JP4191924B2

JP4191924B2 - アモルファス表面層を有する研削材及びその製造方法

Info

Publication number: JP4191924B2
Application number: JP2001355170A
Authority: JP
Inventors: 晴雄花形
Original assignee: Dipsol Chemicals Co Ltd
Current assignee: Dipsol Chemicals Co Ltd
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003159653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属、ガラス、セラミックスや半導体等の研削や切削等（これらを研削という）に用いる研削材及びその製造方法に関するものである。
【従来の技術】
従来、高平滑鏡面を得るための研削では、図１に示した装置１を用いるポリッシングが行われている。図中、装置１は、相互に摩擦しあうヘッド２とテーブル（定盤）３を有し、ヘッド２は回転しながら被削材４を保持しテーブル３に押し付ける役割をもつ。一方テーブル３は回転しながら被削材４をパッド（研磨布）５と呼ばれる樹脂の多孔体や織物で受け止める。この際、被削材４とパッド５を取り付けたテーブル３の間に砥粒を分散させた溶液（スラリー）６を供給しつつヘッド２とテーブル３との独立した回転により、砥粒の作用でまんべんなく研削を行う。
【０００２】
この方法ではまずパッドの損傷が激しいので、パッドの交換頻度が高いため作業をたびたび中断しなければならいといった問題が生じ、作業効率が悪い、しかもこのパッドが高価なためコストに与える影響が大きい。一方、スラリーは砥粒といわれる超微粒子の分散液であるため、この液が飛び散り、周囲を汚染するため、粉塵による作業環境悪化を招く。これは、作業者の健康に影響を与えるのみならず、半導体製造工程などではこの粉塵が製品にパーティクルと呼ばれる付着物となって汚染する。仮にこの作業を隔離した部屋で行っても、その設備の維持のため高額を要し、しかも労力を必要としている。更にスラリーはヘッドの近くから供給されるが、ヘッド外周には行き渡りやすいものの中心部には浸透しにくい。しかもパットが多孔体の樹脂や繊維等軟質であるため、ヘッド周辺や被削材の周辺が研削されやすくなり、平面度に優れた研削が困難である。またこの加工方法では研削速度が遅いため、ある程度平滑化した状態からしか最終的な工程に進めないため工程数が増え複雑化する問題もある。更にこのスラリー中の砥粒は沈降しやすく常に均一に分散させておくための攪拌機構やこのスラリーを供給する機構も必要で、装置が複雑化するとの問題がある。又、別の問題としてこのスラリーは高価であり、砥粒が分散しているのみでなく苛性カリウム等の化学薬品も溶解させている場合もあり、廃液としてそのままでは下水道に排水できず、これらを除去するような処理設備も必要となる。
最近、これらの問題を解決すべく固定砥粒方式と言われる砥粒を樹脂やバインダーで固形化した砥石により研削する方法が試みられているが、スクラッチ（細かい傷）が発生するなどまだまだ問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スラリーを安定に供給する必要がなく、装置が単純化でき、コストを低下でき、かつメインテナンスが容易になるとともに、砥粒の不均一な分布やパッドの変形による所望の平面度が得られない問題点を解消できる研削材を提供することを目的とする。
本発明は、又、上記研削材の効率的な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は、基体表面にＣＶＤ法によって表面粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にある無機化合物のアモルファス層を形成させたものを研削材として使用すると、上記課題を効率的に解決できるとの知見に基づいてなされたのである。
すなわち、本発明は、ＣＶＤ法によって形成されてなり、表面粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にある無機化合物のアモルファス層を表面に有することを特徴とする研削材を提供する。
本発明は、又、基体表面に、ＣＶＤ法によって表面粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にある無機化合物のアモルファス層を形成することを特徴とする研削材の製造方法を提供する。
【０００４】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる基体としては、鉄、ニッケル、銅、アルミニウムなどの各種金属、及びこれらの合金などの板状物、直方体、円柱など種々の形状のものがあげられる。好ましくは、定盤基材であり、ヘッド圧によりたわまない十分な強度を持ち、しかもアモルファス層との密着が十分取れる材料が良い。密着性向上のため適切な前処理や下地処理を行うことができる。また、定盤の代わりに箔やプレートに形成し、定盤に接着・粘着させ固定しても良い。
本発明では、この上に直接、ＣＶＤ法によって表面粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にある無機化合物のアモルファス層を形成することができる。
ＣＶＤ法は、金属の気化性化合物ガスを用いて基材に金属やその反応物を膜として形成する方法であり、代表的な手法として、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法をあげることができる。このうち、プラズマＣＶＤ法は、低温で皮膜を形成できしかも形成スピードが速く、厚膜を形成できる最も優れた方法である。プラズマＣＶＤ法では、直流プラズマ法、ＲＦプラズマ法、ＥＣＲプラズマ法、浦本氏発明によるＵＲプラズマ法（特開平１−２５２７８１号公報及び特開平１−２５９１６３号公報）等をあげることができる。
【０００５】
ＥＣＲプラズマ法や浦本氏の発明によるＵＲプラズマ法は、皮膜の形成スピードが速く、ＵＲプラズマ法はプラズマを発生させる陰極に工夫を懲らしてあり、特に好適である。
ＵＲプラズマ法では、特開平６−２８００２５号公報記載の様な陽極に金属を用いる方法と、陽極を溶解させずに行う特開平２−２０５６８４号公報や特開平４−１１０４７３号公報記載のような方法がある。類似の構成により特開平９−１１８９８３号公報や特開平１１−２６９６５５号公報記載のような陽極を用いると特に安定した成膜が可能で本発明に用いる膜として好適な膜を安定に形成できる。上記公報に記載の方法は、本明細書に含まれるものとする。
ここでアモルファス層としては、タングステン、シリコン、シリコンの酸化物、窒化物及び炭化物、カーボン、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮから選ばれる材料で形成されるのが好ましい。これらのうち、シリコン及びＳｉＯ２が好適である。本発明で用いるアモルファス層はX回折によって結晶性を示すピークが認められないようなものが好ましい。
【０００６】
アモルファス層の厚みは表面粗さより大きい必要があり、通常５μm以上は必要で、好ましくは５〜６０μm、より好ましくは１０〜４０μmである。又、表面粗さＲａは１〜１０μｍ、好ましくは３〜６μｍある。表面粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１−１９９４に記載の方法により容易に測定することができる。
上記表面粗さは、下地を予め適度な粗さに調整しておく方法や成膜後適度な粗さに調整する方法により調整することができる。このような調整法として、機械研削法と溶解法があげられる。機械的研削法には、フライス盤などを用いて切削により種々の形状（例えば溝等）を形成したり、荒目の砥石により研削し、研削溝を形成する方法やブラスト法により凹凸を形成する方法等がある。また、溶解法には、溶液中に浸漬し、化学的作用により研磨する化学研磨法と通電し電解する電解研磨法がある。下地及び皮膜の表面粗さを調整するには、いずれか最適な方法を選択するのがよい。
【０００７】
更に下地の粗さ形成方法としては、基材上に、適度な表面粗さとなる皮膜（好ましくは多孔性セラミック皮膜）を形成し、その上にアモルファス層を形成する方法により行うことができる。このように、基材上に適度な表面粗さとなる皮膜を形成する方法としては、熔射法や陽極火花放電法による方法があげられる。特に特公昭５８−１７２７８号公報記載のような陽極火花放電法による方法では容易にＲａ１以上の皮膜が基材と密着良くしかも種々の形状のものに形成できるので好適である。このようにして設ける層の厚みは限定されないが、５〜５０μｍ程度であるのが好ましい。このような皮膜として多孔性セラミック皮膜を用いると、研削時にアモルファス層が崩壊しながら微細な砥粒を生成し、その崩壊によりチップポケットと呼ばれる新たな空隙が形成され、研削屑による目詰まりの無い研削が連続的に可能となり、高速で超精密な加工が可能となるので好ましい。又、この層の材質としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、ムライト、サイアロンなどがあげられる。
本発明の研削材では、被削材の種類は特に限定されないが、シリコン、ガラス、石英、カーボン焼結体等を好適に研削することができる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、スラリーを安定に供給する必要がなく、装置が単純化でき、コストを低下できてかつメインテナンスが容易になるとともに、砥粒の不均一な分布やパッドの変形による所望の平面度が得られない問題点を解消できる研削材を提供できる。又、本発明の研削材を用いると、遊離砥粒が飛び散り作業環境へ悪影響を与えるという問題、更に被研削物のみでなく周囲の品物も汚染する問題も解決できる。さらに、遊離砥粒によるポリッシングパッドの磨耗によるコスト増とその交換にかかる作業量の増大を回避できる。
上記利点に加えて、本発明の研削材を用いると、高い加工効率で超精密な研削がスラリーなしで可能となる。従って、シリコンウエハの製造工程における研削、シリコンウエハを用いてデバイスを製造する工程での研磨（通称CMP)、レンズや光学反射板、セラミックスの精密加工等に好適に応用可能である。
次に、実施例および比較例を示して本発明を説明する。
【０００９】
【実施例】
実施例１
平坦なアルミ製の研削装置に装着できる定盤を準備した。この盤（アルミ合金（Ａ５０５２）製）の片面に特公昭５８−１７２７８号公報の実施例３と同様にして陽極火花放電法によりポーラスなＳｉＯ₂のセラミックス層を３５μｍの厚みに形成した。この上に浦本氏発明によるＵＲプラズマガンを陰極に用い、特開平１１−２６９６５５号公報の図１に記載の陽極を用いたプラズマＣＶＤ法により、アモルファスＳｉ皮膜を３０μｍ形成した。これによりアルミ製定盤に６５μｍのＳｉＯ₂セラミックスとアモルファスＳｉ皮膜の２層から成る複合皮膜を形成した。表面粗さはＲａ５．８μｍであった。
このように皮膜を形成した定盤を、図１のような研磨装置（商品名「アブラミン」ストルアス社製）にセットし、イオン交換水を潤滑剤として下記の条件で、２５ｍｍ×２５ｍｍに切断した試験片（シリコンウエハ）を研削した。尚、この試験片は、既に平滑に研削されたものである。
【００１０】
被削材の表面粗さは研削前にはＲａ０．００３μｍであり、９時間研削後もＲａ０．００４μｍとほとんど変化せず、しかも常に約０．９ｍｇ／ｈ・ｃｍ²の研削量となり一定した平滑研削が可能であった。
研削後の定盤表面粗さはＲａ４．８μｍであり、初期の表面粗さを保持していた。更にこの実験での皮膜損耗量はたかだか５μｍであり、顕微鏡観察により下地層のＳｉＯ２セラミックス層は露呈していないことが確認できた。従って、上層のＳｉ層が研削作用を発揮したことを確認できた。
【００１１】
実施例２
実施例１と同様のアルミ定盤に下地層として同様な種類、膜厚のＳｉＯ₂セラミックスを形成し、上層に同様なＣＶＤ法によりアモルファスＳｉＯ₂皮膜１０μｍを形成した。表面粗さＲａは４．５μｍであった。
実施例１と同様にしてイオン交換水を潤滑剤として同様のシリコンウエハを研削した。被削材の表面粗さは、研削前にはＲａ０．００４μｍであり１５時間研削後もＲａ０．００７μｍとやや上昇したもののほとんど変化せず、しかも常に約０．７ｍｇ／ｈ・ｃｍ²の研削量となり、一定した平滑研削が可能であった。
研削後の定盤の表面粗さはＲａ４．４μｍであり、初期の表面粗さを保持していた。
【００１２】
比較例１
実施例１と同様な方法によりアルミ定盤に直接、ＣＶＤ法によりＳｉ皮膜３０μｍを形成した。表面粗さはＲａ０．３μｍであった。
実施例１と同様にイオン交換水を潤滑剤として同様のシリコンウエハを研削した。被削材の表面粗さは研削前にはＲａ０．００７μｍであり１５分間研削後もＲａ０．００７μｍとほとんど変化しなかったが、研削量は約０．０９ｍｇ／ｈ・ｃｍ²となり、実施例１の１／１０程度でほとんど研削されていないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】高平滑鏡面を得るための研削に通常用いられている装置の概略図を示す。図中、２はヘッド、３はテーブル（定盤）、４は被削材、５はパッド（研磨布）である。

Claims

基体上に陽極火花放電法により多孔性セラミック層が形成されており、その上にＣＶＤ法によって形成された、表面粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にあるシリコンのアモルファス層を表面に有することを特徴とする研削材。
基体表面に、陽極火花放電法により多孔性セラミック層を形成し、次いでその上にＣＶＤ法によって表面粗さＲａが１〜１０μｍの範囲にあるシリコンのアモルファス層を形成することを特徴とする請求項１記載の研削材の製造方法。