JPH03251370A - 超精密研削用ダイヤモンド砥石およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、極めて平滑な研削面を能率よく形成するこ
とのできる超精密研削用ダイヤモンド砥石およびその製
造法に関するものであり、この超精密研削用ダイヤモン
ド砥石はシリコンウェハーなどの表面研削に用いられる
ものである。

〔従来の技術〕

一般に、基体表面に気相合成法により人工ダイヤモンド
粒子を析出生成させたダイヤモンド砥石（以下、これを
ダイヤモンド砥石という）は知られており、このダイヤ
モンド砥石は、ガラス、グラファイト、セラミックスな
どの表面研削に使用されている。上記ダイヤモンド砥石
を用いてシリコンウェハーなどの超精密研削を行う場合
には、上記シリコンウェハーを上記ダイヤモンド砥石を
用いて研削したのち、さらに遊離砥粒を用いたラッピン
グおよびパフ研磨などのポリッシングを行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記シリコンウェハーのポリッシングが完了する
までには、長時間を要し、またシリコンウェハーの表面
をラッピングおよびポリッシングすると、シリコンウェ
ハーの表面に約２０ｔ１ｍの加工変質層が形成され、シ
リコンウェハーの最終製品を作製するためには上記加工
変質層をエツチングにより除去しなければならず、エツ
チングによる材料および時間のロスはシリコンウェハー
のコストを上昇させる原因となっていた。

一方、ダイヤモンド砥石のグラインディングにより形成
される加工変質層の層厚は小さく、上記グラインディン
グによるシリコンウェハー表面に形成される加工変質層
の厚さは３μｓ程度であることが知られている。

したがって、シリコンウェハーが鏡面研磨され、その表
面に形成される加工変質層の厚さを小さくするためには
、可及的に小さな粒径を有するダイヤモンド粒子が付着
したダイヤモンド砥石を用いて研削し、上記ラッピング
およびポリッシングの工程を省略すればよい。しかしな
がら、過度に粒径の小さなダイヤモンド粒子が付着した
ダイヤモンド砥石を用いてシリコンウェハーを研削する
と、研削開始後、短時間のうちに目づまりを起こし、研
削能率が激減するという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、研削能率を低下させることなく
表面粗さの極めて小さな研削面を得ることのできるダイ
ヤモンド砥石を製造すべく研究を行った結果、 鏡面研磨された砥石基体表面に、多数の溝を形成し、つ
いで上記溝を有する鏡面研磨された砥石基体表面に人工
気相合成法により均一微細なダイヤモンド粒子を析出生
成させると、表面粗さの極めて小さな人工気相ダイヤモ
ンド砥石を作製することができ、さらに研削屑粉は上記
溝を通して排出されるのでいつまでも研削能率は低下す
ることがないという知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、 溝を有する砥石基体表面に人工気相合成法によるダイヤ
モンド粒子を析出生成せしめた超精密研削用ダイヤモン
ド砥石およびその製造法に特徴を有するものである。

上記溝は、その断面形状はいかなる形状のものでもよく
、砥石基体表面に形成される溝模様もいかなるものでも
よい。基体表面に溝が存在することが必要なのである。

上記人工気相ダイヤモンド砥石を作製するための砥石基
体の材料は、人工気相合成法によりダイヤモンド粒子が
析出生成されるならば、いかなる材料を用いてもよい。

この発明の超精密研削用ダイヤモンド砥石およびその製
造法を図面を用いて一層具体的に説明する。

第１図は、鏡面研磨された砥石基体表面に交叉するＵ字
溝を形成したこの発明の超精密研磨用ダイヤモンド砥石
の製造に用いる基体表面拡大図、第２図は、交叉するＵ
字溝によって砥石基体表面に形成された角柱突起の平面
に人工ダイヤモンド粒子を析出生成させた状態を示す拡
大斜視説明図、 である。

第１図に示されるように、通常のフォトエツチング法に
より鏡面研磨した砥石基体１の表面２にＵ字溝３を交叉
するように形成すると、第２図に示されるようにＵ字溝
３で囲まれた多数の角柱突起４が形成される。このよう
な角柱突起４を有する基体１に通常の気体合成法により
人工ダイヤモンド粒子を析出生成せしめると、先ず陸用
５に人工ダイヤモンド粒子７が析出生成し、はぼ同時に
上記角柱突起４の陵線６および１４面に均一に人工ダイ
ヤモンド粒子７が形成されるのである。

このようにＵ字溝３を有する第２図に示されるような人
工気相ダイヤモンド砥石を用いて研削を行った場合、研
削屑粉は上記Ｕ字溝３を通して排出されるので、いつま
でも研削能率は低下しない。

先にも述べたように、砥石基体の材料は、Ｍｏ。

Ｗ、超硬合金、ＳｉＯＳｉＣ，Ｓｉ、５ｔ３Ｎ４゜２′ Ａ、Ｑ　Ｎ、サイアロンなどを用いることが可能である
が、この発明では、通常のフォトエツチング法により簡
単に均一狭幅なＵ字溝を形成する必要があること、シリ
コンウェハー研削時にシリコンウェハーを汚染しないこ
と等を考慮すると、シリコンウェハーと同一または類似
の材質であるＳｔまたはＳ　Ｉ　Ｏ２を砥石基体の材料
とすることが一層好ましい。

第３図には、通常のフォトエツチング法により砥石基体
表面に交叉するＵ字溝および角柱突起を有する砥石基体
を作製する工程が記載されている。

第３図の（ａ）工程に示されるように、表面を鏡面研磨
した砥石基体１の表面に、フォトレジスト８を塗布する
。フォトレジスト８にはポジ型フォトレジストおよびネ
ガ型フォトレジストがあり、第３図（ａ）　工程では露
光部分のフォトレジストが残存するネガ型フォトレジス
トを使用したものが記載されている。このフォトレジス
ト８を塗布した砥石基体１の上に、　（ｂ）工程で示さ
れるように、不透明部分１１を有するフォトマスク９を
重ね合せ、上から紫外線１０を当てることによりフォト
レジスト８を感光させる。

この感光したフォトレジスト８を現像すると（Ｃ）工程
に示される如く未感光のフォトレジスト部分のみが除去
され、感光したフォトレジスト部分は基板１上に残存す
る。この残存したフォトレジスト８を有する砥石基体１
をエツチングすると（ｄ）工程に示される如くフォトレ
ジスト膜のない部分のみがエツチングされてＵ字溝３が
形成され、最後に上記残存したフォトレジスト８を除去
することにより、この発明で使用する角柱突起４を有す
る砥石基体１が作製される。

以上、砥石基体表面にＵ字溝を有するダイヤモンド砥石
およびその製造法について第１図〜第３図を用いて説明
してきたが、この発明の砥石基体表面に形成される溝は
Ｕ字溝に限定されるものではなく、いかなる断面形状の
溝であってもよく、その溝の大きさは、幅：　０．０５
〜１０睡、深さ＝０．０１〜５μｓの範囲内にあること
が好ましい。

さらに、この発明の超精密研磨用ダイヤモンド砥石の表
面粗さ、すなわち、第２図の角柱突起４のダイヤモンド
７が密着している平面部分の表面粗さは、１０〜７７ｎ
ｍであることが好ましい。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明を実施例を用いて一層具体的に説明す
る。

実施例　１ 直径：　１５０　ｍｌｎ％厚さ：３ｍｍの合成石英円板
を用意し、この合成石英円板の表面をラッピングしたの
ち、ポリッシングし、このポリッシングした合成石英円
板の表面をアルカリ脱脂により清浄し、水分を十分除去
したのち、フォトレジスト液を塗布した。ここで使用し
たフォトレジスト液はＯＦ　Ｐ　Ｒ−８００と称するポ
ジ型フォトレジスト液である。

上記塗布したフォトレジスト液の溶媒を、温度：１１０
℃、９０秒間保持のプレベークすることにより蒸発させ
、ラップ仕上した合成石英円板の表面にフォトレジスト
膜を形成した。

一方、格子状フォトマスクを用意し、このフォトマスク
を上記フォトレジスト膜を有する合成石英円板の上に重
ね合せ、波長：　４３６ｒ＋ｍの水銀灯を用いて上記フ
ォトマスクの上から紫外線を照射し、上記合成石英円板
表面のレジスト膜を感光させた。

この感光した合成石英円板表面のレジスト膜を現像する
と感光部分のフォトレジストは溶出し、フォトレジスト
膜がタイル状に残った。このタイル状フォトレジスト膜
の付着した合成石英円板をポストベークすることにより
現像液、リンス液を除去し、さらに熱架橋で接着性を改
善したのち、エツチング液に浸漬してフォトレジスト膜
のない合成石英円板部分をエツチングし、合成石英円板
表面に格子状のＵ字溝を形成した。

上記エツチング条件は、下記の通りである。

エツチング液： 硝酸第２セリウム・アンモニウムＡ７ｇ。

過塩素酸：５ｃｃ。

純　　水　　：　１００ｃｃ　％ エツチング液の温度：室温、 上記エツチング終了後、不用のフォトレジスト膜を剥離
液を用いて剥離し、表面に幅：５虜、深さ＝１雁の寸法
のＵ字溝および、たて：５ｕｍ５横：５ｔｌｎの寸法の
平面をもつ角柱突起を有する合成石０ 英円板基体を作製した。

この合成石英円板基体を、反応混合ガスを加熱し活性化
する手段として金属タングステン製フィラメントの熱電
子放射材を用いる特開昭５８−９１１００号公報に記載
されるような人工ダイヤモンド析出生成装置に装入し、 反応容器：内径：　２００　ｍｍφの石英管、反応混合
ガス組成：ＣＨ４／Ｈ２＝１／ｌ００（容量割合）熱電
子放射材と円板状合成石英基体表面との距離：　３０ｍ
ｍ５ 反応容器内雰囲気圧カニ　３０Ｔｏｒｒ。

熱電子放射材の加熱温度：　２０００℃、熱電子放射材
による円板状合成石英基体の加熱温度二８５０℃、 反応処理時間二３時間、 の条件で処理することにより、人工ダイヤモンド粒子を
上記円板状合成石英基体上に析出生成させ、この発明の
超精密研削用ダイヤモンド砥石を作製し、このダイヤモ
ンド砥石を直径：　２００　ｎｏ＋＋のバックアップ回
転テーブルに取付けた。

一方、たて：１ｃｍ、横：：１ｃＩＩ＋、厚さ：０．［
ｉｍｍの寸法を有し、重さ：　０．１５ｇの板状シリコ
ンウェハーを用意し、この板状シリコンウェハーを、バ
ックアップ周速度：９０ｍ／ｌｌ１ｉｎで回転している
バックアップ回転テーブル上のダイヤモンド砥石に圧カ
ニ３００ｇ／ｃ−で５分間押付けて表面研削し、上記板
状シリコンウェハーの研削前後の重さを測定して研削量
を求め、さらに上記板状シリコンウェハーの研削加工面
の粗さを測定し、それらの結果を第１表に示した。

比較例　１ 実施例１で用意した合成石英円板の表面をラッピングし
たのちポリッシングし、このポリッシングしたままの溝
なしの合成石英円板表面に実施例１と同じ条件で人工ダ
イヤモンド粒子を析出生成させ、比較ダイヤモンド砥石
を作製した。このダイヤモンド砥石を用いて実施例１と
全く同一条件で板状シリコンウェハーを研削し、この板
状シリコンウェハーの研削前後の重さを求めて研削量を
測定し、さらに研削加工面の表面粗さを測定して、１ ２ それらの測定結果を第１表に示した。

実施例　２ 直径：　１５０１１１１％厚さ：１ｍｍの金属ｓｔ製同
円板用意し、この金属Ｓｉ製円板を、 エツチング液：濃度８０％のフッ酸：１、濃度８０％の
硝酸：４、 濃度８０％の酢酸＝３、 の割合で混合した混合液、 エツチング液の温度：室温、 の条件でエツチング処理を行う以外はすべて実施例１と
全く同様に処理をすることにより、角柱突起を有する金
属Ｓｉ製円板基体を作製し、ついで上記金属Ｓｔ製内円
板基体表面、 反応時間二３時間、 とする以外は上記実施例１と全く同一条件で人工ダイヤ
モンド粒子を析出生成させ、この発明の超精密研削用ダ
イヤモンド砥石を作製した。

このダイヤモンド砥石を用いて実施例１と全く同様にし
て板状シリコンウェハーを研削し、その板状シリコンウ
ェハーの研削前後の重さを求めて４ 研削量を測定し、さらに上記Ｓｊ製同円板砥石基体とし
たダイヤモンド砥石を用いた板状シリコンウェハーの研
削加工面の粗さを測定し、それらの結果を第１表に示し
た。

比較例　２ 実施例２で用意した金属Ｓｌ製円板の表面をラッピング
したのちポリッシングし、ポリッシングしたままの溝な
しの金属Ｓｉ製円板を砥石基体として実施例２と同一条
件で人ｌ−ダイヤモンド粒子を析出生成させ、比較ダイ
ヤモンド砥石を作製した。このダイヤモンド砥石を用い
て実施例１と全く同一条件でシリコンウェハーを研削し
、そのシリコンウェハーの研削量を測定するとともに研
削加工面の粗さを測定し、それらの結果を第１表に示し
た。

〔発明の効果〕

第１表の結果から、同一加工面粗さに研磨するダイヤモ
ンド砥石であってもダイヤモンド砥石の表面に溝を設け
ることにより、研削能率が大幅に向上することがわかり
、この発明のダイヤモンド砥石を用いることによりシリ
コンウェハーの表面研削によるコストを大幅に低くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、表面に交叉するＵ字溝を形成したこの発明の
超精密研磨用ダイヤモンド砥石の製造に用いる基体表面
拡大図、 第２図は、交叉するＵ字溝によって基体表面に形成され
た角柱突起の平面に人工ダイヤモンド粒子を析出させた
状態を示す斜視説明拡大図、第３図は、フォトエツチン
グ法により基体表面にＵ字溝を形成する方法を示す説明
図、である。 １・・・砥石基体、　　　　　２・・・表　面、３・・
・Ｕ字溝、　　　　　　４・・・角柱突起、５・・・陵
　角、　　　　　　６・・・陵　線、７・・・人工ダイ
ヤモンド粒子、 ８・・・フォトレジスト、　　９・・・フォトマスク、
１０・・・紫外線、　　　　　　１１・・・不透明部分
。 ５ ６ 第 ２ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溝を有する砥石基体表面に人工気相合成法により
   析出生成したダイヤモンド粒子が密着していることを特
   徴とする超精密研削用ダイヤモンド砥石。
2. （２）砥石基体の表面にフォトエッチング法により溝を
   形成し、ついで上記溝を有する砥石基体表面に気相合成
   法により人工ダイヤモンド粒子を析出生成せしめること
   を特徴とする超精密研削用ダイヤモンド砥石の製造法。