(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平配置の回転軸に取り付けられて垂直面内で回転するロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）と、そのロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を回転させ、さらに、ラップ盤の砥石の半径方向に移動させて送りをかけ、なおかつ、切り込み調整のために昇降させる駆動装置（１３）を有するフェーシング装置（１０）を伴わせたラップ盤であって、
そのラップ盤（１）は、ダイヤモンド砥粒含有の固定砥粒砥石（２）とその固定砥粒砥石の表面の精度を検出するセンサと、そのセンサからの信号に基づいて前記駆動装置（１３）をフィードバック制御する制御装置（１８）を含んでおり、
前記ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）が、２０ｍ／ｓｅｃ〜６０ｍ／ｓｅｃの周速で回転して所定の速度で回転している前記固定砥粒砥石（２）の表面に切り込まれ、この状態で前記ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）が固定砥粒砥石の半径方向に送られて前記固定砥粒砥石（２）の表面の平面度・平坦度が修正されるように構成されたラップ盤。
【請求項２】
前記固定砥粒砥石（２）が、炭酸塩からなる反応焼結剤と金属フッ化物からなる融剤を含有するビトリファイドボンドで砥粒を結合させたビトリファイド砥石である請求項１に記載のラップ盤。
【請求項３】
前記固定砥粒砥石（２）のビトリファイドボンドで固めた砥粒が、ダイヤモンド砥粒又はダイヤモンド砥粒と軟質砥粒を混ぜた複合砥粒である請求項２に記載のラップ盤。
【請求項４】
前記ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）が、焼結して作られたメタルボンド砥石、又は、角柱ダイヤモンドを円周状に配列して台金の外周に埋め込んだ埋め込みタイプ砥石のいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載のラップ盤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のラップ盤（１）の固定砥粒砥石（２）の表面の平面度
・平坦度を修正する方法であって、前記フェーシング装置のロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）を２０ｍ／ｓｅｃ〜６０ｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、垂直面内で回転するこのロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）を垂直方向に変位させて設定速度で回転している前記固定砥粒砥石（２）の表面に微小切り込みがかかるように切り込ませ、
なおかつ、この状態で前記ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）に、所定速度で前記固定砥粒砥石（２）の半径方向への送りをかけ、さらに、前記固定砥粒砥石（２）の表面の平面度・平坦度をセンサで検出し、前記ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（１２）の切り込み量と送り量及び送りの回数をフィードバック制御して固定砥粒砥石（２）の表面の歪を除去する固定砥粒砥石の表面の平面度・平坦度修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダイヤモンド粒子が含まれた固定砥粒砥石を備えるラップ盤、詳しくは、ロータリーダイヤモンドドレッサーを有するフェーシング装置を伴わせて固定砥粒砥石の表面（砥面）の平面度・平坦度を精度良く修正することを可能にしたラップ盤とそのラップ盤の砥石表面の平面度・平坦度修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のラップ盤（平面研磨装置）のひとつに、固定砥粒砥石を備えたものがある。この固定砥粒砥石を備えたラップ盤は、遊離砥粒を用いるラップ盤に比べて研磨、研削の効率に優れる。
【０００３】
また、加工精度や環境保全の面でも遊離砥粒を用いるラップ盤に勝ることから、半導体ウエハー、ファインセラミックス製部品などに代表される硬質材の研磨用としての期待度が高まっている。
【０００４】
その固定砥粒砥石を備えたラップ盤は、例えば、下記特許文献１に記載されている。同文献に記載されたそのラップ盤は、ダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化硼素）などの砥粒をメタルボンドで固めた砥石を使用している。
【０００５】
特許文献１の装置は、その砥石の表面の電解ドレッシングを行うものであって、通常の電解ドレッシングを行う電極のほかに、砥石表面の平坦度修正用の補助電極を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０１１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
研磨対象の製品、例えば、サファイヤや炭化珪素の半導体ウエハー、ファインセラミックス製の機能・構造部品などは年々大型化し、表面の平坦度の高精度化や加工時間の短縮などの要求も益々高まってきている。
【０００８】
この要求に対し、遊離砥粒を用いるラップ盤での硬質材の加工は、加工物が大きくなるほど、製品の端部にいわゆるダレを生じさせる確率が高まり、なおかつ、加工時間が長くなり、廃液による環境問題も生じる。
【０００９】
そこで、その問題の解決策としてダイヤモンド砥粒を含む固定砥粒砥石を備えたラップ盤が注目されているが、このダイヤモンド砥粒含有の固定砥粒砥石を備えたラップ盤も、使用が繰り返されると、砥石表面の平面度、平坦度が微妙に崩れる。
【００１０】
遊離砥粒を用いるラップ盤は、定盤が鋳鉄、銅、錫、樹脂でできているので、使用の繰り返しによって定盤の平面度、平坦度が悪化したときには、その平面度、平坦度を、研磨面にアルミナを貼り付けた修正リングやフェーシングバイトを備えたフェーシング装置で修正がすることが可能である。
【００１１】
ところが、ダイヤモンド砥粒を含む固定砥粒砥石の表面の平面度、平坦度の修正を修正リングやフェーシングバイトで行うのは容易でない。
【００１２】
ダイヤモンド砥粒を含有した固定砥粒砥石と言えども、連続加工などが実施されると、砥石表面に凹凸ができたり、砥石の外径側の表面位置が下がって表面に微妙なテーパ（内径側が高くなるテーパ）が付いたりする。
【００１３】
その凹凸やテーパを修正リングで除去するのは容易でなく、高い修正精度が望めない。修正リングは修正される砥石の表面に載せて使用されるので、修正される砥石の表面が傾いていると傾いたままの姿勢での修正となる。そのため、砥石表面の傾斜（テーパ）の修正がなされない。また、修正リングによる修正では修正リングの重みによる砥石表面の撓みも起こり、これも修正後の平面度に悪影響を及ぼす。
【００１４】
また、砥石の表面をフェーシングバイトで切削して修正する方法は、フェーシングバイトが単結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）で形成された刃先を有するものであっても、そのバイトの刃先が一瞬で摩滅するためこの方法での修正は不可能である。
【００１５】
なお、特許文献１に開示された電解での修正は、適用対象が、導電性のあるメタルボンドを使用した固定砥粒砥石に制限される。
【００１６】
研磨用の砥石には、砥粒をビトリファイドボンドで結合させたビトリファイド砥石もある。このビトリファイド砥石は、切れ味がよくて低圧力での研磨、研削が行える。加えて、結合剤の特性により気孔を大きく採れることからドレッシング性にも優れる。にもかかわらず形状崩れは殆ど起こらない。従って、加工物の端部も精度良く加工できるなどの利点を有する。
【００１７】
しかしながら、このビトリファイド砥石には、電解による表面の平面度、平坦度の修正法を適用できない。
【００１８】
そこで、この発明は、ダイヤモンド粒子を含有した固定砥粒砥石が電解研磨法を適用できないものであっても、その固定砥粒砥石の表面の平面度・平坦度を精度良く修正することを可能にしたラップ盤と砥石表面の平面度・平坦度修正方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明のラップ盤は、ドレッサー砥石を有するフェーシング装置を伴わせたものであって、ラップ盤自体はダイヤモンド砥粒含有の固定砥粒砥石を備えている。
【００２０】
また、前記フェーシング装置は、前記ドレッサー砥石として水平配置の回転軸に取り付けられて垂直面内で回転するロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を有し、そのドレッサー砥石を高速回転させ、さらに、ラップ盤の砥石の半径方向（Ｙ軸方向）に移動させて送りをかけ、なおかつ、切り込み調整のために昇降（Ｚ軸方向に変位）させる駆動装置を備えている。
【００２１】
このほかに、固定砥粒砥石の表面の精度を検出するセンサと、そのセンサからの信号に基づいて前記駆動装置をフィードバック制御する制御装置を含んだラップ盤となっている。
【００２２】
このラップ盤における固定砥粒砥石の表面の平面度・平坦度の修正は、フェーシング装置のロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を高速で回転させ、このロータリーダイヤモンドドレッサー砥石をＺ軸方向に変位させて設定速度で回転している固定砥粒砥石の表面に微小切り込みがかかるように切り込ませる。
【００２３】
そしてこの状態でロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を所定の送り速度でＹ軸方向に移動させ、固定砥粒砥石の表面の内周と外周との間を数回往来させる。
【００２４】
また、ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石で研削した固定砥粒砥石の表面の平面度
・平坦度をセンサで検出し、ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石のＺ軸方向切り込み量とＹ軸方向の往来回数をフィードバック制御して固定砥粒砥石の表面の歪を除去する。
【００２５】
この発明は、かかる砥石表面の平面度・平坦度修正方法も併せて提供する。
【発明の効果】
【００２６】
この発明のラップ盤は、ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を有するフェーシング装置を備えており、前記ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を高速回転させて固定砥粒砥石の表面に切り込ませることで、悪化した砥石表面の平面度・平坦度を修正することができる。
【００２７】
高速回転するロータリーダイヤモンドドレッサー砥石による歪の除去は、修正リングでの除去と違って、修正する砥面の傾きの影響を受けない。また、ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を修正する砥面に低圧力で押し付けての研削ができるため、修正する砥面の撓みも防止できる。
【００２８】
そのため、この発明のラップ盤及びそのラップ盤の固定砥粒砥石について行うこの発明の平面度・平坦度修正方法によれば、凹凸やテーパが生じた砥石表面についても、高い平坦度を持つ面に修正することができる。
【００２９】
また、高速回転するロータリーダイヤモンドドレッサー砥石を使用することで、実用に耐えるドレッサー耐久性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明のラップ盤の一例を示す部分破断側面図である。
【図２】図１のラップ盤に伴わせるフェーシング装置のドレッサー砥石の一例を示す正面図である。
【図３】図２のドレッサー砥石の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面の図１〜図３に基づいて、この発明のラップ盤とそのラップ盤における固定砥粒砥石の平面度・平坦度修正方法の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１に示したラップ盤１は、フェーシング装置１０を伴った装置であって、ラップ盤１自体は、加工物を研磨するダイヤモンド砥粒含有の固定砥粒砥石２と、ラップ盤とフェーシング装置の動きを制御するための操作パネル３を備えている。
【００３３】
固定砥粒砥石２は、ラップ盤の本体４に内蔵された垂直配置の回転軸５に装着され、水平面内で回転する。
【００３４】
フェーシング装置１０は、水平配置の回転軸１１に取り付けられて垂直面内で回転するロータリーダイヤモンドドレッサー砥石（以下では、単にドレッサー砥石と略称する）１２と、そのドレッサー砥石を回転させ、さらに、Ｙ軸とＺ軸の２方向に移動させる駆動装置１３を備えている。
【００３５】
ドレッサー砥石１２は、図２、図３に示すようなもの、即ち、円板状台金１２ａの外周にリング状砥石１２ｂを固定したものを用いている。
【００３６】
駆動装置１３は、ドレッサー砥石１２について、これを回転させる回転駆動機構１４と、Ｙ軸方向（固定砥粒砥石２の半径方向）に移動させるＹ軸駆動機構１５と、Ｚ軸方向（垂直方向）に移動させるＺ軸駆動機構１６を組み合わせた装置である。
【００３７】
図示の駆動装置１３においては、回転駆動機構１４として、モータ１４ａと、そのモータの回転を回転軸１１に伝えるベルト、プーリーなどの動力伝達要素１４ｂを組み付けたものが用いられている。
【００３８】
また、Ｙ軸駆動機構１５として、フェーシング装置のハウジング１０ａにＹ軸方向スライド可能に支持されたスライダ１５ａと、そのスライダをＹ軸方向に動かすボールねじ１５ｂと、そのボールねじを回転させるモータ１５ｃと、そのモータの回転をボールねじ１５ｂに伝える動力伝達要素１５ｄを組み合わせたものが用いられている。
【００３９】
さらに、Ｚ軸駆動機構１６として、回転軸１１と回転駆動機構１４が取り付けられた装置のヘッド部１０ｂを昇降させるリニアモータアクチュエータを駆動源とした垂直配置のＬＭガイド（リニア・モーション・ガイド）が用いられている。
【００４０】
図示のラップ盤１は、以上の要素のほかに、固定砥粒砥石２の表面の精度（位置）を検出するセンサ（図示省略）と、そのセンサからの信号に基づいて前記駆動装置をフィードバック制御する制御装置１８を含んだものになっている。
【００４１】
なお、図示のラップ盤のフェーシング装置１０は、ラップ盤自体に組み込まれているが、ラップ盤から独立したものであってもよい。
【００４２】
ラップ盤から独立したフェーシング装置は、ラップ盤の本体４の横に設置し、ラップ盤の本体４に対して機械的に連結して水平レベル調整ゲージ１７を用いてスライダ１５ａのスライド面のレベル調整（水平出し）を行う。
【００４３】
このラップ盤１における固定砥粒砥石２の表面の平面度・平坦度の修正は、ドレッサー砥石１２を高速で回転させ、このドレッサー砥石１２をＺ軸方向に変位させて設定速度で回転している固定砥粒砥石２の表面に微小切り込みがかかるように切り込ませる。
【００４４】
そしてこの状態でドレッサー砥石１２を所定の送り速度でＹ軸方向に移動させ、固定砥粒砥石２の表面の内周と外周との間を数回往来させる。
【００４５】
また、ドレッサー砥石１２で研削した固定砥粒砥石２の表面の平面度・平坦度をセンサで検出し、ドレッサー砥石１２のＺ軸方向切り込み量とＹ軸方向の往来回数を制御装置１８からの指令に基づいてフィードバック制御して固定砥粒砥石２の表面の歪を除去する。
【００４６】
なお、フェーシング装置１０のドレッサー砥石１２（台金１２ａに固定したリング状砥石１２ｂ）は、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドを用いて多層構造に焼結して固めた焼結タイプ砥石と、角柱ダイヤモンドを円周状に配列して台金の外周に埋め込んだ埋め込みタイプ砥石のどちらかを用いるとよい。
【００４７】
そのドレッサー砥石１２の寸法は、外径：φ２０ｍｍ〜φ１００ｍｍ、幅（厚み）：０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度でよい。
【００４８】
焼結タイプ砥石は、ＪＩＳ規格粒度が２０番〜２２０番のダイヤモンド砥粒を使用し、集中度が５０〜１２５（ダイヤモンド含有率１２．５体積％〜３１．２５体積％）の範囲にあるものがよい。
【００４９】
埋め込みタイプ砥石は、０．１ｍｍ〜１．１ｍｍ角、長さ２ｍｍ〜５ｍｍの角柱ダイヤモンドを母体円板の外周に埋め込んだものがよく、角柱ダイヤモンドの埋め込み数は、外径φ２０ｍｍのドレッサー砥石では３０〜５０個、外径φ５０ｍｍのドレッサー砥石では７０〜１２０個、外径φ７５ｍｍのドレッサー砥石では１１５〜１８０個となる。
【００５０】
ドレッサー砥石１２を駆動する駆動装置１３は、ドレッサー砥石回転速度（周速）：２０ｍ／ｓｅｃ〜６０ｍ／ｓｅｃ、Ｙ軸方向送り速度：１ｍｍ／ｍｉｎ〜５０ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み（Ｚ軸方向の変位量）：０．１μｍ〜５０μｍの範囲での設定が行えるものがよい。
【００５１】
また、ラップ盤の固定砥粒砥石２は、ドレッシングが容易な上に、形状崩れが起こり難く、耐水性にも優れ、良好な性能が長期に亘って維持されるビトリファイド砥石が適している。
【００５２】
そのビトリファイド砥石の中でも、低加圧での加工においても切れ味に優れ、サイズの大型化に対する対応性にも優れた低収縮性砥石が好ましい。
【００５３】
例えば、特開２０１５−１１２６８５号公報には、低温での焼成により溶融、熱分解してガスを生成する炭酸塩からなる反応焼結剤と金属フッ化物からなる融剤を含有するビトリファイドボンドで砥粒を結合させた低融性・低収縮性ビトリファイド砥石が開示されている。その特開２０１５−１１２６８５号公報に開示されたような砥石が特に好ましい。
【００５４】
前記ドレッサー砥石１２を備えたフェーシング装置１０による固定砥粒砥石２の平面度・平坦度の修正は、ダイヤモンド砥粒含有のメタルボンド砥石についても行えるが、この発明は、メタルボンド砥石と違って電解ドレッシングができないビトリファイド砥石を固定砥粒砥石として備えるラップ盤に適用すると発明の効果が最大に引き出される。
【００５５】
固定砥粒砥石２に含ませる砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ケイ素、酸化セリウム、硫酸バリウム、酸化クロムなどから選ばれた１種以上の軟質砥粒、又は、ダイヤモンド砥粒と軟質砥粒を併用した複合砥粒（特開２００６−１３０６３５号公報参照）とする。
【００５６】
固定砥粒砥石２の仕様は、粗加工砥石がＪＩＳ規格２２０番〜１２００番（平均砥粒径１２μｍ）、中仕上げ砥石がＪＩＳ規格１５００番（平均砥粒径９μｍ）〜６０００番（平均砥粒径２μｍ）、仕上げ砥石がＪＩＳ規格８０００番（平均砥粒径１μｍ）〜４００００番（平均砥粒径０．２μｍ）とし、最終仕上げは、軟質砥粒のみをビトリファイドボンドで固めたものを用いると加工物を端部にダレを生じさせずに精度良く研磨することができる。
【実施例】
【００５７】
この発明の装置と方法の評価試験結果を以下に記す。
評価試験には、日本エンギス(株)製Trinity-Yラッピング装置（EJW-3801-1ALD-CMP)を用いた。
この装置の砥面を修正する固定砥粒砥石（ラッピング砥石）は、外径：３８０ｍｍ、内径：１４０ｍｍ、厚み：５ｍｍであり、これが回転するスチール板（定盤）に貼り付けられている。
【００５８】
その固定砥粒砥石は、平均砥粒径２〜４μｍ（４０００メッシュ）のダイヤモンド砥粒と軟質砥粒のＣｅＯ２を混合した複合砥粒をビトリファイドボンドで固めたものである。ダイヤモンド砥粒と軟質砥粒の割合は、体積比で前者が９０％、後者が１０％である。
【００５９】
この固定砥粒砥石の組織は、コンセントレーションが１００（砥粒含有率２５体積％）、ロックウェルスーパーフィシャル硬さ試験機（鋼球圧子３．１７５ｍｍ、基準荷重２９．４Ｎ、試験荷重１９６Ｎ）による測定硬さ４０である。
【００６０】
修正する固定砥粒砥石の表面（砥面）は、外周側が摩耗してその外周側に対して内周側の面位置が５〜７μｍ高いテーパ面になっている。その状況は、固定砥粒砥石の表面に平坦度測定用のラッピングゲージユニットを載せて測定した。
【００６１】
試験は、この発明の方法での修正（実施例１）と比較方法（比較例１，２）での修正を行って修正結果から性能の相違を確認した。
【００６２】
−実施例１−
図１に示したフェーシング装置の回転軸１１の先端に垂直面内で回転させるドレッサー砥石１２を取り付けた。そのドレッサー砥石１２は、平均砥粒径１５０μｍ（１００メッシュ）のダイヤモンド砥粒をメタルボンドで固めたコンセントレーション１１０、外径７５ｍｍ、幅０．５ｍｍの砥石である。
【００６３】
修正条件は、以下の通りとした。
・固定砥粒砥石回転数：２００ｒｐｍ
・ドレッサー砥石回転数:１２０００ｒｐｍ（周速５０ｍ／ｓｅｃ）
・ドレッサー砥石の１回当たり切込み量：１μｍ
・ドレッサー砥石の総切込み回数:１０回
・ドレッサー砥石の送り速度（引き速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ）
【００６４】
−比較例１−
フェーシングバイトによる切削。
フェーシングバイトは、ＰＣＤで形成した刃先コーナ０．２Ｒの切れ刃を有する。
このバイトでの修正条件
・固定砥粒砥石回転数：２００ｒｐｍ
・バイトの１回当たり切込み量：１μｍ
・バイトの総切込み回数:１０回
・バイトの送り速度（引き速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ）
【００６５】
−比較例２−
修正リングによる研磨。
修正リングは、平均砥粒径１０〜２０μｍ（１０００メッシュ）のダイヤモンド砥粒をメタルボンドで固めたコンセントレーション５０、外径１７８ｍｍ、内径１４０ｍｍの砥石を有する。
この修正リングでの修正条件
・固定砥粒砥石回転数：６０ｒｐｍ
・修正リング回転数：４６ｒｐｍ（固定砥粒砥石による連れ回り）
・固定砥粒砥石に対する修正リングの押し付け荷重：８．５ｋｇ（自重３．５ｋｇ＋付加荷重５ｋｇ）
・加工時間:５分と１０分の２パターン
【００６６】
試験結果を表１にまとめる。
【表１】
0006631829.tif 000002
【００６７】
この試験結果から判るように、この発明によれば、電解研磨ができない砥石についてもその砥石の表面の平面度・平坦度の修正を高精度に行うことができ、半導体ウェハーやファインセラミックス製機能・構造部品などに代表される硬質材の高精度研磨を、多くの利点を備えるダイヤモンド砥粒含有のビトリファイド砥石を使用して行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００６８】
１          ラップ盤
２          固定砥粒砥石
３          操作パネル
４          本体
５          回転軸
１０        フェーシング装置
１０ａ      ハウジング
１０ｂ      ヘッド部
１１        回転軸
１２        ロータリーダイヤモンドドレッサー砥石
１３        駆動装置
１４        回転駆動機構
１４ａ      モータ
１４ｂ      動力伝達要素
１５        Ｙ軸駆動機構
１５ａ      スライダ
１５ｂ      ボールねじ
１５ｃ      モータ
１５ｄ      動力伝達要素
１６        Ｚ軸駆動機構
１７        水平レベル調整ゲージ
１８        制御装置
【図１】
0006631829.tif 000003
【図２】
0006631829.tif 000004
【図３】
0006631829.tif 000005