TWI389766B - 被研磨物固定用載體 - Google Patents

Description

被研磨物固定用載體

本發明係關於在安裝有研磨布的上下一對固定盤間，挾持著作為半導體元件基板的矽晶圓等被研磨物，一邊施行壓接，一邊使研磨布或被研磨物中任一者或二者同時進行旋轉，而對該矽晶圓表面施行研磨用的被研磨物固定用載體。

近年來，半導體工業等領域中，矽晶圓、化合物半導體晶圓、鋁製磁碟基板、玻璃製磁碟等製造程序中，有對該等構件表面精密地施行研磨之處理步驟。在該處理中，當對矽晶圓等被研磨物施行研磨之際，普通係使用為保持被研磨物用，具有固定孔且外周緣部設有與雙面研磨加工機的內齒輪或太陽齒輪相嚙合之外環齒的載體。

例如，圖1所示係對矽晶圓施行研磨之際所使用圓板狀載體(亦稱「固定架」)C的外觀。其中，1係矽晶圓的固定孔，配合該矽晶圓的形狀設置複數個。2係供應由使細微研磨粒子懸浮之水漿的研磨劑供應孔，亦是設置複數個。3係在載體C外周部設置的外環齒。4係為減輕載體C本身重量用的各種形狀貫穿孔。

該載體C因為矽晶圓本身便屬非常薄(0.5至未滿1mm)，且載體本體亦是由薄材料製作成，且因為會與矽晶圓一起施行研磨，因而必需耐磨損性優異。此外，最近的矽晶圓有出現直徑12吋(約30cm)的大型物，且在1個載體C上安裝複數個矽晶圓，載體C的大小形成直徑超過1m的大型物。此種大型載體C在處置時，因為會被施加較大的變形應力，因而多數情況會出現矽晶圓遭受破損或脫落的問題。且，在矽晶圓施行研磨時，因為載體本體亦會被研磨，因而此時所產生的細微粒子會成為矽晶圓純度降低的原因。特別係在講求高品質矽晶圓的今日，會有忌諱因研磨而從載體本體中溶出微量金屬離子存在的狀況，載體本體的材質檢討與表面處理皮膜的開發亦成為重要的檢討課題。

為能解決如上述的載體問題，習知相關載體有如下述的提案。例如專利文獻1、2揭示有使用經非金屬質玻璃纖維施行強化的高分子材料，且專利文獻3揭示有使用不銹鋼、SKH鋼、SKD鋼、SUJ鋼等金屬材料。

再者，專利文獻4揭示有在載體表面施行陶瓷塗敷的金屬製載體，在專利文獻5揭示有表面被覆金屬鍍敷的SK鋼製載體。此外，專利文獻6揭示有在金屬製載體的表面上熔接陶瓷粒子後，再於其上被覆著DLC薄膜(類鑽碳的薄膜)的技術，而專利文獻3、7提案有在金屬製載體的表面上直接形成DLC薄膜的技術。

[專利文獻1]日本專利特開2001-038609號公報

[專利文獻2]日本專利特開平11-010530號公報

[專利文獻3]日本專利第3974632號公報

[專利文獻4]日本專利特開平4-26177號公報

[專利文獻5]日本專利特開2002-018707號公報

[專利文獻6]日本專利特開平11-010530號公報

[專利文獻7]日本專利特開2005-254351號公報

上述習知技術中，專利文獻3、7所揭示之在所謂金屬製載體本體的表面上被覆形成DLC薄膜的方法，係使用對該載體本體表面施行拋光，即施行鏡面拋光處理。此情況意味著該等專利文獻3、7所揭示的載體本體，因為表面所形成的DLC薄膜厚度屬於0.1μm~20μm的極薄狀態，因此必需將基材表面修整為鏡面。即，因為該等技術的情況，若施行通稱「拋光」的鏡面拋光，係無法均等地被覆形成0.1μm左右的DLC薄膜。

但，根據發明者等的研究，得知經施行鏡面拋光的載體本體之情況，若在鏡面上形成DLC薄膜，便會有如下述問題。

(1)載體本體表面的鏡面拋光需要較多的作業時間，導致成本增加。特別係當形成厚達0.1μm的DLC薄膜時，即使僅存在些微的研磨傷痕，該地方仍多會成為DLC薄膜的缺陷原因。

(2)因為DLC薄膜係屬於以由烴系氣體所生成的碳與氫為主成分之非晶狀固形物，因此在成膜時會內藏較大的殘留應力，導致發生容易剝離的問題。特別係若板厚較薄的載體本體表面呈鏡面，則該載體本體會承受較大的變形應力，當在該本體表面上被覆著DLC薄膜時，便會變為特別容易剝離。就此點而言，專利文獻3提案將DLC薄膜的殘留應力限制在0.5MPa以下，但得知此種低殘留應力的DLC薄膜形成係以電漿CVD法的適用為條件。

(3)僅再利用DLC薄膜時，除殘存DLC薄膜的除去較為困難之外，更因為施行鏡面拋光，因而需要較長時間，導致作業效率降低，造成製品成本增加。

(4)再者，習知DLC薄膜呈現不易被水濕潤的疏水性，因而水漿狀研磨劑(例如使膠質二氧化矽分散的水)不會均等地分散於膜表面，即使對矽晶圓表面亦會發生不均等地接觸，因而被指出研磨面的修整精度差。即，研磨面局部性無法獲得均等的鏡面，研磨面的平行度(平坦度)降低，因此會有欲修整為既定研磨面時需要耗費長時間的問題。

(6)依此的話，最近的載體除大型化之外，尚因為由較薄金屬製作，且多數配設各種大小的孔，因而會有處置時無法避免發生較大變形的情形，導致DLC薄膜容易發生龜裂、局部剝離的問題。

為解決習知技術的上述問題經深入鑽研，結果發明者等獲得如下述發現：

(1)不對載體本體表面施行鏡面拋光，相反地，吹拂研削粒子而施行某些表面改質的處理(以下稱「加工噴擊處理」)，藉此在對該表面施行粗面化之同時，亦對該表面施加應力附加或加工硬化，若在將其表面改質為粗面化‧加工層的情況下，被覆形成DLC薄膜，便可提升膜的附著力。

(2)載體本體表面係利用上述加工噴擊處理，便可對載體本體附加壓縮殘留應力或加工硬化，藉此便可提高載體本體的剛性，俾可縮小載體本體的變形度。

(3)在具有粗面化‧加工層的載體本體上所形成DLC薄膜，因為受其粗面化‧加工層的影響，會微觀性地形成平緩凹凸，因而在矽晶圓研磨時研磨材粒子會滯留於凹部中，而提升研磨效率。

(4)由非晶狀固形膜所構成之DLC薄膜，係藉由將氫含有量控制為12~30at%(原子%)，便可同時對DLC薄膜自體賦予耐磨損性與柔軟性，形成可追蹤載體本體變形的膜質。

即，本發明被研磨物固定用載體的特徵在於：在具有粗面化‧加工層的金屬製載體本體表面上，介隔著該粗面化‧加工層而形成DLC薄膜。

另外，本發明被研磨物固定用載體的較佳解決手段係如下：

(1)上述粗面化‧加工層係利用由陶瓷粒子或金屬陶瓷粒子構成的研削粒子吹拂，而成為由細微凹凸構成的粗面化層，並顯現出壓縮殘留應力或加工硬化中至少其中一者的加工層；

(2)上述粗面化‧加工層係表面粗糙度就Ra值調整為0.05~0.85μm範圍內、就Rz值調整為0.09~1.99μm範圍內；

(3)上述粗面化‧加工層係表面粗糙度Rsk值未滿±1的範圍；

(4)上述DLC薄膜係具有超過上述粗面化‧加工層的粗糙度Rz(0.09~1.99μm)，且20μm以下的膜厚；

(5)上述DLC薄膜係氫含有量13~30原子%，而其餘為碳構成的固形碳氫化合物皮膜；

(6)上述金屬製載體本體係由從鋁合金、鈦合金、不銹鋼、SK鋼、SKH鋼等特殊鋼中選擇任一種以上的金屬‧合金構成。

藉由採用本發明的上述技術手段，便可獲得如下述效果：

(1)用以形成載體本體表面的粗面化‧加工層之加工噴擊處理，係較習知技術的鏡面拋光處理容易，可縮短處理時間並提升生產性。

(2)因為藉由本發明，在粗面化‧加工層上所形成的DLC薄膜，黏合面積會變大，因而相較於在鏡面拋光面形成的DLC薄膜之下，密接力較大。

(3)依照本發明所形成的粗面化‧加工層，因為係對載體本體表面施行加工噴擊處理而形成，因此至少表面施行加工硬化，且亦會產生壓縮殘留應力，因而載體本體的剛性上升。結果，在載體本體的處置時，變形情況便會消失，使處置等趨於容易。

(4)根據本發明的載體，因為處置時的變形較少，因而即使其表面上所形成的DLC薄膜發生較大殘留應力，仍不會剝離。結果，DLC薄膜的形成方法不僅可採用電漿CVD法，尚可採用離子化蒸鍍法、電弧離子鍍法、電漿激發法等多種方法。

(5)根據本發明所獲得的載體，因為處置時的變形較少，因此在該載體上所安裝的矽晶圓便不易受到因變形所衍生的應力。故，如習知，在處置時不會有矽晶圓偏離載體外的情況發生。

(6)藉由採用本發明，在粗面化‧加工層上所形成的DLC薄膜，因為受載體本體表面的影響，在保持微觀凹凸的情況下，成為矽晶圓研磨時所必要平坦度的表面，因而當對矽晶圓施行研磨時，水漿研磨劑中所含的膠質二氧化矽等超微粒子(0.01~0.1μm)便容易殘留於凹部中。且，此種凹部係均等地存在於DLC薄膜表面上，因而不僅提升矽晶圓的研磨效率，且研磨自身亦會均等實施而改善品質。

(7)上述加工噴擊處理不僅對新的載體本體施行DLC薄膜形成時有效，就連DLC薄膜的除去法亦屬極有效，因而亦可直接使用於DLC薄膜再利用的前處理，就成本面而言屬有利。

以下，針對本發明被研磨物固定用載體的構造，連同製造方法一併進行說明。

(1)用以在金屬製載體本體表面上形成粗面化‧加工層的處理

以下，針對金屬製載體係使用不銹鋼(SUS304)的例子進行說明。金屬製載體一般係修整為0.5~1.0mm左右的厚度，且外觀係如圖1所示，配設有大小數個圓形或不定形孔。因為此種金屬製載體較薄，因而會有在拿取搬運時出現較大彎曲(變形)的特性。

在此，本發明係藉由對圖1所示載體本體的表面施行吹拂研削粒子的加工噴擊處理，而在該載體本體表面上生成粗面化‧加工層。該加工噴擊處理所使用的上述研削粒子，係藉由將JIS R6111所規定的SiC等碳化物、Al₂ O₃ 等氧化物、TiN等氮化物等等陶瓷粒子(平均粒徑10~80μm)或該等與Ni、Co等的金屬陶瓷，使用壓力0.2~0.5MPa的壓縮空氣施行吹拂，而形成具有下述粗糙度的粗面化‧加工層，此為重要事項。

算術平均粗糙度Ra：0.05~0.85μm

十點平均粗糙度Rz：0.09~1.99μm

另外，若壓縮空氣的壓力未滿0.2MPa，除加工噴擊處理的時間會拉長之外，亦不易會獲得均等的粗面。另一方面，若使用較強於0.5MPa壓力的壓縮空氣，金屬製載體本體便會變形，因而最好避免。

再者，本發明所適用較佳的上述加工噴擊處理，係將上述陶瓷粒子或金屬陶瓷粒子(儘可能為硬質粒子(Hv：300~2000))，依飛行速度V：(30~100)m/sec以上的速度，依60°~90°角度吹拂於載體本體的表面，而在該載體本體表面上形成具有細微凹凸的粗面，且形成顯現出壓縮殘留應力或加工硬化其中任一者之層的處理。在此項處理中，若所吹拂粒子的硬度未滿Hv：300或飛行速度在30m/sec以下，便會有無法形成本發明之較佳粗面化‧加工層的情況。另外，雖上述硬質粒子的硬度亦會隨載體本體的材質而改變，因而無法一概性規定，但最好為Hv≧900，且相關飛行速度V，較佳係設為V：80m/sec以上、更佳為100m/sec以上。

本發明中，針對著眼於上述粗糙度值(Ra、Rz、Rsk)的理由進行說明。若對研削粒子的吹拂面(即，利用加工噴擊處理所形成粗面化‧加工層的表面)，使用觸針式粗糙度檢查機進行測定，Ra與Rz均同樣地可進行記錄。根據發明者等所施行測定的結果，經常係Ra較小且Rz較大，在本發明所建議的表面粗糙度範圍內，Rz達Ra的10倍以上之情況頗多。

若在此種Rz較高的粗面化‧加工層表面上，被覆形成DLC薄膜，便會成為圖2所示狀態。即，在經加工噴擊處理後的不銹鋼製載體本體21表面上所形成之DLC薄膜24，係屬於非常薄的膜。所以，實質上在具有決定Rz的凸部23之粗面部上所形成的DLC薄膜24，即使發生凸部25露出或未露出的情況，仍無法獲得實質的有效膜厚。所以，即使DLC薄膜24僅發生些微磨損，而只有凸部25露出，但該部分在矽晶圓研磨作業時會選擇性地溶出(含有矽晶圓研磨時所使用研磨材的水漿溶液)，該溶出成分會附著於矽晶圓表面上而成為污染的原因。另外，圖示中，22係指實質上依Ra表示的粗糙度。

本發明中，在加工噴擊處理後，視需要，藉由更進一步施行拋光或使用#1000以上的研磨紙輕輕地施行研磨，主要僅將凸部除去，便可解決上述問題。此外，亦可取代拋光或研磨紙，改採吹拂小鋼球或玻璃球，而僅使凸部選擇性消失的方法。

另外，將Ra規範在0.05~0.85μm範圍內的理由，係若未滿0.05μm，則加工噴擊處理的效果較薄弱，反之，若較大於0.85μm，則會有在其上面所形成的DLC薄膜欠缺均勻性，或依成膜條件導致凸部25容易露出，導致缺乏DLC薄膜被覆的效果。

其次，本發明中，粗面化‧加工層的粗糙度特性係相關Rsk值亦在既定管理值範圍內。即，相關該粗面化‧加工層的粗糙度，係使用表示高度方向變形的粗糙度曲線歪斜值(Rsk)進行管理。

該Rsk值係如下式，定義為基準長度(I_r )的高度(Z^(x) )三次方平均，除以均方根的三次方(Rq³ )。

另外，Rsk值係如圖4所示，相對於凸部呈凹部部分較寬廣的粗糙度曲線，形成機率密度函數朝凹部偏頗分佈狀態，並將其定義為正值，並將其相反者定義為負值，在本發明中，無關Rsk值的正負，均將其「變形」規範在±1以下。

本發明中，粗面化‧加工層的粗糙度中，重視Rsk值的理由，係認為無關粗面化‧加工層表面粗糙度的大小，其Rsk值係表示DLC薄膜表面性狀的數值。

例如相關將不銹鋼基材表面利用電解研磨修整為鏡面，以及施行吹拂研削粒子的加工噴擊處理，若測定該等表面的表面粗糙度，便可獲得如表1所示結果。

由表1所示結果得知，Ra、Rz等表面粗糙度的測定值係表示粗糙度，但得知相關Rsk值，與其說是表示粗糙度，不如說是表示測定面的「變形」。在此，發明者等除了粗糙度Ra、Rz之外，視需要尚亦規範Rsk值。

在粗面化‧加工層上所形成DLC薄膜的表面，依實驗發現係對矽晶圓研磨用載體的性能造成大幅影響。即，在具有Rsk值未滿±1之粗面化‧加工層的不銹鋼製載體上，被覆形成的DLC薄膜，將受Rsk值的影響而成為具有微觀緩和的「變形」。在該「變形」相當於凹部的地方，會滯留如膠質二氧化矽之類的細微矽晶圓用研磨材，判斷該研磨材粒子會提升該矽晶圓的研磨效率。特別係依此所形成的研磨材粒子滯留部，因為橫跨DLC薄膜整體均呈均等分佈，因而矽晶圓的研磨亦不單僅提升效率，尚可將研磨面整體進行均等地研磨。

(2)加工噴擊處理之效果

經施行加工噴擊處理過的金屬製載體本體，具有如下述特徵。

(a)利用加工噴擊處理(研削粒子的吹拂處理)，載體本體的被處理面除了形成具有細微凹凸的粗面之外，尚因為會產生壓縮殘留應力且施行加工硬化，因而載體本體的剛性將提高。結果，便可抑制載體進行搬運、或取用時所發生的「曲撓」或「扭曲」等變形。所以，相較於對載體本體表面施行鏡面拋光的情況下，可降低因其表面所形成之DLC薄膜發生的龜裂或剝離現象而造成之損傷率。

另一方面，經鏡面拋光的載體本體表面之DLC薄膜情況，因為形成鏡面而損傷發生率提高，所以將成膜時殘留應力限制在0.5MPa以下(例如專利文獻3)。就此點而言，當依照本發明方法形成粗面化‧加工層時，此種限制便消失。結果，在DLC薄膜形成之時，不僅可採用電漿CVD法，尚可採用離子化蒸鍍法、電弧離子鍍法、或電漿激發法等多種方法。

(b)另外，圖3所示係將本發明之經施行加工噴擊處理過的SUS304鋼製載體本體表面，與經施行電解研磨、拋光(拋光研磨)等鏡面研磨過的載體本體表面，利用電子顯微鏡進行觀察的結果。適合本發明的加工噴擊處理面(a)，係細微凹凸橫跨視野全域均等地產生。相對於此，電解研磨面(b)呈平滑，且拋光面(c)將在平滑面上發現些微的拋光研磨痕跡。

由該等的放大照片中得知，適合本發明的加工噴擊處理面(即，粗面化‧加工層)，係利用細微凹凸的存在，而大幅增加與在該表面上所形成之DLC膜間的接合面積，在載體本體處置時，即使多少發生變形、拉伸、或壓縮等負荷，DLC膜仍不易剝離。

(c)加工噴擊處理所需要的時間，相較於將載體本體表面施行鏡面研磨的情況下，屬於較短時間，因而除作業效率提升之外，亦可適用於當再度使用設有DLC薄膜之載體時的前處理(就連將舊的DLC薄膜除去之處理亦可使用)。

(3)相關載體本體(基材)

為提升上述加工噴擊處理效果的載體本體，可考慮如下述者。例如：以SUS304所代表的各種不銹鋼；或者鈦及鈦合金、鋁及其合金；或者SK鋼、SKH鋼、SUJ鋼等特殊鋼等等均特別適用。

(4)DLC薄膜之被覆形成方法

在吹拂研削粒子而形成的載體本體粗面化‧加工層之表面上，被覆形成DLC薄膜的方法，較適合的方法係有如：離子化蒸鍍法、電弧離子鍍法、電漿激發法及高頻‧高電壓脈衝重疊型電漿CVD法(以下簡稱「電漿CVD法」)等方法。以下，針對電漿CVD法進行說明。

圖5所示係供在經由如前述處理而形成粗面化‧加工層的載體表面上，被覆形成DLC薄膜用的電漿CVD裝置方塊圖。電漿CVD裝置係除主要配設接地的反應容器41、用以對該反應容器41內施加高電壓脈衝的高電壓脈衝產生電源44、以及用以使被處理體(以下稱「載體本體」)42周圍產生烴系氣體電漿的電漿產生電源45之外，尚將對導體43與載體本體42同時施加高電壓脈衝與高頻電壓二者的重疊裝置46，介設配置於高電壓脈衝產生電源44與電漿產生電源45之間。另外，導體43及載體本體42係經由高電壓導入部49而連接於重疊裝置46。

該電漿CVD裝置係將供對反應容器41內導入成膜用有機系氣體的氣體導入裝置(未圖示)、及將反應容器41抽真空的真空裝置(未圖示)，分別經由閥47a與47b而連接於反應容器41。

當使用該電漿CVD裝置在被處理體表面上形成DLC薄膜時，首先，將載體本體42設置於反應容器41內的既定位置，使真空裝置運轉而將該反應容器41內的空氣施行排出而脫氣後，再利用氣體導入裝置將有機系氣體導入該反應容器41內。

接著，將來自電漿產生用電源45的高頻功率施加給載體本體42。另外，因為反應容器41係利用接地線48而處於電氣式中性狀態，因此載體本體42便相對性地形成負電漿中的正離子會產生於帶負電的載體本體42周圍。

然後，若將來自高電壓脈衝產生裝置44的高電壓脈衝(負高電壓脈衝)施加給載體本體42，烴系導入氣體電漿中的正離子便會被該載體本體42表面誘導吸附。藉由此種處理，便在載體本體42表面上生成DLC薄膜而形成薄膜。即，在反應容器41內，最終由以碳與氫為主成分的非晶狀固形碳氫化合物所構成DLC薄膜，判斷會氣相沉積於載體本體42周圍，形成被覆載體本體42表面狀態而進行皮膜形成。

發明者等推測，利用上述電漿CVD裝置在被處理體表面上所形成之由非晶狀固形碳氫化合物構成的DLC薄膜層，係經由以下(a)~(d)程序而形成。

(a)產生經導入烴氣的離子化(亦存在有通稱「自由基」的中性粒子)；

(b)從烴氣變化的離子與自由基，係衝擊性衝撞負電壓所施加載體本體42的表面；

(c)因衝撞時的能量，鍵能較小的C-H間會被切斷，然後，經激活的C與H會重複進行聚合反應而高分子化，以碳與氫為主成分的非晶狀固形碳氫化合物進行氣相沉積；

(d)然後，若產生上述(c)的反應，便在載體本體42表面上，形成由非晶狀固形碳氫化合物累積層所構成之DLC薄膜。

另外，該裝置中，亦可藉由使高電壓脈衝產生電源44的輸出功率，依如下述(a)~(d)進行變化，而對載體本體42實施金屬等離子植入。

(a)重點式實施離子植入的情況：10~40kV

(b)離子植入與皮膜形成二者均實施的情況：5~20kV

(c)僅實施皮膜形成的情況：數百V~數kV

(d)重點式實施濺鍍等的情況：數百V~數kV

再者，上述高電壓脈衝產生源44中，亦可重複施行：

脈衝寬度：1μsec~10msec

脈衝數：1~複數次脈衝。

再者，電漿產生用電源45的高頻功率輸出頻率係可在數十kHz至數GHz範圍內產生變化。

經導入於該電漿CVD處理裝置的反應容器41內之成膜用有機系氣體，係使用以下(A)~(C)所示由碳與氫所構成烴系氣體及經添加Si、Al、Y及Mg等任1種的金屬有機化合物。

(A)常溫(18℃)下呈氣相狀態者：

CH₄ 、CH₂ CH₂ 、C₂ H₂ 、CH₃ CH₂ CH₃ 、CH₃ CH₂ CH₂ CH₃

(B)常溫下呈液相狀態者：

C₆ H₅ CH₃ 、C₆ H₅ CH₂ CH、C₆ H₄ (CH₃ )₂ 、CH₃ (CH₂ )₄ CH₃ 、C₆ H₁₂ 、C₆ H₄ Cl

(C)有機Si化合物(液相)：

(C₂ H₅ O₂ )₄ Si、(CH₃ O)₄ Si、[(CH₃ )₄ Si]₂ O

上述對反應容器41內的導入氣體，在常溫下呈氣相狀態者係可保持原狀態導入於反應容器41內，而液相狀態的化合物則利用加熱而氣體化，並將該氣體(蒸氣)供應給反應容器41內，便可形成DLC薄膜。

(5)本發明的DLC薄膜

依如上述，在設置粗面化‧加工層而成的載體表面上所形成DLC薄膜，具有如下述特性。

(a)構成上述DLC薄膜的碳與氫含有量比率

DLC薄膜雖較硬且耐磨損性優異，但有欠缺柔軟性的特性。所以，如載體本體般，整體由較大且薄的金屬等製成，且複數個設置大小不同的各種孔，相對的若被覆著DLC薄膜，則載體拿取搬運時若發生較大彎曲或變形時，缺乏延性的DLC薄膜便會有發生裂痕，偶而會發生剝離情形。此現象的對策係本發明著眼於構成DLC薄膜的碳與氫比例，特別係藉由將氫含有量控制為整體的12~30原子%(at%)，便可對DLC薄膜賦予耐磨損性與柔軟性。具體而言，將該DLC薄膜中所含的氫含有量設為12~30原子%(at%)，其餘則為碳含有量。形成此種組成之DLC薄膜時，藉由將在成膜用烴系氣體中所佔氫含有量不同的化合物進行混合便可達成。

[實施例] (實施例1)

本實施例中，對SK鋼基材表面施行鏡面拋光者，以及利用加工噴擊處理而修整為各種表面粗糙度的粗面化‧加工層，直接形成膜厚不同的DLC薄膜。接著，將該等試驗片提供進行鹽水噴霧試驗，調查基材的表面粗糙度、與DLC薄膜的耐蝕性。

(1)供試基材

供試基材係設為SK鋼(SK60的退火材料)，從該基材中製作寬50mm×長70mm×厚2mm試驗片。然後，對該試驗片全面實施前處理之下述加工噴擊處理，並表示出其表面粗糙度。

(A)加工噴擊處理Ra：0.05~0.74μm、Rz：0.09~5.55μm

(B)為求參考，亦合併記載施行如下實驗的鏡面拋光。

a.電解研磨Ra：0.013~0.014μm Rz：0.14~0.16μm

b.拋光研磨Ra：0.015μm Rz：0.20μm

另外，加工噴擊處理係就研削粒子為使用粒徑範圍10~80μm的SiC，並將其使用0.3MPa壓縮空氣施行吹拂。

(2)DLC薄膜之形成方法與膜厚

DLC薄膜之形成係使用電漿CVD法，對所有的試驗片形成含有SiO₂ ：0.8原子%且厚0.5~20μm的DLC薄膜。

(3)試驗方法及其條件

將已形成DLC薄膜的試驗片提供進行JIS Z2371規定的鹽水噴霧試驗96小時，調查經試驗後在DLC薄膜表面上有無產生紅銹。

(4)試驗結果

試驗結果簡要如表2所示。由該結果得知，在有施行鏡面加工的參考例之電解研磨面(No.10、11)與拋光研磨面(No.12)表面上所形成的DLC薄膜試驗片，即使0.5μm的膜仍未有發現紅銹的產生。

另一方面，在經利用本發明適合例之加工噴擊處理施行粗面化的基材上，形成DLC薄膜的試驗片，受表面粗糙度的影響，Ra值或Rz值較薄的DLC薄膜(No.6、7、8、9)耐蝕性嫌不足，有發現紅銹產生。但，連同加工噴擊處理面上的DLC薄膜亦形成表面粗糙度Rz值較厚者(No.1~8)，可確認並無紅銹產生，能發揮充分的耐蝕性。

相對於此，就參考例所示在等同鏡面的電解研磨面(No.10、11)或拋光研磨面(No.12)的表面上所形成DLC薄膜試驗片，即使0.5μm膜仍無紅銹產生。

由該等試驗結果得知，經加工噴擊處理過的基材表面，若在粗糙度Ra：0.05~0.74μm、Rz：0.09~0.95μm範圍內，便將DLC薄膜的厚度設為0.5~20μm範圍內，且就Ra：0.74μm、Rz：1.99μm的粗糙度，便將DLC薄膜的厚度設為2.0~20μm而更加大Rz值，便可形成無基材成分溶出的皮膜。

(備註)

(1)試驗片係SK60(尺寸寬50mm×長70mm×厚1.5mm)

記號※係對加工噴擊處理面施行拋光研磨而調整Rz值

(2)表面粗糙度的測定值係試驗片每1片測定3處

Ra係平均值　Rz係最高值。

(3)腐蝕試驗係實施JIS Z2371規定的鹽水噴霧試驗方法96hr

(4)加工噴擊處理條件：

壓縮空氣壓0.30MPa、研削粒子SiC、粒徑範圍5~80μm

由以上結果得知，如同參考例所示鏡面狀態屬於電解研磨或拋光研磨，即使施行加工噴擊處理而形成粗面化．加工層的情況，若形成至少加大Rz粗糙度值且20μm以下厚度的DLC薄膜，便可相關膜的耐蝕性，形成毫無遜色於習知鏡面的表面。

(實施例2)

本實施例係針對在不銹鋼(SUS304)基材的表面上形成使氫含有量變化的DLC薄膜，並調查氫含有量、對基材彎曲變形的反抗、及爾後的耐蝕性變化。

(1)供試基材及DLC薄膜的性狀

供試試驗片係設為不銹鋼(SUS304)，從該基材中製作尺寸寬15mm×長70mm×厚1.8mm的試驗片。然後，對該供試基材整面實施加工噴擊處理，而施行Ra：0.05~0.21μm、Rz：0.1~0.99μm的粗面化處理，將粗面化‧加工層的氫含有量5~50原子%、其餘為碳成分的試驗片，形成1.5μm厚。

(2)試驗方法及其條件

將已形成DLC薄膜的試驗片，從中央彎曲變形為180°(U彎曲形狀)，並利用20倍放大鏡觀察彎曲部的DLC外觀狀況。此外，將經該項觀察後的彎曲試驗片浸漬於10%HCl水溶液中，於室溫21℃下放置48小時，調查因溶出於HCl水溶液中的離子所造成的色調變化。

(3)試驗結果

表3係試驗結果的簡要。由該項試驗結果中得知，氫含有量較少的DLC皮膜(試驗片No.1、2、3)，若賦予180°變形，便會有發現到裂痕發生、或雖屬微小面積但卻屬局部性的膜脫落情形。確認到該等DLC薄膜欠缺柔軟性。另一方面，若將彎曲試驗後的試驗片浸漬於10%HCl中，則已發生裂痕的DLC薄膜(No.3)會從基材質的不銹鋼中溶出金屬離子(以鐵為主成分，含少量的Cr與Ni)，HCl水溶液從無色透明變化為黃綠色。相對於此，氫含有量1.5~59原子%的DLC薄膜(No.4~8)所浸漬HCl水溶液，仍維持無色透明，得知即使賦予90°變形仍具有柔軟性的膜係保持著形成初期的狀態。

但，DLC薄膜係因為其中的氫含有量越多便將越軟質化，且品質管理趨於困難，因此本發明便採用氫含有量13~30原子%的範圍。

(備註)

(1)試驗片尺寸：寬15mm×長70mm×厚1.8mm

試驗片No.1與No.2係未施行加工噴擊處理。

(2)氫含有量13原子%以下的DLC薄膜電阻率係10⁸ ~10¹² Ω．cm

(3)氫含有量15原子%以上的DLC薄膜電阻率係10⁵ ~10⁸ Ω°cm

(4)試驗結果欄的記號

彎曲試驗：記號×：膜剝離

記號△：局部性膜剝離

記號○：無發現膜剝離

(實施例3)

本實施例係對SK鋼製基材表面經施行鏡面拋光者，以及本發明具有經施行加工噴擊處理過之粗面化‧加工層的試驗片整面，利用各種方法形成DLC薄膜。接著，實施該試驗片180°彎曲試驗及鹽水噴霧試驗，並調查DLC薄膜對彎曲變形的反抗性與耐蝕性。

(1)供試基材與其表面處理

供試基材係設為SK鋼(SK60退火材料)，從該基材中製作寬15mm×長70mm×厚1.8mm的試驗片。然後，對該試驗片整面施行拋光研磨與加工噴擊處理。經各種處理後的粗糙度係如下：

(A)拋光研磨面的表面粗糙度　Ra：0.02~0.08 Rz：0.66~0.81

(B)加工噴擊處理面的表面粗糙度　Ra：0.05~0.81 Rz：0.72~0.88

(2)DLC薄膜之形成方法

將已形成DLC薄膜的試驗片，從中央彎曲變形為180°(U彎曲形狀)，並利用20倍放大鏡觀察彎曲部的DLC外觀狀況。此外，將經觀察後的試驗片保持原狀態在JIS Z2371規定的鹽水噴霧試驗中暴露96hr，調查DLC薄膜的變化。

(4)試驗結果

表4所示試驗結果的簡要。由該試驗結果得知，將試驗片表面施行拋光研磨，並在其上形成DLC薄膜者(No.1、3、5、7)，均確認到有裂痕發生、或輕微的DLC薄膜剝離。但，僅No.7依電漿CVD法形成的DLC薄膜所發生裂痕情形非常少，與基材間的密接性良好。

另一方面，根據經彎曲試驗後所實施的鹽水噴霧試驗結果，觀察到DLC薄膜有發現裂痕或剝離的試驗片均全部有發生紅銹，裂痕到達至基材，陷於防蝕作用消失的狀況。相對於此，即使經彎曲試驗仍維持健全狀態的試驗片，即便在鹽水噴霧試驗中仍不會有紅銹發生，發揮優異的耐蝕性。由此項結果可確認到本發明的DLC薄膜並不僅限定於電漿CVD法，對其他現有的DLC薄膜形成法亦可適用。

(備註)

(1)試驗片尺寸：寬15mm×長70mm×厚1.8mm

(2)基材表面的粗糙度

(A)拋光研磨(No.1、3、5、7)　Ra：0.02~0.08μm

Rz：0.66~0.81μm

(B)加工噴擊處理(No.2、4、6、8)Ra：0.05~0.81μm

Rz：0.72~0.88μm

(3)試驗結果的評估記號

(A)180°彎曲試驗

記號×：膜有發生裂痕或微小剝離

記號△：膜有發生微小裂痕

記號○：膜上並無發現上述情形

(B)鹽水噴霧試驗

記號×：發生紅銹

記號○：未發現紅銹

(4)備註欄的記號

A：適合例

B：比較例

(5)加工噴擊處理條件：

壓縮空氣壓0.40MPa、研削粒子Al₂ O₃ 、粒徑範圍20~60μm

(實施例4)

本實施例中，將不銹鋼(SUS304)使用為基材，分別在加工噴擊處理面與鏡面研磨面上形成DLC薄膜後，評估該DLC薄膜的密接強度。

(1)供試基材與前處理

供試基材係從不銹鋼中切取出寬25mm×長30mm×厚3mm的試驗片後，實施下述前處理。

(A)電解研磨：Ra：0.01~0.014μm、Rz：0.11~0.15μm

(B)加工噴擊處理：Ra：0.05~0.75μm、Rz：0.11~0.96μm

(2)DLC薄膜形成方法與膜厚

DLC薄膜之形成係使用電漿CVD法，對所有試驗片形成膜厚2μm的DLC薄膜。

(3)試驗方法

DLC薄膜對基材的密接性係應用在塗膜的密接力性試驗中汎用的描繪試驗。即，利用經負荷一定荷重的鑽石針，在DLC薄膜上製造直線割傷，利用此時所發生的DLC薄膜剝離有無與程度，進行密接力的判定。

(4)試驗結果

試驗結果簡要如表5所示。由該結果得知，本發明經施行加工噴擊處理而形成粗面化‧加工層的DLC薄膜(No.1、2)，雖經鑽石針刮取會產生刮傷傷痕，但DLC薄膜剝離情形幾乎不會發生。相對於此，在鏡面拋光面上所形成的DLC薄膜(No.3、4)，位於刮傷傷痕周邊的DLC薄膜發生較大的剝離情形。從該等結果可確認到利用加工噴擊處理施行的基材表面粗面化處理，對DLC薄膜的密接性提升具有效果。另外，圖5所示係DLC薄膜經密接性試驗後的外觀狀況。

(備註)

(1)DLC薄膜厚度3μm

DLC薄膜的氫含有量22原子%、其餘為碳

(2)加工噴擊處理條件：

壓縮空氣壓0.28MPa、研削粒子SiC、粒徑範圍30~60μm

(實施例5)

本實施例係使用先前圖1所示的SUS304鋼製載體本體，且對直徑200mm、厚度0.8mm的Si晶圓施行研磨，而驗證本發明效果的結果。對載體本體整面施行下述前處理、與形成DLC膜。

(1)本發明的前處理與DLC膜

利用加工噴擊處理，對載體本體的表面施行Ra：0.08~0.11μm、Rz：0.82~0.94μm粗面化後，於其上形成厚3μm的DLC膜。DLC膜中氫含有量係14原子%，其餘則為碳。

(2)比較例的前處理與DLC膜

利用拋光研磨，將載體本體的表面修整為Ra：0.02~0.11μm、Rz：0.12~0.17μm鏡面後，再於其上形成與本發明同質的DLC膜3μm厚。

(3)試驗結果

研磨劑係使用以膠質二氧化矽為研磨材的水漿，經施行Si晶圓研磨的結果，當使用形成本發明DLC膜的載體本體時，為將Si晶圓的表面修整為Ra0.01μm將需要約25分鐘，相對的被覆著比較例DLC膜的載體本體則需要65分鐘。此外，在利用已形成比較例DLC膜的載體本體，施行研磨過的Si晶圓研磨面上，並無發現刮傷狀傷痕的發生。

(實施例6)

本實施例中，調查先前圖1所示載體及Si晶圓研磨條件對載體本體的Rsk值影響。

對載體本體整面形成下述前處理與DLC膜。

(1)本發明的前處理與DLC膜性狀

利用加工噴擊處理，將載體本體的表面施行Ra：0.08~0.11μm、Rz：0.83~0.95μm粗面化，同時確認所測得Rsk值在±0.4~0.8範圍內。然後，在該表面上形成本發明的DLC膜3μm厚。

(2)比較例的前處理與DLC膜性狀

經拋光研磨施行研磨過的載體本體表面粗糙度係Ra：0.013~0.015μm、Rz：0.20~0.29μm、且Rsk值在+1以上的範圍。在該表面上如同本發明，形成DLC膜3μm厚。

(3)試驗結果

使用以膠質二氧化矽為研磨材的水漿研磨劑，施行Si晶圓研磨的結果，當使用已形成本發明DLC膜的載體本體時，將Si晶圓表面修整為Ra0.01μm時需要約23分鐘，且研磨面的平行度在管理值範圍內，屬於精度非常佳地施行研磨。相對於此，當使用已形成比較例DLC膜的載體本體時，除為獲得既定研磨面所需的時間為30分鐘之外，研磨面的平行度亦降低，並發現會出現變動情形。

(實施例7)

本實施例係為定性調查利用加工噴擊處理面施行粗面化的載體本體剛性提升而施行的實驗

(1)供試基材與試驗片

供試基材係使用不銹鋼(SUS304)，將該等切取為寬30mm×長200mm×厚1mm的試驗片。

(2)對試驗片施行的加工噴擊處理

對試驗片單面，施行如下述加工噴擊處理，但比較用的試驗片係使用經電解研磨的不銹鋼(SUS304)。

(A)利用加工噴擊處理，將基材表面施行粗面化為粗糙度Ra：0.05~0.74μm、Rz：0.55~0.95μm

(B)利用電解研磨，施行鏡面拋光為Ra：0.013μm、Rz：016μm

(3)試驗方法

供試各種試驗片係如圖7所示，將試驗片一端固定，並在另一前端部放置1000g重錘，測定因該錘而下垂的試驗片前端變化幅度。

(4)試驗結果

試驗結果簡要如表6所示。由該結果中得知，經加工噴擊處理施行粗面化的試驗片(No.1~4)，相較於經鏡面化的比較例試驗片之下，位移幅度較少，確認到較不易變形。

(備註)

(1)表面粗糙度測定係根據JIS B0601-'01施行測定

(2)加工噴擊處理條件：

壓縮空氣壓0.45MPa、研削粒子AlN、粒徑範圍30~55μm

(產業上之可利用性)

本發明的DLC薄膜形成技術、以及金屬製載體本體的粗面化，即加工噴擊處理技術與DLC薄膜的性狀，並不僅侷限於Si、GAP等半導體晶圓的研磨，尚可應用為諸如液晶顯示器玻璃、硬碟等的研磨技術。

1．．．矽晶圓的固定孔

2．．．研磨材的供應孔

3．．．外環齒

4．．．貫穿孔

5．．．形成DLC薄膜的載體表面

21．．．載體本體

22．．．依Ra表示的粗糙度

23．．．依Rz表示的粗糙度

23、25．．．凸部

24、62．．．DLC薄膜

25．．．無法依DLC薄膜被覆之由Rz表示的粗糙度凸部

41．．．反應容器

42．．．被處理體(載體本體)

43．．．導體

44．．．高電壓脈衝產生電源

45．．．電漿產生源

46．．．重疊裝置

47a、48b．．．閥

48．．．接地線

49．．．高電壓導入端子

61．．．基材

63．．．含SiO₂ 粒子的DLC薄膜

64．．．含膠質二氧化矽的水漿研磨劑

65．．．殘留的膠質二氧化矽粉末

C．．．載體

圖1為矽晶圓研磨用金屬製載體本體的俯視圖。

圖2為對金屬製載體本體施行加工噴擊處理過的表面粗糙度、與在其上所形成之DLC薄膜的切剖示意圖，(a)係形成較Rz薄之DLC薄膜的情況，(b)係形成較Rz厚之DLC薄膜的情況。

圖3為對載體本體表面施行各種前處理的加工面SEM照片。

圖4為表示加工噴擊處理面之表面粗糙度的歪斜值(Rsk)示意圖。

圖5為在矽晶圓的研磨用載體本體上形成DLC薄膜用的電漿CVD裝置概略圖。

圖6為刮傷試驗部後的DLC薄膜表面狀態放大照片。

圖7為經加工噴擊處理過的SUS304鋼，施行剛性試驗的狀況概略圖。

1．．．矽晶圓的固定孔

2．．．研磨材的供應孔

3．．．外環齒

4．．．貫穿孔

C．．．載體

Claims (2)

1. 一種被研磨物固定用載體，係在金屬製載體本體之表面上，藉由加工噴擊處理而具有Ra值為0.05~0.85μm，Rz值為0.09~1.99μm，且Rsk值在未滿±1之表面粗糙度，並且設置有至少顯現出壓縮殘留應力或加工硬化中任一者的粗面化‧加工層；上述粗面化‧加工層上係形成有DLC薄膜，該DLC薄膜係超過該粗面化‧加工層的粗糙度Rz，具有20μm範圍內的膜厚，且係氫含有量為13~30原子%而其餘部分為碳構成的固形碳氫化合物皮膜。
2. 如申請專利範圍第1項之被研磨物固定用載體，其中，上述金屬製載體本體係由從鋁合金、鈦合金、不銹鋼、SK鋼、SKH鋼等特殊鋼中選擇之任1種以上的金屬‧合金所構成。