JP2009190155A - Polishing tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン等の半導体、鉄鋼、アルミニウム等の金属製品、その他セラミック製の日用品等を仕上加工する研磨具に関する。 The present invention relates to a polishing tool for finishing a semiconductor such as silicon, a metal product such as steel and aluminum, and other daily necessities made of ceramic.
シリコン等の半導体、鉄鋼、アルミニウム等の金属製品、その他セラミック製の日用品等の表面を平滑化するために、コランダム、ダイアモンド、ＣＢＮ等の砥粒をバインダーで結合した研磨具が使用される。このとき、砥粒と研磨用基材の結合が弱いと、砥粒が研磨パッド等の研磨用基材から離脱して被研磨面に残留する。研磨後に被研磨面を洗浄するが、被研磨面にめり込んだ砥粒を完全に除去することは困難であり、残留した砥粒が腐食の原因になることがある。また、砥粒が研磨用基材から離脱するということは、研磨具の寿命が短縮することを意味する。 In order to smooth the surface of semiconductors such as silicon, metal products such as steel and aluminum, and other daily necessities made of ceramics, a polishing tool in which abrasive grains such as corundum, diamond and CBN are bonded with a binder is used. At this time, if the bond between the abrasive grains and the polishing substrate is weak, the abrasive grains leave the polishing substrate such as a polishing pad and remain on the surface to be polished. Although the surface to be polished is cleaned after polishing, it is difficult to completely remove the abrasive grains embedded in the surface to be polished, and the remaining abrasive grains may cause corrosion. In addition, the fact that the abrasive grains are detached from the polishing substrate means that the life of the polishing tool is shortened.
砥粒が研磨用基材から離脱しないようにするために、特開２００４−３３７９９２公報（特許文献１）では、水酸基を有する固定砥粒を開示している。即ち、前記固定砥粒とバインダーを水素結合により強固に結合し、固定砥粒の離脱を防止している。 In order to prevent the abrasive grains from detaching from the polishing substrate, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-337992 (Patent Document 1) discloses fixed abrasive grains having a hydroxyl group. That is, the fixed abrasive and the binder are firmly bonded by hydrogen bonding to prevent the fixed abrasive from being detached.
また、特開２００５−１９３３５８公報（特許文献２）では、砥粒の半面に磁性を有する金属材料を被覆する方法を開示している。即ち、磁界をかけて、前記被覆面が研磨用基材である台金の方向に向くように配列し、前記被覆面と前記台金をＮｉ−Ｃｒ系ろう材等のバインダーで強固に結合することにより固定砥粒の離脱を防止し、金属が被覆されていない面で研磨対象物を研磨する。
上記発明にも問題点があった。特許文献１、２とも砥粒の離脱防止には効果がある。しかし、これらの研磨具は砥粒の大きさがミクロンサイズなので、研磨の加工精度もミクロンサイズが限界であり、ミクロンサイズより小さい微細加工ができないという問題がある。即ち、半導体のような精密部品の、ミクロンサイズより小さい傷、溝等の平滑化のための微細加工ができないということである。
There was also a problem with the above invention. Both
このような砥粒より小さい粒子として、ミクロンサイズの１／１０００である数ｎｍの直径を有する金属ナノ粒子がある。しかし、金属ナノ粒子は容易に凝集し、数μｍの大きさで形状が不規則な２次粒子になるため、半導体のような精密部品の超微細加工の砥粒には不適である。同様に、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径を有する物質として、カーボンナノチューブを始めとするカーボンナノ物質が知られている。しかし、カーボンナノ物質の応用は現状では、電界電子エミッター、ＡＦＭのカンチレバー等限定的なものであり、カーボンナノ物質を砥粒とする研磨具は実用化されていなかった。 As particles smaller than such abrasive grains, there are metal nanoparticles having a diameter of several nanometers, which is 1/1000 of a micron size. However, since the metal nanoparticles easily aggregate and become secondary particles having a size of several μm and irregular shapes, they are not suitable for ultrafine processing abrasive grains of precision parts such as semiconductors. Similarly, carbon nanomaterials such as carbon nanotubes are known as materials having a diameter of several nanometers to several tens of nanometers. However, at present, the application of carbon nanomaterials is limited to field electron emitters, AFM cantilevers, and the like, and polishing tools using carbon nanomaterials as abrasive grains have not been put to practical use.
本件発明者は、研磨具の砥粒にカーボンナノ物質を使用することを想到して本件発明を完成させたものである。即ち、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、カーボンナノ物質を砥粒に使用して、ナノメーター程度の超微細加工が可能な研磨具を提供することである。 The present inventor has completed the present invention by conceiving the use of carbon nanomaterials in the abrasive grains of the polishing tool. That is, an object of the present invention is to provide a polishing tool capable of performing ultrafine processing on the order of nanometers by using carbon nanomaterials as abrasive grains in view of the above problems.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、研磨用基材と、多数のカーボンナノ物質と、前記カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を有するようにバインダーで相互に結合する固結部と、前記固結部を前記研磨用基材にバインダーで固定する固着部からなり、前記露出面を研磨面とする研磨具である。 The present invention has been made to solve the above problems, and a first embodiment of the present invention is an exposed surface in which a polishing substrate, a number of carbon nanomaterials, and a part of the carbon nanomaterial are exposed. The polishing tool includes a solidified portion that is bonded to each other with a binder and a fixed portion that fixes the solidified portion to the polishing substrate with a binder, and the exposed surface is a polished surface.
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、前記カーボンナノ物質が、前記研磨用基材に密植状に略直立した研磨具である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a polishing tool according to the first aspect, wherein the carbon nanomaterial is substantially upright in a closely-planted manner on the polishing base material.
本発明の第３の形態は、前記第１の形態において、前記カーボンナノ物質が、不規則に配向して前記バインダーで相互に結合されている研磨具である。 A third aspect of the present invention is the polishing tool according to the first aspect, wherein the carbon nanomaterials are irregularly oriented and bonded to each other with the binder.
本発明の第４の形態は、前記第１〜３形態のいずれかにおいて、前記カーボンナノ物質が、カーボンナノチューブ、ブラシ状カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイスト、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンサブマイクロコイル、カーボンナノスプラウトの１種以上からなる研磨具である。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the carbon nanomaterial is a carbon nanotube, a brush-like carbon nanotube, a carbon nanohorn, a carbon nanotwist, a carbon nanofiber, a carbon nanocoil, or carbon. A polishing tool comprising at least one of sub-microcoil and carbon nanosprout.
本発明の第５の形態は、前記第１〜４形態のいずれかにおいて、前記バインダーが樹脂からなる研磨具である。 A fifth aspect of the present invention is the polishing tool according to any one of the first to fourth aspects, wherein the binder is made of a resin.
本発明の第６の形態は、前記第１〜４形態のいずれかにおいて、前記バインダーが金属からなる研磨具である。 A sixth aspect of the present invention is the polishing tool according to any one of the first to fourth aspects, wherein the binder is made of metal.
本発明の第７の形態は、バインダーを塗着して形成した粘着領域を有する研磨用基材を用意し、基板上に密植状に略直立して形成したカーボンナノ物質の先端部を前記粘着領域に加圧状態で没入し、前記バインダーを固化して前記カーボンナノ物質を前記研磨用基材に固定し、前記カーボンナノ物質を前記基板から分離させて、前記分離面から前記カーボンナノ物質の基端部を一部露出させ、前記分離面を露出面とし、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法である。 According to a seventh aspect of the present invention, a polishing base material having an adhesive region formed by applying a binder is prepared, and the tip of the carbon nanomaterial formed substantially upright in a densely planted manner on the substrate is adhered to the adhesive. Immersing the region in a pressurized state, solidifying the binder, fixing the carbon nanomaterial to the polishing substrate, separating the carbon nanomaterial from the substrate, and separating the carbon nanomaterial from the separation surface. In this method, the base end is partially exposed, the separation surface is an exposed surface, and the exposed surface is a polished surface.
本発明の第８の形態は、多数のカーボンナノ物質を密植状に略直立して形成した基板に、前記カーボンナノ物質の少なくとも基端部を埋没させるようにバインダーを加圧状態で滲入させ、前記バインダーを固化して前記カーボンナノ物質を前記基板に固定し、前記カーボンナノ物質の先端部を一部露出させた露出面を形成し、前記基板を研磨用基材として使用し、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法である。 In an eighth aspect of the present invention, a binder is infiltrated in a pressurized state so that at least the base end portion of the carbon nanomaterial is buried in a substrate formed by standing a large number of carbon nanomaterials upright in close-packed form, Solidifying the binder to fix the carbon nanomaterial to the substrate, forming an exposed surface in which a portion of the tip of the carbon nanomaterial is exposed, using the substrate as a polishing substrate, and exposing the exposed surface. Is a method for manufacturing a polishing tool having a polishing surface.
本発明の第９の形態は、多数のカーボンナノ物質が形成した基板を、バインダーを充填させた容器に加圧状態で浸漬させて前記カーボンナノ物質間に前記バインダーを滲入させ、前記カーボンナノ物質及び前記基板を前記容器から取り出し、前記バインダーを固化し、前記カーボンナノ物質を前記基板から分離し、前記カーボンナノ物質と研磨用基材をバインダーで接着、固化して前記カーボンナノ物質を前記研磨用基材に固定し、前記カーボンナノ物質の先端部を一部露出させた露出面を形成し、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法である。 In a ninth aspect of the present invention, a substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed is immersed in a container filled with a binder in a pressurized state so that the binder is infiltrated between the carbon nanomaterials, And removing the substrate from the container, solidifying the binder, separating the carbon nanomaterial from the substrate, bonding the carbon nanomaterial and a polishing substrate with a binder and solidifying, and polishing the carbon nanomaterial. This is a polishing tool manufacturing method in which an exposed surface is formed by fixing the carbon nanomaterial to a base material for use and exposing a part of the tip of the carbon nanomaterial, and the exposed surface is a polished surface.
本発明の第１０の形態は、多数のカーボンナノ物質が形成した基板から前記カーボンナノ物質を分離し、前記カーボンナノ物質をバインダーに浸漬、攪拌して前記カーボンナノ物質間に前記バインダーを滲入させ、前記カーボンナノ物質及び前記バインダーを研磨用基材に塗布し、前記バインダーを固化して前記カーボンナノ物質を前記研磨用基材に固定し、前記カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を形成し、前記部露出面を研磨面とする研磨具製造方法である。 According to a tenth aspect of the present invention, the carbon nanomaterial is separated from a substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed, and the carbon nanomaterial is immersed in a binder and stirred to allow the binder to penetrate between the carbon nanomaterials. The carbon nanomaterial and the binder are coated on a polishing substrate, the binder is solidified to fix the carbon nanomaterial to the polishing substrate, and an exposed surface in which the carbon nanomaterial is partially exposed. It is a polishing tool manufacturing method that is formed and uses the part-exposed surface as a polishing surface.
本発明の第１１の形態は、多数のカーボンナノ物質とバインダーからなる混合物を作製し、前記混合物を攪拌し、研磨用基材に塗布し、前記バインダーを固化し、前記カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を有するように前記バインダーを除去し、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法である。 In an eleventh aspect of the present invention, a mixture comprising a large number of carbon nanomaterials and a binder is prepared, the mixture is stirred, applied to a polishing substrate, the binder is solidified, and the carbon nanomaterial is partially In the polishing tool manufacturing method, the binder is removed so as to have an exposed exposed surface, and the exposed surface is a polished surface.
本発明の第１の形態によれば、研磨用基材と、多数のカーボンナノ物質と、前記カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を有するようにバインダーで相互に結合する固結部と、前記固結部を前記研磨用基材にバインダーで固定する固着部からなり、前記露出面を研磨面とする研磨具を提供することができる。固結部は、カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を有するようにバインダーで相互に結合している。カーボンナノ物質の一部露出とは、カーボンナノ物質の先端部や側面等が露出した状態であり、露出した前記カーボンナノ物質を砥粒として使用する。そして、この先端部や側面等の露出部の長さは、自由に設定できる。即ち、ミクロンサイズの１／１０００である数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の直径を有するカーボンナノチューブを始めとするカーボンナノ物質を砥粒として使用するので、半導体のような精密部品のナノメーター程度の超微細加工ができる。また、カーボンナノ物質の炭素同士は相互に強固に結合しているため、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を形成し、この露出面を研磨面とすると、前記カーボンナノ物質の欠損はほとんどない。そのうえ、前記カーボンナノ物質は相互にバインダーで結合され、固結部を形成する。前記固結部は前記研磨用基材にバインダーで固定され、固着部を形成する。前記固結部、前記固着部ともバインダーで強固に結合しているため、砥粒である前記カーボンナノ物質がほとんど離脱しない。前記固結部のバインダーと前記固着部のバインダーは、別種でも良いし、同種でも良い。そのため、本形態の研磨具は、超微細加工ができ、耐久性に優れた研磨具である。 According to the first aspect of the present invention, a polishing substrate, a large number of carbon nanomaterials, and a solidified portion bonded to each other with a binder so as to have an exposed surface in which the carbon nanomaterial is partially exposed. Further, it is possible to provide a polishing tool including a fixing portion that fixes the consolidated portion to the polishing base material with a binder, and the exposed surface is a polishing surface. The consolidated portion is bonded to each other with a binder so as to have an exposed surface in which the carbon nanomaterial is partially exposed. The partial exposure of the carbon nanomaterial refers to a state in which a tip portion or a side surface of the carbon nanomaterial is exposed, and the exposed carbon nanomaterial is used as an abrasive. The length of the exposed portion such as the tip portion or the side surface can be freely set. That is, since carbon nanomaterials such as carbon nanotubes having a diameter of several nanometers to several tens of nanometers, which is 1/1000 of a micron size, are used as abrasive grains, ultrafineness of precision parts such as semiconductors is about nanometers. Fine processing is possible. Moreover, since carbon of the carbon nanomaterial is firmly bonded to each other, it has a property of being extremely resistant to bending and pulling. Therefore, when an exposed surface in which a part of the carbon nanomaterial is exposed is formed and this exposed surface is used as a polished surface, there is almost no defect of the carbon nanomaterial. In addition, the carbon nanomaterials are bonded to each other with a binder to form a consolidated portion. The consolidated portion is fixed to the polishing base material with a binder to form a fixed portion. Since the solidified portion and the fixed portion are firmly bonded with a binder, the carbon nanomaterials that are abrasive grains are hardly detached. The binder of the consolidated part and the binder of the fixing part may be different types or the same type. Therefore, the polishing tool of the present embodiment is a polishing tool that can perform ultrafine processing and has excellent durability.
本発明の第２の形態によれば、前記カーボンナノ物質が、前記研磨用基材に密植状に略直立した研磨具を提供することができる。本形態の研磨具も、前述のようにカーボンナノ物質を砥粒として使用するので、超微細加工ができ、耐久性に優れた研磨具である。更に、前記研磨用基材に前記カーボンナノ物質が密植状に略直立しているので、前記研磨具の研磨面のあらゆる方向に精度良く研磨対象物を研磨することができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a polishing tool in which the carbon nanomaterial is substantially upright in a close-planted manner on the polishing base material. Since the polishing tool of this embodiment also uses the carbon nanomaterial as abrasive grains as described above, it is a polishing tool that can perform ultrafine processing and has excellent durability. Furthermore, since the carbon nanomaterials are substantially upright in a densely planted manner on the polishing base material, it is possible to polish the object to be polished with high accuracy in all directions of the polishing surface of the polishing tool.
本発明の第３の形態によれば、前記カーボンナノ物質が、不規則に配向して前記バインダーで相互に結合されている研磨具を提供することができる。本形態の研磨具も、前述のようにカーボンナノ物質を砥粒として使用するので、超微細加工ができ、耐久性に優れた研磨具である。更に、前記カーボンナノ物質が、不規則に配向しているので、前記研磨具の研磨面のあらゆる方向に研磨対象物を研磨することができる。そのうえ、不規則に配向した前記カーボンナノ物質は略直立したカーボンナノ物質と比較して、形成条件等形成方法を広く選択できるため入手が容易である。そのため、本形態の研磨具は安価で大量生産できるため、製品のコストダウンが図れる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to provide a polishing tool in which the carbon nanomaterials are irregularly oriented and bonded to each other with the binder. Since the polishing tool of this embodiment also uses carbon nanomaterials as abrasive grains as described above, it is a polishing tool that can perform ultrafine processing and has excellent durability. Furthermore, since the carbon nanomaterial is irregularly oriented, the object to be polished can be polished in any direction of the polishing surface of the polishing tool. Moreover, the irregularly oriented carbon nanomaterial is easy to obtain because the formation method and the like can be widely selected as compared with the substantially upright carbon nanomaterial. Therefore, since the polishing tool of this embodiment can be mass-produced at low cost, the cost of the product can be reduced.
本発明の第４の形態によれば、前記カーボンナノ物質が、カーボンナノチューブ、ブラシ状カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイスト、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンサブマイクロコイル、カーボンナノスプラウトの１種以上からなる研磨具を提供することができる。本形態の研磨具も、前述のようにカーボンナノ物質を砥粒として使用するので、超微細加工ができ、耐久性に優れた研磨具である。更に、前記カーボンナノ物質を使用目的、使用頻度等の条件によりカーボンナノチューブ等から選択することができるので、非常に効率的である。 According to the fourth aspect of the present invention, the carbon nanomaterial is carbon nanotube, brush-like carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanotwist, carbon nanofiber, carbon nanocoil, carbon submicrocoil, or carbon nanosprout. A polishing tool comprising more than seeds can be provided. Since the polishing tool of this embodiment also uses the carbon nanomaterial as abrasive grains as described above, it is a polishing tool that can perform ultrafine processing and has excellent durability. Furthermore, since the carbon nanomaterial can be selected from carbon nanotubes or the like according to conditions such as the purpose of use and frequency of use, it is very efficient.
本発明の第５の形態によれば、前記バインダーが樹脂からなる研磨具を提供することができる。本形態の研磨具も、前述のようにカーボンナノ物質を砥粒として使用するので、超微細加工ができ、耐久性に優れた研磨具である。更に、樹脂はセラミック電子部品のペーストに使用される等、使用頻度が高く、一般的な物質である。そのため、入手も容易であり、取扱法も周知であり、製品のコストダウンが図れる。 According to the 5th form of this invention, the said binder can provide the polishing tool which consists of resin. Since the polishing tool of this embodiment also uses the carbon nanomaterial as abrasive grains as described above, it is a polishing tool that can perform ultrafine processing and has excellent durability. In addition, resin is a common substance that is frequently used, such as used in pastes for ceramic electronic components. Therefore, it is easy to obtain, the handling method is well known, and the cost of the product can be reduced.
本発明の第６の形態によれば、前記バインダーが金属からなる研磨具を提供することができる。カーボンナノチューブをはじめとするカーボンナノ物質は、その強度高さからさまざまな応用がおこなわれている。本発明は、その強度の高さを直接利用するものである。カーボンナノチューブなどカーボンナノ物質の高強度な性質から、この研磨具は研磨が困難な高強度材料の研磨に適している。しかし、高強度材料の研磨の際にバインダー部分の磨耗が速いとカーボンナノ物質の脱離が速くなり、研磨具全体の消耗が早くなってしまう。この問題を解決するために、本発明でバインダーに金属を使用することを見出した。バインダーに用いる金属を最適に選ぶことにより、研磨対象に合わせた最適な強度をもつ研磨具を提供することができる。
カーボンナノチューブをはじめとするカーボンナノ物質は、真空または不活性ガス環境で、ほとんどの金属の融点よりも高い耐熱性をしめす。そのため、真空または不活性ガス環境で溶融金属内にカーボンナノ物質を投入しても、カーボンナノ物質はその形態をそのまま保っている。したがって、本発明によればバインダーが金属からなるカーボンナノ物質をふくむ研磨具を容易に提供できる。
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to provide a polishing tool in which the binder is made of metal. Carbon nanomaterials such as carbon nanotubes have been applied in various applications due to their high strength. The present invention directly utilizes the high strength. Due to the high strength properties of carbon nanomaterials such as carbon nanotubes, this polishing tool is suitable for polishing high strength materials that are difficult to polish. However, if the binder portion is worn quickly during polishing of a high-strength material, the desorption of the carbon nanomaterial is accelerated and the wear of the entire polishing tool is accelerated. In order to solve this problem, the present inventors have found that a metal is used for the binder in the present invention. By optimally selecting the metal to be used for the binder, it is possible to provide a polishing tool having an optimal strength suitable for the object to be polished.
Carbon nanomaterials such as carbon nanotubes exhibit heat resistance higher than the melting point of most metals in a vacuum or inert gas environment. For this reason, even if the carbon nanomaterial is introduced into the molten metal in a vacuum or an inert gas environment, the carbon nanomaterial maintains its form as it is. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily provide a polishing tool including a carbon nanomaterial whose binder is made of metal.
本発明の第７の形態によれば、バインダーを塗着して形成した粘着領域を有する研磨用基材を用意し、基板上に密植状に略直立して形成したカーボンナノ物質の先端部を前記粘着領域に加圧状態で没入し、前記バインダーを固化して前記カーボンナノ物質を前記研磨用基材に固定し、前記カーボンナノ物質を前記基板から分離させて、前記分離面から前記カーボンナノ物質の基端部を一部露出させ、前記分離面を露出面とし、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法を提供することができる。カーボンナノ物質の一部露出とはカーボンナノ物質の基端部が露出した状態であり、露出した前記カーボンナノ物質を砥粒として使用する。そして、この基端部の露出部の長さは、自由に設定できる。このため、カーボンナノ物質を砥粒として使用するので、超微細加工ができる研磨具の製造方法である。
更に、電界電子エミッターにカーボンナノ物質を利用する等の要求から、基板にカーボンナノ物質を密植状に略直立して形成する方法が種々研究されているので、それらのうちの最適な方法を使用できる。また、密植状に略直立して形成したカーボンナノ物質の先端部を前記粘着領域に加圧状態で没入し、固化することにより、バインダーの中で一定方向を向いたカーボンナノ物質が製造できる。そのうえ、前記バインダーを加圧することにより前記カーボンナノ物質の間に前記バインダーをより確実に滲入させることができる。本発明で使用する基板上に形成されたカーボンナノ物質は、密度が高いためその隙はナノサイズとなっている。そのため、バインダーで形成した粘着領域に没入しただけではカーボンナノ物質間に十分に滲入しない。そこで、本発明は粘着領域を加圧することによりこの問題を解決した。さらに、カーボンナノチューブをはじめとするカーボンナノ物質は、高い強度をもっている。そのため、加圧により変形することがない。前記バインダーの固化は、加熱、冷却、紫外線照射等前記バインダーに最適な方法で実施し、必要なら、固化したバインダーをエッチング等バインダーに最適な方法で除去する。前記カーボンナノ物質を前記基板から分離させて、前記分離面から前記カーボンナノ物質の基端部を一部露出させ、前記分離面を露出面とし、前記露出面を研磨面とすると、前記研磨面のあらゆる方向に精度良く研磨対象物を研磨することができる。カーボンナノ物質の炭素同士は相互に強固に結合しているため、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、前記カーボンナノ物質である砥粒の欠損はほとんどない。そのうえ、研磨用基材に前記基板とは別の材料を使用するので、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材を選択することができる。そして、前記カーボンナノ物質を研磨用基材に固定して、前記基板と前記カーボンナノ物質を分離することにより、研磨面が揃った研磨具を製造することができる。即ち、前記方法の１つで形成されたカーボンナノ物質を使用して、本形態により前記カーボンナノ物質の方向、研磨面が揃った研磨具を製造することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, a polishing base material having an adhesive region formed by applying a binder is prepared, and a tip portion of the carbon nanomaterial formed substantially upright in a densely planted manner on the substrate is provided. Immersion into the adhesive region in a pressurized state, solidify the binder, fix the carbon nanomaterial to the polishing substrate, separate the carbon nanomaterial from the substrate, and separate the carbon nanomaterial from the separation surface. It is possible to provide a polishing tool manufacturing method in which a base end portion of a substance is partially exposed, the separation surface is an exposed surface, and the exposed surface is a polished surface. The partial exposure of the carbon nanomaterial is a state in which the base end portion of the carbon nanomaterial is exposed, and the exposed carbon nanomaterial is used as an abrasive. And the length of the exposed part of this base end part can be set up freely. For this reason, since a carbon nanomaterial is used as an abrasive grain, it is a manufacturing method of an abrasive tool capable of performing ultrafine processing.
In addition, various methods have been studied to form carbon nanomaterials in a densely-planted manner on the substrate in order to meet the demand for using carbon nanomaterials for field electron emitters. Use the optimal method among them. it can. In addition, a carbon nanomaterial oriented in a certain direction in the binder can be manufactured by immersing the tip portion of the carbon nanomaterial formed in a densely-planted shape into a pressure state and solidifying the adhesive region. In addition, the binder can be more reliably infiltrated between the carbon nanomaterials by pressurizing the binder. Since the carbon nanomaterial formed on the substrate used in the present invention has a high density, the gap is nano-sized. Therefore, it does not sufficiently infiltrate between the carbon nanomaterials just by immersing in the adhesive region formed of the binder. Therefore, the present invention solves this problem by pressurizing the adhesive region. Furthermore, carbon nanomaterials such as carbon nanotubes have high strength. Therefore, it is not deformed by pressurization. The binder is solidified by a method optimal for the binder, such as heating, cooling, and ultraviolet irradiation. If necessary, the solidified binder is removed by a method optimal for the binder such as etching. When the carbon nanomaterial is separated from the substrate, a part of the base end portion of the carbon nanomaterial is exposed from the separation surface, the separation surface is an exposed surface, and the exposed surface is a polishing surface, and the polishing surface The object to be polished can be accurately polished in any direction. Since the carbons of the carbon nanomaterial are firmly bonded to each other, they have the property of being extremely resistant to bending and pulling. Therefore, there is almost no defect of the abrasive grains that are the carbon nanomaterial. In addition, since a material different from the substrate is used for the polishing base material, a polishing base material having optimal properties such as flexibility can be selected depending on the object to be polished. Then, by fixing the carbon nanomaterial to a polishing base material and separating the substrate and the carbon nanomaterial, a polishing tool having a uniform polishing surface can be manufactured. That is, by using the carbon nanomaterial formed by one of the above methods, a polishing tool in which the direction and the polished surface of the carbon nanomaterial are aligned can be manufactured according to this embodiment.
本発明の第８の形態によれば、多数のカーボンナノ物質を密植状に略直立して形成した基板に、前記カーボンナノ物質の少なくとも基端部を埋没させるようにバインダーを加圧状態で滲入させ、前記バインダーを固化して前記カーボンナノ物質を前記基板に固定し、前記カーボンナノ物質の先端部を一部露出させた露出面を形成し、前記基板を研磨用基材として使用し、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法を提供することができる。カーボンナノ物質の一部露出、カーボンナノ物質を砥粒として使用することの効果、及び基板にカーボンナノ物質を密植状に略直立して形成するために公知の方法が使用できることについては前述した通りである。また、密植状に略直立して形成したカーボンナノ物質の少なくとも基端部を埋没させるようにバインダーを加圧状態で滲入させ、前記バインダーを固化するので、前記バインダーの中で一定方向を向き、先端部を一部露出させたカーボンナノ物質が製造できる。本発明で使用する基板上に形成されたカーボンナノ物質は、密度が高いためその隙はナノサイズとなっている。そのため、前述したようにバインダーを単にカーボンナノ物質に流入させただけでは、カーボンナノ物質間に十分に滲入しない。そこで、本発明はバインダーを加圧することによりこの問題を解決した。前記バインダーの固化は、加熱、冷却、紫外線照射等前記バインダーに最適な方法で実施し、必要なら、固化したバインダーをエッチング等バインダーに最適な方法で除去する。このため、前記露出面を研磨面として利用でき、前記研磨面のあらゆる方向に精度良く研磨対象物を研磨することができる。カーボンナノ物質の炭素同士は相互に強固に結合しているため、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、前記カーボンナノ物質である砥粒の欠損はほとんどないし、加圧により変形することがない。更に、多数のカーボンナノ物質を形成した基板を研磨用基材として使用することにより、製造時に必要な部品数、製造工程が減少できるので、製品のコストダウンが図れる。 According to the eighth embodiment of the present invention, a binder is infiltrated in a pressurized state so that at least the base end portion of the carbon nanomaterial is buried in a substrate formed by standing a large number of carbon nanomaterials upright in close-packed form. Solidifying the binder to fix the carbon nanomaterial to the substrate, forming an exposed surface in which the tip of the carbon nanomaterial is partially exposed, using the substrate as a polishing base material, A polishing tool manufacturing method using the exposed surface as a polishing surface can be provided. As described above, the carbon nanomaterial is partially exposed, the effect of using the carbon nanomaterial as an abrasive grain, and the known method can be used to form the carbon nanomaterial in a densely-arranged manner on the substrate. It is. Further, since the binder is infiltrated in a pressurized state so as to bury at least the base end portion of the carbon nanomaterial formed so as to be substantially upright in a densely planted shape, the binder is solidified, and therefore, in a certain direction in the binder, A carbon nanomaterial with a partially exposed tip can be produced. Since the carbon nanomaterial formed on the substrate used in the present invention has a high density, the gap is nano-sized. Therefore, as described above, simply flowing the binder into the carbon nanomaterial does not sufficiently infiltrate the carbon nanomaterial. Therefore, the present invention solves this problem by pressurizing the binder. The binder is solidified by a method optimal for the binder, such as heating, cooling, and ultraviolet irradiation. If necessary, the solidified binder is removed by a method optimal for the binder such as etching. For this reason, the said exposed surface can be utilized as a grinding | polishing surface, and a grinding | polishing target object can be grind | polished accurately in all directions of the said grinding | polishing surface. Since the carbons of the carbon nanomaterial are firmly bonded to each other, they have the property of being extremely resistant to bending and pulling. Therefore, there are almost no defects in the abrasive grains, which are carbon nanomaterials, and they are not deformed by pressurization. Furthermore, by using a substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed as a polishing base material, the number of parts and the manufacturing process required for manufacturing can be reduced, so that the cost of the product can be reduced.
本発明の第９の形態によれば、多数のカーボンナノ物質が形成した基板を、バインダーを充填させた容器に加圧状態で浸漬させて前記カーボンナノ物質間に前記バインダーを滲入させ、前記カーボンナノ物質及び前記基板を前記容器から取り出し、前記バインダーを固化し、前記カーボンナノ物質を前記基板から分離し、前記カーボンナノ物質と研磨用基材をバインダーで接着、固化して前記カーボンナノ物質を前記研磨用基材に固定し、前記カーボンナノ物質の先端部を一部露出させた露出面を形成し、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法を提供することができる。カーボンナノ物質の一部露出、及びカーボンナノ物質を砥粒として使用することの効果については前述した通りである。更に、多数のカーボンナノ物質が形成した基板を、バインダーを充填させた容器に加圧状態で浸漬させて前記カーボンナノ物質間に前記バインダーを滲入させることで、より確実に前記カーボンナノ物質間にバインダーを滲入させることができる。前記カーボンナノ物質間に滲入するバインダーと、前記カーボンナノ物質と前記研磨用基材を接着、固化するバインダーは、加熱、冷却、紫外線照射等前記バインダーに最適な方法で固化する。必要なら、固化した前記カーボンナノ物質間のバインダーをエッチング等バインダーに最適な方法で除去する。前記カーボンナノ物質間に滲入するバインダーと、前記カーボンナノ物質と前記研磨用基材を接着、固化するバインダーとは、同種でも別種でも良い。このようにして、前記カーボンナノ物質の先端部や側面を一部露出させた露出面を形成し、前記露出面を研磨面として利用できる。カーボンナノ物質の炭素同士は相互に強固に結合しているため、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、前記カーボンナノ物質の加圧時における変形はほとんどないし、前記カーボンナノ物質である砥粒の欠損はほとんどない。そのうえ、研磨用基材に前記基板とは別の材料を使用するので、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材を選択することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, a substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed is immersed in a container filled with a binder in a pressurized state so that the binder is infiltrated between the carbon nanomaterials. The nanomaterial and the substrate are taken out from the container, the binder is solidified, the carbon nanomaterial is separated from the substrate, and the carbon nanomaterial and a polishing substrate are bonded and solidified with a binder to form the carbon nanomaterial. It is possible to provide a polishing tool manufacturing method that is fixed to the polishing substrate, forms an exposed surface in which a part of the tip of the carbon nanomaterial is exposed, and uses the exposed surface as a polished surface. The effects of partial exposure of the carbon nanomaterial and the use of the carbon nanomaterial as abrasive grains are as described above. Furthermore, a substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed is immersed in a container filled with a binder in a pressurized state so that the binder is infiltrated between the carbon nanomaterials, so that the carbon nanomaterials can be more reliably interposed. The binder can be infiltrated. The binder that penetrates between the carbon nanomaterials and the binder that bonds and solidifies the carbon nanomaterial and the polishing substrate are solidified by a method that is optimal for the binder, such as heating, cooling, and ultraviolet irradiation. If necessary, the binder between the solidified carbon nanomaterials is removed by a method suitable for the binder, such as etching. The binder that permeates between the carbon nanomaterials and the binder that bonds and solidifies the carbon nanomaterial and the polishing substrate may be the same or different. In this manner, an exposed surface in which the tip and side surfaces of the carbon nanomaterial are partially exposed is formed, and the exposed surface can be used as a polished surface. Since the carbons of the carbon nanomaterial are firmly bonded to each other, they have the property of being extremely resistant to bending and pulling. Therefore, there is almost no deformation | transformation at the time of pressurization of the said carbon nanomaterial, and there is almost no defect | deletion of the abrasive grain which is the said carbon nanomaterial. In addition, since a material different from the substrate is used for the polishing base material, a polishing base material having optimal properties such as flexibility can be selected depending on the object to be polished.
本発明の第１０の形態によれば、多数のカーボンナノ物質が形成した基板から前記カーボンナノ物質を分離し、前記カーボンナノ物質をバインダーに浸漬、攪拌して前記カーボンナノ物質間に前記バインダーを滲入させ、前記カーボンナノ物質及び前記バインダーを研磨用基材に塗布し、前記バインダーを固化して前記カーボンナノ物質を前記研磨用基材に固定し、前記カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を形成し、前記部露出面を研磨面とする研磨具製造方法を提供することができる。カーボンナノ物質の一部露出、及びカーボンナノ物質を砥粒として使用することの効果については前述した通りである。更に、研磨用基材に前記基板とは別の材料を使用するので、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材を選択することができる。しかも、多数のカーボンナノ物質が形成した基板から前記カーボンナノ物質を分離し、前記カーボンナノ物質をバインダーに浸漬、攪拌させるので、１つ１つの基板に形成したカーボンナノ物質が研磨具に使用するには不足していても、複数の基板に形成したカーボンナノ物質を使用することにより、十分な密度のカーボンナノ物質を含有する研磨具を製造することができる。前記バインダーの固化は、加熱、冷却、紫外線照射等前記バインダーに最適な方法で実施し、必要なら、固化したバインダーをエッチング等バインダーに最適な方法で除去する。攪拌することで、前記カーボンナノ物質があらゆる方向を向き、前記カーボンナノ物質の先端部や側面を一部露出させた露出面を形成し、前記露出面を研磨面として利用できるので、前記研磨面のあらゆる方向に精度良く研磨対象物を研磨することができる。カーボンナノ物質の炭素同士は相互に強固に結合しているため、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、前記カーボンナノ物質である砥粒の欠損はほとんどない。 According to a tenth aspect of the present invention, the carbon nanomaterial is separated from a substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed, and the carbon nanomaterial is immersed in a binder and stirred to place the binder between the carbon nanomaterials. Infiltrating, applying the carbon nanomaterial and the binder to a polishing substrate, solidifying the binder to fix the carbon nanomaterial to the polishing substrate, and exposing the carbon nanomaterial partially exposed It is possible to provide a polishing tool manufacturing method in which a surface is formed and the part exposed surface is a polishing surface. The effects of partial exposure of the carbon nanomaterial and the use of the carbon nanomaterial as abrasive grains are as described above. Furthermore, since a material different from the substrate is used for the polishing base material, a polishing base material having optimum properties such as flexibility can be selected depending on the object to be polished. In addition, the carbon nanomaterial is separated from the substrate on which a large number of carbon nanomaterials are formed, and the carbon nanomaterial is immersed and stirred in a binder, so that the carbon nanomaterial formed on each substrate is used for the polishing tool. Even if it is insufficient, a polishing tool containing carbon nanomaterials with sufficient density can be manufactured by using carbon nanomaterials formed on a plurality of substrates. The binder is solidified by a method optimal for the binder, such as heating, cooling, and ultraviolet irradiation. If necessary, the solidified binder is removed by a method optimal for the binder such as etching. By stirring, the carbon nanomaterial is directed in all directions to form an exposed surface in which the tip and side surfaces of the carbon nanomaterial are partially exposed, and the exposed surface can be used as a polishing surface. The object to be polished can be accurately polished in any direction. Since the carbons of the carbon nanomaterial are firmly bonded to each other, they have the property of being extremely resistant to bending and pulling. Therefore, there is almost no defect of the abrasive grains that are the carbon nanomaterial.
本発明の第１１の形態によれば、多数のカーボンナノ物質とバインダーからなる混合物を作製し、前記混合物を攪拌し、研磨用基材に塗布し、前記バインダーを固化し、前記カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を有するように前記バインダーを除去し、前記露出面を研磨面とする研磨具製造方法を提供することができる。カーボンナノ物質の一部露出、及びカーボンナノ物質を砥粒として使用することの効果については前述した通りである。更に、１つ１つの基板に形成したカーボンナノ物質が研磨具に使用するには不足していても、複数の基板に形成したカーボンナノ物質を使用することにより、カーボンナノ物質の密度を自由に調製することができる。そのうえ、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材を選択することができる。前記バインダーの固化は、加熱、冷却、紫外線照射等前記バインダーに最適な方法で実施し、必要なら、固化したバインダーをエッチング等バインダーに最適な方法で除去する。攪拌することで、前記カーボンナノ物質があらゆる方向を向き、前記カーボンナノ物質の先端部や側面を一部露出させた露出面を形成し、前記露出面を研磨面として利用できるので、前記研磨面のあらゆる方向に精度良く研磨対象物を研磨することができる。カーボンナノ物質の炭素同士は相互に強固に結合しているため、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、前記カーボンナノ物質である砥粒の欠損はほとんどない。そのうえ、カーボンナノ物質を形成した基板からカーボンナノ物質を分離して使用するが、前記基板から分離した前記カーボンナノ物質は形成方法を選択できるため入手が容易である。そのため、本形態の研磨具製造方法で研磨具を安価で大量生産できるため、製品のコストダウンが図れる。 According to an eleventh aspect of the present invention, a mixture comprising a large number of carbon nanomaterials and a binder is prepared, the mixture is stirred, applied to a polishing substrate, the binder is solidified, and the carbon nanomaterial is It is possible to provide a polishing tool manufacturing method in which the binder is removed so as to have a partially exposed exposed surface, and the exposed surface is a polished surface. The effects of partial exposure of the carbon nanomaterial and the use of the carbon nanomaterial as abrasive grains are as described above. Furthermore, even if the carbon nanomaterials formed on each substrate are insufficient for use in the polishing tool, the density of carbon nanomaterials can be freely adjusted by using carbon nanomaterials formed on a plurality of substrates. Can be prepared. In addition, a polishing substrate having optimum properties such as flexibility can be selected depending on the object to be polished. The binder is solidified by a method optimal for the binder, such as heating, cooling, and ultraviolet irradiation. If necessary, the solidified binder is removed by a method optimal for the binder such as etching. By stirring, the carbon nanomaterial is directed in all directions to form an exposed surface in which the tip and side surfaces of the carbon nanomaterial are partially exposed, and the exposed surface can be used as a polishing surface. The object to be polished can be accurately polished in any direction. Since the carbons of the carbon nanomaterial are firmly bonded to each other, they have the property of being extremely resistant to bending and pulling. Therefore, there is almost no defect of the abrasive grains that are the carbon nanomaterial. In addition, the carbon nanomaterial is used after being separated from the substrate on which the carbon nanomaterial is formed. The carbon nanomaterial separated from the substrate is easily available because a formation method can be selected. Therefore, the polishing tool can be manufactured at low cost and in large quantities by the polishing tool manufacturing method of the present embodiment, so that the cost of the product can be reduced.
以下に、本発明に係る研磨具及び研磨具製造方法の実施形態を、図面に従い詳細に説明する。 Embodiments of a polishing tool and a polishing tool manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明に係る研磨具の概略構成図である。研磨用基材６に形成された多数のカーボンナノ物質２は、バインダー４により相互に結合して、固結部８を形成する。研磨用基材６と固結部８は、固着部１０で固定されている。カーボンナノ物質２は、バインダー４より一部露出させており、この一部露出させた露出面を研磨面として使用する。この研磨具は、カーボンナノ物質２を砥粒として使用するため、超微細加工ができるという特長を有する。なお、カーボンナノ物質２の露出面は、必要により先端部を切り揃える等により、研磨用基材６からの高さを揃えて使用する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polishing tool according to the present invention. A large number of
図２は、本発明に係る別形態の研磨具の概略構成図である。カーボンナノ物質２、バインダー４、研磨用基材６、固結部８及び固着部１０の構成及び役割は図１と同じであり、超微細加工ができることも同じである。ただ、図１では多数のカーボンナノ物質２が形成された基板を研磨用基材６として使用したが、図２の多数のカーボンナノ物質２は研磨用基材６とは別の基板で形成できることが異なる。そのため、カーボンナノ物質２の形成法や密度の選択範囲が広がる。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the polishing tool according to the present invention. The configurations and roles of the
図３は、バインダーを固化後にカーボンナノ物質２を基板１２から分離する研磨具の製造工程図である。基板１２に形成した多数のカーボンナノ物質２と、バインダーを塗着して形成した粘着領域１４を有する研磨用基材６を用意する（３Ａ）。電界電子エミッターにカーボンナノ物質を利用する等の要求から、基板１２にカーボンナノ物質２を密植状に略直立して形成する方法が種々研究されているから、これらのうちの最適な方法で、カーボンナノ物質２を基板１２に形成することができる。そして、カーボンナノ物質２の先端面を粘着領域１４に加圧状態で没入させる（３Ｂ）。このとき、カーボンナノ物質２の基端部近くまで粘着領域１４に没入するのが望ましい。その後、バインダー４を固化してカーボンナノ物質２を研磨用基材６に固定する（３Ｃ）。バインダー４の固化は、加熱、冷却、紫外線照射等バインダー４に最適な方法で実施する。その後、カーボンナノ物質２と基板１２を分離する（３Ｄ）。この方法により、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を形成し、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を研磨面とする研磨具が製造できる。しかも、カーボンナノ物質２の研磨用基材６からの位置がほぼ揃った研磨具を製造できる。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a polishing tool for separating the
図４は、カーボンナノ物質２の少なくとも基端部を埋没させるようにバインダー１６を滲入させる研磨具の製造工程図である。この工程では、基板を研磨用基材として使用する。研磨用基材６に公知の方法で形成した多数のカーボンナノ物質２を用意する（４Ａ）。少なくともカーボンナノ物質２の基端部を埋没させるようにバインダー１６を加圧状態で滲入させる（４Ｂ）。加圧することで、確実にカーボンナノ物質２の隙間に確実にバインダー１６が滲入するが、カーボンナノ物質２は高強度なので変形しない。このとき、カーボンナノ物質２の先端部近くまでバインダー１６に埋没するのが望ましい。その後、バインダー４を固化してカーボンナノ物質２を研磨用基材６に固定する（４Ｃ）。バインダー４の固化は、加熱、冷却、紫外線照射等バインダー４に最適な方法で実施する。特に、カーボンナノ物質２の全部を埋没させても、埋没の程度が僅かなら、バインダーは固化により収縮するため、エッチング等によりバインダー４を除去しなくても、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を形成することができる場合がある。固化によりカーボンナノ物質２の露出面が形成されないときやカーボンナノ物質２の露出量が不足しているときは、エッチング等バインダー４に最適な方法を使用してバインダー４を除去して、カーボンナノ物質２の露出面を形成する。このようにして、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を形成し、カーボンナノ物質２の露出面を研磨面とする研磨具が製造できる。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the polishing tool in which the
図５は、カーボンナノ物質２を形成した状態で基板１２をバインダー１６中に浸漬させる研磨具の製造工程図である。基板１２に公知の方法で形成した多数のカーボンナノ物質２を用意する（５Ａ）。多数のカーボンナノ物質２が形成した状態で基板１２を、バインダー１６を貯蔵した容器１８中に加圧状態で浸漬し、カーボンナノ物質２間にバインダー１６を滲入させる（５Ｂ）。多数のカーボンナノ物質２が形成した基板１２をバインダー１６中に加圧状態で浸漬させることで、カーボンナノ物質２間にバインダー１６をより確実に滲入させることができる。十分滲入後、カーボンナノ物質２及び基板１２をバインダー１６から取り出す（５Ｃ）。その後、バインダー４を固化してカーボンナノ物質２を基板１２から分離する（５Ｄ）。前述のように、バインダー４の固化は、加熱、冷却、紫外線照射等バインダー４に最適な方法で実施する。そして、カーボンナノ物質２と研磨用基材６をバインダー２０で接着、固化してカーボンナノ物質２を研磨用基材６に固定する（５Ｅ）。バインダー４は固化により収縮するため、エッチング等によりバインダー４を除去しなくても、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を形成することができる場合がある。しかし、カーボンナノ物質２の露出量が不足していると、エッチング等バインダー４に最適な方法でバインダー４を除去し、カーボンナノ物質２の露出面を形成し、カーボンナノ物質２の露出面を研磨面とする研磨具が製造できる（５Ｆ）。研磨用基材６に基板１２とは別の材料を使用するので、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材６を選択することができる。
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of a polishing tool in which the
図６は、カーボンナノ物質２を形成した基板１２から分離しバインダー１６中に浸漬させる研磨具の製造工程図である。多数のカーボンナノ物質２を公知の方法で形成した基板１２からカーボンナノ物質２を分離する（６Ａ）。この製造方法では、１つの基板に形成したカーボンナノ物質が研磨具に使用するには不足していても、複数の基板に形成したカーボンナノ物質を使用することにより、十分な密度のカーボンナノ物質を含有する研磨具を製造することができる。多数のカーボンナノ物質２を、バインダー１６を貯蔵した容器１８中に浸漬し、カーボンナノ物質２とバインダー１６を攪拌することにより、確実にカーボンナノ物質間２にバインダー１６を滲入させる（６Ｂ）。その後、カーボンナノ物質２及びバインダー１６を容器１８から取り出し、研磨用基材６に塗布する（６Ｃ）。そして、バインダー４を固化してカーボンナノ物質２を研磨用基材６に固定する（６Ｄ）。前述のように、バインダー４の固化は、加熱、冷却、紫外線照射等バインダー４に最適な方法で実施する。バインダー４は固化により収縮するため、エッチング等によりバインダー４を除去しなくても、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を形成することができる場合がある。しかし、カーボンナノ物質２の露出量が不足していると、エッチング等バインダー４に最適な方法でバインダー４を除去し、カーボンナノ物質２の露出面を形成し、カーボンナノ物質２の露出面を研磨面とする研磨具が製造できる（６Ｅ）。研磨用基材６に基板１２とは別の材料を使用することができるので、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材６を選択することができる。
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of a polishing tool that is separated from the
図７は、カーボンナノ物質２とバインダー１６からなる混合物を作製し、前記混合物を攪拌し、研磨用基材に塗布する研磨具の製造工程図である。公知の方法で形成した多数のカーボンナノ物質２を用意する（７Ａ）。多数のカーボンナノ物質２と、バインダー１６を混合攪拌し、混合物を作製する（７Ｂ）。その後、カーボンナノ物質２及びバインダー１６からなる混合物を研磨用基材６に塗布する（７Ｃ）。そして、バインダー４を固化してカーボンナノ物質２を研磨用基材６に固定する（７Ｄ）。前述のように、バインダー４の固化は、加熱、冷却、紫外線照射等バインダー４に最適な方法で実施する。バインダー４は固化により収縮するため、エッチング等によりバインダー４を除去しなくても、カーボンナノ物質２を一部露出させた露出面を形成することができる場合がある。しかし、カーボンナノ物質２の露出量が不足していると、エッチング等バインダー４に最適な方法でバインダー４を除去し、カーボンナノ物質２の露出面を形成し、カーボンナノ物質２の露出面を研磨面とする研磨具が製造できる（７Ｅ）。研磨用基材６に基板１２とは別の材料を使用することができるので、研磨対象物により、柔軟性等最適な性質を有する研磨用基材６を選択することができる。カーボンナノ物質２の形状は問題にしないため、カーボンナノ物質２の形成方法も広く選択できる。しかも、多数のカーボンナノ物質２をバインダー１６中と混合させるので、カーボンナノ物質２の量を自由に設定でき、十分な密度のカーボンナノ物質を含有する研磨具を製造することができる。
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of a polishing tool in which a mixture composed of the
［実施例１：ブラシ状カーボンナノチューブを使用した研磨具（１）］
基板に密植状に略直立した多数のカーボンナノチューブを用意した。密植状に略直立した多数のカーボンナノチューブを、以下ではブラシ状カーボンナノチューブという。この実施例１では、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）を用い、鉄触媒をシリコン基板上に配置し、原料ガスとしてエチレンガスを使用し、１０００℃に加熱して、前記基板にブラシ状カーボンナノチューブを形成した。
[Example 1: Polishing tool (1) using brush-like carbon nanotubes]
A large number of carbon nanotubes that were substantially upright in a densely-planted manner were prepared on the substrate. A large number of carbon nanotubes substantially upright in a densely planted shape are hereinafter referred to as brush-like carbon nanotubes. In Example 1, a chemical vapor deposition method (CVD method) is used, an iron catalyst is disposed on a silicon substrate, ethylene gas is used as a source gas, heated to 1000 ° C., and brushed on the substrate. Carbon nanotubes were formed.
図３に示す製造工程に従い、研磨具を製造した。即ち、ガラス製研磨用基材に、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を４０重量％含有するテルピネオール溶液を塗着し、粘着領域を形成した。そして、前記ブラシ状カーボンナノチューブの先端部を、前記粘着部に没入させた。前記ブラシ状カーボンナノチューブの先端部が前記粘着部に没入した状態で、ポロシメーターの試料セルに前記ブラシ状カーボンナノチューブを収容し、水銀を介さずに２００ＭＰａまで加圧し、１時間静置した。前記試料セル内を常圧にした後、前記試料セルから前記ブラシ状カーボンナノチューブを取り出し、窒素雰囲気中、１５０℃で３０分間加熱してバインダーを固化した。室温近くまで自然冷却後、前記ブラシ状カーボンナノチューブと前記基板を分離すると、前記ブラシ状カーボンナノチューブの基端部が露出した研磨具が製造できた。 A polishing tool was manufactured according to the manufacturing process shown in FIG. That is, a terpineol solution containing 40% by weight of a resole phenolic resin as a binder was applied to a glass polishing substrate to form an adhesive region. And the front-end | tip part of the said brush-like carbon nanotube was immersed in the said adhesion part. With the tip of the brush-like carbon nanotube immersed in the adhesive part, the brush-like carbon nanotube was accommodated in a sample cell of a porosimeter, pressurized to 200 MPa without going through mercury, and allowed to stand for 1 hour. After the inside of the sample cell was brought to normal pressure, the brush-like carbon nanotubes were taken out from the sample cell and heated at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to solidify the binder. After natural cooling to near room temperature and separating the brush-like carbon nanotubes and the substrate, a polishing tool in which the base end portion of the brush-like carbon nanotubes was exposed could be manufactured.
［実施例２：ブラシ状カーボンナノチューブを使用した研磨具（２）］
実施例１と同様にして、ブラシ状カーボンナノチューブを製造した。その後、図４に示す製造工程に従い、研磨具を製造した。即ち、前記ブラシ状カーボンナノチューブの基端部に、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を５重量％含有するテルピネオール溶液を滲入させ、実施例１と同様にして、ポロシメーターの試料セルに前記ブラシ状カーボンナノチューブを収容し、２００ＭＰａまで加圧し、１時間静置した。前記試料セル内を常圧にした後、前記試料セルから前記ブラシ状カーボンナノチューブを取り出し、実施例１と同様に、窒素雰囲気中、１５０℃で３０分間加熱してバインダーを固化した。室温近くまで自然冷却後、電子顕微鏡で観察すると、前記ブラシ状カーボンナノチューブの先端が、バインダーから露出していることが確認できた。
[Example 2: Polishing tool (2) using brush-like carbon nanotubes]
In the same manner as in Example 1, brush-like carbon nanotubes were produced. Then, the polishing tool was manufactured according to the manufacturing process shown in FIG. That is, a terpineol solution containing 5% by weight of a resole phenolic resin as a binder is infiltrated into the base end portion of the brush-like carbon nanotube, and the brush-like carbon nanotube is put into a sample cell of a porosimeter in the same manner as in Example 1. It accommodated, pressurized to 200 MPa, and left still for 1 hour. After the inside of the sample cell was brought to normal pressure, the brush-like carbon nanotubes were taken out from the sample cell and heated in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes in the same manner as in Example 1 to solidify the binder. When observed with an electron microscope after natural cooling to near room temperature, it was confirmed that the tips of the brush-like carbon nanotubes were exposed from the binder.
［実施例３：ブラシ状カーボンナノチューブを使用した研磨具（３）］
実施例１と同様にして、ブラシ状カーボンナノチューブを製造した。その後、図５に示す製造工程に従い、研磨具を製造した。即ち、前記ブラシ状カーボンナノチューブを基板と一緒に、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を１５重量％含有するテルピネオール溶液を充填した容器に浸漬させた状態、実施例１と同様にして、ポロシメーターの試料セル内に収容し、２００ＭＰａまで加圧し、１時間静置した。前記試料セル内を常圧にした後、前記試料セル内の前記溶液から前記ブラシ状カーボンナノチューブと前記基板を取り出し、実施例１と同様に、窒素雰囲気中、１５０℃で３０分間加熱してバインダーを固化した。室温近くまで自然冷却後、前記ブラシ状カーボンナノチューブと前記基板を分離した。ガラス製研磨用基材に、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を４０重量％含有するテルピネオール溶液を塗着し、前記基板と前記分離したブラシ状カーボンナノチューブを前記溶液で接合し、窒素雰囲気中、１５０℃で３０分加熱してバインダーを固化した。１０％水酸化ナトリウム溶液を前記ブラシ状カーボンナノチューブが内包されたバインダー面に塗布し、前記バインダーを一部除去した後、前記除去面を洗浄した。このようにして、前記ブラシ状カーボンナノチューブが一部露出した研磨具が製造できた。
[Example 3: Polishing tool (3) using brush-like carbon nanotubes]
In the same manner as in Example 1, brush-like carbon nanotubes were produced. Then, the polishing tool was manufactured according to the manufacturing process shown in FIG. That is, the brush-like carbon nanotubes were immersed in a container filled with a terpineol solution containing 15% by weight of a resole phenol resin as a binder together with the substrate, in the sample cell of the porosimeter in the same manner as in Example 1. And pressurized to 200 MPa and allowed to stand for 1 hour. After the inside of the sample cell is brought to normal pressure, the brush-like carbon nanotube and the substrate are taken out from the solution in the sample cell and heated in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes in the same manner as in Example 1. Solidified. After natural cooling to near room temperature, the brush-like carbon nanotubes and the substrate were separated. A terpineol solution containing 40% by weight of a resole phenolic resin as a binder was applied to a glass polishing substrate, and the substrate and the separated brush-like carbon nanotubes were bonded with the solution, and the temperature was 150 ° C. in a nitrogen atmosphere. For 30 minutes to solidify the binder. A 10% sodium hydroxide solution was applied to the binder surface containing the brush-like carbon nanotubes, and after removing part of the binder, the removal surface was washed. In this way, a polishing tool in which the brush-like carbon nanotubes were partially exposed could be manufactured.
［実施例４：基板から分離のカーボンナノチューブを使用した研磨具（１）］
実施例１と同様にして、１０個の基板にブラシ状カーボンナノチューブを形成した。その後、図６に示す製造工程に従い、研磨具を製造した。即ち、それぞれのカーボンナノチューブを、基板から分離した。前記カーボンナノチューブを、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を含有するテルピネオール溶液に混入し、前記カーボンナノチューブが凝集しないように超音波振動を加えながら攪拌した。このときの混合割合は、前記カーボンナノチューブ１００重量部、前記レゾール系フェノール樹脂７０重量部、前記テルピネオール１００重量部であり、攪拌時間は１時間であった。前記カーボンナノチューブ及び前記バインダーを、シリコンからなる研磨用基材に塗着した。前記混合物が塗着した研磨用基材を、実施例１と同様に、窒素雰囲気中、１５０℃で３０分間加熱して前記バインダーを固化した。室温近くまで自然冷却後、１０％水酸化ナトリウム溶液を前記ブラシ状カーボンナノチューブが内包された前記バインダー面に塗布し、前記バインダーを一部除去した後、前記除去面を洗浄した。このようにして、前記ブラシ状カーボンナノチューブが一部露出した研磨具が製造できた。
[Example 4: Polishing tool (1) using carbon nanotubes separated from substrate]
In the same manner as in Example 1, brush-like carbon nanotubes were formed on 10 substrates. Then, the polishing tool was manufactured according to the manufacturing process shown in FIG. That is, each carbon nanotube was separated from the substrate. The carbon nanotubes were mixed in a terpineol solution containing a resol-based phenol resin as a binder, and stirred while applying ultrasonic vibration so that the carbon nanotubes did not aggregate. The mixing ratio at this time was 100 parts by weight of the carbon nanotubes, 70 parts by weight of the resol phenol resin, and 100 parts by weight of the terpineol, and the stirring time was 1 hour. The carbon nanotubes and the binder were applied to a polishing substrate made of silicon. The abrasive substrate coated with the mixture was heated in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes in the same manner as in Example 1 to solidify the binder. After natural cooling to near room temperature, a 10% sodium hydroxide solution was applied to the binder surface containing the brush-like carbon nanotubes, and after removing part of the binder, the removal surface was washed. In this way, a polishing tool in which the brush-like carbon nanotubes were partially exposed could be manufactured.
［実施例５：基板から分離のカーボンナノチューブを使用した研磨具（２）］
化学的気相成長法（ＣＶＤ法）を用い、ニッケル触媒を銅基板上に配置し、原料ガスとしてエチレンガスを使用し、１０００℃に加熱して、前記基板にカーボンナノ物質を形成した。電子顕微鏡により、前記カーボンナノ物質がコイル構造を有することを確認した。このことより、本件発明者は、前記カーボンナノ物質がカーボンナノコイルであると判断した。
[Example 5: Polishing tool (2) using carbon nanotubes separated from substrate]
Using a chemical vapor deposition method (CVD method), a nickel catalyst was placed on a copper substrate, ethylene gas was used as a source gas, and heated to 1000 ° C. to form a carbon nanomaterial on the substrate. It was confirmed by an electron microscope that the carbon nanomaterial had a coil structure. Based on this, the present inventor has determined that the carbon nanomaterial is a carbon nanocoil.
その後、図７に示す製造工程に従い、研磨具を製造した。即ち、前記カーボンナノコイルを、前記基板から分離し、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を含有するテルピネオール溶液に混入し、前記カーボンナノコイルと前記バインダーからなる混合物を作製し、前記混合物を前記カーボンナノコイルが凝集しないように超音波振動を加えながら攪拌した。このときの混合割合は、前記カーボンナノコイル１００重量部、前記レゾール系フェノール樹脂１００重量部、前記テルピネオール７０重量部であり、攪拌時間は１時間であった。前記混合物を、シリコンからなる研磨用基材に塗着した。前記混合物が塗着した研磨用基材を、実施例１と同様に、窒素雰囲気中、１５０℃で３０分間加熱してバインダーを固化した。室温近くまで自然冷却後、１０％水酸化ナトリウム溶液を前記バインダー面に塗布し、前記バインダーを一部除去した後、前記除去面を洗浄した。このようにして、前記カーボンナノコイルが一部露出した研磨具が製造できた。 Then, the polishing tool was manufactured according to the manufacturing process shown in FIG. That is, the carbon nanocoil is separated from the substrate and mixed in a terpineol solution containing a resol-based phenol resin as a binder to produce a mixture of the carbon nanocoil and the binder, and the mixture is used as the carbon nanocoil. The mixture was stirred while applying ultrasonic vibration so as not to aggregate. The mixing ratio at this time was 100 parts by weight of the carbon nanocoil, 100 parts by weight of the resol phenol resin, and 70 parts by weight of the terpineol, and the stirring time was 1 hour. The mixture was applied to a polishing substrate made of silicon. The abrasive substrate coated with the mixture was heated in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 30 minutes in the same manner as in Example 1 to solidify the binder. After natural cooling to near room temperature, a 10% sodium hydroxide solution was applied to the binder surface, and after removing a part of the binder, the removed surface was washed. In this way, a polishing tool in which the carbon nanocoil was partially exposed could be manufactured.
［実施例６：基板から分離のカーボンナノチューブを使用した研磨具（３）］
実施例１と同様にして、１０個の基板にブラシ状カーボンナノチューブを形成し、図６に示す製造工程に従い研磨具を製造した。即ち、それぞれのカーボンナノチューブを、基板から分離した。前記カーボンナノチューブを、バインダーとしてアルミニウムを使用し、溶融アルミニウムに混合した。このときの混合割合は、前記カーボンナノチューブ１００重量部、前記アルミニウム１００重量部であった。攪拌は、電磁攪拌法でアルミニウムの融点６６０．３７℃より高温の７００℃で１時間行った。前記カーボンナノチューブ及び前記バインダーを、シリコンからなる研磨用基材に塗着した。室温近くまで自然冷却して前記バインダーを固化した後、１０％水酸化ナトリウム溶液を前記バインダー面に塗布し、前記バインダーを一部除去した後、前記除去面を洗浄した。このようにして、前記ブラシ状カーボンナノチューブが一部露出した研磨具が製造できた。以上のカーボンナノ物質の形成条件を表１に、その他の条件を表２に示す。
[Example 6: Polishing tool (3) using carbon nanotubes separated from substrate]
In the same manner as in Example 1, brush-like carbon nanotubes were formed on 10 substrates, and a polishing tool was manufactured according to the manufacturing process shown in FIG. That is, each carbon nanotube was separated from the substrate. The carbon nanotubes were mixed with molten aluminum using aluminum as a binder. The mixing ratio at this time was 100 parts by weight of the carbon nanotubes and 100 parts by weight of the aluminum. Stirring was performed for 1 hour at 700 ° C., which is higher than the melting point of aluminum 660.37 ° C., by electromagnetic stirring. The carbon nanotubes and the binder were applied to a polishing substrate made of silicon. After naturally cooling to near room temperature to solidify the binder, a 10% sodium hydroxide solution was applied to the binder surface, and after removing a part of the binder, the removed surface was washed. In this way, a polishing tool in which the brush-like carbon nanotubes were partially exposed could be manufactured. Table 1 shows the conditions for forming the above carbon nanomaterials, and Table 2 shows other conditions.
［比較試験］
実施例１〜６で製造された研磨具と、ダイアモンドを固定砥粒とした研磨具を比較例として、直径３００ｍｍのシリコンウェハを研磨対象物として、研磨圧力３×１０４Ｐａ、回転速度４ｒａｄ／ｓ、研磨液として水道水を使用して、比較試験を実施した。評価は、研磨４時間毎にシリコンウェハを交換し、研磨４時間後と１６時間後の光学顕微鏡での研磨面の観察及び最大高さの変化の割合で行った。顕微鏡の視野中に、溝やキズが認められないときをを◎、溝やキズが認められても５本以下を○、６本以上１０本以下を△、１１本以上を×とした。また、最大高さの変化が大きいということは、砥粒が離脱したことを意味するとして、耐久性が劣ると考えた。研磨１６時間後の最大高さの変化が、研磨４時間後の最大高さの±５％を◎、±１０％を○、±２０％を△、±３０％を×とした。結果を、表３に示す。
[Comparison test]
As a comparative example, the polishing tool manufactured in Examples 1 to 6 and a polishing tool using diamond as fixed abrasive grains, a silicon wafer having a diameter of 300 mm as an object to be polished, a polishing pressure of 3 × 10 4 Pa, a rotation speed of 4 rad / s, a comparative test was performed using tap water as the polishing liquid. The evaluation was performed by exchanging the silicon wafer every 4 hours of polishing, and observing the polished surface with an optical microscope after 4 hours and 16 hours after polishing and the rate of change in the maximum height. When no grooves or scratches were observed in the field of view of the microscope, ◎, when there were grooves or scratches, ◯ was 5 or less, Δ was 6 or more and 10 or less, and × was 11 or more. In addition, the fact that the change in the maximum height is large means that the abrasive grains are detached, and the durability was considered to be inferior. With respect to the change in the maximum height after 16 hours of polishing, ± 5% of the maximum height after 4 hours of polishing was evaluated as ◎, ± 10% as ◯, ± 20% as Δ, and ± 30% as ×. The results are shown in Table 3.
この結果より、本件発明の研磨具の優秀性が確認された。ただ、実施例の研磨具の中では、実施例２の研磨具の評価が少し劣るが、これは他の実施例の研磨具に比べて、カーボンナノ物質のバインダー面からの露出部の長さが不揃いのためと思われる。露出部の長さをそろえると、より評価が良くなると思われる。 From this result, the superiority of the polishing tool of the present invention was confirmed. However, among the polishing tools of the examples, the evaluation of the polishing tool of Example 2 is slightly inferior, but this is the length of the exposed portion from the binder surface of the carbon nanomaterial compared to the polishing tools of the other examples. Seems to be because of the irregularity. It seems that the evaluation becomes better if the length of the exposed part is aligned.
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various modifications and design changes within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention. Needless to say.
近年、携帯電話、パソコン等の電子機器の普及、高性能化・小型化に伴い、電子機器に使用される電子部品も急速に小型化・高容量化が進んでいる。電子部品を小型化、大容量化するためには、電子部品の材料であるシリコン等の半導体を精密加工することが必要である。また、他の産業では、鉄鋼、アルミ等の金属製品その他セラミック製の日用品等を精密加工することが求められている。これらの表面を平滑化するために、ダイアモンド、ＣＢＮ等の砥粒をバインダーで結合した研磨具が使用される。しかしながら、このような砥粒は大きさがミクロンサイズであるため、研磨の加工精度もミクロンサイズが限界である。このような砥粒より小さい粒子として、ミクロンサイズの１／１０００である数ｎｍ〜数十ｎｍの直径を有するカーボンナノチューブを始めとするカーボンナノ物質が知られている。カーボンナノ物質は、曲げや引っ張りに非常に強いという性質を有する。そのため、本件発明の研磨具は、カーボンナノ物質を一部露出させた露出面を形成し、この露出面を研磨面とするので、前記カーボンナノ物質の欠損はほとんどない。そのうえ、本件発明の研磨具は、砥粒にカーボンナノ物質を使用するため、研磨対象物をナノサイズの研磨ができるので、研磨具として好適である。 In recent years, with the spread of electronic devices such as mobile phones and personal computers, higher performance and smaller size, electronic components used in the electronic devices have been rapidly reduced in size and capacity. In order to reduce the size and increase the capacity of an electronic component, it is necessary to precisely process a semiconductor such as silicon that is a material of the electronic component. In other industries, it is required to precisely process metal products such as steel and aluminum and other daily necessities made of ceramics. In order to smooth these surfaces, a polishing tool in which abrasive grains such as diamond and CBN are bonded with a binder is used. However, since the size of such abrasive grains is a micron size, the processing accuracy of polishing is limited to the micron size. As such particles smaller than abrasive grains, carbon nanomaterials such as carbon nanotubes having a diameter of several nanometers to several tens of nanometers, which is 1/1000 of a micron size, are known. Carbon nanomaterials have the property of being extremely resistant to bending and pulling. For this reason, the polishing tool of the present invention forms an exposed surface in which a part of the carbon nanomaterial is exposed, and this exposed surface is used as a polished surface, so there is almost no defect of the carbon nanomaterial. Moreover, since the polishing tool of the present invention uses carbon nanomaterials for the abrasive grains, the polishing object can be polished in a nano size, and thus is suitable as a polishing tool.
２ カーボンナノ物質
４ バインダー
６ 研磨用基材
８ 固結部
１０ 固着部
１２ 基板
１４ 粘着領域
１６ バインダー
１８ バインダーを貯蔵した容器
２０ バインダー
Ｐ 付加圧力
2
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