JP2001062704A - 研磨布および平面研磨加工方法 - Google Patents

研磨布および平面研磨加工方法

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JP2001062704A JP24362099A JP24362099A JP2001062704A JP 2001062704 A JP2001062704 A JP 2001062704A JP 24362099 A JP24362099 A JP 24362099A JP 24362099 A JP24362099 A JP 24362099A JP 2001062704 A JP2001062704 A JP 2001062704A
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泰司 伊藤
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    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワークに対する研磨加工性能，研磨精度の向上
化を図り、特にコロイド状研磨液と組合せて使用するこ
とによりその特性を効果的に発揮できるように改良した
研磨布，および平面研磨加工方法を提供する。 【解決手段】上下一対の回転式定盤１，２の内面に研磨
布５を被着して被加工ワーク４を上下から挟み、ワーク
と研磨布との間に研磨液６を滴下供給してワークの研磨
加工を行う平面研磨装置等に適用する研磨布であり、該
研磨布がベス層５ａと該ベース層の上に積層した軟質プ
ラスチックフォームで作られたシート状の表面層５ｂか
らなるものにおいて、表面層５ａを、その表面が非発泡
のスキン層で覆われ、かつセル（気泡）５ｂ-1を表面に
開口させずに層内に内包した独立気泡フォームで形成
し、研磨液としてコロイダルシリカを砥粒としたコロイ
ド状研磨液と組合せてワークの平面研磨加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁気ディスク
装置に適用する磁気記録媒体のディスク基板，あるいは
半導体用のシリコンウエーハ，液晶ガラスなどを対象
に、メカノケミカルポリッシング（ＣＭＰ）法によりワ
ークの表面を研磨する回転式平面研磨装置に適用して好
適な研磨布，および研磨加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】頭記した磁気記録媒体のディスク基板
は、例えばアルミニウム合金製の円盤状基板の表面に膜
厚１０μｍ程度のＮｉ−Ｐめっきを施した後、磁性層を
成層する以前にディスク基板の両面に平面研磨加工（ラ
ッピング加工）を施して平滑面に仕上げるようにしてい
る。また、シリコンウエーハ，液晶ガラスについても同
様に、その基板両面を研磨加工を施して平坦面に仕上げ
るようにしている。
【０００３】一方、前記のディスク基板，シリコンウエ
ーハなどを研磨加工する平面研磨装置として、上下一対
の回転式定盤，各定盤の内面に被着した研磨布，上下定
盤の間に介装したワーク保持用のキャリヤからなり、キ
ャリヤに設けたワーク挿入穴に一枚ずつ装荷したワーク
（被加工物）を上下から定盤に被着した研磨布で挟んで
加圧し、この状態で上定盤側から研磨布とワークとの間
に研磨液を滴下供給しつつ、上下の定盤，およびキャリ
ヤを回転駆動してワークの上下両面を同時に研磨加工す
るようにした回転式の平面研磨装置が広く採用されてい
る。
【０００４】次に、前記の回転式平面研磨装置（ラッピ
ング装置）の構成，および研磨加工の動作を図４〜図６
で説明する。まず、図４(a),(b) および図５において、
１は上定盤、２は下定盤、３は上定盤１と下定盤２との
間に介装したキャリヤ、４は研磨を行うワーク（頭記し
たディスク基板，シリコンウエーハなど）、５が上下定
盤１，２の内面に被着して取付けた研磨布である。
【０００５】ここで、前記キャリヤ３は、図示のように
円盤３ａを歯車機構３ｂを介して自転，公転させるよう
にした遊星歯車式の構成になり、各円盤３ａにはワーク
４を１枚ずつ装荷する複数のワーク挿入穴が開口（図示
例は挿入穴の数が４）している。
【０００６】かかる構成において、研磨加工工程ではキ
ャリヤ３の円盤３ａに開口したワーク挿入穴に１枚ずつ
装荷したワーク４を上下から定盤１，２の内面に被着し
た研磨布５でで挟み込み、この状態で上定盤１と下定盤
２を互いに逆方向に回転し、かつ各キャリヤ３を自転，
公転させながら、上定盤１に開口した研磨供給穴１ａを
通じて研磨液６を滴下供給する。これにより、ワーク４
がキャリヤ３と一緒に上下定盤１，２の間の面上を移動
し、研磨布５と研磨液６による研磨作用を受けて上下両
面の研磨加工が行われる。なお、研磨液６として、従来
では金属酸化物，炭素などを主成分とした硬質の固形物
をミルなどで細かく破砕し、さらに分級した所定粒径の
微粉を砥粒とし、エッチング機能を有する薬液中に分散
させたものが一般に使われている。
【０００７】一方、前記の研磨布５として現在では軟質
プラスチックフォームを素材としたものが一般に採用さ
れており、その従来構造は図６の模式図で表すようにシ
ート状のベース層５ａの上にプラスチックフォームで作
られたの表面層５ｂを積層した構成になる。ここで、表
面層５ｂはポリエチレン，ポリウレタン樹脂などを発泡
処理した上でこれをシート状に展延し、さらにバフィン
グ加工により表面層５ｂの表面を形成しているスキン層
（プラスチックフォームの表面を形成する非発泡層）を
研削してフォームの層内に内包しているセル（気泡）５
ｂ-1を横から切断し、セル空洞を表面層５ｂの表面に開
口させてハニカム状のセル構造を作り出すようにしてい
る。
【０００８】かかる構造の研磨布５では、ワーク４と擦
り合う表面層５ｂの表面がハニカム状せる構造で凹凸面
を呈しており、研磨加工の際にセル５ｂ-1のクレータ状
空洞部分が外部から滴下供給した研磨液６を保持し、図
示のように上下の研磨布５の間をワーク４が相対移動す
る際にセル内に保持していた研磨液が絞り出されてワー
ク４の表面を研磨する。また、研磨加工の進行に伴って
生じたスラッジ，その他の混入異物などはセル５ｂ-1の
空洞内に取り込んでここに滞留保持し、ワーク４の表面
にスクラッチ（切り傷）などが生じるの防ぐようにして
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構造の研磨布と研磨液を組合せてワークを研磨加工す
る方法においては、次記のような解決すべき問題点があ
る。すなわち、 (1) 図６の模式図で表すように、従来構造の研磨布５で
はプラスチックフォームで作られた表面層５ｂの表面が
凹凸面を呈しており、研磨加工時にはセル５ｂ-1を取り
巻く壁の切り口部分のみがワーク４に局部的に当接して
摺動するだけであってワーク４の全面に均一に接触しな
い。このために、ワーク４に対する研磨ムラが生じ易
く、これが原因でワーク４の研磨加工面に微小な「うね
り」（waviness) りが生成して製品仕様で要求される表
面精度を確保することが困難である。なお、前記した
「うねり」は、「表面粗さ」とともにディスク基板，シ
リコンウエーハなどに対する表面精度を評価する測定項
目の一つであり、光学式非接触表面粗さ計（ＺＹＧＯ）
で観測した単位面積当たりの表面像のうねり量（Ｗａ）
をオングストローム（Å）で表す。特に浮動式磁気ヘッ
ドと組み合わせて使用する固定磁気ディスク装置に使用
するディスク基板では、この「うねり」が大きくなると
磁気ヘッドの浮上特性が悪化することから、研磨加工の
際にこの「うねり」をできるだけ小さく抑えることが重
要である。
【００１０】(2) 平面研磨装置に採用している従来の研
磨液６は、砥粒として先記のように固形物を破砕，分級
して得た微粉体（粒子の表面が角張っている）を液体中
に混在させたものが主流であるが、この種の研磨液は砥
粒，スラッジなどが液中に沈降，凝集し易く、図６で述
べた従来構造の研磨布５と組合せて使用すると、研磨布
に多量の研磨液を滞留保持できる反面、研磨液中の砥
粒，スラッジ，その他の異物が研磨加工中に表面層５ｂ
の表面に開口したセル５ｂ-1の中で凝集，固化して研磨
布５に付着するようになる。このために、凝集，固化し
た異物をそのまま放置しておくと研磨中にワーク４の表
面を擦ってスクラッチなどがトラブルを引き起こす原因
となる。そこで、従来ではブラシ，ジェット水流などに
より研磨布５の表面を短期間サイクルで頻繁に清掃して
研磨布に付着している異物（凝集，固化物）を排除する
ようにしているが、このメンテナンス（清掃）作業には
手間が掛かるほか、その間は研磨装置の運転を中断しな
ければならず、研磨装置の稼働率にも影響を及ぼす。
【００１１】(3) 従来の研磨布は、製造後における表面
層の状態にバラツキが多いことから、平面研磨装置に取
付けて実際に製品研磨を行うには、その前段の作業とし
てダミーワークについて研磨を行って研磨布の表面を整
形する慣らし運転を行っているが、この慣らし運転には
長い時間が掛かり、研磨装置の稼働率を低める原因の一
つになっている。
【００１２】(4) また、最近では研磨精度の向上，砥粒
の凝集，固化を防いで研磨布のメンテナンス性改善を狙
いに、研磨液としてコロイド状研磨液が多く採用される
傾向にあるが、前記した従来構造の研磨布と併用した場
合には研磨ムラ，微小な「うねり」が生成してコロイド
状研磨液のもつ特性を十分に生かせられない。
【００１３】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的は前記課題を解決してワークに対する研磨
加工精度の向上化を図り、特にコロイド状研磨液と組合
せて均質な研磨加工性能が効果的に発揮できるように改
良した研磨布，および平面研磨加工方法を提供すること
にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、シート状のベース層と該ベース層
に積層した軟質プラスチックフォームの表面層とからな
る研磨布において、前記表面層を、その表面がスキン層
で覆われ、セルを開口させずに層内に内包した独立気泡
フォームで形成する（請求項１）ものとし、その具体的
な態様として次記のような構成がある。
【００１５】(1) 表面層を形成する独立気泡フォームに
対し、層内に内包したセルが開口しないようスキン層の
外面にバフィング加工を施して表面を平坦化する（請求
項２）。 (2) 研磨布のベース層を高硬度樹脂として、このベース
層に表面層を積層する（請求項３）。
【００１６】(3) 研磨布のベース層を合成繊維の不織布
として、このベース層に表面層を積層する（請求項
４）。 (4) 研磨布のベース層を合成繊維の織布として、このベ
ース層に表面層を積層する（請求項５）。
【００１７】かかる構造になる研磨布は、プラスチック
フォームのセル（気泡）を表面に開口させた従来の研磨
布と比べて、機能，メンテナンス性の面で次に記すよう
な利点を有する。
【００１８】(a) 研磨布の表面層を形成しているプラス
チックフォームのスキン層がワークの加工面全域に直接
当接して研磨作用に関与し、層内に内包した発泡セルは
クッションの役目を果たす。したがってワークの全域で
研磨面圧をほぼ一定に保って研磨加工を行うことがで
き、これにより従来の研磨布を使用する研磨加工で問題
となっていた研磨ムラ，ワーク表面の「うねり」発生を
抑えて表面精度の高い研磨加工が行える。また、研磨布
の表面に供給した研磨液はワークの全面域に展開して作
用するので、高い研磨能力が発揮できる。
【００１９】(b) 研磨加工中に外部から滴下供給した研
磨液は、ワークと研磨布のスキン層表面との間を流れた
後にそのまま系外へ流出するので、研磨に伴って生じた
スラッジなどの異物も研磨布に付着，滞留することなく
研磨液に随伴して素早く系外に排出れさる。したがっ
て、研磨布に付着したスラッジの凝集，固化物に起因し
てワークにスクラッチなどの表面欠陥が生じることが防
げ、また、メンテナンス面でも研磨布を清掃する頻度が
少なくて済み、メンテナンスフリーのまま長期間連続し
て使用できる。
【００２０】(c) さらに、研磨布の表面はその全面域が
平坦な独立気泡フォームのスキン層で覆われているの
で、研磨加工装置にセットして実使用する場合でも、当
初に行う慣らし運転の時間が少なくてすみ、これにより
研磨装置の立ち上がりが早くて稼働率の向上に寄与す
る。
【００２１】一方、本発明による研磨加工方法では、先
記した構造の研磨布を平面研磨装置の定盤に被着し、か
つ研磨液としてコロイド状研磨液を用いてワークの研磨
加工を行う（請求項６）ものとし、前記コロイド状研磨
液は、例えばコロイダルシリカの微粒子を砥粒として分
散媒中に分散させたもを用いる（請求項７）。
【００２２】上記したコロイダルシリカは化学的な製法
で作られたものであって、固形物をミルなどで機械的に
破砕したものとは異なり、粒径が０．０２〜０．１μｍ
程度で表面が滑らかな硬質の微粒子である。また、この
コロイダルシリカを砥粒として分散媒に分散させたコロ
イド状研磨液は、分散性が高くて砥粒が沈降，凝集し難
く、研磨加工の工程中に砥粒が凝集，固化してワークの
表面にスクラッチなどの加工欠陥が生じるおそれは殆ど
ない。したがって、このような性質をもったコロイド状
研磨液を前記した本発明の研磨布と組合せて使用するこ
とにより、コロイド状研磨液の特性を十分に生かして高
い研磨加工性能と、表面精度の高い研磨加工が行える。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図３の実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図
中で図５，図６に対応する部材には同じ符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。
【００２４】まず、図１，図２において、平面研磨装置
の上下定盤１，２に被着したシート状の研磨布５は、ポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高硬度樹
脂，あるいは合成繊維の織布ないし不織布で作られたシ
ート状のベース層５ａに独立気泡形プラスチックフォー
ムの表面層５ｂを貼り合わせた構成になる。
【００２５】ここで、表面層５ｂを形成する独立気泡フ
ォームは、ポリエチレン，ポリウレタンなどの樹脂を発
泡処理してシート状に展開したものであり、図２の模式
図で表すように均一に発泡したセル（気泡）５ｂ-1を内
包したコア層５ｃの両側に非発泡のスキン層５ｄが形成
されたストラクチュアルフォームと同等なセル構造を有
し、セル５ｂ-1は層内に閉じ込め、スキン層５ｄをワー
ク４と向かい合う表面に露呈させた状態でベース層５ｂ
に積層して研磨布５を構成している。なお、成形後にお
ける表面層５ｂの表面平坦度が低い場合には、表面層５
ｂをベース層５ａに積層した状態で、そのスキン層５ｄ
の表面に層内のセル５ｂ-1が口を開かない程度にバフィ
ング加工を施して表面を平坦化するのがよい。
【００２６】また、前記構成の研磨布５を平面研磨装置
に装着するには、図１で示すように表面層５ｂのスキン
層５ｄをワーク４に向けて上下定盤１，２の内面にベー
ス層５ａを貼り付ける。そして、研磨装置のキャリヤ３
にワーク４を図示のように装荷し、上下の定盤１，２を
互いに逆方向に回転させながら外部より研磨液６を滴下
供給してワーク４の平面研磨を行う。この研磨加工で
は、図２で示すように研磨布５の表面層５ｂを形成する
プラスチックフォームの平坦なスキン層５ｄがワーク４
の加工面全域に対峙して均一な研磨面圧を加えつつ、そ
の表面に沿って研磨液６が流動してワーク４の表面を平
滑に研磨する。
【００２７】また、図３は、コロイド性シリカとも呼ば
れるコロイダルシリカ６ａの微粒子を砥粒とし、この砥
粒を分散媒に分散させたコロイド状の研磨液を前記の研
磨布５と組合せてワーク４の研磨加工を行っている状態
を表した模式図であり、図示のようにワーク４の表面全
域には粒径の揃った球状の砥粒（コロイダルシリカ６
ａ）が均等に展開して研磨作用に関与する。しかも、砥
粒であるコロイダルシリカ６ａの粒子は表面が角張って
ないので研磨布５の表面に引っ掛かって付着することな
しにワーク４の表面との間を円滑に流動する。
【００２８】これにより、図６で述べた従来の研磨布と
比べて、ワークの研磨ムラを生成することなしに高い研
磨加工能力が発揮できる。しかもスラッジなどの異物も
研磨布の表面に滞留することなしにコロイド状研磨液に
随伴して素早く系外に排除されるので、ワークに対して
スクラッチなどの研磨欠陥が発生し難く、表面精度の高
い研磨加工が行える。
【００２９】かかる点について発明者等が行った評価テ
ストの結果によれば、本発明による研磨布を採用してワ
ークの研磨加工を行うことにより、従来の研磨布を使用
した場合と比べてワークの表面精度が大幅に向上し、特
にコロイド状研磨液と組合せて研磨加工を行った場合に
は、先記した「うねり」（Ｗａ）が従来の研磨布で研磨
加工した製品の測定値Ｗａ＝５Åと比べて、本発明によ
りＷａ＝２Åまで改善できることが確認されている。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による研磨布
を採用してワークの平面研磨加工を行うことにより、従
来の研磨布を使用した場合と比べて研磨能力，および加
工表面精度を大幅に高めることができ、特に本発明の研
磨布にコロイド状研磨液を組合せることにより、コロイ
ド状研磨液のもつ特性を十分に生かした表面精度の高い
研磨加工が行え、ワークの表面精度の測定項目の一つで
ある「うねり」を従来と比べて半分以下に改善すること
ができる。また、研磨布を清掃するメンテナンス作業の
頻度，並びに研磨布の実使用に際して製品研磨の前に行
う慣らし時間が短くて済むなど、研磨装置の稼働率向上
にも寄与する実用的効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる研磨布を平面研磨装置
に取付けた研磨加工状態の構成断面図
【図２】図１における研磨布の構造を模式的に表した拡
大断面図
【図３】図１の研磨布にコロイド状研磨液を採用してワ
ークを研磨する本発明の平面研磨加工方法を模式的に表
した説明図
【図４】本発明の実施対象である平面研磨装置の構成原
理図であり、(a) は断面図、(b) はキャリヤの平面図
【図５】図４の要部拡大図
【図６】従来における研磨布の構造，および研磨液の挙
動を模式的に表した拡大図
【符号の説明】
１，２ 平面研磨装置の定盤 ３ キャリヤ ４ ワーク ５ 研磨布 ５ａ ベース層 ５ｂ 表面層 ５ｂ-1 セル ５ｄ スキン層 ６ 研磨液 ６ａ コロイダルシリカ（砥粒）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石澤 義明 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 泰司 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 下林 貴浩 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 池森 剛介 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 藤沢 裕一郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AC04 CB01 CB03 DA02 5D112 AA02 AA24 GA12 GA26

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ベース層と該ベース層の上に積層した軟質
    プラスチックフォームで作られたシート状の表面層とか
    らなる研磨布において、前記表面層を、その表面がスキ
    ン層で覆われ、セルを開口させずに層内に内包した独立
    気泡フォームで形成したことを特徴とする研磨布。
  2. 【請求項２】請求項１記載の研磨布において、表面層を
    形成する独立気泡フォームに対し、層内に内包したセル
    が開口しないようスキン層の外面にバフィング加工を施
    して表面を平坦化したことを特徴とする研磨布。
  3. 【請求項３】請求項１記載の研磨布において、ベース層
    が高硬度樹脂であることを特徴とする研磨布。
  4. 【請求項４】請求項１記載の研磨布において、ベース層
    が合成繊維の不織布であることを特徴とする研磨布。
  5. 【請求項５】請求項１記載の研磨布において、ベース層
    が合成繊維の織布であることを特徴とする研磨布。
  6. 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の研磨
    布を平面研磨装置の定盤に被着し、研磨液としてコロイ
    ド状研磨液を用いてワークの研磨加工を行うことを特徴
    とする平面研磨加工方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載の平面研磨加工方法におい
    て、コロイド状研磨液が、コロイダルシリカの微粒子を
    砥粒として分散媒中に分散させたものであることを特徴
    とする平面研磨加工方法。
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