JPS62107965A - 研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は硬脆材、全屈材１舎成樹脂材などの被研磨材
を精密研磨仕上げするようにした研磨方法に関するもの
である。

〈従来の技術〉 被研磨材を研磨する方法としては、超仕上加工やホーニ
ング加工等の結合砥粒方式、パフやラップを使用した散
布砥粒方式、粘弾性流動研磨やブラスト加工による自由
砥粒方式などが知られている。そして、結合砥粒方式で
は砥石による研削、散布砥粒方式ではう７ピングやポリ
ッシングが作業性等において効果的であるから多く使用
されている。

しかし、研削は砥粒を適当な結合剤で保持した砥石を回
転させ、被研磨材に切込を４えながら研磨する方法であ
る。したがって、この方法では高能率ではあるが、加工
精度に限界があり、超精密研磨には適さない。

一方、被研磨材を超精密研磨する方法としてはラッピン
グやポリッシングが知られている。このラッピングやポ
リッシングは、被研磨材を鋳鉄等からなるラップや織布
等のボリッシャに適当な圧力で押しつけ、酸化アルミニ
ウム、炭化けい素等の微細砥粒にラップ液を混合して被
研磨材とポリフシャとの間に介在させ、被研磨材とボリ
ッシャとを相対的に移動させることにより砥粒によって
被研磨材の表面を切削する方法である。このラッピング
やポリッシングは、研削等により精密仕上げされた被研
磨材の面を、更に平滑にして寸法精度を向とさせるもの
である。

しかし、上記した研磨方法にしても、仕事量に比較して
加工量が少ないので、研磨効率が悪いという欠点がある
。

そして、ラッピングやポリッシングにおいては、研磨効
率が被研磨材をポリラシャに押圧する圧力の増加により
良好になるが、この圧力が大きくなるにつれて被研磨材
が直接ラップやポリラシャに接触する面積が増大し、そ
れらが荷重の一部を分担するため、砥粒に作用する荷重
が比例して増加しない、したがって、被研磨材とポリラ
シャなどとの圧力を大きくしても効果が少なく、逆に圧
力を大きくするとラップやポリラシャの破損等の欠点が
発生する。

そこで、通常ではあまり大きい圧力では研磨できないの
で、良好な仕上面を保証できるということで、研磨効率
を無視していた。

又、上記したポリッシングは、工具であるポリラシャが
弾性であるため、被研磨面がうねりを生じたり１面だれ
を生じやすい。

高能率という研削の特徴と、高精度というラッピングや
ポリッシングの特徴を兼ね備えた研磨方法として、ポリ
ビニルアルコールのアセタール化物など、比較的軟質な
樹脂を結合剤として用いた弾性砥石を回転させて被研磨
材を押圧し、砥石と被研磨材との相対的移動差により被
研磨材を研磨するラッピング砥石を用いた研磨法がある
。

（発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上記したラッピング砥石による研磨法にしても
以下の欠点がある。即ち、砥石を用いて加工する場合、
被研磨材で発生した研台屑により目詰りが生じたり、砥
粒の刃先の摩耗により日清れが生じ、加工能率は低下す
る。この場合、砥石の表面が自然に削れて新しい面がで
きる、いわゆるセルフドレッシング作用があれば加工を
連続して高能率に行なうことができる。しかし、従来の
ラッピング砥石は結合剤が固体で、砥粒の結合力が強い
ためセルフドレッシング作用が殆んど生じない、したが
って、加工を高能率に維持するには、ドレッサーを用い
て強制的にドレッシングしなければならないが、そのた
めには被研磨材を一度砥石から離して、ドレッシングを
しなければならず、作業能率、ひいては生産能率が悪く
なり、しかもドレッシングの時も成形性が悪い。

成形性が悪いということは、砥粒の結合力が強すぎるた
めで、ラッピング砥石として代表的なＰＶＡ砥石ばかり
でなく、微細砥粒を使用したヒドリファイド砥石、メタ
ルポンド砥石、レジメイド砥石、シリケート砥石、ラバ
ー砥石等において荊記した欠点がある。

〈問題点を解決するための手段） 本発明は上記に鑑み提案されたもので、砥粒間に液体を
存在させ、液体の表面張力もしくは粘着力により砥粒を
保持した研磨組成物に被研磨材を押圧し、研磨組成物と
被研磨材との相対的移動差により被研磨材を研磨組成物
で研磨するようにしたことを特徴とするものである。

本発明で使用する研磨組成物は液体の表面張力あるいは
粘着力が砥粒の結合力として作用しているため、結合力
は従来の固体で結合した砥石に比べて遥かに弱く、シか
も硬度が低い０例えば、最も柔らかい砥石とされている
ＰＶＡ砥石でも焼型硬度計で測定した場合９０〜９５の
値を示すのに対し、液体を結合剤とした砥石は５０〜８
０でしかない、したがって、発刃性、成形性に優れ、連
続して高能率な研磨作業をすることができる。

本発明の研磨方法で使用する砥石状研磨組成物は、砥粒
間に液体を存在させ、液体の表面張力もしくは粘着力に
より砥粒を保持するようにしたものである。上記した砥
粒としてはダイヤモンド。

コランダム、エメリ、ザクロ石、珪石、トリポリ、焼成
ドロマイト、熔融アルミナ、人造エメリ、炭化ケイ素、
炭化ホウ素、酸化鉄、焼成アルミナ、酸化クロム、酸化
セリウム、酸化ジルコニウム等通常の砥粒として使用で
きるものであればどのようなものでもよい、そして、砥
粒の粒径はおよそ３０ｇｍ以下のものを用いることがで
きる。

一方、本発明で使用する液体は表面張力もしくは粘着力
により上記した砥粒を保持するために使用するもので、
水、アルカリ溶液、酸溶液、その他多くの塩類の水溶液
、高分子溶液、油状液体。

磁性流体などを使用することができる。

上記した各液体において、高分子溶液としてはバレイシ
ョデンプン、コーンスターチ等のデンプン類、アルギン
酸ソーダ、ガラクタン、寒天、アラビアゴム等の植物性
粘質物類、にかわ、ゼラチン、カゼイン等のタンパク質
類等の天然高分子や、メチルセルロース、エチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルキメ
チルセルロース等のセルロース類、可溶性デンプン。

デキストリン等のデンプン系の半合酸物類、ポリビニル
アルコール、アクリル酸ソーダ、ポリエチレンオキシド
等の合成物類、酢酸ビニルエマルジョン、ワックスエマ
ルジョン等の樹脂エマルジョン類等であって、使用目的
により一種又は二種以上を混合して使用することができ
る。

一方、液体の内の油状液体としては鉱物油、植物油、オ
レイン酸ソーダ等を使用することができる。

砥粒及び液体については上記した様に多種類を挙げたが
、これらは被研磨材の材質により最も有効なものを選択
して使用するのが望ましい、上記した砥粒と液体とを混
合して研磨組成物を構成するのであるが、研磨組成物中
の砥粒は３０〜７０マ０１％の範囲であって、本発明の
研磨に最適な割合としては５０〜６０マｏ１％である。

また、砥粒径が大きな場合は、上記割合が多く、砥粒径
が小さい場合は少なくするとよい。

本発明の研磨方法に用いる研磨組成物は砥粒より液体の
方が少ないので、砥粒や液体の種類によって液体が均一
に混合しない場合がある。砥粒と液体との混合が不均一
であると、研磨組成物の強度が不均一となり、強度の弱
い部分から破壊して安定に研磨することができない。

そこで、液体に、該液体より揮発性の高い他の液体（希
釈剤）を混合して砥粒と均一に混合した後４減圧あるい
は加熱により希釈剤を除去し、砥粒と液体とを所望の状
態で均一に混合すればよい。

上記した希釈剤としては、液体の種類によって異るが、
ヘキサン、ヘプタン等の低分子量炭化水宏、メタノール
、エタノール等のアルコール類、水等を使用することが
できる。

本発明に用いられる研磨組成物は、前記したように砥粒
と液体、必要ならば希釈剤を充填混合し、乾式又は半乾
式成型するのであるが、砥粒と液体とを単に混合するだ
けでなく、圧縮成型して砥粒を緻密な状態にした砥石状
がのぞましい、また、圧縮成型する場合には圧力を加え
たり、振動充填成型を補助的に用いることもできる。そ
して、圧縮成型する場合の圧力は、　’３０　ｋｇ／　
ａｍ″以上、好ましくは３００　ｋｇ／　ｃｔｎ’以上
である。このように圧縮成型により製造された研磨組成
物は液体がポンド作用をなして砥粒相互を結合させると
ともに、砥粒が液体により柔らかく保持されているので
、その硬度は適度な固さを有する。

本発明者が炭化珪素系砥粒Ｃ＃３０００にスピンドルオ
イルを用いて圧縮成型した砥石状研磨組成物の硬度を測
定したところ、ゴム硬度計で８５〜９５度、焼型硬度計
で５０〜８０度であった。このようにして得られた砥石
状研磨組成物を使用すれば、被研磨材を効率的に研磨す
ることができる。

さらに砥石状研磨組成物は砥粒が液体により柔らかく保
持されているため、加工中に自然と削り取られてセルフ
ドレッシングが生じ、被研磨材の削り粉、！／Ｊり粉等
による目詰まりすることなく研磨開始当初の高い加工能
率が維持される。また、被研磨材によって研磨組成物に
目詰りが生じたとしても、混合した液体を適宜噴霧し、
作用砥粒面を軟化させることによりセルフドレッシング
作用を促進させることができる。

本発明の研磨方法は上記した研磨組成物に被研磨材を押
圧し、研磨組成物及び被研磨材のいずれか一方又は両方
を公転又は自転させて相対的な移動差を生じさせ、被研
磨材を研磨層により研磨する。

この研磨組成物は砥粒と液体とが均一に混合して成るの
で、研磨時に砥粒が散乱したり浮動することがない、ま
た研磨層に被研磨材を十分に押圧できるので、研磨効率
を著しく高めることができる。

〈実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

実施例（１） ＪＩＳ−Ｒ−６００１に規定する砥粒Ｃ＃３０００とス
ピンドルオイルを容積比６：４で均一に混合し、５００
　ｋｇ／　ｃｒｎ’で圧縮成型した研磨組成物を用い、
０　、５１ＬｍＲｍａｘに予備研磨したディスク基板用
アルミニウムを回転数２００Ｏｒ　ｐ　ｍ　（公転半径
５　ｃ＋ｓ）で、圧力を５００　ｇ／ｃｒｎ’から２ｋ
ｇ／　ｃｒｎ’まで徐々に増加しながら研磨したところ
、加工速度２０ｇｍ／ｍｉｎ、仕上面あらさ０．０４ル
ｍＲｍａｘであった。又、縁ブレがほとんど発生しなか
った。

比較例（１） 実施例（１）で使用した砥粒Ｃ＃３０００で通常のボリ
シングを行なったら、加工速度１０ｇｍ／　ｍ　ｉ　ｎ
、仕上面あらさ０　、０８　ｐＬｍＲＩＩａｘであり、
縁ダレも目立って発生した。

実施例（２） 実施例（１）で使用した砥粒Ｃ＃３０００と純水を、容
積比ｌ：１で均一に混合し、６ｋｇ／ｃｒｎ’の圧力で
振動を加えながら圧縮成型した研磨組成物を用い、ｌ　
ＪＬｍＲｚに予備研磨した直径５インチのシリコンウェ
ハーを圧力２ｋｇ／ｃｒｎ’、回転数１２Ｏｒｐｍ（公
転半一径１４ｃｍ）で研磨したところ、加工速度１２．
９ｐＬｍ／ｍｉｎ、仕上面あらさ０．０３ＪＬｍＲｚで
あった。

比較例（２） 上記と同じ砥粒を用い、同様の圧力及び回転数で通常の
ポリシングを行なったら、加工速度７゜１μｍ／ｍｉｎ
、仕上面あらさ０．０６１ＬｍＲｚであった。又、圧力
が高すぎるためにウェハー表面には微小なうねりが発生
し、ボリッシャの破損も大きかった。

実施例（３） 砥粒Ｃ＃１ＯＯＯと純水を容積比７：３で均一混合し、
実施例（２）と同様の条件で研磨を行なった。その結果
、加工速度３２７ｚｍ／ｍｉｎ、仕上面あらさ０．１ル
ｍＲｚであった。

実施例（４） 砥粒Ｃ＃８０００と純水を容積比４：６で均一に混合し
、実施例（２）と同様の条件で研磨を行なった。その結
果、加工速度２．４Ｂｍ／ｍｉｎ、仕上面あらさ０　、
　ＯＩ　ＪＬｍＲｚであった。

実施例（５） 実施例（１）で使用した砥粒Ｃ＃３０００と２％ポリビ
ニルアルコール水溶液とを、容積比ｌ：１で均一に混合
し、５００　ｋｇ／　ｃｒｎ’の圧力で振動を加えなが
ら圧縮成型した研磨組成物を用い、１ｇｍＨｚに予備研
磨した直径５インチのシリコンウェハーを圧力４ｋｇ／
　ｃｒｎ’１回転数１２ｏｒｐｍ（公転半径１４ｃｍ）
で研磨したところ、加工速度２０ｇｍ／ｍｉｎ、仕上面
あらさ０．０２ＩＬｍＲ２であった。

実施例（６） 本発明の研磨方法と従来のボリシングによる研磨による
仕上面の性状を比較するために、アクリル樹脂の円柱（
２０ｍｓφ）の断面を研磨した。そして、第１図に示す
ように、格子ｌを描いた台上に上記アクリル樹脂製円柱
を！！ｉＬ、研磨面３に映った格子のゆがみ状態を斜め
上方のカメラ４により撮影し、比較した。

従来のボリシングにより研磨したアクリル樹脂製円柱２
Ａでは、第２図に示すように、研磨面３Ａの周縁に映っ
た格子の線ｌ°が湾曲する。この様に格子ｌの線１′が
曲がって映るのは、第３図に示すように円柱２Ａの研磨
面３Ａの周縁に縁ダレ５が発生しているからである。

これに対し、本発明により研磨した円柱２Ｂでは、第４
図に示すように、研磨面３Ｂ全体に格子ｌがそのまま映
り、周縁においても格子１の線ｌ”が殆ど真直に映る。

したがって、本発明により研磨すると、縁ダレが殆ど発
生しないことが確認できる。

〈発明の効果〉 以上要するに本発明によれば、砥粒を液体で結合した砥
石で被研磨材で研磨するようにしたので、被研磨材の圧
力が砥粒に有効に作用することになり大きな圧力で加工
速度が速く、研磨効率を著しく高めることができる。ま
た個々の砥粒に作用する被研磨材の圧力が小さいので仕
上面あらさが良好となり、しかも弾力性が無いので縁ブ
レの発生が少なく、精密な仕上げ研磨として実用的価値
の高い方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は縁ブレの検査方法を示す斜視図、第２図は従来
のポリシングにより研磨した円柱の斜視図、第３図は第
２ｒｌ！Ｊに示す円柱の断面図、第４図は本発明により
研磨した円柱の斜視図である。 第１偶 第２ＷＪ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）砥粒間に液体を存在させ、液体の表面張力もしく
   は粘着力により砥粒を保持した研磨組成物に被研磨材を
   押圧し、研磨組成物と被研磨材との相対的移動差により
   被研磨材を研磨組成物で研磨するようにしたことを特徴
   とする研磨方法。
2. （２）研磨組成物は砥粒と液体との混合物を圧縮成型し
   た砥石状組成物である特許請求の範囲第（１）項に記載
   の研磨方法。