(57)【要約】      （修正有）【課題】点当たりポリシャーによることなく、微小レンズや金型等の被研磨物を研磨することができる研磨方法及び研磨装置を提供する。【解決手段】被研磨物Ｗの被研磨面形状と凹凸が逆の転写面を有する転写型Ｔを製造するステップ、樹脂粒子と、該樹脂粒子より小径で研磨能力が高い研磨微粒子とが分散しているスラリー１０中で、この転写型の転写面と被研磨物の被研磨面とを対向させるステップ、及び対向させた転写型の転写面と被研磨物の被研磨面とに、相対回転を与えることなく、相対的な微振動を与えるステップ、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物の被研磨面形状と凹凸が逆の転写面を有する転写型を製造するステップ、
樹脂粒子と、該樹脂粒子より小径で研磨能力が高い研磨微粒子とが分散しているスラリー中で、この転写型の転写面と被研磨物の被研磨面とを対向させるステップ、及び
対向させた上記転写型の転写面と被研磨物の被研磨面とに、相対回転を与えることなく、相対的な微振動を与えるステップ、
を有することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
請求項１記載の研磨方法において、上記微振動の方向は、被研磨面と転写面がその間隔を大小に変化させる方向である研磨方法。
【請求項３】
請求項１記載の研磨方法において、上記微振動の方向は、被研磨面と転写面を摺り合わせる方向である研磨方法。
【請求項４】
請求項１記載の研磨方法において、上記微振動の方向は、被研磨面と転写面がその間隔を大小に変化させる方向と、被研磨面と転写面を摺り合わせる方向とを合成した方向である研磨方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の研磨方法において、微振動の振幅は、サブμｍから数百μｍである研磨方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の研磨方法において、上記被研磨物は、金属、ニューセラミックスまたはガラスからなり、転写型は、金属、ガラス、樹脂材料またはピッチからなる研磨方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の研磨方法において、上記転写型の転写面には、上記樹脂粒子の半径以下の深さの多数の樹脂粒子保持凹部が形成されている研磨方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の研磨方法において、樹脂粒子の平均粒径は１μｍ〜１００μｍであり、研磨微粒子の平均粒径は、０．０１μｍ〜１０μｍである研磨方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の研磨方法において、樹脂粒子は、ポリウレタン、塩化ビニル、シリコーンゴムの１種以上からなり、研磨微粒子は、コロイダルシリカ、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、炭化珪素、立方晶窒化硼素の１種以上からなる研磨方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項記載の研磨方法において、被研磨面は非球面または自由曲面である研磨方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項記載の研磨方法を実行するための研磨装置であって、上記被研磨物を支持するワーク支持部材と、上記転写型を支持する転写型支持部材と、上記ワーク支持部材と転写型支持部材との間に相対回転を与えることなく相対的な微振動を与えるアクチュエータとを備える研磨装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の研磨装置において、上記アクチュエータは直交三軸方向単独にあるいは合成した微振動を与えるアクチュエータである研磨装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の研磨装置において、上記アクチュエータはピエゾ素子からなっている研磨装置。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれか１項記載の研磨装置において、上記ワーク支持部材には、上記樹脂粒子と研磨微粒子とを含むスラリーを保持するスラリー保持筒が備えられ、このスラリー保持筒内に、該ワーク支持部材に支持した被研磨物が位置する研磨装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の研磨装置において、上記スラリー保持筒には、攪拌機が設置されている研磨装置。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれか１項記載の研磨装置において、上記ワーク支持部材は、転写型支持部材との回転位相を変化させるロータリテーブルを含んでいる研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法及び研磨装置に関し、特に回転軸を持たない面あるいは微小、マイクロな非球面の研磨に適した研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、微小非球面ガラスレンズやそのモールド用金型の非球面は従来、総形研磨によることなく、合成樹脂製の点当たりポリシャーで行っている。
【特許文献１】特開２００１-３００８４３号公報
【０００３】
しかし、レンズや金型の小型化が極限に達し、小型で十分な研磨能力のあるポリシャー自体の製作が困難になりつつある。また、ポリシャーによる研磨は、軌跡の重なり部分が原因でうねり成分が生じることがあり、粗さはよくなるが、全体としての面精度が下がるという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上の問題意識に基づき、点当たりポリシャーによることなく、微小レンズや金型等の被研磨物を研磨することができる研磨方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、被研磨物の被研磨面形状と凹凸が逆の転写面を有する転写型を用い、研磨剤の存在下で、この被研磨物と転写型とに相対回転を与えることなく相対的な微振動を与えることで、研磨前の加工形状を崩さず均一に点でなく面で研磨を遂行するものである。
【０００６】
すなわち、本発明方法は、被研磨物の被研磨面形状と凹凸が逆の転写面を有する転写型を製造するステップ、樹脂粒子と、該樹脂粒子より小径で研磨能力が高い研磨微粒子とが分散しているスラリー中で、この転写型の転写面と被研磨物の被研磨面とを対向させるステップ、及び対向させた転写型の転写面と被研磨物の被研磨面とに、相対回転を与えることなく、相対的な微振動を与えるステップ、を有することを特徴としている。
【０００７】
本発明方法は、被研磨物と転写型とに相対回転を与えない点が重要な点の一つである。相対回転は、相対回転速度がゼロの部分（回転中心軸上）が存在するので、本発明研磨方法では与えない。その付近では研磨がなされず、外周に行くに従って研磨量が増大し、均一な研磨にならないからである。具体的な振動の方向は、研磨面と転写面がその間隔を大小に変化させる方向、被研磨面と転写面を摺り合わせる方向、あるいは両者の合成方向である。
【０００８】
また、微振動の大きさ（振幅）は、被研磨面の大きさ、精度に応じて、サブμｍから数百μｍとすることができる。
【０００９】
被研磨物の材質の例は、金属、ニューセラミックスまたはガラスであり、転写型の材質の例は、金属、ガラス、樹脂材料またはピッチである。
【００１０】
転写型の転写面には、樹脂粒子の半径以下の深さの多数の樹脂粒子保持凹部を形成することができる。
【００１１】
また、樹脂粒子は平均粒径が１μｍ〜１００μｍのものを用いることができ、研磨微粒子は、同０．０１μｍ〜１０μｍのものを用いることができる。
【００１２】
樹脂粒子は、研磨に適した材質、つまり研磨材を保持できある程度弾性をもったものが適し、具体的には、ポリウレタン（ゴム）、塩化ビニル、シリコ−ンゴムの１種以上を用いることができ、研磨微粒子は、コロイダルシリカ、アルミナ、ダイヤモンド、酸化セリウム、炭化珪素、立方晶窒化硼素の１種以上を用いることができる。
【００１３】
本発明方法は、回転軸を持つ球面にも適用できるが、回転軸を持たない非球面または自由曲面の研磨に特に有用である。
【００１４】
本発明方法を実行するための研磨装置は、被研磨物を支持するワーク支持部材と、転写型を支持する転写型支持部材と、ワーク支持部材と転写型支持部材との間に相対回転を与えることなく相対的な微振動を与えるアクチュエータとを備えている。
【００１５】
このアクチュエータは、直交三軸方向単独にあるいは合成した微振動を与えるアクチュエータから構成することができる。このアクチュエータは、具体的にはピエゾ素子から構成することができる。
【００１６】
ワーク支持部材には、樹脂粒子と研磨微粒子とを含むスラリーを保持するスラリー保持筒を設け、このスラリー保持筒内に、該ワーク支持部材に支持した被研磨物を位置させる（スラリー内に被研磨物を浸漬する）ことができる。このスラリー保持筒には、スラリーを攪拌する攪拌機を設置するのが好ましい。
【００１７】
また、ワーク支持部材は、転写型支持部材との回転位相を変化させるロータリテーブルを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、点当たりポリシャーを用いることなく、被研磨面形状を問わずに研磨を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１、図２は、本発明による研磨方法の一実施形態の概念図である。ワーク（被研磨金型またはガラス）Ｗの被研磨面Ｗ１は、例えば自由曲面または軸対称非球面からなっている。この被研磨面Ｗ１に対して研磨を施すための転写型Ｔには、被研磨面Ｗ１と凹凸が逆の転写面Ｔ１が形成されている。被研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１はそれぞれ、十分な面精度に機械加工されている。また、被研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１は回転軸を持たない非回転対称形状であり、Ｚ軸を中心とする特定の回転位相でその凹凸が逆になる。転写型Ｔは、金属、ガラス、樹脂材料またはピッチから構成することができる。
【００２０】
本実施形態では、被研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１との間に、樹脂粒子１１と研磨微粒子１２とを含む（分散させた）スラリー１０を介在させた状態で、ワークＷと転写型Ｔに両者が接離する方向Ｚまたは（および）摺り合わせる方向Ｘ（またはＹ）の相対的な微振動を与えることで、研磨を行う。被研磨面Ｗ１（ワークＷ）と転写面Ｔ１（転写型Ｔ）との間に、軸Ｚを中心とする相対的な回転運動は与えない。
【００２１】
スラリー１０は、例えば１〜５重量％の樹脂粒子１１と、１〜５重量％の研磨微粒子１２と、残部（９０〜９８重量％）の潤滑液とを混合して構成されている。樹脂粒子１１としては、平均粒径が１μｍ〜１００μｍのポリウレタン、塩化ビニル、シリコーンゴムの１種以上を用いることができ、研磨微粒子１２としては、平均粒径が０．０１μｍ〜１０μm（使用する樹脂粒子１１の平均粒径の１／１００００〜１／２）のコロイダルシリカ、アルミナ、ダイヤモンド、酸化セリウムの１種以上を用いることができる。樹脂粒子１１も研磨能力を持つが、研磨微粒子１２の研磨能力は樹脂粒子１１よりも高い。
【００２２】
樹脂粒子１１と研磨微粒子１２の具体例は、例えば特開２００１-３００８４３号公報が開示している。樹脂粒子１１は、例えば日本触媒株式会社製のベンゾクアナミン樹脂（商品名「エポスターＬ１５」または「エポスターＭＳ」）を用いることができ、研磨微粒子１２は、例えば日産化学株式会社製のコロイダルシリカ（商品名「スノーテックス３０」を使用することができる。
【００２３】
被研磨面Ｗ１（ワークＷ）と転写面Ｔ１（転写型Ｔ）に与える相対的な微振動の振幅は、被研磨面Ｗ１（転写面Ｔ１）の形状、樹脂粒子１１と研磨微粒子１２の材質及び平均粒径を考慮して、サブμｍ（１μｍ未満）から数百μｍの範囲で定める。被研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１との間にスラリー１０を介在させた状態において、このような微振動をワークＷと転写型Ｔとに与えると、特に被研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１の間隔が縮まる方向の動きにより、樹脂粒子１１と研磨微粒子１２を強く被研磨面Ｗ１に押し付けて研磨を実行し、逆に被研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１の間隔が広がる方向の動きによっては、樹脂粒子１１と研磨微粒子１２に与えていた力を開放し、新たなスラリー１０を研磨面Ｗ１と転写面Ｔ１の間に供給（吸収）することができる。
【００２４】
図３は、本発明による研磨方法を実施するための装置の一例を示す概念図である。この研磨装置は、その下方に、ワークＷを支持するＸＹテーブル（ワーク支持部材）２０を備え、上方に転写型Ｔを支持するＸＹＺアクチュエータ（転写型支持部材）３０を備えている。ＸＹテーブル２０は、水平面内のＸ方向に移動自在なＸステージ２１Ｘと、このＸステージ２１Ｘ上にＸ方向と直交するＹ方向に移動自在に支持したＹステージ２１Ｙを有しており、Ｙステージ２１Ｙ上には、鉛直軸Ｚを中心とする回転位相を変化させることができるロータリテーブル２２が支持されている。ワークＷは、このロータリテーブル２２上のワークチャック（ワーク支持部材）２３に固定される。
【００２５】
Ｘステージ２１Ｘは、Ｘ方向アクチュエータ２４Ｘによって同方向に移動可能であり、Ｙステージ２１Ｙは、Ｙ方向アクチュエータ２４Ｙによって同方向に移動可能であり、ロータリテーブル２２の回転位相は、エンコーダにより検出制御される。
【００２６】
ＸＹＺアクチュエータ３０は、転写型Ｔを支持するツールチャック（転写型支持部材）３１を有し、３軸アクチュエータ（アクチュエータ）３２により、ＸＹＺの３軸方向単独にあるいは合成して微振動を与えることができる。ＸＹＺアクチュエータ３０は具体的には例えばピエゾ素子から構成することができる。
【００２７】
ワークチャック２３上には、半断面として示すスラリー保持筒２５が備えられ、このスラリー保持筒２５内には、撹拌機２６が位置している。スラリー保持筒２５内には、少なくともその液面２５ＸがワークＷの被研磨面Ｗ１より上方になるレベルまで樹脂粒子１１と研磨微粒子１２とのスラリー１０が入れられている。撹拌機２６は必要に応じ樹脂粒子１１と研磨微粒子１２を十分に分散させるべく、スラリー保持筒２５内のスラリー１０を撹拌する。
【００２８】
この研磨装置によれば、ワークチャック２３に支持されたワークＷを、ＸＹテーブル２０によって、ツールチャック３１に支持された転写型Ｔの軸線上に位置させ、ロータリテーブル２２により、ワークＷの回転位相と転写型Ｔの回転位相を合致させることができる。スラリー保持筒２５内の液面２５Ｘのレベルを被研磨面Ｗ１より十分上にした状態において、ＸＹＺアクチュエータ３０及び３軸アクチュエータ３２により、ワークＷの被研磨面Ｗ１と転写型Ｔの転写面Ｔ１の間隔を調整し、その調整後の間隔でＸＹＺアクチュエータ３０及び３軸アクチュエータ３２により、Ｚ方向あるいはＸ方向（またはＹ方向）に転写型Ｔを微振動させることにより、本発明方法を実行することができる。
【００２９】
図４、図５は、転写型Ｔの転写面に、多数の樹脂粒子保持凹部Ｔ１’を形成した実施形態を示している。保持凹部Ｔ１’の深さは、転写型ＴとワークＷが直接機械的に接触することがないように、樹脂粒子１１の半径以下の深さとするのがよい。図では保持凹部Ｔ１’及び樹脂粒子１１の大きさは誇張して描いている。多数の保持凹部Ｔ１’は、転写型Ｔに図１、図２のような正確な転写面Ｔ１を形成した後、該転写面Ｔ１の巨視的な形状を崩すことなく形成するものであり、その凹凸をならすと、転写面Ｔ１と平行な平均転写面Ｔ１”となるように形成されている。図４と図５の違いは、樹脂粒子保持凹部Ｔ１’の形状の違いである。また、保持凹部Ｔ１’は平面的に見たときには線状に形成するのがよく、その線形状は、螺旋状、同心状、ランダム形状等を選択できる。
【００３０】
本発明方法は、特に回転軸を持たない自由曲面や非球面の研磨加工に有用であるが、回転軸を持つ球面の研磨加工にも用いることが可能であり、微小・マイクロ非球面ではポリシャーを製作するのが困難なので有効となる。また面で研磨するのでポリシャー研磨（点あたり）による形状うねりも乗らず前加工形状を維持した均一な研磨が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による研磨方法の一例を示す、被研磨物と転写型の模式断面図である。
【図２】被研磨物と転写型に接近離隔方向の微振動を与えた際の研磨の様子を示す模式断面図である。
【図３】本発明方法を実施するための研磨装置の具体例を示す斜視図である。
【図４】転写型の転写面に、多数の樹脂粒子保持凹部を形成した実施形態を示す模式断面図である。
【図５】転写型の転写面に、多数の樹脂粒子保持凹部を形成した他の実施形態を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｗ  ワーク
Ｗ１  被研磨面
Ｔ  転写型
Ｔ１  転写面
Ｔ１’  樹脂ボール保持凹部
１０  スラリー
１１  樹脂粒子
１２  研磨微粒子
２０  ＸＹテーブル（ワーク支持部材）
２２  ロータリテーブル
２３  ワークチャック（ワーク支持部材）
２５  スラリー保持筒
２６  撹拌機
３０  ＸＹＺアクチュエータ（転写型保持部材）
３１  ツールチャック（転写型保持部材）
３２  ３軸アクチュエータ（アクチュエータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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