JP2011093033A - 隙間調整型研磨具 - Google Patents

Abstract

【課題】きわめて高度な平滑度および平坦度が求められる高精度の研磨仕上げを行うことはいうまでもなく、大型の工作物にあっても中心部と周辺部で研磨特性の差がなく研磨が行える隙間調整型研磨具を提供する。
【解決手段】工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物とを相対的に移動させて工作物を研磨する研磨パッド及びラップ定盤のような隙間調整型研磨具であって、基材に直径０.０５〜０.５ｍｍ程度の硬質粒子が配合されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物とを相対的に移動させて工作物を高精度に研磨（ラップ研磨）するラップ定盤や研磨パッドなどの隙間調整型研磨具に関するものである。

従来、ディスプレイ用の液晶硝子、板硝子、光学用のレンズプリズム、更には、半導体のウエハーのような工作物の表面および端面はきわめて高度な平滑度および平坦度が求められることから前工程のラップ研磨を含めて高精度の研磨仕上げが要求される。

そこで、例えば粒径が０．５〜１０μｍ程度の研磨材を含有するスラリーを工作物との間に供給しながら前記工作物とを相対的に移動させて工作物を研磨する例えばラップ定盤や次工程に用いられる研磨パッドのような隙間調整型研磨具が知られている。

そして、研磨パッドに含有される研磨材の粒径を同じ範囲の径とすることにより、研磨スラリーによる研磨と研磨パッドによる研磨レートの差をなくし、加工面の平坦度を向上させる手段が特開２００７−２５０１６６号公報に提示されている。

しかしながら、前述の如くきわめて高度な平滑度および平坦度が求められる工作部の表面を研磨するには前述の如く粒径が０．５〜２．０μｍ程度の研磨材を用いるものであり、研磨材と工作部との隙間も０．５〜２．０μｍ程度となり、使用する研磨粒の違いによる研磨斑は解消されるが、供給する研磨ラリーが研磨領域の表面全体に行き渡らず均質な研磨面を得られないという問題があり、特に、大型（広い研磨面を有する）工作物の研磨においてこのような事態が生じる。

また、例えば特開２００５−１７７９４５号公報に提示されているように、研磨パッドの研磨領域表面に一定の溝を形成して研磨スラリーが全体に行き渡るようにした研磨パッドが提示されている。

ところが、前記溝を有する研磨パッドやラップ定盤のような隙間調整型研磨具は溝の形状が工作物に転写してうねりを生じさせる、という問題がある。

特開２００７−２５０１６６号公報 特開２００５−１７７９４５号公報

本発明は、前記従来の研磨パッド及びラップ定盤のような隙間調整型研磨具が有している問題点を解決するためになされたものであり、きわめて高度な平 滑度および平坦度が求められる高精度の研磨仕上げを行うことはいうまでもな く、大型の工作物にあっても中心部と周辺部で研磨特性の差がなく研磨が行え る隙間調整型研磨具を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物とを相対的に移動させて工作物を研磨する研磨パッド及びラップ定盤のような隙間調整型研磨具であって、基材に直径０.０５〜０.５ｍｍ程度の硬質粒子が配合されていることを特徴とする。

また、本発明において、配合される硬質粒子は加工される材質よりは軟らかく、研磨パッド及びラップ定盤よりは硬い、例えばガラスビーズ、ポリスチレン、酸化チタン、ＥＶＡ、ＰＰ、ＰＥＴ等の各種熱可塑性ポリマ−、アパタイト粒子、シリカ多孔質体、他の砥粒である場合が好ましく、前記硬質粒子の配合量が１〜２０体積％であるとよい。

本発明によれば、工作物との隙間を確保することが可能となり、研磨スラリーの流動性が改善されて、うねりを発生することがなく、均一な研磨特性を得ることができる。

本発明の好ましい実施の形態を示す斜視図。 本発明の実施例（ＧＢ−Ａ）の表面についての顕微鏡による拡大写真。 本発明の実施例（ＧＢ−Ｂ）の表面についての顕微鏡による拡大写真。 本発明の実施例（ＧＢ−Ｃ）の表面についての顕微鏡による拡大写真。 比較例（ＫＳＰ−６６Ａ）の表面についての顕微鏡による拡大写真。 比較例（ＦＱ）の表面についての顕微鏡による拡大写真。 実施例及び比較例についてのガラスビーズの粒径と隙間形状との関係図。 表面に溝を入れた比較例についての表面図。 実施例及び比較例についてのガラスビーズの粒径と工作物の仕上げ面との関係図。 本発明の実施例における研磨時のスラリーの流れを示す説明図。 実施例及び比較例についてのガラスビーズの粒径と工作物の表面うねりとの関係図。

次に本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は回転式の研磨台に取り付けられる研磨パッドである隙間調整型研磨具１の好ましい実施の形態を示すものであり、隙間調整型研磨具１は全体が薄形円柱形の研磨パッド基材２に直径が０.０５〜０.５ｍｍ程度の硬質粒子３が例えば１〜２０体積％配合されている。

更に詳しく説明すると、本実施の形態は、例えば基材としてウレタン樹脂と、発泡剤との混合物に、直径が０.０５〜０.５ｍｍ程度のガラスビーズからなる砥粒を１〜２０体積％の割合で配合し、これを均一な混合物として硬化剤を加え、金型内で発泡させて離型し、室温で二次乾燥して製造する。

１２０℃で予熱して粘度を低下させたウレタン樹脂（三井化学ポリウレタン株式会社製、ハイプレインＵ−５１）１５０ｇに、発泡剤（永和化成化学工業株式会社製、吸熱分解型セルボンＳＣ−Ｋ）５ｇとガラスビーズ（三昌研磨株式会社製、ＧＢ−Ａ：粒径１０６〜１５０μｍ、ＧＢ−Ｂ：粒径２５０〜４２５μｍ、ＧＢ−Ｃ：粒径４２５〜６００μｍ）を混合物に対して５容量％を混入し、機械式攪拌機（キーエンス株式会社製、ハイブリッドミキサーＨＭ−５００）を用いて撹拌し均一な混合物を作成した。

次に、前記混合物に、１２０℃で予熱して粘度を低下させた硬化剤（セイカ工業株式会社製、ビスアミンＡ）を２０ｇを混入し３０秒間撹拌した後、剥型剤としてフッ素樹脂シートを予め貼り付けた円柱形の金型に注型し、真空脱泡機（安井インターテック株式会社製）により脱泡して、１７０℃に２５分間保持して一次硬化させた後、金型から離型し、室温で一日程度放置することにより二次硬化を行った。

得られた研磨パッドである隙間調整型研磨具（ＧＢ−Ａ（粒径１０６〜１５０μｍ）、ＧＢ−Ｂ（粒径２５０〜４２５μｍ）、ＧＢ−Ｃ（粒径４２５〜６００μｍ））の表面についての拡大写真を図２乃至図４に示す。

次に前記隙間調整型研磨具ＧＢ−Ａ、ＧＢ−Ｂ、ＧＢ−Ｃにつき、表面をフェーシングした後、表面粗さ測定器（ミツトヨ株式会社製、ＳＵＲＦＴＥＳＴ ＳＶ−６００）を用いてパッド表面の形状を測定し、高域フィルタを施し、その粗さ曲線を、比較例としてセリア（九重電気株式会社製、ＫＳＰ−６６Ａ）入り研磨パッド（ＫＳＰ−６６Ａ）、前記ガラスビーズの代わりに粒径３．５μｍのシリカ粒子（フジミインコーポレーテッド株式会社製、ＦＱ３０００）を混入した研磨パッド（ＦＱ）とともに測定した。

その結果、図７に示したガラスビーズの粒経と隙間形状との関係図から、研磨パッドに含有させるガラスビーズの粒径が大きくなるほど最大高さＲｙ（ｍｍ）が高くなっており、逆に、凹凸の平均間隔が小さくなる傾向にあり、含有させるガラスビーズの粒径の大きさと隙間調整型研磨具の隙間寸法には高い相関性があることが確認された。

次に、前記得られた各隙間調整型研磨具ＧＢ−Ａ、ＧＢ−Ｂ、ＧＢ−Ｃにつき、工作物４（直径２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのソーダガラスをラッピングして、梨地面の前加工として粗さをＲａ＝約３５ｍｍに揃えたもの、加工面の粗さ０．２μｍ）を卓上型精密ラッピング装置（株式会社ナノファクタ社製）の定盤に取り付け、研磨圧力２０ｋＰａ、工具回転数６０ｒｐｍ、工作物回転数６０ｒｐｍ、加工時間３０ｍｉｎ．スラリー供給量２５ｍＬ／ｍｉｎ．砥粒（酸化セリウム 昭和電工株式会社製 ＳＨＯＲＯＸ Ａ−１０ 平均粒径１．２μｍ）、砥粒添加率３．０重量％）の研磨条件で強制回転駆動させて研磨加工を行った。

その結果、研磨面の粗さの測定結果を、前記ＦＱ３０００（粒径３．５μｍのシリカ粒子をガラスビーズの代わりに含有させた研磨パッド（ＦＱ）と、このＦＱ３０００の研磨パッドの表面に図８に示した形状の格子状の溝を入れた研磨パッドである隙間調整型研磨具（ＦＱ溝入）を比較例として図９に示す。

尚、仕上げ面の測定には白色光干渉式非接触式３次元表面形状・粗さ測定器（Ｚｙｇｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製、Ｚｙｇｏ Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ５０３２）を用いて、研磨後のガラス中央部、周辺部、それらの中間における表面の断面曲線から算術平均高さを求めた。

図９から、比較例である溝入の研磨パッドである隙間調整型研磨具を用いた場合に仕上面の粗さが改善されていることが確認され、また、比較的大きなガラスビーズを含有させた研磨パッドである隙間調整型研磨具の場合が前記溝入隙間調整型研磨具と同等またはそれ以上の面粗さの向上効果が得られることが確認され、特に、隙間調整型研磨具ＧＢ−Ｂ（粒径２５０〜４２５μｍのガラスビーズを適用）の場合には、工作物４の中央部、周辺部、中間部分のバラツキが殆どみられず非常に高い研磨特製が得られた。

これは隙間調整型研磨具上に形成されたガラスビーズによる工作物との隙間を介して研磨スラリー大口径の工作物の中央部まで円滑に供給され、工作物の表面全体において均一な仕上げ面が得られた結果である（図１０参照）。

次に、前記条件で研磨した際の工作物４表面の「うねり」について測定した結果を、比較例として、研磨パッドＦＱ（粒径３．５μｍのシリカ粒子をガラスビーズの代わりに含有させた研磨パッドおよびこの研磨パッドＦＱの表面に図８に示した形状の格子状の溝を入れたＦＱ溝入研磨パッドとともに図１１に示す。

図１１より、比較例である研磨パッドＦＱは、工作物の中心部において大きなうねりが認められ、また、研磨パッドＦＱ溝入りでは中央部のうねりは減少するが全体的なうねりは解消されないことが確認されるが、本発明の実施例である隙間調整型研磨具ＧＢ−ＡおよびＧＢ−Ｂ（粒径１０６〜４２５μｍのガラスビーズを含有）については全体的なうねりが解消されていることが確認される。

これらのことから、従来有効といわれていた溝入研磨パッドに比べて本発明の研磨パッドである隙間調整型研磨具がうねりに関して有効であることが確認された。

尚、前記実施例は隙間調整型研磨具として研磨パッドを用いた場合を示したが、本発明は隙間調整型研磨具としてラップ定盤を用いた場合にも同じ原理で有効であり、本実施例ではラップ定盤であるは隙間調整型研磨具は直径０.４〜０.８ｍｍの鋳鉄粒子と研磨パッドに使用した同様のガラスビ−ズを焼結して製作した。

製作条件：成形圧５００ＭＰａ，１１００℃，１時間アルゴンガス中
焼結後の比重は約６ｇ／ｃｍ^３で、気孔率は１０％
また、本実施例では焼結法によりラップ定盤を製造したが鋳造法によっても製作が可能である。

１ 研磨パッド、２ ウレタン基材、３ 砥粒

尚、本発明は独立行政法人新エネルギ−・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ技術総合開発機構）の支援によるものである。

Claims (5)

1. 工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物とを相対的に移動させて工作物を研磨する隙間調整型研磨具であって、基材内に直径０．０５〜０.５ｍｍ（望ましくは０.２〜０.４ｍｍ）程度の硬質粒子が配合されていることを特徴とする隙間調整型研磨具。
2. 前記硬質粒子は加工される材質よりは軟らかくて、前記基材よりは硬い物であることを特徴とする請求項１に記載の隙間調整型研磨具。
3. 前記硬質粒子の配合量が１〜２０体積％（望ましくは５〜１０体積％）であることを特徴とする請求項１または２に記載の隙間調整型研磨具。
4. 前記隙間調整型研磨具がラップ定盤である請求項１，２または３に記載の隙間調整型研磨具。
5. 前記隙間調整型研磨具が研磨パッドである請求項１，２または３に記載の隙間調整型研磨具。