以外の位置に臨ませ１回転テーブル２とスピンドル３と
を同一方向で同一回転数によって回転させ、治具４に取
付けた被研磨材５を砥石ｌに対して遊星運動させる。

本発明の具体的一実施例は、治具４に被研磨材５として
３インチφのシリコンウェハをワックスで貼り付け、砥
石１としては水をポンド剤として平均粒径３ミクロンの
炭化珪素の砥粒を２２０ｍｍφの円盤状にした。

そして、あらかじめ砥石の研磨面に７ミリリツトルの水
を細かい霧状にして噴霧した後、加工圧を３Ｋｇ／ｃｍ
２、回転数１０ｏｒｐｍで研磨を行なった。

治具４の側面で温度を連続的に測定すると、研磨開始前
では２０℃であったが、開始後１０分経過すると３０℃
にまで上昇した。そして、１０分間の研磨、５分間の中
止を−サイクルとして繰り返すと、治具４の側面におけ
る温度は第２図で示すようにさらに上昇し、５サイクル
を読けて１時間ｌＯ分後には４８℃まで上昇し、この時
点でシリコンウェハを貼り付けていたワックスが溶解し
てシリコンウェハが治具４から剥離した。

上記した研磨工程では直接シリコンウェハの温度を測定
していないが、シリコンウェハを貼す付けるのに使用し
たワックスの融点が１４０．’Ｃであるから、シリコン
ウェハの表面温度がワックスの融点以上であって著しい
温度上昇が有った。

なお、上記研磨処理時の砥石のセルフドレッシング効果
を、シリコンウェハの切り込み量で測定した結果は１ミ
リメートルで、必ずしも十分ではない。

つぎに砥石１の表面に７ミリリツトルの水を細かい霧状
に噴霧しておき、ただちに上記と同一条件で研磨を行な
い、１回１０分間の研磨中に１回の割で７ミリリツトル
のＲ−１１３を廁かい霧状にして砥石ｌの表面に噴霧し
た。１０分間の上記した研磨、５分間の中止の一サイク
ルを５回繰り返したら、この間の治具側面の推移温度は
第３図に示す通りで、はとんど温度変化が無かった。ま
た、この時の切り込み量は約３ミリメートルで。

セルフドレッシング効果が有効に作用した。

一方、上記と同様の研磨処理工程において、Ｒ−１１３
を使用しないで水のみを噴霧して実施したが、上記と同
様の温度推移を保つために必要な水の量は、４回の研磨
を繰り返した合計が約８０ミリリツトルであった。この
研磨処理では砥石の消耗が顕著で、４回までの切り込み
量が約６ミリメードルに達し、５回の研磨の途中で砥石
が崩壊してしまった。

（発明の効果〉 以上要するに本発明によれば砥粒に液体を混合して成型
した液体ポンド砥石の研磨面に、水とハロゲン化炭化水
素溶液とを個別にして間歇的に噴霧しながら被研磨材を
研磨するようにしたことを特徴とするので、被研磨材と
砥石との摩擦熱が発生しても効果的に冷却することがで
き、被研磨材が熱により歪んだり加工変質することがな
い。

しかも物理的強度が著しく小さい液体ポンド砥石が崩壊
したり消耗する程度が極めて小さくて長時間の研磨に耐
えることができ、特にシリコンウェハ等の表面研磨に有
効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の概略図、
第２図は本発明の方法を実施しない場合の被研磨材の温
度上昇図、第３図は本発明の方法を実施した場合の被研
磨材の温度上昇図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）砥粒に液体を混合して成型した砥石の研磨面に、
   水とハロゲン化炭化水素溶液とを個別にして間歇的に噴
   霧しながら被研磨材を研磨するようにしたことを特徴と
   する研磨方法。
2. （２）ハロゲン化炭化水素溶液は水との溶解性及び反応
   性がほとんどなく、しかも沸点が水の沸点以下である特
   許請求の範囲第（１）項に記載の研磨方法。