JP2000135666A

JP2000135666A - 定盤修正用治具

Info

Publication number: JP2000135666A
Application number: JP10308298A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morioka; 裕之森岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨装置に使用される定盤の面精度を修正する
のに要する時間を、金属材料からなる従来の定盤修正用
治具と同等あるいはそれ以下に短縮して研磨装置の稼働
効率を高めるとともに、摩耗や腐食が殆どなく長期使用
が可能な定盤修正用治具を提供する。【解決手段】定盤修正用治具の少なくとも定盤と当接す
る部位を、平均気孔径が１０〜５０μｍでかつ吸水率が
１〜５％の範囲にあり、ロックウエル硬度（ＨＲ１５
Ｔ）が８０以上であるセラミックスにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定盤の面精度を修
正するための定盤修正用治具に関するものであり、特に
ポリッシング加工やラッピング加工を施す研磨装置の定
盤を修正するのに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属や単結晶あるいはセラミック
スなどの被研磨物において、平滑でかつ平坦な表面を得
ようとする場合、ダイヤモンド、ＧＣ（グリーン・カー
ボランダム）、ＳｉＣ、シリカ、ＷＡ（ホワイト・アラ
ンダム）等の遊離砥粒によるラッピング加工やポリッシ
ング加工などの研磨加工が行われている。

【０００３】図６に研磨加工の概略を示すように、保持
盤１１にワックス等の接着剤でもって固着された被研磨
物Ｗを、円板状をした定盤１２に押圧した状態で当接さ
せ、被研磨物Ｗと定盤１２との間に、粒径が５〜１０μ
ｍ程度の遊離研粒を含む研磨液を供給しつつ、前記定盤
１２のみを回転させるか、あるいは前記保持盤１１と定
盤１２とを相対的に回転させることで、被研磨物Ｗの表
面を研磨して平坦化するようになっていた。

【０００４】そして、このような研磨加工に用いられる
定盤１２としては、被研磨物Ｗより柔らかい材質が使用
され、例えば、鋳鉄、錫、銅などの金属材料が用いられ
ていた。

【０００５】ところで、研磨加工を繰り返すと、被研磨
物Ｗと対向する定盤１２の表面も摩耗するため、定盤１
２の面粗さや平坦度等の面精度が劣化し、延いては被研
磨物Ｗの面精度を低下させることになる。

【０００６】そこで、定盤１２自体も定期的に研磨する
ことにより面精度を維持することが行われており、その
ためのツールとして、ステンレス製や鋳鉄製の定盤修正
用治具（以下、修正用治具という）が使用されている。

【０００７】この修正用治具を用いて摩耗した定盤１２
を修正するには、図６に示す被研磨物Ｗと同じように修
正用治具を定盤１２へ押圧した状態で当接させ、遊離砥
粒を含む研磨液を供給しながら修正用治具と定盤１２と
を相対的に回転させることで定盤１２が初期の面精度に
なるまで研磨するようになっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のステ
ンレスや鋳鉄からなる修正用治具は、遊離砥粒と比較し
て硬度が小さいために摩耗し易く、また、研磨液によっ
て腐食することから、定盤１２との当接面の平坦度が短
期間のうちに劣化し、寿命が短いといった課題あった。

【０００９】そこで、修正用治具の耐久性を高めるため
に、遊離砥粒と同等あるいはそれ以上の硬度を有すると
ともに、平滑でかつ平坦な表面が得られる緻密なセラミ
ックスにより形成することが提案されている。

【００１０】ところが、緻密で平滑な表面を有するセラ
ミック製の修正用治具では、定盤１２を初期の面精度に
研磨するのに時間がかかり過ぎるといった課題があっ
た。即ち、図７に見られるように、セラミックスは金属
材料のような延性を有していないため、修正用治具の当
接面に遊離砥粒を食い込ませて保持することができず、
研磨液とともに流出し易いことから、遊離砥粒が定盤１
２の表面を効率良く削ることができなかった。

【００１１】

【発明の目的】本発明の目的は、耐久性に優れるととも
に、効率良く短い時間で定盤を初期の面精度に修正する
ことが可能な定盤修正用治具を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は上記課題
に鑑み、定盤の面精度を修正するための治具において、
少なくとも上記定盤と当接する部位を、平均気孔径が１
０〜５０μｍでかつ吸水率が１〜５％の範囲にあるロッ
クウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）８０以上のセラミックスに
より形成したことを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、定盤修正用治具（以下、
修正用治具という）の少なくとも定盤と当接する部位
を、適度に気孔を有するセラミックスにより形成したこ
とから、図１に示すように、定盤との当接面に存在する
気孔内に遊離砥粒を保持させ、定盤の表面を効率良く削
ることができ、定盤を初期の面精度に研磨するのに要す
る時間を、従来の金属からなる修正用治具と同等あるい
はそれ以下にまで短縮することができる。しかも、定盤
との当接面が摩耗したとしても常に気孔が存在するた
め、上述のような効果を長期間にわたって得ることがで
きる。

【００１４】また、セラミックスは高精度に加工でき、
定盤との当接面の平坦度を１０μｍ以下、さらには３μ
ｍ以下とすることができるため、研磨加工後における定
盤の平坦精度を向上させることができる。しかも、耐蝕
性に優れることから、研磨液に曝されても殆ど腐食する
ことがなく、さらには金属材料と比較して高硬度で、耐
摩耗性にも優れることから、長寿命である。

【００１５】ところで、これらの効果を十分に発揮する
には、前述したように、平均気孔径が１０〜５０μｍで
かつ吸水率が１〜５％の範囲にあり、ロックウェル硬度
（ＨＲ１５Ｔ）が８０以上を有することが重要である。

【００１６】即ち、ロックウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）が
８０未満のセラミックスでは摩耗が激しく、寿命の点で
従来の金属材料からなる修正用治具と比較して大きな優
位性が得られないからである。また、平均気孔径が１０
μｍ未満では、定盤との当接面に存在する多数の気孔内
に、ポリッシング加工やラッピング加工等の研磨加工で
使用される５〜１０μｍ程度の遊離砥粒を保持できる割
合が少なく、定盤の研磨時間を十分に短縮することがで
きないからであり、また、吸水率が１％未満であると、
定盤との当接面やセラミック内部に占める気孔の割合が
少なく、遊離砥粒の保持能力が小さいため、定盤の研磨
時間を十分に短縮することができず、逆に、平均気孔径
が５０μｍより大きくなると、遊離砥粒が気孔内に収容
されるようになり、遊離砥粒による定盤の研磨効果が低
下するとともに、吸水率が５％より大きくなると、ロッ
クウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）８０以上を満足することが
できなくなるからである。

【００１７】なお、ロックウェル硬度の測定は、修正用
治具あるいは別に用意した修正用治具と同材質の試料に
対してダイヤモンドなどの球状圧子をある一定の基準荷
重で押圧し、その時の圧子の進入深さを測定したあと、
さらに１５ｋｇｆの試験荷重を加え、再び上記基準荷重
に戻した時の圧子の進入深さを測定し、試験荷重を加え
る前後における進入深さの差から求めたものであり、吸
水率は、修正用治具から所定の大きさに切り出すかある
いは別に用意した修正用治具と同材質の試料を用意し、
そのの飽水重量と乾燥重量を天秤などによって測定した
あと、次式にて算出したものである。

【００１８】〔式〕吸水率（％）＝（飽水重量−乾燥
重量）／乾燥重量×１００さらに平均気孔径は、修正用治具の定盤との当接面にお
ける所定の測定領域を設定し、画像解析装置又はビデオ
カメラを通じて投影機や光学顕微鏡などにより観察し、
測定領域内に見られる気孔の平均気孔径を算出したもの
である。

【００１９】また、修正用治具の少なくとも定盤と当接
する部位を形成するセラミックスとしては、アルミナセ
ラミックス、窒化珪素質セラミックス、炭化珪素質セラ
ミックス、ジルコニアセラミックス、ジルコニアや炭化
チタンを含有したアルミナセラミックスを用いることが
でき、これらのセラミックスであれば、平均気孔径１０
〜５０μｍ、吸水率１〜５％の範囲内において、ロック
ウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）８０以上を満足することがで
きる。

【００２０】このような特性を有するセラミックスを製
造するには、まず、各種セラミック原料を用意する。こ
こで、セラミック原料とは主原料のみあるいは主原料に
助剤を添加したものであり、例えば、アルミナセラミッ
クスを得る場合には、主原料のアルミナ粉末に対し、焼
結助剤としてＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＣａＯなどのうち少な
くとも１種以上を、窒化珪素質セラミックスを得る場合
には、主原料の窒化珪素粉末に対し、焼結助剤として周
期律表第２ａ，３ａ族元素の酸化物や窒化物などのうち
少なくとも１種以上を、炭化珪素質セラミックスを得る
場合には、主原料の炭化珪素粉末に対し、焼結助剤とし
てＣ、Ｂ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₄Ｏ、Ｙ₂Ｏ₃などのうち少
なくとも１種以上を、ジルコニアセラミックスを得る場
合には、主原料のジルコニア粉末に対し、安定化剤とし
てＹ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ₂などのうち少な
くとも１種以上をそれぞれ添加すれば良く、さらにジル
コニアや炭化チタンを含有するアルミナセラミックスを
得る場合には、上記アルミナセラミックスのセラミック
原料に対し、ジルコニア粉末や炭化チタン粉末を添加す
れば良い。

【００２１】そして、このセラミック原料１００重量％
に対し、焼成時に燃えて無くなる焼失材を添加混合した
ものを型内に充填して一軸加圧成型法や等加圧成型法に
て所定の形状に成形したあと、アルミナを主成分とする
セラミックスにあっては１６００〜１７５０℃で、窒化
珪素を主成分とするセラミックスにあっては１８００〜
１９００℃、炭化珪素を主成分とするセラミックスにあ
っては１８００〜２０００℃で、ジルコニアを主成分と
するセラミックスにあっては１１００〜１４００℃で、
ジルコニアや炭化チタンを含有するアルミナセラミック
スにあっては１４００〜１６００℃の範囲でそれぞれ焼
成すれば、焼失材が燃えてなくなり、焼失材が充填され
ていた部分が気孔となって残るため、図２に示すように
多数の独立した気孔を有する多孔質のセラミックスを得
ることができる。

【００２２】なお、上記焼失材としては、粉末ポリエチ
レン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、酢酸ビ
ニール、アクリル樹脂、セルロース、炭酸カルシウム、
炭酸マグネシウムなどを用いることができ、焼結後にお
けるセラミックスの平均気孔径を１０〜５０μｍとする
には平均粒子径が１２〜６０μｍの焼失材を用いれば良
い。

【００２３】また、他の製造方法として、焼失材を含ま
ない上記セラミック原料を一軸加圧成型法や等加圧成型
法にて所定の形状に成形したあと、前述した各焼成温度
より約５０〜２５０℃低い温度で焼成することにより、
図３に示すような多数の連通した気孔を有するセラミッ
クスを得ることもでき、平均気孔径、吸水率、及びロッ
クウェル硬度が前述した範囲にあればこのようにして製
造したセラミックスを用いることもできる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２５】図４は本発明の定盤修正用治具の一例を示
す斜視図で、平均気孔径が１０〜５０μｍでかつ吸水率
が１〜５％の範囲にあるロックウェル硬度（ＨＲ１５
Ｔ）８０以上のセラミックスからなるリング体１１と、
ステンレスや鋳鉄などの金属材料からなるリング体１３
とを接着剤やボルト締結により接合したもので、上記セ
ラミックスからなるリング体１１の上面を中心線平均粗
さ（Ｒａ）３μｍ以下、平坦度１０μｍ以下に仕上げて
定盤との当接面１２としてある。

【００２６】この修正用治具を用いて定盤の修正を施す
と、図１に示すように、当接面１２に存在する気孔中で
遊離砥粒を保持して定盤を効率良く削ることができるた
め、短時間で修正することができるとともに、当接面の
優れた面精度によって定盤を極めて平滑でかつ平坦に仕
上げることができる。

【００２７】図５は本発明の定盤修正用治具の他の例を
示す斜視図で、平均気孔径が１０〜５０μｍでかつ吸水
率が１〜５％の範囲にあるロックウェル硬度（ＨＲ１５
Ｔ）８０以上のセラミックスからなるリング体１５をし
たもので、このリング体１５の上面を中心線平均粗さ
（Ｒａ）３μｍ以下、平坦度１０μｍ以下に仕上げて定
盤との当接面１６としてある。また、当接面１６には内
周面から外周面にかけて連通する複数の溝１７を刻設し
てあり、上記当接面１６と定盤との間への遊離砥粒の取
り込み及び排出が効率良くできるような構造としてあ
り、この修正用治具を用いても図４に示す修正用治具と
同様に、修正時間の短縮と定盤の面精度の向上を達成す
ることができる。

【００２８】なお、本発明の実施形態では、リング状を
した修正用治具について説明したが、修正用治具の形状
については特に規定するものではなく、三角形や四角形
などの多角形からなるものや楕円、星型など研磨する定
盤の形状等に合わせて適宜選定すれば良い。

【００２９】

【実施例】ここで、平均気孔径、吸水率、ロックウェル
硬度（ＨＲ１５Ｔ）を異ならせた図５に示すセラミック
製の修正用治具を用いて摩耗した定盤の研磨を行い、修
正に要する時間と修正用治具の摩耗度合いについて調べ
る実験を行った。

【００３０】本実験では、修正用治具の形状をいずれも
外径２００ｍｍ、内径１７０ｍｍ、長さ４０ｍｍのリン
グ体１５とし、その材質として、焼結助剤としてＳｉＯ
₂、ＭｇＯ、ＣａＯを合計で７重量％含有し、残部がア
ルミナからなるアルミナセラミックス、焼結助剤として
Ａｌ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃を合計で８重量％含有し、残部が
窒化珪素からなる窒化珪素質セラミックス、及び焼結助
剤としてＢとＣを合計で５重量％含有し、残部が炭化珪
素からなる炭化珪素質セラミックスの３種類のセラミッ
クスを用いた。また、これらのセラミックスの製造にあ
たっては、各セラミック原料１００重量％に対して焼失
材として粒子径が１２〜６０μｍ程度のアルリル樹脂を
２〜１５重量％の範囲で添加混合し、コールドアイソス
タティックプレス法（ＣＩＰ法）にて圧力８００〜１０
００ｋｇ／ｍｍ²、焼成温度１１００〜２０００℃の条
件で焼結させることによりリング体１５を製作し、しか
るのち研削、研磨加工を施して定盤との当接面１６を中
心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ、平坦度３μｍとすると
ともに、当接面１６に複数の溝１７を形成することによ
って得た。

【００３１】そして、各セラミック製の修正用治具を用
いてラッピング加工用の研磨装置に組み込まれている鋳
鉄製の定盤の修正を定期的に行い、修正をかける毎にそ
の時間をそれぞれ測定し、１日の研磨回数における平均
値を求めた。そして、修正時間の評価にあたっては、鋳
鉄からなる従来の修正用治具にて定盤を修正するのに要
する時間が約８分であったため、８分以下であったもの
を評価Ａ⁺、８分より長く９分以下であったものを評価
Ａ、９分より長く１０分以下であったものを評価Ｂ、１
０分より長いものを評価Ｃとして評価し、評価Ａ以上の
ものを優れたものとした。

【００３２】また、修正用治具の摩耗度合いについて
は、１日使用後に削られた量を摩耗量として算出し、鋳
鉄からなる従来の修正用治具の摩耗量に対し、８０％以
上のものを評価Ｂ、７０％以上８０％未満のものを評価
Ａ、７０％未満のものを評価Ａ⁺として評価し、評価Ａ
以上のものを優れたものとした。

【００３３】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００３４】

【表１】

【００３５】この結果、試料Ｎｏ．１７，１８，１９
は、吸水率が５％より大きいためにロックウェル硬度
（ＨＲ１５Ｔ）が８０未満となり硬度が大幅に低下した
ため、修正用治具の摩耗が早く、評価がＢと寿命が短か
った。しかも、試料Ｎｏ．１８，１９は平均気孔径が５
０μｍより大きいことから、遊離砥粒が気孔内に収容さ
れ、修正時間が評価Ｃと悪かった。

【００３６】また、試料Ｎｏ．１〜３のように、吸水率
が０％、平均気孔径が１μｍのものは、定盤との当接面
１６に存在する気孔が少なくかつ気孔径も小さいため、
遊離砥粒の保持能力が小さく、修正時間が評価Ｃと悪か
った。ただし、ロックウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）が８０
以上を有するため、耐摩耗性については評価Ａと優れて
いた。

【００３７】さらに、試料Ｎｏ．４，７，１０のよう
に、吸水率が１〜５％でかつ平均気孔径が１０〜５０μ
ｍの範囲にあっても、ロックウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）
が８０未満のものは、硬度が小さいために摩耗が早く、
評価がＢと寿命が短かった。

【００３８】これに対し、試料Ｎｏ．５，６，８，９，
１１〜１６は、吸水率が１〜５％でかつ平均気孔径が１
０〜５０μｍの範囲にあり、ロックウェル硬度（ＨＲ１
５Ｔ）が８０以上であるため、摩耗量を従来の修正用治
具に対して８０％未満とすることができ、摩耗量の評価
がＡ以上と長寿命であり、定盤の修正に要する時間も評
価Ａの９分以下とすることができ、修正時間を従来の修
正用治具と同等あるいはそれ以下に短縮することができ
た。

【００３９】特に、平均気孔径が３０〜５０μｍの範囲
にあるものでは、定盤を効率良く削ることができ、従来
の修正用治具と同等あるいはそれ以下の研磨時間で修正
することができ、また、ロックウェル硬度（ＨＲ１５
Ｔ）が８５以上のものは、摩耗量を従来の修正用治具の
７０％未満にまで減らすことができ、評価がＡ⁺と優れ
ていた。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、定盤の
面精度を修正するための治具において、少なくとも上記
定盤と当接する部位を、平均気孔径が１０〜５０μｍで
かつ吸水率が１〜５％の範囲にあるロックウェル硬度
（ＨＲ１５Ｔ）８０以上のセラミックスにより形成した
ことによって、定盤の修正に要する研磨時間を金属材料
からなる従来の修正用治具と同等あるいはそれ以下にま
で短縮することができるため、研磨装置の稼働効率を高
めることができるとともに、耐摩耗性や耐蝕性に優れる
ことから、交換頻度を従来の修正用治具に対して少なく
とも３０％削減することができ、長寿命である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の修正用治具を用いて定盤を研磨した時
の状態を説明するための図である。

【図２】本発明の修正用治具を形成するセラミックスの
構造を示す断面図である。

【図３】本発明の修正用治具を形成する他のセラミック
スの構造を示す断面図である。

【図４】本発明の定盤修正用治具の一例を示す斜視図で
ある。

【図５】本発明の定盤修正用治具の他の例を示す斜視図
である。

【図６】研磨加工の概略を説明するための図である。

【図７】従来のセラミック製定盤修正用治具を用いて定
盤を研磨した時の状態を説明するための図である。

【符号の説明】

１１・・・セラミック製のリング体１２・・・定盤との当接面１３・・・金属製のリング体１５・・・セラミック製のリング体１６・・・定盤との当接面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定盤の面精度を修正するための治具におい
て、少なくとも上記定盤と当接する部位を、平均気孔径
が１０〜５０μｍでかつ吸水率が１〜５％の範囲にある
ロックウェル硬度（ＨＲ１５Ｔ）８０以上のセラミック
スにより形成したことを特徴とする定盤修正用治具。