JP2000127030A - キャリア材とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、例えばシリコンウェーハ等、極めて
高い平坦度や平行度が要求される板状の被加工体の表面
に鏡面仕上げを施すための、研磨加工機に使用されるキ
ャリア材に関わるものである。更に詳しくは、金属汚染
が少なく、強靭で薄型の大型キャリア材に関わり、また
そのキャリア材の製造方法を提供する。 【構成】熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂よりなる樹
脂を、金属製シートあるいはセラミックスシートからな
るシート類、あるいは金属繊維、セラミックス繊維、ガ
ラス繊維、カーボン繊維あるいは有機性の合成繊維から
選ばれた素材のうち少なくとも一つよりなる布帛類を積
層した積層体にて補強した複合材料の薄板よりなるもの
であって、前記熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂がコ
ロイド状金属酸化物微粒子およびまたは無機微粉末を内
添したものであることを特徴とするキャリア材を提供す
る。また前記有機性合成繊維中に、コロイド状金属酸化
物、窒化物、炭化物あるいはその他の無機質の微粒子の
うち少なくとも一つを内添したキャリア材であってもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は両面研磨加工機を用
いて、シリコンウェーハや磁気ディスク用基板、水晶発
振子などの研磨加工を行なうに際して、加工対象物たる
ワークピースを保持し遊星運動を与えるためのキャリア
材に係わり、更に詳しくはガラス繊維や有機繊維製のク
ロスとエポキシ樹脂、フェノール樹脂あるいはメラミン
樹脂等とを複合化した繊維強化プラスチックスシートか
らなるキャリア材およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】シリコンウェーハ、化合物半導体ウェー
ハ、アルミ製磁気ディスク基板、ガラス製磁気ディスク
基板あるいはフォートマスク用ガラス、水晶発振子、金
属等からなるワークピースの研磨加工において、ワーク
ピースは、そのワークピースの形状に合わせた把持孔を
有してなりかつその外周縁部に、両面研磨加工機のイン
ターナルギアおよび太陽車のギアに噛合する外周歯を有
するように切断成型されたキャリア材にて保持され、駆
動される。このキャリア材は、主にウェーハやディスク
を両面同時にラッピング加工や研磨加工を行なうための
研磨装置の部材として使われる。よって、このキャリア
材の厚みはウェーハ等ワークピースの厚さよりやや薄く
作られることが必要である。

【０００３】

【従来技術】従来これらキャリア材は、ガラス繊維を製
織したガラスクロスや有機繊維クロスにエポキシ樹脂や
フェノール樹脂、その他熱硬化樹脂を含浸させ、所期の
厚みになるよう数枚重ねプレス機で圧縮し加熱硬化して
出来た平板状基材を素材として用い、それを使用目的に
合わせワークピースが保持出来る大きさに切断加工し、
さらに外周を歯車形状に合わせ切断加工するという方法
で製造されるのが一般的である。

【０００４】これらキャリア材は、研磨加工装置の中で
ウェーハやディスク等のワークピースと一緒に研磨さ
れ、また、外周歯を介してインターナルギア、太陽車に
より強制駆動されるのであるから、強度が低下したり、
形状精度が劣化したりして耐久性が経時的に低下し、ま
た、ギヤー部が磨滅して、研磨装置から外れたり、研磨
条件が不安定となるため、その都度あるいは定期的に新
しいキャリア材に交換される。従って、少しでも長く使
用出来る耐久性あるキャリア材の開発が強く望まれてい
た。一方、半導体用ウェーハーのラッピング用として
は、薄くてかつ高い応力の両面研磨加工に耐えるよう
な、金属の特殊鋼系キャリア材が主に使用されていた。
しかし、今後シリコンウェーハの高純度化の方向に伴
い、従来は問題とならなかった特殊鋼からの鉄分の汚染
が、問題とされるようになり、好ましくない事が明らか
になってきている。

【０００５】近年、これらシリコンウェーハの大型化や
磁気ディスク基板の生産性の向上の要求から、装置の大
型化が盛んであり、それによるキャリア材料の強度向上
や曲げ弾性率を大きくし曲がりを少なくする必要性が高
くなり、キャリア材料の物性向上が強く望まれている。
またシリコンウェーハや磁気ディスク基板などの使用場
面において高純度化の要求が厳しくなり、従来から多く
使われてきたガラス繊維クロスも、ギヤー部を主とした
粉塵の発生で磁気ディスク研磨でのスクラッチの原因に
なり、また特にシリコンウェーハでは半導体に嫌われる
ナトリウムイオンや硼素の含有が問題視され始めてい
る。さらに、研磨加工中においては、熱の変動も激し
く、また酸、アルカリあるいは有機溶剤等に曝される機
会も多いため、機械的物性に加えて、寸法安定性、化学
的安定性も要求される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上述の
キャリア材に対して近年提起され始めている問題点に鑑
みて、種々検討の結果、複合する繊維材料および樹脂中
にコロイド状の金属酸化物、窒化物、炭化物等の微粒子
あるいはその他の無機質微粒子を内部添加させること、
更に多孔性の金属シートやセラミックスシートを複合材
料シートとして使用することによって、全体としてのキ
ャリア材の強度、物性が向上し得ることを見出して本発
明を完成させたものであり、その目的とする処は、薄く
て強靱かつ寸法安定性に優れたキャリア材を提供するこ
とにあり、更に他の目的はその製造方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、両面研磨
装置でワークピースを保持するために使用するキャリア
材において、該キャリア材が、熱硬化性樹脂あるいは熱
可塑性樹脂よりなる樹脂を、金属製シート、セラミック
スシートからなるシート類、あるいは金属繊維、セラミ
ックス繊維、ガラス繊維、カーボン繊維あるいは有機性
の合成繊維から選ばれた素材のうち少なくとも一つより
なる布帛類を積層した積層体にて補強した複合材料の薄
板よりなるものであって、前記熱硬化性樹脂あるいは熱
可塑性樹脂がコロイド状金属酸化物微粒子およびまたは
無機微粉末を内添したものであることを特徴とするキャ
リア材により達成することができる。更に、キャリア材
が、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂よりなる樹脂
を、コロイド状金属酸化物、窒化物、炭化物あるいはそ
の他の無機質の微粒子のうち少なくとも一つを内添した
有機性の合成繊維を素材とした布帛を積層した積層体に
て補強した複合材料の薄板よりなるものであってもよ
い。また、上述のキャリア材においては、金属製シー
ト、セラミックスシートが貫通孔を有する多孔性のもの
であることが好ましい。

【０００８】本発明にいう熱硬化性樹脂とは加熱により
熱硬化し不溶不融の状態になる合成樹脂をさし、尿素樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポ
リイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹
脂、ウレタン樹脂等をあげることができるが、本発明に
おいては特にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン
樹脂、ポリイミド樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂
とは加熱によっても構造変化を起こさない樹脂であっ
て、本発明においてはポリアミド樹脂、ポリエステル樹
脂を使用することができる。

【０００９】本発明において、熱硬化性樹脂あるいは熱
可塑性樹脂に混合出来るコロイド状金属酸化物とは、粒
子の大きさが１μｍ以下で１ｎｍ以上の平均粒子径から
なる酸化セリウム、アルミナ、ジルコニア、セリア、チ
タニアを指す。これ等の微粒子は例えば、ケイ酸ナトリ
ウム、硝酸アルミ、オキシ塩化ジルコニウム、テトラメ
トキシシリコンその他多くの無機塩、有機金属塩、金属
の酸塩を水または水溶性有機溶媒中で加水分解させコロ
イドの大きさの粒子を生成する方法や、高温で生成した
シリカ、アルミナ、ジルコニアなどの微粉末を水中にコ
ロイドミルやホモジナイザーなどでコロイド化する方法
などで得られる。

【００１０】本発明において、熱硬化性樹脂あるいは熱
可塑性樹脂に混合出来る無機粉末とは、樹脂の弾性率を
向上させるために添加するものであり、粉末粒子がサブ
ミクロンから５０ミクロンの粒子径からなるシリカ、ア
ルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、窒化硼素、
窒化アルミ、炭化珪素、炭化硼素、ダイヤモンドなどで
ある。

【００１１】本発明において、有機性の合成繊維に混合
出来るコロイド状金属酸化物、窒化物、炭化物の微粒子
とは、粒子の大きさが１μｍ以下で１ｎｍ以上の平均粒
子径からなる酸化セリウム、アルミナ、ジルコニア、セ
リア、チタニア、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミ、炭
化珪素、炭化硼素などである。これ等の微粒子は例え
ば、ケイ酸ナトリウム、硝酸アルミ、オキシ塩化ジルコ
ニウム、テトラメトキシシリコンその他多くの無機塩、
有機金属塩、金属の酸塩を水または水溶性有機溶媒中で
加水分解させコロイドの大きさの粒子を生成する方法
や、シリカ、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミ、炭化
珪素、などの高温で生成した微粉末を水中にコロイドミ
ルやホモジナイザーなどでコロイド化する方法などで得
られる。

【００１２】本発明において、有機性の合成繊維に混合
できる無機質の微粒子とは、合成繊維の強度を補強する
ためのフィラーを指し、例えば窒化硼素や炭化ケイ素の
ファイバー微粉末を挙げることができる。

【００１３】本発明において使用する金属製シートは、
鉄、ステンレス、銅、チタニウム、アルミニウム等のシ
ート状のものであり、その面に多数の微小貫通孔を有す
るものであることが好ましい。微小貫通孔を設ける理由
は、その孔を介して複合する樹脂が連通し、シート面に
おける樹脂と金属の剥離等の現象が起こることを避ける
ことにある。従って、孔の開け方は複合する樹脂との接
合性の良いあらゆる方法が利用できる。たとえば細かい
メッシュ状の孔や、市松模様の１０〜５０％位孔がある
のが、樹脂との複合に好ましい。

【００１４】無機質シートとしては、アルミナ、ジルコ
ニア、ムライト、コージライト等よりなるセラミックス
シート、あるいは、シリカファイバーやチタン酸カリフ
ァイバー、ガラスファイバー、ステンレスファイバー、
チタンファイバーのような短繊維状物や長繊維状物を低
融点ガラスや半田またはそれ自身の融着でシート化した
不織布に類するものも使用できる。その面には多数の微
小貫通孔を有するものが好ましい。孔の開け方は前述の
金属製シートと同様であり、複合する樹脂との接合性の
良いあらゆる方法が利用できる。たとえば細かいメッシ
ュ状の孔や、市松模様状に配置された孔が表面積におい
て１０〜５０％程度空けられているものが、樹脂との複
合に好ましい。

【００１５】また、本発明になるキャリア材が、特に半
導体に嫌われるナトリウムイオンや硼素の含有が問題視
されるシリコンウェーハの加工に用いられる場合は、ガ
ラス繊維以外の素材を選択的に用いたキャリア材を使用
することができる。

【００１６】次に、本発明の他の目的であるキャリア材
の製造方法について詳述する。本発明のキャリア材は、
樹脂に不足する機械的強度、剛性あるいは寸法安定性等
を、他の素材シートと複合することによって補うもので
あるが、異質のものを複合するものであるから、その接
合性に留意した製造法で行うことが肝要である。特に、
本発明の場合は樹脂にコロイド状あるいは微粒子状の添
加材を加えることを特徴とするものである。

【００１７】製造に際しては、まずコロイド状あるいは
微粒子状の添加物を、使用する樹脂が熱硬化性樹脂の場
合はそのプレポリマーまたは前駆体の液中に均一分散
し、然るのちその液を使用する補強用シートに含浸して
いわゆるプリプレグを調整し、これを必要に応じて複数
枚積層し、加圧し加熱して熱硬化を行ないキャリア材の
原板を得る。これを所期の形状に打ち抜き成型すること
によって目的とするキャリア材を得ることができる。硬
化に際しては硬化剤による硬化あるいは、光や紫外線に
よる硬化を併用してもよい。また、使用する樹脂が熱可
塑性樹脂の場合は樹脂の溶媒にコロイド状あるいは微粒
子状の添加物を均質分散させるか、あるいは樹脂そのも
のを融解させた中に添加物を均質分散させ、その液を使
用する補強用シートに含浸し、その複数枚を積層して、
加圧し加熱してプレス成型を行ないキャリア材の原板を
得る。これを所期の形状に打ち抜き成型することによっ
て目的とするキャリア材を得ることができる。

【００１８】有機性の合成繊維中にコロイド状金属酸化
物、窒化物、炭化物あるいはその他の無機質の微粒子の
うち少なくとも一つが内添されたものを製造する場合
は、その有機性の合成繊維の原料ポリマー中に必要とす
る添加物を練り込んだ状態でポリマーを紡糸し繊維を製
造しそれを織、編等の手段で布帛化したものを用いる。

【００１９】本発明を用いる研磨装置は、半導体シリコ
ンウェーハ、アルミやガラス磁気ディスク基板、水晶、
フォトマスクガラス等のラップ工程やポリシュ工程に利
用され、主としてこのキャリア材を使う両面研磨機に使
用されるが、片面研磨機にもキャリア材を使い実施する
事も出来る。

【００２０】

【実施例および比較例】以下実施例を挙げて本発明方法
を具体的に説明するが、それにより特に限定を受けるも
のではない。

【００２１】実施例１ 固形分含有が８０重量％のメラミン樹脂液に、平均粒子
径が１１０ｎｍで球状のジルコニア粒子からなるコロイ
ダルジルコニア分散液を、樹脂固形分に対してジルコニ
ア固形分濃度で５重量％になるように含有させ、これを
ガラス繊維クロスに含浸せしめた。このクロスを三層に
重ね通常の条件で加圧熱硬化させ、シート厚０．６ｍｍ
のキャリア素板を得た。この素板をスピードファム社製
両面研磨機５Ｂ−８ＬＰのキャリア板の仕様に合わせて
打ち抜き加工を行ないキャリア板を作成し、この研磨機
にキャリアとして装填した。この両面研磨機の場合、８
枚のキャリア板が装填可能であり、各キャリア板には
２．５インチのワークピースを１枚装填出来るようにな
っている。実験においては、ワークピースは装填せず、
固形分８％を含むシリカスラリーで面圧２００ｇ／ｃｍ
²、キャリアの自転回数を３０ｒｐｍ（サンギヤ３６ｒ
ｐｍ、インターナルギヤ１６ｒｐｍ）に設定し、スラリ
ー供給量４００ｃｃ／ｍｉｎで２０時間加工研磨試験を
継続し、２０時間後のキャリアのインボリュート型歯車
の磨耗量とキャリア厚み減少量を測定し平均値を求め
た。歯車の磨耗量の測定は歯丈５ｍｍの１／２の所の２
５ｍｍの位置で行った。この試験は３回繰り返し行なっ
た。

【００２２】比較例１ 比較例として、前記本発明法実施例１のメラミン樹脂液
にコロイダルジルコニアを含まないこと以外は同じ条件
でキャリアを作成し加工研磨試験を実施した。この試験
も３回繰り返しした。実施例１、比較例１で得られた結
果を表１に示す。表１に示す結果から明らかな如く、本
発明法のコロイダルジルコニア含有メラミン樹脂を使っ
たキャリアは、歯車の接触による摩耗減も、研磨による
板厚減少も明らかに少なかった。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例２、比較例２ シート面積の約４０％の直径２ｍｍの円形状空孔を有す
る厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ金属薄膜シートを実施例１に
示したようにコロイダルジルコニアを含有するフェノー
ル樹脂液に含浸し、シートを５層に積層し、熱硬化させ
た大きさ１００ｍｍの正方形キャリア素板を作成した。
更に、０．５ｍｍのアルミナセラミックスシートを用い
て同様にキャリア素板を作成した。これとは別に、比較
例として、アラミド繊維製クロスで０．５ｍｍの厚みを
持つシートを添加物を含まないフェノール樹脂液に含浸
し、シートを５層に積層して、熱硬化させた大きさ１０
０ｍｍの正方形キャリア素板を作成した。得られたキャ
リア素板を湿度４０％の乾燥状態に１週間保存して試料
片とし、また、別に２４時間水中に保存し、水中から出
し室温で３時間風乾させた試料片を準備し、未処理のも
のとの寸法の相異を測定し寸法安定性とした。結果をま
とめて表２に示す。表２の結果から明らかな通り、本発
明になるキャリア板は、優れた寸法安定性を示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】実施例３、比較例３ ポリエステル繊維原料ポリマーに、コロイダルアルミ
ナ、窒化硼素ファイバー微粉末、および炭化珪素微粉末
のおのおのの分散粒子を固形分で３％混練添加し紡糸し
てポリエステル繊維を得、これを織布して剛性のあるポ
リエステルシートを得た。このシートをエポキシ樹脂液
に含浸し、これを５層積層して熱圧プレスしキャリア素
板を得た。これを実施例３とする。比較例３として、コ
ロイダルアルミナ、窒化硼素ファイバー微粉末、および
炭化珪素微粉末を内添していないポリエステル繊維を使
用する以外は前記と同様にして、同じくキャリア素板を
得た。これらキャリア素板の耐磨耗性及び弾性率の評価
を以下に示す方法で行った。準備したキャリア素板を２
０×２０ｍｍの寸法に打ち抜き、磨耗量測定用の試験片
とした。この試験片を、マルトー（株）製の研磨試験機
ドクターラップを用いて、加重２００ｇ／ｃｍ²、回転
数８０ｒｐｍの条件で回転しつつ、固形分２％のシリカ
スラリを５００ｍｌ／ｍｉｎ供給し、４５分間研磨し
て、研磨前後の厚みの差をもって磨耗量とした。また、
１２０×１０ｍｍの寸法に長方形試験片を作成し、キャ
リア素板の加重によるそり防止効果を測定するため、長
い寸法の１００ｍｍの間を２点で支持し、その真ん中の
両側から５０ｍｍのところに糸で吊した加重４０ｇを加
え１０分後の水平面からのヘタリ寸法を求めた、寸法が
小さいほどそりが少なく弾性率に勝れている。

【００２７】これ等の評価試験によって得られた結果を
表３に示す。表３の結果から明らかな如く、本発明法の
キャリア素板は耐磨耗性明らかに良く、また剛性に富
み、大きいキャリア板用に適するキャリア素板である事
が確認される。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【発明の効果】本発明になるキャリア材は、従来のキャ
リア材に比較して強度、剛性に優れかつ耐摩耗性にも優
れているため、研磨加工機の大型化、ワークピースの薄
型化の方向に対応した強靭かつ長期に亘って使用可能な
キャリアを提供することができる。また、温度、水に対
する安定性もよく、変形や変質による破損もなく生産性
を損なうこともない。また、補強用の繊維やシート類の
種類、複合化させるコロイド状金属酸化物、微粉末粒子
の種類を適宜選ぶことにより、金属汚染やその他の不純
物による汚染を起こすことのない材料を使用したキャリ
アを作成出来るので、例えば、ナトリウム等アルカリ金
属による汚染を防止するためには、ガラス繊維以外の素
材を使用すればよい。

フロントページの続き (72)発明者 小川 佳久 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 (72)発明者 井上 裕介 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 (72)発明者 二見 成一郎 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 (72)発明者 保坂 導彦 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 DA06 DA09 DA17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両面研磨装置でワークピースを保持するた
   めに使用されるキャリア材において、該キャリア材が、
   熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂よりなる樹脂を、金
   属製シートあるいはセラミックスシートからなるシート
   類、あるいは金属繊維、セラミックス繊維、ガラス繊
   維、カーボン繊維あるいは有機性の合成繊維から選ばれ
   た素材のうち少なくとも一つよりなる布帛類を積層した
   積層体にて補強した複合材料の薄板よりなるものであっ
   て、前記熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂がコロイド
   状金属酸化物微粒子およびまたは無機微粉末を内添した
   ものであることを特徴とするキャリア材。
2. 【請求項２】請求項１に記載のキャリア材において、金
   属製シート、セラミックスシートが貫通孔を有する多孔
   性のものであることを特徴とするキャリア材。
3. 【請求項３】両面研磨装置でワークピースを保持するた
   めに使用されるキャリア材において、該キャリア材が、
   熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂よりなる樹脂を、コ
   ロイド状金属酸化物、窒化物、炭化物あるいはその他の
   無機質の微粒子のうち少なくとも一つを内添した有機性
   の合成繊維を素材とした布帛を積層した積層体にて補強
   した複合材料の薄板よりなるものであることを特徴とす
   るキャリア材。
4. 【請求項４】金属製シートあるいはセラミックスシート
   からなるシート類、あるいは金属繊維、セラミックス繊
   維、ガラス繊維、カーボン繊維あるいは有機性の合成繊
   維から選ばれた素材のうち少なくとも一つよりなる布帛
   類のうち少なくとも一種に、コロイド状金属酸化物微粒
   子およびまたは無機微粉末をその中に混合分散した熱硬
   化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂のプレポリマーまたは前
   駆体、あるいは、それらのポリマーの溶液あるいは融解
   した液を含浸させ、それを複数枚積層して加圧加熱し、
   然るのち成型することを特徴とする請求項第１項および
   第２項記載のキャリア材の製造方法。
5. 【請求項５】請求項３における有機性の合成繊維がコロ
   イド状金属酸化物、窒化物、炭化物あるいはその他の無
   機質の微粒子のうち少なくとも一つが前記有機性の合成
   繊維の原料ポリマー中に練り込まれた状態で紡糸したも
   のであり、この有機性の合成繊維を素材とした布帛を、
   熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂樹脂のプレポリマー
   または前駆体、あるいはそのポリマーの溶解あるいは融
   解した液を含浸させ、複数枚積層して加圧加熱し、然る
   のち成型することを特徴とするキャリア材の製造方法。