(57)【要約】      （修正有）【課題】石英ガラスやシリコンウェハ等の基板材料をラップ加工レベルの前工程から高精度に平坦化することが可能な加工方法およびそれに用いる加工工具を提供する。【解決手段】被加工物２をその被加工面が上を向く状態で保持しながら自転させ、被加工面に遊離砥粒を流通させながら、被加工面よりも小さい面積の加工面を有する加工工具４を、自転かつ被加工面上を移動させながら被加工面と接触・保持してなる被加工物２の加工方法において、加工工具４の加工面が無機粒子の成形体からなり、成形体の曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、かつ加工工具４の無機粒子と遊離砥粒との硬度がそれぞれ被加工物２の硬度よりも大きいことを特徴とする加工方法。【選択図】  図１
2007038322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をその被加工面が上を向く状態で保持しながら自転させ、被加工面に遊離砥粒を流通させながら、被加工面よりも小さい面積の加工面を有する加工工具を、自転かつ被加工面上を移動させながら被加工面と接触・保持してなる被加工物の加工方法において、加工工具の加工面が無機粒子の成形体からなり、成形体の曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、かつ加工工具の無機粒子と遊離砥粒との硬度がそれぞれ被加工物の硬度よりも大きいことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
加工工具の無機粒子の硬度と遊離砥粒の硬度が実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
加工工具の無機粒子の硬度が遊離砥粒の硬度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
【請求項４】
被加工物が石英ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工方法。
【請求項５】
成形体中の無機粒子の平均粒径が１０μｍ以下で相対密度が８０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工方法。
【請求項６】
成形体中の無機粒子の平均粒径が１０μｍ以下、相対密度が６５％以上８０％未満および細孔構造のモード径が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工方法。
【請求項７】
ビッカース硬度が８９０ｋｇ／ｍｍ２を超え、平均粒径が１０μｍ以下、曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上および相対密度が８０％以上の、無機粒子からなる成形体を含んでなる石英ガラス用加工工具。
【請求項８】
ビッカース硬度が８９０ｋｇ／ｍｍ２を超え、平均粒径が１０μｍ以下、曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、相対密度が６５％以上８０％未満および細孔構造のモード径が１μｍ以上の、無機粒子からなる成形体を含んでなる石英ガラス用加工工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ等の基板材料等を高精度に形状制御する加工方法及びそれに用いる加工工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの超微細化や多層配線化が進み、これに伴って、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰやＳＯＩ等からなる半導体ウエハやガラス又は石英製の基板等、いわゆる基板材料の表面を高精度に形状制御する加工方法が求められている。
【０００３】
例えば、石英ガラスからなるフォトマスク基板に関しては、その形状が露光精度に影響を及ぼすことが分かっているため、更なる高精度露光のために高精度に形状制御した高平坦度のフォトマスク基板が望まれている。さらに、これらフォトマスク基板に対しては一回の露光で多面取りを行い、パネルの生産性を向上させることを目的とした大型化の要求もあり、基板サイズに対する平坦性の要求は一層厳しく求められている。
【０００４】
このような基板材料の加工は、通常インゴットを合成し、さらにそれをスライス、粗研磨から精密な研磨と高精度化するため数回の研磨を行うことで成り立っている。この際の研磨において使用する加工装置としては、両面加工機や片面加工機等がある。
【０００５】
しかしながら、一般にこのような研磨加工では前工程よりも高精度に形状制御して高平坦な基板を得ることは難しいとされているが、この課題に対して、従来より被加工物の表面を前工程よりも高精度に形状制御するにあたり、目的の面形状に対して加工するべき部分を積極的に加工しようとする試みがなされている。例えば、特許文献１や特許文献２には基板材料の加工において、より高精度化するための後工程（精密研磨工程）や仕上げ工程（最終工程）において、軟質の研磨布が貼付されている工具を自転させつつ、この工具を凸部分に優先的に押し合てるようにすることにより、凸部分を選択的に加工する方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、通常は前記した一般的な研磨加工方法との併用であるため、後工程での高精度な形状制御への負担が大きくなっており、高平坦な基板材料を得るための前工程からの高精度な形状制御技術が望まれていた。
【０００７】
前工程での基板材料を高精度に形状制御して平坦化する代表的な加工方法には平面研削加工やラップ加工（粗研磨加工）が挙げられる。
【０００８】
平面研削装置では、被加工物を設置するステージと研削砥石との間隔を一定として被加工物を平行に通過させ、研削砥石で被加工物の一定間隔以上の部分を除去するという方法を採っている。この場合、被加工物裏面の平坦性が確保されていないと研削砥石の研削抵抗により被加工物は被加工物設置テーブルに押し付けられるため、結果的に表面の形状は裏面の形状に影響されることとなり、平坦性は十分に改善できないのが現状である。したがって、この場合は、基板材料の基板内の厚さバラツキを押さえることは容易であるが、高精度な平坦面を得ることは困難な状況にある。
【０００９】
また、ラップ加工では、加工中の基板に対する押し付け力（加工圧力）への基板の弾性変形による反発力が平坦性改善の一因となっているため、平坦性の悪いものは比較的短時間で平坦性が改善する傾向にあるが、平坦性が改善されるにつれ、平坦性の改善が進みにくくなり、高精度な平坦面を得ることは困難であった。
【００１０】
さらに、このような前工程での基板材料を高精度に形状制御する方法として、例えば特許文献３には被加工物の凸部のみを部分的に加工する方法が開示されている。これによると、ダイヤモンド砥石、ＧＣ砥石、ＷＡ砥石といった遊離砥粒を用いない固定砥粒式加工方法と、遊離砥粒式加工方法としては、鋳鉄（ＦＣＤ４５０）製ラップ定盤と平均粒径９．４μｍのエメリー砥粒が例示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−３２９０１２号公報
【特許文献２】特開２０００−１１７６０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２９２３４６号公報（実施例）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、より高精度に被加工物の形状を制御するための更なる加工方法の開発が望まれているのは言うまでもない。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的は基板材料をラップ加工レベルの前工程から高精度に形状制御することが可能な加工方法及びそれに用いる加工工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、被加工物をその被加工面が上を向く状態で保持しながら自転させ、被加工面に遊離砥粒を流通させながら、被加工面よりも小さい面積の加工面を有する加工工具を、自転かつ被加工面上を移動させながら被加工面と接触・保持してなる被加工物の加工方法において、加工工具の加工面における無機粒子からなる成形体、遊離砥粒および被加工物のそれぞれの硬度の関係を特定の状態とした加工方法とすることによって前記課題を解決し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、本発明は、被加工物をその被加工面が上を向く状態で保持しながら自転させ、被加工面に遊離砥粒を流通させながら、被加工面よりも小さい面積の加工面を有する加工工具を、自転かつ被加工面上を移動させながら被加工面と接触・保持してなる被加工物の加工方法において、加工工具の加工面が無機粒子の成形体からなり、成形体の曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、かつ加工工具の無機粒子と遊離砥粒との硬度がそれぞれ被加工物の硬度よりも大きいことを特徴とする加工方法に関する。
【００１６】
本発明の加工方法によると、シリコンウエハや石英ガラス等の基板材料等の表面を高精度に形状制御することが可能となる。
【００１７】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１８】
本発明の第１の態様は、被加工物をその被加工面が上を向く状態で保持しながら自転させ、被加工面に遊離砥粒を流通させながら、被加工面よりも小さい面積の加工面を有する加工工具を、自転かつ被加工面上を移動させながら被加工面と接触・保持してなる被加工物の加工方法において、加工工具の加工面が無機粒子の成形体からなり、成形体の曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、かつ加工工具の無機粒子と遊離砥粒との硬度がそれぞれ被加工物の硬度よりも大きいことを特徴とする。
【００１９】
第１の態様に関する一例を、図１を用いて説明する。被加工物２は、被加工物の加工面が上方を向く状態で下定盤１に保持され、下定盤１と被加工物２とは略一体となって自転し、加工面には遊離砥粒が流通されている。一方、加工工具４は、被加工物の加工面より小さい面積の加工面３を有する無機粒子の成形体であり、その少なくとも一つの加工工具４が上定盤５に保持される。加工工具４と上定盤５とは略一体となって自転し、遊離砥粒が流通されている被加工物２の被加工面上との接触を保ちながら、被加工面上を移動する。
【００２０】
被加工物をその被加工面が上を向く状態で保持しながら自転させ、被加工面に遊離砥粒を流通させながら、被加工面よりも小さい面積の加工面を有する加工工具を、自転かつ被加工面上を移動させながら被加工面と接触・保持してなる被加工物の加工方法とは、いわゆる被加工物を片面ずつ加工する片面加工のことを意味する。
【００２１】
また、被加工面上における加工工具４の移動軌跡は特に限定されることなく、例えば、図２に示すように直線的に移動したり、図３に示すように弧を描いて移動したり、更にこれらを組み合わせた移動を行ってもよい。
【００２２】
本発明の加工方法において、当該加工方法に用いられる加工工具の加工面が無機粒子の成形体からなり、曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、かつ当該加工工具の無機粒子と遊離砥粒の硬度がそれぞれ被加工物の硬度よりも大きいことが必要である。遊離砥粒の硬度が被加工物の硬度よりも大きいことにより、また、遊離砥粒を支持して被加工物へ押し付ける加工工具を構成する無機粒子の硬度が被加工物の硬度よりも大きいことにより、加工速度を速く保つことが可能となる。
【００２３】
なお、本発明でいう硬度とはビッカース硬度のことであり、ＪＩＳ―Ｒ−１６１０に準拠して、試験荷重１０ｋｇ、荷重保持時間１０秒の条件で測定したときに得られる値である。
【００２４】
複合材料や複数の材料を用いる場合には、各々の材料のビッカース硬度を求め、それらの配合を体積比換算として、硬度値を体積比換算で算術的に求めた値を使用する。ここで、複合材料や複数の材料を用いる場合とは、複数の材料が混合、複合された状態のことを指し、複数の成分から構成されていても単一材料となっているものは単一材料として取り扱う。例えば、安定化剤として酸化イットリウム・酸化スカンジウム・酸化インジウム・酸化セリウム等の希土類酸化物および／または酸化マグネシウム・酸化カルシウム等を固溶させた酸化ジルコニウム（以下、安定化酸化ジルコニウムという）は単一材料である。
【００２５】
本発明の加工工具に用いられる無機粒子は、被加工物との適合性を考慮して適宜選択されるものであり、具体的には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、安定化酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化イットリウム等の酸化物または炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等の非酸化物の中の少なくとも１種類を選択すればよい。ここで、被加工物との適合性とは、例えば被加工物の硬度、靱性等の物理的特性や化学反応性等の化学的特性等に対して、要求される被加工物の仕上げ表面精度、平坦性、研磨速度等を総合的に判断して選択されることを意味する。特に、無機粒子は前述した酸化物系化合物が大気中での安定性が良好で、製造上の制約が少ないため、好ましく用いられる。
【００２６】
加工工具の加工面に存在させる成形体の曲げ強度は７ｋｇ／ｍｍ２以上、好ましくは１２ｋｇ／ｍｍ２以上である。ここで、曲げ強度は実施例に記載の方法により測定される３点曲げ強度の平均値を意味する。曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２を下回ると、加工工具を構成する無機粒子の硬度と遊離砥粒の硬度を被加工物の硬度に比べて大きくする加工方法において、加工工具の摩耗が著しく大きくなりやすいので好ましくない。
【００２７】
なお、上定盤５に保持される加工工具４の形状は特に限定されるものではないが、自転運動することを考慮すると、自転軸に対して点対称の形状であることが加工形状の制御の容易性から好まく、例えば、円環形状、多角形環状、円形状、多角形状等の加工面をもつものである。また、上定盤５に保持される加工工具４の個数は、要求される被加工物の仕上げ表面精度、平坦性、研磨速度等や、加工工具の加工面の面積と上定盤５における加工工具の保持部面積とを勘案して適宜決定すればよい。図４に、上定盤に取り付けた加工工具の例を、加工面側から模式的に表したものをものを示す。
【００２８】
このうち、円環形状、多角形環状形状、円形状や多角形状の小形部材を円環形状となるように配置する方法が好ましい。なぜなら、加工工具は自転することから、自転軸に対して距離幅が大きい工具の場合、自転に対する各半径位置での周速差の影響が加工特性に表れやすいが、単なる円板形状や偶数の多角形板形状等のように自転軸に加工工具が存在する場合は、その地点は周速が生じないため、自転による加工は理論的には進行しないためである。
【００２９】
さらに、円環形状、多角形環状形状、円形状や多角形状の小形部材を円環形状となるように配置する方法において、加工工具が存在する領域は、自転軸に対する半径方向の幅が狭いほど好ましい。この理由は、前記したように自転に対する各半径位置での周速差の影響が加工特性に表れにくいためである。
【００３０】
しかしながら、実際上は加工工具の摩耗体積と被加工物の加工体積から求められる研削比（＝加工体積／工具摩耗体積）で特徴付けられる工具特性により、加工中の工具の変形量が影響されるので、前記の幅を狭くするほど厚さの変化が大きく、取り替え頻度が大きくなってしまう。
【００３１】
加工面へ流通させる遊離砥粒は特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、安定化酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化イットリウム、酸化錫等の酸化物や、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等の非酸化物を用いることができ、前記したように被加工物や加工工具の硬度の関係をもとに任意に選択されれば良い。
【００３２】
このときの加工条件、加工液の種類等については特に限定されるものではない。例えば、加工液に関して、水、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アミンや有機酸を含む水溶液などの中性、アルカリ性、酸性の水溶液、場合によっては有機系溶液を用いることができ、その温度もこれら加工液の沸点よりも低い温度の範囲であれば、特に限定されるものではない。特に水系の加工液は取り扱いの容易性や廃液処理の観点から好ましく用いられる。
【００３３】
また、加工液の流量や、加工圧力、被加工物と加工工具の加工中の相対的走行距離（相対速度の差や各回転運動と相互の相対運動）等の加工条件に関しても、特に限定されるものではない。
【００３４】
この遊離砥粒を含有する加工液の加工面への流通させる方法は、特に限定されるものではないが、被加工物と加工工具の界面である加工面に均一に流通できるような態様であることが好ましい。これにより、被加工物の加工が均一に進行することが可能となる。
【００３５】
ここで、加工面に均一に流通できるような態様とは、加工面全面に渡って不足なく、遊離砥粒を含有する加工液を行き渡らせることであり、例えば加工工具をカップ型ホイールの態様とした場合について説明すると、回転軸位置やそれに近い内周側からも加工液を供給できるようにすることが好ましい。通常はカップ型ホイールの自転により外周側から取り込むように流通させる場合が多いが、カップ型ホイールの環状部分が幅広である場合や円状、多角形状である場合には十分に回転軸に近い内周側の加工面まで加工液の供給が行われない可能性が高くなる。したがって、カップ型ホイールの内周側からも加工液を供給してホイールの回転により加工面に取り込まれることにより十分に加工液を流通させることができる。もちろん、カップ型ホイールの環状部分の中周部分から供給可能な態様とすることも何ら問題はない。
【００３６】
本発明の第２の態様は、前記記載の加工方法において、加工工具の無機粒子の硬度と遊離砥粒の硬度が実質的に等しいことを特徴とする。
【００３７】
加工工具を構成する無機粒子の硬度と遊離砥粒の硬度とを実質的に等しくすることにより、加工工具による遊離砥粒の摩滅を抑制することが可能であり、かつその遊離砥粒を支持して被加工物へ押し付ける加工工具の力が十分に伝達されやすく、加工速度を速くすることが可能となる。
【００３８】
ここで加工工具を構成する無機粒子の硬度と遊離砥粒の硬度とが実質的にほぼ等しいとは、両者の硬度を前記したような測定方法の中から同一の方法により測定し、その測定値の平均値をそれぞれ算出し、加工工具を構成する無機粒子の硬度の平均値に対して遊離砥粒の硬度の平均値が±１０％の範囲内にあることを意味する。
【００３９】
本発明の第３の態様は、前記記載の加工方法において、加工工具の無機粒子の硬度が遊離砥粒の硬度よりも大きいことを特徴とする。
【００４０】
加工工具を構成する無機粒子の硬度を遊離砥粒の硬度よりも大きくすることにより、遊離砥粒による加工工具の摩耗を抑制することができ、加工工具による被加工物の高精度な形状制御が可能となる。
【００４１】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様の加工方法において、被加工物が石英ガラスであることを特徴とする。本発明の加工方法により、特に石英ガラス表面を高精度に形状制御して高平坦化を行うことが可能である。
【００４２】
本発明の第５の態様は、第１〜第３の態様の加工方法において、用いられる加工工具の無機粒子からなる成形体の平均粒径が１０μｍ以下および相対密度が８０％以上であることを特徴とする。
【００４３】
平均粒径を１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とすることで、特にラップ加工レベルで通常好適に用いられている遊離砥粒に比べて、加工速度を速くすることが可能となる。また、相対密度が８０％以上、好ましくは９０％以上であることにより、加工工具の摩耗を抑制することになる。
【００４４】
本発明の第６の態様は、第１〜第３の態様の加工方法において、用いられる加工工具の無機粒子からなる成形体の平均粒径が１０μｍ以下、相対密度が６５％以上８０％未満および細孔構造のモード径が１μｍ以上であることを特徴とする。
【００４５】
平均粒径を１０μｍ以下とする理由は上記の通りである。相対密度が６５％以上８０％未満、好ましくは７０％以上８０％未満であることにより、加工工具の摩耗を抑制することになり、また加工速度も改善される。さらに、細孔構造のモード径は１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、更に好ましくは１０μｍ以上とすることが好ましい。
【００４６】
細孔構造におけるモード径が１μｍ以上ということは実質的に加工工具を構成している成形体の無機粒子の１次粒径よりも大きい径の細孔が相対密度を支配していることになるので、加工工具の摩耗が一層抑制されるとともに、加工速度の改善も図ることができ、バランスのとれた良好な加工特性を得ることができる。
【００４７】
なお、細孔構造におけるモード径は、例えば実施例に示したように、水銀ポロシメータを用いて測定することができる。
【００４８】
本発明の第７および第８の態様は、第５〜６の態様の加工方法において、特に、石英ガラスの加工用に使用される加工工具である。
【００４９】
被加工物が石英ガラスの場合、本発明の加工工具としては、ビッカース硬度が８９０ｋｇ／ｍｍ２を超え、平均粒径が１０μｍ以下、曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上および相対密度が８０％以上の、無機粒子からなる成形体を含んでなる石英ガラス用加工工具（第７の態様）およびビッカース硬度が８９０ｋｇ／ｍｍ２を超え、平均粒径が１０μｍ以下、曲げ強度が７ｋｇ／ｍｍ２以上、相対密度が６５％以上８０％未満および細孔構造のモード径が１μｍ以上の、無機粒子からなる成形体を含んでなる石英ガラス用加工工具（第８の態様）である。  これらの加工工具において前記した曲げ強度以外の物性として、例えば、成形体の圧縮強度が５００ｋｇ／ｃｍ２以上具備すると更に好ましい。
【００５０】
このような加工工具の製造方法としては、前記特性を有する加工工具を得ることのできる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、原料粉末である無機粒子に圧力をかける等して適当な形状、大きさの成形体とし、その後に焼成等の加工処理を行うなどの方法を例示できる。
【００５１】
本発明の石英ガラス用加工工具の成形体の平均粒子径は、１０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以下のものである。
【００５２】
ここで、用いる無機粒子として、石英ガラスのビッカース硬度が８９０ｋｇ／ｍｍ２であるので、加工工具を構成する成形体のビッカース硬度は、８９０ｋｇ／ｍｍ２を超え、好ましくは１２００ｋｇ／ｍｍ２以上を示す無機粒子であれば特に制限なく用いることができる。具体的には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、安定化酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化イットリウム等の酸化物や炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等の非酸化物の中の少なくとも１種類が好適に用いられるが、このような粒子を複合した粒子形態、すなわち、ある粒子の表面を別の組成の粒子で被覆した複合粒子や２種類以上の粒子を造粒して２次粒子とした粒子等を用いてもかまわない。
【００５３】
続いて、圧力をかけて成形する場合、例えばプレス成形等の成形法が例示でき、その圧力条件としては、特に限定されるものではなく、公知の条件にて行うことができる。また、鋳込み成形、射出成形、押出成形なども適用できる。
【００５４】
さらに、成形する際の原料粉末の成形性を向上させるために原料粉末に処理を施してもよい。その具体的な処理の方法としては、例えば圧密する方法などが挙げられるが、その条件は特に限定されるものではない。また、同様に原料粉末の成形性を向上させるため、スプレードライ法や転動法などにより造粒したり、バインダー、ワックス等を添加してもよい。
【００５５】
原料粉末を、スプレードライ法や転動法などにより造粒して顆粒状の形態とする場合には、寸法精度に優れ、比較的簡便に量産できる点で乾式加圧成形法を採用することが好ましい。
【００５６】
また、成形体の細孔構造を制御するための細孔を導入するために、前記工程で得られた顆粒に造孔剤を混合しても良い。この造孔剤の種類としては、各種有機物粉末、カーボン粉末等を例示することができる。
【００５７】
原料粉末にワックスやバインダーなどの有機物や細孔構造を制御するために造孔剤を添加する場合、成形体として使用する前に脱脂することが好ましい。脱脂方法は特に限定されるものではないが、例えば、大気雰囲気下での加熱による脱脂、または窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性雰囲気中での加熱脱脂などが挙げられる。このときの雰囲気ガスの圧力は加圧下または常圧下、場合によっては減圧下であってもよい。また、同様に成形性を向上させるために水分を添加し、その後の焼成操作前に乾燥させることもできる。
【００５８】
次に、成形体、殊にバインダーや造孔剤を取り除いた成形体は、一般的に強度が脆く、その強度を上げ、耐久性を向上させるために、得られた成形体に対して加熱による焼成等の加工を行うことが好ましい。しかし、耐久性を向上させる方法としては、加熱焼成に限定されるものではなく、例えば成形体の細孔中に物質を導入する方法を採用することもできる。
【００５９】
加熱焼成の場合の焼成条件は特に限定されるものではないが、焼成温度、焼成時間、焼成プログラム、焼成雰囲気等を適宜選択すればよい。
【００６０】
このような無機粒子からなる成形体より加工工具への加工方法としては、加熱脱脂、加熱焼成、機械加工、化学処理、物理処理、あるいはこれらの組み合わせ等による方法が例示できるが、加工工具として所望の用途に使用できる強度を付与できる加工方法であれば特に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によれば、ウエハ等の基板材料の形状をラップ加工レベルの前工程から高精度に制御することが可能となるため、例えば、高精度に平坦化した基板材料の製造に有用である。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各評価は以下に示した方法によって実施した。
ａ）加工工具の製造
表１に示す特性の粉末を原料とし、必要に応じて有機物粉末（例えば、ポリビニルアルコール粉末、樹脂粉末、でんぷん類等の１種類以上）を混合し、その粉末を５０〜３０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成形した後、最終的に１０００〜１７００℃で焼成して加工工具を得た。
ｂ）加工工具の特性
（曲げ強度）
ＪＩＳ−Ｒ−１６０１を参考に３点曲げ試験を行った。幅７ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍの試料を作製し、その際の試料の各面はダイヤモンド＃１４０のストレートホイールを用いた平面研削で仕上げた。得られた試料を島津製作所製、商品名「島津オートグラフ  ＩＳ−１０Ｔ」を用い、スパン長３０ｍｍ、クロスヘッド速度０．１ｍｍ／ｍｉｎの条件で荷重を負荷して測定した。測定は各試料１０点行い、平均値を曲げ強度とした。
（相対密度）
所定形状の平板試料を作製し、電子天秤で測定した重量とマイクロメータで測定した寸法からかさ密度Ｗ２を算出した。次に、ＪＩＳ−Ｒ−２２０５に準拠して真密度Ｗ１を求め、先に算出したかさ密度Ｗ２から下式により相対密度を算出した。
【００６３】
相対密度（％）＝（Ｗ２／Ｗ１）×１００
（平均粒径）
加工工具をアクリル樹脂で包埋後、ミクロトームで切断して観察試料を作製した。この観察試料を走査型電子顕微鏡（明石製作所製、商品名「ＩＳＩ  ＤＳ−１３０」）で観察した。各種倍率で撮影した電子顕微鏡写真から、無機粒子部分のみを考慮してインターセプト法により５００個測定し、個数基準で平均粒径を求めた。
（細孔構造）
加工工具を水銀ポロシメータ（島津製作所製、商品名「ポアサイザ９３２０」）を用い、水銀圧入法により、０〜２７０ＭＰａの圧力範囲で測定した。
【００６４】
実施例１
表１に記載の３Ｙ（３ｍｏｌ％イットリア部分安定化ジルコニア）粉末を無機粒子として用いた加工工具を厚さを揃えた４５×４５ｍｍ角のプレートとし、そのプレート３枚を加工装置ＰＬＡＮＯＰＯＬ／ＰＥＤＥＭＡＸ２（Ｓｔｒｕｅｒｓ製）の上定盤（直径１６０ｍｍ）に１２０°等配し、下定盤（直径３００ｍｍ）に被加工物として平板形状の石英ガラス（直径２７０ｍｍ）を設置した。上定盤回転数１５０ｒｐｍ、下定盤回転数１５０ｒｐｍとし、市販のアルミナ質の砥粒（平均粒径５．５μｍ）を遊離砥粒とした加工液（濃度１０ｗｔ％）を２００ｍＬ／ｍｉｎの流量で流通させながら１００ｇ／ｃｍ２の加工圧力で加工試験を実施した。
【００６５】
所定時間加工試験を実施した後、加工速度、研削比、被加工物の形状変化を測定した。
【００６６】
加工速度は、加工試験前後の被加工物の重量変化をもとに算出した。
【００６７】
研削比は、加工工具の消耗量、被加工物の加工量をともに加工前後の体積変化として捉えて、下式により研削比を求めた。
【００６８】
研削比＝加工体積／加工工具摩耗体積
被加工物の形状変化は、レーザー変位計走査型とした真直度形状測定機（日立造船製）を用いて、加工前後で同一位置を直径方向に測定し、被加工物の最外周部分と内周部分の凹凸形状の高さ差を形状とし、その変化速度を単位加工量で規格化した。この変化速度が大きいほど、所定量加工したときの被加工物の形状変化が大きいことになり、形状制御が難しい工具であることを示している。つまり、高平坦化を狙った場合は平坦な加工面を得ることが難しいことになる。
【００６９】
加工後の被加工物の表面粗さはＪＩＳ−Ｂ−０６０１に準拠して、万能表面形状測定器ＳＥ−３Ｃ（小坂研究所製）を用いて評価した。
【００７０】
表３に結果を示す。加工速度、研削比、被加工物の形状変化速度は、比較例１の場合を基準（１．００）にして相対表示とした。
【００７１】
なお、すべての実施例、比較例で得られた石英ガラスの表面粗さはＲｍａｘが１．２〜１．８μｍ程度であった。
【００７２】
実施例２
表１に記載の炭化珪素粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００７３】
実施例３
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とし、遊離砥粒に市販の３Ｙ粉末の粒度を調整した粉末（平均粒径５．５μｍ）を砥粒として用いた以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００７４】
実施例４
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００７５】
実施例５
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。
【００７６】
実施例６
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００７７】
実施例７
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００７８】
実施例８
表１に記載の３Ｙとアルミナとからなる粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００７９】
実施例９
表１に記載の炭化珪素粉末を無機粒子として用いた加工工具とし、遊離砥粒に市販の炭化珪素質の砥粒（平均粒径５．５μｍ）を用いた以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００８０】
実施例１０
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００８１】
実施例１１
表１に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表３に結果を示す。
【００８２】
比較例１
表２に記載した鋳鉄（ＦＣＤ４５０）を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表４に結果を示す。
【００８３】
比較例２
表２に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とし、遊離砥粒に市販のシリカ粉末（平均粒径６μｍ）を砥粒として用いた以外は実施例１と同様にして加工試験を実施した。表４に結果を示す。
【００８４】
比較例３
表２に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表４に結果を示す。
【００８５】
比較例４
表２に記載のアルミナ粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表４に結果を示す。
【００８６】
比較例５
表２に記載のセリア粉末を無機粒子として用いた加工工具とした以外は実施例１と同様として加工試験を実施した。表４に結果を示す。
【００８７】
表３〜４に示したように、本発明の加工方法は、比較例１に示した石英ガラスのラップ加工で代表的な鋳鉄を用いた場合に比べ、実施例１〜６は加工速度は遅いが、単位加工量に対する石英ガラスの形状変化速度は遅く、高精度な形状制御が可能である。実施例７〜１１は比較例１に比べ前記実施例と同様に単位加工量に対する石英ガラスの形状変化速度も遅く、高精度な形状制御が可能であることに加え、加工速度も速く、優れた加工方法である。
【００８８】
一方、比較例２、３、４、５はいずれも単位加工量に対する石英ガラスの形状変化速度が速く、比較例１の場合に及ばない。
【００８９】
また、実施例１〜１１では比較例１に示した鋳鉄を加工工具として用いた場合に比べて研削比が大きいことから、加工面積を被加工物の形状制御により有利な小さい面積の形状とすることが可能となるので好ましい。
【００９０】
【表１】
2007038322.tif 000003
【００９１】
【表２】
2007038322.tif 000004
【００９２】
【表３】
2007038322.tif 000005
【００９３】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の加工方法の概略を説明する図である。
【図２】加工工具の移動軌跡の一例を示す図である。
【図３】加工工具の移動軌跡の他の例を示す図である。
【図４】上定盤に取り付けた加工工具の例を、加工面側から模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００９５】
１：下定盤
２：被加工物
３：加工工具の加工面
４：加工工具
５：上定盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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