JP3697963B2

JP3697963B2 - 研磨布および平面研磨加工方法

Info

Publication number: JP3697963B2
Application number: JP24362099A
Authority: JP
Inventors: 光由市野; 幸次中村; 義明石澤; 泰司伊藤; 貴浩下林; 剛介池森; 裕一郎藤沢
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: MY124043A; JP2001062704A; US6439965B1

Description

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

Claims

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