JPH10202509A

JPH10202509A - 電気泳動研磨用研磨剤および電気泳動研磨方法

Info

Publication number: JPH10202509A
Application number: JP481897A
Authority: JP
Inventors: Kuninori Shinada; 邦典品田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、電気泳動現象を用いた電気泳動研
磨に使用される電気泳動研磨用研磨剤および電気泳動研
磨方法に関し、電気泳動で陽極に付着するダイヤモンド
砥粒の粒径を従来より大幅に大きくすること、および陽
極に付着するダイヤモンド砥粒の厚みを従来より大幅に
増大することを目的とする。【解決手段】本発明の電気泳動研磨用研磨剤は、水に
ダイヤモンド砥粒および酸化シリコン微粒を混合してな
ることを特徴とする。また。本発明の電気泳動研磨方法
は、水にダイヤモンド砥粒および酸化シリコン微粒を混
合してなる研磨剤中に、陽電極となる研磨工具および陰
電極を浸漬するとともに、前記研磨工具および陰電極に
電圧を印加し、前記研磨工具に前記酸化シリコン微粒と
ともに前記ダイヤモンド砥粒を付着させ、このダイヤモ
ンド砥粒の付着した前記研磨工具により被加工物の研磨
を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気泳動現象を用
いた電気泳動研磨に使用される電気泳動研磨用研磨剤、
および、この電気泳動研磨用研磨剤を用いた電気泳動研
磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学材料のうち例えば炭化珪素や
窒化珪素等の硬質材料からなる部材の研磨は、ダイヤモ
ンド砥粒による微小引っ掻きにより材料を除去すること
により行われている。しかしながら、上述した炭化珪素
や窒化珪素等の材料は非常に硬いため、単位砥粒当たり
の微小引っ掻きによる研磨除去量が非常に少なく加工に
多大な時間が必要になる。

【０００３】一方、単位砥粒当たりの研磨除去量を増大
するためには、被加工物と研磨工具との相対速度を大き
くし、また、研磨圧力を高くすれば良いが、この場合に
は、表面粗さが低下する。

【０００４】そこで、従来、全体的な研磨除去量を増大
し、かつ、表面粗さを良好にするために、研磨に作用す
るダイヤモンド砥粒の数を増大する方法が試みられてい
る。従来、このような方法として、電気泳動現象を利用
したものが知られており、この方法では、ダイヤモンド
砥粒自体は電気泳動しないため、ダイヤモンド砥粒の他
に高分子材料を混合した懸濁液が使用されている。

【０００５】図４は、１９９１年度精密工学会秋期大会
学術講演会講演論文集３７頁から３８頁に記載される電
気泳動現象を利用した方法を示すもので、この方法で
は、容器１内に、粒径が数十ｎｍ以下と超微粒なダイヤ
モンド砥粒２と、ダイヤモンド砥粒２の結合剤としてア
ルギン酸ナトリウム３を混合した懸濁液が収容され、こ
の懸濁液の中に電極４と電極５とが挿入される。

【０００６】電極４は、軸を中心にして回転可能とさ
れ、電極４が陽極に、電極５が陰極になるように直流電
源６により電圧を印加すると、ダイヤモンド砥粒２は、
アルギン酸ナトリウム３と共に陽極の電極４に１ｍｍ前
後の厚みで吸着される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
方法では、電気泳動が可能なダイヤモンド砥粒２の粒径
が数十ｎｍ以下と極めて小さく、研磨に作用する単位ダ
イヤモンド砥粒２の引っ掻き深さが極めて浅いため、充
分な研磨除去量を得ることが困難であるという問題があ
った。

【０００８】また、陽極の電極４に形成される吸着層７
が１ｍｍ前後と薄いため、研磨に作用するダイヤモンド
砥粒２の砥粒数が少なく、充分な研磨除去量を得ること
が困難であるという問題があった。本発明は、かかる従
来の問題を解決するためになされたもので、電気泳動で
陽極に付着するダイヤモンド砥粒の粒径を従来より大幅
に大きくすることができるとともに、陽極に付着するダ
イヤモンド砥粒の厚みを従来より大幅に増大することが
できる電気泳動研磨用研磨剤、および、この研磨剤を用
いた電気泳動研磨方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の電気泳動研磨
用研磨剤は、水にダイヤモンド砥粒および酸化シリコン
微粒を混合してなることを特徴とする。請求項２の電気
泳動研磨用研磨剤は、請求項１記載の電気泳動研磨用研
磨剤において、前記ダイヤモンド砥粒の粒径が０．１μ
ｍ以上であり、前記酸化シリコン微粒の粒径が０．１μ
ｍ以下であることを特徴とする。

【００１０】請求項３の電気泳動研磨方法は、水にダイ
ヤモンド砥粒および酸化シリコン微粒を混合してなる研
磨剤中に、陽電極となる研磨工具および陰電極を浸漬す
るとともに、前記研磨工具および陰電極に電圧を印加
し、前記研磨工具に前記酸化シリコン微粒とともに前記
ダイヤモンド砥粒を付着させ、このダイヤモンド砥粒の
付着した前記研磨工具により被加工物の研磨を行うこと
を特徴とする。

【００１１】（作用）請求項１の電気泳動研磨用研磨剤
では、水にダイヤモンド砥粒および酸化シリコン微粒を
混合したので、この懸濁液中に陰極と陽極とを浸漬し電
圧を印加すると、懸濁液中でダイヤモンド砥粒に付着し
た酸化シリコン微粒が陽極に向けて電気泳動し、酸化シ
リコン微粒とともにダイヤモンド砥粒が陽極に付着され
る。

【００１２】請求項２の電気泳動研磨用研磨剤では、ダ
イヤモンド砥粒の粒径が０．１μｍ以上とされ、酸化シ
リコン微粒の粒径が０．１μｍ以下とされる。ここで、
ダイヤモンド砥粒の粒径を０．１μｍ以上としたのは、
これ未満の粒径では、研磨に作用するダイヤモンド砥粒
一つ当たりの引っ掻き深さが極めて浅くなり、充分な研
磨除去量を得ることが困難になるとの理由による。

【００１３】また、酸化シリコン微粒の粒径を０．１μ
ｍ以下としたのは、これを越えた粒径では、懸濁液中に
おけるダイヤモンド砥粒への酸化シリコン微粒の付着個
数が少なくなり、酸化シリコン微粒の電気泳動によりダ
イヤモンド砥粒を陽極に導くことが困難になるとの理由
による。請求項３の電気泳動研磨方法では、水にダイヤ
モンド砥粒および酸化シリコン微粒を混合してなる研磨
剤中に、陽電極となる研磨工具および陰電極が浸漬され
る。

【００１４】そして、研磨工具および陰電極に電圧を印
加し、研磨工具に酸化シリコン微粒とともにダイヤモン
ド砥粒を付着させ、このダイヤモンド砥粒の付着した研
磨工具により被加工物の研磨が行われる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１６】図１は、本発明が適用される研磨装置を示
しており、この研磨装置ではポリシングが行われる。図
１において、ベース１１上には、回転テーブル１３が設
置されている。回転テーブル１３の回転軸１５上には、
液槽１７が設けられている。この液槽１７内には、テー
ブル１９が配置され、テーブル１９上には、例えば、炭
化珪素，窒化珪素等の硬質材料からなる被加工物２１が
固定されている。

【００１７】そして、液槽１７内には、水にダイヤモン
ド砥粒２３および酸化シリコン微粒２５を混合した懸濁
液である電気泳動研磨用研磨剤が注入されている。この
実施形態では、ダイヤモンド砥粒２３の粒径は０．１μ
ｍ以上とされ、酸化シリコン微粒２５の粒径は０．１μ
ｍ以下とされている。また、液槽１７には、電極２７と
研磨工具２９とが懸濁液に浸漬して配置されている。

【００１８】研磨工具２９は、工具本体３１の下面にポ
リシャ３３を固着して構成されている。工具本体３１
は、アルミニウム，黄銅等の導電性の金属により形成さ
れている。また、ポリシャ３３には、ピッチ，パッド等
が用いられている。工具本体３１のポリシャ３３側に
は、図２に示すように、格子状に溝３１ａが形成されて
おり、この溝３１ａの部分を除いた位置にポリシャ３３
が固着されている。

【００１９】研磨工具２９は、導電性材料からなるかん
ざし軸３５により被加工物２１を押圧可能とされてお
り、また、かんざし軸３５により被被加工物２１上で揺
動運動可能とされている。電極２７とかんざし軸３５に
は直流電源３７が接続され、電極２７には陰電圧が、か
んざし軸３５には陽電圧が印加可能とされている。

【００２０】以下、上述した研磨装置を用いてのポリシ
ング方法を詳細に説明する。先ず、液槽１７内に、水に
ダイヤモンド砥粒２３と酸化シリコン微粒２５とを懸濁
した懸濁液が注入され、この液槽１７に、被加工物２１
と電極２７とが設置される。次に、研磨工具２９が、被
加工物２１上に配置され、研磨工具２９をかんざし軸３
５により押圧することにより、研磨工具２９のポリシャ
３３が被加工物２１に押圧される。

【００２１】この状態で、回転テーブル１３が回転さ
れ、液槽１７とともに被加工物２１が回転され、また、
かんざし軸３５により研磨工具２９に揺動運動が与えら
れる。そして、同時に、直流電源３７により、電極２７
が陰極に、また、導電性のかんざし軸３５を介して導電
性の工具本体３１が陽極になるように電圧が印加され
る。

【００２２】この電圧の印加により、懸濁液中でダイヤ
モンド砥粒２３を囲んでダイヤモンド砥粒２３に付着し
た酸化シリコン微粒２５が陽極である工具本体３１に向
けて電気泳動し、酸化シリコン微粒２５とともにダイヤ
モンド砥粒２３が陽極の工具本体３１の溝３１ａに付着
される。

【００２３】なお、この状態では、研磨工具２９のポリ
シャ３３と被加工物２１とが接触しているが、この実施
形態では、研磨工具２９に溝３１ａを設けているため、
溝３１ａには酸化シリコン微粒２５とともにダイヤモン
ド砥粒２３が付着する。図３は、水にダイヤモンド砥粒
２３と酸化シリコン微粒２５とを懸濁した懸濁液に２つ
の電極を挿入し、これ等の電極に電圧を印加した時に、
陽極に付着したダイヤモンド砥粒２３の砥粒層の厚みと
印加電圧との関係を示したものである。

【００２４】この図より、印加電圧が５０Ｖの時に、砥
粒層の厚みが６ｍｍと充分に厚いことがわかる。なお、
この砥粒層は、酸化シリコン微粒２５だけの時は色が白
色であるが、灰色の人工ダイヤモンド砥粒２３が混合さ
れた場合には、砥粒層の色は灰色になり、目視でも容易
にダイヤモンド砥粒２３が含まれていることがわかる。

【００２５】従って、図１において、研磨工具２９の工
具本体３１の溝３１ａに、懸濁液がより回り込み易く、
かつ、ダイヤモンド砥粒２３がより多く付着するよう
に、溝３１ａの深さや幅を数ｍｍの値にしても、図３に
示したように、印加電圧を上げることにより、陽極の工
具本体３１の溝３１ａには、電気泳動現象によって酸化
シリコン微粒２５とともにダイヤモンド砥粒２３が、研
磨工具２９の端面に設けたポリシャ３３と同じ高さまで
十分付着する。

【００２６】このようにして研磨工具２９の溝３１ａに
付着したダイヤモンド砥粒２３は、被加工物２１に作用
し、被加工物２１の研磨除去量を増大する。なお、この
時、研磨工具２９には、電気泳動現象によりダイヤモン
ド砥粒２３と酸化シリコン微粒２５が付着するが、粒径
と硬度がともにダイヤモンド砥粒２３の方が大きいた
め、被加工物２１の研磨にはダイヤモンド砥粒２３が作
用し、酸化シリコン微粒２５はダイヤモンド砥粒２３を
電気泳動させるために作用する。

【００２７】また、研磨加工中に研磨工具２９に付着し
たダイヤモンド砥粒２３は、溝３１ａから脱落する場合
もあるが、この場合には、遊離砥粒として被加工物２１
に作用し、付着したダイヤモンド砥粒２３とともに研磨
除去量を更に増大する。さらに、ダイヤモンド砥粒２３
が脱落した箇所には、ダイヤモンド砥粒２３がすぐに泳
動付着される。

【００２８】また、電気泳動により研磨工具２９の溝３
１ａに付着した砥粒層は、ポリシャ３３と同様に弾性を
有しており、ダイヤモンド砥粒２３の粒径が大きくな
り、単体のダイヤモンド砥粒２３が被加工物２１を引っ
掻く深さが増大しても、良好な表面粗さを得ることがで
きる。さらに、前述したように、電気泳動によりダイヤ
モンド砥粒２３が研磨に作用する量が大幅に増大するた
め、一つのダイヤモンド砥粒２３の引っ掻く深さが増大
することに加え、多大な量のダイヤモンド砥粒２３が被
加工物２１を引っ掻くことになり、研磨除去量を従来よ
り大幅に増大することができる。

【００２９】そして、上述した電気泳動研磨用研磨剤で
は、水にダイヤモンド砥粒２３および酸化シリコン微粒
２５を混合したので、酸化シリコン微粒２５の電気泳動
により、ダイヤモンド砥粒２３を陽極に付着させること
が可能になり、この結果、電気泳動で陽極に付着するダ
イヤモンド砥粒２３の粒径を従来より大幅に大きくする
ことができ、また、陽極に付着するダイヤモンド砥粒２
３の厚みを従来より大幅に増大することができる。

【００３０】また、上述した電気泳動研磨用研磨剤で
は、ダイヤモンド砥粒２３の粒径を０．１μｍ以上とし
たので、充分な研磨除去量を得ることができ、さらに、
酸化シリコン微粒２５の粒径を０．１μｍ以下としたの
で、酸化シリコン微粒２５の電気泳動によりダイヤモン
ド砥粒２３を陽極に確実に導くことができる。なお、こ
こで、ダイヤモンド砥粒２３の粒径を０．１μｍ以上と
したのは、これ未満の粒径では、研磨に作用するダイヤ
モンド砥粒２３一つ当たりの引っ掻き深さが極めて浅く
なり、充分な研磨除去量を得ることが困難になるとの理
由による。

【００３１】また、酸化シリコン微粒２５の粒径を０．
１μｍ以下としたのは、これを越えた粒径では、懸濁液
中におけるダイヤモンド砥粒２３への酸化シリコン微粒
２５の付着個数が少なくなり、酸化シリコン微粒２５の
電気泳動によりダイヤモンド砥粒２３を陽極に導くこと
が困難になるとの理由による。そして、上述した電気泳
動研磨方法では、水にダイヤモンド砥粒２３および酸化
シリコン微粒２５を混合した電気泳動研磨用研磨剤中
に、陽電極となる研磨工具２９および陰電極を浸漬した
ので、電気泳動で陽極の研磨工具２９に付着するダイヤ
モンド砥粒２３の粒径を従来より大幅に大きくすること
ができ、また、陽極の研磨工具２９に付着するダイヤモ
ンド砥粒２３の厚みを従来より大幅に増大することがで
きる。

【００３２】なお、上述した実施形態では、ポリシング
に本発明を適用した例について説明したが、本発明はか
かる実施形態に限定されるものではなく、例えば、ラッ
ピング等の研磨にも同様に適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の電気泳動
研磨用研磨剤では、水にダイヤモンド砥粒および酸化シ
リコン微粒を混合したので、酸化シリコン微粒の電気泳
動により、ダイヤモンド砥粒を陽極に付着させることが
可能になり、この結果、電気泳動で陽極に付着するダイ
ヤモンド砥粒の粒径を従来より大幅に大きくすることが
でき、また、陽極に付着するダイヤモンド砥粒の厚みを
従来より大幅に増大することができる。

【００３４】請求項２の電気泳動研磨用研磨剤では、ダ
イヤモンド砥粒の粒径を０．１μｍ以上としたので、充
分な研磨除去量を得ることができる。また、酸化シリコ
ン微粒の粒径を０．１μｍ以下としたので、酸化シリコ
ン微粒の電気泳動によりダイヤモンド砥粒を陽極に確実
に導くことができる。

【００３５】請求項３の電気泳動研磨方法では、請求項
１の電気泳動研磨用研磨剤中に、陽電極となる研磨工具
および陰電極を浸漬したので、電気泳動で陽極の研磨工
具に付着するダイヤモンド砥粒の粒径を従来より大幅に
大きくすることができ、また、陽極の研磨工具に付着す
るダイヤモンド砥粒の厚みを従来より大幅に増大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が適用される研磨装置を示
す断面図である。

【図２】図１の研磨工具を示す正面図である。

【図３】本発明の電気泳動研磨用研磨剤を用いた時の印
加電圧と陽極に付着した砥粒層の厚さとの関係を示す説
明図である。

【図４】従来の電気泳動方法を示す説明図である。

【符号の説明】

２１被加工物２３ダイヤモンド砥粒２５酸化シリコン微粒２７電極２９研磨工具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水にダイヤモンド砥粒および酸化シリコ
ン微粒を混合してなることを特徴とする電気泳動研磨用
研磨剤。
【請求項２】請求項１記載の電気泳動研磨用研磨剤に
おいて、前記ダイヤモンド砥粒の粒径が０．１μｍ以上であり、
前記酸化シリコン微粒の粒径が０．１μｍ以下であるこ
とを特徴とする電気泳動研磨用研磨剤。
【請求項３】水にダイヤモンド砥粒および酸化シリコ
ン微粒を混合してなる研磨剤中に、陽電極となる研磨工
具および陰電極を浸漬するとともに、前記研磨工具およ
び陰電極に電圧を印加し、前記研磨工具に前記酸化シリ
コン微粒とともに前記ダイヤモンド砥粒を付着させ、こ
のダイヤモンド砥粒の付着した前記研磨工具により被加
工物の研磨を行うことを特徴とする電気泳動研磨方法。