(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超微細砥粒を分散した研磨液に母粒子を添加し、前記母粒子及び前記超微細砥粒を一緒に攪拌することにより、前記母粒子及び前記母粒子の表面に保持された超微細砥粒から成る研磨剤を使用して、金属またはセラミックから作られた定盤により被研磨体を研磨する方法であって、
前記被研磨体と前記定盤との間に前記研磨剤を所定の量で直接供給する工程であって、前記定盤は被研磨体より直径が大きい平坦かつ平滑な面を有し、前記母粒子は真球状微粒子ポリマーから成るところの工程と、
前記被研磨体をラップ加工する間、前記定盤を前記被研磨体に対して接触しながら相対運動させるべく、前記定盤を所定の回転速度で回転させる工程と、
から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、母粒子と超微細砥粒から成る研磨剤及び研磨方法に関し、特に母粒子表面に超微細砥粒が保持される研磨剤研磨材及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体基板や磁気ディスク基板のような先端電子機器部品やその基板の仕上げ工程では、種々の研磨布を使った遊離砥粒研磨が採用されている。この工程においては、鏡面を実現するために織布、不織布、発泡体などの弾性のある研磨布が工具として使用されている。３０年程度前には織布が多用されていたが、織り目が粗さやうねりに対して悪影響を与えるために、次第に使用されなくなり、不織布がこれに変わって多用されるようになった。しかし、不織布でも密度にむらがあるために、それがやはり微小うねりに影響を与えることが指摘され、最近では発泡体の使用が増加している。
【０００３】
しかも最近の精密研磨においては、形状精度の高い加工が要求されるようになり、より硬質の研磨布が好まれるようになってきているが、硬質の研磨布を使用すると、粗さが出にくい、スクラッチが発生しやすいなどの問題があり、硬質樹脂層と軟質樹脂層を重ね合わせた二層研磨布などが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の研磨剤及び研磨方法には以下のようなさまざまな問題がある。たとえば、従来の研磨技術では研磨時間とともに研磨布表面の凹凸が少なくなり、また切り屑や研磨材が堆積して研磨能率を低下させる現象がある。このため、コンディショニングと称してダイヤモンド砥石で研磨布表面を削り直す作業が行われている。これは研磨布の寿命を短くし、またダイヤモンド砥石からの砥粒の脱落がスクラッチを生じさせるなど問題視されている。
【０００５】
また研磨布は通常２〜３ｍｍ程度の厚みを有しているため、弾性による変形が大きく時として研磨布自体が被研磨体に接触し摩擦抵抗を増加させ研磨機の所要動力を増加させている。
【０００６】
しかもシリコンウェーハや液晶ガラスなど最近の一部の被研磨体の口径が大きくなっており、これに比例して研磨機も大きくなり、それに使用される研磨布もそれに追従して大きくなっている。こうした大きな研磨布を均一に研磨機定盤上に貼りつけるには非常に高い熟練が必要となっている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は研磨特性の長期安定を実現し、研磨に直接関係しない不要な摩擦抵抗を軽減し、さらに研磨布の張替えの必要のない研磨剤および研磨方法を与えることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本願発明は以下の構成から成る。
【０００９】
被研磨体の表面を研磨するための研磨剤は、母粒子とその表面に保持される超微細砥粒とから成る。超微細砥粒は研磨中に母粒子に保持される。また超微細砥粒は研磨中に母粒子の表面の一部から剥離しても再び母粒子の表面に付着することを特徴とする。
【００１０】
具体的には、母粒子に対する超微細粒子の粒径の比は1/500から1/5である。
【００１１】
一方、研磨剤を製造するための方法は、超微細砥粒を分散した研磨液に母粒子を添加し、攪拌する工程から成る。
【００１２】
一方、研磨剤を用いて研磨手段によって研磨する方法は、被研磨体と研磨手段との間に前記研磨材を所定の量で供給する工程と、研磨手段を被研磨体に対して接触しながら相対運動させる工程と、から成る。
【００１３】
好適には、研磨手段として平滑かつ平面性が良好なテープを使用することができる。
【００１４】
また、好適には、接触しながら相対運動させる工程は、テープを所定の回転速度で回転させながら前記被研磨体を研磨する工程から成る。
【００１５】
さらに好適には、研磨手段として定盤を使用してもよい。
【００１６】
また好適には、接触しながら相対運動させる工程は、定盤を所定の回転速度で回転させながら被研磨体をラップ加工する工程から成る。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照しながら本願を説明する。図１は、本発明に係る研磨剤を用いて被研磨体を研磨する様子を示す断面図である。
【００１８】
被研磨体1の表面を研磨するための研磨剤は、母粒子3と、該母粒子3の表面に保持される超微細砥粒4から成る。研磨中に研磨剤内の母粒子3に超微細砥粒4が保持される。研磨中に研磨剤内の超微細砥粒4が母粒子3の表面の一部から剥離しても、再び母粒子3の剥離した部分に当該超微細砥粒4が付着し補われることを特徴とする。
【００１９】
母粒子に対する超微細砥粒の粒径の比は、1/500から1/5であり、好適には1/200から1/20である。
【００２０】
図１に示した好適実施例において、母粒子3は真球状微粒子ポリマーである。該真球状微粒子ポリマーの平均粒径6に対する超微細粒子4の平均粒径8の比は1/500〜1/5であり、好適には1/200〜1/20である。該真球状微粒子ポリマーは弾性を有するためラップ加工において被研磨体1の表面に傷痕を残すことはない。また、真球状微粒子ポリマーは200Å〜1000Åの細孔を有する多孔質であってもよい。
【００２１】
具体的には該真球状微粒子ポリマーは、少なくとも一種類のウレタン、ナイロン、ポリイミドまたはポリエステルから形成される。一方、超微細砥粒4は、少なくとも一種類のコロイダルシリカ、アルミナまたは酸化セリウムから形成される。
【００２２】
スペーシング5は実質的に母粒子3の粒径6とほぼ等しい。研磨剤と研磨剤の間の空間7はチップポケットとして作用し、これによりスクラッチが防止される。本発明に係る研磨剤は磁気ディスク基板、半導体ウエハ、または液晶パネルなどを精密研磨するのに使用される。
【００２３】
母粒子3として上記微粒子ポリマー以外のマイクロビーズを使用することもできる。マイクロビーズの平均粒径は0.1μm〜100μｍであり、好適には1μm〜20μmである。また、マイクロビーズは200Å〜1000Åの細孔を有してもよい。具体的にはマイクロビーズは少なくとも一種類のカーボンマイクロビーズ、ガラスビーズ、アクリルビーズ、メソカーボンビーズから形成される。いずれも大阪ガス（株）、シミコン・コンポジット社等から市販され、入手可能なものである。
【００２４】
本願発明に従う母粒子の他の実施例が図２に示されている。
【００２５】
図２(a)〜(c)は、好適実施例の母粒子である真球状ポリマーを表面改質したものである。(a)の母粒子は表面にシリカなどの微粒子21を保持する構造を有する。(b)の母粒子は表面に単分子層22を保持する構造を有する。(c)の母粒子は表面に微小な凹部23を設けた構造を有する。
【００２６】
図２(d)は外殻24及び芯コア若しくは中空部25からなる母粒子を示したものである。具体的には、外殻24はポリマー若しくは金属から成る。一方、芯コア25は金属等の固体若しくはポリマーから成り、中空部25には気体若しくは液体が充填されていてもよい。
【００２７】
図２(e)は複合粒子から成る母粒子を示したものである。該母粒子は中空ポリマー26の内部にひとつ若しくはそれ以上のマイクロカプセル27を包含する構造を有する。
【００２８】
さらに、本発明に従う母粒子の形態が図３に示されている。
【００２９】
本発明に従う母粒子の形態は、球体(a)のような二軸回転体、(b)〜(d)のような一軸回転体、または(e)のような球体の複合体であってもよい。
【００３０】
次に、上記研磨剤を製造する方法について説明する。
【００３１】
本発明に係る研磨剤は、超微細砥粒に母粒子を添加し、攪拌することによって製造することができる。
【００３２】
最後に、本発明の研磨剤を使用して被研磨体1を研磨する方法を説明する。
【００３３】
本願発明に係る研磨剤の研磨剤を用いて研磨する方法は、被研磨体と研磨手段との間に該研磨剤を所定の量で供給し、研磨手段を被研磨体に対して接触させながら相対運動させることから成る。ここで、超微細砥粒は静電気力、ファンデルワールス力または機械的な力によって母粒子表面に保持されるものと考えられる。研磨手段として好適には、テープまたは定盤が使用される。
【００３４】
テープは平滑かつ平面性の良好なものが好適である。例えば、PET製テープなどがある。
【００３５】
定盤は銅(Cu)若しくは錫(Sn)などの金属、セラミックまたはプラスチックから製造される平面性の良好なものが好適である。該定盤の形状は平面に限定されず、曲面、球面または凹凸面などでもよい。このような定盤を使用することによって、従来のウレタン系のポリッシングパッド若しくはテープが不要となり、平面度や微小なうねりなどが改善される。
【００３６】
具体的に、上記研磨剤の定盤2上への供給における一定量とは1cc/min〜100cc/minであり、好適には20cc/min〜50cc/minである。また、該定盤2を所定の回転速度で回転させながら、被研磨体1をラップ加工する場合において、所定の回転速度とは10rpm〜10000rpmであり、好適には100rpm〜1000rpmである。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明に従う好適実施例について説明する。尚、好適実施例においてマイクロビーズとして微粒子ポリマーを選択した。
【００３８】
(1)超微細砥粒
本発明に従う超微細砥粒として、日産化学株式会社製のコロイダルシリカ（スノーテックス30）を試用した。表１はスノーテックス30の仕様を示したものである。
【００３９】
【表１】
0003975047.tif 000002
(2)母粒子
本発明に従う母粒子（微粒子ポリマー）として、日本触媒株式会社製の二種類のベンゾクアナミン樹脂（エポスターL15及びエポスターMS）を試用した。表２及び表３はそれぞれの仕様を示したものである。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
【表３】
0003975047.tif 000004
図４(a)はエポスターL15原粉のSEM写真であり、(b)はその拡大写真である。微粒子ポリマーの表面にわずかに残留シリカが確認できる。
【００４２】
(3)研磨剤の製造
上記コロイダルシリカ内に攪拌しながら上記微粒子ポリマーを添加した。表４は本発明に従う研磨剤の組成を示したものである。
【００４３】
【表４】
0003975047.tif 000005
図４(c)は乾燥後の研磨剤（エポスターL15+コロイダルシリカ）のSEM写真であり、(d)はその拡大写真である。エポスターＬ15の表面にはほぼ均等にコロイダルシリカが付着しているのがわかる。
【００４４】
(4)平面ポリッシング
本発明に従う平面ポリッシングは以下の条件で行われた。
【００４５】
被研磨体：    ４インチシリコンウエハ
加工機：      岡本機械製  平面ポリッシュ盤
加工面圧：    300gf/cm2
定盤径：      260mmφ
定盤回転数：  64rpm
研磨剤供給量：25cc/min
加工時間：    20min
(5)結果
図４(e)は研磨後の微粒子ポリマースラリーのSEM写真であり、図４(f)はその拡大写真である。研磨によって微粒子ポリマーの表面の一部からコロイダルシリカが剥離しているのがわかる。
【００４６】
本発明に従う平面ポリッシングによると面粗さRa＝2.0〜2.5nmが達成できた。これは通常のIC1000ポリッシングパッド/コロイダルシリカによる加工結果に匹敵する。したがって、従来と比較した場合本発明は加工能率が20〜50％向上しているのがわかった。また、従来と比較した場合、加工時の定盤トルク（微粒子ポリマースラリーを介在させたときの定盤に対する被研磨体の移動抵抗）が20〜30％減少していた。したがって、駆動系をさらに小さくし装置の小型化を図ることも可能である。
【００４７】
【効果】
本発明に係る研磨剤及び研磨方法によれば、ポリシングパッド等を使用せずに、研磨に寄与しない材料を一切使用することなく、無駄なく、繰り返し研磨することができる。
【００４８】
また、定盤を使用する研磨においては、被研磨体の研磨面全体に均等に圧力がかかるため一様に研磨することができる。
【００４９】
さらに、本発明に係る研磨剤及び研磨方法によれば、加工能率を20〜50％向上させることができ、スループットを改善することが可能である。
【００５０】
さらにまた、本発明に係る研磨剤及び研磨方法によれば、装置を小型化することが期待でき、省スペース化を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る研磨剤を用いて研磨する様子を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に従う母粒子の他の実施例を示したものである。
【図３】図３は、本発明に従う母粒子の形態を示したものである。
【図４】図４は、本発明の好適実施例の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1          被研磨体
2          定盤
3          母粒子
4          超微細砥粒
5          スペーシング
6          母粒子粒径
7          空間
8          超微細砥粒粒径
【図１】
0003975047.tif 000006
【図２】
0003975047.tif 000007
【図３】
0003975047.tif 000008
【図４】
0003975047.tif 000009