(57)【要約】      （修正有）【課題】高能率かつ長寿命化を実現できる研磨方法および研磨装置を提供する。【解決手段】内部にバインダを含まず、多数の一次粒子がその間に空隙が形成されている状態で固定砥粒を結合している粒状の多孔質体にすることによって、遊離砥粒による固定砥粒先端へのドレッシング効果が確実に得られた。図３−２のＡで説明すると、遊離砥粒２２の添加は固定砥粒２０の前記固定砥粒加工物の被加工面に作用する加工面の磨耗を促進させることより、加工物の被加工面に耐えずに微細な切刃発生を促進させることで、遊離砥粒とのミックス効果により加工能率の高い状態が長時間維持される。図３−２のＢには、研磨具が研磨パッドあるいは研磨砥石の場合の目たて様子を示す。このように、砥石と結合材が同時にドレッシングされるが、上記実施例１と同様に、前記固定砥粒の被加工面に作用する部分が目たてされて、結合材からの脱落はなかった。【選択図】  図３−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス質基板やシリコンウェーハの酸化膜やセラミックス基板などの硬脆材料を対象とした研磨加工法であって、
内部にバインダを含まず、空隙が形成されている多孔質体からなる砥粒を固定した固定砥粒研磨工具と、加工物の被加工面との間に遊離砥粒スラリーを介在させ、当該遊離砥粒により、前記固定砥粒の加工物の被加工面に作用する部分を目たてすることを特徴とする表面研磨加工方法。
【請求項２】
ガラス質基板やシリコンウェーハの酸化膜やセラミックス基板などの硬脆材料を対象とした研磨加工法であって、前記遊離砥粒スラリーに、界面活性剤を添加したことを特徴とする請求項１に記載の表面研磨加工方法。
【請求項３】
前記界面活性剤として、ニトリロトリエタノール、ステアリン酸、アルカノールアミン、またはグリセリンエステル系のいずれか１種のもの、あるいはそれの２種以上を混合して配合したものを用いることを特徴とする請求項１に記載の表面研磨加工方法。
【請求項４】
前記固定砥粒を結合材により基材上に保持させた固定砥粒研磨工具の加工面において、粗さ曲線パラメータ最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）は１０μｍから１２０μｍまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の表面研磨加工方法。
【請求項５】
ガラス質基板やシリコンウェーハの酸化膜やセラミックス基板などの硬脆材料を対象とした研磨加工法であって、前記固定砥粒は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、前記遊離砥粒は酸化セリウム（ＣｅＯ２）を用いたことを特徴とする請求項１に記載の表面研磨加工方法。
【請求項６】
前記固定砥粒は内部にバインダを含まず、多数の一次粒子が部分的に、かつ、その間に空隙が形成されている状態で結合している粒状の多孔質体であって、圧縮破壊強度が２０ＭＰａから１６０ＭＰａまでの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の表面研磨加工方法。
【請求項７】
前記固定砥粒は内部にバインダを含まず、多数の一次粒子が部分的に、かつ、その間に空隙が形成されている状態で結合している粒状の多孔質体であって、前記固定砥粒の平均粒径が２０μｍから２００μｍまでの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の表面研磨加工方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の表面研磨加工法において、研磨加工プロセス中に前記加工物の被加工面における研磨抵抗をセンサーで検知し、研磨加工時における研磨抵抗の検知信号をコンピュータにフィードバックし、この検知信号のもとに前記固定砥粒を保持する固定砥粒研磨工具の加工面の磨耗状態をモニタリングし、前記固定砥粒研磨工具の使用寿命を検知し、工具交換のタイミングを判断することを特徴とする表面研磨加工法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の表面研磨加工法を実施する表面研磨加工装置であって、研磨加工プロセス中に前記加工物の被加工面における研磨抵抗を検知するセンサーを設けてあり、研磨加工時における研磨抵抗の検知信号をコンピュータにフィードバックし、この検知信号に基づいて、前記固定砥粒を保持する固定砥粒研磨工具の加工面の磨耗状態をモニターでモニタリングし、当該モニタリングによって前記固定砥粒研磨工具の使用寿命を検知し、工具交換のタイミングを判断することを特徴とする表面研磨加工装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７の表面研磨加工法において、研磨加工中に、加工物の被加工面に対し、常に前記固定砥粒研磨工具の新しい加工面を供給する方法であって、加工物の被加工面における研磨抵抗を前記センサーで検知し、この研磨加工時における研磨抵抗の検知信号をコンピュータにフィードバックし、この検知信号に基づいて前記固定砥粒を固定した固定砥粒研磨工具の加工面の磨耗状態をモニタリングして、その加工面の使用寿命を検知し、当該検知情報に基づいて、前記固定砥粒研磨工具の新しい加工面を供給することを特徴とする表面研磨加工法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項７に記載の表面研磨加工法による研磨加工中に、加工物の被加工面に対し、常に前記固定砥粒研磨工具の新しい加工面を供給する表面研磨加工装置であって、研磨加工中に、前記加工物の被加工面における研磨抵抗をセンサーにより検知し、当該検知信号をコンピュータにフィードバックし、この検知信号に基づいて、前記固定砥粒を固定した固定砥粒研磨工具の加工面の磨耗状態をモニタリングし、上記加工面の使用寿命を検知し、当該検知情報に基づいて、前記固定砥粒研磨工具の新しい加工面を供給することを特徴とする表面研磨加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン、ガラス等の硬脆材料や、鉄鋼、アルミニウム等の金属材料を仕上げ加工するための研磨具およびそれを用いた加工方法、加工装置に関するもので、長期にわたって安定して、高品位研磨加工を高能率で行うことができる表面研磨加工方法及び加工装置を提供するものであり、
ガラス製品の研磨加工工程、半導体デバイスウェーハの平坦化プロセスに有効に利用することができるものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハやガラスディスクをはじめ、各種硬脆材料からなる部品の平坦化のために、遊離砥粒を用いた研磨加工が施される。この平坦化プロセスは良好な研磨面が得られる反面、反りやだれや表面段差などが生じやすく、加工面形状精度が悪くなる問題が指摘されている。
これに対し、従来の研磨仕上げと同等な優れた仕上げ面粗さを得ることのできる、高形状精度が得られやすい固定砥粒加工工具（たとえば砥石など）の開発が各方面で活発に行われている。しかし、砥石といった固定砥粒加工方式にはさまざまな欠点がある。その最も代表的な例として、研磨加工の進行に伴い、目詰まり（研磨くずが砥石の加工面に留まり切れ味が低下すること）や目つぶれ（切れ刃の鈍化）が生じるため、所定の研磨特性を維持されなくなる。従って、通常は機械的、あるいは電気的な手法でドレッシングすることが必要不可欠である。
【０００３】
この問題を解決するものとして、例えば、特開２００４−１６０６２８号公報には、研磨用テープのドレッシング方法として、研磨用テープの研磨面に向けて、ノズルから高圧の洗浄液を噴射する。その洗浄液は、高圧で噴射されることにより空中で霧粒状になり、霧粒状体が研磨用テープに勢いよく衝突することによって、研磨用テープの微粒子研磨材間に詰まった研磨屑を叩き出させる、というドレッシング方法を開示している。しかし、この方法では、装置の複雑化だけではなく、工具である研磨用テープに大きな衝撃を与え振動を与えるために、高加工面品位を実現するのは困難である。
【０００４】
さらに、特開平１０−２９６６１０号公報には、固定砥粒工具である研磨ホイルに遊離砥粒を供給して、加工物を研磨する方法が開示されている。このプロセスでは、従来のドレッサーによるドレッシングではなく、遊離砥粒の併用により、研磨ホイルの摩滅した固定砥粒を結合材から脱落させ、気孔部の目詰まりを除去し、そして、その脱落部やほかの気孔部分に、順次供給される遊離砥粒が保持されて高い研磨能力を維持できると主張されている。
しかし、この方法では、研磨ホイル表層にある固定砥粒の脱落を促進させることが可能だと考えられるが、脱落した部分と他の気孔部はともに遊離砥粒を保持する機能を奏するものであり、従来の研磨布（パッド）の作用となんら変わりがなく、固定砥粒工具と遊離砥粒ミックス効果のメリットは存分に発揮されないと考えられる。
【０００５】
これらの課題に対し、様々に研究を重ねた結果、加工対象物にもよるが、高加工面品位（スクラッチフリー、高形状精度）を維持しながら、高加工能率を実現し、そしてその加工能率を長く維持させ、長時間加工できる特性を得るには、固定砥粒を結合材から脱落させることなく、砥粒先端を平坦化磨耗させ、絶えず微細な切刃発生を促進させ、加工物の被加工面に固定砥粒と遊離砥粒のミックス効果が常に維持されることは極めて効果的であることが判明した。また、複雑なドレッシング方法を用いずに、供給する遊離砥粒により砥粒先端を平坦化磨耗させ、絶えず微細な切刃発生を促進させることによって、ドレッシング工程が簡略化されるので、高度な知識と経験が要求される煩雑なドレッシング工程は不要になる。
【特許文献１】特開平１０−２９６６１０号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、これらに着目してなされたもので、安定にナノメータオーダの優れた加工面品位を長時間、安定した高加工能率に得るための加工方法・装置を提供することであり、
この発明の課題は、固定砥粒を結合材から脱落させることなく、砥粒先端を平坦化磨耗させ、耐えず微細な切刃の発生を促進させ、加工物の被加工面に固定砥粒と遊離砥粒のミックス効果を常に維持させた研磨特性、および遊離砥粒の固定砥粒へのドレッシング効果に着目して、ナノメータオーダの優れた加工面品位を損なうことなく、従来の研磨具よりさらに高研磨能率かつ長寿命化を実現できる研磨方法および研磨装置を工夫することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔解決手段〕（請求項１に対応）
この発明の解決手段は、ガラス質基板やシリコンウェーハの酸化膜やセラミックス基板などの硬脆材料を対象とした研磨加工法を前提として、
内部にバインダを含まず、空隙が形成されている多孔質体からなる砥粒を固定した固定砥粒工具と、加工物の被加工面との間に遊離砥粒を介在させ、当該遊離砥粒により、前記固定砥粒の加工物の被加工面に作用する部分を目たてし、固定砥粒と遊離砥粒の２種類の砥粒として作用させることである。
〔作用〕
固定砥粒の先端を遊離砥粒により平坦化磨耗させることにより、微細な切刃発生を促進させ、加工物の被加工面に、常に、微細な切刃を持った固定砥粒と、遊離砥粒の２種類の砥粒を作用させることになる。また、目たてする方法は従来の遊離砥粒と固定砥粒併用の方法（上記の従来技術を参照）と違って、固定砥粒を固定する結合材から脱落させることではなく、前記固定砥粒の加工物の被加工面に作用する部分を遊離砥粒で研磨して目たてを行う。
【０００８】
〔実施態様１〕（請求項２，３，４に対応）
実施態様１は、解決手段について、前記遊離砥粒スラリーに界面活性剤を添加するとともに、固定砥粒研磨工具の加工面における粗さ曲線パラメータ最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）は、１０μｍから１２０μｍまでの範囲に調整することである。
この実施態様１により、確実に、加工面に対し固定砥粒の先端を平坦化磨耗させ、絶えず微細な切刃発生を促進させ、目詰まりを抑制することができる。
【０００９】
〔実施態様２〕（請求項２対応）
実施態様２は、解決手段について、前記遊離砥粒スラリーに界面活性剤を添加することであり、このことにより、加工中に遊離砥粒の沈殿を抑制し、より多くの遊離砥粒を固定砥粒の表面に保持させ、固定砥粒の先端を平坦化磨耗させることができる。
【００１０】
〔実施態様３〕（請求項３対応）
実施態様３は、解決手段について、上記固定砥粒研磨工具の加工面における粗さ曲線パラメータ最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）は１０μｍから１２０μｍまでの範囲に調整することであり、このことにより、遊離砥粒によるドレッシング効果を確保することができる。Ｒｚが１０μｍより小さい場合、研磨具の加工面が平滑しすぎて、固定砥粒の加工物の被加工面への切り込みができなくなる。一方、Ｒｚが１２０μｍを超えた場合、遊離砥粒によるドレッシング効果が少なくなると同時に、研磨具の表面の凹凸が激しすぎて、加工物の被加工面に新たにスクラッチなどの加工ダメージを与える可能性が高くなる。
【００１１】
〔実施態様４〕（請求項５，６，７に対応）
実施態様４は、解決手段について、遊離砥粒として酸化セリウムを選択し、前記固定砥粒は酸化ジルコニウムから構成され、内部にバインダを含まず、多数の一次粒子が部分的に、かつ、その間に空隙が形成されている状態で結合している粒状の多孔質体で、圧縮破壊強度が２０ＭＰａから１６０ＭＰａ、その平均粒径が２０μｍから２００μｍまでの範囲内であるものである。
〔作用〕
この手法により、酸化ジルコニウムから構成れた固定砥粒の圧縮破壊強度が２０ＭＰａから１６０ＭＰａに調整されていることで、酸化セリウムによる遊離砥粒により固定砥粒の先端を平坦化磨耗させる。圧縮破壊強度が２０ＭＰａより低い場合、砥粒の磨耗が一気に進み、固定砥粒の働きがなくなる。一方、圧縮破壊強度が１６０ＭＰａよりも高い場合、砥粒先端の磨耗はなかなか進まず、加工物の被加工面に対する新たな微細な切刃の供給がなされなくなるから、スクラッチの発生につながる。
また、固定砥粒の平均粒径が２０μｍから２００μｍまでの範囲内にすることによって、確実に固定砥粒の突き出し量を確保し、請求項３に記載の研磨工具の表面粗さ曲線パラメータ最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）は１０μｍから１２０μｍの範囲にすることができる。
【００１２】
〔実施態様５〕（請求項７，８，９，１０に対応）
実施態様５は、解決手段について、研磨加工中に前記加工物の被加工面における研磨抵抗を検知するセンサーを設け、研磨加工時における研磨抵抗の検知信号をコンピュータにフィードバックし、この検知信号に基づいて前記固定砥粒を保持する固定砥粒研磨工具の加工面の磨耗状態をモニタリングし、前記固定砥粒研磨工具の使用時間を管理することである。
〔作用〕
この実施態様５の手法により、研磨工具の使用寿命が検知され、常に加工物に被加工面に固定砥粒研磨工具の使用済み部分を排除し、研磨工具の新しい加工面を供給することにより、高加工面を安定して長時間に亘って高加工能率で実現することができるだけではなく、研磨工程全体を簡素化することもできる。
なお、上記の「研磨工具の使用寿命」は、加工対象であるワーク，加工条件及び所望の加工品質と加工能率にもよるが，一般的に従来の研磨布や研磨砥石などの工具を使用した場合、固定砥粒の目こぼれ、目詰まりなどにより砥粒がワーク表面に切込めなくなり、加工ができなくなることと同様の意味である。
また、上記の固定砥粒研磨工具の加工面の「磨耗状態」は、砥粒の先端部（加工対象物の被加工面に接する部分）が平坦化磨耗による円形部分の面積，それにあわせて磨耗した砥粒の数を意味する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、内部にバインダを含まず、空隙が形成されている多孔質体からなる砥粒を固定した固定砥粒工具と、加工物の被加工面との間に遊離砥粒を介在させ、当該遊離砥粒により、前記固定砥粒の加工物の被加工面に作用する部分を目たてして、微細な切刃発生を促進させ、加工物の被加工面に常に、微細な切刃を持った固定砥粒と、遊離砥粒の２種類の砥粒を作用させる。これにより、固定砥粒の表面に常に新しい微細な切刃が生成され、加工物の被加工面に固定砥粒と遊離砥粒による研磨作用を与え、研磨加工の高品位を高加工能率で、安定して長時間にわたって確保することができる。
【００１４】
請求項２，３，４記載の発明によれば、
遊離砥粒の沈殿を抑制され、より確実に固定砥粒の上部先端に遊離砥粒が保持され、確実に遊離砥粒による固定砥粒の先端を平坦化磨耗させることができ、従来の固定工具における目詰まりや砥粒脱落を抑制することができる。
【００１５】
請求項５，６，７記載の発明によれば、
固定砥粒の圧縮破壊強度が２０ＭＰａから１６０ＭＰａに調整することで、遊離砥粒により固定砥粒の先端を平坦化磨耗させる。２０ＭＰａより低い場合、砥粒の磨耗が一気に進み、固定砥粒の働きがなくなる。一方、１６０ＭＰａよりも高い場合、砥粒先端の磨耗はなかなか進まず、加工物の被加工面に微細な切刃の供給が維持されなくなるから、スクラッチの発生につながる。また、平均粒径２０μｍから２００μｍまでの範囲内にすることによって、確実に固定砥粒の突き出し量を確保することができる。
【００１６】
請求項８，９，１０，１１記載の発明によれば、
固定砥粒研磨工具の磨耗状態が把握され、工具の張替えのタイミング、あるいは工具の順送り速度の制御はより簡素化され、加工工程のコストは大幅に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施例を説明する。
この発明の固定砥粒、基材、バインダの具体例としては次のようなものがある。
（ａ）固定砥粒としては、加工対象物にもよるが、一般には硬質無機材料であって、平均粒径が５μｍ以下の超微細粒子が適する。通常の砥粒に供する材料は、シリカ、セリア、ダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナ、炭化珪素、酸化ジルコニウム等である。研磨材粒子は超微細な粒子が部分的に、かつ、空隙を形成して、お互いに結合している超微細研磨材粒子集合体はゾルゲル法、スプレードライヤー、焼結等の手段でつくることができる。
（ｂ）基材としては、軟質のもの例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、布、不織布、あるいはそれらを組み合わせたものでもよい。
（ｃ）バインダとしては、ウレタン樹脂、またはポリエステル樹脂などが用いられる。
【実施例１】
【００１８】
実施例１の固定砥粒は次のようにして製作したものである。
まず、５０〜６０ｎｍからなる超微細ＺｒＯ２粉末（酸化ジルコニウムの超微細粒子）を水で泥しょう化し、スプレードライヤーで噴霧させて、所望のサイズを有する、例えば平均粒径Ｄ５０で６０μｍの２次粒子（顆粒）を得る（一般的に、１μｍ〜３００μｍまでのサイズが得られる。粒度分布がシャープでないときに、分級プロセスを加えて所要のものにする）。平均粒径は堀場製作所製レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９２０を用いて、乾式で測定を行った。平均粒径の値は頻度積算５０％のところの粒径を用いた（通常、メジアン径とも言う）。しかし、通常スプレードライヤーで作製した顆粒の１次粒子同士の結合力は弱すぎる場合もある。従って、必要に応じて、ＺｒＯ２顆粒を電気炉の中に入れ、焼成を行った。また、焼成時間を短縮し、あるいは硬さをさらに高めるために、加圧した状態で加圧すればよい。
【００１９】
一次粒子２１（図３−２参照）が加熱処理により成長するが、当該一次粒子２１がその構成物質の物質移動により成長するのみならず、一次粒子２１同士の結合箇所は、当該粒子の構成物質の物質移動により太くなり、不連続点のないなだらかな曲面となり、１葉双曲面状（鼓状）にくびれた、いわゆる「ネック」状となる。この加熱処理時の物質移動による一次粒子の成長及び「ネック」形成については、株式会社産業技術センター発行「セラミック材料技術集成」（昭和５４年４月１０日初版第１刷発行）の「２．３  物質移動の機構と焼結のモデル」に詳細に記載されている。この焼成工程においては、加熱温度および保持時間を制御することで、一次粒子同士の結合点にネックを形成させ、その多数の一次粒子２１が部分的に、かつ、その間に空隙が形成されている状態で結合している粒状の多孔質体が形成される。
【００２０】
焼成して得られた複合二次粒子の結合力を評価するために、１個１個の粒子をピックアップし、圧縮破壊試験を行った。この圧縮破壊強度試験は、平松、岡、木山による報告（日本鉱業会誌、８１、１０２４（１９６５））に基づき、島津製作所（株）製の微小圧縮試験機ＭＣＴＭ５００ＰＣを用いて行った。試験条件として、試験荷重を１０〜１０００ｍＮ、負荷速度は０．４４６ｍＮ／ｓｅｃとし、平面圧子を用いて、圧縮破壊試験を行い、砥粒が圧縮破壊されたときの強度を測定する。このようにして、圧縮破壊強度が６７ＭＰａのものを固定砥粒２０として採用した。そして、これを液状のウレタン樹脂２４と混合し、さらに有機溶媒を加え、溶液粘度を調整した後、撹拌機を用いて１０分程度混合攪拌して混合物を作製した。撹拌は、室温で、回転数は５０ｒｐｍで行った。そして、基材（例えば、厚さ約７５μｍのＰＥＴ  Ｆｉｌｍ）２３上にワイヤバーコータを用いて上記砥粒を含んだ塗布液を塗布した。塗布方法については、ワイヤバーコータ以外にグラビアコータやリバースロールコータ、ナイフコータなども使用できる。塗布した研磨具を恒温槽（Ｙａｍａｔｏ科学製）により６０℃程度で３０ｍｉｎ程度乾燥して、固定砥粒研磨工具３を作製した。
【００２１】
次には、図１に示したように、上記固定砥粒研磨工具３を定盤４に貼り付けた。２インチの石英ガラス基板（前加工面は３０ｎｍＲｙ前後）２を図１に示す加工装置のワーク保持機構１２に装着し、回転軸１１を中心として回転させられる。
上記石英ガラス基板ワーク２をある設定加工圧力で、上記固定砥粒研磨工具３に押し付けて、ワーク２を回転させ（図１の符号ａ）と揺動（図１の符号ｂ）させながら研磨加工を行う。その時に、界面活性材を添加した遊離砥粒２２を供給ノズル５から同時に供給した。
界面活性剤として数多くの種類が利用可能である。例えば、モノカルボン酸、ジカルボン酸、あるいは脂肪酸系界面活性剤、ブタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸、ステアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、ナフテン酸、ダイマー酸、リシノール酸縮合物、アルキルコハク酸、硫化脂肪酸等の脂肪酸のアルカリ金属、アルカノールアミン、または、ソルビタン脂肪酸エステル系であるモノオレイン酸ソルビタン、セスキオレイン酸ソルビタン、トリオレイン酸ソルビタン、モノイソステアリン酸ソルビタン、セスキイソステアリン酸ソルビタン、グリセリンエステル系としてはペンタオレイン酸デカグリセリル、ペンタイソステアリン酸デカグリセリル、モノイソステアリン酸グリセリル、トリオレイン酸デカグリセリル、ペンタオレイン酸ヘキサデカグリセリル、モノイソステアリン酸ジグリセリルなど、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル系であるテトラオレイン酸ＰＯＥソルビット等が挙げられる。界面活性剤は単独でもよく、２種以上を混合して配合してもよい。
【００２２】
実施例１の場合、ニトリロトリエタノールを添加したｐｈ１１の酸化セリウムスラリー（粒径０．１〜２．０μｍ）を２００ｍｌ／ｍｉｎの供給量で同時に供給した。
また、センサーを用いて研磨抵抗を測定するが、このセンサーとしては歪み計や電流計などがある。この実施例において、主軸の駆動モータ１１ｍの駆動電流の変化を測定する電流計１１ｓを用いた。電流計測値から研磨抵抗を測定する。なお、歪み計を用いる場合は、回転中の主軸１１の歪みを歪み計によって電気的に計測し、この歪み計測値から研磨抵抗を測定する。そして、加工中に、ある時間間隔で加工を止めて、ワークの表面粗さの測定と重量の変化より加工能率の測定を行った。
ワーク表面は鏡面のままで、３０ｎｍＲｙの表面粗さが維持されている。研磨加工能率は図２のグラフに示しているとおりであり、この図２からわかるように、１２０ｍｉｎ間加工しても、加工能率の劣化は認められなかった。この時の、研磨工具の表面写真を図３−１のＡに示しており、この図３−１のＡから固定砥粒が平坦化磨耗されている様子がわかる。すなわち、前記固定砥粒２０の加工物１２の被加工面に作用する部分が円形形状であることがわかる。
【００２３】
さらに、上記研磨加工の開始から１４０ｍｉｎの間における前記センサー（電流計１１ｓ）で測った研磨抵抗データを図４に示している。図４からわかるように、１３０ｍｉｎに達すると、研磨抵抗が研磨開始時の約２倍になったことが認められた。このときの、砥粒の磨耗写真を図３−１のＢに示している。図３−１のＡは１２０ｍｉｎ時の状態を示しているが、これと比較すれば、図３−１のＢの状態では、前記固定砥粒２０のワーク（石英基板）２の被加工面に作用する部分の円形形状が大きく崩れていることから、砥粒がほぼ磨耗しきっている様子が読み取られる。また，１３０ｍｉｎ後の加工能率も急激に低下し、石英表面に大きなスクラッチも観察された。従って、工具自身が加工できなくなっただけではなく、そのまま使用すると、加工面品質も大きく劣化するため、工具の交換が必要となった。
このように、研磨抵抗の急激な増加は砥粒の磨耗状態に起因することが分かった。しかし、実際の研磨加工工程において、いちいち加工を止めて、固定砥粒の磨耗を観察し、研磨工具の交換時期を判断するのは非常に効率が悪い。
上記の説明で述べたように、固定砥粒の磨耗を研磨抵抗でモニタリングすれば、工具の使用寿命を検知し（この実施例の場合は加工時間１３０ｍｉｎに達した時）、工具の交換タイミングを計ることができる。図８はその制御の流れを示している。
この図８に示している研磨抵抗の限界値というのは、例として、上記加工時間１３０ｍｉｎに達した時の研磨抵抗値を指す。もちろん、加工対象物や加工条件や目指す加工対象物の品質などによって、上記固定砥粒の磨耗進行状態（工具寿命）が異なるため、研磨抵抗の限界値もその都度異なる。従って、実際の研磨加工の前に、研磨抵抗の変化量と砥粒摩耗進行程度との相関を表すデータを予め採っておいて、図８の流れのように、工具の交換を行った。
【００２４】
［比較例１］
比較例１は、上記実施例１と同じ固定砥粒研磨工具３、及び加工装置で、同じワーク２を、同加工条件で加工を実施し、遊離砥粒スラリーを添加しなかった具体例である。
この比較例１による研磨加工中に、同じ加工時間間隔で加工面粗さと加工能率を測定した。その結果は図２の「比較例１」の点線グラフに示すとおりである。
比較例１は、加工面粗さを損なうことはなかったが、図２からわかるように、加工能率は、図２の「実施例１」の点線グラフに示す前記実施例１よりも遥かに低かった。また、固定砥粒の先端部分の磨耗を観察したところ、固定砥粒２０の先端の円形部分の面積が小さいと，磨耗した固定砥粒の数が少ないことから，磨耗の進行は非常に遅いことがわかった（図５）。実施例１と比べると，遊離砥粒の添加は固定砥粒にドレッシング効果（固定砥粒の磨耗を加速させる）をもたらし，高い加工能率を実現していることが分かる。
【００２５】
［比較例２］
比較例２は、上記実施例１と同じ構成で、遊離砥粒スラリーに界面活性剤としてニトリロトリエンタノールを添加せずに、加工を行った具体例である。３０ｍｉｎ後、前記固定砥粒研磨工具３を表面観察したところ、砥粒の脱落が非常に激しいことがわかった。この状態が図６に示している。また、ワークの被加工面に脱落した砥粒によると思われるスクラッチの存在が確認された。
実施例１の比較例２との違いから、界面活性材の添加によって遊離砥粒の沈殿が抑制され、より砥粒の先端部のドレッシング効果が顕著に発揮されることが確認される。
【００２６】
［比較例３］
さらに、比較例３は、前記実施例１に記載の固定砥粒を通常の単粒子酸化ジルコニウム砥粒（平均粒径５０μｍ、日本電工製）に置き換え、同じ製法で固定砥粒研磨工具を作製した具体例であり、これによって、上記加工装置で同じ加工条件で研磨加工を行った。比較例３による研磨加工の場合、砥粒先端の磨耗は観察されなかったが、加工面に多数のスクラッチが発生していることが確認された。
【００２７】
実施例１の比較例３との違いから，内部にバインダを含まず、多数の一次粒子が部分的に、かつ、その間に空隙が形成されている状態で固定砥粒を結合している粒状の多孔質体にすることによって、遊離砥粒による固定砥粒先端へのドレッシング効果が確実に得られることがわかる。
また、図３−２のＡの模式図で説明すると、比較例のような従来技術と違って、遊離砥粒２２の添加は固定砥粒２０の先端部分、すなわち前記固定砥粒のワーク（加工物）の被加工面に作用する部分（加工面）の磨耗を促進させることより、加工物の被加工面に耐えずに微細な切刃発生を促進させることで、遊離砥粒とのミックス効果により加工能率の高い状態が長時間維持されることがわかる。
また、図３−２のＢには、研磨具が研磨（布）パッドあるいは研磨砥石の場合の目たて様子を示している。このように、砥石と結合材が同時にドレッシングされるが、上記実施例１と同様に、前記固定砥粒の先端部分（加工物の被加工面に作用する部分）が目たてされて、結合材からの脱落はなかった。加工特性に関しても、上記実施例１と同様な効果が得られた。
【００２８】
［実施例２］
図７に模式的に示しているように、この実施例２では固定砥粒研磨具の順送り機構を取り入れている。すなわち、ワーク２を回転させ、実施例１と同様に、遊離砥粒スラリーを界面活性剤とともに研磨面ｆに供給して、研磨と目たてを同時に継続させる。研磨フィルムＦの研磨面ｆで研磨加工中に、研磨フィルムＦの研磨面ｆの固定砥粒２０の磨耗の進行具合に応じて、ワーク２の被加工面に研磨工具の新しい部分（新しい加工面）を供給する。つまり、研磨抵抗がある限界値を超えた場合、研磨加工は停止され、フィルムが順送りされて新しい加工部分（加工面）が供給された後に、再び研磨加工が開始される。
このようにすることで、従来必要とされた研磨工具の張替え作業は必要ない。また、加工結果については上記実施例１と同等な結果が得られた。
上記実施例１、実施例２、比較例１乃至比較例３の結果は、表１に示すとおりである。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】は、この発明の実施例１に係る研磨装置を模式的に示す側面図。
【図２】は、実施例１と比較例１の研磨加工能率を示すグラフ。
【図３−１】Ａは、研磨加工開始時の研磨工具の表面写真、Ｂは砥粒がほぼ完全に磨耗した研磨工具の表面写真。
【図３−２】は、研磨工具の加工面が遊離砥粒によって研磨されている様子を模式的に示す側面図。
【図４】は、研磨加工時間の経過にともなって研磨抵抗が変化する状態の一例を示すグラフ。
【図５】は、比較例１による固定砥粒研磨工具の使用後の工具表面の写真。
【図６】は、比較例２による固定砥粒研磨工具の使用後の工具表面の写真。
【図７】は、実施例２の斜視図。
【図８】は、工具の交換タイミングを計る制御の流れを示すフロー図。
【符号の説明】
【００３０】
１：研磨加工装置
２：ワーク
３：固定砥粒式研磨工具
４：定盤
５：供給ノズル
１１：主軸
１１ｍ：駆動モータ
１１ｓ：電流計（センサー）
１２：ワーク保持機構
２０：固定砥粒
２１：固定砥粒の一次粒子
２２：遊離砥粒
２３：基材
２４：バインダ（ウレタン樹脂）
Ｆ：研磨フィルム
ｆ：研磨面
【図１】
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【図２】
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【図３−２】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図３−１】
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【図５】
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【図６】
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