(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミックス、サファイア、硬質アルミナ、炭化珪素等の硬質材を、ダイヤモンド微細砥粒をもって極めて効率よく研磨加工を行なうための研磨装置を提供する。【解決手段】本発明は、９９％またはそれ以上の純度を有する高純度鉄よりなる研磨定盤を具備したことを特徴とする研磨装置である。好ましい鉄の純度は９９．９％あるいはそれ以上である。また、高純度鉄中に含まれる炭素の量が０．０１％以下であれは研磨定盤としての性能がさらに向上して好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
９９％またはそれ以上の純度を有する鉄よりなる研磨定盤を具備したことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
鉄分の純度が９９．９％またはそれ以上であることを特徴とする請求項第１項に記載の研磨装置。
【請求項３】
鉄に含まれる炭素の量が０．０１％以下であることを特徴とする請求項第１項または請求項第２項のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項４】
研磨装置が相対する二枚の研磨定盤を具備した装置であることを特徴とする請求項第１項ないし請求項第３項のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項５】
請求項第１項ないし請求項第４項のいずれかに記載の装置を用い、ダイヤモンド微粒子を主成分とする砥粒を溶媒に分散したスラリーを研磨剤として使用することを特徴とする硬質材の研磨方法。
【請求項６】
溶媒が、油を主成分とするものであることを特徴とする請求項第５項記載の硬質材の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばセラミックス、サファイア、硬質アルミナ、炭化珪素等の硬質材を、ダイヤモンド微細砥粒をもって極めて効率よく研磨加工を行なうための研磨装置に係わるものであり、特に詳しくは高純度鉄を材料とした研磨定盤を具備した研磨装置および該装置を用いた硬質材の研磨方法に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミックス、サファイア、硬質アルミナ、炭化珪素等の硬質材が電子機器の中の極めて特殊かつ重要な部品として用いられことが多くなって来ている。特に近年の電子機器のコンパクト化、高性能化と、工業的な見地からの量産化要請に伴ない、ウェーハの厚さの均一化、特に加工精度、寸法安定性の向上、および生産性向上の要求が顕著である。特に、硬質材のウェーハの加工は、ラッピング加工においても、その後のポリッシング加工においても、加工に時間がかかるのが問題であり、その短縮、つまり加工の効率化が最大の課題であった。
【０００３】
特に、サファイアウェーハについては、その化学的安定性、光学的特性（透明性）、機械的強度、熱的特性（熱伝導性良）等から、光学的要素を持った電子機器、例えば高性能オーバーヘッドプロジェクター用部品としての重要性が高まりつつある。また、大型画面のテレビ等の用途では従来より大型のサファイアウェーハが多量に使われるようになり、その品質の向上と生産性の向上は急務である。
【０００４】
従来、炭化タングステン、炭化珪素等の超硬材、セラミックス、サファイア、酸化チタン、硬質アルミナ、結晶化ガラス等硬質材の平板状の工作物に対して精緻な寸法精度と形状精度を得るための平面加工は、任意の方向に任意の回転数で回転可能な金属定盤を片面に配し、該定盤に、プレッシャープレートのウェーハ保持盤に貼付された平板状の工作物（以下ウェーハと記す）を一定圧力にて押圧回転し、微細ダイヤモンド砥粒スラリーを散布しつつ研磨を行なうという方法、所謂、片面機によるラッピング加工が行なわれていた。定盤材料としては、従来は、砥粒としてのダイヤモンド微細砥粒のトラッピング効果が比較的良好であり、ウェーハに対する傷を付けにくい軟質材であることを理由に、銅あるいは錫からなる軟質金属材料製の定盤が用いられている。
【０００５】
特許文献１には、錫製の金属定盤を用いた低ダメージラッピング加工について開示されている。これらの特定の金属が、ラッピング定盤用素材として選択的に用いられる理由は、上述の如く金属としては極めて軟質であるため、ウェーハに対してスクラッチ等の傷をつけにくいということのみであり、加工の効率化に目標をおいた選択ではない。一般的に、これら銅、錫等の軟質金属は、ダイヤモンドを含めたカーボン材とのなじみ、即ち、親和力があまりよくなく、散布されたスラリー中に含まれるダイヤモンド微粒子は、銅、錫等の軟質金属にトラッピングはされるがしっかりとグリップされることはなく、すぐに脱落し、形外に排出されてしまう。つまり、高価なダイヤモンド微粒子の砥粒としての作用効率が悪いことが一つの問題点である。
【０００６】
ここでいうラッピング用の定盤とは、例えば鋳鉄、銅、錫、軟鉄等の金属、あるいはセラミックス、ガラス等の非金属を材料とし、ある程度の厚みを持った円盤であって、一般的に加工に用いる面には例えば細い格子状、同心円状、あるいは螺旋状等の任意の溝が刻されていて、これを１面に配備した片面ラッピング加工機、あるいは上下両面に相対するように配備した両面ラッピング加工機がある。加工に際しては、定盤にウェーハを押圧しながら、あるいは、上下両定盤の間にウェーハを挾持し、上定盤側より圧力をかけながらウェーハあるいは定盤あるいはその双方を回転させながらその加工面に砥粒スラリーを定量的に供給する。砥粒の作用によって被加工体の面が少しずつ除去されて行き、平坦かつ均質な面粗さでもって加工面が創成されて行くのであるが、かかるタイプの加工においては、ウェーハ加工面の平面度は上下定盤の持つ平面度がそのまま転写されるものである。従って、定盤の形状及び平面度は極めて精度よく保たれねばならない。
【０００７】
特に、ダイヤモンド微粒子を砥粒として用いる加工方法においては、ダイヤモンド微粒子は研磨加工面に散布されてから、定盤面に半ば埋没（トラッピング）された状態、すなわち半固定された状態で定盤面に留まり、固定砥粒として作用することが求められる。ダイヤモンド微粒子と定盤材料との親和性がよければ、一個のダイヤモンド微粒子の固定砥粒として作用の持続性が良好となる。しかしながら、銅あるいは錫といった軟質金属材料からなる定盤を用いた場合、前述の如く、これらの金属は軟質ではあるが、ダイヤモンド微粒子に対する親和性に欠如し、その保持（グリッピング）力が不十分なため、一個のダイヤモンド微粒子の固定砥粒として作用の持続性が悪く、安定な研磨加工面の創成ができなかった。
【特許文献１】特開２００３−６２７４０号公報
【特許文献２】特公平６−５１９１８号公報
【特許文献３】特開平６−１３６４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術に示したように、銅あるいは錫からなる軟質金属製の定盤を用いた場合、該金属素材はダイヤモンド微粒子に対する親和性に欠如するため、加工効率が上がらないことが最大の問題点である。本発明者等は、定盤素材について詳細な検討を行った結果、ダイヤモンドを含むカーボンに対する親和力に優れた鉄を定盤素材として選定することにより、ダイヤモンド微粒子に対する親和性に優れた定盤が得られ、しかも銅あるいは錫並みの軟らかさは、鉄の純度を上げることによって得られること、および通常の鉄の持つ欠陥も鉄の純度を上げることによって顕著に下げることが出来ることを見出したものである。即ち、定盤に用いる鉄を９９％以上の高純度品とすることにより、銅並みの硬度が得られ、ガス状物質混入による欠陥、微量成分として含まれる銅、ニッケルとの金属間化合物のサイズを極小化し、共存する炭素粒子のサイズを極小化した無欠陥状の金属定盤を得ることができたのである。
【０００９】
即ち、本発明者等は、既存の銅、錫定盤を有するラッピング加工機の持つ上述の問題点に関して鋭意研究を行ない、銅、錫に替わる金属素材を見出し、それを金属定盤として具備した研磨装置を開発したものであり、その目的となす所は、セラミックス、サファイア、硬質アルミナ、炭化珪素等の硬質材を、ダイヤモンド微細砥粒をもって極めて効率よく研磨加工を行なうための研磨装置の提供であり、更に他の目的は該研磨装置を用いた研磨方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的は、９９％またはそれ以上の純度を有する鉄よりなる研磨定盤を具備したことを特徴とする研磨装置により達成される。更に本発明の他の目的は、該装置にダイヤモンド微粒子を主成分とする砥粒を溶媒に分散したスラリーを研磨剤として使用することを特徴とする硬質材の研磨方法により達成される。鉄の純度は９９．９％あるいはそれ以上であれば好ましい。また、研磨定盤としての鉄に含まれる炭素の量が０．０１％以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明における研磨装置が具備する定盤の数については、特に限定を受けるものではないが、相対する二枚の研磨定盤を具備する所謂両面ラッピング加工機であれば、より高い生産性と操作性の向上が達成でき好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において定盤用の素材として用いる金属は、９９％またはそれ以上、好ましくは９９．９％またはそれ以上の純度を有する所謂高純度鉄である。かかる高純度鉄は例えば、特許文献２あるいは特許文献３に記載された方法で製造されるものであり、特に限定をうけるものではないが、特に銅、ニッケル等の不純物による欠陥の低減を特徴とするものである。
【００１３】
かかる高純度鉄のビッカース硬度は６０から７０程度であり、銅程度の軟質金属とほぼ同等の数値を示すものであり、実際に定盤として用いた場合、ダイヤモンド砥粒微粒子のトラッピング効果は銅、錫定盤と同等であり、更にダイヤモンド砥粒微粒子との親和性がすぐれているため、そのグリッピング効果に優れ、銅、錫定盤よりはるかに加工性にすぐれるのみならず、ダイヤモンド砥粒微粒子の凝縮による傷の発生もない。また、表面の検鏡試験においても大型の顕著な欠陥も認められない。高純度鉄の場合、通常の鉄に比較して錆の発生は少ないが、更に錆の発生を十分に回避するためには９９．９９５％以上の高純度にすることが好ましい。
【００１４】
本発明鉄定盤に用いる高純度鉄中に含有される炭素の量は０．０１％以下とすることが好ましい。鉄中に含まれる微量炭素は組織内において粒子状の微小セメンタイト結晶を形成し、定盤として用いた場合微小欠陥となる可能性を有する。炭素の量は０．０１％以下に抑えることにより、そのセメンタイト結晶は小さくなり、また量も少なくなるので、欠陥として作用しなくなり、好ましい。
【００１５】
本発明に用いられる研磨装置は、相対する二枚の研磨定盤を具備する所謂両面ラッピング加工機であることが好ましい。従来の銅、錫定盤の場合は片面のラッピング加工機に搭載して使用することが通常である。片面加工機の場合、ウェーハの面を片面ずつ加工するものであるから、単純にいってそれだけで手間も時間も倍かかる上、加工に際しては、各ウェーハをウェーハ把持盤にワックスをもって貼り付け、加工が終わってからそれを取り外すという操作、所謂マウント、デマウント作業が必要である。例えばサファイアウェーハの場合２０×２５ｍｍ角のサイズが標準的であるので、一回の研磨加工において数十枚のウェーハのマウント、デマウント作業が必要となり、これに要する時間の方が実際の加工に要する時間よりはるかに長いというような不都合が起こりうるのである。本発明においては、従来のマウント、デマウント作業が不必要となるので、両面ラッピング加工機を使用することが好ましい。
【００１６】
本発明の他の目的である上述の研磨装置を用いた研磨方法については以下の通り説明される。即ち、本発明に用いられる研磨剤であるダイヤモンド砥粒微粒子は、溶媒中に良好にかつ安定に分散されたスラリーとして供給される。供給方法については特に限定されるものではないが、例えば定量ポンプをもって定常的にあるいは間欠的に定盤と被加工体（ワーク）の間に供給される。
【００１７】
ダイヤモンド砥粒微粒子を分散する溶媒としては、水あるいは油をあげることができる。ダイヤモンド微粒子は水あるいは油を主成分とする溶媒中に均質かつ安定の分散されたスラリーとして供給される。ダイヤモンド微粒子の含有量については特に限定をうけるものではないが、好ましくは０．５−５．０ｗｔ％である。
【００１８】
ダイヤモンド砥粒微粒子を分散するスラリーの溶媒としては、水及び油が使用できるが、好ましくは油を主成分とした溶媒が用いられる。溶媒中には、スラリーとしての性能を阻害しない範囲で添加剤を任意に加えることができる。例えば、分散剤、分散安定剤、ｐＨ調整剤、緩衝剤、酸化防止剤、界面活性剤等を必要に応じて任意に加えことができる。
【００１９】
溶媒として加えられる油成分としては、高沸点を有する炭化水素が好ましく用いられる。炭化水素としては、パラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、芳香族系炭化水素あるいは脂環式炭化水素等をあげることができるが特に限定を受けるものではない。高沸点を有する炭化水素とは、例えば初留点２２０℃以上の石油系炭化水素などをあげることができる。これらの石油系炭化水素は、一種またはそれ以上を混合して用いることができる。さらに添加剤として極性化合物を併用しても良い。極性化合物としては、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、カルボン酸エステル、カルボン酸アミド、カルボン酸などが使用できる。
【００２０】
以下実施例、比較例に従い本発明を具体的に説明するが、これにより特に限定を受けるものではない。また、以下に示す実施例および比較例において使用された装置、消耗品、加工条件等は以下に示す通りである。
【００２１】
実施例における装置、消耗品、加工条件
加工機：両面ラップ盤５Ｂ型（スピードファム社製）
定盤外径：３８０ｍｍ    定盤内径：２１０ｍｍ    定盤厚さ：２０ｍｍ
定盤材質：高純度鉄（Fe：９９．９９９％）    定盤形状：格子状溝付
加工液：３μｍ多結晶ダイヤ（水分散スラリー及びオイル分散スラリー*1）
濃度：０．２５重量％スラリー及び０．５重量％スラリー
ワーク：２０mm角アズカットサファイアウェーハ
加工条件：
加工圧力；３５０ｇ／ｃｍ２及び５００ｇ／ｃｍ２
１バッチ加工枚数；１５枚
上定盤回転数；２０ｒｐｍ（時計回り）
下定盤回転数；６０ｒｐｍ（反時計回り）
太陽歯車回転数；５ｒｐｍ（反時計回り）
インターナルギア回転数；３１ｒｐｍ
１バッチ当り加工時間；３０分
加工液流量；２．５ｍＬ／分及び５ｍＬ／分
*1オイル分散スラリーは、リキッドダイヤ用研削液Ｂ−５オイル（スピードファム社製）
に３μｍ多結晶ダイヤを分散させて使用した。
【００２２】
比較例における装置、消耗品、加工条件
定盤として銅及びＦＣＤを使用する以外はすべて実施例と同等のものを使用し、同等の条件で行なった。
【００２３】
実施例１−４
以上の条件で表１に示す実施例の加工実験を行った。ダイヤモンド微粒子を分散する溶媒の種類、ダイヤモンド微粒子の濃度、加工液流量、加工圧については条件を変えて試験を実施したのでその水準とその結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2005131755.tif 000002
【００２５】
比較例１−３
定盤の材質を銅あるいは球状黒鉛鋳鉄（以下ＦＣＤと記す）とし、表２に示す条件にて比較例の加工実験を行なった。結果を表２に示す。
【００２６】
以上の条件で比較例の加工を行った。定盤の材質、加工圧について条件を変えて試験を実施したのでその水準と試験結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
2005131755.tif 000003
【００２８】
実施例によれば、ダイヤモンド微粒子を水に分散したスラリーを研磨剤として使用した場合、研磨速度は約０．８から約１．０μｍ/分で、面粗さ（Ｒａ）は７〜８ｎｍであった。さらに研磨剤にダイヤモンドを油に分散したスラリーを使用した場合、研磨速度は２．０μｍ/分で、面粗さ（Ｒａ）は７．９ｎｍであった。
比較例１と比べると、銅材質の定盤を用いた場合、面粗さ（Ｒａ）は５．４ｎｍと良好であったが、研磨速度は、本実施例の５０％以下であった。また、比較例２，３と比べると、ＦＣＤ材質の定盤を用いた場合、面粗さ（Ｒａ）は約１５ｎｍと大きく、研磨速度は銅材質の定盤より良好なものの、本実施例にくらべ著しく遅い結果となった。
【００２９】
実施例の加工で得られたワークは、外観チェックでの傷、欠陥がなく従来法で得られる品質と同等あるいはそれ以上の品質を達成した。また、加工変質層も浅く、次のポリッシング工程においても、片面１μｍの除去で十分であった。従来方法によれば２−３μｍの除去が必要であるのに比較して大きな改善であった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上述べた通り、本発明装置および研磨方法によれば、従来銅あるいは錫定盤を用いたセラミックス、サファイア、硬質アルミナ、炭化珪素等の硬質材の研磨を、高純度鉄定盤に代替すること、および、ダイヤモンド微細砥粒スラリーを併用することにより研磨効率を大幅に改善することができたとともに、後工程への負担を減らし、しかも生産性、操作性に優れた両面加工機の採用を可能にした点、大いに評価されるものであり、特に近年品質の向上、生産性の向上が求められているサファイアウェーハの加工に寄与する所が極めて大である。