JP2005186239A - 磁性砥粒を利用する研磨方法、及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラップ盤上に砥粒を均一に分散させ、面粗さを低減させて均一なワーク仕上げ面を得る研磨方法、研磨装置を提供する。
【解決手段】 研磨装置（１）にあるラップ盤（４）の表面全体にほぼ垂直な磁力線（１７）を形成する磁場を設け、研磨材として磁性砥粒を使用し、ラップ盤（４）上に磁力線（１７）の作用で磁性砥粒を均一に分散させる。磁力線（１７）は、ラップ盤（４）に対してワーク（１０）の反対側となるラップ盤（４）の背後に配置された磁石又は電磁石（５）により、又はラップ盤の表裏面のいずれか一方をＮ極、他方をＳ極とする磁石又は電磁石を含むラップ盤（４ａ）により形成する。研磨材には、非磁性体研磨材（１２）の周囲を強磁性体のフェライト微粒子（１３）でコーティングした磁性砥粒（１５）を使用することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対移動するラップ盤にワークを押し付け、ワークとラップ盤の間に導入される研磨液を介してワークを研磨する研磨方法及び研磨装置、特には磁性砥粒を含んだ研磨液を利用して研磨する研磨方法及び研磨装置に関する。

研磨加工（ラッピング）は、材料の表面粗さを減少させ均一なワーク仕上げ面を得る手段として用いられている。特に昨今では、鋼材に限らず、セラミックや半導体ウエハなどの超硬質材料の表面仕上げ手段にも広く適用される。図８は、研磨装置の概要を示している。図において、研磨装置５０は、基台２と、基台２にモータ３によって回転駆動可能に支持されたラップ盤４と、基台２に対して上下動可能に支持された主軸台６と、主軸台６にモータ７によって回転可能に支持されたワークホルダ８とから構成されている。ワークホルダ８には、ウエハなどのワーク１０が固定される。ワーク１０とラップ盤４の間には、図示しない研磨液供給口から噴霧などにより供給される研磨液が導入可能である。

以上のように構成された研磨装置５０の動作時、モータ３によってラップ盤４が回転駆動され、同様にワーク１０を保持したワークホルダ８が、モータ７によって回転駆動される。主軸台６が矢印１１に示すように下降することによりワーク１０が下降し、対向して回転するラップ盤４の表面に所定圧力で押し付けられる。この間に研磨液供給口から研磨液がラップ盤４上に供給され、研磨液中に含まれる砥粒が相対移動するワーク１０とラップ盤４の間に導入されてワーク１０の表面が研磨される。

研磨装置によっては、図示のようにラップ盤４がワーク１０と接触する部分を含むドーナツ状に構成されている。また、ワーク１０を非回転に固定したり、あるいは回転駆動することなく自由回転させたりする方式も見られる。

ここで、ワーク１０の表面研磨に使用される研磨液（スラリー）は、一般にダイアモンド等の硬質研磨材からなる砥粒を水性又は油性の研磨溶液中に分散させている。研磨液が供給されると、研磨液中のダイアモンド等の砥粒がワーク１０とラップ盤４の間を転がり、あるいは銅などの軟質材で作られたラップ盤４の表面に刺さって固定されるなどにより、砥粒表面に現れる切刃が相対移動するワーク１０を研磨する。ワークを研磨して切刃がへき開した砥粒は順次ラップ盤４の表面から脱落し、供給された研磨液からは新たな砥粒が補充される。

ところで、前記砥粒の１形態として、ダイアモンド等の非磁性体の研磨材とフェライト等の強磁性体とを物理化学的に混合して粉砕するなどの各種製法により作られる磁性砥粒が知られている（例えば、特許文献１参照。）。あるいは、強磁性体を芯材とし、その周囲に研磨材微粉を結合剤により固着して製造される磁性砥粒が知られている（例えば、特許文献２参照。）。このような磁性砥粒を含んだ研磨液を使用した場合、磁石又は電磁石を利用することで特有の効果を得ることができる。

図９は、従来の技術で知られた磁気研磨装置を示している（例えば、特許文献３参照。）。図８で示した同一の構成要素に対しては同一の符号を付している。図９において、磁気研磨装置５１のラップ盤４ａの内部には、多数の電磁石（永久磁石であってもよい。）５２が、隣接する電磁石５２同士の間でＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓと交互に磁極が反対方向となるようワーク１０に対向して配置されている。このため、各々の電磁石５２は、Ｎ−Ｓ軸がラップ盤４ａの回転軸と平行（ラップ盤の表面に垂直）になるよう固定されている。

以上のように構成された磁気研磨装置５１を用い、上述した磁性砥粒５３を含む研磨液を使用して研磨加工を行なうと、磁性砥粒５３は電磁石５２の磁力によって飛散することなくラップ盤４ａの表面に保持されることから、研磨加工を効率的に行なうことができるとされている。

磁気研磨の他の応用例として、本願発明者らは、非磁性体の砥粒を磁性流体中に分散させた磁性研磨液を使用し、磁力の作用で均一な仕上げ面を得ようとする研磨方法を開示している（例えば、非特許文献１）。この研磨装置は、ラップ盤の下部にコイルが設置され、ラップ盤上で垂直磁場が発生するよう構成されている。研磨装置をこのように構成することにより、動作時にはラップ盤上に垂直磁場が形成され、磁性流体の作用で砥粒がラップ盤上に均等に分散されて表面ダレの少ない平面度に優れたワーク平面が得られるとしている。
特開平４−１７６５５６号公報 特開昭６０−１７７８７０号公報 特開平３−２０２２７０号公報 2001年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集 617頁

しかしながら、上述した従来技術による研磨方法には、さらに改善すべき課題が残されている。まず、特許文献３に開示された多数の電磁石をラップ盤上に配置する構造とした場合、磁性砥粒をラップ盤上に強固に保持することはできるものの、砥粒をラップ盤上に均一に分散させることは困難である。図１０において、多数の電磁石５２（図はその３つのみを示す）は磁極を交互に反対方向にして隣接して配置されている。このため、図の破線で示すように、磁力線は隣接する電磁石５２同士の間で略水平方向に密に形成され、この間に強力な磁場が形成される。逆に、各電磁石５２の垂直方向（ラップ盤４ａの垂直方向）は極めて微弱な磁場しか形成されない。

このように構成されたラップ盤４ａに磁性研磨液を供給した場合、図１０に模式的に示すように、研磨液中の磁性砥粒５３は、隣接する電磁石５２間の強力な磁場に吸引されて電磁石５２の間に密に集積され、逆に電磁石５２の直上部に当るラップ盤４ａ表面には砥粒５３が僅かしか存在しない不均一な分散状態となる。例えば電磁石５２がラップ盤４ａの表面に対して同心状に配置されていれば、砥粒５３は年輪状の縞模様に分散することとなる。あるいは電磁石５２が千鳥状に配置されていれば、ラップ盤４ａを上部から見たときに砥粒５３は網目状に分散することとなる。いずれの場合においても、砥粒５３はラップ盤４ａ上に偏在するため、ワークに対して砥粒５３が均等に作用しないことからワークの均一な仕上げ面を得ることが難しくなる。逆に、磁極間に砥粒が過剰に集積され、ワーク加工面の面粗さを粗くすることも考えられる。

また、非特許文献１に開示されたコイルをラップ盤の背後に配置する構成とした場合、ドーナツ状ラップ盤の幅方向（半径方向）の磁力分布を均一とすることは困難である。ドーナツ状のラップ盤の内、幅方向の中央部分で磁力が強く、両縁部で弱くなる山形の磁力分布とならざるを得ない（図４参照）。このような磁力分布の磁場に対し、非磁性体の研磨材を磁性流体内に分散させた研磨液を供給した場合、研磨材の分布は前記中央部では密に、両縁部では粗に分布する不均一な分散となる。これは、非磁性体の砥粒が磁場勾配のある磁場中に置かれたときに、磁場の弱い方へ排出される磁気排出力が作用するからである（後に詳述）。このため、磁性研磨装置を以上のように構成した場合においても、ワークの均一な仕上げ面が得られにくい状況となる。

したがって本発明は、上述した従来の技術による磁性研磨に見られる課題を解消し、ラップ盤上に砥粒を均一に分散させ、かつこれをラップ盤の加工表面上に保持することにより、面粗さが低減された均一なワーク仕上げ面を得ることができる研磨方法、並びに研磨装置を提供することを目的としている。

本発明は、ラップ盤の表面全体にほぼ垂直な磁力線を形成する磁場を設け、当該磁場の作用で磁性砥粒をラップ盤の表面に均一に分散させて上述の課題を解決するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明にかかる１つの態様は、相対移動するラップ盤にワークを押し当て、ワークとラップ盤の間に研磨材を導入してワークの表面を研磨する研磨方法であって、ラップ盤の表面全体に当該表面に対してほぼ垂直な磁力線を形成する磁場を設け、前記研磨材として磁性砥粒を使用することにより前記磁力線の作用でラップ盤上に磁性砥粒を均一に分散させることを特徴とする研磨方法に関する。

前記磁力線は、前記ラップ盤に対してワークの反対側となるラップ盤の背後に磁石又は電磁石を配置することにより形成することができる。あるいは、前記ラップ盤の表裏面のいずれか一方をＮ極、いずれか他方をＳ極とする磁石又は電磁石を含むラップ盤により形成することができる。

前記ラップ盤に対して前記磁石又は電磁石の反対側に、前記ラップ盤を間に挟んで前記磁石又は電磁石の少なくとも一部と対向する磁性体を設けることにより、前記ラップ盤にほぼ垂直な磁力線をより確実に形成することができる。さらに、前記磁場の磁力強度を変化させることにより、ラップ盤上における磁性砥粒の分散密度を変化させることができる。

本願発明者の実験によれば、前記研磨材は、非磁性体研磨材の周囲を強磁性体のフェライト微粒子でコーティングして形成された磁性砥粒とすることが良好な仕上げ面を得る上で好ましい。また、前記磁性砥粒の粒径は、約１／１０μｍから約５μｍ、前記磁力線の磁場強度は、約１０ｍＴ（ミリテスラ）から約２０ｍＴとすることが好ましい。

本発明にかかる他の態様は、基台に回転可能に支持されたラップ盤と、前記ラップ盤に対向してワークを保持し、前記ラップ盤に対して前記ワークを所定圧力で押し付けるワーク主軸台とから構成され、相対移動する前記ワーク及びラップ盤の間に導入される磁性砥粒により前記ワークを研磨する研磨装置であって、前記ラップ盤が、ワークに対向する面とその反対側の面のいずれか一方をＮ極、いずれか他方をＳ極とする磁石又は電磁石を含むよう構成されていることを特徴とする研磨装置に関する。

前記ラップ盤のワークに対向する面の少なくとも一部に対向して磁性体を配置することができる、これにより、ラップ盤表面に形成される垂直な磁力線をより確実なものとすることができる。また、前記磁性砥粒は、非磁性体の砥粒材の周囲をフェライト微粒子でコーティングして形成された磁性砥粒とすることが良好な仕上げ面を得る上で好ましい。

本発明にかかる磁気研磨方法又は磁気研磨装置の実施により、磁性砥粒をラップ盤上に均一に分散して保持することができるようになり、面粗さが低減された均一なワーク仕上げ面を得ることができる。磁性砥粒の分布密度は、ラップ盤、もしくはその背後に配置された磁石又は電磁石の磁力強度を増減することにより、加工条件、ワークなどに対応して適切に調整することが可能である。

また、従来技術による非磁性砥粒を磁性流体中に分散させた研磨液を使用する磁気研磨方式に比べ、高価なフェライトの使用量を１／３〜１／５程と大幅に低減することができ、良好な仕上げ面を低い研磨コストで達成することが可能となる。

また、従来技術によるラップ盤に複数の電磁石を磁極が交互に反対方向になるよう配置する磁気研磨方式に比べ、砥粒を均一に分散させることができるほか、電磁石を回転体であるラップ盤から基台側へ移した場合には駆動力の低減と作業性の改善を図ることもできる。

本発明にかかる第１の実施の形態の研磨方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の研磨方法を実施する研磨装置を示している。従前に説明したものと同一の構成要素には同一の符号を付している。図１において、本研磨装置１は、基台２と、基台２にモータ３によって回転駆動可能に支持されたラップ盤４と、ラップ盤４に対応してその背後に配置されたリング状の電磁石５と、基台２に対して上下動可能に支持された主軸台６と、主軸台６に固定されたモータ７により回転可能に支持されたワークホルダ８とから構成されている。ワークホルダ８には、例えばウエハなどのワーク１０が固定されている。

以上のように構成された研磨装置１の動作時、ラップ盤４はモータ３によって水平面上で回転し、同様にワークホルダ８に保持されたワーク１０はモータ７によってラップ盤４に対向して水平面上で回転する。主軸台６が図示しないマニピュレータなどの操作で矢印１１に示すように下降すると、回転するワーク１０は同じく回転するラップ盤４の表面と接触し、所定の圧力によって接触状態が保持される。また、電磁石５に電流が印加されて磁場が形成され、ラップ盤４上には研磨液が供給される。

本実施の形態では、図２に示すような磁性砥粒１５を研磨溶液に分散させた研磨液を使用している。図２において、この磁性砥粒１５は、芯材となる約１／２μｍから約３μｍの粒径の非磁性体の研磨材１２と、研磨材１２の周囲に固着してこれをコーティングする約１０ｎｍの粒径のフェライト微粒子（マグネタイト微粒子など）１３とから構成されている。芯材となる研磨材１２には、ダイアモンド、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）など、この分野で知られた非磁性体の研磨材が使用可能である。なお、研磨材１２の粒径には特に制約はなく、目的に応じて各種粒径のものが利用可能であるが、約１／１０μｍから５μｍ径のものが特に有効であり、本実施の形態では上述した約１／２μｍから約３μｍ径の研磨材１２を使用している。

図１に戻って、電磁石５に電流が印加されると、破線で概略示すような磁力線１７が形成される。図の上側にＮ極が形成されるものとすれば、磁力線１７は図の下方にあるＳ極に向う。これをラップ盤４の表面上で局部的に見た場合、磁力線１７は図示のようにラップ盤４の表面全体に当該表面に対して垂直に形成されるものとなる（図では一部にのみ例示しているが、ドーナツ状の電磁石５全周にわたって同様に形成される。）。

上述した磁性砥粒１５を含む研磨液が供給され、ラップ盤４上で電磁石５による磁場が印加された状態をミクロ的に表示すると図３のようになる。すなわち、矢印１８、１９に示すように相対移動するラップ盤４とワーク１０との間に、研磨溶液２０に分散された磁性砥粒１５が導入され、転がりながら又はラップ盤４に刺さってワーク１０の表面を研磨する。ラップ盤４の背後には電磁石の作用でＮ極が形成され（Ｓ極であっても良い。以下はＮ極として説明する。）、破線矢印１７に示すようにラップ盤４の表面全体にほぼ垂直な方向の磁力線が形成される。この磁力線１７の作用により、各磁性砥粒１５の周囲に固着したフェライトはＳ極に磁化され、隣接する磁性砥粒１５との間ではＳ極同士による相互の反発力が作用する。この構図を平面でみれば、前後・左右に位置する磁性砥粒１５同士も同様にして相互に反発し合い、しかもそれぞれが周囲に対してほぼ均一の反発力を作用することから、磁性砥粒１５はラップ盤４上に均等に分散されることとなる。

また、前記磁性砥粒１５同士の反発力は磁場の強度に比例するため、電磁石５に印加する電流を調整することで磁場強度を変化させ、前記反発力を調整することが可能となる。これにより、加工条件、磁性砥粒１５の粒径などの諸条件に合わせ、磁性砥粒１５の分散を適切に選択することも可能となる。砥粒１５をラップ盤４上にこのように均一に分散させることができる結果として、局部的な砥粒の凝集によるワーク表面の過剰研削（微細に見た場合にワーク表面に深くえぐられた引っ掻き傷として現れる。）が回避され、表面粗さが低減された均一なワーク仕上げ表面を得ることができる。加えて、砥粒が均一に分散されることによって研磨加工能率を高めることができる。

図４は、ラップ盤４に形成される磁場強度の分布を、ラップ盤４のワーク１０と対向する面の幅方向で表わしたグラフである。横軸の中央の０ｍｍがほぼドーナツ状ラップ盤４の幅の中央位置に相当し、左右に離れるにしたがってラップ盤４の縁部に近づく。図のＡがドーナツ状のラップ盤４の外縁、Ｂが中央部側に当る（図１参照）。図４からも明らかなように、磁場強度の分布は、ラップ盤４の幅の中央部分（すなわち、電磁石５の幅の中央部分）が最も磁力が強く、縁部に近づくにしたがって磁力が減少する山形の磁場勾配を示す。図２に示すような磁性砥粒１５を使用した場合、砥粒１５は磁場強度の高い中央位置へ引き寄せられる作用が発生するため、図示のような磁場勾配があっても、磁性砥粒１５は縁部においても均等に分散される効果を生む。

この点で、従来技術の項で説明した磁性流体を利用する応用例とは根本的に相違する。すなわち、非特許文献１に開示された従来技術に示す例では、磁性流体中に非磁性砥粒が分散しており、電磁石による磁力の作用でこの磁性流体を介して砥粒を分散させている。より詳しくは、磁性流体中にあるファライト微粒子が電磁石の作用で磁化され、この影響で砥粒表面に形成される磁極が各砥粒とも同じ極であることから砥粒同士に反発力が生じ、磁性流体中に分散される。しかしながら、本実施の形態に示す磁性砥粒１５とは異なり、従来技術では非磁性砥粒の周囲に存在する磁性流体中のフェライト微粒子は非磁性砥粒とは固着していない。このため、図４に示すような磁場勾配が存在すると、フェライト微粒子を含む磁性流体は磁場の強い方へ引き寄せられるが、逆に非磁性砥粒には磁気排出力が作用して磁力の弱い方へと押しやられる傾向を示す。

図５（ａ）はこの状態を模式的に示している。図はドーナツ状のラップ盤４の一部を取り出して示したもので、ラップ盤４は外縁Ａから中心側Ｂの間の幅方向において破線で示すワーク１０と対向し、回転する。磁性流体を利用する従来技術においては、図５（ａ）に示すように磁場強度が高い幅方向の中央部においては砥粒１５ａが密に分布するが、磁場強度が低い両縁部では上述した磁気排出力によって非磁性体砥粒１５ａは両縁の外部へ押し出され、分布が粗くなる。下側の図はこれを側面からみた状況を示している。

これに対し、本実施の形態で使用する磁性砥粒１５の場合は、両縁部Ａ、Ｂ近傍にあっても固着したフェライト微粒子１３と共に磁場強度が高い幅方向中央部に引き寄せられることから、図５（ｂ）に示すようにＡからＢにわたる幅方向全体で磁性砥粒１５が均一に分散される。ワークに対してもこの均一に分散された砥粒１５が作用することから、表面粗さが低減された均一な仕上げ面を効率的に得ることが可能となる。図の下側は、同じく側面から見たときに磁性砥粒１５が均一に分散される様子を表している。

加えて、従来技術による磁性流体中に非磁性砥粒を含めた場合、磁性流体の作用で砥粒をある程度分散させることは可能であるが、砥粒自身が非磁性であるため、砥粒をラップ盤の上に留める作用は生じない。極端に言えば砥粒はラップ盤上を浮動することとなる。このため、前記磁気排出力の作用にラップ盤の回転による遠心力も加わって砥粒は順次ラップ盤の加工領域外へ排出されがちとなる。しかも、一旦排出された砥粒に対してはこれを元の位置へ戻す力が働くことはない。

これに対し、本実施の形態では、垂直な磁力線を有する磁石もしくは電磁石５が磁気砥粒そのものを吸引してラップ盤上に保持する作用を及ぼす。さらに、ラップ盤の加工領域の中央部から縁部へ移動した粒子に対してもこれを磁場強度の強い中央部に戻そうとする力が働く。このため、磁性砥粒は長く有効研磨面に維持され、研磨加工を継続することから加工効率を高める効果を奏する。

さらに、従来技術では、非磁性砥粒１５ａを分散させるために磁性流体中には多量のファライト微粒子が必要とされる（一般に、磁性流体に対して約１０Ｖ％ほどのフェライト微粒子を含有している。）。これに対して本実施の形態にかかる磁性砥粒１５では、フェライト微粒子１３は図２に示すように砥粒１５の周囲のみをコーティングしているため（砥粒に対して約５Ｖ％ほどとなる。）、ファライト微粒子の使用量を磁性流体の場合に比べて約１／３から１／５程と大幅に低減することができる(本実施の形態にかかる研磨液では、通常の研磨加工に使用される水溶性の研磨溶液を使用している。)。高価なファライト微粒子の使用量を大幅に削減できることから、研磨加工経費を低く抑える効果を得ることができる。

なお、図５（ａ）、（ｂ）では砥粒１５、１５ａの分布を模式的に示している。実際には砥粒１５の粒径は数μｍほど、また分散する砥粒１５相互の間隔は密な所でも数十μｍであり、砥粒１５、１５ａは図示の状態よりもはるかに緻密に分散している。

また、相互に磁極が反対となるよう磁石又は電磁石をラップ盤４の内部に並べて配置する特許文献３に開示された従来技術と比較すると、磁力線の分布に粗密が生ずることが回避される結果、本実施の形態の研磨方法ではラップ盤４の表面上に磁性砥粒１５をはるかに均一に分散して保持することが可能となり、より良好な仕上げ面をより効率的に得ることができるようになる。図１に示す研磨装置の例では、電磁石５が使用されているが、ラップ盤４の表面に垂直方向の磁力線が形成されるものであれば、永久磁石が使用されてもよい。

図６（ａ）は、本実施の形態にかかる磁気研磨により得られた仕上げ面の顕微鏡写真（倍率５０倍）を示す。図示の例は、結晶化ガラスの表面を粒径１／２〜３μｍの磁性砥粒を使用し、１５ｍＴの磁場強度下で１５分間研磨したものである。磁場を設けない状態で同一条件により研磨した図６（ｂ）に示す場合と比較すると、砥粒の偏在による表面をえぐるような引っ掻き傷がなくなっており、良好な仕上げ面が得られていることが分かる。

なお、前記ラップ盤４の表面に垂直な磁力線１７をより確実に形成する方策として、リング状の電磁石５に対向する同じくリング状の磁性体（例えば鉄板など。磁石又は電磁石であってもよい。）を、ラップ盤４に対して電磁石５の反対側（ラップ盤の表側）に配置することができる。すなわち、ラップ盤４の表裏を電磁石５と前記磁性体とにより両側から非接触状態で挟むよう構成することができる。このような構成とすることで、電磁石５から出る磁力線は通常は非磁性体（銅、錫など）であるラップ盤を通過して前記リング状磁性体に向かって真っ直ぐに伸びる傾向が生じ、回転するラップ盤４の全周にわたって垂直な磁力線をより確実に形成することができるようになる。

ただし、上述の構成とした場合、ワークホルダ８（図１参照）の位置に相当する部分には、ワーク１０の加工、出し入れを可能とする切り欠きを前記磁性体に設けなければならない。この際、前記切り欠き部分に嵌るワークホルダ８を磁性体で構成することは可能である。また、前記磁性体は、必ずしもリング状の電磁石５の全周にわたって対向させる必要はなく、少なくともその一部において対向して設けられていれば相応の効果を得ることができる。

次に、本発明にかかる第２の実施の形態の研磨装置及び研磨方法について図面を参照して説明する。図７は、本実施の形態の研磨装置１ａを示しており、第１の実施の形態と同一の構成要素に対しては同一の符号を付している。研磨装置１ａでは、先の実施の形態に示したラップ盤４の背後の電磁石又は磁石に代え、ラップ盤４自身の中に磁石又は電磁石を含むよう構成されている。図示のように、ドーナツ状のラップ盤４の表裏にそれぞれＮ極、Ｓ極が形成される構成とすることで、磁力線１７は先の実施の形態と同様にラップ盤４の表面に対してほぼ垂直方向に形成される。このように構成することで磁性砥粒はラップ盤４上に均等に分散され、均一な仕上げ面が得られる。これらの効果は、第１の実施の形態と同様である。

加えて、ラップ盤４の背後に配置された電磁石５が不要となることから研磨装置全体の構成を簡略化できる効果がある。また、ラップ盤４を電磁石で構成する場合、特許文献３に開示された技術とは異なり、ワーク１０に対向する面に全て同一の磁極（図示の例ではＮ極）が形成されるよう配置される。このため、ラップ盤４の表面全体に垂直な磁力線が形成され、従来技術に見られるような砥粒の偏在を回避することができる。

なお、ラップ盤４自身を磁石又は電磁石で構成することも可能であるが、この場合、ラップ盤４のラップ表面には、砥粒１５が突き刺さってこれを保持するための銅、錫などの軟質材料からなるラップ層を設けることが好ましい。また、本実施の形態においても、先の実施の形態と同様、ラップ盤４のワークに対向する面（表面）の少なくとも一部に対向して磁性体を配置することで、回転するラップ盤４に垂直な磁力線をより確実に形成することができるようになる。

以上述べた各実施の形態では、図２に示すようなダイアモンドなどの砥粒１２の周囲をフェライト微粒子１３でコーティングした特殊な磁性砥粒１５を使用している。従来技術でみられる磁性砥粒は一般に、ダイアモンドなどの非磁性体研磨材と強磁性体のフェライトとを物理化学的方法により結合して得られる(前出の特許文献１参照。)。この場合、１つの砥粒内の磁性成分比率は必ずしも一定しない。磁力による吸引力又は反発力は砥粒内の磁性成分の体積に比例するため、この成分比率が異なる場合には反発力がばらつき、砥粒の分散を均一とし難い。これに対し、本実施の形態にかかる磁性砥粒では、ダイアモンド砥粒１２の体積（粒度）をほぼ一定に保つことによってその周囲にコーティングされるフェライトのばらつき幅を僅かに抑えることができ、砥粒を均一に分散させる効果が得られる。また、砥粒自身に硬度の低いフェライトなどを含める必要がなく、ダイアモンドなどの硬質な研磨材のみを芯材とすることができるため、加工効率を高めることができる。

また、従来技術ではフェライトの周囲にダイアモンドなどの研磨材微粒子をコーティングした磁性砥粒が知られているが（前出の特許文献２参照。）、この場合、研磨材微粒子は結合剤によってコーティングされることから、結合剤の偏在などのためコート層の厚さが一定し難い。このため、磁性砥粒間の反発力にばらつきが生じ易く、やはり本実施の形態にかかる磁性砥粒と比較すれば均一な分散効果は得難い。

以上より、本実施の形態にかかる磁力を利用した研磨装置では、ダイアモンドなどの研磨材粒子をフェライト微粒子でコーティングした上述の磁性砥粒を利用することが均一な分散を得る上で好ましい。ただし、従来技術により知られた他の磁性砥粒であっても本発明にかかる研磨方法の適用は可能である。すなわち、ラップ盤の表面全体に垂直な磁力線を形成する磁場を設けることにより、いずれにせよ加工表面全体にわたって磁性砥粒の保持力と磁性砥粒同士間の反発力とを生じさせ、磁性砥粒を相応に均一に分布させる効果を生むことができる。

なお、研磨材をフェライト微粒子でコーティングした本実施の形態で使用の磁性砥粒は、大阪府八尾市に本社がある松本油脂製薬株式会社から、「ジェネシスMG10 1/2-3」の商品名で入手可能である。

なお、各実施の形態で例示した研磨装置では、ワーク及びラップ盤が水平面上で回転し、またラップ盤はドーナツ状のものが使用されているが、本発明はこれらの形式のものに限定されない。ワーク、及びラップ盤が鉛直面など、水平面以外の面上で回転するものであっても適用は可能である。また、ラップ盤はドーナツ状ではなくて円板状のものであってもよい。特殊な用途例では、レンズ表面などの球面研磨に対して平坦なラップ盤の代わりに球面皿が使用される。さらに研磨装置によっては無端ベルト状のラップ帯上でワークを保持して研磨する形式のものがある。これらの形式であっても球面皿やラップ帯の表面に垂直な磁力線が形成されるよう球面皿、ラップ帯の背後に磁石又は電磁石を配置し、磁性砥粒を使用することで本発明を同様に適用することができる。したがって、本明細書で言うラップ盤には、このような形式の球面皿やラップ帯、その他同等のものをも包含しているものとする。

本発明は、各種材料の表面仕上げを行なう研磨加工の産業分野において利用可能である。中でもセラミック、半導体ウエハなどの超硬質材料を効率的に、高い表面精度で研磨する際において特に有効に適用することができる。

本発明の実施の形態にかかる研磨装置の概要を示す側面図である。 本発明の実施の形態で使用する磁性砥粒の構成を示す断面図である。 図２に示す磁性砥粒の加工時における作用を示す説明図である。 図１に示す研磨装置のラップ盤上での磁場強度分布を示すグラフである。 図１に示す研磨装置のラップ盤上での磁性砥粒の分散を従来技術によるものと対比して示す説明図である。 図１に示す研磨装置で研磨したワークの表面を従来技術によるものと比較して示す図である。 本発明の他の実施の形態にかかる研磨装置の概要を示す側面図である。 従来の技術による研磨装置の概要を示す側面図である。 従来の技術による他の研磨装置の概要を示す側面図である。 図９に示す研磨装置のラップ盤上での磁性砥粒の分散を示す説明図である。

符号の説明

１、１ａ．研磨装置、 ２．基台、 ３．モータ、 ４．ラップ盤、 ５．電磁石、 ６．ワーク主軸台、 ７．モータ、 ８．ワークホルダ、 １０．ワーク、 １２．非磁性体の研磨材、 １３．フェライト微粒子、 １５．磁性砥粒、 １５ａ．非磁性砥粒、 １７．磁力線、 ２０．研磨溶液。

Claims (10)

1. 相対移動するラップ盤にワークを押し当て、ワークとラップ盤の間に研磨材を導入してワークの表面を研磨する研磨方法において、
   ラップ盤表面全体に当該表面に対してほぼ垂直な磁力線を形成する磁場を設け、
   前記研磨材として磁性砥粒を使用することにより、前記磁力線の作用でラップ盤上に磁性砥粒を均一に分散させることを特徴とする研磨方法。
2. 前記磁力線を、前記ラップ盤に対してワークの反対側となるラップ盤の背後に磁石又は電磁石を配置することにより形成することを特徴とする、請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記磁力線を、前記ラップ盤の表裏面のいずれか一方をＮ極、いずれか他方をＳ極とする磁石又は電磁石を含むラップ盤により形成することを特徴とする、請求項１に記載の研磨方法。
4. 前記ラップ盤に対して前記磁石又は電磁石の反対側に、前記磁石又は電磁石の少なくとも一部と対向する磁性体を設けることにより、前記ラップ盤にほぼ垂直な磁力線をより確実に形成することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一に記載の研磨方法。
5. 前記磁場の磁力強度を変化させることにより、ラップ盤上における磁性砥粒の分散密度を変化させることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一に記載の研磨方法。
6. 前記研磨材が、非磁性体研磨材の周囲を強磁性体のフェライト微粒子でコーティングして形成された磁性砥粒であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一に記載の研磨方法。
7. 前記磁性砥粒の粒径が約１／１０μｍから約５μｍ、前記磁力線の磁場強度が約１０ｍＴから約２０ｍＴであることを特徴とする、請求項６に記載の研磨方法。
8. 基台に回転可能に支持されたラップ盤と、
   前記ラップ盤に対向してワークを保持し、前記ラップ盤に対して前記ワークを所定圧力で押し付けるワーク主軸台とから構成され、相対移動する前記ワーク及びラップ盤の間に磁性砥粒を導入して前記ワークを研磨する研磨装置において、
   前記ラップ盤が、ワークに対向する面とその反対側の面のいずれか一方をＮ極、いずれか他方をＳ極とする磁石又は電磁石を含むよう構成されていることを特徴とする研磨装置。
9. 前記ラップ盤のワークに対向する面の少なくとも一部に対向して磁性体が配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の研磨装置。
10. 前記磁性砥粒が、非磁性体研磨材の周囲をフェライト微粒子でコーティングして形成された磁性砥粒であることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の研磨装置。
    

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