JPH09216151A

JPH09216151A - 表面加工基板の製造方法

Info

Publication number: JPH09216151A
Application number: JP5093596A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Yamamoto; 裕三山本; Kiyomasa Daito; 聖昌大東
Original assignee: NISSHIN KIKAI SEISAKUSHO KK; Kao Corp; Nissin Machine Works Ltd
Current assignee: NISSHIN KIKAI SEISAKUSHO KK; Kao Corp; Nissin Machine Works Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【解決手段】延性モード加工により基板の表面を研削し
て表面加工基板を製造する方法において、外周エッジの
片肩又は両肩に円弧形状が付与されたホイール（固定砥
粒）を用いて研削を行うことを特徴とする表面加工基板
の製造方法。【効果】本発明により、より効率的かつの基板特性の良
好な表面加工基板を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は脆性材料の表面加工
基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミックスやカーボンに代表さ
れるような脆性材料からなる基板の精密加工技術、特に
超平滑加工技術が求められている。例えば、ガラス基
板、カーボン基板、セラミックス基板等の基板は、磁気
ディスク用基板としての用途がある。また、シリコンウ
エハー等は半導体の材料として用いられる。上記の磁気
ディスク用基板やシリコンウエハーには超平滑性が要求
されることから、これらの基板については一般的に、遊
離砥粒を用いて平滑化が行われる。

【０００３】遊離砥粒を用いて特にガラス基板、カーボ
ン基板、セラミックス基板、シリコンウエハーのような
脆性材料の研摩を行う場合、基板の脆さのために研摩時
にマイクロクラックが発生することがある。このような
クラックには、基板を磁気ディスク化した際に記録再生
エラーを誘発したり、また研摩時等に入り込む汚染物
質、又は放置中に毛管凝縮する水によって磁性層（金属
層）の腐食を誘発する、という危険性が存在する。この
ため従来は、生産性を犠牲にして研摩工程を多段階に分
けることによりマイクロクラックの発生の抑制に努めて
いるのが一般的である。また、遊離砥粒による研摩は極
めてアート的技術要素が多いため、品質安定化には高度
な熟練を必要としていた。

【０００４】さらに別の問題として、研摩後の基板中に
砥粒の一部が残留するという問題がある。この残留物は
洗浄を行っても完全な除去は困難である。砥粒が残留し
たまま基板にスパッタ膜を成膜すると、砥粒残留に起因
する膜欠陥が発生し、その結果磁気ヘッドを損傷させる
ことになる。また、遊離砥粒を用いて上記基板を研摩す
る場合は、材料の不均質性に由来する研摩ムラ、即ち研
摩されやすい部分が深く研摩されることによるくぼみ
（シャローピット−記録再生エラーにつながる）、が発
生するという問題がある。

【０００５】このような問題を解決するために、遊離砥
粒を使わないで平滑化を行う方法が種々検討されてお
り、そのひとつとして固定砥粒による延性モード加工で
の研削により平滑化を行う方法が提案されている（原
ら、１９９２年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論
文集第１９頁及び第２０頁）。延性モード加工でカーボ
ン基板、セラミックス基板のような脆性材料の研削を行
うことは次の様な効果が期待できるため、より好ましい
ものと考えられる。即ち、この方法では、１）個々の砥
粒の基板への食い込み量をその基板の延性−脆性遷移点
以下に設定できれば、基板の加工形態が脆性破壊から延
性（塑性）変形中心にコントロールでき、マイクロクラ
ックの発生が抑制される、２）遊離砥粒を使わなくても
よいため、基板に砥粒が残留する危険性がない、３）平
坦度に優れ、エッジ部での面だれ性が少ない、４）固定
砥粒の消耗が軽微であるため、使い捨ての遊離砥粒の場
合に比べて消耗工具費用が大幅に安くなる、５）アート
的技術要素が少なく、工程管理、全自動化が容易であ
る、６）材質の不均一性の有無によらず均一な研削面が
得られる、というメリットがある。

【０００６】しかしながら、上記の原らの方法ではＣＵ
ＰＥ製超精密研削盤にカップホイールを装着して研削を
行っているので、研削痕は図１に示すような多重あやめ
形状となる。このような研削痕ではところどころで研削
痕同士が交差し、重なった点でマイクロクラックが発生
するおそれがあったり、研削痕の密度差が径方向に現
れ、内周側と外周側とでは表面に残留する内部応力又は
加工変質層の分布にムラが生じる。このため、表面の物
理・化学特性が不均一となり、表面のエッチング性、密
着性等に差が生じたり、ソリの原因となったりするおそ
れがある。また、固定砥粒付両面研摩機を用いて研削し
た場合も、研削痕はランダムなクロス状となり、研削痕
同士が交差点を数多くもつことになるためマイクロクラ
ックの発生のおそれがあった。さらに、カップホイール
を用いた平面研削加工の場合、工作物とホイール作業面
とは面接触している。そのため、切り込み送り方向は接
触面と直角となり、切り込み方向の研削抵抗が過大なた
め被加工基板およびホイールが損傷しやすく、脱粒を招
いて被加工基板に深いスクラッチ傷やマイクロクラック
を与えやすい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、上記課題を解決すべく、マイクロクラックが発生
せず、より効率的かつ得られる表面加工基板の基板特性
が良好となるような表面加工基板の製造方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するために鋭意研究した結果、延性モード加工に
より基板の表面を研削して表面加工基板を製造する方法
において、外周エッジの片方の肩又は両方の肩に円弧形
状（以下、円弧形状をＲと略記する場合がある。）が付
与されたホイールを用いて研削を行うことにより、設定
切り込み深さを大きくできることも手伝って、研削時間
が短縮されることを見出し、さらには、単に製造の効率
化が達成されるだけでなく、意外にも得られる基板の基
板特性が非常に良好なものであることを見出し、本発明
を完成させた。

【０００９】即ち、本発明の要旨は、（１）延性モ
ード加工により基板の表面を研削して表面加工基板を製
造する方法において、外周エッジの片肩又は両肩に円弧
形状が付与されたホイール（固定砥粒）を用いて研削を
行うことを特徴とする表面加工基板の製造方法、（２）
外周エッジの両肩に円弧形状が付与されたホイール
を用いて、研削方向を往復方向で行う前記（１）記載の
製造方法、（３）研削痕が扇状になるように研削を
行う前記（１）又は（２）記載の製造方法、（４）
砥石の設定切り込み深さが０．０５〜２０μｍである前
記（１）〜（３）いずれか記載の製造方法、（５）
電解インプロセスドレッシングを用いた延性モード加工
により研削を行う前記（１）〜（４）いずれか記載の製
造方法、（６）ループ剛性が１５０Ｎ／μｍ以上の
研削装置を用いて研削を行う前記（１）〜（５）いずれ
か記載の製造方法、（７）基板の材料がカーボンで
ある前記（１）〜（６）いずれか記載の製造方法、
（８）得られる表面加工基板のＲａ（表面粗さ）が
１〜１００Åであって、Ｒｐ（突起高さ）／Ｒａが２〜
１０である前記（１）〜（７）いずれか記載の製造方
法、（９）得られる表面加工基板の平坦度が１０μ
ｍ以下である前記（１）〜（８）いずれか記載の製造方
法、（１０）下記の式（１）、式（２）

【００１０】

【数５】

【００１１】

【数６】

【００１２】（式中、ｄ_Nは被加工基板１回転当たりの
切り込み深さ、ｆは被加工基板１回転当たりのホイール
横送り量、Δは設定切り込み深さ、Ｒはホイール外周の
肩の曲率半径、ｄ_gは個々の砥粒の切り込み深さ、ａは
砥粒の間隔、Ｖ_wは被加工基板周速度、Ｖ_sはホイール
周速度、及びＤはホイール直径をそれぞれ示す。）にお
いて、ｄ_g＜２００（ｎｍ）となるように、円弧形状を
設定して研削を行う前記（１）〜（９）いずれか記載の
製造方法、（１１）円弧形状が、下記の式（３）、式
（４）

【００１３】

【数７】

【００１４】

【数８】

【００１５】（式中、Ｗはホイール幅、ΔＷは円弧形状
が付与されているホイール外周の幅、ΔＹは円弧形状が
付与されているホイール最表面（水平面）からの深さを
それぞれ示す。）を満たす前記（１）〜（１０）いずれ
か記載の製造方法、（１２）円弧形状が指数曲線近似
形状である前記（１）〜（１１）いずれか記載の製造方
法、に関するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、延性モード加工により
基板の表面を研削して表面加工基板を製造する方法にお
いて、外周エッジの片肩又は両肩にＲが付与されたホイ
ールを用いて研削を行うことを特徴とする。本発明にお
いて研削される基板は、成形直後または焼成直後のもの
であってもよく、Ｒａ（平均表面粗さ）が０．０５〜２
０μｍ、好ましくは０．１〜２μｍのもの、いわゆる粗
研削や中間研削を終えたものであってもよい。基板の粗
研削、中間研削については特に限定されるものではな
く、通常行われる公知の方法により行えばよい。即ち、
本発明の表面加工基板は、（１）成形直後または焼成直
後のものを本発明の方法により加工して得たもの、
（２）成形直後または焼成直後のものを従来法により粗
研削し、本発明の方法により中間研削、仕上げ研削して
得たもの、（３）中間研削までを従来法により行い仕上
げ研削を本発明の方法により得たもの、のいずれであっ
てもよい。なお、本明細書においてＲａ及びＲｐは触針
式表面粗さ計（Ｔｅｎｃｏｒ（株）製：型式Ｐ２）を用
いて下記条件で測定して得た値である。

【００１７】測定条件触針先端半径：０．６μｍ（針曲率半径）触針押し付け圧力：７ｍｇ測定長：２５０μｍ×８箇所トレース速度：２．５μｍ／秒カットオフ：１．２５μｍ（ローバスフィルタ
ー）

【００１８】また、本発明における基板の材料としては
特に限定されるものではなく通常用いられる公知のもの
でよいが、本発明においては、特に脆性材料の研削時に
その効果を充分発揮できるため、脆性材料が好ましい。
その具体例としてはカーボン、ガラス、セラミックス、
シリコン等が挙げられる。中でも、カーボンは研削安定
性に優れ、低いＲａが得られるため、本発明の製造方法
はカーボン基板への適用において特に優れた効果が得ら
れる。

【００１９】本明細書における扇状の加工痕の「扇状」
とは、図２に模式的に示したような、実質的に同心円状
の形状である。当該同心円の中心は基板上にあってもよ
く、基板外にあってもよい。好ましくは、基板の半径ｒ
₁と加工痕の半径ｒ₂との関係が、ｒ₂≧ｒ₁を満たす
ものであり、より好ましくは、被加工基板（ワーク）の
取り付け作業性及び装置の加工精度の点から、１００ｒ
₁≧ｒ₂≧２ｒ₁の関係を満たすものである。研削痕が
扇状になるように研削することにより研削痕同士の交差
を低減できるため、本発明においては、扇状の研削痕が
形成されるように研削を行うことがより好ましい。

【００２０】本明細書において「延性モード加工」と
は、脆性材料においてもクラックの発生を伴わない塑性
流動的な除去加工、即ち脆性破壊（破砕）ではなく材料
の無損傷を特徴とする研削加工を意味する。かかる加工
技術は、材料への個々の砥粒の切込み深さを常に延性−
脆性遷移点以下に保つことにより達成される。このこと
を達成する手段としては特に限定されるものではなく、
通常公知の方法を用いることができる。例えば、上記の
脆性材料であるカーボン、ガラス、セラミックス、シリ
コンを含む、一般的に磁気ディスク用基板やシリコンウ
エハー等に用いられる材料の多くは、その延性−脆性遷
移点（ｄｃ）が２〜２００ｎｍであるため、砥石の設定
切り込み深さを０．０５〜２０μｍ、好ましくは０．１
〜１０μｍ、より好ましくは０．１〜５μｍとすればよ
い。ここで、砥石の設定切り込み深さは、装置位置決め
精度の観点から０．０５μｍ以上が好ましく、研削負荷
及びマイクロクラック発生を抑制する観点から２０μｍ
以下とするのが好ましい。

【００２１】本発明においては、研削に用いるホイール
（固定砥粒）外周の片肩又は両肩にＲを付与し、かかる
ホイールを用いて研削を行うことを特徴とする。かかる
構成により、研削の効率化及び得られる表面加工基板の
基板特性の向上が達成される。Ｒの付与は、砥石の設定
切り込み深さの自由度を高めるために行われるものであ
る。即ち、ホイール外周の基板に接触する側にＲが付与
されていれば、設定切り込み深さを、付与されていない
ホイールを用いる場合よりもさらに大きくすることがで
き、研削の効率化に寄与することができる。また、Ｒが
付与されていると、基板端面の欠けや基板表面のスクラ
ッチを著しく抑制できるため、品質向上につながる。こ
れは、次の理由による。つまり、図３、図４に示すスト
レートホイールの場合について述べると、欠けやスクラ
ッチの発生は、ホイールが移動してきて基板端面に接触
・衝突して研削を始める際の衝突ダメージの大小に依存
する。即ち、Ｒが付与されていないと基板・ホイールと
もに衝突時のダメージが大きく基板端面の欠けを誘発す
る。また、ホイール側においては、衝突時のショックが
大きいと砥粒の脱粒を生じ、これが研削面に巻き込まれ
るとスクラッチを生じ、品質低下を招く。Ｒが付与され
ていると、接触・衝突時のショックが緩和され、上記の
問題が著しく改善される。

【００２２】Ｒの形状等については、個々の砥粒の切り
込み深さが被研削材料のｄｃより小さくなるよう設定す
ればよい。例えば、下記で表される式において、

【００２３】

【数９】

【００２４】（ここで、ｄ_Nは被加工基板１回転当たり
の切り込み深さであり、次式で表される。

【００２５】

【数１０】

【００２６】また、ｆは被加工基板１回転当たりのホイ
ール横送り量、Δは設定切り込み深さ、Ｒはホイール外
周の肩の曲率半径、ｄ_gは個々の砥粒の切り込み深さ、
ａは砥粒の間隔、Ｖ_wは被加工基板周速度、Ｖ_sはホイ
ール周速度、及びＤはホイール直径を示す。）ｄ_g＜ｄｃとなるように設定すればよい。このようにホ
イール外周形状を設定することにより、より安定して被
加工基板の延性モード加工を行うことができるため、好
ましい。

【００２７】また、延性モード加工を維持した状態で生
産性を考慮すると、ホイール形状を式（３）、式（４）
を満足するホイールサイズ、形状にすることが望まし
い。

【００２８】

【数１１】

【００２９】

【数１２】

【００３０】（式中、Ｗはホイール幅、ΔＷは円弧形状
が付与されているホイール外周の幅、ΔＹは円弧形状が
付与されているホイール最表面（水平面）からの深さを
それぞれ示す。なお、Ｗ、ΔＷ、ΔＹの位置的関係を図
５に示す。）

【００３１】さらに、ホイール外周の円弧形状が指数曲
線形状に近似できる形状が最も好ましい。この形状を持
つことにより、ホイール幅方向で設定切り込み深さを徐
々に小さくする効果が引き出せるからである。つまり一
回の研削で、取代を小さくしながら何回も研削をした場
合と同じ効果が得られるのである。この形状効果によ
り、ダメージ層（マイクロクラック）や残留応力を抑制
しながら効率良く研削を行うことが可能となる。

【００３２】円弧形状は片肩に付与しても、その効果は
発揮されるが、両肩に付与する方が生産性、表面品質の
点で好ましい。両肩に付ける場合、円弧形状が半径９０
０ｍｍを越える円弧形状が好ましい。この領域では、生
産性の向上、表面品質向上の効果が充分に引き出せるか
らである。即ち、設定切り込み深さをより大きくとれ
る、ＥＬＩＤ電解による酸化被膜の異常成長からくる表
面品質の低下が抑制される等の点で好ましいのである。

【００３３】また、円弧形状が半径９００ｍｍ以下では
ＥＬＩＤ電解時にホイール外周に電流が集中しやすく、
酸化被膜が異常成長し、これが基板表面を傷つけ、Ｒａ
やΔＲａを大きくする原因となる。しかし、この場合で
も、ＥＬＩＤ電解を断続的に行うことにより酸化被膜の
異常成長を抑えることができるため、表面品質の低下を
抑制しながら研削を行うことができる。また、円弧形状
の半径を９００ｍｍを越えて大きくとる場合、酸化皮膜
の異常成長の抑制が可能となるのみならず、設定切り込
み深さを大きくすることができ、上述の表面品質の低下
の抑制や、研削時間の効率化が図られるため好ましい。

【００３４】研削方向については、図３や図４にあるよ
うにホイール外周の一方の肩のみにＲが付与された物
は、研削方向はホイールのＲが付与された側がワークに
接触する、特定の一方向となるが、図６や図７のように
ホイール外周の両肩にＲが付与された物は、研削方向は
特定の一方向とその方向と１８０°逆の方向の、計二方
向となる。したがって、ホイール外周の両肩にＲを付与
した場合、そのホイールを用いて、研削を往復方向で行
うことが可能となり、研削時間の短縮化が達成される。
従って、研削方向についての好適な態様としては、１）
片肩にＲが付与されたホイールを用いて、特定の一方向
で研削する態様、２）両肩にＲが付与されたホイールを
用いて、往復方向で研削する態様、が挙げられるが、上
記の理由から２）の態様がより好ましい。また、研削を
往復方向で行う場合、その態様としては、１）基板側を
往復移動させる、２）ホイール側を往復移動させる、
３）基板側及びホイール側の両方を往復移動させる、の
少なくとも三つの態様が考えられるが、本発明において
は、これらのうちのどの態様であってもよい。

【００３５】さらに、研削を電解インプロセスドレッシ
ング（以下ＥＬＩＤと呼ぶ）を用いて延性モード加工で
行うことにより、より高精度で高能率な研削を行うこと
ができる。具体的には、研削装置において、固定砥粒を
メタルボンドホイール（ストレートホイールの外周上に
砥粒をメタルバインダーで固定させたもの）とし、電極
をホイール外周の一部をおおうように設置し、電解質を
含んだ水溶液クーラントをホイール外周表面／被加工基
板間に供給し、ホイール側にプラスの電場を印加し、基
板とホイールの双方を回転させながら研削することによ
りＥＬＩＤ型延性加工が達成できる。

【００３６】上記のようにして、Ｒａが１〜１００Åで
あって、Ｒｐ／Ｒａが２〜１０の表面加工基板が得られ
る。ここで、Ｒａはより好ましくは１〜５０Å、特に好
ましくは１〜３０Åである。研削生産性の観点から１Å
以上が好ましく、例えば磁気ディスク用に用いる場合に
はヘッドの浮上特性の観点から１００Å以下が好まし
い。また、Ｒｐ／Ｒａはより好ましくは２〜８、特に好
ましくは２〜４である。ここで、ホイールのツルーイン
グ（形状修正）工程の管理負担軽減の観点から２以上が
好ましく、表面の摺動耐久性の観点から１０以下が好ま
しい。さらに、本発明の表面加工基板は、その平坦度が
１０μｍ以下のものが磁気ヘッドの浮上走行安定性の観
点から好ましい。より好ましい値は６μｍ以下である。
また、Ｒａの変動幅（ΔＲａとする。）はより小さいも
のが好ましい。具体的にはＲａの１００％以下が好まし
く、５０％以下がより好ましい。なお、本明細書におけ
るΔＲａとは、被加工基板を連続して多数バッチ加工し
た場合の、バッチ間のＲａ変動幅（最大Ｒａ−最小Ｒ
ａ）を指すものとする。

【００３７】本発明の表面加工基板の製造方法におい
て、砥石の設定切り込み深さが０．０５〜２０μｍでの
延性モード加工を達成するためには、研削装置、砥粒等
は次の条件を満たす必要がある。１）動剛性が極めて高い砥石スピンドルの設計と製作。
半径方向、軸方向の運動誤差が１００ｎｍ以下。２）動剛性の極めて高い工作物支持及び運動系の設計と
製作。経験則から、加工機工具と工作物間のループ剛性
として１５０Ｎ／μｍ（静剛性）以上の値。３）ホイールの高精度ツルーイング及び適度な気孔度を
確保するための砥粒結合剤のドレッシング。さらに、ホ
イール上の個々の砥粒の切れ刃高さ分布がｄｃ以下であ
ることが望ましい。

【００３８】したがって、本発明に用いられる研削装置
としては、上記の諸条件を満たすものであれば特に限定
されるものではない。具体的には、例えば、（株）日進
機械製作所製超精密平面研削装置（ＨＰＧ−２Ａ）等が
挙げられる。超精密平面研削装置（ＨＰＧ−２Ａ）は、
脆性材料の延性モード加工を目的として開発されたもの
であり、次のような特質を有する。１）半径、軸方向の運動精度が１００ｎｍ以下２）加工機工具と工作物間のループ剛性が１７０Ｎ／μ
ｍ（静剛性）３）ツルーイング精度が１００ｎｍしたがって、この超精密平面研削装置（ＨＰＧ−２Ａ）
は上記装置条件のすべてを満たすものである。

【００３９】また、扇状の加工痕を形成させるには、例
えば、被加工基板（ワーク）をワークスピンドルの工作
物取り付け面板（ワークテーブル）上で、ワークスピン
ドル回転中心を含まないように、即ちｒ₂≧ｒ₁の関係
を満たすように偏心して取り付けてその面板を回転さ
せ、ストレートホイールに微小切り込みを与えた上、ホ
イールを面板にそって横送りすればよい。偏心度が０、
即ち、ワークをワークテーブルの中心に取り付けても、
交差しない加工痕を付与できるが、その場合ワークを１
枚しか取り付けられないため、生産性が低く、好ましく
ない。本発明の方法では、複数枚のワークの取り付けが
可能であるため、生産性、研削コスト低減の点でも有利
である。

【００４０】本発明における研削工程について、図８を
参照して説明する。ここで図８は、超精密平面研削装置
（ＨＰＧ−２Ａ）の概略構成図である。本装置はストレ
ートホイールの外周を用いてトラバース研削を行うロー
タリー平面加工機である。ＮＣは２軸の制御を行う。す
なわち、Ｘ軸（ワークテーブルのトラバース送り）とＺ
軸（ホイールの切り込み送り）の位置決めである。な
お、本装置において、片方の肩のみにＲを付与したホイ
ールを用いる場合、常にＲを付与した側で研削が行われ
ることが好ましいため、ワークテーブルをトラバース送
りして研削した後、ワークテーブルを研削前の位置に戻
す必要がある。しかしながら、両肩にＲが付与されたホ
イールを用いる場合、研削後にワークテーブルを戻す必
要がなく、そのまま次の研削を行えるため、効率的に研
削が行える。また、本装置を用いる場合、往復移動はワ
ークテーブル、即ち基板側の移動により行われる。

【００４１】この機械の設計上の特徴は、Ｘ軸、Ｚ軸のＴ字形平面配置、ねじを用いないクロ
ーズドループ位置決め方式、１０ｎｍのレーザスケー
ル、Ｖ−Ｖすべり案内面、低熱膨張鋳鉄、基準真直ゲージによる真直度インプロセス補正、で
ある。

【００４２】また性能としては、指令分解能１０ｎｍでの輪郭加工、を特徴としてい
る。研削ホイールの母線形状は修正ホイールの位置をＸ
Ｚで制御することにより創成され、目的とする正確な形
状を得ることが可能である。また、本装置を用いて研削
痕が扇状となるように研削するには、例えば図９に示す
ように、被加工基板をワークテーブル上に取り付ければ
よい。

【００４３】脆性材料をクラックなしに研削する（延性
モード研削）ためには、個々の砥粒の切り込み深さを延
性−脆性遷移点（ｄｃ値）以下に保つことが必要であ
る。そのためには高剛性かつ高精度の加工機が要求され
る。本装置は研削ホイール軸単体では１３００Ｎ／μｍ
以上、ワークテーブル軸単体では１０００Ｎ／μｍ以
上、ループ剛性として１５０Ｎ／μｍ以上で、上記条件
を満たすものである。ワークテーブルのスラスト方向の
振れ、研削ホイール軸のラジアル方向の振れ、ツルーイ
ング後の研削ホイールの外周振れは、共に１００ｎｍ以
下である。Ｘ軸、Ｚ軸の位置決めは、分解能１０ｎｍの
レーザスケールによって制御され、１００ｎｍ以下の微
小切り込みを与えることができる。

【００４４】また、研削に用いられるホイール（固定砥
粒）は特に限定されるものではなく、通常用いられる公
知のものが用いられるが、基板材料、中間研削の程度、
加工しろ（砥石の設定切り込み深さ）により、砥粒の種
類、および形、粒度、ボンド剤、ホイール形状が違って
くるため一概には言えない。例えば上記研削装置（ＨＰ
Ｇ−２Ａ）を用い、基板がカーボン基板、中間研削の程
度がＲａ１００ｎｍ、加工しろ２０μｍ／片面の場合、
砥粒には工業用ダイヤモンド砥粒を用い（砥粒の平均粒
径は１〜５μｍ、より好ましくは１〜２．５μｍ）、ボ
ンド剤はメタル等が用いられる。ＥＬＩＤ法を用いる場
合には、ボンド剤は、Ｆｅ（鋳鉄など）、Ｃｕ、Ｎｉ等
の単体もしくはこれらの一種以上を含む合金を用いるこ
とが好ましい。さらに、ボンド剤中には樹脂を含んでい
ても良い。また、この場合の他の条件、例えば砥石周速
度、送り速度、ワークテーブル回転数等、については特
に限定されるものではなく、通常用いられる公知の程度
でよい。

【００４５】このように研削することで、マイクロクラ
ックの発生が抑えられた表面加工基板がより効率的に得
られる。また、得られる表面加工基板は意外にもその基
板特性が良好なものとなる。さらに、特にＥＬＩＤを併
用して研削を行った場合には表面品質の向上が顕著に見
られる。これは両肩にＲを付与することにより、ホイー
ル端面部の酸化被膜の異常成長（この突出した酸化皮膜
が基板表面を傷つけ、表面品質を落とす。）が抑制され
ることによるものと考えられる。特に連続加工する際、
この効果が顕著で、加工基板表面の粗さＲａのバッチご
との変動ΔＲａが低く抑えられ、安定した表面粗さの表
面加工基板が得られる。また、１）ホイールの両肩が研
削に用いられるため、ホイールに対する負荷が減少する
こと、２）ホイールの形状調整（ツルーイング）の頻度
が減少すること、の二つの理由から、ホイールの寿命が
長くなることも本発明の効果である。

【００４６】

【実施例】

以下、製造例、実施例及び比較例により本発明をさらに
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例等によりな
んら限定されるものではない。製造例１フルフリルアルコール樹脂を公知の方法である成形、予
備焼成処理によりカーボン基板を製造した。より具体的
には、次のようにして製造した。フルフリルアルコール
５００重量部、９２％ホルムアルデヒド４００重量部お
よび水３０重量部を８０℃で攪拌して溶解した。次い
で、攪拌下でフェノール５２０重量部、水酸化カルシウ
ム９．５重量部および水４５重量部の混合液を滴下し、
８０℃で３時間反応させた。その後フェノール８０重量
部、上記のフェノール／水酸化カルシウム／水混合液を
さらに滴下し、８０℃で２時間反応させた。３０℃に冷
却後、３０％パラトルエンスルホン酸水溶液で中和し
た。この中和物を減圧化で脱水し、１７０重量部の水を
除去し、フルフリルアルコール５００重量部を添加混合
し、樹脂中の不溶分をメンブランフィルターで濾過し
た。この樹脂が含むことのできる水の量を測定したとこ
ろ、３５重量％であった。

【００４７】この熱硬化性樹脂１００重量部に対し、パ
ラトルエンスルホン酸７０重量％、水２０重量％、セル
ソルブ１０重量％の混合液０．５重量部を添加し、充分
攪拌後、厚さ２ｍｍの円盤状の型に注入し、減圧脱泡し
た。次いで、５０℃で３時間、８０℃で２日間加熱硬化
した。この熱硬化物を所定のドーナツ形状に加工し、こ
のあと有機物焼成炉で窒素雰囲気下で２〜５℃／時の昇
温速度で７００℃まで加熱し、次いで５〜２０℃／時の
昇温速度で１２００℃まで加熱焼成し、この温度で２時
間保持した後、冷却し、直径１．８インチのカーボン基
板を得た。このようにして得られたカーボン基板は、Ｒ
ａ０．２μｍ、密度１．５ｇ／ｃｍ³、ビッカース硬度
６５０、構造はアモルファス状であった。

【００４８】得られたカーボン基板を、スピードファー
ム社製９Ｂ５Ｌ型両面研磨機を使用し、粉砕炭化ケイ素
砥粒のひとつであるＧＣ（緑色炭化ケイ素研磨材）＃６
００を用い、濃度４重量％の遊離砥粒方式によるラッピ
ング加工を行った。定盤には鋳鉄定盤を用いた。研磨し
ろは、片面当たり３００μｍとした。得られたカーボン
基板のＲａは０．６μｍであった。この後、芝技研製チ
ャンファー加工機ＳＧ−Ｔにより、内・外径を所定の寸
法に切揃え、面取り加工（４５°）を行った。次いで、
このカーボン基板を、下記条件でさらにラップ研磨を行
った。上記と同じ両面研摩機を使用し、ＧＣ＃４０００
砥粒を用い、濃度２０重量％の遊離砥粒方式により研磨
した。定盤には鋳鉄定盤を用い、研磨しろは、片面当た
り５０μｍとした。得られたカーボン基板のＲａは０．
１μｍであった。

【００４９】実施例１製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件は
次の通りである。研削装置：超精密横型平面研削装置（（株）日進機械製作所製ＨＰＧ−２Ａ）ワークテーブルの直径：２００ｍｍワークテーブルの回転数：５３０ｒｐｍ砥石周速：１２６０ｍ／ｍｉｎ砥石送り速度：３０ｍｍ／ｍｉｎ

【００５０】砥粒種類／番手：＃４０００ダイヤモンド
（平均粒径約３μｍ）（冨士ダイス（株）製、鋳鉄４０００ボンド砥石：ＳＤ
４０００Ｎ１００Ｍ）クーラント：ノリタケクールＣＥＭ（（株）ノリタケカ
ンパニーリミテッド製）の２％水溶液ＥＬＩＤ電源：新東ブレータ（株）製、パルス電源ＥＤ
Ｐ−１０Ａ初期ツルーイング：＃２００ダイヤモンド（平均粒径約
７５μｍ）（（株）オリエンタルダイヤ工具研究所製：ＳＤ２００
Ｑ７５Ｍ）初期ドレッシング：３Ａ×１５分パルス（矩形波）サイクル：４マイクロ秒

【００５１】研削ホイールの肩は、精密ツルーイングに
より図６に示すような母線形状に整え、個々の砥粒の切
り込み深さがカーボン基板の延性−脆性遷移点（約５０
ｎｍ）以下となるように設定した。なお、かかる円弧形
状（母線形状）の測定は、電気マイクロメーター
（（株）東京精密製：ミニコムE-M5P ）を用い、検出器
はE-DT-LJ-M30(検出器の測定力は７ｇｆ）を用いて行っ
た。基板はワークテーブルに多数存在する真空吸引孔に
より、基板９枚を同時に真空チャックした。研削は、砥
石の設定切り込み深さを８μｍとして１パス（往方
向）、２μｍとして１パス（復方向）で行い、これを両
面について行った。実際の除去量を測定したところ、設
定値とおりの除去量であった。測定はワークテーブル上
の基板９枚から１２０度おきの３枚を選び、研削前後で
それぞれ６０度おきに半径位置１５ｍｍ上の６ヶ所を測
定し、その差から個々の基板の平均除去量を求め、これ
ら３枚の値の平均値を本実施例での実際の除去量とし
た。なお、ここで往方向、復方向の基準の方向は、図８
におけるＸ方向であり、ホイール２をワークテーブル１
に対してＸ方向に動かすことによって達成される。ま
た、図１０にＥＬＩＤ電極の取り付け構成を示す。得ら
れた表面加工基板を光学顕微鏡で観察したところ、扇形
の延性モード加工痕を有するものであった。また加工痕
の交差は見られなかった。

【００５２】実施例２製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件
は、下記の条件以外は実施例１と同じである。砥粒種類／番手：＃８０００ダイヤモンド（平均粒径約
１．７μｍ）（冨士ダイス（株）製、鋳鉄ボンド砥石：ＳＤ８０００
Ｎ１００Ｍ）研削ホイールの肩は、精密ツルーイングにより図６に示
すような母線形状に整え、個々の砥粒の切り込み深さが
カーボン基板の延性−脆性遷移点（約５０ｎｍ）以下と
なるように設定した。研削は、砥石の設定切り込み深さ
を８μｍとして１パス（往方向）、２μｍとして１パス
（復方向）で行い、これを両面について行った。実際の
除去量を実施例１と同様に測定したところ、設定値の９
８％であった。得られた表面加工基板を光学顕微鏡で観
察したところ、扇形の延性モード加工痕を有するもので
あった。また加工痕の交差は見られなかった。

【００５３】実施例３製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件
は、下記の条件以外は実施例１と同じである。砥粒種類／番手：＃１２０００ダイヤモンド（平均粒径
約１．２μｍ）（新東ブレータ（株）製鉄系ボンド砥石、ＳＤ１２００
０Ｎ１００ＦＸ３）研削ホイールの肩は、精密ツルーイングにより図６に示
すような母線形状に整え、個々の砥粒の切り込み深さが
カーボン基板の延性−脆性遷移点（約５０ｎｍ）以下と
なるように設定した。研削は、砥石の設定切り込み深さ
を６μｍとして１パス（往方向）、２μｍとして１パス
（復方向）で行い、これを両面について行った。実際の
除去量を実施例１と同様に測定したところ、設定値の９
８％であった。得られた表面加工基板を光学顕微鏡で観
察したところ、扇形の延性モード加工痕を有するもので
あった。また加工痕の交差は見られなかった。

【００５４】実施例４製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件
は、下記の条件以外は実施例１と同じである。砥粒種類／番手：＃２００００ダイヤモンド（平均粒径
約１．２μｍ）（新東ブレータ（株）製鉄系ボンド砥石、ＳＤ２０００
０Ｎ１００ＦＸ３）研削ホイールの肩は、精密ツルーイングにより図６に示
すような母線形状に整え、個々の砥粒の切り込み深さが
カーボン基板の延性−脆性遷移点（約５０ｎｍ）以下と
なるように設定した。研削は、砥石の設定切り込み深さ
を６μｍとして１パス（往方向）、２μｍとして１パス
（復方向）で行い、これを両面について行った。実際の
除去量を実施例１と同様に測定したところ、設定値の９
６％であった。得られた表面加工基板を光学顕微鏡で観
察したところ、扇形の延性モード加工痕を有するもので
あった。また加工痕の交差は見られなかった。

【００５５】実施例５製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件
は、下記の条件以外は実施例１と同じである。研削ホイ
ールの肩は、精密ツルーイングにより図３に示すような
母線形状に整え、個々の砥粒の切り込み深さがカーボン
基板の延性−脆性遷移点（約５０ｎｍ）以下となるよう
に設定した。研削は、砥石の設定切り込み深さを８μｍ
として１パス、２μｍとして１パス、いずれも往方向で
行い、これを両面について行った。実際の除去量を実施
例１と同様に測定したところ、設定値通りであった。得
られた表面加工基板を光学顕微鏡で観察したところ、扇
形の延性モード加工痕を有するものであった。また加工
痕の交差は見られなかった。

【００５６】実施例６製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件
は、下記の条件以外は実施例２と同じである。研削ホイ
ールの肩は、精密ツルーイングにより図４に示すような
母線形状に整え、個々の砥粒の切り込み深さがカーボン
基板の延性−脆性遷移点（約５０ｎｍ）以下となるよう
に設定した。研削は、砥石の設定切り込み深さを５μｍ
として１パス、２μｍとして１パス、いずれも往方向で
行い、これを両面について行った。実際の除去量を実施
例１と同様に測定したところ、設定値の９８％であっ
た。得られた表面加工基板を光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、扇形の延性モード加工痕を有するものであった。ま
たスクラッチ部以外の加工痕の交差は見られなかった。

【００５７】実施例７製造例１で得たカーボン基板を延性モード加工により仕
上げ研削を行い、表面加工基板を得た。主な加工条件
は、下記の条件以外は実施例４と同じである。研削ホイ
ールの肩は、精密ツルーイングにより図４に示すような
母線形状に整え、個々の砥粒の切り込み深さがカーボン
基板の延性−脆性遷移点（約５０ｎｍ）以下となるよう
に設定した。研削は、砥石の設定切り込み深さを５μｍ
として１パス、２μｍとして１パス、いずれも往方向で
行い、これを両面について行った。実際の除去量を実施
例１と同様に測定したところ、設定値の９６％であっ
た。得られた表面加工基板を光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、扇形の延性モード加工痕を有するものであった。ま
たスクラッチ部以外の加工痕の交差は見られなかった。

【００５８】比較例１下記以外は実施例２と同様に研削を行った。ホイールを
その外周にＲを付与することなく、研削に供した。研削
は５μｍ（Ｒが付与されていないため、設定切り込み深
さを大きくすることはできない。）として、１パス（往
方向）とし、２μｍとして１パス（復方向）で行い、こ
れを両面について行った。実際の除去量を実施例１と同
様に測定したところ、設定値の６０％であった。

【００５９】上記の実施例、比較例で得られた表面加工
基板の基板特性等を表１に示す。研削速度とは、基板９
枚を１バッチとして加工した場合の、基板１枚の片面あ
たりの研削時間（片面の研削時間の合計／９）をさす。
ΔＲａ、Ｒｖ（谷深さ）は触針式表面粗さ計（Ｔｅｎｃ
ｏｒ（株）製、型式Ｐ２）を用いて、前述のＲａ等と同
じ条件で測定した。表面特性としての端面欠けは、光学
顕微鏡で観察（５０倍）し、基板外周端面の５０μｍ以
上の欠けの個数をカウントした。また、表面特性として
のスクラッチは、光学顕微鏡により基板表面（平面）を
観察（５０倍）し、片面あたりのスクラッチ本数をカウ
ントした。平坦度は、ＺＹＧＯ社製（型式：Ｍａｒｋ−
４）により測定した。なお、本明細書において、Ｒａ、
Ｒｐ、Ｒｖ及び平坦度は、加工痕形状を直交する方向
（粗さ等が最大となる方向）に触針をスキャンして測定
した。また、表面加工基板の表面を光学顕微鏡とＳＥＭ
（走査型電顕）とにより観察し、研削が延性モードで進
行してスムーズな研削痕が残っているか、脆性モードで
進行して、スムーズでなく荒れた表面やマイクロクラッ
クを残存した表面になっているか確認した。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１より以下のことがわかった。本発明の
方法によって得られた表面加工基板は、いずれも基板特
性の優れたものであった。さらに、ホイールの外周エッ
ジの両肩に円弧形状を付与して往復方向で研削を行った
実施例（実施例１〜４）は、片肩に円弧形状を付与して
往方向（特定の一方向）で研削を行った対応する実施例
（実施例５〜７）に比較して、基板特性、研削速度の点
でより優れたものであることが分かった。一方、円弧形
状が付与されていないホイールを用いた比較例１におい
ては、得られた表面加工基板は表面特性、平坦度が共に
悪いものであった。また同じ砥粒径で両肩にＲ形状のつ
いた実施例に比べて材料除去速度の点でも劣るものであ
った。尚、光顕／ＳＥＭ観察によると実施例及び比較例
で得られた表面加工基板のいずれも研削面はスムーズ
で、マイクロクラックも含まず、極めてスムーズな研削
痕を残していることから、延性加工モードで研削されて
いることが分かった。

【００６２】

【発明の効果】本発明により、より効率的かつの基板特
性の良好な表面加工基板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、多重あやめ形状の加工痕を示す模式図
である。

【図２】図２は、扇状を示す模式図である。

【図３】図３は、研削ホイールの肩部分の母線形状を示
す模式図である。

【図４】図４は、研削ホイールの肩部分の母線形状を示
す模式図である。

【図５】図５は、研削ホイールのホイール幅、円弧形状
が付与されているホイール外周の幅、及び円弧形状が付
与されているホイール最表面（水平面）からの深さの位
置的関係を示す模式図である。

【図６】図６は、研削ホイールの肩部分の母線形状を示
す模式図である。

【図７】図７は、研削ホイールの肩部分の母線形状を示
す模式図である。

【図８】図８は本発明の製造方法の一例を実施するため
の装置の概略構成図である。

【図９】図９は、図８の研削装置における、被加工基板
のワークテーブルへのセット状態を示した模式図であ
る。

【図１０】図１０は、ＥＬＩＤ電極の取り付け構成を示
す模式図である。

【符号の説明】

１ワークテーブル２研削ホイール３修正ホイール４チャック５スライドベース６スピンドル／油静圧軸受け７低膨張材料８クーラント供給ユニット９ワーク（被加工基板）１１すき間調製ネジ１２絶縁体１３電極１４砥石２１砥粒コーティング層ＮＣ数値制御装置ＰＩ比例・積分制御装置ａ圧力制御サーボ弁ｂ圧油源ｃ油圧アクチュエータｄレーザスケール（分解能１０ｎｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】延性モード加工により基板の表面を研削
して表面加工基板を製造する方法において、外周エッジ
の片肩又は両肩に円弧形状が付与されたホイール（固定
砥粒）を用いて研削を行うことを特徴とする表面加工基
板の製造方法。
【請求項２】外周エッジの両肩に円弧形状が付与され
たホイールを用いて、研削方向を往復方向で行う請求項
１記載の製造方法。
【請求項３】研削痕が扇状になるように研削を行う請
求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】砥石の設定切り込み深さが０．０５〜２
０μｍである請求項１〜３いずれか記載の製造方法。
【請求項５】電解インプロセスドレッシングを用いた
延性モード加工により研削を行う請求項１〜４いずれか
記載の製造方法。
【請求項６】ループ剛性が１５０Ｎ／μｍ以上の研削
装置を用いて研削を行う請求項１〜５いずれか記載の製
造方法。
【請求項７】基板の材料がカーボンである請求項１〜
６いずれか記載の製造方法。
【請求項８】得られる表面加工基板のＲａ（表面粗
さ）が１〜１００Åであって、Ｒｐ（突起高さ）／Ｒａ
が２〜１０である請求項１〜７いずれか記載の製造方
法。
【請求項９】得られる表面加工基板の平坦度が１０μ
ｍ以下である請求項１〜８いずれか記載の製造方法。
【請求項１０】下記の式（１）、式（２）【数１】【数２】（式中、ｄ_Nは被加工基板１回転当たりの切り込み深
さ、ｆは被加工基板１回転当たりのホイール横送り量、
Δは設定切り込み深さ、Ｒはホイール外周の肩の曲率半
径、ｄ_gは個々の砥粒の切り込み深さ、ａは砥粒の間
隔、Ｖ_wは被加工基板周速度、Ｖ_sはホイール周速度、
及びＤはホイール直径をそれぞれ示す。）において、ｄ
_g＜２００（ｎｍ）となるように、円弧形状を設定して
研削を行う請求項１〜９いずれか記載の製造方法。
【請求項１１】円弧形状が、下記の式（３）、式
（４）【数３】【数４】（式中、Ｗはホイール幅、ΔＷは円弧形状が付与されて
いるホイール外周の幅、ΔＹは円弧形状が付与されてい
るホイール最表面（水平面）からの深さをそれぞれ示
す。）を満たす請求項１〜１０いずれか記載の製造方
法。
【請求項１２】円弧形状が指数曲線近似形状である請
求項１〜１１いずれか記載の製造方法。