(57)【要約】【課題】砥粒の沈降と分離を長期間抑制でき、スクラッチを形成せずにサブストレートの表面を研磨できる研磨ペースト及び方法を提供することである。【解決手段】砥粒２１、クッション性を有するメディア粒子２２、及び砥粒とメディア粒子を分散するペースト状基剤から構成される研磨ペースト２０。メディア粒子の平均粒径は、砥粒の平均粒径の８倍以下の範囲、好適に１／１０〜２倍の範囲にある。サブストレート１５は、表面に溝１２を形成した定盤１１を回転させ、研磨ペーストを定盤表面に供給し、この上にサブストレートの表面を押し付けることによって研磨される。メディア粒子は、サブストレートと定盤の表面との間の間隔を維持するスペーサとして機能する。研磨クズは、メディア粒子同士の間に取り込まれる。メディア粒子を添加することで研磨ペーストの粘度を高くでき、砥粒の沈降と分離を長期間抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒、
クッション性を有するメディア粒子、及び
前記砥粒と前記メディア粒子を分散するペースト状基剤、
から成る研磨ペースト。
【請求項２】
前記メディア粒子の平均粒径が、前記砥粒の平均粒径の８倍以下の範囲にある、
ところの請求項１の研磨ペースト。
【請求項３】
前記メディア粒子の平均粒径が、前記砥粒の平均粒径の１／１０倍〜２倍の範囲にある、
ところの請求項１の研磨ペースト。
【請求項４】
前記砥粒、前記メディア粒子及び前記ペースト状基剤の配合率が、それぞれ、当該研磨ペーストを１００体積％として、
前記砥粒の配合率が、１５〜４０体積％の範囲にあり、
前記メディア粒子の配合率が、２〜２０体積％の範囲にあり、
前記ペースト状基材の配合率が、４０〜８３体積％の範囲にある、
ところの請求項１の研磨ペースト。
【請求項５】
前記メディア粒子として、ウレタン系、スチレン系、アクリル系、メタアクリル系、エポキシ系、ビニル系及びアミド系の樹脂から選択される材料からなる粒子が使用される、
ところの請求項１の研磨ペースト。
【請求項６】
前記ペースト状基剤として、エチレングリコールが使用される、請求項１の研磨ペースト。
【請求項７】
サブストレートの表面を研磨する方法であって、
表面に溝を形成した定盤を回転させる工程、
研磨ペーストを前記定盤の表面に供給する工程、及び
前記定盤の表面にサブストレートの表面を押し付ける工程、
から成り、
前記研磨ペーストが、砥粒、クッション性を有するメディア粒子、及び前記砥粒と前記メディア粒子を分散するペースト状基剤から成る、
ところの方法。
【請求項８】
前記溝の平面形状が、螺旋状、同心円状及び格子状から選択され、前記溝の断面形状が、矩形、逆三角形及び半円形から選択される、請求項７の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ、半導体ウエハなどの精密光学部品や精密電子部品、金属製の各種精密機械部品、金属金型など、表面に高精度の平坦性が要求されるサブストレートの表面を研磨するために使用される研磨ペースト及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
精密光学部品や精密電子部品、金属製の各種精密機械部品など、表面に高精度の平坦性が要求されるサブストレートの表面が、研磨ペーストを使用して遊離砥粒研磨されている。遊離砥粒研磨は、表面に研磨パッドを貼り付けた定盤を回転させ、研磨パッド上に研磨ペーストを供給し、この上にサブストレートの表面を押し付けて行われる。
【０００３】
従来、研磨ペーストは、エチレングリコールなどのペースト状基剤に砥粒を分散させたものであり、常温で０．７〜０．８Ｐａ．ｓ程度の粘度を有するので、保管中に、砥粒が沈降して分離し難く、研磨前に行っていた砥粒を分散させる作業を省くことができるようになり、研磨にかかる手間が軽減された（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１５６２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の研磨ペーストを使用すると、研磨ペーストに粘性があるため、研磨中、研磨クズが、定盤上の研磨パッドの表面から排出され難く、研磨パッドの表面上に停滞し、これがサブストレートの表面に作用して、サブストレートにスクラッチを形成する。また、従来の研磨ペーストは、一週間程度静置しておくと砥粒が沈降して分離するので、長期間保管すると、研磨の前に砥粒を分散させる作業を行わなければならない。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、砥粒の沈降と分離を長期間抑制でき、スクラッチを形成せずにサブストレートの表面を研磨できる研磨ペースト及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の研磨ペーストは、砥粒、クッション性を有するメディア粒子、及び砥粒とメディア粒子を分散するペースト状基剤から構成される。メディア粒子の平均粒径は、好適に、砥粒の平均粒径の８倍以下の範囲、より好適に、砥粒の平均粒径の１／１０倍〜２倍の範囲にある。
【０００７】
砥粒、メディア粒子及びペースト状基剤の配合率は、それぞれ、研磨ペーストを１００体積％として、砥粒の配合率が、１５〜４０体積％の範囲にあり、メディア粒子の配合率が２〜２０体積％の範囲にあり、ペースト状基材の配合率が、４０〜８３体積％の範囲にある。
【０００８】
メディア粒子として、ウレタン系、スチレン系、アクリル系、メタアクリル系、エポキシ系、ビニル系、アミド系などの樹脂から選択される材料からなる粒子が使用される。好適に、メディア粒子の形状は、球形である。
【０００９】
ペースト状基剤として、好適に、エチレングリコールが使用される。
【００１０】
サブストレートの表面の研磨は、上記本発明の研磨ペーストを、表面に定盤の表面に供給し、定盤の表面にサブストレートの表面を押し付け、定盤を回転させることによって行われる。
【００１１】
この溝は、定盤の表面に供給した研磨ペーストがこの溝内に留まり、研磨中に、定盤の遠心力と、サブストレートと定盤の相対的な移動により、研磨に寄与した研磨ペーストがこの溝内に入り込み、溝内の研磨ペーストと入れ替わり、溝内にあった研磨ペーストがサブストレートの表面に作用するような平面及び断面形状で定盤の表面に形成されていればよい。溝の平面形状は、螺旋状、同心円状又は格子状であり、溝の断面形状は、矩形、逆三角形又は半円形である。好適に、溝の平面形状は螺旋状であり、断面形状は逆台形である。
【発明の効果】
【００１２】
研磨中、研磨ペースト中のメディア粒子は、サブストレートの表面に弾力的に作用しながら、サブストレートと定盤の表面との間の間隔を維持するスペーサとして機能する。研磨クズは、メディア粒子とメディア粒子との間に取り込まれる。研磨に寄与した研磨ペーストは、定盤の回転による遠心力と、サブストレートと定盤との相対的な移動により、溝内にある研磨ペースト（研磨に未寄与）と入れ替わる。そして、研磨クズは、研磨に寄与した研磨ペーストとともに溝内に流入する。これにより、スクラッチを形成せずにサブストレートの表面を研磨できる
【００１３】
メディア粒子を添加することで研磨ペーストの粘度を高くでき、砥粒の沈降と分離を長期間抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜研磨ペースト＞  本発明の研磨ペーストは、砥粒、クッション性を有するメディア粒子、及びペースト状基剤から構成される。
【００１５】
砥粒として、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、酸化セリウム、酸化鉄などの既知の砥粒材料から選択される粒子が使用される。砥粒は、一種の砥粒材料からなる粒子でもよいし、またそれぞれ異なる砥粒材料からなる二種以上の粒子を混合したものでもよい。砥粒の大きさは、適宜に選定できるが、平均粒径１２μｍ（＃１０００）以下の範囲、好ましくは平均粒径３μｍ以下の範囲にある。
【００１６】
メディア粒子として、ウレタン系、スチレン系、アクリル系、メタアクリル系、エポキシ系、ビニル系、アミド系などの樹脂から選択される材料からなる粒子が使用される。メディア粒子は、一種の材料からなる粒子でもよいし、またそれぞれ異なる材料からなる二種以上の粒子を混合したものでもよい。メディア粒子の形状は、球形、楕円形、円柱形、角柱形、円錐形、角錐形などの形状から選択できる。好適に、メディア粒子の形状は、球形の粒子である。
【００１７】
メディア粒子の平均粒径は、好適に、砥粒の平均粒径の８倍以下の範囲、より好適に１／１０倍〜２倍の範囲にある。より小さいメディア粒子を使用すると、研磨ペーストの粘性がより増加し、砥粒の沈降がより低減する。
【００１８】
ペースト状基剤として、エチレングリコール、グリス、グリセリン、ワセリン、カリ石けんなどの既知の研磨ペースト用の基剤が使用される。
【００１９】
砥粒、メディア粒子及びペースト状基剤の配合率は、それぞれ、研磨ペーストを１００体積％として、砥粒の配合率が、１５〜４０体積％の範囲にあり、メディア粒子の配合率が、２〜２０体積％の範囲にあり、ペースト状基材の配合率が、４０〜８３体積％の範囲にある。
【００２０】
＜研磨方法＞  図１Ａに、本発明に従った研磨方法を実施するための研磨装置１０を例示する。この研磨装置１０は、定盤１１、定盤１１を駆動するためのモータ（図示せず）、定盤１１の表面に研磨ペースト２０を供給するためのノズル１４、サブストレート１５を保持し、サブストレート１５の表面を定盤１１の表面に押し付けるための保持具１３から構成される。
【００２１】
図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、定盤１１の表面には、溝１２が形成されている。この溝１２は、定盤１１の表面に供給した研磨ペースト２０がこの溝１２内に留まり、研磨中に、定盤１１の遠心力と、サブストレート１５と定盤１１との相対的な移動により、研磨に寄与した研磨ペースト２０がこの溝１２内に入り込み、溝１２内の研磨ペースト２０（研磨に未寄与）と入れ替わり、溝１２内にあった研磨ペースト２０がサブストレート１４の表面に作用するような平面及び断面形状で定盤１１の表面に形成されていればよく、直線状、曲線状又はこれらを組み合わせた平面形状でよい。溝１２は、例えば、螺旋状、同心円状、格子状などの平面形状で定盤１１の表面に形成でき、好適に、螺旋状である。また、溝１２の断面形状は、矩形、逆三角形、半円形などの形状から適宜に選択でき、好適に、逆台形である。
【００２２】
サブストレート１５の表面の研磨は、定盤１１を矢印Ｒの方向に回転させ、定盤１１の表面にノズル１４を通じて本発明の研磨ペースト２０を供給し、その上に保持具１３に保持したサブストレート１５の表面を押し付けることにより行われる。研磨ペースト２０は、連続的に供給されるのではなく、１回の研磨に必要な量の研磨ペースト２０を定盤１１の表面に供給し、供給した研磨ペースト２０を定盤１１の表面になじませてから、サブストレート１５の表面を研磨する。研磨ペースト２０の供給量は、定盤１１の表面の大きさに依存し、例えば、φ３８０ｍｍの定盤では、１回の供給量は約１０ミリリットルである。
【００２３】
図１Ｂに示すように、研磨中、研磨ペースト２０中のメディア粒子２２は、サブストレート１５の表面に弾力的に作用しながら、サブストレート１５と定盤１１の表面との間の間隔を維持するスペーサとして機能する。また、研磨クズは、メディア粒子２２とメディア粒子２２との間に取り込まれる。研磨に寄与した研磨ペースト２０は、定盤１１の回転による遠心力と、サブストレート１５と定盤１１との相対的な移動により、溝１２内にある研磨ペースト（研磨に未寄与）２０と入れ替わる。そして、研磨クズは、研磨に寄与した研磨ペースト２０とともに溝１２内に流入する。
【実施例】
【００２４】
メディア粒子を含む本発明の研磨ペースト（実施例１〜６）と、メディア粒子を含まない従来の研磨ペースト（比較例）とをそれぞれ使用して研磨試験を行った。
【００２５】
＜実施例１＞  実施例１の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）と、ベンゾクアナミン樹脂からなる平均粒径０．３μｍのメディア粒子（１０体積％）とを平均分子量４００のエチレングリコール（６５体積％）中に分散したものである。
【００２６】
＜実施例２＞  実施例２の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）と、ベンゾクアナミン樹脂からなる平均粒径１．２μｍのメディア粒子（１０体積％）とを平均分子量４００のエチレングリコール（６５体積％）中に分散したものである。
【００２７】
＜実施例３＞  実施例３の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）と、ベンゾクアナミン樹脂からなる平均粒径２．０μｍのメディア粒子（１０体積％）とを平均分子量４００のエチレングリコール（６５体積％）中に分散したものである。
【００２８】
＜実施例４＞  実施例４の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）と、ベンゾクアナミン樹脂からなる平均粒径１０．０μｍのメディア粒子（１０体積％）とを平均分子量４００のエチレングリコール（６５体積％）中に分散したものである。
【００２９】
＜実施例５＞  実施例５の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）と、ベンゾクアナミン樹脂からなる平均粒径０．３μｍのメディア粒子（１２．５体積％）とを平均分子量４００のエチレングリコール（６２．５体積％）中に分散したものである。
【００３０】
＜実施例６＞  実施例６の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）と、ベンゾクアナミン樹脂からなる平均粒径０．３μｍのメディア粒子（１５体積％）とを平均分子量４００のエチレングリコール（６０体積％）中に分散したものである。
【００３１】
＜比較例＞  比較例の研磨ペーストは、平均粒径１．３μｍのシリコンカーバイド粒子（２５体積％）を平均分子量４００のエチレングリコール（７５体積％）中に分散したものである。
【００３２】
＜研磨試験＞  図１Ａに示すような研磨装置（製品名：ＳＰＬ−１５、岡本工作機械製作所）を使用して、３インチシリコンウエハ（サブストレート）の表面を研磨した。研磨装置の定盤として、表面に、刃先６０°のフェイシングバイトでピッチ３００μｍ、深さ１１２μｍの螺旋状の溝を形成した錫鉛製の定盤（φ３８０ｍｍ）を使用した。研磨条件は下記の表１に示すとおりであった。
【００３３】
【表１】
2005279904.tif 000003
【００３４】
＜試験結果１（研磨特性）＞  添加されるメディア粒子の大きさを変えて、メディア粒子無添加の研磨ペーストとあわせて、各研磨ペースト（実施例１〜４、比較例）の研磨能率（Ｒ）（単位時間当りの研削量）、平均表面粗さ（Ｒａ）（サブストレートの平均表面粗さ）について調べた。
【００３５】
図２Ａに、実施例１〜４及び比較例の研磨能率（単位：μｍ／分）及び平均表面粗さ（Ｒａ）（単位：ｎｍ）を示す。
【００３６】
図２Ａに示すように、サブストレートの平均表面粗さ（Ｒａ）について、メディア粒子を添加した研磨ペースト（実施例１〜４）を使用すると、メディア粒子無添加の研磨ペーストを使用した場合（比較例）と比較して、著しく低くなった。これは、サブストレートと定盤の表面との間にメディア粒子が介在することで、スクラッチを形成するような比較的大きい砥粒もサブストレートの表面に弾力的に作用し、また研磨クズなどの異物がメディア粒子とメディア粒子との間の空間に取り込まれたからであると考えられる。
【００３７】
研磨能率について、添加されるメディア粒子の大きさが小さくなるに従って、研磨能率が増大した。これは、メディア粒子の大きさが小さくなって、砥粒の切り込み深さが大きくなったからと考えられる。
【００３８】
また、研磨装置の主軸モータ電流（Ｉ）（研磨に必要な動力）を測定し、Ｉ／Ｒ値（研磨に寄与した動力の割合）を計算した（図２Ｂ）。
【００３９】
図２Ｂに示すように、研磨装置の主軸モータ電流（Ｉ）について、メディア粒子を添加した研磨ペースト（実施例１〜４）を使用した場合も、メディア粒子無添加の研磨ペースト（比較例）を使用した場合も、主軸モータ電流の大きさに差はなく、よって、研磨に必要な動力に差がないことがわかる。
【００４０】
一方、Ｉ／Ｒ値（研磨に寄与した動力の割合）は、図２Ｂに示すように、メディア粒子を添加した研磨ペースト（実施例１〜４）を使用すると、メディア粒子無添加の研磨ペースト（比較例）を使用した場合と比較して、高くなった。これは、メディア粒子を添加すると、研磨ペーストの粘度が大きくなったからと考えられる。
【００４１】
このように、本発明に従って、メディア粒子無添加の研磨ペーストを使用した場合とほぼ同じ動力で、サブストレートの表面がより平坦に研磨され、またより高い粘度の研磨ペーストが得られることがわかる。
【００４２】
＜試験結果２（研磨特性）＞  添加されるメディア粒子の量を変えて、メディア粒子無添加の研磨ペーストとあわせて、各研磨ペースト（実施例１、５、６、比較例）の研磨能率（Ｒ）（単位時間当りの研削量）、平均表面粗さ（Ｒａ）（サブストレートの平均表面粗さ）について調べた。
【００４３】
図３Ａに、実施例１、５、６及び比較例の研磨能率（単位：μｍ／分）及び平均表面粗さ（Ｒａ）（単位：ｎｍ）を示す。
【００４４】
図３Ａに示すように、サブストレートの平均表面粗さ（Ｒａ）について、メディア粒子を添加した研磨ペースト（実施例１、５、６）を使用すると、メディア粒子無添加の研磨ペーストを使用した場合（比較例）と比較して、著しく低くなった。一方、メディア粒子の添加量を変えても、サブストレートの平均表面粗さに大きい差はなかった。
【００４５】
研磨能率について、メディア粒子の添加量が少なくなるに従って、研磨能率が増大した。
【００４６】
また、研磨装置の主軸モータ電流（Ｉ）（研磨に必要な動力）を測定し、Ｉ／Ｒ値（研磨に寄与した動力の割合）を計算した（図３Ｂ）。
【００４７】
図３Ｂに示すように、研磨装置の主軸モータ電流（Ｉ）について、メディア粒子を添加した研磨ペースト（実施例１、５、６）を使用した場合も、メディア粒子無添加の研磨ペースト（比較例）を使用した場合も、主軸モータ電流の大きさに差はなく、よって、研磨に必要な動力に差がないことがわかる。
【００４８】
一方、Ｉ／Ｒ値（研磨に寄与した動力の割合）は、図３Ｂに示すように、メディア粒子を添加量を増加すると、高くなった。
【００４９】
このように、本発明に従って、メディア粒子の添加量にほとんど無関係に、メディア粒子無添加の研磨ペーストを使用した場合とほぼ同じ動力で、サブストレートの表面がより平坦に研磨され、またメディア粒子の添加量を増加すると、より高い粘度の研磨ペーストが得られることがわかる。
＜試験結果３（研磨ペーストの安定性）＞  実施例１〜４の研磨ペースト（メディア粒子添加）と比較例の研磨ペースト（メディア粒子無添加）とを一週間静置し、砥粒の沈降状態を目視にて観察した。
【００５０】
目視による観察結果を下記の表２に示す。表２に示されるように、比較例の研磨ペーストでは明確な砥粒の分離が観察されたが、実施例１〜４ではほとんどみられなかった。特に、実施例１では砥粒の分離が全くみられなかった。これは、下記の表３に示されるように、メディア粒子が増粘材として機能（添加するメディア粒子の粒径を小さくするほど、研磨ペーストの粘度が増加する）するからであると考えられる。
【００５１】
【表２】
2005279904.tif 000004
【００５２】
【表３】
2005279904.tif 000005
【００５３】
このように、本発明に従うと、メディア粒子を添加した研磨ペーストでは、メディア粒子無添加のものと比較して、粘度が高く、砥粒が沈降し分離し難い（すなわち、砥粒の沈降と分離が抑制される）。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１Ａは、研磨装置の側面図であり、図１Ｂは、図１Ａの研磨装置の定盤の部分拡大図であり、図１Ｃは、定盤の半径方向の断面形状曲線を示す。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、試験結果１の研磨特性を示すグラフである。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、試験結果２の研磨特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０・・・研磨装置
１１・・・定盤
１２・・・溝
１３・・・保持具
１４・・・ノズル
１５・・・サブストレート
２０・・・研磨ペースト
２１・・・砥粒
２２・・・メディア粒子
Ｒ・・・定盤回転方向
【図１】
2005279904.tif 000006
【図２】
2005279904.tif 000007
【図３】
2005279904.tif 000008