(57)【要約】【目的】  優れた面粗さで、面ダレの少ない、寸法精度の良い研磨面が得られる研磨方法を提供する。【解決手段】  両面研磨機でパッドとスラリーでの研磨や、あるいは砥石での研磨において基板等の研磨ワーク１の両面を平坦に研磨する際、研磨ワーク１を保持するキャリア２の厚さをワークの仕上がり寸法と同一にして研磨を行うことにより、超低圧加工が可能になり優れた面粗さを得る。また、キャリア２が研磨ワーク１の外周部のダミー材となり面ダレのない研磨ができ、かつ厚さの寸法精度が良くなる。【選択図】  図１
2005224892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面研磨機を用いて研磨ワークの両面を研磨する方法であって、前記研磨ワークを偏心した状態で収容保持するに適したワーク保持用穴を有した実質的に円板状のキャリアとして、前記研磨ワークの予め決められた仕上がり寸法と実質的に同一寸法の厚みを有するものを使用し、当該キャリアに設けられたワーク保持用穴内に研磨ワークを収容した状態で研磨を行う際、圧縮弾性率が３０００ＭＰａ以下のパッド又は砥石を用いて研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
＃２２０より細かい砥粒を用いて研磨することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両面研磨機において研磨パッドとスラリーや、砥石により研磨ワークの両面を研磨する両面研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板の両面を研磨する場合、片面ずつ研磨を行うとワークの台座へのワックス等での貼り付け作業や表裏を返す手間等があり、またワックスの付着の均一度合いによっては両面の平行度の精度を上げることが困難である。この為、優れた表裏面の平行度や研磨面の平坦度の必要なものは、鋳鉄、錫等の金属定盤やポリウレタン製や不織布の研磨パッドで研磨ワークの両面を押圧してスラリーを供給して研磨されるか、あるいは砥石を研磨ワークの両面から押圧して研削液を供給しながら両面を同時に研磨されている。たとえば磁気記録用アルミ基板や水晶発振子等は、優れた表裏の平行度が要求されるため、現状、両面同時研磨で研磨されている。
【０００３】
通常両面研磨機では、上下の定盤や研磨パッドもしくは砥石によって基板等の研磨ワークを両側から押圧し、研磨パッドや砥石を回転させ、研磨ワークは、キャリア内に保持され研磨される。このキャリアは両面研磨機のサンギアとインターナルギアにキャリア外周のギアでかみ合い自転と公転をさせられる。
この際通常、定盤や研磨パッドの場合は、研磨ワークとの間に砥粒を含んだスラリーを供給し、砥石の場合は砥粒を含まない研削液を供給して研磨する。
【０００４】
一般に、定盤では、弾性率が１００ＧＰａを超える鋳鉄や銅製、あるいは５０ＧＰａ程度の錫製の定盤が多く用いられており、研磨パッドについては、２０００ＭＰａ以下の樹脂製パッドや、１００ＭＰａ程度以下の発泡ウレタン、不織布等のパッドが使用されている。また砥石については、１０ＧＰａ以上もあるビトリファイド砥石や５ＧＰａ以上のレジノイド砥石、あるいは、弾性砥石といわれる５ＧＰａ以下の砥石が使用されている。
【０００５】
両面研磨で良好な研磨面を得るためには、通常、粗い粒度の砥粒から細かい粒度の砥粒へと多段で行われる。より詳しくは、研磨レートの大きい粗い粒度の砥粒のスラリーや砥石で所定の寸法近くまで研磨して、その後細かい粒度の砥粒のスラリーや砥石によって面粗さ等の面性状を向上させ、所定の寸法まで研磨する。
【０００６】
また同じ粒度の砥粒を用いたスラリーや砥石でも、研磨ワークにかかる荷重を上げると研磨レートは上がるが研磨ワークの面粗さは粗くなり、また研磨ワークの外周部がダレたり、スクラッチも発生しやすい。逆に荷重を下げると研磨レートは下がるが、面粗さは良くなり、面ダレも少なくなり、またスクラッチの発生も生じにくい。しかし、荷重を下げ過ぎると、研磨ワークを押圧する力が弱いため、研磨ワーク全体がパッドや砥石に均一に接触せず、面ダレが大きくなる場合や、平担度が悪くなる場合がある。そこで、最終仕上げの段階では通常の荷重で所定の厚さ直前まで研磨して、その後、荷重を少し下げて面性状を向上させて所定の厚さに仕上げている。
【０００７】
両面研磨方式の研磨機において、研磨ワークを両面から定盤、パッドもしくは砥石で押圧して研磨するとき、図４に示されるようにして、通常研磨ワーク１はキャリア２の中に保持されて研磨されるが、この際、キャリア２は研磨ワーク１の厚さの約５０〜７０％程度が適当とされている(従来の研磨方法）。キャリア２の厚さが研磨ワーク１の厚さの５０％より薄いと、研磨ワーク１の外周部がキャリア２を乗り越えてキャリア２から外れる危険がある。また、研削液やスラリーはキャリアと定盤、パッドや砥石との隙間を通ってワーク内に供給されるものもあるため、キャリアの厚さが研磨ワークの厚さの７０％より厚いと研削液やスラリーの供給が少なくなり、研磨レートが落ちたり、目詰まりを生じたりするとされている。尚、図４における符号３ａは上砥石で、３ｂは下砥石である。
【０００８】
両面研磨機での荷重は通常エアーシリンダー等により、上定盤やあるいは研磨パッドを貼り付けた上定盤や上砥石の重力と逆向きの力で支えて調整している。上定盤や上砥石の重力と同等の力でエアーシリンダー等により上向きの力を加えると、研磨ワークに掛かる荷重は０になるので理論的には０〜１ｋＰａ程度の超低荷重の研磨も可能であるが、現実には、定盤や砥石は回転しており、また研磨ワークも自転や公転をしており、超低荷重で安定して研磨することは困難である。また、もし超低圧荷重で研磨が可能になった場合でも、研磨ワークの面粗さは向上するが、研磨ワークを両面から押圧する力が弱く、回転している上下定盤や砥石の間で研磨ワークが安定に保持されないために、研磨中に研磨ワークが均一にパッドや砥石に接触せず、面ダレが大きくなる。また、研磨ワークが１ｍｍ程度以下の厚さしかない場合はキャリアから研磨ワークが外れる等の問題が生じる。
【０００９】
たとえば、前述の磁気記録用アルミ基板の場合、砥粒の粒度が＃４０００程度で弾性率が１００から３００ＭＰａ程度の弾性砥石を用い、１０ｋＰａ程度の荷重から研磨を開始し、最終、荷重を約１／２程度に下げて１〜２分程度研磨して仕上げられている。荷重をさらに下げると、研磨ワークの面粗さはさらに良くなるが、研磨レートが小さくなり、面ダレも大きくなり、またキャリアから研磨ワークが外れる等のトラブルが生じる。
【００１０】
通常、定盤や研磨パッド、砥石で研磨を行う場合、比較的硬い定盤や研磨パッド、砥石を用いると、研磨レートが大きくなり、また研磨ワークの外周部の面ダレを生じにくいのであるが、研磨面の面粗さが粗くなる。良好な面粗さを得るために、柔らかいパッドや砥石を使用して研磨を行うと、研磨レートが小さくなり、またパッドや砥石の弾性のため研磨ワークの外周部がダレやすい。外周部のダレが大きいと、たとえば前述の磁気記録用アルミ基板の場合では外周部に磁気記録された情報を読みとることができなくなり基板の性能が落ちる。
このために、より低圧の荷重で研磨を行ってパッドや砥石の歪み量を小さくしてダレを防ごうとすると、超低圧の研磨は前述のように、荷重の不安定、キャリアから外れる等の問題がある。
【００１１】
両面研磨で研磨すると定盤や研磨パッド、砥石は使用時間とともに目詰まり等で表面状態が変化して研磨レートが落ちてくるため、研磨ワークを必要な厚さにまで研磨しようとすると単に研磨時間の制御だけで厚さを所定の公差に入れるのは困難である。このため、厚さを実際に測定して次バッチの研磨時間を決定しているのが実情である。
【００１２】
また、研磨ワークが研磨されて、厚さが薄くなると、その分研磨パッドや上砥石が下降するので、研磨パッドや上砥石の下降量で研磨ワークの厚さを推定することができるが、研磨パッド、砥石ともに研磨で摩耗するので上定盤や砥石の下降量だけで研磨ワークの厚さを公差内にすることも困難である。
【００１３】
以上のように現状の両面研磨では、仕上げの面性状を向上させるため、柔らかいパッドや砥石を使用して低荷重の研磨を行っているが、このため、研磨レートが低い、面ダレを生じる、寸法精度を出しにくい等が問題となっている。
これまでに提案されている、良好な仕上げ面を得るための研磨方法としては、以下の特許文献に記載される方法が挙げられる。
【特許文献１】特開平１１−３４７９２６号公報
【特許文献２】特開２０００−１８５９９８号公報
【特許文献３】特開平１１−２６７９６３号公報
【００１４】
前記特許文献１に記載されるシリコンウエハのラッピング方法は、シリコンウエハの両面ラッピングにおいて、キャリアの厚さをシリコンウエハの厚さより０〜２０μｍ厚くして、シリコンウエハを超低圧でラッピングすることにより平坦性を向上させるものであり、この方法の場合、キャリアの厚さをシリコンウエハの仕上がり寸法より０〜２０μｍ厚くしておいて研磨が行われ、キャリアの望ましい材質はＳＫ鋼あるいはステンレス鋼であるが、キャリアの厚さがワークよりも０〜２０μｍ厚ければ、硬い定盤を用いていることもあり、アルミナやジルコニアのスラリーで研磨されてしまい、キャリアの厚さの精度を保つのが困難であるという問題点がある。
【００１５】
又、前記特許文献２に記載されるシリコンウエハのラッピング方法は、シリコンウエハの両面ラッピングにおいて、キャリアの厚さをシリコンウエハの厚さより０〜２０μｍ厚くして、目標の厚さの２０〜３０μｍ厚く研磨し、その後さらに目標値まで研磨するものであるが、この方法の場合にも、前記特許文献１の方法と同様に、硬い定盤を使用しているためキャリアの摩耗が防げず、キャリア厚みの精度を保つのが困難であるという問題点がある。
【００１６】
更に、前記特許文献３には、大口径ウェーハ用ラッピング又は研磨方法及び装置が開示されており、キャリアの中で、研磨ワークの廻りに空けられた孔にダミーウェーハを挿入して研磨を行う方法も開示されているが、この場合、ダミー材も研磨ワークと同様のシリコンウェーハなので同様に研磨され、ダミー材の厚さの管理が必要となり、またダミー材料も必要であるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、従来の両面研磨における諸問題の改善を行い、優れた面粗さで、面ダレの少ない、寸法精度の良い研磨面が得られる研磨方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決可能な本発明の研磨方法は、両面研磨機を用いて研磨ワークの両面を研磨する方法であって、前記研磨ワークを偏心した状態で収容保持するに適したワーク保持用穴を有した実質的に円板状のキャリアとして、前記研磨ワークの予め決められた仕上がり寸法と実質的に同一寸法の厚みを有するもの（すなわち、仕上がり寸法の公差内の寸法）を使用し、当該キャリアに設けられたワーク保持用穴内に研磨ワークを収容した状態で研磨を行う際、圧縮弾性率が３０００ＭＰａ以下、好ましくは１〜３０００ＭＰａのパッド又は砥石を用いて研磨することを特徴とする。
又、本発明は、前述の研磨方法において、＃２２０より細かい砥粒を用いて研磨することを特徴とするものでもある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、圧縮弾性率が３０００ＭＰａ以下の研磨パッドや砥石を用いて行う両面研磨において研磨ワークの仕上がり寸法と実質的に同一厚さのキャリアを用いて研磨を行うことで、面性状の向上と面ダレがなく寸法精度良好の研磨面を得ることができる。
また、キャリアの厚さを研磨ワークの仕上がり寸法と実質的に同一としておいて、通常の荷重で研磨を続けると、キャリアの厚さとほぼ同一になるまでは通常の研磨レートで研磨が進行し、研磨ワークとキャリアの厚さがほぼ同一となってからはキャリアもパッドや砥石の荷重を受け止めるため、研磨ワークには荷重の低減が生じる。さらに研磨を続けると、ついには、ワークに対して超低圧での研磨となり面粗さが良好となる。
更に、キャリアと研磨ワークの厚さが同一なのでキャリアが研磨ワークに外周部に付けたダミー材として働き、研磨ワークの外周部のダレも防ぐことができる。
また、キャリアの厚さが研磨ワークの仕上がり寸法になっているので、研磨ワークの厚さを研磨途中で測定することなく一定の寸法に仕上がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の研磨方法を説明するための断面図であり、（ａ）は研磨開始時の断面図であり、（ｂ）は研磨終了時の断面図である。本発明では、キャリア２として、研磨ワーク１の予め決められた仕上がり寸法と実質的に同一寸法の厚みを有し、研磨ワーク１を偏心した状態で収容保持するに適したワーク保持用穴を有した実質的に円板状のものが使用され、キャリア２のワーク保持用穴内に研磨ワーク１を収容した状態で研磨を行う。尚、図１における符号３ａは上砥石で、３ｂは下砥石である。
図１に示されるように、本発明では、研磨ワーク１を保持するキャリア２の厚さを、研磨ワーク１の仕上がり寸法と同一にして、通常の荷重で研磨を行えば、研磨ワーク１の厚さがキャリア２の厚さとほぼ同一になった時点から、荷重を変えなくても徐々に超低圧荷重となって、優れた面粗さを得ることができる。またキャリア２の厚さ以上に研磨されることがないため、厚さの寸法精度も良くなる。さらに、キャリア２が、研磨ワーク１の外周部のダミー材の代わりにもなるため外周部の面ダレのない研磨が可能になる。
【００２１】
又、図２は、本発明の研磨方法の好ましい一例における研磨加工例を示す図であり、上砥石を取り除いた時の様子が示されている。図２において符号４はインターナルギアであり、符号５はサンギアであり、研磨ワーク１を収容保持したキャリア２が自転しながら公転するようになっている。尚、符号６は分割された砥石間の溝である。
【００２２】
本発明では、面性状の向上と面ダレがなく寸法精度良好の研磨面を得るために、圧縮弾性率が３０００ＭＰａ以下の研磨パッドや砥石が使用されるが、この際、圧縮弾性率が３０００ＭＰａを超えると、キャリアの摩耗が大きくなって望ましくない。研磨に使用される研磨パッドや砥石の圧縮弾性率が３０００ＭＰａ以下であれば、通常キャリアに使用されるガラス強化硬質プラスチックス等の材質では、摩耗が非常に少ないので連続使用が可能となる。
また、用いる砥粒の番手は＃２２０以細の細かい粒径が望ましい。これは、＃２２０より粗い番手になると、キャリアの摩耗が大きくなり、連続使用ができない場合があるからである。
【００２３】
本発明では、キャリアの厚さを研磨ワークの仕上がり寸法公差内とするため、研磨の最終段階では、キャリアの厚さは研磨ワークと同一、すなわち研磨ワークの厚さに対して１００％の厚さということになり、〔０００７〕で述べたキャリアの厚さが研磨ワークの厚さの７０％を超えるため、スラリーや研削液の供給不足が懸念されるが、これに関しては、キャリアの一方の平面から他方の平面に向かって貫通した穴（研削液供給用穴）を少なくとも１つ設けたり、キャリアの外周側面からワーク保持用穴の内周囲面にまで貫通して延びた溝（研削液供給用溝）を少なくとも１つ設けたりすることで、スラリーや研削液の供給が容易になる。図３は、ワーク保持用穴７にスラリーや研削液を供給する手段が設けられたキャリア２の具体例を示す図であり、図３（ａ）には、４つの研削液供給用穴８が設けられたキャリア２が示されており、図３（ｂ）には、３本の研削液供給用溝９が設けられたキャリア２が示されている。図３（ａ）、（ｂ）中の符号１０はギアー部である。
また、本発明では、定盤、パッドや砥石の溝加工や穴加工を施して研削液を流すことにより、研磨ワークと砥石の隙間に供給しても良い。
本発明では、キャリアの材質は特に限定されるものではないが、研磨で摩耗しにくいもの、たとえばガラス補強材入りの硬質プラスチックのような材質が望ましい。
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例】
【００２４】
〔実施例１〕
本発明の研磨方法における実験条件は次の通りである。
砥石        日本特殊研砥株式会社製  ＰＶＡ−ＷＰ砥石
砥粒番手  Ｃ＃４０００
外径３７０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ×内径１８０ｍｍ
圧縮弾性率  １２０ＭＰａ  
研磨機      スピードファム５Ｂ
研磨ワーク  外径２．５インチ アルミディスク  厚さ１．２９ｍｍ    
５枚研磨／バッチ  （キャリア数５枚）
研磨時間    ５分
研磨条件    砥石回転  ３０ｒｐｍ（下砥石）  −１０ｒｐｍ（上砥石）
荷重      ８．５ｋＰａ
研削液    水溶性研削液  ５００ｃｃ／ｍｉｎ
キャリア  厚さ  １．２５ｍｍ
材質  ガラス繊維入りエポキシ樹脂製
【００２５】
〔比較例１〕
砥石、研磨ワーク、研磨機、研磨条件等は実施例１と同じ
キャリア厚さ  ０．９ｍｍ
【００２６】
〔比較例２〕
砥石、研磨ワーク、研磨機は実施例１と同じ
キャリア厚さ  ０．９ｍｍ
研磨条件  荷重８．５ｋＰａ（研磨時間４分）＋荷重４．５ｋＰａ（研磨時間２分）
その他の研磨条件は実施例１と同じ
【００２７】
〔比較例３〕
砥石        日本特殊研砥株式会社製  ＦＢＢ砥石
砥粒番手  ＧＣ＃１２０
外径３７０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ×内径１８０ｍｍ
圧縮弾性率  ３３００ＭＰａ
研磨機      スピードファム５Ｂ
研磨ワーク  外径５０ｍｍ軟鉄板  厚さ  １．５ｍｍ
５枚研磨／バッチ  （キャリア数５枚）  
研磨時間    ３分
研磨条件    砥石回転  ３０ｒｐｍ（下砥石）  −１０ｒｐｍ（上砥石）
荷重      １５ｋＰａ
研削液    水溶性研削液  ５００ｃｃ／ｍｉｎ
キャリア  厚さ  １．０ｍｍ
【００２８】
上記実施例と比較例１〜３にて得られた研磨ワークについての面粗さは、東京精密製のサーフコム１４００を用いて測定し、面ダレは、ＺＹＧＯ製のＮｅｗＶｉｅｗ５０１０を用いて研磨ワークの外周部より５ｍｍから６ｍｍの間の１ｍｍを基準面として、外周部のダレを測定した。
このようにして得られた実験結果を以下の表１に示す。
【００２９】
【表１】
2005224892.tif 000003
【００３０】
上記の実験結果からもわかるように、キャリアの厚さを仕上がり寸法と実質的に同一にすることで、荷重を研磨途中で変化させることなく最終研磨が超低圧研磨となり良好な面粗さを得ることができた。また、キャリアが研磨ワークの外周部のダミー材となるので面ダレの非常に少ない研磨が可能になった。上記の実験結果は、圧縮弾性率が３０００ＭＰａを超えると、キャリアの摩耗が大きくなることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の研磨方法は、優れた面粗さで、面ダレの少ない、寸法精度の良い研磨面を得るのに非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の研磨方法を説明するための断面図で、（ａ）は研磨開始時の断面図であり、（ｂ）は研磨終了時の断面図である。
【図２】本発明の研磨方法の好ましい一例における研磨加工例を示す図である。
【図３】（ａ）は、４つの研削液供給用穴が設けられたキャリア２を示す図であり、（ｂ）は、３本の研削液供給用溝が設けられたキャリア２を示す図である。
【図４】従来の研磨方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  研磨ワーク
２  キャリア
３ａ  上砥石
３ｂ  下砥石
４  インターナルギア
５  サンギア
６  砥石間の溝
７  ワーク保持用穴
８  研削液供給用穴
９  研削液供給用溝
１０  ギアー部
【図１】
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【図２】
2005224892.tif 000005
【図３】
2005224892.tif 000006
【図４】
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