(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒、２種類以上の砥粒の共同研磨特性に着目して、ナノメータオーダの優れた加工面品位を損なうことなしに、従来よりさらに高研磨能率を実現できる研磨具を提供することであり、また安価でかつ簡単に製造できる研磨具およびその製造方法を提供する。【解決手段】基材１２の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられている研磨具を構成し、上記研磨層は加工物に対して機械的除去作用の強い第１の砥粒を含んだ研磨層２３と加工物に対してケミカル作用の強い第２の砥粒を含んだ研磨層２４によるものであり、当該２種類の砥粒を加工物の加工面に対して同時に作用させるようにした。【選択図】図１
2005297165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられている研磨具であって、
上記研磨層は加工物に対して機械的除去作用の強い第１の砥粒と加工物に対してケミカル作用の強い第２の砥粒とによる研磨層であり、当該２種類の砥粒が加工物の加工面に対して同時に作用することを特徴とする研磨具。
【請求項２】
上記基材の上の上記研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられ、それぞれ機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒を有する２種類以上の砥粒が加工物の加工面に対して同時に作用する研磨具であって、上記異なる２種類の砥粒はそれぞれ異なるブロックを形成していて、バインダにより同一基材上に固定されていることを特徴とする請求項１の研磨具。
【請求項３】
上記基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられた研磨具であって、
上記機械的除去作用の強い第１の砥粒は、内部にバインダを含まない凝集体であり、あるいは、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得た、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ることを特徴とする請求項１乃至請求項２の研磨具。
【請求項４】
上記基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられた研磨具であって、
上記機械的除去作用の強い第１の砥粒の圧縮破壊強度が２０ＭＰａ〜１６０ＭＰａであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の研磨具。
【請求項５】
上記基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割されており、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられた研磨具であって、
上記機械的除去作用の強い第１の砥粒がバインダにより基材上に固定されているブロック状の研磨層の面積とケミカル作用の強い第２の砥粒がバインダにより基材上に固定されているブロック状の研磨層の面積との割合が１：１以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２の研磨具。
【請求項６】
上記基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割されており、バインダにより基材上に固定された機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒との含有率は、体積比でそれぞれ１０％乃至９０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２の研磨具。
【請求項７】
基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、前記研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンを設けた研磨具であって、
上記ブロックの平面形状が矩形あるいは円形、楕円であることを特徴とする請求項１又は請求項２の研磨具。
【請求項８】
前記基材上の研磨層がブロック状に分割され、互いに異なる二種のブロックが互いに異なる砥粒を有する研磨層に形成されている研磨具の製造方法であって、
所定の研磨層ブロック形状に対応した貫通穴パターンを有するシートを上記基材上に設置する設置工程と、
前記ケミカル的作用の強い第２の砥粒とバインダとを混合した塗布液を、前記貫通穴パターンを有するシートを設置した前記基材に塗布する塗布工程と、
前記塗布を行った後に前記シートを剥離する剥離工程と、
前記基材上のケミカル作用の強い第２の砥粒を含む研磨層を乾燥する工程と、
他の研磨層ブロック形状に対応した貫通穴パターンを有する他のシートを、上記第２の砥粒を含んだ研磨層の上に重ねる工程と、
前記機械的作用の強い第１の砥粒とバインダとを混合した塗布液を上記他のシートの上から塗布する塗布工程と、
上記塗布を行った後に上記他のシートを剥離する剥離工程と、
機械的作用の強い第１の砥粒を含む研磨層を乾燥する工程とによって、上記２種類の砥粒を有する研磨層を前記基材上に形成することを特徴とする研磨具の製造方法。
【請求項９】
前記研磨層ブロック形状に対応した貫通穴パターンを有するシートの上記貫通穴の形状は、矩形あるいは円形、椿円形であることを特徴とする請求項８の研磨具の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９の製造方法によって製造された研磨具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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の製造方法に関するものであり、殊に研磨加工の高品位化、高能率化を図るとともに、耐用寿命が長い研磨フィルム及びその製造方法を提供するものである。
【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、各種硬脆材料や金属材料からなる部品の最終仕上げには、遊離砥粒を用いた研磨加工仕上げ相当の優れた仕上げ面粗さを得ることのできる固定砥粒加工工具の開発が各方面で活発に行われている。砥粒加工において良好な加工面粗さを得るには、通常、微細な砥粒を使用することが有利であり、固定砥粒加工工具においても、それは同様である。しかし、鏡面状の優れた加工面を得るために、固定砥粒加工工具において粒径数μｍ以下の砥粒を使用すると、加工時に砥粒結合材と工作物との接触が生じやすく、その結果、加工抵抗の急増、砥粒の脱落等が生じ、最悪の場合には加工不可の状態に陥ってしまう。また切りくずなどによる目詰まりは、加工能率を低下させてしまうだけではなく、せっかく得られた鏡面に再びスクラッチ、傷等を与えてしまうという問題点がある。
【０００３】
これらの問題を解決するものとして、微細な砥粒を造粒し、凝集した状態の粉末を砥粒として使用する固定砥粒加工工具があり、特開２０００−１９０２２８号公報、特開２０００−２３７９６２号公報に、凝集砥粒を基材上にバインダ樹脂で固定化した研磨具に関する発明が記載されている。さらに、特開２００３−１０５３２４号公報に微細な一次粒子同士の結合状態に注目し、一次粒子同士の結合力（凝集力）と加工能率との関係を解明し、加工能率を向上させるには一次粒子同士の結合力を適正化するのが有効であることが記載されている。
【０００４】
しかし、特開２００３−１０５３２４号公報に記載されているものでは、加工面の品位を損なうことなしに、加工能率を向上させるには限界がある。なぜなら、一次粒子同士の結合力（凝集力）があまり弱すぎると、凝集砥粒（二次粒子）自身が破壊され、加工能率が極めて低く、加工物の前加工面を完全に除去することができず、その反面、一次粒子同士の結合力（凝集力）は高くなればなるほど、凝集砥粒本来の特徴がなくなり、通常の大粒径単粒子砥粒に近づき、加工能率は向上されるが、スクラッチなどが発生しやすくなり、加工面の品位が大きく劣化してしまうからである。
【０００５】
また、上記従来技術は、いずれもその砥粒が単一成分のものであって、砥粒材質の如何とその加工特性との関連についての配慮はなされていない。それに対し、２種類以上の砥粒を使用する技術は従来公知である（例えば、特開平７−２４６５６４号公報と特開２００２−２３９９２１号公報）。特開平７−２４６５６４号公報に記載されているものは、粗目の砥粒層と細目の砥粒層を同時に設けた砥石であり、この砥石の切り込み方向に粗目の砥粒層から細目の砥粒層の順にすることによって、粗加工と仕上げ加工を同時に達成しようとしているものである。
しかし、この方法は機械的な除去作用によるものであり、得られる加工面の品位には限界があり、また、前記従来の固定砥粒工具の欠点、例えば、細目砥粒における目詰まりなどの欠点を解決できない。また、特開２００２−２３９９２１号公報の記載にされているものは、基材フィルムの上に研磨層を有し、その研磨層に固定砥粒として存在する第１の砥粒と、研磨時に遊離砥粒として作用する第２の砥粒を有している。そして、この第１の砥粒の粒径は０．５〜５μｍ、第２の砥粒の粒径は１〜５００ｎｍであって、いずれも微細なものであり、研磨層における砥粒の突き出し量の維持が非常に難しく、加工時に砥粒結合材（バインダ）と工作物との接触が生じ易く、その結果、加工抵抗の急増、砥粒の脱落等が生じ、最悪の場合には加工不可の状態に陥ってしまう恐れがある。
【０００６】
これらの問題解決のために、種々に研究を行った結果、加工対象物にもよるが、加工物に対して機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒を同時に作用させることが、高加工面品位を損なうことなしに、加工能率を更に向上させるのに極めて効果的であることが判明した。
【特許文献１】特開２０００−１９０２２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７９６２号公報
【特許文献３】特開２００３−１０５３２４号公報
【特許文献４】特開平７−２４６５６４号公報
【特許文献５】特開２００２−２３９９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の課題は、機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒、２種類以上の砥粒の共同研磨特性に着目して、ナノメータオーダの優れた加工面品位を損なうことなしに、従来よりさらに高研磨能率を実現できる研磨具を提供することであり、また安価でかつ簡単に製造できる研磨具およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔解決手段１〕
上記課題を解決するために講じた手段は、基材の上にバインダで砥粒が固定されている研磨層を有し、当該研磨層は一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割され、ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられている研磨具を構成し、上記研磨層は加工物に対して機械的除去作用の強い第１の砥粒と加工物に対してケミカル作用の強い第２の砥粒によるものであり、当該２種類の砥粒を加工物の加工面に対して同時に作用させるようにしたことである。
【０００９】
〔作用〕
加工物に対する研磨層に、それぞれ機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒を設けることによって、上記ケミカル作用の強い第２の砥粒は加工物表面と化学作用を起こし、柔らかい化学反応層、あるいは水和層を生じさせ、上記機械的除去作用の強い第１の砥粒により、メカニカル的に除去することができ、これが加工面に同時に作用する。これは、上記従来技術が困難とした加工能率の向上に極めて有効である。したがって、高加工面品位を損なうことなしに、加工能率が著しく向上する。
【００１０】
〔実施態様１〕（請求項２に対応）
実施態様１は、上記解決手段１について、上記ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられ、それぞれ機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒を有する２種類以上の砥粒が加工物の加工面に対して同時に作用する研磨具あって、上記異なる２種類の砥粒はそれぞれ異なるブロックを形成していて、バインダにより同一基材上に固定されていることである。
【００１１】
〔作用〕
互いに機能が異なる二つの砥粒を基材上の異なる位置に配置することによって、研磨加工中において、機能が異なる二つの砥粒を同時に加工物の研磨面に均一に供給することができ、これによって、上記の二つの機能が加工面全面に均一に実現されるから、研磨面を均一に加工することができる。
もしこの異なる二つの機能を別々に持つ砥粒を混ぜ、あるいはこれらを同じブロック中に配置すると、必ずどちらか一方の作用が強くなり、両機能がバランスよく作用しなくなるので、いわば加工面品位を損なうことしに、加工能率を向上させることは難しい。しかし、上記のとおり、実施態様２によればこのようなことはない。また、最悪の場合、目詰まりなどの悪影響がより顕著となる恐れがあるが、実施態様１は、上記ブロック間に溝を有する格子状パターンが設けられているのでこのようなことはない。
【００１２】
〔実施態様２〕（請求項３に対応）
実施態様２は、上記解決手段１又は実施態様１の上記砥粒について、少なくとも機械的除去作用の強い第１の砥粒は、内部にバインダが含まれていない凝集体であり、あるいは、多数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子を一次粒子同士の結合点にネックが形成される温度で加熱処理して得られた、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ることである。
【００１３】
〔作用〕
上記多数の一次粒子（微細研磨材）が部分的に、かつ、その間に空隙が形成された多孔質体であるから、微細な一次粒子の作用により優れた加工面粗さが得られ、同時に結合された多孔質体による高い加工能率が実現される。研削屑、特に、ケミカル作用の強い第２の砥粒と加工物表面とで生成された化学反応層は超微細な一次粒子とともに加工面から離脱しやすく、目詰まりなどによる加工ダメージを生じる可能性が著しく低減される。
【００１４】
〔実施態様３〕（請求項４に対応）
実施態様３は、上記機械的除去作用の強い第１の砥粒の圧縮破壊強度が２０ＭＰａ〜１６０ＭＰａであることである。
【００１５】
〔作用〕
機械的除去作用の強い第１の砥粒の圧縮破壊強度が２０ＭＰａ以上１６０ＭＰａ以下であることから、高加工面品位と高加工能率の両方が実現される。圧縮破壊強度が２０ＭＰａよりも小さい場合は、複合粒子自身が加工中につぶされるので、ワークの前加工面を完全に除去することができない。
他方、圧縮破壊強度が１６０ＭＰａよりも大きい場合、機械的な除去作用が強すぎて加工による新たなスクラッチ等のダメージをもたらしてしまうが、実施態様３によればこのようなことはない。
【００１６】
〔実施態様４〕（請求項５に対応）
実施態様４は、解決手段１又は実施態様１について、上記の機械的除去作用の強い第１の砥粒がバインダにより基材上に固定されているブロック状の研磨層の面積とケミカル作用の強い第２の砥粒がバインダにより基材上に固定されているブロック状の研磨層の面積の割合が１：１以上であることである。
【００１７】
〔作用〕
上記の機械的除去作用の強い第１の砥粒がバインダにより基材上に固定されているブロック状の研磨層の面積とケミカル作用の強い第２の砥粒がバインダにより基材上に固定されているブロック状の研磨層の面積の割合が１：１以上であることから、研磨加工中に機械的除去作用とケミカル作用をより確実にバランスよく実現して、加工面品位を損なうことなく、加工能率を向上することができる。この割合が１：１未満であれば、いわばケミカル作用の強い第２の砥粒を含む研磨層の割合が機械的除去作用の強い第１の砥粒の研磨層の面積を上回った場合、加工中にケミカル作用により多くの軟質の化学反応層、あるいは水和層が発せさせられるため、スクラッチが発生する可能性が高くなる。
【００１８】
〔実施態様５〕（請求項６に対応）
実施態様５は、解決手段１又は実施態様１の研磨具について、その機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒は、研磨層における含有率が体積比でそれぞれ１０％乃至９０％であることである。
【００１９】
〔作用〕
砥粒の含有率が体積比で１０％以上、９０％以下であることは、高能率で、かつ、高品位な加工面を得るのに特に有効である。前記複合粒子の添加率が１０体積％未満であると添加の効果がなく、９０体積％をこえると研磨具の結合剤量が少なすぎて、砥粒保持強度が著しく低下するので、これは優れた工具として実用に供し得るものでない。
【００２０】
〔実施態様６〕（請求項７に対応）
実施態様６は、解決手段１又は実施態様１の研磨具について、研磨層を一定の間隔で一定の形状に分割されたブロックを、その間に溝を有する格子状パターンで設け、前記ブロックの平面形状が矩形（例えば、正方形）あるいは円形、楕円であることである。
【００２１】
〔作用〕
分割された研磨層のブロックの平面形状は矩形あるいは円形、楕円であることから、より確実にブロック間に溝を設けることができ、研磨加工時により確実に切りくずなどを上記溝に誘導し、加工点から排出させることができるので、目詰まりなどを回避でき、スクラッチフリーで極めて良好な加工面品位を得ることができる。
【００２２】
〔解決手段２〕（請求項８に対応）
解決手段２は、解決手段１の研磨具の製造方法であり、
所定の研磨層ブロック形状に対応した貫通穴パターンを有するシート（いわゆるマスクシート）を基材上に設置する設置工程と、前記ケミカル的作用の強い第２の砥粒とバインダとを混合した塗布液を上記シートの上から上記基材上に塗布する塗布工程と、当該塗布工程の後に上記シートを剥離する剥離工程と、前記基材上のケミカル作用の強い第２の砥粒を含んだ研磨層を乾燥する工程と、他の所定の研磨層ブロック形状に対応した貫通穴パターンを有する他のシートを前記第２の砥粒を含んだ研磨層の上に重ねる工程と、前記機械的作用の強い第１の砥粒とバインダとを混合した塗布液を上記他のシートの上から塗布する塗布工程と、前記他のシートを剥離する工程と、上記第１の砥粒を含んだ研磨層を乾燥する工程とによって、ブロック状に分割され、異なるブロックにそれぞれ異なる２種類の砥粒を有する研磨層を上記基材上に形成することである。
【００２３】
〔作用〕
上記シート（いわゆるマスクシート）を用いて所定のパターンで上記第２の砥粒による研磨層のブロック、第１の砥粒による研磨層のブロックを容易、かつ高精度で形成し、これを焼成することで、一定の間隔で多数の一定の形状を有するブロックに分割し、機械的除去作用の強い第１の砥粒による多数のブロックとケミカル作用の強い第２の砥粒による多数のブロックを上記基材上に固定した研磨具を確実に高精度で成形することができので、高品質の研磨具が極めて低コスト製造される。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の効果は、主な発明毎に整理すれば次のとおりである。
（１）請求項１、請求項２に係る発明
加工物に対して機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒を基材上に設けたことにより、上記ケミカル作用の強い第２の砥粒が加工物表面と化学作用を起こし、柔らかい化学反応層、あるいは水和層を生じさせ、これを上記機械的除去作用の強い第１の砥粒がメカニカル的に除去するという複合研磨作用を奏するので、上記従来技術に比して加工能率が著しく高い。
また、機能が異なる第１の砥粒による研磨層と第２の砥粒による研磨層とを基材上にブロック状に区分けして配置することにより、加工物表面に対して、確実に上記の二つの機能を奏するので、これによって、加工物表面を均一に研磨加工することができる。
上記の二つの機能を持つ砥粒を混合し、あるいは同じブロックに配置すると、必ずどちらか一方の作用が強くなるので、バランスよく、加工面品位を損なうことなしに加工能率を向上させるのは難しくなり、最悪の場合、目詰まりなどの悪影響がより顕著となる恐れがある。しかし、本発明によればこのようなことはない。
【００２５】
（２）請求項３に係る発明
上記多数の一次粒子（微細研磨材）が部分的に、かつ、その間に空隙が形成された多孔質体であるから、微細な一次粒子の作用により優れた加工面粗さが得られ、同時に結合された多孔質体による高い加工能率が実現される。また、研削屑、特に、ケミカル作用の強い第２の砥粒と加工物表面とで生成された化学反応層は超微細な一次粒子、研磨材粒子とともに加工面から離脱しやすく、目詰まりなどによる加工ダメージを生じる可能性が著しく低減される。
【００２６】
（３）請求項４に係る発明
機械的除去作用の強い第１の砥粒の圧縮破壊強度が２０ＭＰａ〜１６０ＭＰａであることから、高加工面品位と高加工能率の両方が実現される。加工物に対して、それぞれ機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒を設けることによって、上記ケミカル作用の強い第２の砥粒は加工物表面と化学作用を起こし、柔らかい化学反応層、あるいは水和層を生じさせ、上記機械的除去作用の強い第１の砥粒よりメカニカル的に除去されることから、加工物の加工面をより研磨し易くしながら、高能率で研磨加工することができる。しかし、柔らかい化学反応層、あるいは水和層存在は、スクラッチなどの加工ダメージが生じ易いため、機械的除去作用の第１の砥粒の圧縮破壊強度が重要なファクターである。圧縮破壊強度が２０ＭＰａ〜１６０ＭＰａであることが、スクラッチの発生の抑制する上で最も有効である。すなわち、圧縮破壊強度が２０ＭＰａよりも小さいと、第一の砥粒自身が加工中につぶされて、ワークの前加工面を完全に除去することができないという傾向が強くなり、他方、圧縮破壊強度が１６０ＭＰａよりも大きいと、機械的な除去作用が強すぎて、加工による新たなスクラッチなどのダメージをもたらしてしまうという傾向が強くなる。
【００２７】
（４）請求項５に係る発明
バインダにより基材上に固定されたブロック状研磨層のうち、機械的除去作用の強い第１の砥粒による研磨層の面積とケミカル作用の強い第２の砥粒による研磨層面積の基材上での面積の割合が１：１以上であることから、研磨加工中に機械的除去作用とケミカル作用をより確実にバランスよく実現させ、加工面品位を損なうことなしに、加工能率を向上させることができる。この割合が１：１未満であれば、いわばケミカル作用の強い第２の砥粒を含む研磨層の割合が機械的除去作用の強い第１の砥粒の研磨層の面積を上回り、その結果、研磨加工中にケミカル作用により多くの軟質の化学反応層、あるいは水和層が発せさせられるため、スクラッチが発生する可能性が高くなる恐れがある。
【００２８】
（５）請求項６に係る発明
上記の第１の機械的除去作用の強い第１の砥粒とケミカル作用の強い第２の砥粒の含有率が体積比で１０％以上９０％以下であることは、高能率で、かつ、高品位な加工面を得るのに特に有効である。前記複合粒子の添加率が１０体積％未満であると添加の効果が小さすぎ、他方、９０体積％を越えると研磨具の結合剤量が少なすぎて、砥粒保持強度が著しく小さくて工具として用いることができない。
【００２９】
（６）請求項８に係る発明
いわゆるマスクシートを用いた通常の塗布作業と、焼成作業とによって本発明の研磨具を製造するものであるから、製造装置が極めて簡便なものであり、簡便な製造装置によって、高精度、高品質の研磨具を製造することができる。
なお、特定形状のブロックが均等に分布する配置パターンを上記マスクシートで形成すればよいのであって、そのブロックの平面形状の如何に関わり無く本発明はその作用効果を奏するので、貫通穴の形状を矩形、円形、楕円形などの極めて単純な形状にすることができ、貫通穴の形状を単純な形状にすることで、上記ブロックの形状及びその分布が高精度の研磨工具を簡単、容易に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。
加工物にもよるが、砥粒として金属酸化物は従来から利用されている。この金属酸化物の例としては、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，Ｆｅ２Ｏ２，ＴｉＯ２，ＭｎＯなどがある。ガラスや石英やＳｉの酸化膜などのガラス質のワークに対して、酸化セリウムは最もケミカル作用が強いことが知られている。同様に、Ｓｉに対して、メカニカルケミカル作用の強いＳｉＯ２を用いることもできる。また、第１の機械的除去作用の強い砥粒としては、加工対象物にもよるが、平均粒径が５μｍ以下の一次粒子の微細粉末が凝集して、平均粒径１０〜３００μｍ程度のもの、さらに好ましくは平均粒径４０〜１００μｍ程度の二次粒子径を備えたものが適している。材料としては、硬質無機材料、例えば、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が用いられる。これらの凝集体はゾルゲル法、スプレードライヤー等の手段で作ることができる。
【００３１】
なお、上記のケミカル作用は、研磨において、砥粒、ポリシャー、研磨液と工作物（ワーク）の化学反応を起してその面の凹凸が均される作用のことであり、例えば、加工物がガラス、あるいはガラス質のものの場合、セリア（ＣｅＯ２）がケミカル作用の強い砥粒の代表的なものとして知られている。セリアは研磨加工中に、ガラスと化学反応を起こして、除去されやすい柔らかい水和層の発生を促進するもので、これにより、ガラスが研磨され易くなる。
次いで、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３２】
まず、５０〜６０ｎｍからなる超微細ＺｒＯ２粉末（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、例えば、平均粒径Ｄ５０で６０μｍの微細２次粒子（顆粒）を作成する（一般的に、１μｍ〜３００μｍまでのサイズが得られるが、この場合、粒度分布がシャープでないときに、分級プロセスを加える）。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はその１次粒子同士の結合力が弱すぎる場合もある。この場合は、ＺｒＯ２顆粒を電気炉の中に入れて焼成して１次粒子同士の結合力を強化する。
また、焼成時間を短縮するために、あるいは硬さをさらに高めるためには、加圧した状態で上記焼成を行えばよい。
【００３３】
一次粒子が加熱処理により成長するが、当該一次粒子がその構成物質の物質移動により成長するのみならず、粒子同士の結合箇所が、粒子の構成物質の物質移動により太くなって、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ので参照されたい。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を部分的に、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に形成する。
【００３４】
焼成し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））に基づく島津製作（株）製微小圧縮試験機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、被測定機械的除去作用の強い第１の砥粒に圧縮力をかけて、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のものを機械的除去作用の強い第１の砥粒として採用した。
次に、ケミカル作用の強い第２の砥粒として、ＣｅＯ２を採用した（昭和電工製ＳＨＯＲＯＸ。モース硬さ６）。平均粒径Ｄ５０は１．５μｍ程度であった。このＣｅＯ２砥粒（上記第２の砥粒）２２を、粒子の体積比が２５体積％になるよう、液状のウレタン樹脂と混合し、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。撹拌は室温下で、回転速度５０ｒｐｍで行った。
【００３５】
実施例１は第１の砥粒による研磨層２３と第２の砥粒による研磨層２４が図１に示すパターンで配置された研磨剤１であり、図２で示すように、研磨層ブロックの所定の形状・寸法の貫通穴パターンを有するマスクシート３を、基材（例えば、厚さ約７５μｍのＰＥＴフィルム）１２上に敷き、さらにそのマスクシート３（厚さ０．０５ｍｍ）の上からワイヤバーコータ４を用いて上記ＣｅＯ２砥粒２２（第２の砥粒）を含んだ塗布液を塗布する。塗布方法については、ワイヤバーコータ４の他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。マスクシート３の構造は、この実施例１では、図２（ａ）に示すな配置パターンで正方形（一辺が１２ｍｍ）の貫通穴３１を多数有するものである（その断面構造については、図２（ｂ）参照）。
【００３６】
そして、マスクシート３の上から上記塗布液を塗布した後に、砥粒層がまだ乾かないうちに、そのマスクシート３を剥がす。当該シートが剥がされた後に、上記貫通穴３１の中に充填された第２の砥粒２２による砥粒層が残されて、研磨具表面に正方形のブロック状の研磨層パターンが形成される（図２（ｃ））。このブロックの平面形状は貫通穴３１と同じ幅１２ｍｍの正方形である。そして、これを恒温槽（例えば、Ｙａｍａｔｏ科学製）により６０℃程度で３０ｍｉｎ程度乾燥する。
【００３７】
その後、乾燥された上記研磨層の上に、再び、図２（ｄ）に示すパターン配置の貫通穴３１ａ（一辺が１３ｍｍ）を有する第２のマスクシート３ａを敷く。このとき、上記のＣｅＯ２（第２の砥粒）を含有した研磨層２４は上記マスクシート３ａでカバーされる。なお、このマスクシート３ａの貫通穴３１ａが上記ＣｅＯ２の研磨層２４が配置されていない部分に一致するようにマスクシート３ａを位置決めする。次に、圧縮破壊強度が６７ＭＰａのＺｒＯ２を粒子（第１の砥粒２１）の体積比が４０％になるように液状のウレタン樹脂と混合し、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する。撹拌は、室温で、回転数は砥粒を破壊しない程度として５０ｒｐｍで行った。そして、上記と同じ手法で、上記マスクシート３ａの上からワイヤバーコータ４を用いて上記ＺｒＯ２砥粒（第１の砥粒）２１を含んだ上記塗布液を塗布する。その後、その砥粒層２３がまだ乾かないうちに、そのマスクシート３ａを剥がし、再び恒温槽に入れ、６０℃程度で３０ｍｉｎ程度乾燥させる。これによって、ＺｒＯ２砥粒（第１の砥粒）２１を含んだ矩形の研磨層２３がマスクシート３ａの貫通穴３１ａのパターンで形成される。なお、この研磨層２３の各ブロック形状は幅１３ｍｍの正方形である。
【００３８】
以上の工程を経ることによって、図２（ｅ）に示す表面パターン（図１のものと同じ）の研磨具、すなわち矩形の第１の砥粒による研磨層２３と第２の砥粒による研磨層２４とが縦横に交互に配置された研磨具１が作成される。そして、この研磨具１の断面構造は図３に模式的に示すようなものである。
【００３９】
実施例の研磨具１を図４で示した加工装置の定盤６に取り付け、面粗さ２μｍＲｙ前後に調整したφ１５０ｍｍのＢＫ７光学ガラスディスクを加工した（加工条件：定盤回転数６０ｒｐｍ、加工圧力３０ｋＰａ）。その結果、２分間で加工マーク（スクラッチ、加工傷など）フリーで、かつ３０ｎｍＲｙ以下の鏡面を得ることができた（面粗さの評価はテーラホプソン社製フォームタリサーフＳ４Ｃで行った）。また、引き続きガラスディスクを１０枚研磨加工しても、スクラッチの発生は見られず、しかも、加工能率の低下も認められなかった。
【００４０】
図５は機械的除去作用の強い第１の砥粒（ＺｒＯ２）２１の研磨加工を行った後の表面観察写真である。第１の砥粒（ＺｒＯ２）２１は平坦化磨耗していることが分かる。また、その砥粒の周りにケミカル作用の強い第２の砥粒であるＣｅＯ２（第２の砥粒）２２が付着されていることも観察される。研磨加工中において第１の砥粒２１と第２の砥粒が接していて、両砥粒が加工点に同時に作用していることが図５の状態から示唆されている。
【００４１】
以上のように、異なる機能を持つ二つの砥粒を基材の上の別々に配置することよって、異なる機能を持つ二つの砥粒が、研磨加工中にワークに対してそれぞれ確実に作用するから、加工物表面が均一に加工される。また、上記機械的除去作用の強い第１の砥粒（ＺｒＯ２）２１は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た多孔質体であるから、研削屑、特に、ケミカル作用の強い第２の砥粒（ＣｅＯ２）２２と加工物表面とで生成された化学反応層が超微細な一次粒子研磨材粒子とともに加工面から離脱しやすく、したがって、目詰まり等による加工ダメージを生じる可能性が著しく低減される。これは、通常の砥粒においては得られない効果である。
【実施例２】
【００４２】
次いで実施例２を説明する。この実施例２は、上記実施例１におけるケミカル作用の強い第２の砥粒をＣｅＯ２からＳｉＯ２に代えた研磨具である。このＳｉＯ２の平均粒径は０．５μｍである。次に、上記実施例１と同じように研磨具を図４に示す加工装置のラップ定盤に取り付け、＃２０００相当の砥石で研削加工した直径５０ｍｍのシリコンウェーハを研磨加工した。その結果、４分間の加工時間で加工マーク（スクラッチ）のない、加工面粗さ２０ｎｍＲｙ以下の鏡面が得られた。また、引き続きシリコンウェーハを１０枚研磨加工しても、加工能率や加工面粗さの低下は認められなかった。
【００４３】
〔変形例〕
以上の上記実施例１、実施例２の研磨層の形状を円形や楕円形にしたものを製作して同様の研磨試験を行った。その結果は上記実施例１、実施例２のそれと違いがないことが確認された。
なお、この場合の円形や楕円形の研磨層のブロック形状は、その面積が実施例１の研磨層の面積とほぼ同じ形状にしたものである。
【００４４】
〔比較例１〕
比較例１として、上記実施例１と同様に、機械的除去作用の強い第１のＺｒＯ２砥粒だけを用いた研磨具を作製した。この比較例の研磨具を研磨装置（図４）の定盤に取りつけ、面粗さ２μｍＲｙに調整したＢＫ７光学ガラスディスクを研磨加工した（加工条件：定盤回転数６０ｒｐｍ、加工圧力３０ｋＰａ）。３分間で加工マーク（スクラッチ、加工傷など）フリー、かつ３０ｎｍＲｙ以下の鏡面を得ることができた（面粗さの評価はテーラホプソン社製フォームタリサーフＳ４Ｃで行った）。また、引き続きガラスディスクを５枚研磨加工しても、スクラッチの発生は見られなかった。しかし、砥粒の磨耗に伴い、加工能率の方はどんどん低下し、最後にほぼゼロとなった。
【００４５】
以上の比較例と上記実施例１の試験結果を比べると、加工能率の点において、実施例１に比して研磨能率が低いだけでなく，加工進行に伴う経時劣化があった。換言すれば、実施例１の場合はケミカル作用と機械的除去作用を併用することで、加工面品位を損なうことなしに、研磨能率が高くなっているだけでなく，長く維持されたことが分かる。
なお、本発明は一次粒子である砥粒の種類、造粒凝集方法、添加物の種類、研磨具結合材の種類、加工工具の形状、加工対象物の如何に関わりなく、機械的除去作用の強い第１の砥粒と、ケミカル作用の強い第２の砥粒とを上記のような形態で複合することによって上記の作用効果を奏するものであるから、上記の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は研磨具の形状を模式的に示す平面図である。
【図２】は研磨具作製装置の構造工程を説明するための模式図である。
【図３】はこの発明の研磨具の一部拡大断面図である。
【図４】は本発明の研磨具を用いた研磨装置の使用状態を示す正面図である。
【図５】は機械的除去作用の強い第１のＺｒＯ２の磨耗状態とケミカル作用の強いＣｅＯ２砥粒の付着状態を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：研磨具
２：砥粒
３，３ａ：マスクシート（パターン付シート）
４：ワイヤバーコータ
５：ワーク
６：定盤
１１：バインダ
１２：基材
２１：機械的除去作用の強い第１の砥粒
２２：ケミカル作用の強い第２の砥粒
２３：機械的除去作用の強い第１の砥粒を含んだ研磨層
２４：ケミカル作用の強い第２の砥粒を含んだ研磨層
３１，３１ａ：貫通穴
【図１】
2005297165.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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