(57)【要約】【課題】微細な砥粒を均一に分散させることができる研削砥石の組成構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】多孔質体（ＰＶＡｔスポンジ）１１からなる研削砥石の組成構造であって、多孔質体１１を成形する成形工程と、多孔質体１１の細孔１２の内壁面及び多孔質体１１の外壁面に微細な粒子（微粒子シリカ１３）を膜状に付着させる付着工程と、さらに、多孔質体１１を結合剤で固定する固定工程とを含むことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続気孔構造を有する多孔質体からなる研削砥石の組成構造であって、
前記多孔質体を成形し、該多孔質体に微細な粒子を付着させ、さらに、前記多孔質体を結合剤で固定したことを特徴とする研削砥石の組成構造。
【請求項２】
前記粒子は、前記多孔質体に膜状に付着していることを特徴とする請求項１に記載の研削砥石の組成構造。
【請求項３】
前記多孔質体は、ポリビニルアセタール（ＰＶＡｔ）を主成分の一つとすることを特徴とする請求項１に記載の研削砥石の組成構造。
【請求項４】
前記粒子は、酸化物であり、シリカ又はセリアからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研削砥石の組成構造。
【請求項５】
連続気孔構造を有する多孔質体からなる研削砥石の組成構造の製造方法であって、
前記多孔質体を成形する成形工程と、
前記多孔質体の孔と、前記多孔質体の外側を形成する面とに微細な粒子を付着させる付着工程と、
前記多孔質体を結合剤で固定する固定工程と、
を含むことを特徴とする研削砥石の組成構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削砥石の組成構造に関し、特に、研削装置において、仕上研削に用いられる研削砥石の組成構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップを製作する場合において、鏡面処理されたシリコンウェーハの一面にＩＣ（集積回路）パターンが形成される。このパターンを形成する過程において、特に多層配線層を有するＬＳＩの製造工程で重要となる各配線層の平坦化技術が適用される。これは化学機械研磨ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と称され、仕上用砥石を用いて行われる。すなわち、ウェーハ表面の不要なパターンが研削砥石によって除去されるものである。また、ＩＣパターンが形成された後、このＩＣパターンが形成された前記ウェーハのデバイス面に対して、その裏面加工としてウェーハの裏面研削が行われる。この場合、先ずウェーハの前記裏面（以下、研削面という）を粗砥石などを用いて粗削りし、粗砥石による粗削りが済んだあと、その研削面を仕上砥石によって研削して仕上処理を行うものである。
【０００３】
図４は、裏面研削を行う研削装置において、仕上研削を行う仕上砥石の概略を示す斜視図である。図４に示すように、微粒子シリカ１０２を含有した砥石パッド１０１が知られている。この微粒子シリカ１０２を含有した砥石パッド１０１を製造する際には、多数の微粒子シリカ１０２をフェノール系の結合剤などによって結合する。そして、微粒子シリカ１０２、１０２…間に隙間ができるようにして砥石パッド１０１が製造されていた。例えば、砥石パッド１０１は、ウレタン樹脂１０３のようにドーナツ状に成形されているが、このような固化・成形された後の状態とは異なって、ウレタン樹脂１０３が溶融した状態にある時に、そのウレタン樹脂１０３に微粒子シリカ１０２などの砥粒を混合して撹拌する。その後、この微粒子シリカ１０２を含有したウレタン樹脂１０３を固化して所定の形状に成形される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３２５６８号公報（第２頁〜第３頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウレタン樹脂を加熱・溶融後に固化した場合、このような微細な粒子である砥粒は、撹拌したくらいではウレタン樹脂中に、必ずしも均一に分散しないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、微細な砥粒を均一に分散させることができる研削砥石の組成構造およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した請求項１に記載の発明は、連続気孔構造を有する多孔質体からなる研削砥石の組成構造であって、前記多孔質体を成形し、該多孔質体に微細な粒子を付着させ、さらに、前記多孔質体を結合剤で固定したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、多孔質体に微細な粒子を付着させ、さらに、多孔質体を結合剤と共に撹拌して固定したため、砥粒を均一に分散させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記粒子は、前記多孔質体に膜状に付着していることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、粒子は、多孔質体に膜状に付着しているため、砥粒を均一に分散させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記多孔質体は、ポリビニルアセタール（ＰＶＡｔ）を主成分の一つとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、ポリビニルアセタールを主成分の一つとして多孔質体が形成されているため、この多孔質体の細孔、及び多孔質体の外側を形成する面に微細な粒子を均等分布させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記粒子は、酸化物であり、シリカ又はセリアからなることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、粒子が、酸化物であり、シリカ又はセリアからなり、多孔質体の表面に分布するＯＨ基と分子間結合するため、微細な粒子であるシリカ又はセリアを多孔質体の細孔、及び多孔質体の外側を形成する面に均等分布させることができる。尚、シリカとは二酸化珪素（ＳｉＯ２）を言い、セリアとは二酸化セリウム（ＣｅＯ２）を言う。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、連続気孔構造を有する多孔質体からなる研削砥石の組成構造の製造方法であって、前記多孔質体を成形する成形工程と、前記多孔質体の孔と、前記多孔質体の外側を形成する面とに微細な粒子を付着させる付着工程と、前記多孔質体を結合剤で固定する固定工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、このような製造方法によって砥粒が均一に分散した研削砥石を製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る研削砥石の組成構造の一実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明に係る研削砥石を構成する多孔質体（以下、ＰＶＡｔスポンジという）の概略を示す断面図である。図１に示すように、ＰＶＡｔスポンジ１１は、連続気孔構造を有する多孔質体であり、多孔質の性質を有する樹脂で形成されている。このＰＶＡｔスポンジ１１は、多くの細孔１２、１２…を有し、その細孔１２の内壁面及び外壁面１４を覆うように微粒子シリカ（ＳｉＯ２）１３、１３…が膜状に付着している。このようにＰＶＡｔスポンジ１１の表面（細孔の内壁面、及び外壁面）に微粒子シリカ１３が付着した砥粒１０が形成されている。
【００１８】
図２は、微粒子シリカ１３が、ＰＶＡｔスポンジ１１の表面（細孔の内壁面、及び外壁面）に付着する様子を示し、砥粒１０の化学構造のイメージを示す図である。図２に示すように、砥粒１０は、ＰＶＡｔスポンジ１１と微粒子シリカ１３とを備えて構成される。このＰＶＡｔスポンジ１１は、多孔質体であり、表面には多数のＯＨ基を有している。このＯＨ基に微粒子シリカ（ＳｉＯ２）１３が分子間結合しており、砥粒１０が形成される。
【００１９】
図３は、本発明に係る研削砥石の概略を示す説明図であり、図３（ａ）はカップ型砥石の正面断面図、図３（ｂ）はその下面図、図３（ｃ）は（ｂ）に示したＡ−Ａ線の拡大断面図である。図３（ａ）に示すように、カップ型砥石Ｃは、砥石パッド１を有している。この砥石パッド１は、ホルダ２に固定されている。このホルダ２は、例えば、ボルト３，３…などによって研削装置（図略）における研削ヘッドの主軸４に固定されている。この主軸４は、図示しないモータなどによって回転可能とされている。そして、研削ヘッド４を回転させて、砥石パッド１を回転させることによって、被加工物Ｗの被加工面（上面）を研削する。
【００２０】
砥石パッド１は、例えば、メッシュサイズが＃２０００程度の仕上砥石による研削後の、さらに細かい仕上砥石として用いられる。前記＃２０００程度の仕上砥石による研削は、例えば、メッシュサイズが＃６００程度の粗砥石による粗研削の後に行われる。
【００２１】
また、砥粒１０は、微粒子シリカ１３を表面に付着させたＰＶＡｔスポンジ１１をもとにして形成され、砥石パッド１は、砥粒１０とウレタン樹脂１５とによって構成される。また、図１に示すように、ＰＶＡｔスポンジ１１（以下、多孔質体という）は、多数の細孔１２、１２…を備えており、この細孔１２の内壁面及び多孔質体１１の外壁面には、微粒子シリカ１３が付着している。
【００２２】
次に、以上の構成を備えた研削砥石の組成構造の製造方法及び動作を説明する。図１及び図２に示すように、微粒子シリカ１３を原材料とする砥石パッド１をゾル−ゲル法を用いて製造する例について説明する。
【００２３】
本実施の形態で用いるポリビニルアセタールからなる多孔質体とは、一般的にはＰＶＡｔスポンジと称せられるものであって、以下に示すような方法で得られるものである。すなわち、例えば、重合度５００〜３０００程度の完全鹸化あるいは部分鹸化のポリビニルアルコールの水溶液に、架橋剤たるアルデヒド類、触媒としての鉱酸類、気孔形成剤としての澱粉類を加え均一撹拌し、所定の型枠に流し込み、５０〜８０℃程度の温度にて１０〜２０時間程度反応させることによって得ることができる。この方法で得られるものは微細連続気孔構造を有しており、その物性は、ポリビニルアルコールの種類、量、濃度、気孔形成剤である澱粉の種類、量、添加量などによって大きく左右される。ＰＶＡｔスポンジを、例えば、ロールクラッシャー、ロールミル、ボールミル等により微粒子化し、その後、微粒子シリカ膜を形成することができる。
【００２４】
このように、ゾル−ゲル法によって微粒子シリカ膜を製造するに際して、最初に出発溶液を調整する。出発溶液には、原料化合物、加水分解に必要な水、溶媒としてのアルコール類、触媒としての酸または塩基などが添加されている。さらには、必要に応じてその他の化合物あるいは溶媒を混合して均質溶液としている。
【００２５】
この出発溶液を数１０℃に保って加水分解と重縮合反応を起こさせて酸化物微粒子または高分子が分散しているゾルを生成する。この温度下でさらに反応を進めると、粒子が繋がってゲルが生成される。ゲル化した時点でゲルが水や溶液を含んでいる場合には、水分を蒸発させて乾燥ゲルとする。本実施の形態に係る研削砥石１は、この乾燥ゲルをウレタン樹脂１５に混合・撹拌して成形することによって製造される。
【００２６】
ここで、乾燥ゲルを成形する場合には、最高処理温度が１００℃〜１５０℃か、それより低くなるようにし、有機物の分解を起こすことなく必要な成分として溶液調合時に加えた有機物の機能を利用したナノコンポジットや有機・無機ハイブリッドが作られる。
【００２７】
さらに、本実施の形態に係る多孔質体（ＰＶＡｔスポンジ）１１は、乾燥ゲルを加熱してなる加熱ゲルを成形して製造することもできる。乾燥ゲルを数１００℃で加熱して得られる加熱ゲルは、ガラスあるいはガラスに近い状態になって強度が増しているため、好適である。また、多孔質体１１を製造するにあたり、出発溶液中に無機または金属微粒子の原材料を入れておくことによって、加熱によって微粒子が析出されて分散し、ＰＶＡｔスポンジ（多孔質体）１１の硬度などを調整することができる。また、有機分子の集まりである有機ピグメントを導入し、２００℃近くまで加熱してピグメントを分解することなくゲルを強化することも可能である。
【００２８】
ゾル−ゲル法によって製造されるＰＶＡｔスポンジ１１は、出発溶液の組成などによって、その平均孔径を調整することができ、例えば、１００μｍから１ｍｍ程度とすることができる。このとき、平均粒径５〜１０ｎｍ程度の微粒子シリカ１３を用いるのが好適である。
【００２９】
また、微粒子シリカ１３が含有された液状スラリ（図略）に浸漬すると、多孔質のＰＶＡｔスポンジ１１の表面に微粒子シリカ１３が析出する。すなわち、図２に示すように、ＰＶＡｔスポンジ１１は、その表面に多数のＯＨ基を有しており、このＯＨ基と微粒子シリカ（ＳｉＯ２）１３が分子間結合することにより、ＰＶＡｔスポンジ１１の外壁面及びその連続気孔構造を有する多孔質体の細孔１２には、微粒子シリカ１３が均等に付着することによって多くの微粒子シリカ１３が析出する。
【００３０】
この微粒子シリカ１３が表面に析出したＰＶＡｔスポンジ１１を、加熱・溶融した液状のウレタン樹脂に混合して撹拌する。これを板状にして砥石パッド１を製作する。さらに、これをカップ型砥石Ｃのホルダ２に貼付する。
【００３１】
また、ＰＶＡｔスポンジ１１は、樹脂からなる多孔質体の微粒子であり、この多孔質体の微粒子の表面に微粒子シリカ１３を固定しているが、多孔質体の粒子は、その細孔１２の内壁面及び外壁面に微粒子シリカ１３を付着させることができる。このＰＶＡｔスポンジ１１の表面は多孔質体の性質を有し、比表面積が大きく、微細な微粒子シリカ１３を、その表面に大量に付着させることができる。また、ＰＶＡｔスポンジ１１の固着法として、ゾル−ゲル法を用い、微粒子シリカ１３をＰＶＡｔスポンジ１１の外面全体に膜状に生成させることが可能となる。この膜を微粒子シリカ１３による微粒子膜とすることで、ＰＶＡｔスポンジ１１の表面に微粒子シリカ１３を大量に付着させることができる。また、この微粒子膜を形成する樹脂の表面にＯＨ基が多い場合には、より強い接着力が発生しやすい。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明における砥粒として、シリカやセリア以外に、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＣＢＮ、Ｂ４Ｃ、Ｆｅ２Ｏ０、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＢ２、ＴｉＢ２、ＴｉＣなどを多孔質材料に付着させ多孔質材砥石を製造することもできる。なかでも、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、ダイヤモンドが好ましく使用できる。粒子の大きさは、平均粒子径が１０μｍ以下、望ましくは５μｍ以下、さらに望ましくは１μｍ以下、とりわけ望ましくは０．２μｍ以下であるが、研削、研磨対象により適宜選択することができる。形状は球形あるいは球形に近いものが好ましいが、研削対象により他の形状の粒子も使用することができる。小さい一次粒子が凝集したため非球形となった粒子も有効に使用できる。
【００３３】
前記砥粒は特に表面処理することなくそのまま使用することもできるが、砥石の使用目的により各種の表面処理を施したものも使用される。例えば、ニッケル、銅などの金属で被覆されている場合、樹脂でコーティングされている場合、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤でコーティングされている場合、ＳｉＯ２などの酸化物でコーティングされている場合などである。
【００３４】
本発明において樹脂は、砥粒の結合剤として機能するが、微粒子を形成することができ、液体媒体、特に水性媒体に分散あるいは乳化しうるものであれば特に制限なく使用できる。本実施の形態では、多孔質材料としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にアセタール化又は疎水性樹脂によるコーティングを用いて耐水化しているが、ウレタン、アニオン系のポリアクリル酸塩、ポリイソブチレン−無水マレイン酸塩、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）塩、ノニオン系のＮ−ビニルアセトアミド重合体、ポリアクリルアミド、カチオン系のポリメタクリロイルオキシエチル四塩化アンモニウムクロリド、ベタイン系のＮ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（３−アクリルアミドプロピル）−Ｎ−（カルボキシメチルアンモニウム内部塩重合体）、寒天・ゼラチン、その他の吸水性樹脂を多孔質材料とすることができる。
【００３５】
また、その他に、ＡＳＡ樹脂、セルロースプラスチック、塩素化ポリエーテル、塩素化ポリエチレン、ジアリルフタレート樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル重合体、エチレン−塩化ビニル重合体、ＥＶＡ樹脂、ＦＲＰ、フラン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリベンゾイミダゾール、エポキシ樹脂、ビニルエステル系エポキシ樹脂、アイオノマー、オレフィン−ビニルアルコール共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート、芳香族ポリエステルなどのポリエステル樹脂、メタクリル−スチレン共重合体、ニトリル樹脂、超高分子ポリエチレン、水架橋ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリケトン、メタクリル樹脂、ポリメチルペンテン、ノルボルネン樹脂、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、シリコーン、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル、キシレン樹脂、ポリスチレン、ＳＡＮ、液晶プラスチック、石油樹脂、ポリアセタール、フェノール樹脂、ポリアミド（ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド４６）、強化ポリアミド、変性ポリアミド、ポリカーボネート、ＰＣ／ＡＢＳアロイ、ＰＣ／ＡＥＳアロイ、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、スチレン共重合体、ブタジエン−スチレン樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリル変性ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＢＳ／ＰＶＣアロイ、アルキド樹脂、アミノ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。なかでも好ましいものとして、アルキド樹脂（短油アルキド樹脂、中油アルキド樹脂、長油アルキド樹脂、フタル酸アルキド樹脂）、変性アルキド樹脂（フェノール変性アルキド樹脂、スチレン化アルキド樹脂）、アミノアルキド樹脂、オイルフリーアルキド樹脂；アクリル樹脂；ポリエステル樹脂；メラミン樹脂（ブチル化メラミン樹脂、メチル化メラミン樹脂）、尿素メラミン樹脂；フェノール樹脂（フェノール変性マレイン酸樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、フェノール変性ペンタエリスリトール樹脂）、アルコール可溶性フェノール樹脂；ポリウレタン樹脂（ポリエステル系ポリウレタン、油変性ポリウレタン）、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂（ポリフッ化ビニリデン）などが挙げられる。
【００３６】
砥粒および樹脂微粒子を分散させる液状媒体としては、水のほか、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの有機溶媒を用いることができる。これらの有機溶媒は水に混合して水性媒体として用いられるものが好ましい。また、これらの有機溶媒は樹脂を水分散化するために使用し、樹脂が水に分散された後に共沸などにより除去することもある。液状媒体には砥粒および樹脂微粒子の分散を容易にするために、通常、分散剤や乳化剤が使用される。このほか、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤、粘度調整剤、ｐＨ調整剤、増粘剤、消泡剤などを含んでもよい。
【００３７】
また、出発溶液中に予め微粒子シリカを混合させておくこともできる。このように微粒子シリカを混合させておくことにより、その混合割合によって砥石パッドの硬度などを容易に調整することができる。
【００３８】
また、前記実施の形態ではカップ型砥石として砥石パッドを用いたが、他の態様の砥石単体、例えば、ブロック形状として用いることもできるし、弾性体の上に砥石パッドを堆積させて使用することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、多孔質体に微細な粒子を付着させ、さらに、多孔質体を結合剤と共に撹拌して固定したため、砥粒を均一に分散させることができる。
【００４０】
請求項２に記載の発明によれば、粒子は、多孔質体に膜状に付着しているため、砥粒を均一に分散させることができる。
【００４１】
請求項３に記載の発明によれば、ポリビニルアセタールを主成分の一つとして多孔質体が形成されているため、この多孔質体の細孔、及び多孔質体の外側を形成する面に微細な粒子を均等分布させることができる。
【００４２】
請求項４に記載の発明によれば、粒子が、酸化物であり、シリカ又はセリアからなり、多孔質体の表面に分布するＯＨ基と分子間結合するため、微細な粒子であるシリカ又はセリアを多孔質体の細孔、及び多孔質体の外側を形成する面に均等分布させることができる。
【００４３】
請求項５に記載の発明によれば、このような製造方法によって砥粒が均一に分散した研削砥石を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研削砥石に含有される砥粒の組織構造の断面図である。
【図２】本発明に係る研削砥石に含有される砥粒の化学構造のイメージ図である。
【図３】本発明に係る研削砥石の概略を示す説明図であり、（ａ）はカップ型砥石の正面断面図、（ｂ）はその下面図、（ｃ）は（ｂ）に示したＡ−Ａ線の拡大断面図である。
【図４】従来例に係る仕上砥石の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  砥石パッド
２  ホルダ
３  ボルト
４  研削ヘッド
１０  砥粒
１１  多孔質体
１２  細孔
１３  微粒子シリカ（ＳｉＯ２）
１４  外壁面
１５  ウレタン樹脂
Ｃ  カップ型砥石
【図１】
2005014173.tif 000003
【図２】
2005014173.tif 000004
【図３】
2005014173.tif 000005
【図４】
2005014173.tif 000006