JP2007168015A - 積層体の製造方法、被研磨物保持用治具及び研磨装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】一の材料からなる層上にこれと異なる材料からなる薄膜が積層された積層体を、異種材料間の界面における剥離を伴うことなく研磨して得ることが可能な積層体の製造方法を提供すること。また、この製造方法により積層体を得るために好適に用いることができる非研磨物保持用治具、及びこれを備える研磨装置を提供すること。
【解決手段】第１の材料からなる層及び第２の材料からなる層を有する積層体の製造方法であって、第１の材料からなる板状の第１層１の一面上に積層され、当該第１層１の外周面Ｓ１の少なくとも一部を覆うように延出した延出部２０を有し第２の材料からなる第２層２を、第１層１と反対側から研磨する工程を備える、積層体１００の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨の工程を備える積層体の製造方法、被研磨物保持用治具及び研磨装置に関する。

インダクタ、薄膜コンデンサ等の各種電子素子や、電子部品搭載用の基板等は、一般に、異なる材料で形成された２以上の層で構成された積層体を備えており、その積層体の多くは、いわゆる薄膜として形成された層を有している。

一方、積層体等の表面を研磨する方法として、化学的機械研磨による方法（ＣＭＰ法）が知られている（例えば、特許文献１、２。）。
特開平９−１６７７４５号公報 米国特許第４９５４１４２号明細書

積層体を構成する層がいわゆる薄膜である場合、その薄膜は、スパッタリング等の気相成長法や、溶液法によって成膜されるのが一般的である。しかし、材料の選択上の制約等の事情から、気相成長法又は溶液法によって直接的に薄膜を成膜するのに代えて、これら以外の方法で薄膜を形成させる必要が生じる場合がある。

そこで、本発明者は、薄膜を形成させる別の方法として、ある程度の厚みを有する層を薄膜となるまで研磨する方法について検討した。

しかしながら、この研磨による方法の場合、被研磨物が一の材料からなる層上にこれと異なる材料からなる層が積層された積層体であるときに、実用的に適用可能な研磨速度となるような条件で研磨を行うと、異種材料間の界面における剥離が発生して、製造の歩留まりが著しく低くなることが明らかとなった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一の材料からなる層上にこれと異なる材料からなる薄膜が積層された積層体を、異種材料間の界面における剥離を伴うことなく研磨して得ることが可能な積層体の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この積層体の製造方法により積層体を得るために好適に用いることができる非研磨物保持用治具、及びこれを備える研磨装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の積層体の製造方法は、第１の材料からなる層及び第２の材料からなる層を有する積層体の製造方法であって、第１の材料からなる板状の第１層の一面上に積層され、当該第１層の外周面の少なくとも一部を覆うように延出した延出部を有し第２の材料からなる第２層を、第１層と反対側から研磨する工程を備える。

積層体を研磨する際、積層体に対しては研磨面に平行な方向、すなわち隣接する層同士をずらす方向の応力が加わる。そのため、第２層が延出部を有していない場合には、積層体の端面又はその近傍の界面部分に応力が集中しやすく、そこから容易に剥離が生じると考えられる。これに対して本発明の場合、第２層が第１層の外周面を覆う延出部を有しているために、積層体の端面又はその近傍の界面における応力集中が緩和されて、そこからの剥離が防止される。その結果、上記本発明によれば、一の材料からなる層上にこれと異なる材料からなる薄膜が積層された積層体を、異種材料間の界面における剥離を伴うことなく研磨して得ることが可能となった。

あるいは、本発明の積層体の製造方法は、第１の材料からなる層及び第２の材料からなる層を有する積層体の製造方法であって、第１の材料からなる板状の第１層の一面上に積層され、第２の材料からなる第２層を、当該第２層の周囲に設けられ、第２層の第１層と反対側の主面と同一平面をなす補助面を有し第２の材料からなる補助層とともに第１層と反対側から研磨する工程を備える。

この製造方法の場合も、第２層の周囲に補助層を設けたことにより、積層体の端面又はその近傍の界面における応力集中が緩和されて、そこからの剥離が防止される。その結果、一の材料からなる層上にこれと異なる材料からなる薄膜が積層された積層体を、異種材料間の界面における剥離を伴うことなく研磨して得ることが可能となった。

上記の積層体の製造方法においては、化学的機械研磨法により第２層を研磨することが好ましい。これにより、平滑な表面を有する薄膜を効率的に形成させることできる。

本発明の被研磨物保持用治具は、被研磨物を保持するための保持面を有する保持部と、被研磨物とともに研磨される補助層を保持するための補助保持面を有し、保持面に対して垂直な方向における任意の位置で補助保持面と保持面とが平行な状態で保持部に対して固定可能な補助保持部と、を備えるものである。そして、本発明の研磨装置は、研磨用定盤と、当該研磨用定盤と対向して配置された状態で研磨用定盤に対して回転駆動される上記本発明の被研磨物保持用治具と、を備えるものである。この被研磨物保持用治具及び研磨装置は、上記本発明の製造方法を実施するために好適に用いることができる。

本発明によれば、一の材料からなる層上にこれと異なる材料からなる薄膜が積層された積層体を、異種材料間の界面における剥離を伴うことなく研磨して得ることが可能である。また、本発明の製造方法によれば、被研磨物に大きな負荷がかかっても剥離が防止されることから、研磨速度を大きくすることができ、除去が必要な厚みが大きい場合でも効率的に薄膜を形成することが可能である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

図１は、本発明による積層体の製造方法の第一実施形態を示す工程図である。この第一実施形態における研磨前の積層体は、第１の材料からなり矩形状の主面を有する板状の第１層１の一面上（図中上側）に、第１層１の外周面Ｓ１の少なくとも一部を覆うように延出した延出部２０を有し第２の材料からなる第２層２が積層された構成を有する（図１の（ａ））。

延出部２０の厚さＢ１は、本発明の効果が実質的に損なわれない範囲で適宜設定すればよいが、具体的には０．０５〜１．０ｍｍが好ましい。

第１層１及び第２層２は、互いに異なる材料で形成されている。典型的には、第１層１がセラミック材料を含む誘電材料で形成され、第２層２が金属を含む材料で形成される。この場合のセラミック材料としては、例えば、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）などの、一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造酸化物が挙げられる。第２層２を構成する金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｒが挙げられる。研磨前の積層体は、例えば、延出部２０を有する第２層２を下地として、これの一面上に、スパッタリング等の気相成長法や溶液法等の成膜方法により第１層を形成させることにより得られる。延出部２０を有する第２層２は、例えば、上記金属を含むペーストを塗布する方法、めっき法、スパッタリング等の気相成長法のような方法で得ることができる。

厚みがＡ１の第２層２を、第１層１と反対側の面Ｓ２の側から所定の厚みＡ２となるまで研磨することにより、第１層１及び研磨により薄くされた第２層２を有する積層体１００が得られる（図１の（ｂ））。研磨後の第２層２の厚みＡ２は特に制限はないが、本実施形態は、特に、１〜３０μｍ程度の厚みとなるまで研磨する場合に有用である。

研磨の方法は特に制限はないが、研磨速度を大きくすることが可能な点等から、化学的機械研磨、ラッピング及び研削が好ましく、これらの中でも化学的機械研磨が特に好ましい。研磨後の積層体１００からは、通常、延出部２０を含む周縁部が切り落とされる。

この第一実施形態によれば、第２層２を形成している材料が、第１層１を下地として気相成長法又は溶液法により成膜することが困難な材料であっても、剥離を十分に防止しながら高い歩留まりで容易に第２層２を薄膜となるまで研磨することが可能である。

図２は、本発明による積層体の製造方法の第二実施形態を示す工程図である。この実施形態における研磨前の積層体は、第３層３、第１層１及び第２層２がこの順で積層した構成を有する。そして、第２層２は、第１層１の外周面Ｓ１及び第３層の外周面Ｓ３を覆うように形成された延出部２０を有する。この研磨前の積層体は、周縁部の少なくとも一部において主面に対して垂直な一の方向に延出するように形成された延出部を有し第２の材料からなる第２層２の延出部側の面上に第１の材料からなる第１層１を好ましくは物理的気相成長法（好ましくはスパッタリング）により成膜する工程と、第１層１の第２層２と反対側の面上に第３の材料からなる第３層３を成膜する工程と、を経て製造することができる。

第１層１及び第２層２は、典型的には、第一実施形態についての上記説明において挙げたのと同様の材料で形成されている。この場合、第３層３は、典型的には、第２層２と同一又は異なる金属を含む材料で形成される。３層構造の積層体を製造する本実施形態は、第３層３がＣｕを含み、第１層１がセラミック材料を含む薄膜であるときに、特に有用である。

ここで、第３層３を下地としてセラミック材料の第１層１を薄膜として成膜し、更に第１層１を下地として第２層２を薄膜として成膜するような方法によれば、本実施形態のように研磨の工程を経ることなく、第２層２を薄膜として有する積層体を得ることが可能とも考えられる。しかし、例えばＣｕを含む層を下地とする場合、セラミック材料の薄膜を成膜することが困難な場合があり、そのような場合には上記のようにＣｕを含む第３層３の側から薄膜を順次成膜する方法を採用することができない。例えば、上記のＢＳＴ、ＢＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＭＮ、ＢＳＴなどに代表される酸化物（セラミック材料）は、Ｃｕ又はＡｌを含む層を下地として成膜する場合に、セラミック材料と下地との熱膨張係数差が大きいために剥離が生じやすくなる傾向がある。また、セラミック材料の成膜の際に下地が酸化される傾向がある。そのため、これらのセラミック材料は、Ｃｕ又はＡｌを含む層を下地として気相成長法により成膜することが一般に困難である。

これに対して、本実施形態においては、逆に、セラミック材料を含む第１層１を下地としてＣｕを含む第３層３を成膜する工程を経て積層体を製造することが可能である。

第一実施形態と同様に、第２層２を、第１層１と反対側の面Ｓ２の側から所定の厚みとなるまで研磨することにより、第１層１及び研磨により薄くされた第２層２を有する積層体１００が得られる（図２の（ｂ））。

図３は、本発明による積層体の製造方法の第三実施形態を示す平面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った端面図によって第三実施形態を示す工程図である。この第三実施形態における研磨前の積層体は、第３層３、第２層２及び第１層１がこの順で積層した構成を有する（図４の（ａ））。そして、第２層２の周囲には、第２層２の第１層１と反対側の主面Ｓ２と同一平面をなす補助面Ｓ２ａを有し、第２層２と同一の第２の材料からなる補助層２ａが設けられている。

図３は研磨前の積層体及び補助層２ａを、Ｓ２の側から見た平面図である。図３に示されるように、補助層２ａは第２層２の略矩形状の主面におけるそれぞれの辺の近傍に配置されている。

補助層２ａの幅Ｂ２は１〜１０ｍｍが好ましい。また、第２層２と補助層２ａとの間隔Ｃは、１０ｍｍ以下が好ましく、０〜５ｍｍがより好ましい。補助層２ａの幅及び第２層２と補助層２ａとの間隔がこれら数値範囲内にないと、第２層２の剥離を防止する効果が相対的に低下する傾向にある。

研磨前の積層体及び補助層２ａを、例えば、Ｓ２とＳ２ａとが同一平面となるように研磨用の保持治具に固定し、その状態で第２層２を補助層２ａとともに研磨することにより、第１層１及び研磨により薄くされた第２層２を有する積層体１００が得られる（図４の（ｂ））。

図５は、本発明の被研磨物保持用治具の一実施形態を示す分解斜視図である。図５に示される被研磨物保持用治具２００は、被研磨物を保持するための円形の保持面Ｓ５を主面として有する保持部５と、被研磨物とともに研磨される補助層２ａを保持するためのリング状の補助保持部６とを備えている。補助保持部６にはその外周面から内周面まで貫通しているねじ穴８が３箇所形成されている。補助保持部６の内周面にねじ穴８を通じて突き出されたねじ９により、補助保持部６が保持部５の周囲を囲むような位置で保持部５に対して固定される。

図６は、図５の被研磨物保持用治具により被研磨物及び補助層が保持された状態を示す概略断面図である。被研磨物５０は、第３層３、第１層１及び第２層２がこの順で積層した構成を有しており、第３層３が保持面Ｓ５と隣接するような向きで保持面Ｓ５上に保持されている。補助層２ａは、保持部５の周囲に配置された補助保持部６の補助保持面Ｓ６上に保持されている。被研磨物５０及び補助層２ａはそれぞれ、ホットメルトワックス等で保持面Ｓ５及び補助保持面Ｓ６に貼り付けることによって固定される。

補助保持部６は、補助保持面Ｓ６と保持面Ｓ５とが平行となるような状態で、保持面Ｓ５に対して垂直な方向（図中矢印で示す方向）における任意の位置で保持部５に対してねじ９により固定可能である。研磨の際には、図示のように、第２層２の被研磨面であるＳ２と、補助層２ａの補助面Ｓ２ａとが同一平面となるように、補助保持部６の固定位置が調整される。

図７は、本発明の研磨装置の一実施形態を示す正面図である。図７に示す研磨装置３００は、化学的機械研磨のために好適に用いられる装置であり、研磨用定盤１５と、研磨用定盤１５と対向して配置された状態で研磨用定盤１５に対して回転駆動される被研磨物保持用治具２００と、スラリー１３を研磨用定盤１５上に供給するためのスラリー供給口１２とを備えている。

被研磨物保持用治具２００は、図５及び図６と同様のものであり、保持部５が固定された回転軸６ａの回転により、研磨用定盤１５に対して図中矢印の向きに回転駆動される。研磨用定盤１５も、回転軸１５ａの回転により回転駆動される。スラリー供給口１２からスラリー１３を供給しながら被研磨物保持用治具２００及び研磨用定盤１５を回転駆動することにより、被研磨物としての積層体及び補助層２ａが化学的機械研磨により研磨される。研磨の際には、通常、研磨用定盤１５上に研磨布（図示せず）が貼り付けられる。研磨用定盤１５、スラリー供給口１２及び回転軸６ａ，１５ａとしては、従来公知の研磨装置と同様のものが使用できる。

研磨装置３００を用いて上述の実施形態に係る方法で研磨を行う場合、被研磨物の回転速度を大きくしたり、被研磨物を研磨用定盤に対して押し付ける圧力を大きくする等、被研磨物に対して負荷の大きい条件で研磨を行っても、剥離の発生が十分に防止される。これにより、極めて効率的に研磨を行うことが可能である、

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ニッケル板（厚さ１００μｍ）の一面上に、セラミック層（厚さ１μｍ）をスパッタリング法により成膜した。更に、セラミック層の主面とともに、ニッケル板及びセラミック層の外周面を覆うように、スパッタリング法により銅層（１００μｍ）を成膜した。そして、形成された銅層を下地として延出部（銅層）の幅が２．０ｍｍとなるようにめっき法により銅層を更に形成する工程を経て、図２の（ａ）と同様の構成を有し、第１層１がセラミック層、第２層２が銅層、第３層３がニッケル板である３層構造の積層体を作製した。

作製した積層体の銅層を、下記条件の化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、厚さが１０μｍ以下となるまで研磨した。同様に作製した複数の積層体について研磨を行ったが、研磨中の銅層の剥離は全く生じなかった。
ＣＭＰ条件
・研磨材：酸化アルミニウムスラリー（酸性）
・研磨布：ポリシングパッドＩＣ１０００
・定盤回転数：１００ｒｐｍ
・荷重：３００ｇ／ｃｍ^２
・加工時間：８時間
・被研磨物貼り付け：ホットメルトワックス

（実施例２）
ニッケル板（厚さ１００μｍ）の一面上に、セラミック層（厚さ１μｍ）をスパッタリング法により成膜し、更にその上に銅層（１００μｍ）をスパッタリング法により成膜して、図４の（ａ）に示される積層体と同様の構成を有し、第１層１がセラミック層、第２層２が銅層、第３層３がニッケル板である３層構造の積層体を作製した。

作製した積層体と、銅で形成された補助層とを、図３及び図４の（ａ）に示される態様と同様の配置（銅層と補助層との間隔：５ｍｍ）で研磨用の保持治具に保持した。そして、実施例１と同様の条件のＣＭＰにより、補助層とともに、銅層を厚さが１０μｍ以下となるまで研磨した。同様に作製した複数の積層体について研磨を行ったが、研磨中の銅層の剥離は全く生じなかった。

（比較例）
実施例２と同様にして作製した積層体を、補助層を用いなかった他は実施例２と同様にして研磨を行った。しかし、銅層が３０μｍ以下となった時点で、銅層とセラミック層との界面で剥離が生じたため、銅層を１０μｍ以下にまで薄くすることはできなかった。

本発明の製造方法は、例えば、インダクタ、薄膜コンデンサ等の各種電子素子や、電子部品搭載用の基板のような、異なる材料で形成された２以上の層で構成された積層体を備える部材の製造のために好適に適用される。

本発明による積層体の製造方法の第一実施形態を示す工程図である。 本発明による積層体の製造方法の第二実施形態を示す工程図である。 本発明による積層体の製造方法の第三実施形態を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った端面図によって第三実施形態を示す工程図である。 本発明の被研磨物保持用治具の一実施形態を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る被研磨物保持用治具により被研磨物及び補助層が保持された状態を示す概略断面図である。 本発明の研磨装置の一実施形態を示す正面図である。

符号の説明

１…第１層、２…第２層、２ａ…補助層、３…第３層、５…保持部、６…補助保持部、８…ねじ穴、９…ねじ、１５…研磨用定盤、５０…被研磨物、１００…積層体（研磨後）、２００…被研磨物保持用治具、３００…研磨装置、Ｓ１…第１層の外周面、Ｓ２ａ…補助面、Ｓ５…保持面、Ｓ６…補助保持面。

Claims (5)

1. 第１の材料からなる層及び第２の材料からなる層を有する積層体の製造方法であって、
   前記第１の材料からなる板状の第１層の一面上に積層され、当該第１層の外周面の少なくとも一部を覆うように延出した延出部を有し前記第２の材料からなる第２層を、前記第１層と反対側から研磨する工程を備える、積層体の製造方法。
2. 第１の材料からなる層及び第２の材料からなる層を有する積層体の製造方法であって、
   前記第１の材料からなる板状の第１層の一面上に積層され、前記第２の材料からなる第２層を、当該第２層の周囲に設けられ、前記第２層の前記第１層と反対側の主面と同一平面をなす補助面を有し前記第２の材料からなる補助層とともに前記第１層と反対側から研磨する工程を備える、積層体の製造方法。
3. 化学的機械研磨により前記第２層を研磨する、請求項１又は２記載の積層体の製造方法。
4. 被研磨物を保持するための保持面を有する保持部と、
   前記被研磨物の周囲において前記被研磨物とともに研磨される補助層を保持するための補助保持面を有し、前記保持面に対して垂直な方向における任意の位置で前記補助保持面と前記保持面とが平行な状態で前記保持部に対して固定可能な補助保持部と、
   を備える被研磨物保持用治具。
5. 研磨用定盤と、
   当該研磨用定盤と対向して配置された状態で前記研磨用定盤に対して回転駆動される請求項４記載の被研磨物保持用治具と、
   を備える研磨装置。

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