JPH0698558B2

JPH0698558B2 - 研磨方法

Info

Publication number: JPH0698558B2
Application number: JP60056166A
Authority: JP
Inventors: 泰弘谷; 研治河田
Original assignee: タイホ−工業株式会社
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPS61219565A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は硬脆材、金属材、合成樹脂材などの被研磨材
を精密研磨仕上げ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〉被研磨材を精密研磨仕上げする方法としては、従来から
ラッピング又はポリッシングが知られている。ラッピン
グ又はポリッシングは、被研磨材を、鋳鉄等からなるラ
ップや織布等のポリッシャに適当な圧力で押しつけ、酸
化アルミニウム、炭化けい素等の微細砥粒にラップ液を
混合して被研磨材とポリッシャとの間に介在し、被研磨
材とポリッシャとを相対的に移動させることにより砥粒
によって被研磨材の表面を切削する方法である。このラ
ッピング又はポリッシングは、研削等により精密仕上げ
された被研磨材の面を、更に平滑にして寸法精度を向上
させるものである。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし上記したラッピングやポリッシングにしても、仕
事量に比して加工量が少ないので、研磨効率が悪いとい
う欠点がある。

ラッピングやポリッシングにおいては、研磨効率は被研
磨材とポリッシャとの圧力の増加により良好になるが、
この圧力が大きくなるにつれて被研磨材が直接ラップや
ポリッシャに接触する面積が増大し、それらが荷重の一
部を分担するため、砥粒に作用する荷重が比例して増加
しない。したがって、被研磨材とポリッシャなどとの圧
力を大きくする必要があまりなく、逆に圧力を大きくす
るとラップやポリッシャの破損等の欠点が発生する。

そこで、通常ではあまり大きい圧力では研磨しないで、
良好な仕上げ面を保証できるということで、研磨効率を
無視していた。

又、上記のラッピングやポリッシングは、研磨材が弾性
であるため、被研磨面がうねりを生じたり、面だれを生
じやすい。

〈課題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、充填混合の状態
が、砥粒の接触点を中心に液体が環状に付着して不連続
に存在するとともに空気相が連続して存在するペンドラ
ー域、又は、砥粒の接触点を含む面で液体が閉じて連続
に存在するとともに空気相が不連続に存在するファニキ
ュラー域である砥粒と液体との充填混合物を圧縮成型し
て液体がボンド作用をなして砥粒相互を結合させるとと
もに、砥粒が液体により柔らかく保持されている研磨層
に被研磨材を押圧し、研磨層と被研磨材とを相対的に移
動させることにより加工中に砥粒が自然と削り取られる
セルフドレッシング作用を生じながら研磨層で被研磨材
を研磨処理するようにしたことを特徴とする研磨方法に
関するものである。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を説明する。

本発明の研磨方法で使用する研磨層は砥粒に液体を混合
し、圧縮成形したものである。上記した砥粒としては、
ダイヤモンド、コランダム、エメリ、ザクロ石、珪石、
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もの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30μｍ以下のものが
用いられ、望ましくは１〜30μｍの微細粉末が望まし
い。

一方、本発明で使用する液体は上記した砥粒の接合用と
して利用するもので、水、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
体などを使用することができる。

砥粒及び液体について多種類を挙げたが、これらは被研
磨材の材質により、最も有効なものを選択して使用する
のが望ましい。上記した砥粒と液体とを混合して研磨層
を構成するのであるが、先に例示した砥粒と液体との組
合せにおいてペンドラー域またはファニキュラー域とな
るように充填混合されるためには混合体中の砥粒は30〜
70vol％の範囲であって、本発明の研磨に最適な割合と
しては50〜60vol％であった。

また、砥粒径が大きな場合は、上記割合は多く砥粒径が
小さな場合は少なくするとよい。

ペンドラー域とは、各砥粒の接触点を中心に液体が環状
に付着して不連続に存在するとともに、空気相が連続し
て存在する状態である。またファニキュラー域とは上記
したペンドラー域より液体が多い状態であって、砥粒の
接触点を含む面で液体が閉じて連続に存在するとともに
空気相が不連続に存在する状態である。

このようなペンドラー域もしくはファニキュラー域の状
態にある混合物はパサパサの状態であって、これ以上液
体の割合が増えるとネバネバの状態（キャピラリー域）
となり、さらに液体が増えてドロドロの状態（スラリー
域）となる。そしてペンドラー域で行う圧縮成型を乾式
成型、ファニキュラー域で行う圧縮成型を半乾式成型と
いい、キャピラリー域で行う圧縮成型としての湿式成型
と区別される。

研磨層における砥粒と液体との混合率を上記したペンド
ラー域とファニキュラー域との間にすることにより液体
が砥粒のボンド作用をなし、砥粒相互を結合させる。

本発明に用いる研磨層の作成に際しては砥粒より液体の
方が少ないので、砥粒や液体の種類によって液体が均一
に混合しない場合がある。砥粒と液体との混合が不均一
であると、研磨層の強度が不均一となり、強度の弱い部
分から破壊して安定に研磨することができない。そこ
で、液体に、該液体より揮発性の高い他の液体（稀釈
剤）を混合して砥粒と均一に混合した後、減圧或いは加
熱により稀釈剤を除去し、砥粒と液体とを所望の状態で
均一に混合すればよい。

上記した稀釈剤としては、液体の種類によって異なる
が、ヘキサン、ヘプタン等の低分子量炭化水素、メタノ
ール、エタノール等のアルコール類、水等を使用するこ
とができる。

本発明に用いられる研磨層は、前記したように砥粒と液
体、必要ならば稀釈剤を混合して充填混合し、乾式又は
半乾式成型するのみであるが、砥粒と液体とを単に混合
しただけでなく、圧縮成型して砥粒を緻密な状態にする
のが望ましい。圧縮成型する場合には圧力を加えたり、
振動充填成型を補助的に用いることができる。そして圧
縮成型した場合の圧力は、少なくとも被研磨材を研磨す
るときの圧力より小さくするのであって、得られた研磨
層は、液体がボンド作用をなして砥粒相互を結合させる
とともに、砥粒が液体により柔らかく保持されているの
で、その硬度は適度な硬さを有し、本発明者が炭化珪素
系砥粒Ｃ＃3000にスピンドルオイルを用いて圧縮成型し
て得られたもののゴム硬度は85〜95度であった。このよ
うにして得られた研磨層により被研磨材を効率的に研磨
することができる。

さらに砥粒が液体により柔らかく保持されているため、
加工中に砥粒が自然と削り取られるセルフドレッシング
作用が生じ、被研磨材の削り粉、切り粉によって目づま
りすることがなく、研磨開始当初の高い加工能率が維持
される。

加工材料によって研磨層に目づまりが生じたとしても、
混合した液体を適宜噴霧し、作用砥粒面を軟化させるこ
とによりセルフドレッシング作用を促進させることがで
きる。

本発明の研磨方法は上記した研磨層に被研磨材を押圧
し、研磨層及び被研磨材のいずれか一方又は両方を公転
又は自転させて相対的な移動を生じさせ、被研磨材を研
磨層により研磨する。この研磨層は砥粒と液体とが均一
に混合して成るので、研磨時に砥粒が散乱したり浮動す
ることがない。また研磨層に被研磨材を充分に押圧でき
るので、研磨効率を著しく高めることができる。

以下に本発明の実施例を説明する。

実施例（１） JIS−Ｒ−6001に規定する砥粒Ｃ＃3000とスピンドルオ
イルを容積比6:4で均一に混合し、500g/cm²で圧縮成型
した研磨層を用い、0.5μmRmaxに予備研磨したディスク
基板用アルミニウムを回転数2000rpm（公転半径5cm）
で、圧力を500g/cm²から2kg/cm²まで徐々に増加しなが
ら研磨したところ、加工速度20μm/min、仕上面あらさ
0.04μmRmaxであった。また、縁ダレが殆ど発生しなか
った。

比較例（１）実施例で使用した砥粒Ｃ＃3000で通常のポリッシングを
行ったら、加工速度10μm/min、仕上面あらさ0.08μmRm
axであり、縁ダレも目立って発生した。

実施例（２）砥粒Ｃ＃3000と純水を、容積比1:1で均一混合し、6kg/c
m²の圧力で振動を加えながら圧縮成型した研磨層を用
い、１μmRzに予備研磨した直径５インチのシリコンウ
ェハーを圧力2kg/cm²、回転数120rpm（公転半径14cm）
で研磨したところ、加工速度12.9μm/min、仕上面あら
さ0.03μmRzであった。

比較例（２）同じ砥粒を用い、同様の圧力、回転数で通常のポリッシ
ングを行ったら、加工速度7.1μm/min、仕上面あらさ0.
06μmRzであった。又、圧力が高すぎるためにウェハー
表面には微小なうねりが発生し、ポリッシャの破損も大
きかった。

実施例（３）砥粒Ｃ＃1000と純水を容積比7:3で均一混合し、実施例
（２）と同様の条件で研磨を行った。その結果、加工速
度32μm/min、仕上面あらさ0.1μmRzであった。

実施例（４）砥粒Ｃ＃8000と純水を容積比4:6で均一混合し、実施例
（２）と同様の条件で研磨を行ったところ、加工速度2.
4μm/min、仕上面あらさ0.01μmRzであった。

実施例（５）本発明の研磨方法と従来のポリッシングによる研磨によ
る仕上げ面の性状を比較するために、アクリル樹脂の円
柱（20mmφ）の断面を研磨した。そして、第１図に示す
ように、格子１を描いた台上に上記アクリル樹脂製円柱
２を載置し、研磨面２に映った格子のゆがみ状態を斜め
上方のカメラ４により撮影し、比較した。

従来のポリッシングにより研磨したアクリル樹脂製円柱
2Aでは、第２図に示すように、研磨面3Aの周縁に映った
格子の線１′が湾曲する。この様に格子１の線１′が曲
って映るのは、第３図に示すように円柱2Aの研磨面3Aの
周縁に縁ダレ５が発生しているからである。

これに対し本発明により研磨した円柱2Bでは、第４図に
示すように、研磨面3B全体に格子１がそのまま映り、周
縁においても格子１の線１″が殆ど真直に映る。

したがって本発明により研磨すると、縁ダレが殆ど発生
しないことが確認できる。

〈発明の効果〉以上要するに本発明によれば、砥粒と液体を充填混合
し、ペンドラー域又はファニキュラー域とした混合物を
乾式又は半乾式成型して得られる研磨層で被研磨材を研
磨するようにしたので、被研磨材の圧力が砥粒に有効に
作用することになり、大きな圧力で加工速度が速く、研
磨効率を著しく高めることができる。又個々の砥粒に作
用する被研磨材の圧力が小さいので仕上面あらさが良好
となり、しかも弾力性が無いので縁ダレの発生が少な
く、精密な仕上げ研磨として実用的価値の高い方法であ
る。さらに、加工中に砥粒が自然と削り取られるセルフ
ドレッシング作用が生じるので、被研磨材の削り粉や切
り粉によって目づまりすることがなく、研磨開始当初の
高い加工能率が維持される。また、このことは研磨加工
量と研磨時間とが比例することを意味するので、例えば
研磨加工量を時間により制御することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は縁ダレの検査方法を示す斜視図、第２図は従来
のポリッシングにより研磨した円柱の斜視図、第３図は
第２図に示す円柱の断面図、第４図は本発明により研磨
した円柱の斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充填混合の状態がペンドラー域またはファ
ニキュラー域である砥粒と液体との充填混合物を圧縮成
型して液体がボンド作用をなして砥粒相互を結合させる
とともに、砥粒が液体により柔らかく保持されている研
磨層に被研磨材を押圧し、研磨層と被研磨材とを相対的
に移動させることにより加工中に砥粒が自然と削り取ら
れるセルフドレッシング作用を生じながら研磨層で被研
磨材を研磨処理するようにしたことを特徴とする研磨方
法