(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転手段に連接される研磨ブラシ本体と、砥粒を含有するブラシ毛材と、を備え、前記研磨ブラシ本体の軸心を中心として回転させながら、前記ブラシ毛材を被加工物の表面に接触させて研磨加工を行う研磨ブラシであって、
前記ブラシ毛材は前記研磨ブラシ本体の軸心方向の一端面に露出されるように固定され、
前記ブラシ毛材に含有される砥粒の粒度が、前記研磨ブラシ本体の周辺部から中心方向に向かって段階的に大きくなるように、前記ブラシ毛材は前記軸心を中心に放射状に配置されることを特徴とする研磨ブラシ。
【請求項２】
前記研磨ブラシは、砥粒を含有させた複数本のブラシ毛材の一端を基部で束ねた研磨具の該基部が前記研磨ブラシ本体に複数個、着脱自在に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨ブラシ。
【請求項３】
前記研磨ブラシは、粗砥粒を含有させた前記ブラシ毛材であるブラシ毛材Ａが配置されている第１の研磨領域と、
前記ブラシ毛材Ａに含有される砥粒より細かい粒度の砥粒を含有するブラシ毛材Ｂが配置されている第２の研磨領域と、を備え、
前記ブラシ毛材Ａおよび前記ブラシ毛材Ｂに含まれる砥粒の粒度は＃２４０〜＃８００であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨ブラシ。
【請求項４】
前記第１の研磨領域の面積に対する前記第２の研磨領域の面積の比が１．０〜３．０であることを特徴とする請求項３に記載の研磨ブラシ。
【請求項５】
前記ブラシ毛材Ａの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、前記ブラシ毛材Ｂの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、を調整する機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の研磨ブラシ。
【請求項６】
前記第２の研磨領域の外周方向に、前記ブラシ毛材Ｂに含有される砥粒より細かい粒度の砥粒を含有するブラシ毛材Ｃが配置されている第３の研磨領域を備え、
前記ブラシ毛材Ｃに含まれる砥粒の粒度が＃８００〜＃１，２００であることを特徴とする請求項３に記載の研磨ブラシ。
【請求項７】
前記ブラシ毛材Ａの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、前記ブラシ毛材Ｂの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、前記研磨ブラシＣの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、を調整する機構を備えることを特徴とする請求項６に記載の研磨ブラシ。
【請求項８】
前記ブラシ毛材は、砥粒を含有させたポリエステル樹脂からなるモノフィラメントであって、
前記ポリエステル樹脂はエチレン−２、６−ナフタレート単位を６０モル％以上含有し、その線径がφ０．４ｍｍ〜φ１．０ｍｍであり、
前記ブラシ毛材に含有させる砥粒の量が、前記ポリエステル樹脂１００重量部に対し、１０〜４０重量部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨ブラシ。
【請求項９】
前記砥粒は、表面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金によって被覆されたダイヤモンド粒子であることを特徴とする請求項８に記載の研磨ブラシ。
【請求項１０】
前記被加工物はシリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性材料としたことを特徴とする請求項８に記載の研磨ブラシ。
【請求項１１】
請求項３に記載の研磨ブラシによって前記被加工物の表面の研磨加工を行う方法であって、
前記研磨ブラシを軸心を中心に回転させる工程と、
前記被加工物を前記研磨ブラシの研磨面に対して相対的に一方向に移送させる工程と、
移送している前記被加工物の表面に該研磨ブラシのブラシ毛材を接触させ、前記第１の研磨領域の前記ブラシ毛材Ａによって粗研磨を行う工程と、
粗研磨を行った後、移送している前記被加工物を前記第２の研磨領域の前記ブラシ毛材Ｂによって仕上げ研磨を行う工程と、
を備えることを特徴とする研磨加工方法。
【請求項１２】
前記被加工物はシリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性材料であって、
前記粗研磨によって前記被加工物の表面の微小クラックを除去し、
前記仕上げ研磨によって前記被加工物の表面の表面粗さを小さくすることを特徴とする請求項１１に記載の研磨加工方法。
【請求項１３】
請求項６に記載の研磨ブラシによって前記被加工物の表面の研磨加工を行う方法であって、
前記研磨ブラシを軸心を中心に回転させる工程と、
前記被加工物を前記研磨ブラシの研磨面に対して相対的に一方向に移送させる工程と、
移送している前記被加工物の表面に該研磨ブラシのブラシ毛材を接触させ、前記第１の研磨領域の前記ブラシ毛材Ａで粗研磨を行う工程と、
粗研磨を行った後、移送している前記被加工物を前記第２の研磨領域におけるブラシ毛材Ｂによって中仕上げ研磨を行う工程と、
中仕上げ研磨を行った後、移送している前記被加工物を前記第３の研磨領域のブラシ毛材Ｃによって仕上げ研磨を行う工程と、
を備えることを特徴とする研磨加工方法。
【請求項１４】
前記被加工物はシリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性材料であって、
前記粗研磨によって前記被加工物の表面の微小クラックを除去し、
前記中仕上げ研磨によって前記被加工物の表面の表面粗さを小さくし、
前記仕上げ研磨によって前記被加工物の表面の表面粗さを更に小さくすることを特徴とする請求項１３に記載の研磨加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸心で回転させると共に、被加工物に接触させることで、被加工物表面の研磨加工を行う為の研磨ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨ブラシは金属材料、非金属材料の表面の研磨加工に広く用いられている。研磨加工は、一般に加工力の高い研磨工具にて粗研磨を行った後、研磨力の低い研磨工具を使用して表面の性状を調整する（仕上げ研磨）ことで行われる。例えば、特許文献１には、研磨力の高い研磨ブラシ（粗研磨用）と研磨力の低い研磨ブラシ（仕上げ研磨用）を連接し、軸心で回転する該研磨ブラシに被加工物を順番に接触させることで、粗研磨と仕上げ研磨を１回の動作で行うことができる研磨装置が開示されている。このように研磨工具を連接する場合、それぞれの研磨工具に対し該研磨工具を回転させるための回転手段が必要となるため、研磨装置を小型化することは難しい。また、該回転工具をそれぞれ回転させるためのエネルギーも必要となる。このため、一台の研磨ブラシで粗加工と仕上げ加工とを行うことができる研磨ブラシの出現が望まれている。
【０００３】
本発明の特許性に影響を与えないが、例えば、特許文献２に粗研磨用砥石と仕上げ研磨用砥石とを一体に成形した砥石車が開示されている（図６（Ａ）を参照）。砥石は、砥粒同士を結合材等によって結合させることで構成されているので、研磨面は弾力性がない。そのため、研磨ブラシに比べ、研磨加工後の表面粗さが大きくなる傾向がある。
【０００４】
同じく、本発明の特許性に影響を与えないが、例えば特許文献３に粒度の異なる砥粒層を環状に形成させた研磨布紙が開示されている（図６（Ｂ）を参照）。研磨布紙による研磨は一般に鏡面仕上げ等の精密研磨に使用されることから、粗研磨のように大きな研磨力が必要な研磨加工には不向きである。さらに、長時間にわたって研磨力を維持することは困難である。
【０００５】
同じく、本発明の特許性に影響を与えないが、特許文献４に粒度の異なる砥粒層を環状に固着させた研磨紙が開示されている（図６（Ｃ）を参照）。研磨紙は前述の研磨布紙に比べ大きな粒度の砥粒を使用できるので、大きな研磨力を得ることができるが、紙上に砥粒を接着剤等で接着しているため砥粒層は薄く、長時間にわたって研磨力を維持することは困難である。
【０００６】
同じく、本発明の特許性に影響を与えないが、例えば特許文献５には、砥粒を含有させたゴムからなるカップ型の外周研磨工具本体と、所定の長さに切断されたブラシ毛材の束からなる内周研磨工具本体と、を同心的に嵌合されている研磨工具が開示されている。外周部研磨工具本体と内周研磨工具本体とで２段階の研磨を行うことができる。しかし、外周研磨工具は研磨ブラシに比べて柔軟性に劣るため、平滑な仕上げ面を得ることが困難である。このことは、特許文献５に開示されている研磨工具の目的が「金属の加工表面や溶接部を研磨して仕上げ加工をしたり、金属表面に発生したバリや錆を研磨したりして除去する工具」であることや、外周研磨工具本体に含有される砥粒の粒度が比較的粗いことや、仕上げ面の表面粗さについての記載がないこと、から表面粗さが小さな表面を形成する研磨に適用できないことが示唆される。
【０００７】
また、砥石、研磨布、研磨紙、のいずれも研磨加工に伴い発生した被加工物の切削粉や摩耗した砥粒が、研磨工具の砥粒間に入り込み、目詰まりを起こすので、長時間にわたって研磨を行うことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０８４１０１パンフレット
【特許文献２】実開平０３−０４４５５６号公報
【特許文献３】特開昭５９−０２４９６５号公報
【特許文献４】実開平０２−０６３９６５号公報
【特許文献５】特開２００３−１８１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、１台の研磨ブラシで粗研磨と仕上げ研磨とを行うことができる研磨ブラシ及び研磨加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、回転手段に連接される研磨ブラシ本体と、砥粒を含有するブラシ毛材と、を備え、前記研磨ブラシ本体の軸心を中心として回転させながら、前記ブラシ毛材を被加工物の表面に接触させて研磨加工を行う研磨ブラシである。前記ブラシ毛材は前記研磨ブラシ本体の軸心方向の一端面に露出されるように固定され、前記ブラシ毛材に含有される砥粒の粒度が、前記研磨ブラシ本体の周辺部から中心方向に向かって段階的に大きくなるように、前記軸心を中心に放射状に配置されることを特徴とする。前記砥粒の粒度が大きなブラシ毛材は研磨力が高い。逆に前記砥粒の粒度が小さなブラシ毛材は研磨力が低いが、研磨加工後の表面粗さＲｙ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：１９９４）を小さくすることができる。第１の発明のように研磨ブラシの軸心から周縁部方向に向かって研磨力が小さくなるように、前記軸心を中心に放射状に、すなわち前記軸心を中心とした円周上にブラシ毛材を配置することで、被加工物を該研磨ブラシに対して相対的に移送させることで、１台の研磨ブラシで粗研磨と仕上げ研磨を行うことができる。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明に記載の研磨ブラシであって、砥粒を含有させた複数本のブラシ毛材の一端を基部で束ねた研磨具の該基部が前記研磨ブラシ本体に複数個、着脱自在に固定されていることを特徴とする。ブラシ毛材は研磨加工に伴い消耗するので、該ブラシ毛材が消耗した際に該研磨具のみを交換ればよいので、メンテナンス性がよい。
【００１２】
また、第３の発明は、第１または第２の発明に記載の研磨ブラシであって、前記研磨ブラシは、粗砥粒を含有させた前記ブラシ毛材であるブラシ毛材Ａが配置されている第１の研磨領域と、前記ブラシ毛材Ａに含有される砥粒より細かい粒度の砥粒を含有するブラシ毛材Ｂが配置されている第２の研磨領域と、を備え、前記ブラシ毛材Ａおよび前記ブラシ毛材Ｂに含まれる砥粒の粒度はＦ２４０〜＃８００であることを特徴とする。
前記砥粒の粒度の差が大きすぎると、砥粒の大きなブラシ毛材による研磨で発生した大きな凹凸を、砥粒の小さなブラシ毛材によって小さくすることが困難である。前記砥粒の粒度は第３の発明の範囲とすることで、被加工物の表面粗さＲｙを小さくすることができる。
【００１３】
また、第４の発明は、第３の発明に記載の研磨ブラシであって、前記第１の研磨領域の面積に対する前記第２の研磨領域の面積の比が１．０〜３．０であることを特徴とする。１台の研磨ブラシによって複数段階の研磨加工を行うため、同一の研磨加工条件（被加工物の相対的な移送速度、研磨ブラシの回転速度  等）でそれぞれのブラシ毛材が配置されている研磨領域による加工目的を達成する必要がある。第２の研磨領域の面積と第１の研磨領域の面積との比（「第２の研磨領域の面積」／「第１の研磨領域の面積」）を、第４の発明に記載のようにすることで、同一の研磨条件で粗研磨と仕上げ研磨を行うことができる。
【００１４】
また、第５の発明は、第４の発明に記載の研磨ブラシであって、前記ブラシ毛材Ａの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、前記ブラシ毛材Ｂの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、を調整する機構を備えることを特徴とする。ブラシ毛材Ａとブラシ毛材Ｂとは研磨力が異なるので、被加工物の物性または加工条件によっては双方で消耗速度が異なる場合がある。第５の発明のようにブラシ毛材Ａとブラシ毛材Ｂとの前記研磨ブラシ本体からの露出量をそれぞれ調整する機構を備えることで、研磨ブラシの加工能力を常に同一にすることができる。
【００１５】
また、第６の発明は、第３の発明に記載の研磨ブラシであって、前記第２の研磨領域の外周方向に、前記ブラシ毛材Ｂに含有される砥粒より細かい粒度の砥粒を含有するブラシ毛材Ｃが配置されている第３の研磨領域を備え、前記ブラシ毛材Ｃに含まれる砥粒の粒度が＃８００〜＃１，２００であることを特徴とする。被加工物の性状（材質、表面状態等）によっては、２段階の加工のみでは目的とした表面粗さＲｙをもつ被加工物を得ることができない場合や、さらに表面粗さＲｙの小さい被加工物を得たい場合、第６の発明のように、研磨ブラシに第１の研磨領域、第２の研磨領域、第３の研磨領域、を配置することで、目的とした表面粗さＲｙをもつ被加工物を得ることができる。
【００１６】
また、第７の発明は、第６の発明に記載の研磨ブラシであって、前記ブラシ毛材Ａの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、前記ブラシ毛材Ｂの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、前記研磨ブラシＣの前記研磨ブラシ本体からの露出量と、を調整する機構を備えることを特徴とする。ブラシ毛材Ａとブラシ毛材Ｂとブラシ毛材Ｃとは研磨力がそれぞれ異なるので、被加工物の物性または加工条件によっては双方で消耗速度が異なる場合がある。第７の発明のようにブラシ毛材Ａとブラシ毛材Ｂとの前記研磨ブラシ本体からの露出量をそれぞれ調整する機構を備えることで、研磨ブラシの加工能力を常に同一にすることができる。
【００１７】
また、第８の発明は、第１または第２の発明に記載の研磨ブラシであって、前記ブラシ毛材は、砥粒を含有させたポリエステル樹脂からなるモノフィラメントであって、前記ポリエステル樹脂はエチレン−２、６−ナフタレート単位を６０モル％以上含有し、その線径がφ０．４ｍｍ〜φ１．０ｍｍであり、前記ブラシ毛材に含有させる砥粒の量が、前記ブラシ毛材の樹脂１００重量部に対し、１０〜４０重量部であることを特徴とする。研磨ブラシのブラシ毛材は、硬質で毛腰が強いことによる高い研磨力と、折れにくいことと、の双方を満足させなくてはならない。第６の発明に記載のように、ブラシ毛材の材料をエチレン−２、６−ナフタレート単位を６０モル％以上含有したポリエステル樹脂からなるモノフィラメントとし、かつ、その線径がφ０．４ｍｍ〜φ１．０ｍｍとすることで、高い研磨力と折れにくいこととの双方を満足することができる。更に、前記砥粒を、前記ブラシ毛材の樹脂１００重量部に対し、１０重量部以上前記ブラシ毛材に含有させることで、十分な量の砥粒がモノフィラメント表面から露出させることができるので、研磨力を高くすることができる。ただし、前記砥粒を前記ブラシ毛材の樹脂１００重量部に対し、１０重量部以上前記ブラシ毛材に含有させるとモノフィラメントの強度が低下して折れやすくなる。
【００１８】
また、第９の発明は、第８の発明に記載の研磨ブラシであって、前記ブラシ毛材に含有される砥粒は、表面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金によって被覆されたダイヤモンド粒子であることを特徴とする。第７の発明に記載のように、硬度の極めて高いダイヤモンド粒子をモノフィラメントの表面から露出させることで、非常に高い研磨力を有するブラシ毛材を得ることができる。また、ダイヤモンド粒子の表面にニッケルまたはニッケルを主成分とする金属を被覆させることで、ダイヤモンド粒子の表面に凹凸を形成することができる。該ダイヤモンド粒子をモノフィラメントに分散させた際、この凹凸によってアンカー効果が生じるので、研磨加工中に該ダイヤモンド粒子がブラシ毛材から脱落しにくい。そのため、高い研磨力を長時間維持することができる。
【００１９】
また、第１０の発明は、第８の発明に記載の研磨ブラシによって加工される被加工物がシリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性材料としたことを特徴とする。硬脆性材料は、硬度が高いが衝撃に弱い材料である。そのため、研磨ブラシの毛材には、高い硬度に対する十分な研磨力と、研磨加工時の衝撃による割れや欠けが生じないための柔軟性と、の双方の課題を満足させる能力が求められている。本発明は、硬脆性材料に割れや欠けを発生させることなく、研磨加工を行うことができる。
【００２０】
また、第１１の発明は、第３の発明に記載の研磨ブラシによって前記被加工物の表面の研磨加工を行う方法であって、前記研磨ブラシを軸心を中心に回転させる工程と、前記被加工物を前記研磨ブラシの研磨面に対して相対的に一方向に移送させる工程と、移送している前記被加工物の表面に該研磨ブラシのブラシ毛材を接触させ、前記第１の研磨領域の前記ブラシ毛材Ａによって粗研磨を行う工程と、粗研磨を行った後、移送している前記被加工物を前記第２の研磨領域の前記ブラシ毛材Ｂによって仕上げ研磨を行う工程と、を備えることを特徴とする。軸心を中心に２種類の研磨力を有するブラシ毛材が配置された研磨ブラシを第１０の発明の様に、軸心を中心に回転させると共に、被加工物を該研磨ブラシに対し相対的に一方向に移送させて、該ブラシ毛材に接触させることで、第１の研磨領域による粗研磨と、第２の研磨領域による仕上げ研磨と、を順に行うことができる。
【００２１】
また、第１２の発明は、第１１の発明に記載の研磨ブラシによる研磨方法によって加工される被加工物が、シリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性材料であって、前記粗研磨によって前記被加工物の表面の微小クラックを除去し、前記仕上げ研磨によって前記被加工物の表面の表面粗さを小さくすることを特徴とする。硬脆性材料のブロックの研磨加工は、半導体基板や光学基板等に用いられるウェハを製造する際の前工程で行われる。該ブロックの表面にはマイクロクラックが存在しており、そのままウェハを形成するためのスライス加工を行うと、そのマイクロクラックを基点とした割れや欠けが生じ、不良製品が発生する。そのため、スライス加工の前にマイクロクラックを除去するための粗研磨加工と、前記粗研磨加工で生じた凹凸を研磨加工によってなだらかにし、かつ表面粗さを調整するための仕上げ研磨加工とを行うことが好ましい。本発明の研磨ブラシは、このような加工に好適に用いることができる。
【００２２】
また、第１３の発明は、第６の発明に記載の研磨ブラシによって前記被加工物の表面の研磨加工を行う方法であって、前記研磨ブラシを軸心を中心に回転させる工程と、前記被加工物を前記研磨ブラシの研磨面に対して相対的に一方向に移送させる工程と、移送している前記被加工物の表面に該研磨ブラシのブラシ毛材を接触させ、前記第１の研磨領域の前記ブラシ毛材Ａで粗研磨を行う工程と、粗研磨を行った後、移送している前記被加工物を前記第２の研磨領域におけるブラシ毛材Ｂによって中仕上げ研磨を行う工程と、中仕上げ研磨を行った後、移送している前記被加工物を前記第３の研磨領域のブラシ毛材Ｃによって仕上げ研磨を行う工程と、を備えることを特徴とする。軸心を中心に３種類の研磨力を有するブラシ毛材が配置された研磨ブラシを第１３の発明の様に、軸心を中心に回転させると共に、被加工物を該研磨ブラシに対し相対的に一方向に移送させて、該ブラシ毛材に接触させることで、第１の研磨領域による粗研磨と、第２の研磨領域による中仕上げ研磨と、第３の研磨領域による仕上げ研磨と、を順に行うことができる。
【００２３】
また、第１４の発明は、第１３の発明に記載の研磨方法によって加工される被加工物が、シリコン、セラミックス、水晶、サファイア、砒化ガリウム、ガリウム燐、窒化ガリウム、炭化珪素単結晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、燐化インジウム、等の硬脆性材料であって、前記粗研磨によって前記被加工物の表面の微小クラックを除去し、前記中仕上げ研磨によって前記被加工物の表面の表面粗さを小さくし、前記仕上げ研磨によって前記被加工物の表面の表面粗さを更に小さくすることを特徴とする。本発明の研磨ブラシによって、被加工物の表面のマイクロクラックを除去する粗研磨と、前記粗研磨で生じた凹凸を研磨し、該被加工物の表面をなだらかにし、表面粗さＲｙを小さくする中仕上げ研磨と、該被加工物の表面粗さをさらに小さくするための仕上げ研磨と、を行うことができ、ウェハ製造時の不良製品の発生を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によって、１台の研磨ブラシで多段階の研磨加工を行う研磨ブラシと、研磨方法を提供することができる。複数台の研磨ブラシをブラシ加工装置に配置する必要がないため、ブラシ加工装置の小型化が可能となる。また、研磨ブラシを回転させる動力も１台で済むため、省力化が可能となり、省エネルギー化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態における研磨ブラシの一例を示す説明図である。図１（Ａ）は正面からみた断面を示す模式図、図１（Ｂ）は底面を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における研磨ブラシの研磨具を示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるブラシ加工装置を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるブラシ加工装置に使用する架台の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態における研磨ブラシの変更例を示す説明図である。図５（Ａ）は正面から見た断面を示す模式図、図５（Ｂ）は底面を示す模式図である。
【図６】先行技術を説明するための説明図である。図６（Ａ）は粗砥石と仕上げ砥石を一体に環状成型した砥石車、図６（Ｂ）は粒度の異なる砥粒層を環状に形成した研磨布、図６（Ｃ）は粒度の異なる砥粒を紙の上に固着させた研磨紙である。
【図７】水晶ウェハの製造工程を説明するフロー図である。
【図８】水晶ランバードの外観の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の研磨ブラシおよび該研磨ブラシを備えたブラシ加工装置の一例を、第１実施形態として図を用いて説明する。本実施形態では、粗加工を行うことができる第１の研磨領域と、仕上げ加工を行うことのできる第２の研磨領域と、を備える研磨ブラシも用いた。なお、本文中の上下左右方向は特に断りのない限り図中の方向を指す。また、本発明は実施形態の構成に限定されず、必要に応じて変更が可能である。
【００２７】
本実施形態の研磨ブラシ１０は、研磨ブラシ本体２０と、第１の研磨具３０と、第２の研磨具４０と、で構成される。
【００２８】
第１の研磨具３０と第２の研磨具４０と、は同じ構成のものを使用した。以下に、研磨具の構成を、第１の研磨ブラシ３０の構成を例にして、図２を用いて説明する。第１の研磨ブラシ３０は、砥粒としてダイヤモンド粒子を含有した複数本のブラシ毛材３１を束ねて、その外周部３１ａを結束部材３２により被覆して結束し、結束された複数本のブラシ毛材３１の基部３１ｂをブラシホルダ３３に把持して構成される。本実施形態では、ブラシホルダ３３には、ブラシ毛材３１の基部３１ｂが挿入される挿入穴３３ａと、研磨ブラシ本体２０に備えられたブラシ駆動部（図１（Ａ）の第１の回転盤２２が相当）に着脱自在とした固定部３３ｂと、が形成されており、ブラシ毛材３１の基部３１ｂは、挿入穴３３ａに接着剤などにより固定されている。
【００２９】
ブラシ毛材３１は、ダイヤモンド粒子の表面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金をコーティングしたものを砥粒として含有させた断面円形の樹脂からなるモノフィラメントである。このモノフィラメントは、樹脂に所定量の砥粒を混合した後に溶融紡出して作製され、必要に応じ延伸することによって得られる。
【００３０】
樹脂の種類は特に限定されないが、ポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、モノフィラメントとして従来用いられているナイロン樹脂などに比べて硬質であり、毛腰が強いため、こうして形成されるブラシ毛材３１を用いた研磨ブラシ３０の研磨力を大きくすることができる。
【００３１】
本実施形態で使用するポリエステル樹脂は、エチレン−２，６−ナフタレート単位を６０モル％以上含有するポリマーであり、ポリエチレンナフタレート樹脂を好適に用いることができる。エチレン−２，６−ナフタレート単位を６０モル％以上含有するポリエステル樹脂からなるモノフィラメントは、剛性が高く、研磨力を大きくすることができるため好ましい。このポリエチレンナフタレート樹脂は、４０モル％未満であれば、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸などのジカルボン酸成分、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコールなどのジオール成分を含有することができる。
【００３２】
ブラシ毛材３１の砥粒は、ダイヤモンド粒子の表面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金をコーティングして形成されている。本実施形態では、無電解鍍金によりダイヤモンド粒子の表面をニッケルでコーティングした砥粒を用いた。
【００３３】
砥粒に用いられるダイヤモンド粒子は一般に不定形だがその表面の凹凸（粗さ）は小さいために、その状態で樹脂材料に含有させた場合に、樹脂材料との結合力が小さく、研磨中にブラシ毛材から欠落しやすい。ダイヤモンド粒子の表面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金をコーティングすることにより、前記ダイヤモンド粒子表面の凹凸よりも大きな凹凸が形成されて樹脂材料に対するアンカー効果が生じるから、ブラシ毛材から欠落しにくくすることができる。これにより、高い研磨力を長時間保持して研磨を継続することができる。
【００３４】
前記のコーティング法としては、無電解鍍金以外に、スパッタ後に電解鍍金を行う、メカニカルアロイングで物理的に付着させるなど種々の方法を採用することができる。
【００３５】
ここで、コーティングするニッケルまたはニッケルを主成分とする合金の量は、砥粒全体の４５〜６５重量％であることが好ましい。４５重量％未満の場合には、砥粒の表面の凹凸が十分に形成されないためブラシ毛材との結合力が小さく、その結果、研磨中に砥粒の脱落が多くなって研磨効率が低下する。また、６５重量％を超える場合には、砥粒の表面の露出割合が少なくなるため、研磨効率が低下する。
【００３６】
また、砥粒に用いるダイヤモンド粒子の粒径を大きくすると研磨力が増大して研磨効率を向上させることができる。一方、前記ダイヤモンド粒子の粒径を小さくすると、大きな研磨力は得られないが、被研磨物の表面粗さを小さくすることができる。ここで、ダイヤモンド粒子の平均粒径は、５〜１５０μｍであることが好ましい。平均粒径が５μｍ未満の場合には十分な研磨力を得ることができず、平均粒径が１５０μｍを超える場合には、ブラシ毛材１１のモノフィラメントの強度が低下し、折れやすくなる。
【００３７】
ブラシ毛材３１に含有させる砥粒の量は、ブラシ毛材３１（ポリエステル樹脂）が１００重量部に対して１０〜４０重量部であることが好ましい。１０重量部未満の場合には、十分な量の砥粒がブラシ毛材１１の表面から露出しないので十分な研磨力を得ることができず、４０重量部を超える場合にはブラシ毛材３１の強度が低下し、折れやすくなる。
【００３８】
ブラシ毛材３１（モノフィラメント）の線径は、０．４〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。線径が０．４ｍｍ未満の場合には、ブラシ毛材１１の剛性が低くなるため、十分な研磨力を得ることができない。また、線径が１．０ｍｍを超える場合には剛性が高くなりすぎて、もろく、折れやすくなる。
【００３９】
結束部材３２は、ゴム、シリコンゴム、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料からなり、ブラシ毛材３１の外周部３１ａを被覆してブラシ毛材１１を結束する。なお、本実施形態の図２に示したブラシ毛材３１の先端部がわずかに露出された状態となっているのは、前記樹脂材料を被覆する工程において、ブラシ毛材１１の先端部を束ねるための図示しない仮止め具を取り付けた跡が示されているものであって、該仮止め具は、前記ブラシ毛材３１の外周部３１ａに被覆（塗布）された結束部材３２が乾燥し固化した後に、取り外しされるもので、その材料には、紐あるいは輪ゴムなどを用いることができる。
【００４０】
このように形成された結束部材３２は、ブラシ毛材３１を結束して研磨方向への変形を拘束するため、ブラシ毛材３１を長くしても、毛先側に十分な剛性を得ることができる。これにより、研磨ブラシ３０は高い研磨力を得ることができる。また、結束部材３２は樹脂材料で構成されているため、ブラシ毛材３１の先端部の研磨による消耗に応じて、徐々に結束部材３２が破断又は摩耗し、所望の剛性を維持しつつ、ブラシ毛材３１の先端を露出させて研磨を行うことができる。
【００４１】
ここで、結束部材３２は、樹脂材料の塗布に限らず、テープ、チューブを加熱などにより密着させて形成することもできる。また、ブラシ毛材３１の剛性が十分に得られるならば、外周部３１ａ全体を被覆する必要はなく、結束部材３２の長さ、外周部３１ａでの形成位置を任意に設定することができる。
【００４２】
次に、研磨ブラシの構成について図１（Ａ）を用いて説明する。研磨ブラシ本体２０は、シャフト端部ＳにフランジＦが同一の軸心となるように連結された駆動軸２１と、前記シャフト部ＳにボルトＢ２で係合される第１の回転盤２２および第２の回転盤２４と、前記第１の回転板１２の下方に位置し、前記シャフト部ＳにボルトＢ４で係合される補助ガイド板２７と、前記シャフト部Ｓの他端に底板２６を介してボルトＢ６で係合されるガイド板で構成される。
【００４３】
第１の回転盤２２は、第１の研磨具３０を着脱自在に配置するための第１の穴部２２ａが配置されている。前記第１の穴部２２ａにはマグネット（図示せず）が配置されており、第１の研磨具３０の基部である金属製のブラシホルダ３３の固定部３３ｂをマグネットにより該第１の穴部２２ａに挿嵌することができる。挿嵌された第１の研磨具３０はボルトＢ１で固定される。
【００４４】
第２の回転盤２４は、第２の研磨具４０を着脱自在に配置するための第２の穴部２４ａが配置されている。前記第２の穴部２４ａにはマグネット(図示せず)が配置されており、第２の研磨具４０の基部である金属製のブラシホルダ４３の固定部４３ｂをマグネットにより該第１の穴部２４ａに挿嵌することができる。挿嵌された第２の研磨具４０はボルトＢ２で固定される。
【００４５】
第１の研磨具３０の第１のブラシ毛材（以降、「ブラシ毛材Ａ」と記す）３１と、第２の研磨具４０の第２のブラシ毛材（以降、「ブラシ毛材Ｂ」と記す）４１と、は前記ガイド板の下方に所定の長さが露出している。この露出量は、研磨によってブラシ毛材Ａ３１およびブラシ毛材Ｂ４１が消耗することにより減少する。ブラシ毛材Ａ３１とブラシ毛材Ｂ４１とが消耗した分だけ、ボルトＢ３を緩めて、第１の回転盤２２と第２の回転盤２４とを同図下方に移動させることで、第１の研磨具３０および第２の研磨具を同図下方に移動することができる。この動作によって、ブラシ毛材の露出量を常に一定にすることができる。
【００４６】
第１の回転盤２２には、ブラシ具調整具２３がボルトＢ４で固定されている。ブラシ具調整具２３はねじ部を備えており、該ネジ部の一部が第２の回転盤２４を貫通し、該第２の回転盤２４の上部より露出している。また、該ネジ部にはナットＮが取り付けられており、該ナットＮを回転させることで第１の回転盤２２のみを同図上下方向に移動させることができる。ブラシ毛材Ａ３１の研磨力とブラシ毛材Ｂ４１の研磨力との差によっては、消耗量に差がでるため、この消耗量に応じて前記ブラシ具調整具２３でブラシ毛材Ａ３１とブラシ毛材Ｂ４１との露出量を同じにすることができる。
【００４７】
ガイド板２５および補助ガイド板２７は、第１の研磨具３０および第２の研磨具４０が貫通できる穴部が配置されている。第１の研磨具３０および第２の研磨具４０は研磨中に押圧力（同図上方向）が負荷されるため、ブラシ毛材がたわみ、折損する恐れがある。しかし、ガイド板２５および補助ガイド板２７の穴部によって、ブラシ毛材のたわみが規制されるので、折損することがなくなる。補助ガイド板２７は必要に応じて増加させてもよく、また配置しなくてもよい。
【００４８】
第１の研磨具３０および第２の研磨具４０は、図１（Ｂ）に示すように、前記駆動軸２１の軸心を中心に放射状となるようにそれぞれ配置することで、研磨ブラシ１０の底面に第１の研磨領域および第２の研磨領域を形成する。駆動軸２１の軸心を中心に回転している研磨ブラシ１０に対して被加工物を相対的に移送させながら（例えば、被加工物を左方から右方へ移送させる）、ブラシ毛材Ａ３１、ブラシ毛材Ｂ４１の順に被加工物と接触させて研磨加工を行う。これによって、第１の研磨領域による研磨加工と、第２の研磨領域による研磨加工と、の２段階の加工が１台の研磨ブラシで行うことができる。初期段階で、被加工物はブラシ毛材Ｂ４１と接触するが、その後ブラシ毛材Ａ３１と接触するため、初期段階でのブラシ毛材Ｂ４１は研磨加工に寄与しない。
【００４９】
ブラシ毛材Ａ３１は粗研磨を行い、ブラシ毛材Ｂ４１は仕上げ研磨を行う。そのため、ブラシ毛材Ａ３１に含有される砥粒（以降、「砥粒Ａ」と記す）の粒度は、ブラシ毛材Ｂ４１に含有される砥粒（以降、「砥粒Ｂ」と記す）の粒度に比べて相対的に粗くする（粗砥粒）必要がある。また、双方の砥粒の粒度の差が大きいと、ブラシ毛材Ａとブラシ毛材Ｂとの損耗量の差が大きくなる、或いはブラシ毛材Ａ３１によって被加工物の表面に生じた凹凸を、ブラシ毛材Ｂ４１によって研磨して被加工物の表面粗さＲｙを小さくすることが困難となる。そのため、砥粒Ａの粒度は３０〜８０μｍから選択し、砥粒Ｂの粒度は１０〜３０μｍから選択することが好ましい。
【００５０】
本実施形態の研磨ブラシ１０による研磨加工は、粗研磨および仕上げ研磨を、研磨条件のうち、研磨ブラシ１０の回転数および被加工物の研磨ブラシ１０に対する相対的な移送速度が同一の条件にて研磨加工を行う必要がある。第１の研磨領域の面積と、第２の研磨領域の面積との比を適切に調整することで、前述の研磨条件で粗研磨と仕上げ研磨を行うことができる。第１の研磨領域の面積に対する第２の研磨領域の面積の比（「第２の研磨領域の面積」／「第１の研磨領域の面積」）は１．０〜３．０であることが好ましい。
【００５１】
なお、本実施形態では、ブラシ毛材を束ねた研磨具を着脱自在に取り付けた研磨ブラシ１０について説明したが、ブラシ毛材は研磨ブラシ１０の底部に相当するガイド板に直接植設させても、第１の回転盤および第２の回転盤に直接植設させてもよい。ブラシ毛材が消耗したら、ブラシ毛材が植設されている前記ガイド板、第１の回転盤、第２の回転盤ごと交換する。
【００５２】
本実施形態のブラシ毛材の材質は、被加工物の材質、形状、および加工目的に応じて適宜変更することができる。例えば、ポリエステル樹脂を選択する場合には、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリメチレンナフタレート、ポリテトラメチレンナフタレート、ポリプロピレンナフタレート、又はこれらを主成分とする共重合ポリエステルなどを使用することができる。また、ブラシ毛材に高い柔軟性が求められる場合はナイロン系樹脂等を使用することができる。
【００５３】
本実施形態のブラシ毛材の砥粒は、被加工物の材質、形状、および加工目的に応じて適宜変更することができる。例えば、被加工物が比較的切削しやすい材質の場合は、一般的に切削加工で使用される砥粒（例えば、アルミナ系砥粒（アランダム）や炭化珪素系（カーボランダム）やジルコニアアルミナ系砥粒）を使用してもよい。
【００５４】
次に、本実施形態の研磨ブラシによる研磨加工について、太陽電池パネルに使用されるシリコンブロックの外周面の研磨を例に説明する。シリコンブロックは、結晶構造が結晶系と、非結晶系との２種類が広く知られている。結晶系のシリコンブロックは、ＣＺ法やベルヌーイ法にて成長させて形成させた円柱状のシリコンインゴットの両端部を切断し、かつ適当な長さに切断した後、角部に前記円柱の外周面が残るように切断して四角柱状とすることで得られる。非結晶系のシリコンブロックは、熔解した原料を鋳込型に流し込んで成型した後、四角柱状のシリコンインゴットをワイヤソーまたはバンドソーで適当な大きさに切断して得られる。本実施形態は、被加工物として非結晶系のシリコンブロックを研磨加工する場合を例に説明する。
【００５５】
ブラシ加工装置６０は、図３に示すように、研磨ブラシ１０のフランジＦにモータ等の回転手段Ｍを連結させたブラシユニット６１と、被加工物Ｗを所定の位置で把持し、被加工物Ｗを同図左右方向に移送することができる移送手段６２と、被加工物Ｗの高さ位置を検出するための高さ位置検出手段６３と、被加工物Ｗの加工面の高さ位置と加工条件を入力し、演算を行うことができる制御手段６４と、を備える。
【００５６】
まず、加工目標寸法を演算するために、加工目標寸法となるシリコンブロック（マスターワーク）を使用する。被加工物Ｗまたはマスターワークの設置位置（図中２点鎖線で示す位置）にて、被加工物Ｗを架台６５に載置する。この際、被加工物Ｗの紙面垂直方向の中心位置を設定するために、架台６５は図４に示す形状としてもよいし、機械的に設定する手段（例えば、該被加工物Ｗの両側面側（紙面垂直方向）から中心位置設定手段が突出することで中心位置を設定する）を用いてもよい。その後、マスターワークの両端面に向けて把持具６２ａが前進し、該把持具６２ａによってマスターワークが把持される。具体的には、図中右側の把持具６２ａが基準位置ＢＰまで左方に前進した後、図中左側の把持具６２ａが右方に前進することで、マスターワークが把持される。マスターワークが把持手段６２ａによって把持された後、前記架台６５を取り外す。移送手段６２は、把持した被加工物Ｗを図中左右方向に移送するための移送具６２ｂを備えている。
【００５７】
高さ位置検出手段は、ブラシユニット６１の左方に配置されている。マスターワークを右方に移送させることで、マスターワークの高さ位置、すなわち加工目標寸法を測定する。測定された高さ位置は、自動的に制御手段６４に入力される。マスターワークの高さ位置を測定後、マスターワークは設置位置に戻る。設置位置に戻ったマスターワークは、架台６５にされた後、把持具６２ａの後退により移送手段６２による把持が解除される。
【００５８】
マスターワークと被加工物Ｗを交換し、被加工物Ｗを前述のように移送手段６２に把持した後、高さ位置を測定する。測定された高さ位置は、自動的に制御手段６４に入力される。被加工物Ｗの高さ位置の測定後、被加工物Ｗは設置位置ＳＰに戻る。
【００５９】
マスターワークの高さ位置と被加工物Ｗの高さ位置と、制御手段に手動であらかじめ入力されている研磨ブラシ１０の切り込み量（学術用語：「定寸切込み」に属する）と、を演算することで、ブラシユニット６１を被加工面（図中下方）へ移動させる量が決定される。具体的には、｛（「マスターワークの高さ位置」−「被加工物Ｗの高さ位置」）／２＋切り込み量｝の分がブラシユニット５１の移動量となる。演算結果の信号が制御手段６４より出力され、ブラシユニット６１が所定の距離だけ下方に移動する。
【００６０】
また、制御手段６４には、切り込み量の他に、研磨ブラシ１０の回転速度、被加工物Ｗの移送速度、等の加工条件があらかじめ手動で入力されている。これらの加工条件に従って制御手段より信号が出され、ブラシ加工装置６０の動作が制御される。
【００６１】
前記信号に従って、所定の回転数で研磨ブラシ１０を回転させると共に、被加工物Ｗを前記信号に従って所定の速度で右方に移送させる。被加工物Ｗを右方に移送させることで、移送されている被加工物Ｗの表面に、回転している研磨ブラシ１０の毛材を接触する。研磨ブラシ１０は、前記演算に基づいて下方に移動していることから、ブラシ毛材が被加工物Ｗに押圧されるので、被加工物Ｗ表面の研磨が進行する。この間も被加工物Ｗは右方に移送されているので、被加工物Ｗはブラシ毛材Ａ３１、ブラシ毛材Ｂ４１、の順に接触する。これにより、粗研磨と仕上げ研磨とが完了する。被加工物Ｗが再右方に到達したら、研磨ブラシ１０の回転が止まり、ブラシユニット５１が上昇する。その後、被加工物Ｗは左方に移送され、前記設置位置に到達する。被加工物Ｗを架台６５に載置した後、把持手段６２ａを後退させて被加工物Ｗの把持を解除する。被加工物Ｗを９０度回転させ、把持手段６２ａを前進させて把持させた後、同様の行程にて研磨加工を行う。これを繰り返すことで、４辺の研磨加工が完了する。４辺の研磨加工が完了した後、被加工物Ｗを４５度回転させ、把持手段６２ａを前進させて把持させた後、同様の行程にて角部の研磨加工を行う。角部の研磨加工終了後、把持手段６２ａを後退させて被加工物Ｗの把持を解除した後、被加工物Ｗを９０度回転させ、把持手段５２ａを前進させて被加工物Ｗを再度把持した後、同様の研磨加工を行う。これを繰り返すことで、４辺の平面および４つの角面の研磨加工が完了する。
【００６２】
また、実施形態では、被加工物Ｗを右方に移送させたが、ブラシユニット６１を左方に移送させてもよく、被加工物Ｗおよびブラシユニット６１の双方を移送させてもよい。
【００６３】
また、ブラシユニット６１を、被加工物Ｗの軸心に対して所定の角度をもつように、複数台配置してもよい。例えば、被加工物Ｗが四角柱形状の場合、平行する異なる２辺を研磨加工する様に配置してもよい。同時に２辺を研磨加工できるので、加工時間が１／２となり、加工効率が向上する。
【００６４】
実施形態に記載の研磨ブラシおよびブラシ加工装置を用いて、四角柱状の多結晶系シリコンブロックの研磨試験を行った結果について説明する。ブラシ毛材Ａに含有される砥粒Ａの粒度を＃２４０および＃５００（ＪＩＳ  Ｒ６００１：１９９８に規定される）とし、ブラシ毛材Ｂに含有される砥粒Ｂの粒度を＃８００および＃１，１００とした。ブラシ毛材Ａを備える第１の研磨具を９〜１５本、ブラシ毛材Ｂを備える第２の研磨具を１５〜２４本、研磨ブラシに配置した。研磨ブラシの１，４００ｍｉｎ−１の回転速度で回転させ、切り込み量が０．５ｍｍとなるように研磨ブラシを移動させると共に、被加工物であるシリコンブロックを２０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移送させて研磨加工を行った。研磨加工後、シリコンブロックの４角近傍の高さ位置をダイヤルゲージで測定し、この測定結果と研磨加工前のシリコンブロックの４角近傍の高さ位置と比較することで、研磨加工によって表面が削られた量（削り量）を測定した。また、表面粗さＲｙを表面粗さ計にて測定した。研磨加工は表１に示す条件に対してそれぞれ３本ずつ行い、削り量および表面粗さＲｙはそれぞれ３本の測定結果の平均値とした。
【００６５】
【表１】
0005843155.tif 000002
【００６６】
この試験に用いたシリコンブロックの表層に存在する微小クラックの深さの最大深さは、６０〜８０μｍ程度である。このシリコンブロックを研磨する場合、砥粒Ａの粒度が＃５００では研磨力が不足し、微小クラックを完全に消滅させることができない（比較例４〜６）。また、＃８００の砥粒を含有するブラシ毛材を備える研磨具の本数を増やして配置しても十分な研磨力を得ることができない（比較例２）。本実施例においては、砥粒Ａの粒度が＃２４０であり、かつ９本以上配置した場合に十分な研磨力を得ることができる（実施例１〜４，比較例１）。６本の場合は十分な研磨力を得ることができなかった（比較例３）。
【００６７】
また、研磨後にシリコンブロックをスライス加工するためには、表面粗さＲｙは小さい方が好ましい。実施例１〜実施例４では、研磨加工後の表面粗さＲｙが１μｍ程度、特に実施例１では０．８μｍと小さい値を得ることができた。実施例１の場合は、ブラシ毛材Ａによる研磨加工で生じた凹凸を、第２の研磨具による研磨加工で十分になだらかにすることができたので、表面粗さＲｙが実施例２〜４にくらべ小さくなったと考えられる。
【００６８】
実施例１のシリコンブロックをスライス加工してシリコンウェハを作成した場合の不良製品発生率と、研磨加工をしていないシリコンブロックからシリコンウェハを作成した場合の不良製品発生率とを比較したところ、不良品の発生率は約２％減少していた。本発明の研磨ブラシによって研磨加工することで、シリコンウェハを作成する際の不良製品発生率を減少させることができた。
【００６９】
以上の結果から、本発明の研磨ブラシによって、粗研磨と仕上げ研磨を一度に行うことができることが分かった。その際、被加工物の物性や研磨目的に合わせて、ブラシ毛材に含有する砥粒の粒度や面積比を適宜選択することで、より効率よく研磨加工を行うことができることが示唆された。
【００７０】
なお、前記研磨試験は、被加工物Ｗとして四角柱状のシリコンブロックの加工を例に説明したが、被加工物Ｗの形状は、四角柱状に限られない。たとえば、結晶系のシリコンブロックやサファイヤブロックの様な円柱状のブロックを研磨加工する場合は、移送手段６２に、被加工物Ｗをその軸心を中心に回転させる手段を具備させ、被加工物Ｗをその軸心を中心に回転させながら移送させて研磨加工をおこなってもよい。また、水晶ランバードのような異形状のブロックを研磨加工する場合は、把持具６２ａの形状を被加工物Ｗの形状に合わせた形状に変更して被加工物Ｗを把持して研磨加工を行ってもよい。
【００７１】
次に、前記実施形態の第２実施形態について説明する。ここでは、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図５に示すように、第２の研磨具４０より外周側に、砥粒Ｂの粒度よりさらに細かい粒度の砥粒（以降、「砥粒Ｃ」と記す）を含有する第３のブラシ毛材（以降、「ブラシ毛材Ｃ」と記す）５１を備える第３の研磨具５０を配置してもよい。ブラシ毛材Ａによる研磨加工で被加工物Ｗの微小クラックを消滅、または十分に微細化させる。次いで、ブラシ毛材Ｂによる研磨加工で、第１の研磨具３０による研磨加工で生じた凹凸をなだらかにする。次いで、ブラシ毛材Ｃによる研磨加工で、前記凹凸を更になだらかにすることで、表面粗さＲｙが小さい被加工物Ｗを得ることができる。例えば、前述の実施例１の条件に、さらに砥粒Ｃの粒度が＃８００〜＃１，２００である第３の研磨具５０を配置することで、さらに表面粗さＲｙを小さくすることができる。
【００７２】
また、砥粒Ａの粒度を＃２４０より粗くし、砥粒Ｂの粒度を＃２４０、砥粒Ｃの粒度を＃８００とすることもできる。前述の実施例１よりさらに研磨ブラシ１０の移送速度を速くしても同等の被加工物Ｗを得ることが見込めるので、加工効率が向上する。
【００７３】
砥粒Ａの粒度と砥粒Ｂの粒度と砥粒Ｃの粒度との関係が、砥粒Ａ＜砥粒Ｂ＜砥粒Ｃであれば、第１の研磨領域の面積に対する第２の研磨領域の面積との比（「第２研磨領域の面積」／「第２研磨領域の面積」）が１．０〜３．０となるように選択し、さらに第２研磨領域の面積に対する、第３研磨具によって形成される第３の研磨領域の面積との比（「第３の研磨領域の面積」／「第２の研磨領域の面積」）が１．０〜３．０となるように選択することが望ましい。第２の研磨領域で研磨した後に被加工物に残る凹凸を第３の研磨領域で目的の表面粗さになるようになだらかにすることができる。
【００７４】
被加工物Ｗの材質、研磨ブラシ１０の大きさに合わせて、ブラシ毛材を４列以上配置してもよい。
【００７５】
また、３列以上のブラシ毛材を配置した場合、隣り合う研磨具が備えるブラシ毛材に含有される砥粒の粒度を同じとしてもよい。例えば、図５のように３列の研磨具を配置した場合、砥粒Ｂの粒度と、砥粒Ｃの粒度と、を略同一としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明により加工された硬脆性の結晶材料のブロックは、ワイヤソーやバンドソーにより薄く切断された後、切断面をラッピング研磨することでウェハを得ることができる。例えば、薄膜太陽電池パネル等の各種半導体基板に用いられるシリコンウェハ、電子デバイスや光学基板に用いられる石英ウェハ、ＬＥＤ基板などに用いられるサファイアウェハや砒化ガリウムウェハやガリウム燐ウェハや窒化ガリウムウェハ、パワーデバイス等に用いられる炭化珪素単結晶ウェハ、ＳＡＷフィルタに用いられるタンタル酸リチウムウェハやニオブ酸リチウムウェハ、超高速半導体素子に用いられる燐化インジウムウェハ等、あらゆるウェハの製造に適用することができる。
【００７７】
また、水晶ウェハは、図７に示すように、水熱育成法等によって結晶を成長させて人工水晶を得る結晶育成工程（図７（Ａ）参照）、前記人工水晶の軸方向を明確にするために表面を研削して水晶ブロック（以降、「水晶ランバート」と記す）を得るランバード加工（図７（Ｂ）参照）、ランバード加工された人工水晶を周波数特性に合わせて所定の角度で薄くスライスする切断工程（図７（Ｃ）参照）、スライスされた人工水晶同士をワックス等で張り合わせて塊状体を形成する（例えば５０〜７０枚）固定工程（図７（Ｄ）参照）、前記塊状体の外形をウェハとしての外形の寸法を調整するために研磨する外形研磨工程、前記ワックス等を取り除く剥離工程（図７（Ｅ）参照）、を経て水晶ウェハを得ることができる（図７（Ｆ）参照）。本発明の研磨ブラシは、前記切断工程の前の研磨加工の他、前記外形研磨工程における研磨加工にも適用することができる。切断工程での割れや欠けによる不良製品の発生ばかりでなく、後工程において、微小クラックを基点にクラックが成長した粗大クラックの発生を抑制することができ、不良品の発生を抑制することができる。後工程とは、例えば水晶ウェハを使用して水晶振動子を製造する場合は、研磨により周波数に合わせた厚みに調整する工程、これをワックス等で貼り合わせる工程、これを所定の設計寸法に切断する工程、水晶片の中央に振動を集中させるためにエッジを研削するベベル加工、前記ワックス等を取り除く工程、加工変質を除去し周波数の精度を向上させるエッチング工程、蒸着法等による電極を形成する工程、周波数の最終調整後ケーシングに封入する工程、などが挙げられる。
【符号の説明】
【００７８】
１０                  研磨ブラシ
２０                  研磨ブラシ本体
２１                  駆動軸
２２                  第１の回転盤
２２ａ                穴部
２３                  ブラシ具調整具
２４                  第２の回転盤
２４ａ                穴部
２５                  ガイド板
２６                  底板
２７                  補助ガイド板
３０                  第１の研磨具
３１                  第１のブラシ毛材（ブラシ毛材Ａ）
３１ａ                外周部
３１ｂ                基部
３２                  結束部材
３３                  ブラシホルダ
３３ａ                挿入穴
３３ｂ                固定部
４０                  第２の研磨具
４１                  第２のブラシ毛材（ブラシ毛材Ｂ）
４１ａ                外周部
４１ｂ                基部
４２                  結束部材
４３                  ブラシホルダ
４３ａ                挿入穴
４３ｂ                固定部
５０                  第３の研磨具
５１                  第３のブラシ毛材（ブラシ毛材Ｃ）
６０                  ブラシ加工装置
６１                  ブラシユニット
６２                  移送手段
６２ａ                把持具
６２ｂ                移送具
６３                  高さ位置検出手段
６４                  制御手段
６５                  架台
Ｆ                    フランジ
Ｓ                    シャフト
Ｂ１〜Ｂ６              ボルト
Ｗ                    被加工物
ＢＰ                  基準位置
【図１】
0005843155.tif 000003
【図２】
0005843155.tif 000004
【図３】
0005843155.tif 000005
【図４】
0005843155.tif 000006
【図５】
0005843155.tif 000007
【図６】
0005843155.tif 000008
【図７】
0005843155.tif 000009
【図８】
0005843155.tif 000010