JP2014018893A - 研磨パッド及びガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化が図られると共に、研磨層の平坦性及び可撓性を確保できる研磨パッド、及びこれを用いた研磨方法を提供する。
【解決手段】ガラス、セラミックス、及び金属材料の表面研磨に用いられる研磨パッドであって、基材層と、研磨材料からなると共に基材層の一面側に設けられた研磨層と、を備え、研磨層は、基材層上に互いに離間して配列された複数の土台部と、土台部上に互いに離間して配列された柱状或いは錐台状の先端部と、土台部間に前記基材層が露出するように設けられた複数の溝部からなる溝群であって各溝が相互に交差した溝群と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、研磨パッド及びガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法に関する。

従来の研磨パッドとして、例えば特許文献１に記載の研磨部品がある。この研磨部品は、研磨材料を一面側に有する裏材を備えて構成されている。研磨材料の形状は、例えば立方体、ブロック、円柱、矩形、などの形状をなしている。また、特許文献２に記載の研磨部品では、研磨材料で形成された研磨層の土台部上に錐状の突起部を形成している。この突起部の目的は、初期ドレッシング（研磨面を平坦にするための作業）を容易に行うため、及びドレッシング終了時（研磨面が平坦になったとき）の判別を行うためにある。ドレッシングにて突起部を削って平坦化することにより、研磨材料が均一化されている土台部を用いて研磨を行うことが可能となっている。

特表２００２−５４２０５７号公報 米国公開特許公報ＵＳ２０１１／００５３４６０号明細書

網入りガラスや耐熱ガラスといった工業用のガラス基板の研磨、或いはセラミックス・金属材料からなる大型基板の研磨を行う場合には、研磨パッドの長寿命化が必要となる。研磨パッドの長寿命化のためには、研磨層の突起部分の高さを高くして体積を大きくすることが考えられる。しかしながら、単純に突起部分を高くしていくと、突起部分が倒れやすくなる場合がある。そこで、突起部分の根元部分を研磨材料の層で連結することも考えられるが、この構成においても、樹脂を光硬化させる際の収縮による研磨層の平坦性の低下や、研磨層が一体化することによる可撓性の低下への対策が必要となる。

本発明の一態様は、ガラス、セラミックス、及び金属材料の表面研磨に用いられる研磨パッドであって、基材層と、研磨材料からなると共に基材層の一面側に設けられた研磨層と、を備え、研磨層は、基材層上に互いに離間して配列された複数の土台部と、土台部上に互いに離間して配列された柱状或いは錐台状の先端部と、土台部間に基材層が露出するように設けられた複数の溝部からなる溝群であって各溝が相互に交差した溝群と、を有している。

また、本発明の一態様は、上記研磨パッドを用いたガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法であって、基材層の他面側を定盤に固定して研磨層と被研磨体とを接触させ、被研磨体と研磨層との間に研削液を導入しながら、研磨パッドと研削液とを相対的に擦り合わせる工程を含む。

本発明によれば、研磨パッドの長寿命化が図られると共に、研磨層の平坦性及び可撓性を確保できる。

本発明の一実施形態に係る研磨パッドを示す斜視図である。 図１に示した研磨パッドの要部を示す拡大斜視図である。 図１に示した研磨パッドの要部を示す拡大側面図である。 土台部の変形例を示す側面図である。 土台部間の溝群の形成例を示す概要図である。 先端部間の溝部の変形例を示す側面図である。 図１に示した研磨パッドを用いた被研磨体の研磨方法を示す側面図である。 研磨パッドの作用効果を模式的に示す図である。 実施例及び比較例に係る研磨パッドのサンプルの形状を示す側面図である。 効果確認試験の結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る研磨パッド及びガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る研磨パッドを示す斜視図である。また、図２は、図１に示した研磨パッドの要部を示す拡大斜視図であり、図３は、拡大側面図である。図１〜図３に示すように、研磨パッド１は、パッドの支持体となる基材層１１と、研磨材料からなる研磨層１２とを備えて構成されている。研磨パッド１は、網入りガラスや耐熱ガラスといった工業用のガラス基板の研磨、或いはセラミックス・金属材料からなる大型基板の研磨に用いられる研磨パッドである。研磨パッド１は、全体として例えば直径１０ｍｍ〜２５００ｍｍ程度の円板状をなしている。

基材層１１は、研磨パッド１が一定の強度と可撓性とを有するように、ポリマーフィルム、紙、バルカナイズドファイバー、処理済不織材、処理済布材などによって例えば厚さ１ｍｍ程度に構成されている。これらの中でも、ポリマーフィルムを用いることが好ましい。ポリマーフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタラートフィルム、ポリエステルフィルム、コーポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム等が挙げられる。

研磨層１２は、例えばバインダと、研磨粒子と、充填剤とを含んで構成され、基材層１１の一面側に形成されている。また、研磨層１２は、カップリング剤、沈殿防止剤、硬化剤（開始剤）、光増感剤といった各種の成分を含有していてもよい。

バインダは、バインダ前駆体から形成される。バインダ前駆体は、未硬化または未重合状態の樹脂を含み、研磨層１２の作製にあたって、バインダ前駆体中の樹脂が重合または硬化されてバインダが形成される。バインダ前駆体は、縮合硬化性樹脂、付加重合性樹脂、遊離基硬化性樹脂、及びこれらの組み合わせが用いられる。

研磨粒子は、例えばダイヤモンドビーズ研磨粒子である。ここで用いられるダイヤモンドビーズ研磨粒子では、例えば直径２５ミクロン以下の約６〜６５体積％のダイヤモンド研磨粒子を含む研磨粒子であり、約３５〜９４体積％の微孔質の非溶融の連続金属酸化物マトリックスに分散されている。金属酸化物マトリックスは、約１，０００未満のヌープ硬さを有し、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび酸化チタンからなる群より選択された少なくとも１種類の金属酸化物を含む。

研磨層１２には、通常、約１重量パーセント以上、好ましくは約２重量パーセント以上のダイヤモンドビーズ研磨粒子が含まれる。また、研磨層１２には、より好ましくは約５重量パーセント以上、最も好ましくは約７重量パーセント以上のダイヤモンドビーズ研磨粒子が含まれる。研磨層１２には、通常、約３０重量パーセント以下、好ましくは約２５重量パーセント以下のダイヤモンドビーズ研磨粒子が含まれる。また、研磨層１２には、より好ましくは約１５重量パーセント以下、最も好ましくは約１３重量パーセント以下のダイヤモンドビーズ研磨粒子が含まれる。

研磨層１２の形成にあたっては、ダイヤモンド研磨粒子を金属酸化物又は酸化物前駆体の水性ゾルと混合し、得られたスラリーを攪拌した脱水液体（例えば２−エチル−１−ヘキサノール）に加える。そして、水を分散スラリーから除去し、これを濾過、乾燥、及び焼成することによって研磨層１２が得られる。研磨層１２内のダイヤモンドビーズ研磨粒子は、通常は球形状をなし、研磨粒子の作製元のダイヤモンド粒子に比べて少なくとも２倍のサイズとなる。

充填剤は、研磨層１２の崩壊速度を制御するために用いられる材料である。充填剤は、例えば平均粒子サイズが通常０．０１〜１００μｍ、一般に０．１〜４０μｍの微粒子材料である。研磨中の研磨層１２の崩壊速度を制御することは、研磨レートと寿命との釣合いを取るのに重要である。充填剤の充填が多すぎると、研磨層１２の崩壊が早すぎ、研磨操作が不十分となるおそれがある。逆に、充填剤の充填が少なすぎると、研磨層１２の崩壊が遅すぎ、研磨粒子が鈍くなって研磨レートが低下するおそれがある。

研磨層１２には、通常、約４０重量パーセント以上、より好ましくは約４５重量パーセント以上、最も好ましくは５０質量パーセント以上の充填剤が含まれる。また、研磨層１２には、通常、約６０質量パーセント以下の充填剤が含まれる。

充填剤としては、例えば金属炭酸塩（炭酸カルシウム（白亜、方解石、泥炭、トラバーチン、大理石、及び石灰石）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム等）、シリカ（水晶、ガラスビーズ、ガラス泡、及びガラスファイバー等）、シリケート（タルク、クレイ（モンモリロン石）長石、マイカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、及びケイ酸カリウム等）、金属硫酸塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム等）、石膏、蛭石、木粉、三水和アルミニウム、カーボンブラック、金属酸化物（酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、酸化スズ（例えば酸化第二スズ）、二酸化チタン等）、及び金属亜硫酸塩（亜硫酸カルシウム等）、熱可塑性粒子（ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン、アセタールポリマー、ポリウレタン、ナイロン粒子）、及び熱硬化性粒子（フェノール泡、フェノールビーズ、ポリウレタン泡粒子等）等が例示される。

充填剤は、ハロゲン化物塩のような塩であってもよい。ハロゲン化物塩としては、塩化ナトリウム、氷晶石カリウム、氷晶石ナトリウム、氷晶石アンモニウム、四フッ化ホウ酸カリウム、四フッ化ホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、及び塩化マグネシウムが例示される。金属充填剤としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、チタンが例示される。その他の充填剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、及び金属硫化物が挙げられる。

次に、上述した研磨層１２の構造について説明する。

研磨層１２は、図２及び図３に示すようなタイル構造をなしている。より具体的には、研磨層１２のタイル構造は、基材層１１上に互いに離間して配列された複数の土台部１３と、土台部１３上に互いに離間して配列された複数の先端部１４とを有している。

土台部１３は、例えば１ｃｍ^２当たり０．０１個〜８０個の密度となるように基材層１１上にマトリクス状に配列されている。各土台部１３は、例えば厚さ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の扁平な略直方体形状をなし、平面視において略正方形状をなしている。土台部１３は剛体であり、土台部１３の厚さを厚くしすぎると、収縮の影響を受けやすくなるおそれがある。一方、土台部１３の厚さを薄くしすぎると、研磨層１２が割れ易くなるおそれがある。上記厚さの範囲では、土台部１３の強度の確保と収縮の影響の排除とを両立でき、好適である。

土台部１３の頂面（先端部１４が形成される面）３０の面積は、例えば３ｍ×４ｍの長方形のガラス研磨を実施する場合では、通常３０ｍｍ^２以上、好ましくは５０ｍｍ^２以上、より好ましくは１００ｍｍ^２以上、となっている。また、土台部１３の頂面３０の面積は、通常４００ｍｍ^２以下、好ましくは３００ｍｍ^２以下、より好ましくは２００ｍｍ^２以下となっている。ただし、被研磨体や研削圧力（通常の研削圧力は例えば５０〜３００ｇ／ｃｍ^２程度）によって最適範囲は異なるものとなる。

このような範囲を選択することで、土台部１３上に十分な数の先端部１４を配列することが可能となり、研磨領域を十分に確保できる。また、厚さの場合と同様の観点から、土台部１３の面積を大きくしすぎると、基材層１１の可撓性が損なわれるおそれがある。一方、土台部１３の面積を小さくしすぎると、研磨層１２が狭くなり、研磨作業性が低下するおそれがある。したがって、上記面積の範囲では、研磨作業性の確保と基材層１１の可撓性の確保とを両立できる。

土台部１３の頂面３０の平面形状は、三角形、矩形、六角形などの多角形、楕円形を含む円形などの中から適宜選択することができる。この平面形状の選定にあたっては、研磨の実施の際に研磨パッド１と被研磨体とが相互もしくは一方の回転運動を伴って接触することを考慮し、等方的な研磨を行い得るような形状であることが好適である。この観点から言えば、土台部１３の頂面３０の平面形状は、長方形状といった異方性の形状よりも円形状や正方形状といった等方性の形状であることがより好ましい。また、土台部１３の頂面３０の平面形状に等方性を持たせることにより、先端部１４の配列の等方性を許容でき、土台部１３上に先端部１４を高密度に配置することも可能となる。

土台部１３の立体形状は、柱状体や錐台状体となっていてもよい。特に、土台部１３が錐台状である場合、角部に応力が集中しにくくなると共に、基材層１１との接触面積も大きくなるので好適である。

ここで、土台部１３の面積の選定について、土台部１３が正方格子状に配列されている場合を例に説明する。説明の簡単化のため、２次元の面の大小関係の寄与を、一次元の幅の大小関係の寄与に置き換えて説明する。この土台部１３の幅寸法の選定にあたっては、被研磨体の表面のうねりの程度、被研磨体の材料強度の程度、被研磨体の外形形状及び寸法、及び先端部１４の高さ等を考慮する必要がある。被研磨体の表面のうねりのピッチは、小さいもので１μｍ程度、大きなものでは１ｍ程度に及ぶ。したがって、例えばうねりのピッチの幅と土台部１３の幅とを合わせることで、研磨面を被研磨体の表面により密着させることが可能となる。また、被研磨体が変形の生じにくい材料で形成されている場合には、研磨中に表面のうねりが変化しにくいため、土台部１３の幅を小さくしておく方が研磨面を被研磨体の表面に密着させやすい。一方、被研磨体が変形の生じやすい材料で形成されている場合には、研磨中に表面のうねりが変化しやすいため、土台部１３の幅を大きくしておく方が研磨面を被研磨体の表面に密着させやすい。

また、被研磨体は、小さいものでは例えばφ２０ｍｍ程度、大きいものでは例えば３ｍ×３ｍ程度に及ぶので、これらの寸法に応じて土台部１３の幅を選択することが好ましい。先端部１４との関係では、先端部１４のアスペクト比が高い場合には、研磨時に先端部１４にかかるトルク（土台部１３の根元の周りの力のモーメント）が大きくなるため、土台部１３の幅を十分に確保して先端部１４を保持することが好ましい。

隣り合う土台部１３同士は、基材層１１上に所定の間隔で設けられた溝部１５によって仕切られている。溝部１５の底部は、例えば図３に示すように、基材層１１上で半径０．８ｍｍ程度のＲ状（ラウンド状）をなしており、底部の頂点部分で基材層１１が露出するようになっている。なお、ここでいう基材層１１の「露出」とは、溝部１５の底部における研磨材料の厚さが実質的に基材層１１の可撓性を阻害しない厚さであればよく、必ずしも基材層１１が溝部１５の底部に完全に露出していなくてもよい。

このような溝部１５の形成により、土台部１３の側面部分は、その根元部分がテーパ形状となっている。研磨パッド１で研磨を行う被研磨体が大型の基板である場合、その剛直性に起因して研磨パッド１に大きな負荷がかかる傾向がある。このため、研磨層１２には、基材層１１に対する接合強度と、研磨時に加わる応力を緩和する構成とが求められる。そこで、土台部１３では、側面部分をテーパ形状にすることにより、基材層１１と土台部１３との接触面積を確保することができ、基材層１１に対する接合強度を確保できる。また、土台部１３の根元部分がノッチとならないため、研磨の際に土台部１３の根元部分に加わる応力を緩和することができる。

土台部１３のテーパ形状は、図３に示したＲ状のほか、例えば図４（ａ）に示す土台部１３Ａのように、側面全体を傾斜面としたものであってもよく、図４（ｂ）に示す土台部１３Ｂのように、側面の根元部分のみを傾斜面とした面形状（Ｃ面形状を含む）であってもよい。このような形状においても、基材層１１と土台部１３との接触面積を十分に確保することができ、基材層１１と土台部１３との接合強度を確保できる。また、土台部１３の根元部分がノッチとならないため、土台部１３の根元部分における局所の応力集中を防止できる。

溝部１５の幅は、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の範囲で適宜選択される。溝部１５の幅が狭すぎると、基材層１１の可撓性を低下させるおそれがある。また、被研磨体の研磨を行う際に生じた研磨屑が溝部１５内に詰まり易くなり、研磨効率が低下することが考えられる。一方、溝部１５の幅が広すぎると、土台部１３上に配列する先端部１４の単位面積当たりの体積が小さくなり、研磨パッド１の寿命が低下することとなる。したがって、溝部１５の幅を上記範囲とすることにより、研磨パッド１の研磨効率の確保及び寿命の確保を両立できる。

この溝部１５は、隣り合う土台部１３間に配列され、基材層１１上で溝群を構成している。溝群の形状の要件としては、溝部１５同士が互いに連通していること、及び互いに交差する溝部１５が存在することが挙げられる。

図５に土台部１３，１４間の溝群の形成例を示す。同図では、説明の便宜上、溝部１５をラインで表している。溝群の形態としては、例えば図５（ａ）に示すように、直線状の溝部１５を格子状に配列した溝群１７Ａが挙げられる。溝群１７Ａでは、縦横の溝部１５同士が直交した正方格子となっている。この形態は、研磨の実施の際に研磨パッド１と被研磨体とが相互もしくは一方の回転運動を伴う場合でも、研磨の等方性が保たれる点で優れる。溝部１５同士の交差角度は、図５（ｂ）に示す溝群１７Ｂのように、４５°〜１３５°程度としてもよい。この場合であっても、研磨の一定の等方性が保たれる。

また、溝部１５のラインは、直線状に限られず、図５（ｃ）に示すように、波線状の溝部１５同士を正方格子状とした溝群１７Ｃとしてもよい。さらに、図５（ｄ）に示すように、同心円状のラインに放射線状のラインを組み合わせた溝群１７Ｄとしてもよく、らせん状のラインに放射線状のラインを組み合わせた溝群１７Ｅとしてもよい。以上のような溝群１７を形成することで、研磨の際の研磨屑を溝部１５内にスムーズに流すことが可能となり、研磨屑が溝部１５内に詰まることによる研磨効率の低下を抑制できる。

先端部１４は、例えば１ｃｍ^２当たり０．０５個〜３００個の密度となるように土台部１３上に配列されている。本実施形態では、先端部１４は、例えば基材層１１からの高さが３ｍｍ程度となるような略四角柱状をなし、土台部１３上に２×２のマトリクス状に形成されている。このような構成は、言い換えれば、複数の先端部１４が一つの土台部１３を共有することによってそれぞれグループ化されていることを意味している。先端部１４の頂面（研磨面）は、平面視において例えば３ｍｍ×３ｍｍ程度の略正方形状をなしている。先端部１４の側面部分は、例えば土台部１３のテーパ形状と同様の角度でテーパ形状となっていてもよい。

土台部１３上に形成する先端部１４の本数は、以下の点を考慮して適宜変更可能である。先端部１４の本数を少なくすると、被研磨体の表面のうねりに起因して、研磨面と被研磨体とが１点あるいは数点で接触し易い。このため、被研磨体の表面の粗削りに適合し易い傾向となる。一方、先端部１４の本数を多くすると、被研磨体の表面にうねりがあっても、基材層１１の可撓性によって土台部１３及び先端部１４が被研磨体の表面形状に追従し、研磨面と被研磨体とが多点接触し易い。したがって、研磨量及び研磨速度が大きくなり、仕上げ程度が高まる傾向となる。

また、隣り合う先端部１４同士は、溝部１６によって仕切られている。溝部１６の底部は、図２及び図３に示すように、土台部１３上で半径０．８ｍｍ程度のＲ状（ラウンド状）をなしており、底部の頂点部分で土台部１３が露出するようになっている。このように、溝部１６の底部をＲ状とすることにより、先端部１４の側面の根元部分がテーパ形状を有することとなる。したがって、先端部１４と土台部１３との接続面積が確保され、先端部１４の高さを高くした場合の先端部１４の倒れ強度をより確実に高めることができる。先端部１４の高さを高くすることで、研磨層１２の体積を十分に確保できるので、研磨パッド１の更なる長寿命化が図られる。

なお、先端部１４の形状は、柱状体或いは錐台状体であればよく、例えば角柱状、円柱状、楕円柱状、角錐台状、円錐台状、楕円錐台状等の各形状をとり得る。先端部１４が錐台状である場合、土台部１３の場合と同様に、角部に応力が集中しにくくなると共に、土台部１３との接触面積も大きくなるので倒れ強度を一層十分に確保できる。

また、溝部１６の底部の形状は、Ｒ状に限られるものではない。例えば図６に示す溝部１６Ａのように、先端部１４の側面の根元部分のみを傾斜面とした面形状（Ｃ面形状を含む）の底部であってもよい。このような形態においても、先端部１４の側面の根元部分がテーパ形状を有することとなる。したがって、先端部１４の高さを高くした場合であっても、先端部１４の倒れ強度をより確実に高めることができる。

また、各先端部１４のアスペクト比は、０．２〜１０となっている。この範囲では、研磨パッド１の長寿命化を図りつつ、先端部１４の倒れ強度を十分に確保できる。アスペクト比を小さくする場合には、研磨時に先端部１４にかかるトルクが小さくなり、先端部１４の倒れ強度をより確保できる。一方、アスペクト比を大きくする場合には、先端部１４の体積を十分確保でき、研磨パッド１をより長寿命化できる。また、溝部１６の高さが高くなるので、研削液を溝部１６内にスムーズに流すことができ、研磨屑が溝部１６内に詰まってしまうことも防止できる。

以上のような研磨層１２を形成する方法としては、例えば転写法を用いることができる。転写法では、例えば定盤上に上記のタイル構造が施された金型をセットし、次に転写型を作製する。そして、この転写型に硬化型ダイヤモンドスラリーを充填し、基材層１１となるフィルムをスラリーにラミネートして結合させる。この後、光照射によってスラリーを硬化させ、フィルムを転写型から剥離すると、基材層１１上に研磨層１２が形成された研磨パッド１が得られる。研磨層１２の形成は、転写法に限られず、研削やロールによる型押しなどによって実施してもよい。

図７は、研磨パッド１を用いた研磨方法を示す図である。図７（ａ）は、片面研磨の例であり、被研磨体Ｐ１は、例えば網入りガラスやセラミック基板である。この例では、弾性体層２１を介して研磨パッド１を研磨盤（定盤）２２の表面に固定し、被研磨体Ｐ１と研磨パッド１との間に研削液を供給しながら研磨盤２２を回転させ、荷重をかけながら被研磨体Ｐ１の表面を研磨する。被研磨体Ｐ１を保持する保持具２３についても、研磨盤２２と同方向又は逆方向に回転させてよい。

また、図７（ｂ）は、両面研磨の例であり、研磨対象である被研磨体Ｐ２は、例えば大型のガラス基板や金属板である。この例では、柔軟性を有する層２１を介して研磨パッド１を上下の研磨盤２４の表面にそれぞれ固定し、保持具２５で保持した被研磨体Ｐ２を研磨盤２４の間にセットする。そして、被研磨体Ｐ２と研磨パッド１との間に研削液を供給しながら研磨盤２４を回転させ、荷重をかけながら被研磨体Ｐ２の両面を研磨する。このとき、研磨盤２４は、互いに逆方向に回転させることが好ましい。

上記例において、研磨盤２２，２４に対する研磨パッド１の取り付けには、例えば感圧型の接着剤を用いることができる。このような接着剤としては、例えばラテックスクレープ、ロジン、ポリアクリレートエステル、アクリルポリマー、ポリブチルアクリレート、ポリアクリレートエステル、ビニルエーテル（例えば、ポリビニルｎ−ブチルエーテル）、アルキド接着剤、ゴム接着剤（例えば、天然ゴム、合成ゴム、塩素化ゴム）、及びこれらの混合物が挙げられる。

また、柔軟性を有する層２１としては、例えばポリウレタン発泡体、ゴム、エラストマー、ゴム発泡体等を用いることができる。このような層２１を介在させることで、研磨盤２２，２４に対する研磨パッド１の形状の追従性を向上させることができる。なお、柔軟性を有する層２１は、研磨パッド１において基材層１１の他面側（研磨層１２の反対面側）に予め設けておいてもよい。また、柔軟性を有する層２１は必ずしも設ける必要はなく、研磨パッド１を研磨盤２２，２４に直接取り付けてもよい。

研削液としては、例えばアミン、鉱油、灯油、ミネラルスピリッツ、水溶性エマルジョン、ポリエチレンイミン、エチレングリコール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロピレングリコール、アミンボレート、ホウ酸、アミンカルボキシレート、パイン油、インドール、チオアミン塩、アミド、ヘキサヒドロ−１，３，５−トリエチルトリアジン、カルボン酸、ナトリウム２−メルカプトベンゾチアゾール、イソプロパノールアミン、トリエチレンジアミン四酢酸、プロピレングリコールメチルエーテル、ベンゾトリアゾール、ナトリウム２−ピリジンチオール−１−オキシド、及びヘキシレングリコールのうち１種類以上を含む水ベースの溶液が挙げられる。研削液には、腐食防止剤、殺菌剤、安定化剤、界面活性剤、及び乳化剤などが含まれる場合もある。

このような被研磨体Ｐの研磨を行うにあたって、上述したように、研磨パッド１では、研磨層１２が基材層１１上に互いに離間して配列された土台部１３と、土台部１３上に互いに離間して配列された略角柱状の先端部１４とを有している。すなわち、この研磨層１２では、複数の略角柱状の先端部１４が一つの土台部１３を共有することによってグループ化され、先端部１４の倒れ強度が十分に確保されている。また、この研磨パッド１では、土台部１３が溝部１５によって互いに分離しており、隣り合うグループ間では研磨材料が無い部分が存在する。このため、全ての先端部１４が土台部１３で連結されている場合とは異なり、研磨パッド１の可撓性が十分に確保されている。

したがって、研磨パッド１では、図８（ａ）に模式的に示すように、被研磨体Ｐを研磨する際に、被研磨体Ｐの表面のうねりに基材層１１が撓んで追従し、これに伴って各土台部１３でグループ化されている先端部１４の研磨面が被研磨体Ｐに密着し、好適な研磨を実施することができる。また、研磨パッド１では、土台部１３との連結によって土台部１３の基材層１１からの剥離に起因した先端部１３の倒れ強度が確保されていることに加え、基材層１１の形状の追従によって先端部１３にかかる応力を低減することができる。したがって、先端部１４の高さを高くした場合であっても、先端部１４の折れや剥離を抑制できる。さらに、先端部１４の高さを高くできることで、研磨層１２の体積を十分に確保できるので、研磨パッド１の長寿命化も図られる。

なお、研磨パッド１では、土台部１３が溝部１５で分離されていることで、研磨材料中の樹脂を光硬化させる際の収縮による研磨層１２の平坦性の低下も抑制でき、先端部１４の高さ（タイル高さ）のばらつきを抑えられる。また、土台部１３が分離していることで、研磨層１２に曲げなどの力が加わった場合でも、研磨材料が無い部分で研磨層１２が曲がることによって、研磨層１２に亀裂が入ることによる先端部１４の倒れ強度の低下も防止できる。

さらに、研磨パッド１では、先端部１４間の溝部１６の底部が土台部１３上でＲ状をなし、土台部１３間の溝部１５の底部が基材層１１上でＲ状をなしている。このような構成により、研磨パッド１では、先端部１４の倒れ強度が一層高められ、先端部１４の折れや剥離をより確実に抑制できる。

これに対し、例えば図８（ｂ）に模式的に示すように、全ての先端部５４を一つの土台部５３で連結した従来の研磨パッド５０では、研磨層が一体化することによって基材層５１の可撓性が低くなるおそれがある。基材層５１の可撓性の低下により、先端部５４の研磨面が被研磨体Ｐの表面のうねりに追従せず、先端部５４に応力が過剰にかかって先端部５４の折れが発生するおそれがある。また、土台部５３が一体化していることで、研磨パッド５０に曲げなどの力が加わった場合に、土台部５３に亀裂が入ることによって先端部５４の倒れ強度が低くなるおそれがある。

また、例えば図８（ｃ）に模式的に示すように、土台部を設けずに全ての先端部６４を基材層６１上に直接形成した従来の研磨パッド６０では、基材層６１の可撓性については問題ないものの、先端部６４の高さを高くした場合の倒れ強度を十分に確保できなくなる可能性がある。この場合、研磨の際に研磨パッド６０にかかる応力が先端部６４の根元部分に集中し、先端部６４が基材層６１から容易に剥離してしまうおそれがある。したがって、研磨パッド１のように複数の先端部１４を土台部１３によってグループ化する構成を採用することが、研磨パッドの長寿命化、研磨層の平坦性及び可撓性の確保の観点で有用である。

また、研磨対象である被研磨体の表面には一定のうねりが存在することは上述したとおりであるが、研磨設備側の研磨盤やコンベアといった部材にも一定のうねりが存在する。研磨盤は通常硬質であるため、うねりを変形させることは困難である。したがって、基材層１１に可撓性を持たせ、厚み等の条件を適宜選択することで、研磨パッド１側に変形の余地を持たせることが有効となる。基材層１１に十分な可撓性を持たせることで、研磨盤への研磨パッド１の貼り付けの作業性も確保できる。また、特に、基材層１１の可撓性だけでは被研磨体の表面のうねり及び研磨設備側のうねりをキャンセルしきれないときには、基材層１１の他面側に柔軟性を有する層２１を配置することが有効となる。柔軟性を有する層２１を研磨パッド１と研磨盤との間に介在させることにより、研磨パッド１側の追従性を更に向上させることができ、一層好適な研磨を実施することが可能となる。

以上説明したように、本発明の形態によれば以下のような作用効果を奏する。

本発明の一形態は、ガラス、セラミックス、及び金属材料の表面研磨に用いられる研磨パッドであって、基材層と、研磨材料からなると共に基材層の一面側に設けられた研磨層と、を備え、研磨層は、基材層上に互いに離間して配列された複数の土台部と、土台部上に互いに離間して配列された柱状或いは錐台状の先端部と、土台部間に基材層が露出するように設けられた複数の溝部からなる溝群であって各溝が相互に交差した溝群と、を有している。

この研磨パッドでは、先端部が一つの土台部を共有することによってグループ化され、先端部の倒れ強度が十分に確保されている。また、この研磨パッドでは、土台部同士が溝部によって互いに分離しており、隣り合うグループ間では研磨材料が無い部分が存在するため、研磨パッドの可撓性が十分に確保されている。したがって、この研磨パッドでは、被研磨体を研磨する際に、被研磨体の表面のうねりに基材層が撓んで追従し、好適な研磨を実施することができる。また、この研磨パッドでは、土台部による連結によって先端部の倒れ強度が確保されていることに加え、基材層の形状の追従によって先端部にかかる応力を緩和することができる。したがって、先端部の高さを高くした場合であっても、先端部の折れや剥離を抑制できる。先端部の高さを高くできることで、研磨層の体積を十分に確保できるので、研磨パッドの長寿命化も図られる。

また、他の形態では、土台部の頂面の面積は、３０ｍｍ^２〜４００ｍｍ^２である。このような範囲を選択することで、土台部上に十分な数の先端部を配列することが可能となり、研磨領域を十分に確保できる。土台部の面積を大きくしすぎると、基材層の可撓性が損なわれるおそれがある。一方、土台部の面積を小さくしすぎると、研磨作業性が低下するおそれがある。したがって、上記面積の範囲では、土台部の強度の確保と基材層の可撓性の確保とを両立できる。

また、他の形態では、先端部間の溝部の底部は、前記土台部上でテーパ形状をなしている。これにより、先端部と土台部との接続面積が確保され、先端部の倒れ強度を一層高めることができる。

また、他の態様では、土台部間の溝部の底部は、基材層上でテーパ形状をなしている。このような構成により、基材層と土台部との接触面積を十分に確保することができ、基材層に対する接合強度を確保できる。また、土台部の根元部分がノッチとならないため、研磨の際に土台部の根元部分における局所の応力集中を防止できる。

また、他の態様では、基材層は、可撓性を有する材料によって形成されている。基材層に可撓性を持たせることで、研磨パッド側に変形の余地を持たせることが有効となる。これにより、被研磨体の表面のうねりや、研磨パッドを取り付ける定盤等のうねりを吸収でき、好適な研磨を実施できる。また、上述したように、土台部同士の間に研磨材料が無い部分が存在するため、研磨層によって基材層の可撓性が阻害されることも回避できる。

また、他の態様では、基材層の他面側に柔軟性を有する層が設けられている。この場合、基材層の可撓性のみでは被研磨体の表面のうねりや、研磨パッドを取り付ける定盤等のうねりを吸収しきれない場合であっても、柔軟性を有する層によって研磨パッド側の追従性を確保でき、好適な研磨を実施できる。

また、他の態様では、先端部のアスペクト比は、０．２〜１０である。この範囲では、研磨パッドの長寿命化を図りつつ、先端部の倒れ強度を十分に確保できる。アスペクト比を小さくする場合には、研磨時に先端部にかかるトルクが小さくなり、先端部の倒れ強度をより確保できる。一方、アスペクト比を大きくする場合には、先端部の体積を十分確保でき、研磨パッド１をより長寿命化できる。また、先端部間の溝部の高さが高くなるので、研削液を溝部内にスムーズに流すことができ、研磨屑が溝部内に詰まってしまうことも防止できる。

また、本発明の一態様は、上記研磨パッドを用いたガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法であって、基材層の他面側を定盤に固定して研磨層と被研磨体とを接触させ、被研磨体と研磨層との間に研削液を導入しながら、研磨パッドと研削液とを相対的に擦り合わせる工程を含む。

この研磨方法では、上述した研磨パッドを用いることにより、被研磨体を研磨する際に被研磨体の表面のうねりや定盤の表面のうねりに基材層が撓んで追従し、好適な研磨を実施することができる。研磨パッド側では、土台部による連結によって先端部の倒れ強度が確保されていることに加え、基材層の形状の追従によって先端部にかかる応力を緩和できる。したがって、先端部の高さを高くした場合であっても先端部の折れや剥離を抑制でき、研磨層の体積を十分に確保できることによって研磨パッドの長寿命化も図られる。

続いて、本発明の効果確認試験について説明する。

この試験では、研磨層の形状が異なる研磨パッドのサンプルをそれぞれ作製し、タイルの先端をボルトとナットとで挟み込み、引っ張り試験機で下方に引っ張ったときの倒れ強度を測定したものである。

図９は、実施例及び比較例に係る研磨パッドのサンプルの形状を示す側面図である。図９（ａ）に示す比較例１のサンプルＳ１では、土台部を設けず、基材層１０１上に高さ０．８ｍｍの略角柱状の突起部分１０２を配列して研磨層１０３とした。また、研磨面の面積は、２．６ｍｍ×２．６ｍｍとした。

図９（ｂ）に示す比較例２のサンプルＳ２では、土台部を設けず、基材層１０１上に高さ５ｍｍの略角柱状の突起部分１０４を配列して研磨層１０５とした。また、研磨面の面積は、３ｍｍ×３ｍｍとした。図９（ｃ）に示す比較例３のサンプルＳ３では、土台部を設けず、基材層１０１上に高さ５ｍｍの略角柱状の突起部分１０６を配列すると共に、突起部分１０６，１０６間の溝部１０７の底部を半径０．８ｍｍのＲ状として研磨層１０８を設けた。また、研磨面の面積は３ｍｍ×３ｍｍとした。

図９（ｄ）に示す実施例１のサンプルＳ４では、基材層１０１上に高さ１ｍｍの土台部１０９を配列し、土台部１０９上に基材層１０１からの高さが５ｍｍとなるように略角柱状の先端部１１０を配列して研磨層１１１を設けた。また、先端部１１０，１１０間の溝部１１２の底部、及び土台部１０９，１０９間の溝部１１３の底部をそれぞれ半径０．８ｍｍのＲ状とした。研磨面の面積は３ｍｍ×３ｍｍとした。図９（ｅ）に示す実施例２のサンプルＳ５では、土台部１１４の高さを２ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様の構成として研磨層１１５を設けた。

図１０は、その試験結果を示す図である。同図に示すように、突起部分の高さが低い比較例１では当然に高い倒れ強度となったが、土台部によって先端部をグループ化した実施例１の倒れ強度は、土台部の無い比較例２に対して約４倍程度、比較例３に対して約２倍程度に向上した。また、土台部の厚い実施例２の倒れ強度は、実施例１に対して更に１．３倍程度向上した。

１…研磨パッド、１１…基材層、１２…研磨層、１３…土台部、１４…先端部、１５…溝部、１６…溝部、１７（１７Ａ〜１７Ｅ）…溝群、２１…柔軟性を有する層、２２，２４…研磨盤（定盤）、３０…土台部の頂面、Ｐ（Ｐ１，Ｐ２）…被研磨体。

Claims (8)

1. ガラス、セラミックス、及び金属材料の表面研磨に用いられる研磨パッドであって、
   基材層と、
   研磨材料からなると共に前記基材層の一面側に設けられた研磨層と、を備え、
   前記研磨層は、
   前記基材層上に互いに離間して配列された複数の土台部と、
   前記土台部上に互いに離間して配列された柱状或いは錐台状の先端部と、
   前記土台部間に前記基材層が露出するように設けられた複数の溝部からなる溝群であって各溝が相互に交差した溝群と、を有している研磨パッド。
2. 前記土台部の頂面の面積は、３０ｍｍ^２〜４００ｍｍ^２である請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記先端部間の溝部の底部は、前記土台部上でテーパ形状をなしている請求項１又は２記載の研磨パッド。
4. 前記土台部間の溝部の底部は、前記基材層上でテーパ形状をなしている請求項１〜３のいずれか一項記載の研磨パッド。
5. 前記基材層は、可撓性を有する材料によって形成されている請求項１〜４のいずれか一項記載の研磨パッド。
6. 前記基材層の他面側に柔軟性を有する層が設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の研磨パッド。
7. 前記先端部のアスペクト比は、０．２〜１０である請求項１〜６のいずれか一項記載の研磨パッド。
8. 請求項１〜７のいずれか一項記載の研磨パッドを用いたガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法であって、
   前記基材層の他面側を定盤に固定して前記研磨層と被研磨体とを接触させ、前記被研磨体と前記研磨層との間に研削液を導入しながら、前記研磨パッドと前記研削液とを相対的に擦り合わせる工程を含むガラス、セラミックス、及び金属材料の研磨方法。

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