JP2003324086A

JP2003324086A - 研磨用工具プレート

Info

Publication number: JP2003324086A
Application number: JP2002126260A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Tani; 泰弘谷; Kenji Kawada; 研治河田; Toshiyuki Enomoto; 俊之榎本; Tokio Tonami; 時夫礪波; Chihiro Togawa; 千裕戸川
Original assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Nihon Micro Coating Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】母粒子とその表面に保持される微細砥粒とから
なる研磨剤を用いる研磨用工具プレートにおいて、研磨
面を高平坦化し、コンデショニング作業が必要なく長寿
命であり、かつ長時間にわたり加工能率を維持できる研
磨用工具プレートを提供する。【解決手段】研磨用定盤１と被研磨体間に母粒子とその
表面に保持される微細砥粒とからなる研磨剤を供給して
研磨するのに用いられる研磨用工具プレートおいて、こ
の研磨用定盤１の加工面２に多数の孔３が設けられた研
磨用工具プレートである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は母粒子と微細砥粒か
らなる研磨剤を用いて行う研磨に使用される研磨用工具
プレートに係わり、特に加工面に多数の孔が設けられた
研磨用工具プレートに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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精密研磨
が行われている。その研磨布として、近年、粗さやうね
りに対して悪影響を与えることが比較的少ない発泡体が
多く使用されるようになっている。

【０００３】また、精密研磨においては、形状精度の高
い加工が要求されており、より硬質の研磨布が好まれて
いるが、硬質の研磨布を使用すると、被研磨体の研磨面
に粗さが出にくい、被研磨体の研磨面にスクラッチが発
生しやすいなどの問題があり、この問題の解決策として
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】しかしながら、上記のような従来の研磨剤
及び研磨方法では、研磨時間とともに研磨布加工面の凹
凸が少なくなり、また、切屑や研磨材が堆積して加工能
率を低下させる現象があり、これを抑制するために、ダ
イヤモンド砥石で研磨布加工面を削り直すコンデショニ
ング作業が行われるため、研磨布の寿命が短くなり、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
じさせるなどの問題があった。

【０００５】さらに、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、ときと
して被研磨体の研磨面端部にダレが生じ、この形状制度
を高めることが困難であった。

【０００６】しかも、近年、シリコンウェーハや液晶ガ
ラスなど被研磨体は大口径化しており、これに比例して
研磨機も大型になり、これに使用される研磨布もそれに
追従して大きくなり、その取扱いも困難になっていた。

【０００７】このような従来の諸問題を解決するため
に、本願発明者等は、特開２００１−３００８４３公報
記載のように、母粒子と微細砥粒からなる研磨剤を用い
た研磨方法（以下、単に複合粒子研磨方法という。）を
提案し、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
の必要のない研磨方法を実現する複合粒子研磨方法を提
案した。

【０００８】しかしながら、このような複合粒子研磨に
おいて、研磨用定盤としてガラス、アルミナセラミック
ス、鋳鉄、ＳＵＳ等を用い、その表面粗さが非常に小さ
い平滑面では、加工域への母粒子の供給が適切に行われ
難い場合があり、また母粒子の保持効果も不十分で加工
能率が低下し、研磨面と研磨用定盤の接触により被加工
物にスクラッチが入るおそれがあり、さらに、加工面の
みを粗面加工にした研磨用定盤を用いると加工初期には
適切な加工能率が得られるが、研磨時間の経過に伴い研
磨用定盤加工面が摩耗して加工能率が低下するため研磨
用定盤を削り直すコンデショニング作業が必要となり、
そのための手間が非常に大きくなり、また、研磨用定盤
の寿命が短くなる場合があるなど改良を必要とする点が
あった。

【０００９】そこで、複合粒子研磨方法に使用され、研
磨面を高平坦化し、コンデショニング作業が必要なく長
寿命であり、かつ、長時間にわたり加工能率を維持でき
る研磨用工具プレートが要望されていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
を考慮してなされたもので、母粒子とその表面に保持さ
れる微細砥粒とからなる研磨剤を用いた研磨を行うのに
使用する研磨用工具プレートにおいて、研磨面を高平坦
化し、コンデショニング作業が必要なく長寿命であり、
かつ、長時間にわたり加工能率を維持できる研磨用工具
プレートを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の１つの態様によれば、母粒子とその表面に
保持される微細砥粒とからなる研磨剤を用いた研磨方法
に使用される研磨用工具プレートであって、この工具プ
レートの加工面に多数の孔が設けられたことを特徴とす
る研磨用工具プレートが提供される。これにより、上記
多数の孔が母粒子の動きを適度に制御する機能を有する
ことで、研磨面を高平坦化し、コンデショニング作業が
必要なく長寿命であり、かつ長時間にわたり加工能率を
維持できる。

【００１２】好適な一例では、上記工具プレートは、ポ
ーラス材で形成される。これにより、加工面に多数の孔
が３次元的にランダムに設けられた研磨用工具プレート
が実現されることで、長時間に亘り加工能率を維持する
ことが可能となる。

【００１３】また、他の好適な一例では、上記ポーラス
材は、気孔径が１０〜１００μｍの気孔を有し、かつ気
孔率が体積比１０〜７０％の気孔を内部及び加工面に露
出して略均一に有する。これにより、コンデショニング
作業を行わなくとも、母粒子の保持能力を適度に維持で
き加工能率を長時間維持することができ、結果、長寿命
になる。

【００１４】また、他の好適な一例では、上記工具プレ
ートは、その加工面に孔径１０〜１００μｍの多数の縦
孔が略等間隔に形成され、その縦孔の総面積は前記研摩
面の総表面積に対して３０〜７０％である。これによ
り、加工面に多数の孔が設けられた研磨用工具プレート
が実現され、コンデショニング作業を行わなくとも、母
粒子の保持能力を適度に維持でき、長寿命になる。

【００１５】また、他の好適な一例では、上記工具プレ
ートは、その加工面の形状偏差が２０μｍ以下の板状体
からなる。これにより、研磨面の高平坦化が可能な研磨
用工具プレートが実現される。

【００１６】また、他の好適な一例では、上記工具プレ
ートの基材は、セラミックスからなる。これにより、硬
度が大きく、耐摩耗性、耐薬品性に優れる長寿命の研磨
用工具プレートが実現される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる研磨用工具
プレートの一実施形態について添付図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は、本発明に係わる研磨用工具プレー
トの一実施形態の概念図である。

【００１９】図１に示すように、本発明に係わる研磨用
工具プレートの一実施形態としての研磨用定盤１は、そ
の加工面２に多数の連通気孔である孔３が設けられた円
板、例えば、セラミックスポーラス材で形成されてお
り、孔（気孔）３はその気孔径が１０〜１００μｍであ
り、かつ気孔率が体積比１０〜７０％の気孔を内部及び
加工面２に露出して略均一に有する。

【００２０】上記研磨用定盤１は、セラミックスのほ
か、金属、ガラス、及び合成樹脂などをポーラス状に形
成したものであってもよい。研磨用定盤１をポーラス状
にすることにより、例え研磨用定盤１が摩耗しても、そ
の加工面２に順次気孔３が現れるので、コンデショニン
グ作業を行わなくとも、母粒子の保持能力を適度に維持
できるため、研磨用定盤１は加工能率を長時間維持する
ことができ、結果、長寿命になる。

【００２１】また、上記気孔３の気孔径を１０〜１００
μｍにすることで、母粒子の動きが適切に制御され、加
工面２が高平坦になり、さらに、気孔率を体積比１０〜
７０％にすることで、十分な母粒子保持効果が得られ、
除去能率（加工能率）を向上させることができる。気孔
３の気孔径が１０μｍ未満では、母粒子の保持効果が低
いため加工能率低下といった不具合が生じ、気孔径が１
００μｍを超えると、気孔への母粒子の落ち込みにより
加工域に存在し得る母粒子数が少なくなり研磨用定盤１
と被研磨体が直接接触し、研磨面にスクラッチを発生さ
せる。また、気孔率が体積比１０％未満では、母粒子保
持作用の低下による加工能率低下が問題となり、７０％
を超えると加工域の母粒子が少なすぎるため加工能率が
低下し、さらに、スクラッチが発生する。

【００２２】また、気孔３の開口形状は、図２（ａ）〜
（ｆ）に示すように、円形（図２（ａ））、楕円形（図
２（ｂ））、不等辺多角形（図２（ｃ））、正方形（図
２（ｅ））、長方形（図２（ｅ））及び図２（ｆ）に示
す任意形状のものであってもよく、これらいずれかの組
み合せであってもよい。

【００２３】さらに、上記気孔径は、図３に示すよう
に、研磨用定盤１Ａに設けられる気孔の変形例としての
気孔３Ａは、開気孔３Ａａ及び閉気孔３Ａｂからなって
いてもよい。この閉気孔３Ａｂは、研磨工程における研
磨用定盤１Ａの摩耗により開気孔となり、母粒子保持作
用を発揮する。このような作用を確実かつ均等に得るた
めに、当該気孔は、研磨用定盤の内部および加工面に露
出して略均一に存在せしめることが好ましい。

【００２４】また、本発明に係わる研磨用工具プレート
の他の実施形態について説明する。

【００２５】図４に示すように、本発明に係わる他の実
施形態の研磨用定盤１Ｂは、円板形状で、例えば、セラ
ミックス製であり、その加工面２Ｂに孔径１０〜１００
μｍの多数の縦孔３Ｂが例えば略等間隔に形成され、そ
の縦孔３Ｂの総面積は、加工面２Ｂの総表面積に対して
３０〜７０％である。

【００２６】上記研磨用定盤１Ｂに用いられる材質とし
ては、セラミックスのうち、耐摩耗性、耐薬品性に優れ
ることから、アルミナ、あるいは、炭化珪素が好まし
い。縦孔３Ｂの形状は、円柱、多角柱あるいはこれらの
複合形状が好ましい。また、これらは、加工面に対し、
垂直に設けられたもののみならず、平行にもしくはラン
ダムに傾斜させたものであってもよい。

【００２７】上記気孔径が１０μｍ未満では、上記のよ
うに除去能率が低下し、気孔径が１００μｍを超える
と、研磨面にスクラッチを発生させる。

【００２８】また、加工面２Ｂの総表面積に対する孔部
断面積の割合が３０％未満であると、母粒子保持効果の
不足により加工能率が低下し、７０％を超えると孔部へ
多数の母粒子が落ち込むことから加工域の母粒子数が減
少し加工能率が低下し、研磨用定盤１Ｂと被研磨体が接
触するといった不具合が生じる。

【００２９】次に本発明の一実施形態の研磨用定盤を用
いた複合粒子研磨方法について説明する。

【００３０】図５に示すように、本発明に係わる研磨用
定盤１と被研磨体４間に母粒子５とその表面に保持され
る微細砥粒６とからなる研磨剤７を所定量供給して、研
磨用定盤１を被研磨体４に対して接触させながら相対運
動させて研磨するものである。微細砥粒６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
５の表面に保持される。

【００３１】上記複合粒子研磨方法に用いる母粒子５
は、真球状微粒子ポリマーが適しており、この真球状微
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４の研磨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２００〜１０００Åの細孔を有する
多孔質であってもよく、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。

【００３２】また、微細砥粒６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
成されるものが適している。

【００３３】スペーシング８は実質的に母粒子５の粒径
値にするのが好ましい。また、研磨剤と研磨剤の間の空
間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。

【００３４】上記のような研磨工程において、研磨用定
盤１の加工面２には、気孔径が１０〜１００μｍの気孔
３が多数設けられ、かつ、気孔率が体積比１０〜７０％
であるので、コンデショニング作業を行うことなく、そ
の加工面２に順次気孔３が現れるので、常に母粒子５を
十分に保持することができて加工能率を向上させること
ができ、さらに、研磨用定盤１の若干の摩耗に対しても
研磨用定盤１の母粒子保持力を維持することができ、研
磨（除去）能率が低下することがない。また、被研磨体
４にスクラッチが発生することがなく、加工面の面粗さ
Ｒａ０．１〜０．２μｍの高平坦度を実現できる。被研
磨体の研磨面において、算術平均粗さ（ＲａＪＩＳ
Ｂ−０６０１−１９９４）で２〜２．５ｎｍの表面粗さ
の鏡面及び平面度が１０μｍ以下の高平坦度が実現でき
る。

【００３５】また、図４に示す他の実施形態を用いて、
図５に示すと同様の複合粒子研磨方法を行う場合にも、
研磨用定盤１Ｂの加工面２Ｂに孔径１０〜１００μｍの
多数の縦孔３Ｂは、その縦孔３Ｂの総面積が加工面２Ｂ
の総表面積に対して３０〜７０％形成されているので、
上記一実施例と同様に、コンデショニング作業を行うこ
となく、その加工面２Ｂに順次縦孔３Ｂが現れるので、
常に母粒子を十分に保持することができて加工能率を向
上させることができ、さらに、研磨用定盤１Ｂの若干の
摩耗に対しても研磨用定盤１Ｂの母粒子保持力を維持す
ることができ、加工能率が低下することがない。また、
被研磨体にスクラッチが発生することがなく、被研磨体
の研磨面において、算術平均粗さ（ＲａＪＩＳＢ−
０６０１−１９９４）で２〜２．５ｎｍの表面粗さの鏡
面及び平面度が１０μｍ以下の高平坦度が実現できる。

【００３６】さらに、研磨用定盤１は、加工面６の形状
偏差（ＪＩＳＢ０６２１−１９８４）が２０μｍ以下
の板状体で形成されるのが好ましい。形状偏差が２０μ
ｍを超えるとプレート凸部により被研磨体の一部が選択
的に研磨されるため研磨面の高平坦化が実現し難い。な
お、形状偏差とは、加工面が平面である場合には平面度
を、球面、曲面などの場合には面の輪郭度を意味する。
また、加工面６はラッピングあるいは化学的処理によっ
て粗されて、凹凸が形成され、所定の粗さと形状偏差に
なる。

【００３７】

【実施例】試験１：本発明に係わる研磨用工具プレート
を用いてシリコンウェーハを研磨し、研磨状態を調べ、
比較する。

【００３８】

【外１】

【００３９】（測定）上記条件により実施し、被研磨体
加工面をテーラー・ホブソン社製表面形状粗さ測定装置
フォームタリサーフ２型を用い規定の測定方法により数
カ所測定した。なお、測定時のカットオフ値及び評価長
さは、ＪＩＳＢ−０６０１−１９９４の表１に基づき
設定を行った。

【００４０】（結果）実施例では、表面粗さＲａ２〜
２．５ｎｍの鏡面加工が達成できた。これに対して、同
条件で加工した比較例では、表面粗さＲａ０．１〜０．
２μｍであった。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係わる研磨用工具プレートによ
れば、母粒子とその表面に保持される微細砥粒とからな
る研磨剤を用いる研磨用工具プレートにおいて、研磨面
を高平坦化し、コンデショニング作業が必要なく長寿命
であり、かつ、長時間にわたり加工能率を維持できる研
磨用工具プレートを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる研磨用工具プレートの概念図。

【図２】本発明に係わる研磨用工具プレートに設けられ
る孔の開口形状の概念図。

【図３】本発明に係わる研磨用工具プレートに設けられ
る気孔の変形例の概念図。

【図４】本発明に係わる研磨用工具プレートの他の実施
形態の概念図。

【図５】本発明に係わる研磨用工具プレートを用いた複
合粒子研磨方法の概念図。

【符号の説明】

１研磨用工具プレート（定盤）２加工面３孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷泰弘東京都世田谷区宮坂３丁目47番12号 (72)発明者河田研治神奈川県横浜市泉区和泉町7407−１−306 (72)発明者榎本俊之東京都世田谷区赤堤１−19−16 (72)発明者礪波時夫東京都昭島市武蔵野３丁目４番１号日本ミクロコーティング株式会社内 (72)発明者戸川千裕神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社秦野事業所内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 CB02 CB04 DA02 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母粒子とその表面に保持される微細砥粒
とからなる研磨剤を用いた研磨方法に使用される研磨用
工具プレートであって、この工具プレートの加工面に多
数の孔が設けられたことを特徴とする研磨用工具プレー
ト。
【請求項２】上記工具プレートは、ポーラス材で形成
されたことを特徴とする請求項１に記載の研磨用工具プ
レート。
【請求項３】上記ポーラス材は、気孔径が１０〜１０
０μｍの気孔を有し、かつ気孔率が体積比１０〜７０％
の気孔を内部及び加工面に露出して略均一に有すること
を特徴とする請求項２に記載の研磨用工具プレート。
【請求項４】上記工具プレートは、その加工面に孔径
１０〜１００μｍの多数の縦孔が略等間隔に形成され、
その縦孔の総面積は前記研摩面の総表面積に対して３０
〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載の研磨
用工具プレート。
【請求項５】上記工具プレートは、その加工面の形状
偏差が２０μｍ以下の板状体からなることを特徴とする
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の研磨用工具プ
レート。
【請求項６】上記工具プレートの基材は、セラミック
スからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
か１項に記載の研磨用工具プレート。