JP2010030015A - Carrier for holding polishing material and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve polishing efficiency by solving a problem caused by enlargement of a carrier body for polishing a silicon wafer, and preventing local crack or earlier exfoliation of a DLC thin film formed on a carrier surface. <P>SOLUTION: The surface of a metallic carrier body is processed by shot-peening, and a concave and convex layer with a circular recess is formed and a concave and convex layer, on which a compression residual stress and surface hardening are generated, is formed simultaneously, to give rigidity to a base material. In this method for manufacturing a carrier for holding a material to be polished, a DLC thin film having hydrogen content of 13-30 atom% and remainder of carbon is coated and formed on the surface of the base material. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、研磨布を取付けた上下一対の定盤の間に、半導体素子の基板となるシリコンウエハーなどの被研磨物を挟持し、その研磨布または被研磨物のいずれか、あるいは両者を圧接しながら摺動させることによって、該シリコンウエハの表面を研磨するために用いられる被研磨物保持用キャリアおよびその製造方法に関するものである。   In the present invention, an object to be polished such as a silicon wafer serving as a substrate of a semiconductor element is sandwiched between a pair of upper and lower surface plates to which an abrasive cloth is attached, and either or both of the abrasive cloth and the object to be polished are pressed. The present invention relates to a carrier for holding an object to be polished used for polishing the surface of the silicon wafer by sliding the substrate while sliding and a manufacturing method thereof.

近年、半導体工業などの分野では、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、アルミニウム製磁気ディスク基板、ガラス製磁気ディスクなどの製造プロセスにおいて、これらの部材表面を精密に研磨する処理工程がある。この処理においては、シリコンウエハなどの被研磨物を研磨する際に、被研磨物を保持するための、保持孔を有し外周縁部には両面研磨加工機のインターナルギアやサンギアと噛み合う外周歯を備えたキャリアを用いるのが普通である。   In recent years, in the field of the semiconductor industry and the like, there are processing steps for precisely polishing the surface of these members in the manufacturing process of silicon wafers, compound semiconductor wafers, aluminum magnetic disk substrates, glass magnetic disks and the like. In this process, when polishing an object to be polished such as a silicon wafer, an outer peripheral tooth having a holding hole for holding the object to be polished and engaging with an internal gear or a sun gear of a double-side polishing machine at the outer peripheral edge. It is common to use a carrier with

例えば、図1は、シリコンウエハを研磨する際に用いられる円板状のキャリア(ホルダーとも呼ばれる)の外観を示したものである。ここで1は、シリコンウエハの保持孔であって、該シリコンウエハの形状に合わせて複数個が設けられる。2は、微細な研磨粒子を懸濁させた水スラリからなる研磨剤供給孔であって、やはり複数個が設けられる。3は、キャリアの外周部に設けられた外周歯である。4は、キャリアそのものの重量を軽減するための種々の形状の抜き孔である。また5はDLC薄膜を形成するためのキャリア本体の表面である。   For example, FIG. 1 shows the appearance of a disk-shaped carrier (also called a holder) used when polishing a silicon wafer. Here, 1 is a holding hole for a silicon wafer, and a plurality of holes are provided in accordance with the shape of the silicon wafer. Reference numeral 2 denotes an abrasive supply hole made of a water slurry in which fine abrasive particles are suspended, and a plurality of abrasive supply holes are also provided. 3 is an outer periphery tooth | gear provided in the outer peripheral part of the carrier. Reference numeral 4 denotes variously shaped holes for reducing the weight of the carrier itself. Reference numeral 5 denotes a surface of the carrier body for forming the DLC thin film.

このキャリアは、そもそも、このシリコンウエハ自体が非常に薄い(0.5〜1mm未満)ため、キャリア本体もまた薄い材料で製作されていることに加え、シリコンウエハとともに一緒に研磨されることになるため、耐磨耗性に優れることが必要である。また、最近のシリコンウエハは、直径12インチ(約30cm)の大型ものが出現し、しかも15基のキャリアに複数個のシリコンウエハを取り付けてあり、キャリアの大きさは、直径が1mを超えるような大型のものもある。このような大型のキャリアは、その取扱い時に大きな変形応力が加わるため、シリコンウエハが、破損したり脱落することが多いという問題があった。しかも、シリコンウエハの研磨時には、キャリア本体も研磨されることになるから、このときに発生する微細な金属系粒子がシリコンウエハの純度低下の原因となっていた。
とくに、高品質のシリコンウエハが求められている今日では、研磨によってキャリア本体から溶出する微量の金属イオンの存在さえ忌避される状況にあり、キャリア本体の材質の検討や表面処理皮膜の開発も重要な検討課題となっている。
In the first place, since this silicon wafer itself is very thin (less than 0.5 to 1 mm), the carrier body is also made of a thin material and is polished together with the silicon wafer. Therefore, it is necessary to have excellent wear resistance. In addition, recent silicon wafers having a large diameter of 12 inches (about 30 cm) have appeared, and a plurality of silicon wafers are attached to 15 carriers, and the size of the carriers exceeds 1 m. Some are large. Such a large carrier has a problem that a large deformation stress is applied during the handling thereof, so that the silicon wafer is often damaged or dropped off. In addition, when the silicon wafer is polished, the carrier body is also polished, and the fine metal-based particles generated at this time cause a decrease in the purity of the silicon wafer.
In particular, there is a need for high-quality silicon wafers today, and even the presence of trace amounts of metal ions eluted from the carrier body during polishing is avoided, so it is important to study the material of the carrier body and develop a surface treatment film. This is a serious study issue.

キャリアのもつ上記のような課題を解決するため、従来、かかるキャリアの構成について次に示すような提案がなされている。例えば、特許文献1、2では、非金属質のガラス繊維で強化した高分子材料を用いたものが開示され、また、特許文献3では、ステンレス鋼、SKH鋼、SKD鋼、SUJ鋼などの金属材料を用いることが開示されている。   In order to solve the above-mentioned problems of the carrier, conventionally, the following proposal has been made for the configuration of the carrier. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a polymer material reinforced with nonmetallic glass fibers, and Patent Document 3 discloses metals such as stainless steel, SKH steel, SKD steel, and SUJ steel. The use of materials is disclosed.

また、特許文献4には、キャリア表面にセラミックコーティングを施した金属製キャリアが開示され、特許文献5には表面に金属めっきを被覆したSK鋼製キャリアが開示されている。さらに特許文献6には、金属製キャリアの表面にセラミック粒子を溶着した後、その上にDLC薄膜(ダイヤモンド・ライク・カーボンの薄膜)を被覆する技術が開示され、そして、特許文献3、7では、金属製キャリアの表面に直接、そのDLC薄膜を形成する技術を提案している。
特開2001−038609号公報 特開平11−010530号公報 特許第3974632号公報 特開平4−26177号公報 特開2002−018707号公報 特開平11−010530号公報 特開2005−254351号公報
Patent Document 4 discloses a metal carrier having a carrier coated with a ceramic coating, and Patent Document 5 discloses a SK steel carrier having a surface coated with metal plating. Further, Patent Document 6 discloses a technique in which ceramic particles are deposited on the surface of a metal carrier, and then a DLC thin film (diamond-like carbon thin film) is coated thereon. A technique for forming the DLC thin film directly on the surface of a metal carrier is proposed.
JP 2001-038609 A JP-A-11-010530 Japanese Patent No. 3974632 JP-A-4-26177 JP 2002-018707 A JP-A-11-010530 JP 2005-254351 A

上掲の従来技術のうち、特許文献3、7に開示されている、いわゆる、金属製キャリア本体の表面にDLC薄膜を被覆形成する方法では、該キャリア本体の表面をポリッシングすること、即ち、鏡面仕上げ処理したものが用いられている。このことは、これらの特許文献3、7に開示のキャリア本体は、その表面に形成するDLC薄膜の厚さが、0.1μm〜20μmと極めて薄いことから、基材表面を鏡面に仕上げる必要があったことを意味している。即ち、これらの技術の場合、ポリッシングと称される鏡面仕上げをしておかないと、0.1μm程度であるDLC薄膜を均等に被覆形成することができないからである。   Among the above-described prior arts, the so-called method for coating a DLC thin film on the surface of a metal carrier body disclosed in Patent Documents 3 and 7 involves polishing the surface of the carrier body, that is, a mirror surface. Finished product is used. This is because the DLC thin film formed on the surface of the carrier bodies disclosed in Patent Documents 3 and 7 has a very thin thickness of 0.1 μm to 20 μm. It means that there was. That is, in these techniques, a DLC thin film having a thickness of about 0.1 μm cannot be evenly formed unless mirror finishing called polishing is performed.

しかし、発明者らの研究によると、鏡面仕上げしたキャリア本体の場合、その鏡面上にDLC薄膜を形成すると、次のような問題があることがわかった。
(1)キャリア本体表面の鏡面仕上げには、多くの作業時間を要し、コストアップとなる。特に0.1μm厚さのDLC薄膜を形成する際、僅かな研磨痕が存在しても、その箇所がDLC薄膜の欠陥原因となることが多い。
(2)DLC薄膜は、炭化水素系のガスから生成する炭素と水素を主成分とするアモルファス状の固形物であるから、成膜時に大きな残留応力を内蔵しており、剥離しやすいという問題がある。とくに、板厚の薄い大きなキャリア本体の場合、大きな変形応力を受けやすいので、この本体表面に被覆したDLC薄膜が鏡面だと、よけいに剥離しやすくなる。この点、特許文献3では、DLC薄膜の残留応力を0.5MPa以下に制限することを提案しているが、そのためのプラズマCVD法の開発には多くの困難がある。
(3)DLC薄膜のみを再成させる場合、残存するDLC薄膜の除去が困難な上に、さらに鏡面仕上げをしていくために長時間を要し、作業能率の低下を招いて、製品のコストアップを招く。
(4)このように、近年、キャリアは大型化している上、薄い金属で製作されており、さらに、大小さまざまな孔を多数配設しているため、その取扱い時に大きく変形することが避けられず、DLC薄膜に割れや局部剥離が発生しやすいという問題があった。
However, according to research by the inventors, it has been found that in the case of a mirror-finished carrier body, there is the following problem when a DLC thin film is formed on the mirror surface.
(1) Mirror finish on the surface of the carrier body requires a lot of work time and increases costs. In particular, when forming a DLC thin film having a thickness of 0.1 μm, even if a slight polishing mark is present, that portion often causes a defect in the DLC thin film.
(2) Since the DLC thin film is an amorphous solid mainly composed of carbon and hydrogen generated from a hydrocarbon-based gas, it has a problem that it has a large residual stress during film formation and is easily peeled off. is there. In particular, in the case of a large carrier body having a small plate thickness, it tends to be subjected to a large deformation stress. Therefore, if the DLC thin film coated on the surface of the body is a mirror surface, the carrier body is easily peeled off. In this regard, Patent Document 3 proposes to limit the residual stress of the DLC thin film to 0.5 MPa or less, but there are many difficulties in developing a plasma CVD method therefor.
(3) When regenerating only the DLC thin film, it is difficult to remove the remaining DLC thin film, and it takes a long time to finish the mirror finish, resulting in a reduction in work efficiency, resulting in the cost of the product. Invite up.
(4) As described above, in recent years, the carrier has been made larger and made of a thin metal, and furthermore, since a large number of holes of various sizes are provided, it is possible to avoid large deformation during handling. However, there was a problem that cracks and local peeling were likely to occur in the DLC thin film.

そこで、本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を克服できるキャリアの構成と、それの有利な製造方法を提案することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to propose a carrier configuration that can overcome the above-described problems of the prior art and an advantageous manufacturing method thereof.

特に本発明では、キャリア本体へのDLC薄膜の密着力が大きく、その本体の剛性が高いハンドリング性に優れ、研磨効率の優れたキャリアと、それを効率的に製造することができる技術の確立を図ることを目的とする。   In particular, in the present invention, a carrier having a high DLC thin film adhesion to the carrier body, a high rigidity of the body, excellent handling properties, and excellent polishing efficiency, and establishment of a technology capable of efficiently manufacturing the carrier are established. The purpose is to plan.

従来技術が抱えている前記課題を解決し、上記目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べるような知見を得た。
(1)キャリア本体の表面を鏡面仕上げせず、逆に、球状のショット(粒子)を吹き付けることにより、被処理面に凹凸層の形成と共に加工影響層を形成する表面改質処理(いわゆる、「ピーニング加工処理」)を施すことにより、該処理面を微細な球形窪みによって形造られた凹凸層にすると同時に、該表面に圧縮残留応力や加工硬化のいずれか1以上を発現させた加工影響層を形成した上で、その表面にDLC薄膜を被覆形成すると、該DLC薄膜の付着力を著しく向上させることができる。
(2)キャリアは、上記ピーニング加工処理によって、本体表面に、加工影響層が生成するので、該キャリア本体の剛性を高めることができ、キャリア本体が変形するのを防ぐことができる。
(3)ピーニング加工層の上に形成したDLC薄膜は、そのピーニング加工層の影響を受けて、ミクロ的には緩やかな凹凸が形成されることから、シリコンウエハ研磨時には研磨材粒子が凹部に滞留することとなって研磨効率が向上する。
(4)アモルファス状の固形膜からなるDLC薄膜は、水素含有量を12〜30at%(原子%)に制御した場合、DLC薄膜自体に耐磨耗性とともに柔軟性を付与される。
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems of the prior art and realize the above object, the inventors have obtained the following knowledge.
(1) The surface of the carrier main body is not mirror-finished, and on the contrary, a surface modification treatment (so-called ““ By applying peening processing "), the processed surface is formed into a concavo-convex layer formed by fine spherical depressions, and at the same time, the processing influence layer in which any one or more of compressive residual stress and work hardening is expressed on the surface When a DLC thin film is formed on the surface of the DLC thin film, the adhesion of the DLC thin film can be remarkably improved.
(2) Since the processing influence layer is generated on the surface of the main body by the peening processing, the carrier can increase the rigidity of the carrier main body and can prevent the carrier main body from being deformed.
(3) Since the DLC thin film formed on the peened layer is affected by the peened layer and has microscopic unevenness, the abrasive particles stay in the recess during the silicon wafer polishing. As a result, the polishing efficiency is improved.
(4) When the DLC thin film made of an amorphous solid film is controlled to have a hydrogen content of 12 to 30 at% (atomic%), the DLC thin film itself is given flexibility as well as wear resistance.

このような知見の下で開発した本発明は、表面にショットピーニング加工層を有する金属製キャリア本体を、そのショットピーニング加工層を介してDLC薄膜にて被覆形成してなることを特徴とする被研磨物保持用キャリアである。   The present invention developed under such knowledge is characterized in that a metal carrier body having a shot peened layer on the surface is coated with a DLC thin film via the shot peened layer. It is a carrier for holding an abrasive.

なお、本発明の被研磨物保持用キャリアにおいては、
(1)前記ショットピーニング加工層は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層からなると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層となった層であること、
(2)前記ショットピーニング加工層は、表面粗さが、Ra値で0.15〜1.50μm、Rz値で1.55〜6.0μmの範囲内に調整された層であること、
(3)前記ショットピーニング加工層は、その表面の前記凹凸層中に、ショットよりも微細な方形研削粒子を吹き付けることによって形成される微細粗面化層が重畳して形成された層であること、
(4)前記ショットピーニング加工層は、表面粗さRsk値が±1未満の範囲にあること、(5)前記DLC薄膜は、前記ショットピーニング加工層の粗さRzを超え20μm以下の膜厚を有すること、
(6)前記DLC薄膜は、水素含有量が13〜30原子%で残部が炭素からなる皮膜であること,
(7)前記金属製キャリア本体は、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、SK鋼、SKH鋼などの特殊鋼のうちから選ばれるいずれか一種以上の金属・合金からなること、
が好ましい解決手段である。
In the carrier for holding an object to be polished according to the present invention,
(1) The shot peening layer is a concavo-convex layer formed by a spherical depression obtained by spraying a spherical shot, and at the same time, is a processing-affected layer in which at least one of compressive residual stress or work hardening is expressed. Being a layer,
(2) The shot peening layer is a layer whose surface roughness is adjusted in the range of 0.15 to 1.50 μm in Ra value and 1.55 to 6.0 μm in Rz value,
(3) The shot peening layer is a layer formed by superimposing a fine roughened layer formed by spraying square grinding particles finer than a shot on the concavo-convex layer on the surface thereof. ,
(4) The shot peening layer has a surface roughness Rsk value in a range less than ± 1, and (5) the DLC thin film has a film thickness exceeding 20 μm and exceeding the roughness Rz of the shot peening layer. Having
(6) The DLC thin film is a film having a hydrogen content of 13 to 30 atomic% and the balance being carbon.
(7) The metal carrier body is made of at least one metal / alloy selected from special steels such as aluminum alloy, titanium alloy, stainless steel, SK steel, and SKH steel,
Is a preferred solution.

なお、本発明は、金属製キャリア本体の表面に、球形粒子からなるショットを吹き付けることにより、球形窪みによって形造られた凹凸層からなるショットピーニング加工層を形成し、そのショットピーニング加工層の表面に、DLC薄膜を被覆形成することを特徴とする被研磨物保持用キャリアの製造方法を提案する。   In the present invention, a shot peening layer composed of a concavo-convex layer formed by a spherical depression is formed by spraying a shot made of spherical particles on the surface of a metal carrier body, and the surface of the shot peening layer In addition, a method of manufacturing a carrier for holding an object to be polished, characterized by coating a DLC thin film.

なお、本発明の被研磨物保持用キャリアの製造方法においては、
(1)金属製キャリア本体の表面に、球形の粒子からなるショットを吹き付けることにより、ショットピーニング加工層を形成し、その後、そのショットピーニング加工層の表面に、ショット粒よりも小さい方形研削粒子を吹き付けて微細な粗面化処理層を重畳させて形成し、その後さらに、粗面化処理層を含むショットピーニング加工層の表面に、DLC膜を被覆形成すること、
(2)ショットまたは研削粒子の吹付けは、0.21〜0.5MPaの圧縮空気を用いて、該ショットならびに研削粒子については金属製キャリア本体の表面に対して、60〜90°の方向から吹付けを行うこと、
(3)前記ショットピーニング加工層は、鋳物、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスから選ばれるいずれか一種以上の球形粒子からなるショットを吹き付けることにより得られる、キャリア本体の表面に球形窪みによって形造られた微細な凹凸層であると同時に、圧縮残留応力の付加もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方を発現させた加工影響層となった層であること、
(4)前記DLC薄膜は、水素含有量が13〜30原子%で残部が炭素からなるものであること、
(5)前記DLC薄癖は、プラズマCVD法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれか一種の方法により、キャリア本体の表面に被覆形成すること、
が好ましい実施形態である。
In the manufacturing method of the object holding carrier of the present invention,
(1) A shot peening layer is formed by spraying a shot made of spherical particles on the surface of a metal carrier body, and thereafter, square grinding particles smaller than the shot grains are formed on the surface of the shot peening layer. Spraying and forming a fine roughening layer superimposed thereon, and further coating a DLC film on the surface of the shot peening layer including the roughening treatment layer,
(2) Shot or grinding particles are sprayed using 0.21 to 0.5 MPa of compressed air, and the shots and grinding particles are from a direction of 60 to 90 ° with respect to the surface of the metal carrier body. Spraying,
(3) The surface of the carrier body obtained by spraying a shot made of any one or more spherical particles selected from castings, stainless steel, high speed steel, cemented carbide, glass and ceramics. Is a fine irregular layer formed by a spherical depression, and at the same time, a layer that has become a processing-affected layer that expresses at least one of the addition of compressive residual stress or work hardening,
(4) The DLC thin film has a hydrogen content of 13 to 30 atomic% and the balance is made of carbon.
(5) The DLC thin film is coated on the surface of the carrier body by any one of a plasma CVD method, a sputtering method, and an ion plating method,
Is a preferred embodiment.

本発明は、上記解決手段を採用することによって、次のような効果が得られる。
(1)本発明において採用するショットピーニング加工処理は、従来技術の鏡面仕上げ処理に比較して容易であり、処理時間が短縮されるため生産性が向上する。
(2)本発明において、ショットピーニング加工層上にはDLC薄膜が形成され、接着面積が広がるため、鏡面仕上げされている従来のDLC薄膜に比、薄膜の密着力が大きい。
(3)上記ショットピーニング加工層は、キャリア本体表面に対し、球形のショットを吹き付けて形成されるので、少なくともその表面は加工硬化等の加工影響層が生じることに加え、圧縮残留応力も発生するため、該キャリア本体の剛性が上昇する。その結果、キャリア本体の取扱い時に、変形するようなことがなくなり、ハンドリング等が容易になる他、疲労強度も向上する。
(4)本発明に係るキャリアは、取扱い時の変形が少ないので、その表面に形成したDLC薄膜に大きな残留応力が発生しても剥離するようなことがなくなる。その結果、DLC薄膜の形成方法として、プラズマCVD法だけでなく、イオン化蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマブースター法、など多くの方法を採用することができる。
(5)本発明によれば、取扱い時の変形が少ないキャリアが得られるので、これに取付けたシリコンウエハは、変形に伴う応力を受けにくくなる。そのため、従来のように、取扱
い時にシリコンウエハがキャリアから外れるようなことがなくなる。
(6)本発明において、ショットピーニング加工層上に形成されたDLC薄膜は、キャリア本体表面の影響を受けて、微視的な凹凸を保ちつつ、シリコンウエハの研磨に必要な平坦度を有する表面となるため、シリコンウエハを研磨する際に、水スラリ研磨剤に含まれているコロイダルシリカなどの超微粒子(0.01〜0.1μm)が凹部に残留しやすくなる。しかも、このような凹部はDLC薄膜表面に均等に存在するため、シリコンウエハの研磨効率が向上するのみならず、研磨自身も均等に行われ品質も改善される。
(7)上記ショットピーニング加工処理は、新しいキャリア本体に対するDLC薄膜の形成時のみならず、DLC薄膜の除去法としても極めて有効であるから、これがそのままDLC薄膜の再成用の前処理としても使用することができ、コスト的に有利である。
In the present invention, the following effects can be obtained by adopting the above solution.
(1) The shot peening process employed in the present invention is easier than the conventional mirror finishing process, and the processing time is shortened, so that productivity is improved.
(2) In the present invention, since the DLC thin film is formed on the shot peened layer and the adhesion area is widened, the adhesion of the thin film is greater than that of a conventional DLC thin film that is mirror-finished.
(3) Since the shot peening layer is formed by spraying a spherical shot on the surface of the carrier body, at least the surface of the layer has a work-affected layer such as work hardening, and also generates compressive residual stress. Therefore, the rigidity of the carrier body is increased. As a result, the carrier body is not deformed during handling, handling becomes easy, and fatigue strength is improved.
(4) Since the carrier according to the present invention undergoes little deformation during handling, it does not peel off even when a large residual stress is generated in the DLC thin film formed on the surface thereof. As a result, as a method for forming the DLC thin film, not only the plasma CVD method but also many methods such as an ionized vapor deposition method, an arc ion plating method, and a plasma booster method can be adopted.
(5) According to the present invention, since a carrier with less deformation at the time of handling can be obtained, the silicon wafer attached thereto is less likely to be subjected to stress accompanying deformation. Therefore, unlike the conventional case, the silicon wafer is not detached from the carrier during handling.
(6) In the present invention, the DLC thin film formed on the shot peened layer has a flatness necessary for polishing a silicon wafer while maintaining microscopic unevenness due to the influence of the carrier body surface. Therefore, when the silicon wafer is polished, ultrafine particles (0.01 to 0.1 μm) such as colloidal silica contained in the water slurry abrasive easily remain in the recesses. Moreover, since such recesses are evenly present on the surface of the DLC thin film, not only the polishing efficiency of the silicon wafer is improved, but also the polishing itself is performed uniformly and the quality is improved.
(7) The above shot peening process is very effective not only when forming a DLC thin film on a new carrier body, but also as a method for removing the DLC thin film, so that it can be used as it is as a pretreatment for regenerating the DLC thin film. This is advantageous in terms of cost.

以下、本発明に係る被研磨物保持用キャリアの構成について、製造方法の説明に併せて説明する。
(1)金属製キャリア本体表面にショットピーニング加工層を形成するための処理
本発明では、金属製キャリア本体の表面に対して、粒径が数μm〜数mmの金属や非金属の球形のショットを圧縮空気を利用して吹き付け、被加工面(キャリア本体表面)を叩きながら無数の微小な窪み(痕)を生成させる冷間加工(ショットピーニング加工)を行い、得られたそのショットピーニング加工層の上にDLC膜を形成したキャリアである。本発明では、さらに必要に応じて、そのショットピーニング加工層の表面に対して、ショットよりも小さく、粒径が数μm〜20μm程度のSiC、Alなどの多角形状、好ましくは鋭角な角部を有する方形研削粒子を吹き付けて、より微細な粗面化処理を行ってもよい。
Hereinafter, the configuration of the carrier for holding an object to be polished according to the present invention will be described together with the description of the manufacturing method.
(1) Treatment for forming a shot peening layer on the surface of a metal carrier body In the present invention, a spherical shot of a metal or non-metal having a particle size of several μm to several mm with respect to the surface of the metal carrier body. The shot peening layer is obtained by performing cold working (shot peening) to generate countless dents (scratches) while spraying the surface using compressed air and hitting the work surface (carrier body surface). Is a carrier having a DLC film formed thereon. In the present invention, if necessary, with respect to the surface of the shot peening layer, a polygonal shape such as SiC or Al 2 O 3 having a particle size of about several μm to 20 μm, which is smaller than a shot, preferably an acute angle. A finer surface roughening treatment may be performed by spraying square abrasive particles having corners.

ショットピーニングのためのショットとしては、鋳鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスなどの球形の粒子を使用することができ、一方、粗面化処理(ブラスト加工処理)のための研削粒子としては、Al、SiO、SiC、AlNなどの硬質のセラミック質方形粒子が好適であり、また、その粒径はショットピーニング加工に用いた球形粒子より小さい粒子を用いる。その理由は、ショットピーニング加工用の球形粒子より大きな方形研削粒子を用いると、処理面の粗さが大きくなるとともに、凹凸面が粗大化して、DLC膜用の処理面として不適切な面となるからである。さちに粗大な粗面化では、ショットピーニング加工処理による基材表面の圧縮応力の発生や加工硬化などの効果が消失するうえ、研削粒子によって発生する大きな凹部は薄いキャリア本体を取扱う際に切り欠け効果を発揮して、キャリア本体の曲げ変形時などにおいて永久変形を誘発するおそれがあるからである。 For shots for shot peening, spherical particles such as cast steel, stainless steel, high speed steel, cemented carbide, glass, ceramics can be used, while for roughening treatment (blasting treatment) As the grinding particles, hard ceramic square particles such as Al 2 O 3 , SiO 2 , SiC, and AlN are suitable, and particles smaller than the spherical particles used in the shot peening process are used. The reason for this is that when square grinding particles larger than the spherical particles for shot peening are used, the roughness of the treatment surface increases and the uneven surface becomes coarse, making it an inappropriate surface as a treatment surface for the DLC film. Because. In addition, with rough surface roughening, effects such as the generation of compressive stress and work hardening on the substrate surface due to shot peening processing disappear, and large concave portions generated by abrasive particles are notched when handling a thin carrier body. This is because the effect may be exerted to induce permanent deformation at the time of bending deformation of the carrier body.

なお、図2は本発明に係るショットピーニング加工処理層(a)(b)とさらにそのショットピーニング処理加工面に対してさらに、微細な方形研削粒子を吹き付けるブラスト加工処理を施した、SUS304鋼製キャリア本体の表面(c)(d)を電子顕微鏡で観察した図である。本発明に適合するショットピーニング加工層(a)(b)は、表面の全域にわたって小さな窪みが均等に発生している。この小さな窪み面の生成によって、キャリア本体の表面には圧縮応力が発生するとともに、加工硬化現象が顕在化するため、キャリア本体の剛性が増大し、薄いSUS304鋼製のキャリア本体を取り扱う場合に発生する“曲り”、“たわみ”などの変形を軽減させることができる。   2 shows the shot peening process layer (a) (b) according to the present invention and the shot peening process surface, and further subjected to blasting process for spraying fine square grinding particles. It is the figure which observed the surface (c) (d) of the carrier main body with the electron microscope. In the shot peened layers (a) and (b) suitable for the present invention, small depressions are uniformly generated over the entire surface. The generation of this small depression surface generates a compressive stress on the surface of the carrier body, and the work hardening phenomenon becomes obvious, which increases the rigidity of the carrier body and occurs when handling a thin carrier body made of SUS304 steel. It is possible to reduce deformation such as “bending” and “deflection”.

本発明では、必要に応じてさらに、前記ショットピーニング加工層に対して微細なSiCなどの方形の研削粒子を吹き付けて得られるブラスト加工層(c)(d)のような微細な凹凸層を重畳して形成してなる粗面とすることがさらに効果的である。このような凹凸が重畳してなる粗化面は、この表面に形成するDLC膜と強い密着強さを発揮するため、キャリア本体に多少の変形や引張り、圧縮などの負荷が加味されても、DLC膜が剥離しにくくなる効果を発揮する。
上記したところからわかるように、本発明では、後で行うブラスト加工処理を行っても、先のショットピーニング加工処理時に出現した大きな球形窪みの輪郭はそのまま残存しており、両者は重なり合った凹凸層となり、2つの処理効果が重畳して作用することになる。
In the present invention, if necessary, a fine concavo-convex layer such as a blasted layer (c) or (d) obtained by spraying square grinding particles such as fine SiC onto the shot peened layer is superimposed. It is more effective to use a rough surface formed by the above process. Since the roughened surface formed by superimposing such irregularities exhibits strong adhesion strength with the DLC film formed on this surface, even if a load such as some deformation, tension, compression is added to the carrier body, The effect that the DLC film is difficult to peel off is exhibited.
As can be seen from the above, in the present invention, the outline of the large spherical depression that appeared during the previous shot peening process remains as it is even after the blasting process to be performed later, and the two uneven layers are overlapped. Thus, the two processing effects act in a superimposed manner.

以下は、金属製キャリアとして、ステンレス鋼(SUS304)を用いた例について説明する。金属製キャリアは、一般に、0.5〜1.0mm程度の厚さに仕上げられ、その外観は、図1に示したように、大小幾つもの円形または不定形な孔が配設されているものである。このように金属製キャリアは、薄いため、これを持ち運びする際に、大きく湾曲(変形)するという特性がある。   Hereinafter, an example in which stainless steel (SUS304) is used as the metal carrier will be described. A metal carrier is generally finished to a thickness of about 0.5 to 1.0 mm, and its external appearance is provided with a number of large or small circular or irregular holes as shown in FIG. It is. As described above, since the metal carrier is thin, it has a characteristic of being greatly bent (deformed) when it is carried.

そこで、本発明は、図1に示すキャリア本体の表面にまず、上述した球形粒子からなるショットを吹き付けるショットピーニング加工処理を施すことにより、該キャリア本体の表面にピーニング加工層を生成させることにした。このショットピーニング加工処理において用いられる球状のショットとしては、JIS B2711に記載されている金属の他、上述した各種の球形粒子、例えば、ガラス、セラミックスなどの硬質粒子をはじめ、炭化物や酸化物に対して、NiやCoなどとのサーメット(平均粒径5〜80μm)などが用いられ、これらのショットを圧力0.2〜0.5MPaの圧縮空気を用いて被加工面に吹き付けることにより、下記の粗さを有するショットピーニング加工層を形成する方法である。
(a)算術平均粗さRa:0.15〜1.50μm、
(b)十点平均粗さRz:1.55〜6.00μm、
Therefore, in the present invention, the surface of the carrier main body shown in FIG. 1 is first subjected to the shot peening processing for spraying the above-described shot made of spherical particles, thereby generating a peening processing layer on the surface of the carrier main body. . As the spherical shot used in this shot peening processing, in addition to the metals described in JIS B2711, various spherical particles described above, for example, hard particles such as glass and ceramics, carbides and oxides. A cermet with Ni or Co (average particle size of 5 to 80 μm) or the like is used, and these shots are blown onto the surface to be processed using compressed air with a pressure of 0.2 to 0.5 MPa. This is a method of forming a shot peening layer having roughness.
(A) Arithmetic mean roughness Ra: 0.15 to 1.50 μm,
(B) Ten-point average roughness Rz: 1.55 to 6.00 μm,

なお、圧縮空気の圧力が0.2MPaより低い場合には、ショットピーニング加工処理の時間が長くなるうえ、均等な粗化面が得られにくい。一方、0.5MPaより強い圧力の圧縮空気を用いると金属製キャリア本体が変形するので好ましくない。   In addition, when the pressure of compressed air is lower than 0.2 MPa, the time for the shot peening process is increased and it is difficult to obtain a uniform roughened surface. On the other hand, using compressed air with a pressure higher than 0.5 MPa is not preferable because the metal carrier body is deformed.

また、本発明で適用される好ましい前記ショットピーニング加工処理の条件としては、前記のガラスやセラミック粒子、サーメット粒子、その他の硬質粒子(Hv:200〜1500)を、飛行速度V:(30〜100)m/sec以上の速度で、キャリア本体の表面(被加工面)に60〜90°の方向から吹き付けことにある。   The preferable shot peening processing conditions applied in the present invention include the glass, ceramic particles, cermet particles, and other hard particles (Hv: 200-1500), flight speed V: (30-100). ) To spray onto the surface (working surface) of the carrier body from a direction of 60 to 90 ° at a speed of m / sec or more.

このような吹き付け条件にて、該キャリア本体表面に、球形窪みによって形造られた凹凸層が形成されると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか一方が発現した加工影響層となった層が得られる。この処理において、吹き付け粒子の硬さがHv:200未満、もしくはそれの飛行速度が30m/sec以下では、本発明において望ましいショットピーニング加工層の形成ができなくなる場合がある。なお、上記の硬さは、キャリア本体の材質によっても変わるので、一概に規定はできないが、望ましくHv≧900、そして飛行速度Vについては、V:80m/sec以上、より好ましくは100m/sec以上とすることがよい。   Under such spraying conditions, a concavo-convex layer formed by a spherical depression is formed on the surface of the carrier body, and at the same time, a layer that has become a work-affected layer in which either compressive residual stress or work hardening is expressed Is obtained. In this process, if the hardness of the sprayed particles is less than Hv: 200 or the flight speed thereof is 30 m / sec or less, it may not be possible to form a shot peening layer desired in the present invention. The above hardness varies depending on the material of the carrier body, and thus cannot be specified unconditionally. However, it is desirable that Hv ≧ 900 and the flight speed V is V: 80 m / sec or more, more preferably 100 m / sec or more. It is good to do.

本発明において、これらの粗さ値に着目した理由を説明する。ショットピーニング用吹き付け粒子(ショット)の吹き付け面、即ち、ショットピーニング加工処理によって形成されたショットピーニング加工層の表面を、触針式粗さ検査機で測定すると、RaとともにRzも同様に記録することができる。発明者等が行った測定の結果によると、Raは小さくともRzは常に大きく、本発明が推奨する表面粗さ範囲内では、RzはRaの7倍以上に達するものが多い。   The reason why attention is given to these roughness values in the present invention will be described. When the surface of the shot peening layer formed by shot peening processing, that is, the surface of the shot peening spray particles (shot), is measured with a stylus roughness tester, Ra and Rz should be recorded in the same way. Can do. According to the results of measurements performed by the inventors, even if Ra is small, Rz is always large, and within the surface roughness range recommended by the present invention, Rz often reaches 7 times or more of Ra.

図3は、本発明に係る上述したショットピーニング加工処理を行った後、その処理表面に、DLC膜を形成した場合の断面模式図を示したものである。ここで図3(a)は、ショットピーニング加工処理後、その表面にDLC膜を形成したもので、基材の表面には球形ショットをトレースした船底型の窪みによって形成された凹凸を生成していると同時に、その基材側には残留応力の発生源や加工硬化源となる加工影響層が同時に形成されることとなる。なお、ショットピーニング加工処理の被加工面には、Rzで表示される突起部も存在する。   FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view when a DLC film is formed on the treated surface after performing the above-described shot peening processing according to the present invention. Here, FIG. 3 (a) shows a DLC film formed on the surface after shot peening processing, and the surface of the base material is formed with unevenness formed by a bottom-shaped depression traced from a spherical shot. At the same time, a processing-affected layer serving as a residual stress generation source and a work hardening source is simultaneously formed on the substrate side. In addition, the projection part displayed by Rz also exists in the to-be-processed surface of a shot peening process.

一方図3(b)は、ショットピーニング加工処理の後、さらにその表面をショットよりも粒径の小さい方形研削粒子を吹き付けるブラスト加工処理を施して、大小の凹凸層が重畳して存在するショットピーニング加工層とした上に、DLC膜を形成した場合の断面模式図を示したものである。この図に示すように、後発のブラスト加工処理の効果によって、ブロードな球形窪みによる大きな凹凸層と小さな凹凸層とが重畳して現れた粗面が現出し、DLC膜との接合面積が飛躍的に向上する。ただし、本発明では、後発のブラスト加工処理を行っても、先行するショットピーニング加工処理時の加工影響層はそのまま残存しているので、基材の剛性は維持できている。   On the other hand, FIG. 3B shows shot peening in which large and small concavo-convex layers are superposed by performing a blasting process for spraying square grinding particles having a particle diameter smaller than that of the shot after the shot peening process. The cross-sectional schematic diagram when a DLC film is formed on the processed layer is shown. As shown in this figure, due to the effect of the subsequent blasting treatment, a rough surface appears in which a large rugged layer and a small rugged layer are superimposed by a broad spherical depression, and the junction area with the DLC film is dramatically increased. To improve. However, in the present invention, even if a subsequent blasting process is performed, the processing-affected layer at the time of the preceding shot peening process remains as it is, so that the rigidity of the base material can be maintained.

なお、図3において21はキャリアである基材、22ははショットピーニング加工処理によって生成する凹凸層、23は表面粗さ時に測定されるRz値に相当する突出部、24はショットピーニング加工処理時に発現する加工影響層、25はDLC膜、そして、26はブラスト加工処理によって生成した粗面化層を示すものである。   In FIG. 3, 21 is a base material that is a carrier, 22 is a concavo-convex layer generated by shot peening processing, 23 is a protrusion corresponding to the Rz value measured during surface roughness, and 24 is during shot peening processing. A processing-affected layer is expressed, 25 is a DLC film, and 26 is a roughened layer generated by blast processing.

本発明では、ショットピーニング加工処理後に、必要に応じて、さらに、バフや#1000以上の研磨紙を用いて軽く研磨することによって、主に凸部のみを除去して、Rz粗さ値を調整してもよい。   In the present invention, after the shot peening process, if necessary, the Rz roughness value is adjusted by removing lightly using a buff or # 1000 or more polishing paper to remove mainly the convex portions. May be.

なお、ショットピーニング加工層の表面粗さRaを0.15〜1.50μmの範囲に規制する理由は、0.15μm未満ではショットピーニング加工処理の効果が薄く、一方、1.50μmより大きいと、その上に形成されるDLC薄膜の均一性が欠けるか、成膜条件によっては凸部25が露出し易く、DLC薄膜被覆の効果が乏しくなるからである。   The reason why the surface roughness Ra of the shot peening layer is restricted to the range of 0.15 to 1.50 μm is that the effect of the shot peening processing is thin if it is less than 0.15 μm, whereas if it is greater than 1.50 μm, This is because the DLC thin film formed thereon lacks uniformity, or the convex portions 25 are easily exposed depending on the film forming conditions, and the effect of covering the DLC thin film becomes poor.

次に、本発明では、ショットピーニング加工層の粗さ特性として、Rsk値についても、所定の管理値の範囲内になるようにすることが好ましい。即ち、このショットピーニング加工層の粗さについて、その高さ方向のゆがみを示す粗さ曲線のスキューネス値(Rsk)を用いて管理することとした。   Next, in the present invention, as the roughness characteristics of the shot peening layer, it is preferable that the Rsk value is also within a predetermined management value range. That is, the roughness of this shot peening layer is managed using the skewness value (Rsk) of the roughness curve indicating the distortion in the height direction.

このRsk値は、下記式に示すとおり、基準長(Ir)における高さ(Z(X))の三乗平均を二乗平均率方根の三乗(Rq)で割ったもので定義されるものである。

Figure 2010030015
This Rsk value is defined by dividing the cube average of the height (Z (X) ) at the reference length (Ir) by the cube of the root mean square (Rq 3 ) as shown in the following equation. Is.

Figure 2010030015

なお、Rsk値が、図4に示すように、凸部に対して凹部の部分が広い粗さ曲線では、確立密度関数が凹部の方へ偏った分布となるが、これを正値とし、その逆を負債と定義されているが、本発明ではRsk値の正負に困係なく、その“ゆがみ”を±1以下に規制することにした。   As shown in FIG. 4, in the roughness curve in which the concave portion is wider than the convex portion, the Rsk value has a distribution in which the probability density function is biased toward the concave portion. Although the reverse is defined as a liability, in the present invention, the “distortion” is regulated to ± 1 or less regardless of whether the Rsk value is positive or negative.

本発明において、ピーニング加工層の粗さのうち、Rsk値を重視する理由は、ピーニング加工層の表面粗さの大小に関係なく、そのRsk値がDLC薄膜の表面性状を示す数値と考えられるからである。   In the present invention, the reason why the Rsk value is regarded as important among the roughness of the peened layer is that the Rsk value is considered to be a numerical value indicating the surface property of the DLC thin film regardless of the surface roughness of the peened layer. It is.

例えば、ステンレス鋼基材の表面を電解研磨によって鏡面に仕上げたものと、研削粒子を吹き付けるピーニング加工処理を施したものについて、これらの表面の表面粗さを測定すると、表1に示すような結果が得られた。   For example, when the surface roughness of these surfaces of a stainless steel substrate surface finished by electropolishing and subjected to peening treatment by spraying abrasive particles was measured, the results shown in Table 1 were obtained. was gotten.

Figure 2010030015
Figure 2010030015

なお、表1に示すRa、Rzなどの表面粗さの測定値は、粗さのそのものを示しているが、Rsk値については粗さというよりもむしろ、測定面の“ゆがみ”を表わしているパラメータである。そこで、発明者らは、表面粗さRa、Rzだけではなく、必要に応じてさらにRsk値をも規制することにした。   The measured values of the surface roughness such as Ra and Rz shown in Table 1 represent the roughness itself, but the Rsk value represents “distortion” of the measurement surface rather than the roughness. It is a parameter. Therefore, the inventors decided not only to regulate the surface roughness Ra and Rz but also to regulate the Rsk value as required.

また、本発明者らの研究によると、本発明に従い、ショットピーニング加工層上に形成されたDLC薄膜については、シリコンウエハ研磨用キャリアの性能に大きな影響を与えることがわかった。即ち、Rsk値が±1未満を示すショットピーニング加工層をもつステンレス鋼製キャリアに被覆形成されたDLC薄膜は、Rsk値の影響を受けてミクロ的な緩やかな“ゆがみ”を持つようになる。この“ゆがみ”の凹部に相当するところに、コロイダルシリカのような微細なシリコンウエハ用研磨材が滞留し、この研磨材粒子が該シリコンウエハの研磨効率を向上させるものと考えられる。
とくに、そうした研磨材粒子の滞留部は、DLC薄膜全体にわたって均等に分布しているので、シリコンウエハの研磨も単に効率の向上にとどまらず、研磨面全体が均等に研磨されることとなる。
Further, according to the study by the present inventors, it was found that the DLC thin film formed on the shot peened layer according to the present invention has a great influence on the performance of the silicon wafer polishing carrier. In other words, a DLC thin film coated on a stainless steel carrier having a shot peened layer having an Rsk value of less than ± 1 has a microscopic “distortion” under the influence of the Rsk value. It is considered that a fine silicon wafer abrasive such as colloidal silica stays in a portion corresponding to the “distortion” recess, and the abrasive particles improve the polishing efficiency of the silicon wafer.
In particular, since the retained portions of the abrasive particles are evenly distributed over the entire DLC thin film, the polishing of the silicon wafer is not only improved in efficiency, but the entire polished surface is polished evenly.

(2)ショットピーニング加工処理の効果
ピーニング加工処理を施した金属製キャリア本体には、次のような特徴がある。
(a)ショットピーニング加工処理によって、キャリア本体の被加工面は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層となるほか、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層も顕れるため、キャリア本体の剛性が高まる。その結果、キャリアを運搬したり、取り扱う時に生じる“撓み”や“ねじれ”などの変形が抑えられるようになる。従って、キャリア本体の表面を鏡面仕上げしたものに比べると、その表面に形成したDLC薄膜に発生する割れや剥離現象による損傷率を低下させることができる。
(2) Effect of shot peening process The metal carrier body subjected to the peening process has the following characteristics.
(A) By the shot peening processing, the processed surface of the carrier body becomes an uneven layer formed by a spherical depression obtained by spraying a spherical shot, and at least one of compression residual stress or work hardening is Since the developed processing influence layer also appears, the rigidity of the carrier body is increased. As a result, deformation such as “deflection” or “twist” that occurs when the carrier is transported or handled can be suppressed. Therefore, the damage rate due to cracking or peeling phenomenon occurring in the DLC thin film formed on the surface of the carrier main body can be reduced as compared with a mirror-finished surface of the carrier body.

これに対し、鏡面仕上げした従来のキャリア本体表面のDLC薄膜の場合、鏡面にしたことによって、損傷の発生率が高くなるため、成膜時残留応力を0.5MPa以下に制限している(例えば、特許文献3)。この点、本発明の方法に従ってピーニング加工層を形成した場合、そのような制約がなくなる。その結果、DLC薄膜の形成に当たっては、プラズマCVD法だけでなく、イオン化蒸着法やアークイオンプレーティング法、プラズマブースター法など多く方法が採用可能になる。   On the other hand, in the case of a DLC thin film on a conventional carrier body surface that has been mirror-finished, since the incidence of damage is increased by using the mirror surface, the residual stress during film formation is limited to 0.5 MPa or less (for example, Patent Document 3). In this respect, when the peened layer is formed according to the method of the present invention, such a restriction is eliminated. As a result, in forming the DLC thin film, not only the plasma CVD method but also many methods such as an ionization vapor deposition method, an arc ion plating method, and a plasma booster method can be adopted.

(b)キャリア本体表面に形成したショットピーニング加工層の場合、その上に形成するDLC薄膜との接合面積が拡がるので、薄膜密着強さが増大し、多少の変形や引張り、圧縮などの負荷に対しても剥離しにくくなる。特にショットピーニング加工処理の後、その処理面に対してさらに微細な研削粒子を吹き付るブラスト加工処理を行って、大小凹凸層が重畳する複合溝にした場合には、両者の効果が複合的に顕在化するため、DLC膜の密着性は一段と向上する。この場合、ショットピーニング加工処理は主としてキャリア本体の変形や“ねじれ”防止、ブラスト加工処理はDLC膜の密着性向上作用を強く受け止めることとなる。 (B) In the case of a shot peened layer formed on the surface of the carrier body, the bonding area with the DLC thin film formed thereon is expanded, so that the adhesion strength of the thin film is increased, and a load such as some deformation, tension, compression, etc. Also, it becomes difficult to peel off. In particular, after shot peening treatment, when the blasting treatment that sprays finer abrasive particles on the treated surface is made into a composite groove where large and small uneven layers overlap, the effects of both are combined. Therefore, the adhesion of the DLC film is further improved. In this case, the shot peening process mainly prevents deformation and “twisting” of the carrier body, and the blasting process strongly receives the adhesion improving effect of the DLC film.

(c)ショットピーニング加工処理に要する時間は、キャリア本体の表面を鏡面研磨する場合に比較して短いため、作業効率が向上するのに加え、DLC薄膜を備えたキャリアを再使用する場合の前処理(古いDLC薄膜を除去する処理にも使用できる)としても適用可能である。 (C) Since the time required for the shot peening processing is shorter than the case where the surface of the carrier body is mirror-polished, in addition to the improvement in work efficiency, before the carrier with the DLC thin film is reused. It can also be applied as a process (can also be used for a process of removing old DLC thin film).

(3)キャリア本体(基材)について
上述したショットピーニング加工処理の効果を上げるためのキャリア本体としては、次のものが考えられる。例えば、SUS304を代表とする各種ステンレス鋼、チタンおよびチタン合金、アルミニウムおよびその合金、SK鋼、SKH鋼、SUJ鋼などの特殊鋼などが特に好適である。
(3) About carrier main body (base material) The following thing can be considered as a carrier main body for raising the effect of the shot peening processing mentioned above. For example, various stainless steels such as SUS304, titanium and titanium alloys, aluminum and alloys thereof, special steels such as SK steel, SKH steel, and SUJ steel are particularly suitable.

(4)DLC薄膜の被覆形成方法
ショットピーニング加工層を有するキャリア本体の表面に、DLC薄膜を被覆形成する方法およびその装置について具体的に説明する。本発明では、イオン化蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマブースター法および高周波・高電圧パルス重畳型プラズマCVD法(以下、単に「プラズマCVD法」という)の何れかの方法によってDLC薄膜の形成が可能である。ただし、以下の説明は、プラズマCVD法について説明する。
(4) DLC Thin Film Coating Method A method and apparatus for coating a DLC thin film on the surface of a carrier body having a shot peening layer will be specifically described. In the present invention, the DLC thin film can be formed by any one of an ionized vapor deposition method, an arc ion plating method, a plasma booster method, and a high frequency / high voltage pulse superposition type plasma CVD method (hereinafter simply referred to as “plasma CVD method”). Is possible. However, the following description will explain the plasma CVD method.

図5は、前述のような処理を経てショットピーニング加工層が形成されたキャリア本体の表面に、DLC薄膜を被覆形成するために用いられるプラズマCVD装置の略線図である。プラズマCVD装置は、主として、接地された反応容器41と、この反応容器41内に高電圧パルスを印加するための高電圧パルス発生電源44、被処理体(以下、「キャリア本体」という)42の周囲に単価水素系ガスプラズマを発生させるためのプラズマ発生電源45が配設されているほか、導体43およびキャリア本体42に高電圧パルスおよび高周波電圧の両方を同時に印加するための重畳装置46が、高電圧パルス発生電源44とプラズマ発生電源45との間に介装配置されている。なお、導体43およびキャリア本体42は、高電圧導入部49を介して重畳装置46に接続されている。   FIG. 5 is a schematic diagram of a plasma CVD apparatus used for coating a DLC thin film on the surface of a carrier body on which a shot peening layer has been formed through the above-described processing. The plasma CVD apparatus mainly includes a grounded reaction vessel 41, a high voltage pulse generating power source 44 for applying a high voltage pulse in the reaction vessel 41, and an object to be processed (hereinafter referred to as a “carrier body”) 42. In addition to a plasma generating power source 45 for generating unitary hydrogen-based gas plasma around it, a superimposing device 46 for simultaneously applying both a high-voltage pulse and a high-frequency voltage to the conductor 43 and the carrier body 42, It is interposed between the high voltage pulse generation power supply 44 and the plasma generation power supply 45. The conductor 43 and the carrier main body 42 are connected to the superimposing device 46 via the high voltage introducing portion 49.

このプラズマCVD装置は、反応容器41内に成膜用の有機系ガスを導入するためのガス導入装置(図示せず)および、反応容器41を真空引きする真空装置(図示せず)が、それぞれバルブ47aおよび47bを介して反応容器41に接続される。   This plasma CVD apparatus includes a gas introducing device (not shown) for introducing an organic gas for film formation into the reaction vessel 41 and a vacuum device (not shown) for evacuating the reaction vessel 41, respectively. It is connected to the reaction vessel 41 via valves 47a and 47b.

このプラズマCVD装置を用いて、被処理体の表面にDLC薄膜を成膜させるには、まず、キャリア本体42を反応容器41内の所定位置に設置し、真空装置を稼動させて該反応容器41内の空気を排出して脱気した後、ガス導入装置によって有機系ガスを該反応容器41内に導入する。   In order to form a DLC thin film on the surface of the object to be processed using this plasma CVD apparatus, first, the carrier body 42 is installed at a predetermined position in the reaction vessel 41, and the vacuum device is operated to operate the reaction vessel 41. After the inside air is discharged and deaerated, an organic gas is introduced into the reaction vessel 41 by a gas introduction device.

次いで、プラズマ発生用電源45からの高周波電力をキャリア本体42に印加する。なお、反応容器41は、アース線48によって電気的に中性状態にあるため、キャリア本体42は、相対的に負のプラズマ中のプラスイオンは、負に帯電したキャリア本体42のまわりに発生することになる。   Next, high frequency power from the plasma generating power supply 45 is applied to the carrier body 42. Since the reaction vessel 41 is in an electrically neutral state by the ground wire 48, the carrier main body 42 generates positive ions in a relatively negative plasma around the negatively charged carrier main body 42. It will be.

そして、高電圧パルス発生装置44からの高電圧パルス(負の高電圧パルス)をキャリア本体42に印加すると、有機系導入ガスプラズマ中のプラスイオンは、該キャリア本体42の表面に誘引吸着される。このような処理によって、キャリア本体42の表面に、DLC薄膜が生成して薄膜が形成される。即ち、反応容器41内では、最終的には炭素と水素を主成分とするアモルファス状炭素水素固形物からなるDLC薄膜が、キャリア本体42のまわりに気相析出し、該処理体42表面を被覆するようにして皮膜形成するものと考えられる。   When a high voltage pulse (negative high voltage pulse) from the high voltage pulse generator 44 is applied to the carrier body 42, positive ions in the organic introduction gas plasma are attracted and adsorbed on the surface of the carrier body 42. . By such treatment, a DLC thin film is generated and formed on the surface of the carrier body 42. That is, in the reaction vessel 41, a DLC thin film consisting of amorphous carbon hydrogen solids mainly composed of carbon and hydrogen is vapor-deposited around the carrier body 42 to cover the surface of the processing body 42. It is considered that a film is formed as described above.

発明者等は、上記プラズマCVD装置により、被処理体表面に形成されるアモルファス状炭素水素固形物からなるDLC薄膜の層は、以下の(a)〜(d)のプロセスを経て形成されるものと推測している。   The inventors of the present invention use the plasma CVD apparatus to form a DLC thin film layer made of an amorphous carbon hydrogen solid formed on the surface of the object through the following processes (a) to (d). I guess.

(a)導入された炭化水素ガスのイオン化(ラジカルと呼ばれる中性な粒子も存在する)がおこり、
(b)炭化水素ガスから変化したイオンおよびラジカルは、負の電圧が印加されたキャリア本体42の表面に衝撃的に衝突し、
(c)衝突時のエネルギーによって、結合エネルギーの小さいC−H間が切断され、その後、活性化されたCとHが重合反応を繰り返して高分子化し、炭素と水素を主成分とするアモルファス状の炭素水素固形物を気相析出し、
(d)そして、上記(c)の反応が起こると、キャリア本体42表面には、アモルファス状炭素水素固形物の堆積層からなるDLC薄膜が形成されることになる。
(A) ionization of the introduced hydrocarbon gas (neutral particles called radicals also exist),
(B) Ions and radicals changed from the hydrocarbon gas impact impact the surface of the carrier body 42 to which a negative voltage is applied,
(C) C—H having a low binding energy is cut by the energy at the time of collision, and then activated C and H are polymerized by repeating the polymerization reaction to form an amorphous state mainly composed of carbon and hydrogen. Vapor deposition of carbon hydrogen solids of
(D) When the reaction (c) occurs, a DLC thin film composed of a deposited layer of amorphous carbon hydrogen solids is formed on the surface of the carrier body 42.

なお、この装置では、高電圧パルス発生電源44の出力電力を、下記(a)〜(d)のように変化させることによって、キャリア本体42に対して金属等のイオン注入を実施することもできる。
(a)イオン注入を重点的に行う場合:10〜40kV
(b)イオン注入と皮膜形成の両方を行う場合:5〜20kV
(c)皮膜形成のみを行う場合:数百V〜数kV
(d)スパッタリングなどを重点的に行う場合:数百V〜数kV
In this apparatus, the carrier body 42 can be ion-implanted by changing the output power of the high voltage pulse generating power supply 44 as shown in the following (a) to (d). .
(A) When ion implantation is focused on: 10 to 40 kV
(B) When performing both ion implantation and film formation: 5 to 20 kV
(C) When only film formation is performed: several hundred V to several kV
(D) When focusing on sputtering, etc .: several hundred V to several kV

また、前記高電圧パルス発生源44では、
パルス幅:1μsec〜10msec
パルス数:1〜複数回のパルスを繰り返すことも可能である。
In the high voltage pulse generation source 44,
Pulse width: 1 μsec to 10 msec
Number of pulses: It is also possible to repeat one to a plurality of pulses.

また、プラズマ発生用電源45の高周波電力の出力周波数は、数十kHz〜数GHzの範囲で変化させることができる。   Further, the output frequency of the high frequency power of the plasma generating power supply 45 can be changed in the range of several tens of kHz to several GHz.

このプラズマCVD処理装置の反応容器41内に導入させる成膜用有機系ガスとしては、以下の(イ)〜(ハ)に示すような炭素と水素からなる炭化水素系ガスを用いる。   As the organic gas for film formation introduced into the reaction vessel 41 of this plasma CVD processing apparatus, a hydrocarbon gas composed of carbon and hydrogen as shown in the following (a) to (c) is used.

(イ)常温(18℃)で気相状態のもの
CH、CHCH、C、CHCHCH、CHCHCHCH
(ロ)常温で液相状態のもの
CH、CCHCH、C(CH、CH(CHCH、C12
Cl
(I) Gas phase state at room temperature (18 ° C.) CH 4 , CH 2 CH 2 , C 2 H 2 , CH 3 CH 2 CH 3 , CH 3 CH 2 CH 2 CH 3
(B) Liquid phase at normal temperature C 6 H 5 CH 3 , C 6 H 5 CH 2 CH, C 6 H 4 (CH 3 ) 2 , CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 , C 6 H 12 ,
C 6 H 4 Cl

上記の反応容器41内への導入ガスは、常温で気相状態のものは、そのままの状態で反応容器41内に導入できるが、液相状態の化合物はこれを加熱してガス化させ、そのガス(蒸気)を反応容器41内へ供給することによってDLC薄膜を形成することができる。   The gas introduced into the reaction vessel 41 in the gas phase at normal temperature can be introduced into the reaction vessel 41 as it is, but the compound in the liquid phase is heated to gasify it. A DLC thin film can be formed by supplying gas (vapor) into the reaction vessel 41.

(5)本発明の下で形成されるDLC薄膜
上記のようにショットピーニング加工層を設けてなるキャリア表面に形成するDLC薄膜は、次に示すような特性を有する。
(a)前記DLC薄膜を構成する炭素と水素含有量の比率
DLC薄膜は、硬く耐摩耗性に優れているものの柔軟性に欠ける特性がある。このため、キャリア本体のように全体が大きくかつ薄い金属等でつくられ、しかも大小さまざまな孔が複数個設けられているものに対し、DLC薄膜を被覆すると、キャリアの持ち運び時に大きく変形したときに、延性に乏しいDLC薄膜にクラックが発生したり、ときには剥離することがある。この対策として、本発明ではDLC薄膜を構成する炭素と水素の割合に注目し、特に、水素含有量を全体の12〜30原子%(at%)に制御することによって、DLC薄膜に耐磨耗性とともに柔軟性を付与することとした。具体的には、このDLC薄膜中に含まれる水素含有量を12〜30原子%(a t%)とし、残部を炭素含有量とした。このような組成のDLC薄膜を形成するには、成膜用の炭化水素系ガス中に占める水素含有量が異なる化合物を混合することによって果すことができる。
(5) DLC thin film formed under the present invention The DLC thin film formed on the carrier surface provided with the shot peening layer as described above has the following characteristics.
(A) Ratio of carbon and hydrogen content constituting the DLC thin film The DLC thin film is hard and excellent in wear resistance, but lacks flexibility. For this reason, when the carrier body is made of a large and thin metal, etc., and a plurality of holes of various sizes are provided, if the DLC thin film is coated, the carrier body is greatly deformed when it is carried Cracks may occur in the DLC thin film with poor ductility and sometimes peel off. As a countermeasure, in the present invention, attention is paid to the ratio of carbon and hydrogen constituting the DLC thin film, and in particular, the DLC thin film is resistant to wear by controlling the hydrogen content to 12 to 30 atomic% (at%) of the whole. It was decided to give flexibility as well as sex. Specifically, the hydrogen content contained in the DLC thin film was 12 to 30 atomic% (at%), and the balance was the carbon content. Formation of the DLC thin film having such a composition can be accomplished by mixing compounds having different hydrogen contents in the hydrocarbon-based gas for film formation.

(b)DLC薄膜の表面性状
本発明では、前記DLC薄膜でも、十分な耐食性、耐摩耗性を示すと同時に、柔軟性を
付与することができ、シリコンウエハの研磨用キャリアとして十分に実用可能である。
(B) Surface properties of DLC thin film In the present invention, even the DLC thin film can exhibit sufficient corrosion resistance and wear resistance, and at the same time can be given flexibility, and can be sufficiently practical as a carrier for polishing silicon wafers. is there.

(実施例1)
この実施例では、SK鋼基材の表面を鏡面仕上したものと、ショットピーニング加工処理によって各種の表面粗さに仕上げられたショットピーニング加工層に対して、直接、膜厚の異なるDLC薄膜を形成した。次いで、これらの試験片を塩水噴霧試験に供して、基材の表面粗さとDLC薄膜の耐食性を調査した。
Example 1
In this example, DLC thin films with different film thicknesses are formed directly on the surface of the SK steel substrate that has been mirror-finished and on the shot peened layer that has been finished to various surface roughnesses by shot peening. did. Subsequently, these test pieces were subjected to a salt spray test to investigate the surface roughness of the substrate and the corrosion resistance of the DLC thin film.

(1)供試基材
供試基材はSK鋼(SK60の焼きなまし材)とし、この基材から幅50mm×長さ70mm×厚さ2mmの試験片を作成した。その後、その試験片の全面に対して下記の前処理を実施したものについての表面粗さを示す。
(イ)ショットピーニング加工処理は、Ra:0.15〜1.55μm Rz:1.55〜8.55μmの粗さにした。
なお、この処理は、球形のショットとして粒径範囲2〜20μmのガラスビーズを用い、これを0.3MPaの圧縮空気を用いて吹き付けたものである。なお、一部の試験片については、ショットピーニング加工処理後、SiC粒子によるブラスト加工処理を施したものを準備した。
(ロ)参考のために、鏡面仕上げに当たる以下の実験を行った。
(a)電解研磨 Ra:0.01〜0.013μm Rz:0.14μm〜0.16μm
(b)バフ研磨 Ra:0.013〜0.015μm Rz:0.20〜0.29μm
(2)DLC薄膜の形成方法と膜厚
DLC薄膜の形成にはプラズマCVD法を用い、全ての試験片に対して、0.5〜20μm厚のDLC薄膜を形成させた。
(3)試験方法およびその条件
DLC薄膜を形成させた試験片をJIS Z2371規定の塩水噴霧試験に96時間供し、試験後のDLC薄膜表面に発生する赤さびの有無を調査した。
(4)試験結果
試験結果を表2に要約した。この結果から明らかなように、本発明法に従うショットピーニング加工処理によって粗面化した基材上に形成した試験片のDLC薄膜では、表面粗さの影響を受け、Ra値またはRz値より薄いDLC薄膜(No.1、2、3、4、5、6)では耐食性が十分でなく、赤さびの発生がみられた。しかし、ショットピーニング加工層上のDLC薄膜でも表面粗さのRz値よりも厚く成膜したもの(No.1〜6)では赤さびの発生はなく、十分な耐食性を発揮することが確認できた。
なお、参考例として用いた電解研磨面(No.7、8)およびバフ研磨面(No.9、10)の表面に形成したDLC薄膜試験片は0.5μmの膜でも赤さびの発生は認められなかった。
(1) Test base material The test base material was SK steel (SK60 annealing material), and a test piece having a width of 50 mm, a length of 70 mm, and a thickness of 2 mm was prepared from this base material. Then, the surface roughness about what performed the following pre-processing with respect to the whole surface of the test piece is shown.
(A) The shot peening process was performed with a roughness of Ra: 0.15 to 1.55 μm, Rz: 1.55 to 8.55 μm.
In this treatment, glass beads having a particle size range of 2 to 20 μm are used as spherical shots and sprayed using compressed air of 0.3 MPa. In addition, about some test pieces, what performed the blasting process by a SiC particle after the shot peening process was prepared.
(B) For reference, the following experiment for mirror finishing was performed.
(A) Electropolishing Ra: 0.01 to 0.013 μm Rz: 0.14 μm to 0.16 μm
(B) Buffing Ra: 0.013 to 0.015 μm Rz: 0.20 to 0.29 μm
(2) Formation method and film thickness of DLC thin film A plasma CVD method was used to form the DLC thin film, and a DLC thin film having a thickness of 0.5 to 20 μm was formed on all the test pieces.
(3) Test Method and Conditions The test piece on which the DLC thin film was formed was subjected to the salt spray test specified in JIS Z2371 for 96 hours, and the presence or absence of red rust generated on the DLC thin film surface after the test was investigated.
(4) Test results The test results are summarized in Table 2. As is clear from this result, in the DLC thin film of the test piece formed on the substrate roughened by the shot peening processing according to the method of the present invention, the DLC thin film is affected by the surface roughness and is thinner than the Ra value or the Rz value. The thin films (No. 1, 2, 3, 4, 5, 6) had insufficient corrosion resistance and red rust was observed. However, even when the DLC thin film on the shot peened layer was formed thicker than the Rz value of the surface roughness (No. 1 to 6), it was confirmed that red rust was not generated and sufficient corrosion resistance was exhibited.
DLC thin film specimens formed on the surfaces of the electropolished surfaces (Nos. 7 and 8) and buffed surfaces (Nos. 9 and 10) used as reference examples were found to have red rust even when they were 0.5 μm thick. There wasn't.

このことから、参考例として示す鏡面状態にある電解研磨やバフ研磨と同じく、本発明のショットピーニング加工処理を行った場合であっても、少なくともRz粗さ値よりも大きく、20μm以下の厚さのDLC薄膜を形成すれば、膜の耐食性に関しては、従来の鏡面にしたものと同等で全く遜色のない表面になることがわかった。   From this, as in the case of electrolytic polishing and buff polishing in the mirror state shown as a reference example, even when the shot peening processing of the present invention is performed, the thickness is at least larger than the Rz roughness value and is 20 μm or less. When the DLC thin film was formed, the corrosion resistance of the film was found to be the same as that of the conventional mirror surface and completely inferior.

以上、ショットピーニング加工処理によって基材表面の粗さを、Ra:0.15〜1.55μm、Rz:1.55〜8.55μmとした場合、DLC薄膜の厚さを2.0〜20μmの範囲内とすると共に、Rz値より大きい膜厚にした場合、基材成分の溶出のない皮膜形成が可能であることがわかった。   As described above, when the roughness of the substrate surface is set to Ra: 0.15 to 1.55 μm and Rz: 1.55 to 8.55 μm by the shot peening processing, the thickness of the DLC thin film is 2.0 to 20 μm. It was found that when the film thickness was within the range and the film thickness was larger than the Rz value, film formation without elution of the base material component was possible.

Figure 2010030015
Figure 2010030015

(実施例2)
この実施例では、ステンレス鋼(SUS304)基材の表面に、水素含有量を変化させたDLC薄膜を形成し、曲げ変形に対する抵抗およびその後の耐食性の変化について調査した。
(Example 2)
In this example, a DLC thin film with varying hydrogen content was formed on the surface of a stainless steel (SUS304) substrate, and the resistance to bending deformation and subsequent changes in corrosion resistance were investigated.

(1)供試基材およびDLC薄膜の性状
供試試験片はステンレス鋼(SUS304)とし、この基材から寸法幅15mm×長さ70mm×厚さ1.8mmの試験片を作成した。その後、この供試基材の全面に対し、ショットピーニング加工処理を施してRa:0.16〜1.02μm、Rz:1.58〜2.99μmの粗面化処理を行い、そのショットピーニング加工層における水素含有量が5〜50原子%で、残部が炭素成分である試験片を、3.5μm厚に形成した。
(2)試験方法およびその条件
DLC薄膜を形成させた試験片を180°に曲げ変形を与え(Uベンド形状)曲げ部のDLCの外観状況を20倍の拡大鏡で観察した。またその観察後の曲げ試験片を10%HCl水溶液中に浸漬し、室温21℃で48時間放置し、HCl水溶液の中に溶出するイオンによる色調の変化を調べた。
(3)試験結果
表3に試験結果を要約した。この試験結果から明らかなように、水素含有量の少なくないDLC皮膜は(試験片No.1、2、3)は1800の変形を与えるとクラックを発生したり、微小な面積であるが局所的に膜の脱落が見受けられた。これらのDLC薄膜は柔軟性に乏しいことが確認された。一方、曲げ試験後の試験片を10%HCl中に浸潰すると、クラックを発生したDLC薄膜(No.3)は、基材質のステンレス鋼から金属イオン(鉄を主成分とし、少量のC
rとNiを含む)が溶出し、HCl水溶液は無色透明から黄緑色に変化した。
これに対して水素含有量を1.5〜59原子%含むDLC薄膜(No.4〜8)を浸漬したHCl水溶液は、無色透明を維持しており、900 の変形を与えても柔軟性を有する膜は形成初期の状態を保っていることがわかった。
ただ、DLC薄膜中の水素含有量が多くなるほど軟質化するとともに、品質管理が困難となるので、本発明では水素含有量13〜30原子%の範囲を採用することとした。
(1) Properties of the test substrate and DLC thin film The test sample was stainless steel (SUS304), and a test piece having a size of width 15 mm × length 70 mm × thickness 1.8 mm was prepared from this substrate. Thereafter, the entire surface of the test substrate is subjected to a shot peening process, and a roughening process of Ra: 0.16 to 1.02 μm and Rz: 1.58 to 2.99 μm is performed, and the shot peening process is performed. A test piece having a hydrogen content in the layer of 5 to 50 atomic% and the balance being a carbon component was formed to a thickness of 3.5 μm.
(2) Test method and conditions The test piece on which the DLC thin film was formed was subjected to bending deformation at 180 ° (U-bend shape), and the appearance of the DLC in the bent portion was observed with a 20-fold magnifier. Further, the bending test piece after the observation was immersed in a 10% HCl aqueous solution and allowed to stand at a room temperature of 21 ° C. for 48 hours, and a change in color tone due to ions eluted in the HCl aqueous solution was examined.
(3) Test results Table 3 summarizes the test results. As is clear from this test result, the DLC film with a small hydrogen content (test piece No. 1, 2, 3) generates cracks when it is deformed to 1800, or has a small area but is locally There was a drop in the membrane. It was confirmed that these DLC thin films lack flexibility. On the other hand, when the test piece after the bending test is immersed in 10% HCl, the cracked DLC thin film (No. 3) is obtained from a base material of stainless steel to metal ions (iron as a main component and a small amount of C
(including r and Ni), and the aqueous HCl solution changed from colorless and transparent to yellowish green.
On the other hand, the HCl aqueous solution in which the DLC thin film (No. 4 to 8) containing 1.5 to 59 atomic% of hydrogen content is immersed is colorless and transparent, and is flexible even when subjected to 900 deformation. It was found that the film having the initial state was maintained.
However, as the hydrogen content in the DLC thin film increases, it becomes softer and quality control becomes more difficult. Therefore, in the present invention, the hydrogen content in the range of 13 to 30 atomic% is adopted.

Figure 2010030015
Figure 2010030015

(実施例3)
この実施例では、SK鋼製基材の表面をバフ研磨によって鏡面仕上げしたものと、本発明にかかるショットピーニング加工処理を施した試験片の全面に対して各種の方法によってDLC薄膜を形成した。次いで、この試験片180°曲げ試験および塩水噴霧試験を行い、DLC薄膜の曲げ変形に対する抵抗性と耐食性を調査した。
(Example 3)
In this example, the DLC thin film was formed by various methods on the entire surface of the test piece subjected to the shot peening process according to the present invention and the surface of the SK steel base material mirror-finished by buffing. Subsequently, the 180 ° bending test and the salt spray test were performed on the test piece, and the resistance to the bending deformation and the corrosion resistance of the DLC thin film were investigated.

(1)供試基材とその表面処理
供試基材はSK鋼(SK60焼きなまし材)とし、この基材から幅15mm×長さ70mm×厚さ1.8mmの試験片を作成した。その後この試験片の全面に対し、バフ研磨とショットピーニング加工処理を行った。それぞれの処理後の粗さは下記の通りであった。
(イ)バフ研磨面の表面粗さ Ra:0.02〜0.08μm Rz:0.66〜0.81μm
(ロ)ショットピーニング加工層の表面粗さ Ra:0.15〜1.12μm Rz:1.58〜4.10μm
(2)DLC薄膜の試験方法
DLC薄膜を形成させた試験片を、中央を基点として180°に曲げ(Uベンド形状)、その曲げ部のDLC薄膜の外観状況を20倍の拡大鏡で観察した。また観察後の試験片をそのままの状態でJIS Z2371規定の塩水噴霧試験に96h r暴露して、DLC薄膜の変化を調べた。
(4)試験結果
表4に試験結果を要約した。この試験結果から明らかなように、試験片の表面をバフ研磨し、その上にDLC薄膜を形成したもの(No.1、3、5、7)はいずれもクラックを発生したり、微小ながらDLC薄膜の剥離も認められた。ただN0.7のプラズマCVDで形成されたDLC薄膜のみクラックの発生は非常に少なく、基材との密着性は良好であった。
(1) Test base material and its surface treatment The test base material was SK steel (SK60 annealed material), and a test piece having a width of 15 mm, a length of 70 mm and a thickness of 1.8 mm was prepared from this base material. Thereafter, buffing and shot peening were performed on the entire surface of the test piece. The roughness after each treatment was as follows.
(A) Surface roughness of buffed surface Ra: 0.02-0.08 μm Rz: 0.66-0.81 μm
(B) Surface roughness of shot peened layer Ra: 0.15 to 1.12 μm Rz: 1.58 to 4.10 μm
(2) Test method of DLC thin film The test piece on which the DLC thin film was formed was bent at 180 ° from the center (U-bend shape), and the appearance of the DLC thin film at the bent portion was observed with a 20 × magnifier. . Further, the test piece after observation was exposed to the salt spray test specified in JIS Z2371 for 96 hours, and the change in the DLC thin film was examined.
(4) Test results Table 4 summarizes the test results. As is clear from the test results, the surface of the test piece was buffed and a DLC thin film was formed thereon (Nos. 1, 3, 5, and 7). Thin film peeling was also observed. However, only the DLC thin film formed by plasma CVD of N0.7 had very few cracks and good adhesion to the substrate.

一方、曲げ試験後に実施した塩水噴霧試験結果によると、DLC薄膜にクラックや剥離が認められた試験片は全て赤さびが発生し、クラックが基材まで達して防食作用を消失している状況が観察された。これに対して曲げ試験によっても健全な状態を維持していた試験片は塩水噴霧試験においても赤さびを発生することなく、優れた耐食性を発揮した。この結果から、本発明に係るDLC薄膜はプラズマCVD法に限定されず、他の既存のDLC薄膜形成法に対して適用可能であることが確認された。   On the other hand, according to the results of the salt spray test carried out after the bending test, it was observed that all the test pieces in which cracks and delamination were observed in the DLC thin film generated red rust, the cracks reached the base material and the anticorrosive action disappeared It was done. On the other hand, the test piece that maintained a healthy state even in the bending test exhibited excellent corrosion resistance without generating red rust in the salt spray test. From this result, it was confirmed that the DLC thin film according to the present invention is not limited to the plasma CVD method and can be applied to other existing DLC thin film forming methods.

Figure 2010030015
Figure 2010030015

(実施例4)
この実施例では、ステンレス鋼(SUS304)を基材とし、その表面をバフ研磨(ポリッシング)した面と本発明に係るショットピーニング加工層およびショットピーニング加工層にさらにブラスト加工処理した面に対して、DLC薄膜を形成したものの密着強さを評価した。
Example 4
In this example, stainless steel (SUS304) is used as a base material, and the surface is buffed (polished), and the shot peening layer and the shot peening layer according to the present invention are further blasted. The adhesion strength of the DLC thin film formed was evaluated.

(1)供試基材と前処理
供試基材としてSUS304鋼から幅25mm×長さ30mm×厚さ3mmの試験片を切り出し、下記の前処理を施した。
(イ)バフ研磨(ポリッシング):Ra:0.01〜0.014μm Rz:0.11〜0.15μm
(ロ)ショットピーニング加工層:Ra:1.05〜1.45μm Rz:4.80〜5.8μm
(ハ)ショットピーニング後ブラスト加工層:Ra:1.25〜1.88μm Rz:5.55〜6.0μm
(2)DLC薄膜の形成方法と膜厚
DLC薄膜の形成には、プラズマCVD法を用い、すべての前処理試験片に対して、膜厚7μmのDLC膜を形成した。なお、DLC薄膜中の水素含有量は18原子%残部は炭素である。
(3)試験方法
基材に対するDLC薄膜の密着強さは、塗膜の密着性試験として汎用されている描画試験(引掻試験)を用いた。すなわち、一定の荷重を負荷したダイヤモンド針でDLC薄膜に直線の切り傷を付け、このときに発生するDLC薄膜の剥離の有無とその程度によって密着強さを判定した。
(4)試験結果
試験結果を図6に示した。この写真はダイヤモンド針による引掻試験後のDLC薄膜の外観状況を示したものである。ポリッシング面に直接DLC薄膜を形成した場合には、引掻傷に沿って多数のDLC薄膜の剥離部が存在し、薄膜の密着強さが低いことを示している。これに対してショットピーニング加工処理したり、またはその表面をさらにブラスト加工処理した面に形成したDLC薄膜は、いずれもダイヤモンド針による引掻傷は認められるものの薄膜の剥離は認められず、優れた密着強さを有していることが確認された。
(1) Test base material and pretreatment A test piece having a width of 25 mm, a length of 30 mm, and a thickness of 3 mm was cut out from SUS304 steel as the test base material, and the following pretreatment was performed.
(A) Buffing (polishing): Ra: 0.01 to 0.014 μm Rz: 0.11 to 0.15 μm
(B) Shot peening layer: Ra: 1.05-1.45 μm Rz: 4.80-5.8 μm
(C) Blast processing layer after shot peening: Ra: 1.25 to 1.88 μm Rz: 5.55 to 6.0 μm
(2) DLC Thin Film Formation Method and Film Thickness For the formation of the DLC thin film, a plasma CVD method was used, and a DLC film having a thickness of 7 μm was formed on all the pretreatment test pieces. Incidentally, the hydrogen content in the DLC thin film is 18 atomic% and the balance is carbon.
(3) Test method For the adhesion strength of the DLC thin film to the substrate, a drawing test (scratch test), which is widely used as an adhesion test of the coating film, was used. That is, a straight cut was made on the DLC thin film with a diamond needle loaded with a constant load, and the adhesion strength was determined based on whether or not the DLC thin film was peeled off at that time.
(4) Test results The test results are shown in FIG. This photograph shows the appearance of the DLC thin film after a scratch test with a diamond needle. When the DLC thin film is directly formed on the polishing surface, there are a large number of peeled portions of the DLC thin film along the scratches, indicating that the adhesion strength of the thin film is low. On the other hand, the DLC thin film formed on the surface subjected to the shot peening processing or the blast processing on the surface of the DLC film is excellent in that no scratches are observed due to diamond needles but peeling of the thin film is not recognized. It was confirmed to have adhesion strength.

(実施例5)
この実施例では、ショットピーニング加工処理によって前処理されたキャリア本体の剛性向上を定性的に調査するため実験を行った。
(Example 5)
In this example, an experiment was conducted to qualitatively investigate the rigidity improvement of the carrier body pretreated by the shot peening process.

(1)供試基材と試験片
供試基材としてステンレス鋼(SUS304)を用い、これらを幅30mm×長さ200mm×厚さ1mmの試験片を切り出した。
(2)試験片に対するブラスト加工処理
試験片の片面に対して、次に示すようなショットピーニング加工処理を行ったが、比較用の試験片として、電解研磨したステンレス鋼(SUS304)を用いた。
(イ)ショットピーニング加工処理によって、基材表面の粗さRa:0.15〜1.05μm、Rz:1.55〜5.95μmに粗面化されたもの
(ロ)電解研磨によって、Ra:0.013μm、Rz:016μmに鏡面仕上げされたもの
(3)試験方法
供試各種試験片を図7に示すように、試験片の一端を固定し、一方の先端部に1000gの分銅を乗せ、その重みで垂れ下がる試験片先端の変化幅を測定した。
(4)試験結果
試験結果を表8に要約した。この結果から明らかなように、ショットピーニング加工処理によって粗面化された試験片(No.1〜4)は、鏡面化された比較例の試験片に比べて変位幅が少なく、変形しにくいことが認められた。
(1) Test base material and test piece Stainless steel (SUS304) was used as the test base material, and a test piece having a width of 30 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 1 mm was cut out.
(2) Blasting process for test piece The following shot peening process was performed on one side of the test piece, and electrolytically polished stainless steel (SUS304) was used as a test piece for comparison.
(B) Surface roughness Ra of the base material surface by shot peening processing: 0.15 to 1.05 μm, Rz: 1.55 to 5.95 μm (b) Ra: 0.013 μm, Rz: 016 μm mirror-finished (3) Test method As shown in FIG. 7, various test specimens were fixed at one end of the test piece, and 1000 g of weight was placed on one tip. The change width of the tip of the test piece depending on the weight was measured.
(4) Test results The test results are summarized in Table 8. As is clear from this result, the test pieces roughened by the shot peening process (Nos. 1 to 4) have a smaller displacement width and are less likely to be deformed than the mirror-finished test pieces of the comparative example. Was recognized.

Figure 2010030015
Figure 2010030015

(実施例6)
この実施例では、図1に示す形状のキャリア本体を用いて、直径200m、厚さ0.5mmのSiウエハを研磨して、本発明にかかるDLC薄膜の効果を調査した。キャリア本体の全面に対して下記の前処理とDLC薄膜を形成した。
(Example 6)
In this example, an Si wafer having a diameter of 200 m and a thickness of 0.5 mm was polished using the carrier body having the shape shown in FIG. 1, and the effect of the DLC thin film according to the present invention was investigated. The following pretreatment and DLC thin film were formed on the entire surface of the carrier body.

(1)本発明に係る前処理とDLC薄膜の性状
ショットピーニング加工処理によって、キャリア本体の表面を、Ra:0.15〜0.98μm、Rz:1.52〜4.95μmの粗面化させた後、その上に、水素含有量18原子%を含むDLC薄膜を5μm厚に形成した。
(2)比較例の前処理とDLC薄膜の性状
バフ研磨によってキャリア本体の表面を、Ra:0.02〜0.10μm、Rz:0.11〜0.16μmの鏡面に仕上げた後、その上にDLC薄膜を5μm厚に形成した。このDLC薄膜中の水素含有量は15原子%、残部は炭素である。
(3)試験結果
コロイダルシリカを研磨剤とする水スラリー研磨剤を用いて、シリコンウエハの研磨を行なった結果、本発明のDLC薄膜を形成したキャリア本体を用いた場合、シリコンウエハの表面を0.01μm以下に仕上げるのに約20分で終了したのに対し、比較例のDLC薄膜を被覆したキャリア本体では58分を要した。
(1) Properties of pre-treatment and DLC thin film according to the present invention The surface of the carrier body is roughened to Ra: 0.15-0.98 μm, Rz: 1.52-4.95 μm by shot peening processing. Thereafter, a DLC thin film containing a hydrogen content of 18 atomic% was formed thereon to a thickness of 5 μm.
(2) Pretreatment of comparative example and properties of DLC thin film After buffing the surface of the carrier body to a mirror surface of Ra: 0.02-0.10 μm, Rz: 0.11-0.16 μm, A DLC thin film was formed to a thickness of 5 μm. The hydrogen content in the DLC thin film is 15 atomic%, and the balance is carbon.
(3) Test results As a result of polishing a silicon wafer using a water slurry abrasive containing colloidal silica as an abrasive, the surface of the silicon wafer was reduced to 0 when the carrier body formed with the DLC thin film of the present invention was used. It took about 20 minutes to finish to 0.01 μm or less, but it took 58 minutes for the carrier body coated with the DLC thin film of the comparative example.

本発明に係るピーニング加工処理を前処理とするDLC薄膜形成技術は、Si、GAPなどの半導体ウエハの研磨だけに限定されるものではなく、液晶ディスプレイガラス、ハードディスクなどの研磨用として応用が可能である。   The DLC thin film formation technology that uses the peening process according to the present invention as a pretreatment is not limited to polishing semiconductor wafers such as Si and GAP, but can be applied to polishing liquid crystal display glass and hard disks. is there.

シリコンウエハ研磨用金属製キャリア本体の平面図である。It is a top view of the metal carrier main body for silicon wafer polishing. キャリア本体表面に対して各種の前処理を施した加工面のSEM写真である。It is a SEM photograph of the processing surface which performed various pretreatments to the carrier body surface. 金属製キャリア本体をピーニング加工処理およびピーニング加工処理後ブラスト加工処理した表面の粗さと、その上に形成したDLC薄膜の断面模式図であり、(a)は、ショットピーニング加工処理後、その表面にDLC薄膜が形成された場合、(b)は、ショットピーニング加工処理後、ブラスト加工処理した面にDLC薄膜が形成された場合である。It is the rough surface of the surface which carried out the peening process of the metal carrier main body, and the blasting process after a peening process, and the cross-sectional schematic diagram of the DLC thin film formed on it, (a) is the surface after a shot peening process When the DLC thin film is formed, (b) is a case where the DLC thin film is formed on the surface subjected to the blast processing after the shot peening processing. ショットピーニング加工層の表面粗さ表示におけるスキューネス値(Rsk)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the skewness value (Rsk) in the surface roughness display of a shot peening process layer. シリコンウエハの研磨用キャリア本体にDLC薄膜を形成するためのプラズマCVD装置の概略図である。It is the schematic of the plasma CVD apparatus for forming a DLC thin film in the carrier main body for grinding | polishing of a silicon wafer. 引掻き試験部後のDLC薄膜表面状態を示す拡大写真である。(a)はポリッシング面に対し、(b)はショットピーニング加工層に対し、また(c)はショットピーニング加工層に対して、さらにブラスト加工処理した面に対して、それぞれDLC薄膜を形成したものの引掻試験後の外観である。It is an enlarged photograph which shows the DLC thin film surface state after a scratch test part. (A) DLC thin film was formed on the polished surface, (b) on the shot peened layer, (c) on the shot peened layer, and further on the blasted surface. It is the external appearance after a scratch test. ショットピーニング加工処理したSUS304鋼の剛性を試験した状況の概略図である。It is the schematic of the condition which tested the rigidity of SUS304 steel which carried out the shot peening process.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコンウエハの保持孔
2 研磨材の供給孔
3 外周歯
4 抜き孔
5 DLC薄膜を形成するキャリアの表面
21 キャリア本体
22 凹凸層
23 突出部
24 ショットピーニング加工処理時に発生する加工影響層
25 DLC薄膜
41 反応容器
42 被処理体(キャリア本体)
43 導体
44 高電圧パルス発生源
45 プラズマ発生源
46 重畳装置
47a、47b バルブ
48 アース線
49 高電圧導入端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon wafer holding hole 2 Abrasive supply hole 3 Peripheral tooth 4 Outgoing hole 5 Carrier surface 21 forming DLC thin film Carrier body 22 Concavity and convexity layer 23 Protruding portion 24 Processing influence layer 25 generated during shot peening processing DLC thin film 41 Reaction vessel 42 Object to be treated (carrier body)
43 conductor 44 high voltage pulse generation source 45 plasma generation source 46 superposition device 47a, 47b valve 48 ground wire 49 high voltage introduction terminal

Claims (14)

表面にショットピーニング加工層を有する金属製キャリア本体を、そのショットピーニング加工層を介してDLC薄膜にて被覆形成してなることを特徴とする被研磨物保持用キャリア。 A carrier for holding an object to be polished, wherein a metal carrier body having a shot peening layer on the surface is coated with a DLC thin film via the shot peening layer. 前記ショットピーニング加工層は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層からなると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層となった層であることを特徴とする請求項1に記載の被研磨物保持用キャリア。 The shot peening layer is a layer that is an uneven layer formed by a spherical depression obtained by spraying a spherical shot, and at the same time, is a layer that has become a processing-influenced layer in which at least one of compressive residual stress or work hardening has occurred. The carrier for holding an object to be polished according to claim 1, wherein: 前記ショットピーニング加工層は、表面粗さが、Ra値で0.15〜1.50μm、Rz値で1.55〜6.0μmの範囲内に調整された層であることを特徴とする請求項1または2に記載の被研磨物保持用キャリア。 The shot peening layer is a layer whose surface roughness is adjusted in a range of 0.15 to 1.50 μm in Ra value and 1.55 to 6.0 μm in Rz value. 3. A carrier for holding an object to be polished according to 1 or 2. 前記ショットピーニング加工層は、その表面の前記凹凸層中に、ショットよりも微細な方形研削粒子を吹き付けることによって形成される微細粗面化層が重畳して形成された層であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載の被研磨物保持用キャリア。 The shot peening layer is a layer formed by superimposing a fine roughened layer formed by spraying square grinding particles finer than a shot in the uneven layer on the surface thereof. The carrier for holding an object to be polished according to any one of claims 1 to 3. 前記ショットピーニング加工層は、表面粗さRsk値が±1未満の範囲にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の被研磨物保持用キャリア。 The carrier for holding an object to be polished according to any one of claims 1 to 4, wherein the shot peening layer has a surface roughness Rsk value of less than ± 1. 前記DLC薄膜は、前記ショットピーニング加工層の粗さRzを超え20μm以下の膜厚を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の被研磨物保持用キャリア。 6. The carrier for holding an object to be polished according to claim 1, wherein the DLC thin film has a film thickness that exceeds the roughness Rz of the shot peening layer and is 20 μm or less. 前記DLC薄膜は、水素含有量が13〜30原子%で残部が炭素からなる皮膜であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1に記載の被研磨物保持用キャリア。 7. The carrier for holding an object to be polished according to claim 1, wherein the DLC thin film is a film having a hydrogen content of 13 to 30 atomic% and the balance being carbon. 前記金属製キャリア本体は、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、SK鋼、SKH鋼などの特殊鋼のうちから選ばれるいずれか一種以上の金属・合金からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1に記載の被研磨物保持用キャリア。 The metal carrier body is made of one or more kinds of metals / alloys selected from special steels such as aluminum alloy, titanium alloy, stainless steel, SK steel, and SKH steel. The carrier for holding an object to be polished according to any one of the above. 金属製キャリア本体の表面に、球形粒子からなるショットを吹き付けることにより、球形窪みによって形造られた凹凸層からなるショットピーニング加工層を形成し、そのショットピーニング加工層の表面に、DLC薄膜を被覆形成することを特徴とする被研磨物保持用キャリアの製造方法。 A shot peening layer consisting of a concavo-convex layer formed by a spherical depression is formed by spraying a shot made of spherical particles on the surface of a metal carrier body, and a DLC thin film is coated on the surface of the shot peening layer A method for producing a carrier for holding an object to be polished, characterized by comprising: 金属製キャリア本体の表面に、球形の粒子からなるショットを吹き付けることにより、ショットピーニング加工層を形成し、その後、そのショットピーニング加工層の表面に、ショット粒よりも小さい方形研削粒子を吹き付けて微細な粗面化処理層を重畳させて形成し、その後さらに、粗面化処理層を含むショットピーニング加工層の表面に、DLC膜を被覆形成することを特徴とする被研磨
物保持キャリア用の製造方法。
A shot peening layer is formed by spraying shots made of spherical particles on the surface of the metal carrier body, and then, the surface of the shot peening layer is finely sprayed with square grinding particles smaller than the shot grains. Forming a roughening layer, and then coating a DLC film on the surface of the shot peening layer including the roughening layer. Method.
ショットまたは研削粒子の吹付けは、0.21〜0.5MPaの圧縮空気を用いて、該ショットならびに研削粒子については金属製キャリア本体の表面に対して、60〜90°の方向から吹付けを行うことを特徴とする請求項9または10に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。 The shot or abrasive particles are sprayed by using compressed air of 0.21 to 0.5 MPa, and the shot and the abrasive particles are sprayed from the direction of 60 to 90 ° with respect to the surface of the metal carrier body. The method for producing a carrier for holding an object to be polished according to claim 9, wherein the method is performed. 前記ショットピーニング加工層は、鋳物、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスから選ばれるいずれか一種以上の球形粒子からなるショットを吹き付けることにより得られる、キャリア本体の表面に球形窪みによって形造られた微細な凹凸層であると同時に、圧縮残留応力の付加もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方を発現させた加工影響層となった層であることを特徴とする請求項9または10に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。 The shot peening layer is obtained by spraying a shot made of any one or more spherical particles selected from casting, stainless steel, high speed steel, cemented carbide, glass, ceramics, and a spherical depression on the surface of the carrier body. 11. The fine concavo-convex layer formed by the above-mentioned method, and at the same time, it is a layer that has become a work-affected layer in which at least one of addition of compressive residual stress and work hardening is developed. A method for producing a carrier for holding an object to be polished as described in 1. 前記DLC薄膜は、水素含有量が13〜30原子%で残部が炭素からなるものであることを特徴とする請求項9または10に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。 11. The method for manufacturing a carrier for holding an object to be polished according to claim 9, wherein the DLC thin film has a hydrogen content of 13 to 30 atomic% and the balance is made of carbon. 前記DLC薄癖は、プラズマCVD法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれか一種の方法により、キャリア本体の表面に被覆形成することを特徴とする請求項9〜13のいずれか1に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。 14. The DLC thin film is formed by coating the surface of a carrier body by any one of a plasma CVD method, a sputtering method, and an ion plating method. A method for manufacturing a carrier for holding an object to be polished.
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