JPH11181408A

JPH11181408A - 研磨液及び研磨方法

Info

Publication number: JPH11181408A
Application number: JP35652497A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamamoto; 力山本; Masanobu Yoshida; 将展吉田
Original assignee: TERU KAGAKU KOGYO KK
Current assignee: TERU KAGAKU KOGYO KK
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】表面粗さがナノメータないしはオングストロー
ムオーダーの平滑面高精度の鏡面加工の能率と精度とを
向上する手段。【解決手段】０．１ないし１０重量％の研磨剤と、０．
１ないし１０重量％の滑剤と、３ないし４０重量％の潤
滑調整剤とを水または油脂剤に分散、混合してなること
を特徴とする研磨液を提供する。滑剤としては、雲母、
グラファイト、タルク、六方晶系窒化硼素、または弗素
樹脂の中のいずれか１種または２種以上の微粉が好まし
く用いられる。電子工学をはじめ、機械工学、光学など
の分野で極めて精度の高い鏡面加工、例えば、ＬＳＩ用
シリコン、ＶＴＲのヘッド、高出力レーザ用鏡などの加
工に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極めて精度の高い
平滑面を形成するための仕上研磨もしくは中間研磨に使
用する研磨液及び研磨方法に関する。さらに詳しくは、
鏡面として使用するガラス、アルミニウム、銅、ステン
レス鋼、フェライト、シリコン、炭化珪素、セラミック
スなどの表面を能率的に研磨して、高精度の鏡面を形成
するために使用する研磨液及び研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の技術進歩により、電子工学をはじ
め、機械工学、光学などの技術、学術分野では、極めて
精度の高い、具体的には表面粗さ（Ｒａ）がナノメータ
ないしはオングストロームオーダーの平滑面が要求され
るようになった。これらの平滑面のほとんどは研磨剤を
用いたラッピング、ポリシングやバフなどの研磨加工に
よって鏡面に仕上げられている。例えば、ピッチ、錫、
半田合金、ポリシングクロスなどの比較的柔らかい素材
を定盤として用い、被研磨面と定盤との間にダイヤモン
ド微粒子、アルミナ微粒子等の研磨剤を分散した研磨液
を挿入して研磨するラッピングがあげられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記のラッピングで
は、定盤の精度が高く保たれている研磨の初期段階で
は、被研磨素材表面と定盤面とは密着して研磨されてい
るが、被研磨面が硬く定盤面が柔らかいので研磨の進行
とともに、定盤面が次第に変形をはじめる。定盤が変形
すると被研磨面が密着しなくなって研磨が不均一にな
り、そのまゝ研磨を続けても精度の高い研磨面に加工で
きないので、一旦研磨を中止し、定盤を取り外して表面
を再修正（再生と言う）しなければならない。このよう
にして再生した定盤を元どおりに取り付け、研磨を再開
する作業を何回となく繰り返し、目的の鏡面に加工して
いる。そのために時間を掛けた割りには研磨量が少な
く、加工能率が悪いという問題があった。

【０００４】加えて、時間当りの研磨量を多くするに
は、粒子径の大きい研磨剤を用いればよいが、粒子径が
大きいと被研磨面に粒子による擦過傷が発生し、しかも
粒子径が大きいほど深く大きな擦過傷になるので、最初
は粒子径の大きな研磨剤を用いて大きな凹凸を早く研
磨、除去し、ついで次第に使用する研磨剤の粒径を小さ
くしながら研磨を進め、研磨剤により生じた擦過傷など
を研磨し消し去る必要がある。これらの作業のために高
精度の鏡面に仕上げるのには長い加工時間を要し加工能
率を低いものにしていた。本発明は、前記の問題を解決
し、鏡面加工の能率と精度とを向上する手段を研究した
結果、完成されたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、０．１ないし１０重量％の研磨剤と、
０．１ないし１０重量％の滑剤と、３ないし４０重量％
の潤滑調整剤とを水または油脂剤に分散、混合してなる
ことを特徴とする研磨液を提供する。滑剤としては、雲
母、グラファイト、タルク、六方晶系窒化硼素および弗
素樹脂の中のいずれか１種または２種以上の微粉が好ま
しく用いられる。

【０００６】さらに本発明は、研磨剤および潤滑調整剤
に、０．１ないし１０重量％の滑剤が添加され、水また
は油脂剤に分散、混合して研磨液を用い、研磨すること
を特徴とする研磨方法を提供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明を実施の形態例をあげなが
ら具体的に説明する。まず、本発明の研磨液は、研磨
剤、滑剤及び潤滑調整剤が、水または油脂剤に分散、混
合されたものである。

【０００８】本発明に使用される研磨剤としては、被研
磨素材の硬度等により適宜に選択することができる。主
に、ダイヤモンド、エメリー、スピネル、アルミナ、酸
化鉄、酸化クロム、コランダム、ザクロ石、炭化珪素、
ジルコニア、立方晶系の窒化硼素など、通常、研磨剤と
して使用される高硬度無機物の１種または２種以上の混
合物があげられる。

【０００９】また、潤滑調整剤、すなわち潤滑剤兼研磨
圧力調整剤として、エチレングリコール、プロピレング
リコール、トリメチレングリコール、ポリエチレングリ
コール、グリセリンなどの多価アルコール；ジエチルア
ミン、トリエチルアミン、ジエチルアミノエタノール等
のアミン類の１種または２種以上の混合物があげられ
る。

【００１０】さらに、滑剤として雲母、グラファイト、
タルク、鱗片状の六方晶系窒化硼素、または弗素樹脂な
どの１種または２種以上の混合物の微粉があげられる。
滑剤の粒度は研磨剤の粒度が小さいほど小さいものが好
ましく、通常３００メッシュより粒径の小さいもの、好
ましくは５００ないし１０００メッシュ程度である。し
かし、滑剤は鱗片状のものが多く、厚さが厚くとも研磨
中に薄くなり、最終的に単分子層にまでなるので、平面
形状が若干大きくても使用目的を達成することができ
る。

【００１１】本発明者は、前記の滑剤を研磨液に添加す
れば、被研磨面の研磨剤による擦過傷が防止されるとい
う作用を見出した。さらに、定盤に傷が付いたり、定盤
面が変形するのを防ぎ、高精度研磨に効果的作用のある
ことも見出した。例えば、従来は、数平均粒径（以下、
平均粒径は数平均）が１μｍのダイヤモンド微粒子を研
磨剤として使用する研磨液と錫定盤とを用いＳｉＣ板を
研磨すれば２０分間、平均粒径が０．５μｍのダイヤモ
ンド微粒子を研磨剤に使用すれば１５分間、平均粒径が
０．２５μｍ以下では１０分間の研磨が限度であって、
それ以上の時間、研磨を続けると定盤に波打ちや変形が
発生し、研磨面に擦過傷が発生していた。しかし、滑剤
を添加し同様の条件でＳｉＣ板を研磨したところ、平均
粒径が０．２５μｍのダイヤモンド微粒子を研磨剤とし
て用い、１２０分間、研磨後において、定盤に波打ちや
変形は見られず、研磨面に擦過傷が発生していなかった
のである。

【００１２】滑剤の添加にこの様な作用があるのは、何
等かの原因で定盤面に微小な波面が形成されると、Ｓｉ
Ｃやセラミックス等の硬い被研磨面が柔らかい定盤面上
を擦りながら移動する際に、硬い被研磨面の端面エッヂ
が定盤面を削り、削られた定盤の微片に研磨剤が付着
し、定盤と被研磨面との間に噛み込まれて定盤面と被研
磨面との滑りを妨害し、被研磨面が傷つくものと考えら
れる。この現象は、シリコンや銅、ステンレス等の金属
でも同様に発生しているものと考えられる。

【００１３】従って従来の研磨液を用いると、定盤の再
生をその都度、何回も行いながら研磨するので時間も掛
かり、しかも定盤面が安定しないので研磨精度も出ない
ものである。定盤を再生しても、しばらくの間は研磨が
安定するが、すぐに定盤面が変形したり、荒れたりする
ので、又、再生するという繰返しになり、能率的な研磨
加工ができず、高精度の鏡面に加工し難いのである。

【００１４】ところで、滑剤が添加されている研磨液で
は、例えば鱗片状の滑剤が定盤面と被研磨材の端面の間
にバリヤーとして介在し、かつ、定盤面と被研磨材とを
滑りやすくしているので、端面エッヂが定盤を削り採る
ようなことが少なくなり、長時間の研磨においても定盤
面が大きな変形に至ることはなく、研磨面が傷つけられ
ないものと考えられる。

【００１５】研磨液の各成分の比率は、研磨剤が０．１
ないし１０重量％、潤滑調整剤が３ないし４０重量％、
滑剤が０．１ないし１０重量％用いるのが好ましい。と
くに好ましいのは、研磨剤が０．５ないし２重量％、潤
滑調整剤が１５ないし２５重量％、滑剤が０．３ないし
２重量％の範囲である。研磨剤が０．１重量％以下では
研磨液の研磨機能が低下して効率的でなくなり、１０重
量％を超えると研磨剤が部分的に何層にも重なりあっ
て、いわゆる平面が出にくくなる傾向がある。潤滑調整
剤は３重量％以下では潤滑保持時間が短くなり、絶えず
研磨液を定盤上に注入する必要に迫られる。滑剤が０．
１重量％以下になると滑剤を添加する効果を殆ど期待で
きなくなり、１０重量％を超えれば研磨効率が低下する
傾向が見えるようになる。

【００１６】また、従来の研磨液におけるの同様に、仕
上研磨で用いるシリカゾルやアルミナゾル、ジルコニヤ
ゾルを少量、本発明の研磨剤に加えて用いても差し支え
ない。そのほかに界面活性剤、沈降防止剤、増粘剤を加
えることもある。増粘剤を加えることにより、スラリー
状の研磨液をペースト状にして研磨に用いることも可能
である。

【００１７】

【実施例】被研磨素材と定盤とが相対的に、同一平面内
で回転とＸＹ軸方向とを同時に移動しながら研磨加工を
行うラッピング機を用いて本発明を実施し、その効果を
確認したので、以下に例をあげて具体的に説明する。重
量％は研磨液中の含有比率を示す。

【００１８】実施例１表面をＣＶＤ法により調整したＳｉＣ板（８０×８０ｍ
ｍ）を、平均粒径が０．５μｍダイヤモンド微粒子１重
量％、１０００メッシュのグラファイト微粉１重量％及
びエチレングリコールを２０重量％を水に分散、混合し
て調整した研磨液と砲金定盤とを用い、６０分間粗研磨
した。さらに、前記の粗研磨表面のＳｉＣ板を、平均粒
径０．２μｍのダイヤモンド微粒子を１重量％、１００
０メッシュのグラファイト微粉を１重量％及びエチレン
グリコールを２０重量％、水に分散、混合して調整した
本発明の研磨液と砲金定盤とを用い、６０分間で研磨
し、ついで、同じ組成の本発明の研磨液と錫定盤とを用
いて１２０分間、中間で定盤を再生することなく、仕上
研磨して表面を鏡面に仕上げた。

【００１９】仕上げた鏡面を顕微鏡で観察したが研磨傷
は観察されず、位相測定レーザー干渉計（Ｚｙｇｏ干渉
計：キャノン（株）製）で測定した表面粗さＲａは０．
４８ｎｍであった。

【００２０】実施例２実施例１と同様にして粗研磨表面のＳｉＣ板を用意し
た。このＳｉＣ板の表面を、平均粒径０．５μｍのダイ
ヤモンド微粒子を１重量％、雲母微粉（マイカ＃８００
０：脇田工業（株）製）１重量％及びジエチルアミノエ
タノールを２０重量％、水に分散、混合して調整した本
発明の研磨液と砲金定盤とを用い、８０分間で研磨し、
ついで、平均粒径０．２μｍのダイヤモンド微粒子を１
重量％、窒化硼素（六方晶系）微粉を１．２重量％及び
シリカゾル１重量％を水に分散、混合して調整した本発
明の研磨液と錫定盤とを用い、１２０分間、仕上研磨し
て表面を鏡面に仕上げた。前記の研磨中、いずれの工程
でも定盤は再生しなかったが問題なく作業を続けること
ができた。仕上げた鏡面を顕微鏡で観察したが研磨傷は
観察されず、表面粗さ形状測定器（Ｚｙｇｏ干渉計：キ
ャノン（株）製）で測定した表面粗さＲａは０．５５ｎ
ｍであった。

【００２１】実施例３直径１２０ｍｍのシリコン単結晶板の表面を鏡面仕上し
た。まず、一般的に使用されている平均粒径１μｍダイ
ヤモンドスラリーからなる研磨液を用い、前記シリコン
単結晶板の表面を粗研磨した。

【００２２】次に、平均粒径０．５μｍのアルミナ微粒
子を１．５重量％、１０００メッシュのグラファイト微
粉を１重量％及びグリセリンを１８重量％、水に分散、
混合して調整した本発明の研磨液と錫定盤とを用い、前
記の粗研磨表面のシリコン単結晶板を６０分間研磨し、
ついで、平均粒径０．１μｍのジルコニア微粒子を１．
５重量％、窒化硼素（六方晶系）微粉を１重量％、シリ
カゾル１重量％及びプロピレングリコール２５重量％を
水に分散、混合して調整した本発明の研磨液と錫定盤と
を用い、１００分間、仕上研磨して表面を鏡面に仕上げ
た。前記の研磨中、両定盤はともに再生しなかったが問
題なく作業を続けることができた。仕上げた鏡面を顕微
鏡で観察したが研磨傷は観察されず、表面粗さ形状測定
器（サーフコム：東京精密（株）製）で測定した表面粗
さＲａは０．８２ｎｍであった。

【００２３】実施例４直径９５ｍｍのハードディスク用アルミニウム合金板の
表面を鏡面仕上した。まず、一般的に使用されている平
均粒径０．５μｍダイヤモンドスラリーからなる研磨液
を用い、前記のアルミニウム合金板の表面を粗研磨し
た。次に研磨液として平均粒径０．２ｍμのコランダム
１．２重量％、タルク微粉１重量％、エチレングリコー
ル２０重量％を水に分散、混合した本発明の研磨液とポ
リッシングクロス（仕上げ用）で１５分間、仕上研磨し
た。仕上げた鏡面の表面粗さを、表面粗さ形状測定器
（サーフコム：東京精密（株）製）で測定した結果、表
面粗さＲａは０．９５ｎｍであった。

【００２４】比較例実施例１で用意したのと同じ粗研磨表面のＳｉＣ板を、
従来の研磨方法を用いて鏡面研磨した。まず、平均粒径
０．５μｍのダイヤモンド微粒子を１重量％及びエチレ
ングリコールを２０重量％、水に分散、混合して調整し
た従来の研磨液と錫定盤とを用いて研磨した。研磨開始
後、約１５分経過した時点で定盤の再生が必要になり、
使用中の定盤を取り外し、鋳物の定盤上でアルミナスラ
リーからなる研磨液を用いて約５分間研磨して再生し
た。この研磨と再生とを３回繰り返した。次に、平均粒
径０．２μｍのダイヤモンド微粒子を１重量％及びエチ
レングリコールを２０重量％、水に分散、混合して調整
した研磨液と錫定盤とを用いて研磨した。研磨開始後、
約１０分経過した時点で定盤の再生が必要になり、前記
と同様に約５分間かけて再生し、研磨と定盤の再生とを
繰り返しながら、約１００分間、仕上研磨して表面を鏡
面に仕上げた。

【００２５】仕上げた鏡面を顕微鏡で観察したが多数の
研磨傷が観察され、表面粗さ形状測定器（Ｚｙｇｏ干渉
計：キャノン（株）製）で測定した表面粗さＲａは１．
７３ｎｍであった。

【００２６】

【発明の効果】本発明の研磨液及び研磨方法を利用すれ
ば、定盤の再生に要する時間が大幅に短縮して生産能率
を向上できるのみならず、定盤が安定し研磨傷が減少し
て平面粗さ（Ｒａ）を向上することができる。電子業分
野をはじめ、これからの光通信、光加工、光医療、高出
力レザーや高エネルギー放射光等の技術、学術分野で精
密加工に利用することができる。例えば、ＬＳＩ用シリ
コン、ＶＴＲのヘッド、高出力レーザ用反射鏡などの加
工に好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．１ないし１０重量％の研磨剤と、０．
１ないし１０重量％の滑剤と、３ないし４０重量％の潤
滑調整剤とを水または油脂剤に分散、混合してなること
を特徴とする研磨液。
【請求項２】滑剤が、雲母、グラファイト、タルク、六
方晶系窒化硼素および弗素樹脂の中のいずれか１種また
は２種以上の微粉であることを特徴とする請求項１記載
の研磨液。
【請求項３】研磨剤および潤滑調整剤に、０．１ないし
１０重量％の滑剤が添加され、水または油脂剤に分散、
混合して研磨液を用い、研磨することを特徴とする研磨
方法。