JP5082116B2

JP5082116B2 - 被研磨物保持用非金属製キャリアの製造方法

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Publication number: JP5082116B2
Application number: JP2008197350A
Authority: JP
Inventors: 良夫原田; 武馬寺谷
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP2010030016A

Description

〔技術分野〕
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、研磨布または被研磨物のいずれか一方、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非金属製キャリアの製造方法に関するものである。

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。

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）Ｃ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Ｃの外周部に設けられた外周歯である。４は、キャリアＣ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。

このキャリアＣは、そもそも、このシリコンウエハ自体が非常に薄い（０．５から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１基のキャリアＣに複数個のシリコンウエハを取り付けてあり、キャリアＣ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Ｃ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から、このときに発生する微細な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。

上記のようなキャリアの課題を解決するため、従来、キャリア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、ガラス繊維強化プラスチックを用いたものが開示され、また、特許文献３では、ステンレス鋼やＫＨ鋼、ＳＫＤ鋼、ＳＵＪ鋼などの金属材料を用いたものが開示されている。

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、または特許文献８、９には、プラスチック性キャリアに対してそれぞれＤＬＣ薄膜を形成する技術が提案されている。
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号公報特開２００６−３０３１３６号公報特開２００７−３０１７１３号公報

一般に、従来のキャリア本体は、その表面にＤＬＣ薄膜を形成する場合、まず、その本体表面を、耐摩耗性や研磨時においてＳｉウエハが汚染するのを防ぐための処理が行われている。この処理は、特許文献３、７に開示されているような金属製キャリアであれ、特許文献８、９に開示されているような繊維強化プラスチックシート製キャリアであれ、いずれにしても、鏡面状態もしくはシートの加圧成形時に平滑な面にするものである。このことは、特許文献３、７に開示されているキャリア本体の場合、その表面に形成されているＤＬＣ薄膜は、厚さが、０．１μｍ〜２０μｍと極めて薄く、必然的にキャリア本体の表面を鏡面仕上げる必要があったことを意味している。即ち、従来技術の場合、ポリッシングと称される鏡面仕上げ処理をしておかないと、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。

また、発明者らの研究によると、加圧成形によって製造されている繊維強化プラスチック製キャリア本体については、その表面にＤＬＣ薄膜を形成した場合、次のような問題もあった。
（１）繊維強化セラミックの表面に対するＤＬＣ薄膜の密着性が低く、特に平滑な表面上に形成された膜はＳｉウエハの研磨時に剥離しやすく、寿命が短いという欠点がある。
（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、もともと膜剥離を起こしやすいという問題がある。とくに、大形のキャリア本体の場合、取り扱い時に大きな変形応力を受けるので、該キャリア本体の表面が平滑だと、ＤＬＣ薄膜が、よけいに剥離しやすくなる。そこで、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。しかし、このような低残留応力のＤＬＣ薄膜の形成は困難である。
（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は長時間を必要とし、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、最近のキャリアは大型化している上、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。

従来技術が抱えている上述した課題を解決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、加圧成形時に得られるような平滑面のままではなく、逆に、研削粒子を吹き付けることにより、むしろ粗面化と硬化をもたらすような表面改質を行う処理（以下、これを「加工ブラスト処理」という）を施すと、こうした表面に形成したＤＬＣ膜は付着力が向上する。
（２）前記加工ブラスト処理した非金属製キャリア本体上に形成したＤＬＣ薄膜は、該処理によって形成される粗面化・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ていることから、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になって研磨効率が向上する。
（３）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％）に制御することによって、ＤＬＣ薄膜自体に耐磨耗性とともに柔軟性を付与され、キャリア本体の変形に追随可能な膜質となる。

上記の知見に基づき開発した本発明は、強化プラスチック製キャリア本体の表面に、粒径が１０〜８０μｍの、炭化物、酸化物および窒化物のいずれか少なくとも１種および／またはこれらのサーメットから選ばれる研削粒子を０．２〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて、該研削粒子を当該キャリア本体の表面に対して、６０〜９０°の方向から吹き付ける加工ブラスト処理を行うことにより、該表面の粗さをＲａ値で０．５０〜１．９５μｍ、Ｒｚ値で５．０〜１８．０μｍにすると共に、高さ方向のゆがみを示す粗さ曲線であるスキューネス値Ｒｓｋ値が±１以下となる粗面化・加工層を形成し、その粗面化・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非金属製キャリアの製造方法である。

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）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、
（２）前記ＤＬＣ薄膜は、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されること、
（３）前記ＤＬＣ薄膜は、炭化水素系ガスから気相析出させた、炭素と水素の固形物皮膜からなること、
が好ましい解決手段である。

本発明は、上記の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）本発明方法によれば、粗面化・加工層上にＤＬＣ薄膜が形成されているので、接着面積が拡がるため、加圧成形された平滑面上に形成されたＤＬＣ薄膜に比べて密着力が大きい。
（２）本発明方法によれば、キャリア本体の表面に加工層が形成されるので、該キャリアは、取扱い時に変形を受けることが少なくなり、ひいては、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ようになる。
（３）本発明方法によれば、上記のように取扱い時の変形が少ないキャリア方法が得られるので、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いものになる。そのため、保持したシリコンウエハが簡単に外れるようなことのないキャリアを製造することができる。
（４）本発明方法を適用して形成されたＤＬＣについて薄膜は、粗面化・加工層を有する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、上記粗面化・加工層の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。
（５）本発明方法においては、上記加工ブラスト処理を前提としているので、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薄膜の除去方法として利用することも有効であり、この処理がそのままＤＬＣ薄膜の再生処理時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。

以下、本発明に係る被研磨物保持用非金属キャリアの製造方法を説明する。
（１）キャリア本体表面に粗面化・加工層を形成するための処理
以下は、強化プラスチックとくにガラス繊維強化エポキシ樹脂キャリアを用いた例について説明するが、本発明はこの例示のキャリアだけに限るものではない。
強化プラスチック製キャリアは、一般に、後で詳述する強化プラスチックの複数枚を積層し、０．５〜１．０ｍｍ程度の厚さに仕上げられたものであって、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。このように強化プラスチック製キャリアそれ自体は、非常に薄いため、これを持ち運びする際には、変形しやすいという欠点がある。

本発明は、図１に示すようなキャリア本体の表面に、研削粒子を強く吹き付ける加工ブラスト処理を施すと、該キャリア本体の表面に粗面化させるだけに止まらず、さらにはその表面に金属製キャリア本体ほどの大きな変化は示さないが、圧縮残留応力が生じるものと推定される加工層を生成させたものである。この加工ブラスト処理において用いられる上記研削粒子としては、ＪＩＳＲ６１１１規定のＳｉＣなどの炭化物、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物、ＴｉＮなどの窒化物等のセラミック粒子（平均粒径３〜８０μｍ）またはこれらとＮｉやＣｏなどとのサーメットを、圧力０．２〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて吹き付けることにより、下記の粗さを有する粗面化・加工層を形成するようにすることが大切である。
算術平均粗さＲａ：０．５０〜１．９５μｍ
十点平均粗さＲｚ：５．０〜１８．０μｍ
なお、こうした粗面化・加工層を形成するための加工ブラスト処理の条件を上記のように限定する理由は、圧縮空気の圧力が０．２ＭＰａ未満では、加工ブラスト処理の時間が長くなるうえ、均等な粗面が得られにくいからである。一方、０．５ＭＰａより強い圧力の圧縮空気を用いると強化プラスチック製キャリア本体表面が過大に粗面化するので好ましくない。

また、本発明で適用されるより好ましい前記加工ブラスト処理の条件とは、前記のセラミック粒子やサーメット粒子、できれば硬質粒子（Ｈｖ：３００〜２０００）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に６０°〜９０°の角度で吹き付けて、該キャリア本体表面に、微細な凹凸を有する粗化面を形成すると同時に、圧縮残留応力が発現した加工層を形成する処理である。この加工ブラスト処理において、吹き付け粒子の硬さがＨｖ：３００未満、もしくはそれの飛行速度が３０ｍ／ｓｅｃ以下では、望ましい粗面化・加工層の形成ができなくなる場合がある。なお、上記硬質粒子の硬さは、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。

次に、本発明において、粗面化・加工層を上記の粗さ値（Ｒａ、Ｒｚ、Ｒｓｋ）にすることに着目した理由を説明する。研削粒子の吹き付け面、即ち、加工ブラスト処理によって形成した粗面化・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の範囲内では、ＲｚはＲａの１０倍以上に達するものが多い。

このようなＲｚの高い粗面化・加工層の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成すると、図２に示すような状態となる。即ち、加工ブラスト処理した後の強化プラスチック製キャリア本体２１の表面に形成されたＤＬＣ薄膜２４は、非常に薄い膜である。従って、実質的に、Ｒｚを決定づける凸部２３をもつ粗面部に形成されたＤＬＣ薄膜２４は、凸部２５が露出したり、露出しない場合であっても実質的な有効膜厚が得られないこととなる。このため、ＤＬＣ薄膜２４が僅かに摩耗しただけでも凸部２５のみが露出するようになる。こうした露出部は、繊維強化プラスチックの場合、繊維状のガラスやウイスカなどであるため、シリコンウエハの研磨時に微細な固形粒子となって研磨剤中に混入し、ウエハの表面に疵を発生させることがある。なお、図示の２２は、実質的にＲａで表示される粗さを示している。

本発明では、加工ブラスト処理後に必要に応じ、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、前記課題を解決することができる。また、バフや研磨紙に代えて、小さな鋼球やガラス球を吹き付けて凸部のみを選択的に消失させる方法であってもよい。

なお、表面粗さＲａを０．５０〜１．９５μｍの範囲に規制する理由は、０．５０μｍ未満では加工ブラスト処理の効果が薄く、一方、１．９５μｍ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が露出し易くなり、ＤＬＣ薄膜被覆の効果が乏しくなるからである。

次に、本発明では粗面化・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。即ち、この粗面化・加工層の粗さ特性について、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。

このＲｓｋ値は、下記式に示すとおり、基準長（Ｉ_ｒ）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^３）で割ったもので定義されるものである。

なお、Ｒｓｋ値が、図３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、その逆を負値と定義されているが、本発明ではＲｓｋ値の正負に関係なく、その“ゆがみ”を±１以下に規制することにした。

本発明において、粗面化・加工層の粗さのうち、Ｒｓｋ値を重視する理由は、粗面化・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。

例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂製のキャリア本体の平滑表面（無処理）と、その表面に対して、研削粒子を吹き付ける加工ブラスト処理を施して粗面化・加工層を形成したものについて、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。

なお、表１に示した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”を表わしているものである。また、本発明では、粗さ：Ｒａ、Ｒｚに加え、Ｒｓｋ値をも規制することにする。

また、発明者らの研究によると、本発明に従い形成された粗面化・加工層上のＤＬＣ薄膜は、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未満を示す粗面化・加工層をもつ強化プラスチック製キャリアの表面に被覆形成された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。

（２）加工ブラスト処理の効果
加工ブラスト処理を施した強化プラスチック製キャリア本体には、次のような特徴がある。
（ａ）加工ブラスト処理によって、キャリア本体の被処理面は、微細な凹凸を有する粗面となることによって、ＤＬＣ薄膜との接合面積が大きくなるとともに、ＤＬＣ薄膜の主成分を構成する炭素との化学的親和力が向上するため、ＤＬＣ薄膜の密着性が向上する。その結果、従来の金属製キャリア本体のような平滑な表面を有するものと比べると、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。

一方、加圧成形したままの強化プラスチックシートからなる平滑な表面を有するキャリア本体表面に被覆したＤＬＣ薄膜は、基材との密着強さが小さいため、残留応力の高いＤＬＣ薄膜が形成されると、非常に剥離しやすくなる欠点がある。このため特許文献３では、ＤＬＣ薄膜成膜時の残留応力を０．５ＭＰａ以下に制限している。

この点、本発明の方法に従って粗面化・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り、ＤＬＣ薄膜施工法の選択肢が多くなる。

次に、図４は、本発明方法に従って、加工ブラスト処理を施したガラス繊維強化エポキシ樹脂製のキャリア本体の表面（ｂ）と、加工ブラスト処理前の表面（ａ）の電子顕微鏡写真を示したものである。加工ブラスト処理前の表面（ａ）は比較的平坦な面であるのに対して、加工ブラスト処理を施した表面（ｂ）は、微細な肌荒れとともに円形の縞模様が明瞭に現われている。なお、この円形の縞模様はエポキシ樹脂の強度を向上させるために存在するガラス繊維である。

図４に示すの写真からも明らかなように、加工ブラスト処理前のキャリア本体の表面に形成されるＤＬＣ膜の大部分はエポキシ樹脂の表面に形成されるのに対し、加工ブラスト処理後のＤＬＣ薄膜はＳｉＯ_２を主成分とするガラス繊維上にも密着していることがわかる。ＤＬＣは薄膜の主成分である炭素は、ＳｉＯ_２との化学結合性にも優れているため、粗面化による接合面積の増大に加え化学的結合力をも付加された状態となるので、密着性は一段と向上することとなる。

また、図５は、図４の表面粗さを測定した結果を示したものであり、加圧成形後の表面は平滑であるものの、Ｒｓｋ値が大きく”キャリア本体“が”ゆがんで”いる様子が伺える。加工ブラスト処理はこの”ゆがみ“をとる効果を示唆していることも理解できる。

（ｃ）加工ブラスト処理に要する時間は、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。

（３）キャリア本体（基材）について
上述した加工ブラスト処理の効果を活用できる非金属製キャリア本体としては、
強化プラスチックやセラミック等が用いられる。
ａ．強化プラスチック：高強度の補強材と積層用合成樹脂シートを積層し、加工成形したものが用いられる。例えば、補強材としては、ガラス繊維の他、カーボン繊維、ウイスカ、アスベスト、マイカなどの無機材料やアラミド繊維、綿、麻、レーヨン、ビニロン、テトロン、アクリルなどの各種の繊維が用いられる。これらに対し、積層用基材としての合成樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アラミド樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂の他、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂からなるものが用いられ、これらの複数枚の樹脂シートを加圧成形してキャリア本体が得られる。

（４）ＤＬＣ薄膜の被覆形成方法
加工ブラスト処理を施して粗面化・加工層を形成したキャリア本体の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成する方法としては、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）などの方法が有利に適合する。以下、プラズマＣＶＤ法の例について説明する。

図６は、前述のような処理を経て粗面化・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６１と、この反応容器６１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６４、被処理体（以下、「キャリア本体」という）６２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６５が配設されているほか、導体６３およびキャリア本体６２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６６が、高電圧パルス発生電源６４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６３およびキャリア本体６２は、高電圧導入部４９を介して重畳装置６６に接続されている。

このプラズマＣＶＤ装置は、反応容器６１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６１を真空引きする真空装置（図示せず）が、それぞれバルブ６７ａおよび６７ｂを介して反応容器６１に接続される。

このプラズマＣＶＤ装置を用いて、キャリア本体６２の表面にＤＬＣ薄膜を成膜させるには、まず、キャリア本体６２を反応容器６１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６１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６１内に導入する。なお、本発明に係る強化プラスチック製キャリア本体は、一般に絶縁体であるため、電気伝導体の金属とあわせて配設する。この結果、非金属製キャリア本体は恰も金属電極と同じような挙動を示すこととなる。

次いで、プラズマ発生用電源６５からの高周波電力をキャリア本体６２に密着させている金属板に印加する。なお、反応容器６１は、アース線６８によって電気的に中性状態にあるため、キャリア本体６２は、相対的に負の電位となるため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６２（正確にはこれを保持した金属板）のまわりに発生することになる。

そして、高電圧パルス発生装置６４からの高電圧パルス（負の高電圧パルス）をキャリア本体６２に印加すると、炭化水素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６２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６２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６１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、被処理体６２のまわりに気相析出し、該キャリア本体６２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。

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ア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。

（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、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。

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

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。

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から数ＧＨｚの範囲で変化させることができる。

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、およびこれにＳｉ、Ａｌ、ＹおよびＭｇなどのいずれか１種のものが添加された金属有機化合物を用いる。

（イ）常温（１８℃）で気相状態のもの
ＣＨ_４、ＣＨ_２ＣＨ_２、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_３、ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３
（ロ）常温で液相状態のもの
Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３、Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_２ＣＨ、Ｃ_６Ｈ_４（ＣＨ_３）_２、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_４ＣＨ_３、Ｃ_６Ｈ_１２、Ｃ_６Ｈ_４Ｃｌ
（ハ）有機Ｓｉ化合物（液相）
（Ｃ_２Ｈ_５Ｏ_２）４Ｓｉ、（ＣＨ_３Ｏ）_４Ｓｉ、［（ＣＨ_３）_４Ｓｉ］_２Ｏ

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。

（５）本発明方法に従い形成されたＤＬＣ薄膜
上記のように粗面化・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湾曲したり変形したときに、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％（ａｔ％）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の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。

（実施例１）
この実施例ではガラス繊維強化エポキシ樹脂製の試験片（寸法幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ７ｍｍ）を用い、その表面を加工ブラスト処理したものと、加工ブラスト処理をしない未処理状態のものについて、ＤＬＣの密着性をスクラッチ試験によって評価した。

（１）加工ブラスト処理
加工ブラスト処理として、粒径範囲１０〜８０μｍのＳｉＣ研磨粒子を用い０．３ＭＰａの圧縮空気によって試験片面に吹きつけ、下記の表面粗さのものを準備した。
（Ｎｏ．１）Ｒａ：０．５０〜１．８９μｍＲｚ：５．２〜９．６９
（Ｎｏ．２）Ｒａ：１．４〜１．５２μｍＲｚ：６．５〜１１．４
なお比較例として加圧形成された状態の試験片表面の粗さは次の通りであった。
（Ｎｏ．３）Ｒａ：０．１１〜０．２０μｍＲｚ：２．２７〜４．２７

（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、水素含有量１６．５％のＤＬＣ薄膜を５μｍの厚さに被覆した。

（３）スクラッチ試験
スクラッチ試験は、一定の荷重を付加したダイヤモンド圧子でＤＬＣ薄膜に直線の切り傷を付け、このときに発生するＤＬＣ薄膜のはく離の有無とその程度によって密着力を評価した。

（４）試験結果
試験結果を表２に示した、この結果から明らかなように、本発明に係る加工ブラスト処理をほどこしたＤＬＣ薄膜（No．１、No．２）は、ダイヤモンド圧子による引掻き傷のみが発生し、周辺のＤＬＣ薄膜には、全く以上は認められなかった。しかし、比較例のＤＬＣ薄膜（No．３）は引掻き傷周辺の薄膜も大きくはく離し、密着性に乏しいことが分かった。
なお図７は試験後の引掻き傷の外観状態を示したものであり、加工ブラスト処理によるＤＬＣ薄膜の密着性向上がよく観察できる。

（実施例２）
この実施例では、先に図１に示した形状のガラス繊維強化エポキシ樹脂のキャリア本体
を用いて、直径２００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのＳｉウエハを研磨して、本発明の効果を実
証した結果である。キャリア本体の全面に対して、下記の前処理とＤＬＣ膜を形成した。

（１）本発明に係る前処理とＤＬＣ膜
加工ブラスト処理によって、キャリア本体を表面をＲａ：０．６８〜１．５１μｍ、Ｒｚ：５．０１〜１１．８８μｍの粗面化を行った後、その上にＤＬＣ膜を３μｍ厚に形成した。ＤＬＣ膜中に水素含有量は１４原子％、残部は炭素である。

（２）比較例の前処理とＤＬＣ膜
加工ブラスト処理をしない平滑なキャリア本体の表面のＲａ：０．０８〜０．６４μｍ、Ｒｚ：２．５２〜５．９５μｍのものに対して、その上に本発明と同質のＤＬＣ膜を３μｍ厚に皮膜した。

（３）試験結果
研磨剤として、コロイダイシリカを研磨材とする水スラリを用い、Ｓｉウエハの研磨を行った結果、本発明法に従ってＤＬＣ膜を形成したキャリア本体を用いた場合は、Ｓｉウエハの表面をＲａO．０１μｍに仕上げるのに約２５分で終了したのに対し、比較例のＤＬＣ膜を被覆したキャリア本体では５８分を要した。また、比較例のＤＬＣ膜を形成したキャリア本体で研磨したＳｉウエハの研磨面にはスクラッチ状の痕の発生は認められなかった。
なお上記試験を複数回繰り返したところ、本発明のキャリア本体は１０回の試験後も、ＤＬＣ薄膜にははく離などの以上は認められなかったが、比較例のＤＬＣ薄膜は微小な剥離が数箇所に発生していた。

（実施例３）
この実施例では、実施例２と同じキャリア本体を用いＳｉウエハの研磨条件におけるキ
ャリア本体のＲｓｋ値の影響を調査した。
キャリア本体の全面に対して、下記の前処理とＤＬＣ膜を形成した。

（１）本発明に係る前処理とＤＬＣ膜の性状
加工ブラスト処理によって、キャリア本体を表面をＲａ：０．６５〜１．８８μｍ、Ｒｚ：５．１５〜１０．８８μｍの粗面化し、同時に計測したＲｓｋ値が±０．４〜０．８の範囲にあることを確認した。その後、この表面に本発明に係るＤＬＣ膜を３μｍ厚に形成した。

（２）比較例の前処理とＤＬＣ膜の性状
加工ブラスト処理をしないキャリア本体の表面粗さはＲａ：０．１０〜０．５８μｍ、Ｒｚ：２．８８〜６．０５μｍかつＲｓｋ値は＋１以上の範囲にあった。この表面に本発明と同じＤＬＣ薄膜を３μｍ厚に形成した。またＤＬＣ薄膜中の水素含有量は１７原子％であり、残部は炭素であった。

（３）試験結果
コロイダルシリカを研磨材とする水スラリ研磨剤を用いて、Ｓｉウエハの研磨を行った結果、本発明のＤＬＣ薄膜を形成したキャリア本体を用いた場合、Ｓｉウエハの表面をＲａO．０１μｍに仕上げるのに約２３分で終了するとともに、研磨面の平行度は管理値の範囲にあり、非常に精度よく研磨されていた。これに対して、比較例のＤＬＣ膜を形成したキャリア本体を用いた場合には、所定の研磨面を得るための時間に３０分を要するうえ、研磨面の平行度も低下しバラツキが認められた。

本発明の、前処理として加工ブラスト処理を施すＤＬＣ薄膜技術は、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。

シリコンウエハ研磨用非金属製キャリア本体の平面図である。非金属製キャリア本体の表面に加工ブラスト処理を施した表面粗さと、その上に形成したＤＬＣ薄膜の断面模式図であり、（ａ）はＲｚ値よりも薄いＤＬＣ薄膜が形成された場合、（ｂ）はＲｚ値よりも厚いＤＬＣ薄膜が形成された場合である。非金属製シリコンウエハ研磨用キャリア本体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。ガラス繊維強化エポキシ樹脂製のキャリア本体の表面（ａ）とその面を加工ブラスト処理した表面（ｂ）のＳＥＭ写真である。図４のキャリア本体の表面粗さを測定した結果を示したもので、（ａ）は加圧成形状態のキャリア本体、（ｂ）は加工ブラスト処理後の表面である。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。引掻き試験部のＤＬＣ薄膜の表面状態を示す拡大写真である。

符号の説明

１．シリコンウエハの保持孔
２．研磨剤の供給孔
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．Ｒａで表示される粗さ
２３．Ｒｚで表示される粗さ
２４．ＤＬＣ薄膜
６１．反応容器
６２．被処理体（キャリア本体）
６３．導体
６４．高電圧パルス電源
６５．プラズマ発生源
６６．重畳装置
６７（ａ）、６７（ｂ）．バルブ
６８．アース線
６９．高電圧導入装置

Claims

強化プラスチック製キャリア本体の表面に、粒径が１０〜８０μｍの、炭化物、酸化物および窒化物のいずれか少なくとも１種および／またはこれらのサーメットから選ばれる研削粒子を０．２〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて、該研削粒子を当該キャリア本体の表面に対して、６０〜９０°の方向から吹き付ける加工ブラスト処理を行うことにより、該表面の粗さをＲａ値で０．５０〜１．９５μｍ、Ｒｚ値で５．０〜１８．０μｍにすると共に、高さ方向のゆがみを示す粗さ曲線であるスキューネス値Ｒｓｋ値が±１以下となる粗面化・加工層を形成し、その粗面化・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非金属製キャリアの製造方法。
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１に記載の被研磨物保持用非金属製キャリアの製造方法。
前記ＤＬＣ薄膜は、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され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非金属製キャリアの製造方法。
前記ＤＬＣ薄膜は、炭化水素系ガスから気相析出させた、炭素と水素の固形物皮膜からな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非金属製キャリアの製造方法。