(57)【要約】【課題】サファイアガラス等の硬質材に対し、高い研磨量での三次元的研磨を実現することができる等の研磨ロール及びその簡素な製造方法を提供すること。【解決手段】中心軸周りで周回可能な研磨ロール１０であって、トルクが付与される芯部１１と、芯部１１を中心とした円筒状の研磨部１３とを含む。研磨部１３が径方向において硬度が異なる硬度傾斜部１４を有している。研磨部基材１３の外周部を樹脂浴に浸漬し、それを回転させながら、中心に向かうにつれて次第に密度が低くなるように樹脂を浸透させることにより、硬度勾配を有する硬度傾斜部１４を形成する。【選択図】図３
2018086707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸周りで周回可能な円筒状の研磨ロールであって、
トルクが付与される中心軸である芯部と、前記芯部を中心とした円筒状の研磨部とを含み、
前記研磨部が、円筒状の径方向において硬度が異なる硬度傾斜部を有していることを特徴とする研磨ロール。
【請求項２】
前記硬度傾斜部が、円筒状の外周部から中心に向かうにつれて次第に硬度が小さくなる硬度勾配を有している請求項１に記載の研磨ロール。
【請求項３】
前記研磨部が基材に樹脂を含浸したものであり、円筒状の外周部から中心に向かうにつれて次第に樹脂密度が低くなる密度分布を有している請求項１又は２に記載の研磨ロール。
【請求項４】
前記基材が不織布である、請求項３に記載の研磨ロール。
【請求項５】
前記樹脂がポリウレタンを含む、請求項３に記載の研磨ロール。
【請求項６】
芯部を中心とした円筒状の研磨部を有する研磨ロールの製造方法であって、
前記芯部を中心に同心円の断面を有する円筒状の研磨部基材を配置する工程と、
前記研磨部基材の外周部から樹脂を含浸させる工程と、
含浸した樹脂を固化する工程とを含むことを特徴とする、研磨ロールの製造方法。
【請求項７】
前記研磨部基材に樹脂を含浸させる工程では、前記外周部を樹脂浴に浸漬し、前記研磨部基材を回転させながら、前記外周部から中心に向かうにつれて次第に密度が低くなるように樹脂を浸透させる工程を含む、請求項６に記載の研磨ロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の研磨装置に用いられる研磨ロール及びその製造方法に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの製造工程においては、半導体ウェハを平坦化するため、ウェハ表面を化学的及び機械的に研磨する研磨装置（以下、「ＣＭＰ」という）が実用化されている。一般的なＣＭＰ装置では、ウェハを保持した上定盤を、研磨パッドを装着した下定盤上に置き、ウェハと研磨パッドとを加圧した状態で、その間にスラリー（溶媒と砥粒とを混合した研磨剤）を供給しながら、ウェハに対し研磨パッドを相対的に摺動させることで、ウェハ表面の研磨を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、上述した面接触式の研磨法では、ウェハ全体において研磨パッドが接触する研磨面の圧力分布を一定に管理することが難しい。例えば研磨パッドの一端が擦り減り表面の均一性が失われると、ウェハ全面を通してうねりや反りが生じてしまうことがある。特に、大径のウェハを研磨するためパッドが大型になるほど、その問題は顕著に深刻化する。
【０００４】
その一方で、大径のウェハ全面及びウェハ周端部（べベル面等）を平坦化するため、研磨パッドを回転するロール状とし、回転する研磨ロールをウェハ表面に圧接移動して研磨する線接触方式の研磨ロールも知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００５】
次世代のスマートフォンの開発において、操作ディスプレイであるタッチスクリーンの透明パネル素材としてサファイアガラスの採用が検討されている。スマートフォンに求められる審美的かつ柔らかな感触をもたらすデザイン性と、タッチスクリーン上での滑らかな操作性とを実現するため、サファイアガラスやの上面及び側面の平坦性のみならず、エッジ部のスプライン研磨（ラウンドカット）を連続的に且つ高速で研磨できる加工技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４９４４８号公報
【特許文献２】特開平９−５０９７５号公報
【特許文献３】特開２００４−６３９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２、３に記載の研磨ロールでは、時間当たりの研磨量を高めるため、研磨ロールを高速回転させると、研磨パッドと本体との界面で剥離（デラミネーション）が発生する場合があり、耐久性等に課題があった。また、本体に巻き付けた研磨パッドの端部の継ぎ目にどうしても僅かな隙間や段差が生じてしまうため、研磨パッドの全周にわたり均一な研磨面を形成することは困難であった。更に二層タイプの研磨ロールでは、円筒状本体に満遍なく接着剤を塗布した後、シート状の研磨パッドを本体に巻き付け、継ぎ目を正確に位置合わせするなどの多数の工程が必要となり、製造工程が煩雑で、ひいてはコスト高を招いていた。
【０００８】
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、サファイアガラス等の硬質材に対し、高い研磨量かつ平坦な三次元的研磨を実現することができる等の研磨ロールを提供することを目的としている。また、本発明は、そのような高精度の研磨を実現する研磨ロールを、簡素な工程で安価に製造する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、中心軸周りで周回可能な円筒状の研磨ロールであって、トルクが付与される中心軸である芯部と、前記芯部を中心とした円筒状の研磨部とを含み、前記研磨部が、円筒状の径方向において硬度が異なる硬度傾斜部を有していることを特徴とする。
【００１０】
研磨ロールは、前記硬度傾斜部が、円筒状の外周部から中心に向かうにつれて次第に硬度が小さくなる硬度勾配を有していることが好ましい。
【００１１】
研磨ロールは、前記研磨部が基材に樹脂を含浸したものであり、円筒状の外周部から中心に向かうにつれて次第に樹脂密度が低くなる密度分布を有していることが好ましい。
【００１２】
研磨ロールは、前記基材が不織布であることが好ましい。また、前記樹脂がポリウレタンを含むことが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、芯部を中心とした円筒状の研磨部を有する研磨ロールの製造方法であって、前記芯部を中心に同心円の断面を有する円筒状の研磨部基材を配置する工程と、前記研磨部基材の外周部から樹脂を含浸させる工程と、含浸した樹脂を固化する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
前記研磨部基材に樹脂を含浸させる工程では、前記外周部を樹脂浴に浸漬し、前記研磨部基材を回転させながら、前記外周部から中心に向かうにつれて次第に密度が低くなるように樹脂を浸透させる工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る研磨ロールによれば、サファイアガラス等の硬質材に対し、研磨量が高い三次元的研磨を実現することができる。また、円筒状の径方向において硬度が異なる硬度傾斜部を有することにより、連続的に変化するクッション性を備えることができ、高い研磨量及び研磨平坦性を両立させることができる。更に、研磨部が一体の基材で形成されるため、従来のようなデラミネーションが発生せず、耐久性を格段に向上させることができる。本発明に係る研磨ロールの製造方法によれば、高精度の研磨を実現する研磨ロールを従来よりも簡素な工程のみで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】研磨ロールを例示する斜視図である。
【図２】研磨部（硬度傾斜部）の含浸樹脂密度分布を示す断面図である。
【図３】研磨部（硬度傾斜部）の硬度変化を説明するための図である。
【図４】研磨ロールによる研磨方法を説明するための側面図である。
【図５】研磨ロールの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る研磨ロールの好適な実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による研磨ロール１０を示す斜視図である。研磨ロール１０は、外観が円筒状の研磨部１３を有しており、その研磨部１３の中心を、トルクが付与される芯部１１が貫いている。つまり、研磨ロール１０は、この芯部１１を中心軸として周回可能とされる。
【００１８】
芯部１１は、研磨時の押圧力によって曲げ変形等が生じない機械的剛性を有する硬質素材からなり、スラリー等に対する腐食性を有する材料で形成されることが好ましい。例えばステンレス等の金属、ガラスファイバプラスチック又は繊維強化プラスチック等により芯部１１を形成することができる。また、図１には、芯部１１が円柱状シャフトとして示されているが、中空円筒状シャフトであってもよい。
【００１９】
ＣＭＰに用いられる研磨パッドとしては、被研磨材の平坦性の確保及びスラリーの保持力を得るために、発泡ポリウレタン系材料、不織布又は不織布と樹脂からなる不織布系材料及びスエード系材料などが一般的である（表１参照）。本実施形態の研磨部１３の基材にこれらの材料を用いることができる。これらのうち、不織布系材料として、不織布に熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含浸させた複合基材である、ニッタ・ハース社製のＳＵＢＡ（登録商標）が好ましい。
【表１】
2018086707.tif 000003
【００２０】
研磨部基材１３の不織布系材料を形成する不織布としては、特に限定はなく、天然繊維（改質繊維を含む）、合成繊維等から製造される不織布であればよい。例えばポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ビニロン等の合成繊維や、綿、麻等の天然繊維、レーヨン、トリアセテート等の再生セルロール繊維を用いることができる。これらの繊維を２種類以上用いてもよい。これらのうち、研磨部１３には、スラリーなどによる原料繊維の膨潤を防止することや原料繊維の均一性、量産性を考慮すれば、吸水（液）性を有していないポリエステル繊維等の合成繊維を用いることが好ましい。
【００２１】
研磨部１３の不織布系材料は、不織布に発泡樹脂材料を含浸したものであってもよい。発泡樹脂材料としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂及びこれらを主成分とした樹脂を用いることができる。これらの樹脂を２種以上用いてもよい。これらのうち、研磨部１３には、独立気泡径の制御が比較的しやすい点においてポリウレタン又はそれを主成分とする樹脂素材が適している。
【００２２】
研磨部１３の材料としては、上述の不織布系材料の他にも、ポリウレタン系材料、スエード系材料などを使用することができる。また、発泡体に樹脂を含浸したものであってもよい。発泡体の素材としては、例えば発泡ポリウレタンなどを用いることができる。更にスエード系においても、例えば発泡ポリウレタンなどを素材として用いることができる。これらの発泡体に含浸する樹脂としては、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。
【００２３】
本実施形態において、研磨部１３は、上述した繊維質基材又は発泡性基材により一体に形成される。これにより、従来存在していた研磨パッドの継ぎ目がなくなり、研磨平坦性を向上させることができる。更に研磨部１３が一体の基材で形成されるため、従来のようなデラミネーションが発生せず、耐久性を格段に向上させることができる。
【００２４】
また、本実施形態による研磨部１３は、円筒状の径方向において硬度が連続的に又は段階的に異なる硬度傾斜部１４を有している。このような硬度傾斜部１４を、例えば基材に含浸させる樹脂の密度を連続的に又は段階的に異なるようにして形成することができる。例えば図２の断面に示すように、円筒状の外周部から中心に向かうにつれて次第に樹脂の含浸密度分布が低くなるように、樹脂の浸透量を制御してもよい。そうすれば、図３に示すように、外周部から中心に向かうにつれて硬度傾斜部１４の硬度が次第に小さくなる硬度勾配を生じさせることができる。
【００２５】
これにより、硬度傾斜部１４は、芯部１１に近い部分ほど、クッション性が増すこととなる。ここで、クッション性とは、圧縮変形性があり、圧縮時に反発力が生じる性質をいう。
【００２６】
研磨ロール１０は、研磨部１３に硬度勾配を有する硬度傾斜部１４を備えることにより、回転する研磨部１３を、クッション性を有して研磨対象物に面接触させることができる。これにより、研磨ロール１０において、高い研磨量及び平坦化を両立させることができる。特に研磨対象物Ｐｏを三次元的に研磨する場合には、例えばエッジ部のスプライン曲面Ｓｐに従って研磨部１３を追従させることができ、高研磨量かつ円滑な三次元研磨を実現することができる（図４参照）。
【００２７】
更に研磨部１３には、セリア（酸化セリウム）及び／又はシリカ（酸化ケイ素）の砥粒が含浸されていることが好ましい。その理由は、ポリウレタン結晶に無機物を介入することで、自己崩壊性を助長させ、目詰まり防止に働かせるためであり、また、研磨時に使用される研磨スラリーに含まれる砥粒と同じ素材を用いることにより、研磨布に固定した砥粒、又は、遊離した砥粒の一部として機能するためである。
【００２８】
次に、このような高精度の研磨を実現する研磨ロールの製造方法の一例を説明する。
【００２９】
先ず、芯部１１を中心として同心円の断面を有する円筒状の研磨部基材１３を配置する。研磨部１３の基材としては、上述したように不織布系材料、ポリウレタン系材料、スエード系材料などを使用することができる。例えばモールド法により研磨部１３を形成することができる。
【００３０】
次に、研磨部基材１３に外周部から樹脂を含浸させる。例えば図５に示すように、研磨部基材１３を回転させながら、ポリウレタンの樹脂浴ＲＢに外周部を一定時間浸漬する。これにより、ポリウレタン樹脂が基材１３に中心にいくに従って浸透拡散し、樹脂密度分布に傾斜を設けることができる。樹脂浴にセリア（酸化セリウム）及び／又はシリカ（酸化ケイ素）などの砥粒を含ませ、これら砥粒を樹脂とともに基材１３に含浸してもよい。
【００３１】
続いて、研磨部基材１３を樹脂浴から取出し、熱硬化することで、基材１３に含浸した樹脂を固化する。
研磨部基材１３に外周部から樹脂を含浸させる作業は複数回行うことが可能であり、この際含浸する樹脂は、各回において異なっていてもよい。
【００３２】
以上より、高精度の研磨を実現する研磨ロール１０を、熟練した技術を必要とせず、従来よりも簡素な工程のみで製造することができる。例えば樹脂の含浸工程を自動化することも容易にでき、研磨ロール１０の製造コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  研磨ロール
１１  芯部
１３  研磨部（研磨部基材）
１４  硬度傾斜部
【図１】
2018086707.tif 000004
【図２】
2018086707.tif 000005
【図３】
2018086707.tif 000006
【図４】
2018086707.tif 000007
【図５】
2018086707.tif 000008