(57)【要約】【課題】  砥石および被加工物の冷却効率を高めて高品質の研磨加工を行い得るとともに砥石の加工面のドレッシング頻度を少なくして砥石寿命を高め、砥石の砥粒に加わる面圧を調整し加工能率を向上する。【解決手段】  多孔質の砥石Ｇの加工面Ｇａと被加工面Ｗａとを接触させた状態のもとで、砥石Ｇと被加工物Ｗとを相対的に摺動させながら、被加工面Ｗａと加工面Ｇとの間に形成される研磨空隙に、砥石Ｇの気孔を介して流体の流れを形成する。さらに、気孔を介して研磨空隙内に加圧流体の流れを発生させた状態のもとで被加工面Ｗａを加工面Ｇａにより研磨加工し、気孔を介して研磨空隙内に負圧流体の流れを発生させた状態のもとで被加工面Ｗａを加工面Ｇａにより研磨加工する。【選択図】    図２
2007015046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の被加工面を研磨加工する研磨装置であって、
砥粒、結合材および気孔を有し平坦な加工面が設けられた多孔質の砥石と、
前記加工面と前記被加工面とを接触させた状態のもとで、前記砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させる駆動手段と、
前記砥石が取り付けられる砥石ホルダーに形成され、前記砥石の前記気孔を介して前記加工面に連通する流体通路と、
前記流体通路に接続され、前記被加工面と前記加工面との間に形成される研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して加圧流体を供給し前記研磨空隙に加圧流体の流れを形成する加圧流体供給手段と、
前記流体通路に接続され、前記研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して負圧流体を供給し前記研磨空隙に負圧流体の流れを形成する負圧流体供給手段とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１記載の研磨装置において、前記砥粒はダイヤモンドとＣＢＮのいずれかの単体またはこれらの混合体であることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１記載の研磨装置において、前記砥石はダイヤモンドとＣＢＮのいずれかの単体またはこれらの混合体、あるいは前記単体または前記混合体と炭化ケイ素、ムライト、または溶融アルミナの少なくともいずれかの混合体を含む主研磨領域と、ダイヤモンド、溶融アルミナまたは炭化ケイ素の単体または混合体を含み前記主研磨領域よりも低い硬度の副研磨領域とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
被加工物の被加工面を研磨加工する研磨方法であって、
砥粒、結合材および気孔を有し平坦な加工面が設けられた多孔質の砥石の前記加工面と前記被加工面とを接触させた状態のもとで、前記砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら、
前記被加工面と前記加工面との間に形成される研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して加圧流体を供給し前記研磨空隙に加圧流体の流れを形成する工程と、
前記研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して負圧流体を供給し前記研磨空隙に負圧流体の流れを形成する工程とを実行することを特徴とする研磨方法。
【請求項５】
請求項４記載の研磨方法において、前記研磨空隙内の流体の圧力を変化させることにより単位時間当たりの研磨量を変化させることを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は砥石を用いて被加工物の表面を研磨加工する研磨装置および研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砥石は硬質の粒子つまり砥粒を結合材で固めて形成される工具である。砥石を用いた加工には、研削加工と研磨加工とがあり、習慣的には荒加工は研削加工と言われ、仕上げ加工は研磨加工と言われている。これらの加工は、砥石を被加工物つまりワークに押し付けた状態のもとで砥石と被加工物とを相対的に移動させることによって被加工物表面つまり被加工面を砥粒により多数の切りくずとして削り取る加工であって、両者は機能的には同義でありこの明細書では両者を含めて研磨加工と言う。
【０００３】
砥石を用いて研磨加工される被加工物には種々のものがあり、例えばサファイア基板やシリコン基板の表面を研磨加工するためにも砥石が用いられている。サファイア基板は青色や白色のＬＥＤを製造するために使用されており、これらのＬＥＤはサファイア基板の上に窒化物半導体デバイスをエピタキシャル成長により形成することにより製造され、半導体集積回路はシリコン等の単結晶基板の上に半導体デバイスを形成することにより製造される。シリコン基板はシリコンインゴットを薄い板状にスライシングすることにより製造され、半導体デバイスを形成する前に回路形成面は研磨加工により高い表面荒さに鏡面仕上げされる。同様にサファイア基板も表面は研磨加工により表面仕上げされる。
【０００４】
スライシングされた基板を被加工物として、その表面を鏡面仕上げしたり基板の厚みを薄くするために砥石により基板は研磨加工されており、研磨加工時には砥石と被加工物との間に水道水や研磨液を塗布して砥石および被加工物を冷却するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
砥石と被加工物とを冷却するには、加工時に砥石の表面に冷却液として塗布された研磨液等が充分に砥石の加工面と被加工物の被加工面との間に入り込むようにする必要があるが、外部から加工面または被加工面に冷却液を塗布しただけでは充分に両方の間に冷却液が入り込まずに、研磨加工時に被加工物は加熱されることがある。被加工物が部分的にも過加熱されると、被加工物に熱変形や熱歪みが発生し、高品質の研磨加工を行うことができず、製品の歩留まりを低下させることになる。
【０００６】
砥石の加工面には研磨加工により研磨粉が付着して目詰まりを発生させることになるので、目詰まりを除去して砥粒を加工面に露出させるために加工面を所定時間の研磨加工が終了した後に、ドレッサを用いてドレッシング処理を行っている。この処理は加工面を取り除く処理であり、加工面が摩耗することになるので、ドレッシング処理が繰り返された砥石は、薄くなってしまい使用することができなくなる。
【０００７】
砥石を用いた研磨加工時には、砥石の砥粒が被加工面に所定の面圧となって接触するように、砥石と被加工物に所定の押し付け力が加わるようにしており、外部から砥石に対し被加工面に垂直方向の推力を加えるようにしているが、外部から推力を加える場合には面圧を高精度に調整することが困難であり、特に砥石と被加工物との間にこれらに塗布された冷却液が介在していると、砥粒が確実に被加工面に接触せず加工能率が低下することになる。
【０００８】
本発明の目的は、砥石および被加工物の冷却効率を高めて高品質の研磨加工を行い得るようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、砥石の加工面のドレッシング頻度を少なくして砥石寿命を高めることにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、砥石の砥粒に加わる面圧を調整し加工能率を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の研磨装置は、被加工物の被加工面を研磨加工する研磨装置であって、砥粒、結合材および気孔を有し平坦な加工面が設けられた多孔質の砥石と、前記加工面と前記被加工面とを接触させた状態のもとで、前記砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させる駆動手段と、前記砥石が取り付けられる砥石ホルダーに形成され、前記砥石の前記気孔を介して前記加工面に連通する流体通路と、前記流体通路に接続され、前記被加工面と前記加工面との間に形成される研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して加圧流体を供給し前記研磨空隙に加圧流体の流れを形成する加圧流体供給手段と、前記流体通路に接続され、前記研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して負圧流体を供給し前記研磨空隙に負圧流体の流れを形成する負圧流体供給手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の研磨装置は、前記砥粒がダイヤモンドとＣＢＮのいずれかの単体またはこれらの混合体であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の研磨装置は、前記砥石がダイヤモンドとＣＢＮのいずれかの単体またはこれらの混合体、あるいは前記単体または前記混合体と炭化ケイ素、ムライト、または溶融アルミナの少なくともいずれかの混合体を含む主研磨領域と、ダイヤモンド、溶融アルミナまたは炭化ケイ素の単体または混合体を含み前記主研磨領域よりも低い硬度の副研磨領域とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の研磨方法は、被加工物の被加工面を研磨加工する研磨方法であって、砥粒、結合材および気孔を有し平坦な加工面が設けられた多孔質の砥石の前記加工面と前記被加工面とを接触させた状態のもとで、前記砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら、前記被加工面と前記加工面との間に形成される研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して加圧流体を供給し前記研磨空隙に加圧流体の流れを形成する工程と、前記研磨空隙に前記砥石の前記気孔を介して負圧流体を供給し前記研磨空隙に負圧流体の流れを形成する工程とを実行することを特徴とする。
【００１５】
本発明の研磨方法は、前記研磨空隙内の流体の圧力を変化させることにより単位時間当たりの研磨量を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、通気性を有する多孔質の砥石を貫通させて空気や液体等の流体を砥石の加工面に流すようにしたので、砥石および被加工物表面を流体によって効率的に冷却することができ、砥石および被加工物に過加熱が発生することを確実に防止できる。
【００１７】
本発明によれば、砥石の気孔により得られる砥石の通気性を利用して砥石からこの加工面に向けて流体を吐出させることにより、砥石の加工面に研磨粉が付着することを防止でき、砥石の目詰まり発生を防止できる。これにより、砥石のドレッシング処理の頻度を少なくして砥石寿命を伸ばすことができる。
【００１８】
本発明によれば、砥石と被加工物との間に形成される研磨空隙を大気圧よりも高い圧力状態として研磨空隙に加圧流体の流れを形成した加工工程と、研磨空隙を大気圧よりも低い圧力状態として研磨空隙に負圧流体の流れを形成した加工工程とを実行して被加工物を研磨加工するので、砥石の目詰まりを防止しつつ研磨加工効率を高めることができる。また、砥粒が被加工物に加える面圧を調整することができ、研磨加工精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の研磨装置を用いて被加工物の平面を研磨加工する場合の研磨加工パターンを示す概略図であり、研磨加工は砥石と被加工物の少なくとも一方を回転させることによって砥石と被加工物とを相対的に摺動させることにより行われる。
【００２０】
図１（Ａ）に示す研磨装置は、被加工物Ｗを支持するワークテーブル１と砥石Ｇを保持して回転する砥石ホルダー２とを有し、被加工物Ｗの被加工面に円板状の砥石Ｇの端面からなる平坦な加工面を接触させた状態のもとで砥石Ｇを符号Ｒで示すように回転させることにより砥石Ｇを被加工物Ｗに対し摺動させて被加工面の研磨加工を行う。被加工物Ｗと砥石Ｇとの相対位置を変化させて加工部位を変えるためにワークテーブル１は、図１（Ａ）においてＸ方向とＹ方向に移動自在となっている。このタイプの研磨装置において、砥石ホルダー２をＸ方向とＹ方向に移動させることにより砥石Ｇと被加工物Ｗとの相対位置を変化させるようにすることもでき、ワークテーブル１をＸ方向とＹ方向の一方に移動するようにし、砥石ホルダー２をＸ方向とＹ方向の他方に移動するようにしても良い。
【００２１】
図１（Ｂ）に示す研磨装置は、砥石Ｇを固定する砥石ホルダー２と被加工物Ｗを保持して回転するチャック３とを有し、被加工物Ｗの被加工面と砥石Ｇの加工面とを接触させた状態で被加工物Ｗを回転させることにより被加工物Ｗを砥石Ｇに対し摺動させて被加工面の研磨加工を行う。被加工物Ｗと砥石Ｇとの相対位置を変化させるためにチャック３はＸ方向およびＹ方向に移動自在となっている。
【００２２】
図１（Ｃ）に示す研磨装置は、被加工物Ｗを支持して回転させる回転テーブル１と砥石Ｇを保持して回転する砥石ホルダー２とを有し、被加工物Ｗの被加工面に円板状の砥石Ｇの平坦な加工面を接触させた状態のもとで回転テーブル１と砥石ホルダー２とをそれぞれ矢印Ｒで示すように回転させることにより砥石Ｇを被加工物Ｗに対し摺動させて被加工面の研磨加工を行う。被加工物Ｗと砥石Ｇとの相対位置を変化させるために砥石ホルダー２はＸ方向に移動自在となっている。
【００２３】
図１（Ａ），（Ｃ）に示す研磨装置は、被加工物Ｗが下側となり砥石Ｇが上側となっており、被加工面が水平になっているが、被加工物Ｗと砥石Ｇの上下関係を逆にしても良く、被加工面が垂直となるように砥石ホルダー２とテーブル１を水平に配置するようにしても良い。同様に、図１（Ｂ）に示す研磨装置においても被加工物Ｗと砥石Ｇの上下関係を逆にしても良く、砥石ホルダー２およびチャック３を水平に配置するようにしても良い。
【００２４】
図２は上述したタイプとは相違したタイプの本発明の研磨装置を示す断面図である。図３（Ａ）は図２におけるＡ−Ａ線に沿う方向から見た砥石ホルダーを示す断面図であり、図３（Ｂ）は他のタイプの研磨装置における（Ａ）と同様の部分を示す断面図である。
【００２５】
図２に示す研磨装置は、被加工物Ｗを支持して回転させるチャック１１と砥石Ｇを保持して回転する砥石ホルダー１２とを有し、被加工物Ｗの被加工面Ｗａに砥石Ｇの加工面Ｇａを接触させた状態のもとで砥石ホルダー１２とチャック１１とを回転させることにより砥石Ｇを被加工物Ｗに対し摺動させて被加工面Ｗａの研磨加工を行う。この研磨装置はチャック１１が砥石ホルダー１２の上方に配置され、それぞれの回転中心軸が垂直方向となっているが、チャック１１と砥石ホルダー１２の上下関係を逆にしても良く、それぞれを回転中心軸が水平方向となるように水平に配置するようにしても良い。
【００２６】
チャック１１はワーク回転シャフト１３の先端に取り付けられており、バキュームチャックとなっている。チャック１１は複数の吸気孔１４が形成されたチャック板１５を有し、ワーク回転シャフト１３は図示しないモータにより回転駆動されるようになっている。それぞれの吸気孔１４に連通する真空流路１６がワーク回転シャフト１３に形成されており、真空流路１６はロータリジョイント１７を介して真空ポンプ１８に接続され、真空ポンプ１８とロータリジョイント１７とを接続する真空供給路１９には流路開閉弁２０が取り付けられている。したがって、真空ポンプ１８を作動させて真空流路１６を大気圧よりも低い圧力にすると、吸気孔１４内に外部空気が流入して被加工物Ｗはチャック１１に真空吸着されて保持される。
【００２７】
ワーク回転シャフト１３は上下方向に移動自在となっており、チャック１１に支持された被加工物Ｗを砥石Ｇに向けて接近離反移動させることができるとともに、被加工物Ｗを砥石Ｇに接触させた状態でワーク回転シャフト１３およびチャック１１の自重により被加工物Ｗに対して押し付け力を加えることができる。この自重による押し付け力に加えて、空気圧シリンダなどによりワーク回転シャフト１３に推力を加えて被加工物Ｗに対して押し付け力を付加するようにしても良い。
【００２８】
砥石Ｇは砥粒を結合材で固めて形成されており、内部には微細な気孔が形成された多孔質構造となっている。これにより、図２に示すように連なった気孔を介して平坦な加工面Ｇａとこの反対側面Ｇｂとの間で空気や液体等の流体を貫通させることができ、空気や液体を貫通させるように砥石Ｇは通気性を有している。図示する砥石Ｇは環状となっており、外周面には封孔処理層１０が形成され、内周面は砥石支持プレート２３に設けられた突起部に嵌合して封止されている。ただし、砥石Ｇの外周面と内周面に非多孔質の部材からなる枠を取り付けるようにして内外周面からの流体の漏れを防止するようにしても良い。
【００２９】
砥石Ｇが取り付けられる砥石ホルダー１２は、砥石回転シャフト２１に一体となって設けられており、複数の流体案内孔２２が形成された砥石支持プレート２３を有し、砥石回転シャフト２１は図示しないモータにより回転駆動されるようになっている。それぞれの流体案内孔２２に連通スペース２４ａを介して連通する流体通路２４が砥石回転シャフト２１に形成されており、流体通路２４はロータリジョイント２５を介して真空ポンプ２６に接続され、真空ポンプ２６とロータリジョイント２５とを接続する流体案内路２７ａには流路開閉弁２８ａと圧力調整弁２９ａとが取り付けられている。したがって、流路開閉弁２８ａを開いた状態のもとで真空ポンプ２６を作動させると、流体通路２４および流体案内孔２２を介して多孔質の砥石Ｇの気孔は真空ポンプ２６に連通して大気圧よりも低い真空状態ないし負圧状態となり、砥石Ｇの加工面Ｇａには外部から気孔内に周囲空気や液体が流入することになる。
【００３０】
ロータリジョイント２５には加圧ポンプ３１が接続され、加圧ポンプ３１とロータリジョイント２５とを接続する流体案内流路２７ｂには流路開閉弁２８ｂと圧力調整弁２９ｂとが取り付けられている。加圧ポンプ３１は容器３２内に収容された水道水や研磨液等の液体を加圧して吐出し、流路開閉弁２８ｂを開いた状態のもとで加圧ポンプ３１を作動させると、液体が流体通路２４および流体案内孔２２を介して多孔質の砥石Ｇの気孔内に入り込み加工面Ｇａから流出することになる。
【００３１】
真空ポンプ２６は負圧流体供給手段を構成し、加圧ポンプ３１は加圧流体供給手段を構成し、圧力調整弁２９ａ，２９ｂは圧力調整手段を構成している。なお、加圧ポンプ３１を圧縮空気を吐出するコンプレッサとすることにより、加工面Ｇａから空気を流出させるようにしても良い。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、流体案内孔２２を砥石ホルダー１２の砥石支持プレート２３に分散して形成するようにしても良く、図３（Ｂ）に示すように砥石ホルダー１２にそれぞれ流体通路２４に連通する複数本の連通孔２４ｂを形成し、それぞれに連通させて直線状に流体案内孔２２を砥石支持プレート２３に形成するようにしても良い。
【００３３】
図４は図２に示された砥石Ｇとこれに接触した状態の被加工物Ｗの一部を拡大して示す断面図であり、砥石Ｇは多数の砥粒４１と砥粒相互を連結する結合材４２とにより形成され、内部には微細な気孔４３が形成されており、気孔４３によって砥石Ｇは加工面Ｇａとその反対側面Ｇｂとの間に流体が流れるように通気性を有している。砥石Ｇとしての強度を維持しつつ砥石Ｇ内に流体が流れるようにするには、気孔率ε、つまり砥石容積に占める気孔４３の容積の比率を１０〜６０％の範囲とし、気孔径を１〜２００μｍの範囲とすることが好ましいことが実験により判明した。
【００３４】
砥石Ｇの加工面Ｇａはミクロ的に観察すると砥粒４１の粒径に応じて凹凸面となっており、研磨加工前の被加工物Ｗの被加工面Ｗａは表面荒さに応じた凹凸面となっているので、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとを接触させた状態のもとでは、ミクロ的に観察すると被加工面Ｗａの全体に加工面Ｇａが接触することはなく、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとの間には研磨空隙Ｓが層状となって形成されることになる。砥粒４１が被加工面Ｗａに直接接触する部分には研磨空隙Ｓは形成されないが、研磨空隙Ｓは全体的に非接触の部分を介して層状に連なって研磨層となっている。
【００３５】
したがって、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとが押し付けられた状態のもとで、真空ポンプ２６を作動させて流体通路２４を介して砥石Ｇ内の気孔４３を負圧状態とすると、砥石Ｇは通気性を有するので外部の空気が加工面Ｇａから砥石Ｇ内に流入し、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとの間に形成される研磨空隙Ｓには空気の流れが形成されることになり、砥石Ｇおよび被加工物Ｗはともに研磨空隙Ｓを流れる空気により冷却される。砥石Ｇと被加工物Ｗとに水道水や研磨液等の液体を塗布するようにすると、液体が空気とともに砥石Ｇの気孔内を貫通して砥石Ｇを冷却することになり、空気と液体によって砥石Ｇの冷却が行われる。
【００３６】
しかも、研磨空隙Ｓの圧力は負圧流体供給手段としての真空ポンプ２６により所定の真空度に設定され、研磨空隙Ｓが真空状態となると、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとの密着力が増加して、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとに加わる面圧を増加させることができるとともに、砥粒４１が直接被加工面Ｗａに接触し、研磨空隙Ｓを負圧状態にしないで研磨加工を行う場合よりも単位時間当たりの研磨量を大きくすることができる。圧力調整手段としての圧力調整弁２９ａにより研磨空隙Ｓの圧力を変化させると、研磨空隙Ｓの厚みが変化するとともに面圧を変化させることができるので、単位時間当たりの研磨量を研磨空隙Ｓの圧力調整によって調整することができる。
【００３７】
例えば、研磨空隙Ｓの真空度を高めて面圧を高くすると被加工面Ｗａに接触する加工面Ｇａの砥粒４１の数が増加して研磨量を増加させることができ、真空度を低くして研磨空隙Ｓの圧力を大気圧に近づけると被加工面Ｗａに接触する砥粒の数が減少して研磨量は減少するが、被加工面Ｗａの仕上げ精度を高めることができる。したがって、同一の砥石Ｇを用いても、研磨空隙Ｓの圧力調整によって研磨量や被加工面Ｗａの仕上げ面荒さを変化させることができる。
【００３８】
一方、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとが押し付けられた状態のもとで、加圧ポンプ３１を作動させて流体通路２４を介して砥石Ｇ内の気孔４３内に液体を注入すると、液体が加工面Ｇａから研磨空隙Ｓ内に吐出されるので、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとの間には液体の流れが形成されることになり、砥石Ｇおよび被加工物Ｗはともに流れる液体により冷却される。しかも、研磨空隙Ｓ内の液体の圧力を加圧流体供給手段としての加圧ポンプ３１により大気圧よりも高い所定の圧力に設定すると、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとの間の研磨空隙Ｓの厚み寸法が増加して、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとに加わる面圧を小さくすることができる。圧力調整手段としての圧力調整弁２９ｂにより研磨空隙Ｓの圧力を変化させると、研磨空隙Ｓの厚みが変化するとともに面圧を変化させることができるので、研磨量や被加工面Ｗａの仕上げ面荒さを研磨空隙Ｓの圧力調整によって調整することができる。
【００３９】
しかも、砥石Ｇから研磨空隙Ｓ内に液体を吐出させると、研磨加工時に研磨粉が加工面Ｇａに付着することが防止されるので、砥石Ｇの目詰まり発生を防止することができ、砥石Ｇのドレッシング頻度を大幅に減少させて加工能率を向上させることができる。したがって、真空ポンプ２６を作動させて研磨空隙Ｓ内を大気圧よりも低い圧力に設定して所定の研磨加工を行う工程と、加圧ポンプ３１から液体または空気を砥石Ｇに供給して研磨加工を行う工程とを混在させると、砥石の面圧を調整するとともに研磨空隙Ｓに流体を流しつつ研磨加工を行うことができ、加工時に加工面Ｇａに付着した研磨粉を除去することができるとともに、ドレッシング頻度を大幅に減少させることができる。
【００４０】
図５は図２に示された砥石Ｇを示す斜視図であり、砥石Ｇは主研磨領域４５と副研磨領域４６とを有し、それぞれは砥石Ｇの厚み方向に延びており、主研磨領域４５は副研磨領域４６よりも砥石硬度が高くなっている。それぞれの研磨領域４５，４６は砥粒４１と結合材４２とを一体に焼結により固めて形成されており、それぞれ内部に気孔４３が形成されて通気性を有している。主研磨領域４５は加工面Ｇａにおいては四角形になって全体的に格子状となり、その内側が副研磨領域４６となっている。ただし、主研磨領域４５の平面形状としては、四角形に限られず、六角形や八角形としても良く、平行線状または放射線状に形成するようにしても良い。
【００４１】
図示する主研磨領域４５の砥粒４１としては、ダイヤモンドつまりダイヤモンド砥粒が使用されており、その平均粒径は０．１〜３００μｍとなっている。ただし、ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒つまりCBNを使用するようにしても良く、ダイヤモンドとCBNとの混合物を使用するようにしても良い。これに対して、副研磨領域４６の砥粒４１としては、ダイヤモンドやCBNよりも硬度が低い炭化ケイ素SiCつまりGC、ムライト(3Al2O3-2SiO2)、または溶融アルミナAl2O3つまりWAの単体或いはこれらの混合体が使用されており、その平均粒径は、０．１〜３００μｍとなっている。このように、主研磨領域４５の砥粒４１をダイヤモンドとし、副研磨領域４６の砥粒４１にダイヤモンドを使用しないことにより、ダイヤモンドの使用量を少なくすることが可能となるが、砥石Ｇに硬度が相違した主研磨領域４５と副研磨領域４６とを形成することなく、砥石Ｇの砥粒４１を全てダイヤモンドやCBNにより形成するようにしても良い。
【００４２】
主研磨領域４５および副研磨領域４６の結合材４２としては、ビトリファイドボンドが使用されているが、それぞれの結合材４２としてはビトリファイドボンド以外に、レジノイドボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。
【００４３】
このように、副研磨領域４６は溶融アルミナ、ムライトまたは炭化ケイ素からなる砥粒４１により形成され、主研磨領域４５はこれよりも硬度が高いダイヤモンドを砥粒４１として形成されているので、図示する砥石Ｇを用いて研磨加工を行うと、副研磨領域４６の加工面Ｇａが主研磨領域４５の加工面Ｇａよりも先に磨耗することになり、主研磨領域４５の加工面Ｇａは副研磨領域４６の加工面Ｇａよりも、約１０μｍ程度突出した状態となってそのエッジにより主として研磨加工が行われ、研磨加工により主研磨領域４５には常に切り刃のエッジが研磨加工に伴って創成される。ただし、副研磨領域４６の砥粒４１にダイヤモンドを含有させるようにしても良い。
【００４４】
主研磨領域４５よりも副研磨領域４６が先に磨耗するのであれば、つまり砥石Ｇの加工面Ｇａの磨耗量が主研磨領域４５よりも大きいのであれば、それぞれの領域を構成する砥粒４１および結合材４２の種類等は上述した場合に限られない。たとえば、それぞれの研磨領域４５，４６の砥粒４１を同種の砥粒としてそれぞれの結合材４２を相違させるようにしても良い。また、それぞれの領域の砥粒４１を同種とするとともに主研磨領域４５の砥粒粒径を副研磨領域４６の砥粒粒径よりも大きくするようにしても良く、その場合にはそれぞれの結合材４２を同種としても異種としても良い。すなわち、主研磨領域４５よりも副研磨領域４６が先に摩耗、つまり副研磨領域４６の摩耗量が主研磨領域４５よりも大きいことを実現するために、第１にそれぞれの砥粒４１の種類と大きさと量を調整する方法と、第２にそれぞれの結合材４２の種類と量等を適切に設定する方法との一方またはこれらの組み合わせにより最適な砥石Ｇを得ることができる。
【００４５】
このように、副研磨領域４６よりも主研磨領域４５の硬度が高く、つまり摩耗し難く設定されていれば良く、副研磨領域４６としてはダイヤモンドとＣＢＮのいずれかの単体またはこれらの混合体、或いはこれらの単体またはこれらの混合体と炭化ケイ素、ムライト、溶融アルミナの少なくともいずれかとの混合体とすることができる。ダイヤモンドとＣＢＮの単体またはこれらの混合体と他の砥粒との混合体を使用する場合には、ダイヤモンドとＣＢＮの単体またはこれらの混合体を１０〜１００％の体積割合で含有し、結合材４２を含めた主研磨領域４５におけるダイヤモンドとＣＢＮの単体またはこれらの混合体を５〜６５％の体積割合で含有することが好ましい。
【００４６】
図５に示すように主研磨領域４５と副研磨領域４６とを有する砥石Ｇを用いて研磨加工を行うと、被加工物Ｗの表面には副研磨領域４６の加工面Ｇａとこれよりも硬度が高い主研磨領域４５の加工面Ｇａとが繰り返して接触することになる。これにより、上述したように、副研磨領域４６の加工面Ｇａが主研磨領域４５の加工面Ｇａよりも先に磨耗することになり、研磨加工時に砥石Ｇから欠落した砥粒４１は、欠落して研磨空隙Ｓ内に入り込んで、一種の遊離砥粒として機能することになる。このように、欠落した砥粒が一種の遊離砥粒として機能することから、主研磨領域４５の加工面Ｇａは副研磨領域４６の加工面Ｇａよりも突出した状態、つまりドレッシング処理された状態となって研磨加工されるので、ドレッシング効果による被加工物Ｗに対する研磨能を維持したまま、深い圧痕を被加工面Ｗａに残すことなく、良好な研磨加工品質を得ることができる。さらに、被加工物Ｗの被加工面Ｗａは、主として主研磨領域４５の加工面Ｇａにより研磨加工され、補助的に副研磨領域４６の加工面Ｇａにより研削加工されることになり、補助的な加工面Ｇａが主研磨領域４５の加工面Ｇａよりも早く磨耗することから、主研磨領域４５の加工面Ｇａには切り刃エッジが常に露出した状態に保持される。
【００４７】
しかも、主研磨領域４５における加工面Ｇａが副研磨領域４６の加工面Ｇａよりも突出した状態となるので、砥石Ｇにより被加工物Ｗに加えられる押し付け力によって主研磨領域４５における砥粒４１には大きな分担荷重が加わることになり、砥粒４１に加わる面圧が大きくなる。これにより、砥粒４１により被加工物Ｗの表面を削り取る機能が高まり、加工能率が向上する。このことは、研磨空隙Ｓを大気圧よりも低い負圧状態として被加工面Ｗａおよび砥粒に加わる面圧を大きくしても達成され、研磨能率を高めることが可能となる。
【００４８】
図６（Ａ）は図２に示した研磨装置の全体構成を示す側面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の正面図であり、図７は図６（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。
【００４９】
研磨装置は図２に示した砥石回転シャフト２１が回転自在に組み込まれた基台５１と、この基台５１に設けられた研磨ヘッド５２とを有しており、研磨ヘッド５２には２本のワーク回転シャフト１３がそれぞれ回転自在に設けられている。したがって、図示する研磨装置は、同時に２つの被加工物Ｗを研磨加工することができる。
【００５０】
砥石回転シャフト２１には図７に示すようにプーリ５３が固定され、図６（Ａ）に示すように基台５１に固定されたモータ５４のプーリ５５とプーリ５３との間にはベルト５６が掛け渡されており、砥石回転シャフト２１はモータ５４により回転駆動される。砥石回転シャフト２１に取り付けられたロータリジョイント２５には流体案内路を構成するホース５７が接続されており、このホース５７を介してロータリジョイント２５には図２に示した真空ポンプ２６と加圧ポンプ３１のいずれか一方または両方が接続される。
【００５１】
研磨ヘッド５２にはこれに水平方向に固定されたガイドレール５８に沿って摺動する摺動台５９が設けられており、摺動台５９にはそれぞれのワーク回転シャフト１３が上下方向に移動自在かつ回転自在に設けられている。それぞれのワーク回転シャフト１３の上端部側にはスプライン６１が設けられ、このスプライン６１に噛み合うプーリ６２が摺動台５９に回転自在に組み込まれ、プーリ６２と摺動台５９に固定されたモータ６３のプーリ６４との間にはベルト６５が掛け渡されており、モータ６３によりワーク回転シャフト１３は回転駆動される。ワーク回転シャフト１３は摺動台５９に上下動自在に装着されたスリーブ６５内に組み込まれており、スリーブ６５を介してワーク回転シャフト１３を上下動してこれを砥石Ｇに向けて接近離反移動させるために、摺動台５９に取り付けられた空気圧シリンダ６６のピストンロッド６７がスリーブ６５に連結されている。ワーク回転シャフト１３の端部にはロータリジョイント１７が取り付けられており、このロータリジョイント１７は図２に示すように真空ポンプ１８に接続されている。図７は図６に示すように研磨ヘッド５２に設けられた２本のワーク回転シャフト１３の一方を示すが、両方とも同一の構造となっている。
【００５２】
図５および図６に示す研磨装置により円板状の被加工物Ｗの表面を研磨加工するには、それぞれの真空チャック１１に被加工物Ｗを保持させた状態のもとで空気圧シリンダ６６によりワーク回転シャフト１３を砥石Ｇに向けて接近移動させる。モータ６３によりワーク回転シャフト１３を回転させるとともにモータ５４により砥石回転シャフト２１を回転させながら砥石Ｇの加工面Ｇａに被加工物Ｗの被加工面Ｗａを接触させる。両方のモータ５４，６３により砥石Ｇと被加工物Ｗは相対的に摺動した状態となり、この状態のもとで真空ポンプ２６を駆動させると加工面Ｇａと被加工面Ｗａとの間に形成される研磨空隙Ｓには砥石Ｇの気孔を介して負圧空気の流れが発生するとともに、研磨空隙Ｓ内は負圧状態となって大気圧よりも低い圧力が発生した状態となる。一方、加圧ポンプ３１から空気や液体を研磨空隙Ｓ内に供給すると、研磨空隙Ｓ内は大気圧よりも高い圧力が発生した状態となる。それぞれの圧力は、圧力調整弁２９ａ，２９ｂにより調整される。このように研磨空隙Ｓ内の圧力を調整し研磨空隙Ｓの厚みを変化させることにより被加工面Ｗａに接触する砥粒４１の数を変化させることができ、研磨量や被加工面Ｗａの仕上げ精度を調整することができる。
【００５３】
本発明の研磨装置を用いた研磨加工方法としては、被加工物の被加工面と砥石の加工面との間の研磨空隙Ｓに液体等の流体を加圧ポンプ３１から供給して研磨空隙Ｓに加圧流体の流れを形成する研磨工程と、研磨空隙Ｓに真空ポンプ２６により負圧空気を供給して研磨空隙Ｓに負圧流体の流れを形成する研磨工程とを実行し、さらにはこれらの研磨工程を交互に複数回ずつ繰り返すと、砥石のドレッシング頻度を少なくして砥石寿命を高めるとともに、砥石と被加工物の冷却効率を高めて高品質の研磨加工を行うことができる。
【００５４】
本発明の研磨装置を用いた研磨加工方法としては、さらに、それぞれの研磨加工時に圧力調整弁２９ａ，２９ｂにより研磨空隙Ｓ内の圧力を研磨加工の進行に伴って変化させるようにして研磨加工を行う方式があり、圧力を変化させることにより単位時間当たりの研磨量を変化させることができる。
【００５５】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明の研磨装置は、加工面Ｇａと被加工面Ｗａとが接触した状態で摺動するタイプであれば、図１に示した種々のタイプの研磨装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は砥石を用いて被加工物の平面を研磨加工する場合の研磨加工パターンを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態である研磨装置を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は図２におけるＡ−Ａ線に沿う方向から見た砥石ホルダーを示す断面図であり、（Ｂ）は他のタイプの研磨装置における（Ａ）と同様の部分を示す断面図である。
【図４】図２に示された砥石とこれに接触した状態の被加工物の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図２に示された砥石を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）は図２に示した研磨装置の全体構成を示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。
【図７】図６（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１    チャック
１２    砥石ホルダー
１３    ワーク回転シャフト
２１    砥石回転シャフト
２２    流体案内孔
２４    流体通路
２５    ロータリジョイント
２６    真空ポンプ
２９ａ，２９ｂ    圧力調整弁
３１    加圧ポンプ
４１    砥粒
４２    結合材
４３    気孔
４５    主研磨領域
４６    副研磨領域
Ｇ      砥石
Ｇａ    加工面
Ｓ      研磨空隙
Ｗ      被加工物
Ｗａ    被加工面
【図１】
2007015046.tif 000003
【図２】
2007015046.tif 000004
【図３】
2007015046.tif 000005
【図４】
2007015046.tif 000006
【図５】
2007015046.tif 000007
【図６】
2007015046.tif 000008
【図７】
2007015046.tif 000009