(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水からなる母液と、
この母液に含まれた複数の砥粒と、
前記母液に含まれ、前記砥粒より粒径の大きい弾性部材からなる複数のキャリア粒子と、
前記母液に含まれて前記母液中の粒子を凝集させる添加剤と
を少なくとも備え、
前記砥粒は酸化セリウムから構成され、
前記キャリア粒子はベンゾグアナミン樹脂から構成され、
前記添加剤は、アルカノールアミン類から構成され
たものであることを特徴とする研磨剤。
【請求項２】
水からなる母液と、
この母液に含まれた複数の砥粒と、
前記母液に含まれて前記砥粒より粒径の大きい弾性部材からなる複数のキャリア粒子と、
前記母液に含まれて前記母液中の粒子を凝集させる添加剤と
を少なくとも備えた研磨剤を用意し、
研磨対象の研磨面と定盤の上面との間に前記研磨剤を介在させて前記研磨対象と前記定盤とを相対的に摺動させる
方法であり、
前記砥粒は酸化セリウムから構成し、
前記キャリア粒子はベンゾグアナミン樹脂から構成し、
前記添加剤は、アルカノールアミン類から構成する
ことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリア粒子と砥粒とからなる研磨剤及びこの研磨剤を用いた研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板，磁気ディスク基板の製造などにおける基板の仕上げ工程や、半導体集積回路装置における埋め込み金属配線などの形成において、種々の研磨方法が用いられている。このような、ナノメータオーダの平坦度を要求される精密研磨においては、種々の研磨布を用いた遊離砥粒研磨が採用されている。この研磨方法では、一般には、織布，不織布，発泡体などの弾性のある研磨布が使用されてきた。
【０００３】
織布や不織布を用いる場合、折り目や密度のムラが荒さやうねりに悪影響を与えるため、近年では、発泡体が研磨布として主に用いられるようになっている。しかしながら、研磨布を用いる研磨方法には、まず、切り屑により研磨対象の表面に傷を付けてしまう問題がある。上記研磨布には、微細な複数の穴が存在し、これらに砥粒を保持する機能を有しているが、ここに切り屑も保持される。研磨布に保持される切り屑が適当に処理されないと、これらで大きな砥粒を形成し、これにより研磨対象に傷を付ける場合がある。
【０００４】
また、研磨布は、研磨処理時間とともに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、ダイヤモンド砥石で研磨布の表面を削りなおし、研磨処理を引き続き行うようにしている。しかしながらこれでは、研磨布の寿命を短くしてしまう。また、研磨布は、一般に２〜３ｍｍ程度の厚さを有しているため、弾性による変形により研磨布自体が研磨対象に接触し、摩擦抵抗を増加させて研磨機の動作を阻害する場合もある。しかも、複数の研磨対象を一度に処理しようとするため、より大きな面積の研磨布を用いるようになっている。このような大きな研磨布を研磨機の定盤上に貼り付けることは、容易ではない。
【０００５】
以上のような従来の研磨布を用いた研磨の問題点を解消する技術として、つぎに説明する複合粒子研磨法がある（文献：特開２００１−３００８４３）。複合粒子研磨法は、研磨布の代わりに、研磨材（砥粒）を保持する複数のキャリア粒子を用いるようにしたものである。キャリア粒子は、砥粒の５〜５００倍程度である１０μｍ前後と大きな粒径を有し、また弾性を有する粒子であり、一般には有機高分子材料の微粒子が用いられる。
【０００６】
キャリア粒子は、定盤と研磨対象の表面との間に介在して研磨対象を弾性保持し、研磨対象を堅い定盤に直接接触させないようにしている。また、研磨布を用いる場合と異なり、切り屑の排出がよく、加工能率や加工精度も研磨布を用いる場合より優れている。
ところで、研磨においては、砥粒を研磨対象の表面に運搬して摺り合わせて研磨している。したがって、複合粒子研磨法による研磨では、キャリア粒子と研磨対象との間に砥粒が存在していることが要件となる。このため、複合粒子研磨法では、キャリア粒子に砥粒を付着させ、研磨対象とキャリア粒子との間に効率よく砥粒を介在させる必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、水晶の研磨などには、上述した複合粒子研磨法が適用しにくいという問題があった。水晶やガラスなどの研磨では、酸化セリウム砥粒が古くから用いられている。これは、シリコン酸化物である水晶やガラスの表面における水酸化物の形成を、酸化セリウムが促進させる作用があるためと考えられており、シリカを用いた場合より高速な研磨を可能としている。しかしながら、酸化セリウム砥粒を用いた複合粒子研磨法では、水晶やガラスをほとんど研磨できないという問題があった。
【０００８】
酸化セリウムを砥粒として用いた場合、複合粒子研磨法に用いられる一般的なキャリア粒子に、酸化セリウム砥粒が付着しないことが、上述の原因と考えられている。複合粒子研磨法では、図５に示すように、定盤５０１と研磨対象５０２との間に複数のキャリア粒子５０３と酸化セリウム砥粒５０４とが分散した研磨剤５０５を介在させ、研磨対象５０２と定盤５０１とを摺り合わせることで、研磨対象５０２を研磨する。
【０００９】
しかしながら、酸化セリウム砥粒５０４が、キャリア粒子５０３に付着しないため、研磨対象５０２の研磨面に酸化セリウム砥粒５０４を作用させることができない。このため、従来では、酸化セリウム砥粒を用いた複合粒子研磨法では、水晶やガラスなどの研磨が容易に行えないものと考えられている。このように、従来では、キャリア粒子に砥粒が付着しない状態では、複合粒子研磨法による研磨が困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、どのような砥粒であっても、複合粒子研磨法により効率よく研磨ができるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る研磨剤は、水からなる母液と、この母液に含まれた複数の砥粒と、母液に含まれ、砥粒より粒径の大きい弾性部材からなる複数のキャリア粒子と、母液に含まれて母液中の粒子を凝集させる添加剤とを少なくとも備えたものである。
この研磨剤によれば、研磨対象と定盤との間に研磨剤が供給されると、添加剤によりキャリア粒子が部分的に凝集して集団を形成し、このキャリア粒子集団に砥粒が保持される状態が得られる。
上記研磨剤において、砥粒は酸化セリウムから構成され、キャリア粒子はベンゾグアナミン樹脂から構成され、添加剤は、ジエタノールアミンやトリエタノールアミンなどのアルカノールアミン類から構成されたものである。
【００１２】
また、本発明に係る研磨方法は、水からなる母液と、この母液に含まれた複数の砥粒と、母液に含まれて砥粒より粒径の大きい弾性部材からなる複数のキャリア粒子と、母液に含まれて母液中の粒子を凝集させる添加剤とを少なくとも備えた研磨剤を用意し、研磨対象の研磨面と定盤の上面との間に研磨剤を介在させて研磨対象と定盤とを相対的に摺動させるようにしたものである。
この研磨方法によれば、研磨対象と定盤との間に介在している研磨剤は、添加剤によりキャリア粒子が部分的に凝集して集団を形成し、このキャリア粒子集団に砥粒が保持され、保持された砥粒が研磨対象に作用可能な状態となる。
【００１３】
上記研磨方法において、砥粒は酸化セリウムから構成し、キャリア粒子はベンゾグアナミン樹脂から構成し、添加剤は、アルカノールアミン類から構成したものを用いる。また、このような研磨剤を用いれば、例えば水晶板を研磨することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における研磨剤を用いた研磨方法における研磨状態を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、キャリア粒子１０３と砥粒１０４とが含まれた水溶液からなる研磨剤１０５中に、研磨剤１０５中に含まれるキャリア粒子１０３や砥粒１０４などの粒子を凝集させる添加剤を添加し、これを水晶などの研磨に用いるようにした。
【００１５】
キャリア粒子１０３は、例えば、ウレタンやナイロンもしくはポリイミドまたはポリエステルなどの有機高分子化合物からなる粒子であり、平均粒径が１〜２０μｍと砥粒１０４より大きい粒径を有している。キャリア粒子１０３を構成する高分子材料としては、例えば、ベンゾグアナミン樹脂を用いることができる。また、砥粒１０４は、例えば酸化セリウムから構成されたものを用いることができる。
【００１６】
また、添加剤は、ジエタノールアミンなどのアルカノールアミン類を含むものである。アルカノールアミン類は、研磨剤１０５中に酸化セリウムからなる砥粒１０４を分散させる作用があるが、研磨剤１０５中に酸化セリウムからなる砥粒１０４とともにキャリア粒子１０３などが存在する場合、研磨剤中の粒子を凝集させるように作用する。
【００１７】
例えば、キャリア粒子と砥粒とを水に分散させただけでは、図２に示すように、キャリア粒子や砥粒の凝集は観察されない。これに対し、キャリア粒子と砥粒とを分散させた研磨剤中に、前述したようにジエタノールアミンを添加した場合、図３に示すように、キャリア粒子と砥粒との凝集が観察されるようになる。これらの結果から、ジエタノールアミンを添加することで、キャリア粒子と酸化セリウムからなる砥粒とが、凝集することがわかる。
【００１８】
また、ガラスなどの透明な容器内の水に、砥粒を５ｗｔ％，キャリア粒子を２．５ｗｔ％を加えて攪拌したもの（試料１）と、同様の容器内に砥粒を５ｗｔ％，キャリア粒子を２．５ｗｔ％およびこれらにジエタノールアミンを添加して攪拌したもの（試料２）とを用意し、攪拌した後２０分間静置した。この結果、両試料とも完全沈降したが、試料１より試料２の方が沈降高さが高い状態となった。粒子が凝集している方が沈降高さが高くなるものと考えられるので、これらの結果からも、ジエタノールアミンを添加することで、キャリア粒子と酸化セリウムからなる砥粒とが、凝集することがわかる。
【００１９】
以上に説明したように、本実施の形態では、研磨剤１０５中に存在する粒子を凝集させる添加剤を研磨剤１０５添加して研磨に用いるようにし、水晶板１０２の研磨面と定盤１０１の上面との間に研磨剤１０５を介在させ、水晶板１０２と定盤１０１とを相対的に摺動させることで、水晶板１０２の表面を研磨するようにした。このため、定盤１０１の上面と研磨対象の水晶板１０２の研磨面との間に供給される研磨剤１０５においては、図１に示すように、キャリア粒子１０３や砥粒１０４が凝集して偏在するようになる。この結果、砥粒１０４がキャリア粒子１０３に付着しないものであっても、複数のキャリア粒子１０３及び砥粒１０４の集団による凝集体上には、砥粒１０４が保持されるようになる。
【００２０】
以上のことにより、砥粒１０４は、粒子の凝集体上に保持され、図１に示すように、水晶板１０２の研磨面に作用するようになり、この結果、本実施の形態によれば、実用的な研磨速度で水晶板１０２の表面を鏡面に研磨することが可能となる。例えば、砥粒としてセイミケミカル株式会社製のＴＥ−５０８（酸化セリウム）５ｗｔ％，キャリア粒子として日本触媒株式会社製のエポスターＬ１５２．５ｗｔ％，ジエタノールアミン０．５ｗｔ％含む水溶液を研磨剤として用い、加工圧力として１０ｋＰａ加えてアルミナからなる定盤（加工プレート）を６０ｒｐｍで回転させることにより、水晶基板を鏡面研磨することが可能となる。
【００２１】
図４は、この実施の形態における研磨方法を行う両面研磨装置の部分的な構成を概略的に示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。この両面研磨装置は、両面研磨を行う水晶基板１０２をキャリア２０３で保持し、キャリア２０３の外周歯に太陽歯車２０４と内歯歯車２０５の各歯部を噛合させてキャリア２０３を自転と同時に公転させるようにしたものである。定盤（下定盤）１０１と上定盤２０１との間では、上述したようにキャリア２０３が自転，公転して移動し、また、上定盤２０１に設けられた研磨剤供給穴２０２より研磨剤が供給された状態となっている。
【００２２】
また、定盤１０１と上定盤２０１は、互いに異なる方向に回転している。したがって、キャリア２０３に保持されている水晶基板１０２は、研磨剤を介して定盤１０１及び上定盤２０１と摺動している。この摺動により、水晶基板１０２の下面が定盤１０１との間の研磨剤中の砥粒により研磨され、水晶基板１０２の上面が上定盤２０１との間の研磨剤中の砥粒により研磨される。
【００２３】
このような両面研磨装置において、本実施の形態における研磨材を用いるようにすれば、まず、研磨布を用いることが無く、研磨対象である水晶基板１０２の両面を研磨できるようになる。加えて、本実施の形態における研磨材によれば、砥粒がキャリア粒子に付着しないものであっても、母液中の粒子を凝集させるようにしているので、キャリヤ粒子や砥粒が凝集して凝集体を構成するようになるため砥粒を研磨対象の表面に作用させることが可能となり、実用的な研磨速度が得られるようになる。
【００２４】
なお、上述では、水晶を例にして説明したが、これに限るものではなく、上述した研磨方法は、ＳｉＯ2系の他のガラス材料などでも適用できることはいうまでもない。また、上述では、酸化セリウムを砥粒として用いるようにしたが、酸化クロム，ベンガラ（Ｆｅ2Ｏ3）などを砥粒として用いるようにしても同様である。また、コランダムやニオブ酸リチウムなどの他の材料を研磨する場合であっても、これらを研磨するための砥粒にキャリア粒子を加えた研磨剤中に、粒子を凝集させる添加剤を加えて研磨（複合粒子研磨法）に用いるようにすれば、同様の効果を奏する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、研磨対象と定盤との間に研磨剤が供給されると、添加剤により研磨剤中の粒子が部分的に凝集して集団を形成し、この粒子の集団に砥粒が保持される状態が得られるようになり、保持された砥粒が研磨対象に作用可能な状態となる。この結果、本発明によれば、どのような砥粒であっても、キャリア粒子を用いる複合粒子研磨法により効率よく研磨ができるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における研磨剤を用いた研磨方法における研磨状態を模式的に示す断面図である。
【図２】  走査型電子顕微鏡でキャリア粒子と砥粒の状態を観察した結果を示す写真である。
【図３】  走査型電子顕微鏡でキャリア粒子と砥粒の状態を観察した結果を示す写真である。
【図４】  実施の形態における研磨方法を行う両面研磨装置の部分的な構成を概略的に示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図５】  複合粒子研磨法の研磨状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０１…定盤、１０２…水晶板、１０３…キャリア粒子、１０４…砥粒、１０５…研磨剤。
【図１】
0004057322.tif 000002
【図２】
0004057322.tif 000003
【図３】
0004057322.tif 000004
【図４】
0004057322.tif 000005
【図５】
0004057322.tif 000006