JP4384591B2 - 平面研磨加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物の平面研磨加工方法に関し、特に、液晶ディスプレイ用基板、磁気記録の記録メディア基板、フォトマスク、デバイス等の製造における被処理物の平面研磨加工方法に関する。

磁気記録の記録密度（面密度）の向上は非常に急激で、ここ１０年間の間、率５０％〜２００％の急激な向上が継続的に進んできた。量産レベルで７０Ｇｂｔ／ｉｎｃｈ²（約１０．９Ｇｂｉｔ／ｃｍ²）の製品が出荷され、実験室レベルではその倍の１６０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²（約２４．８Ｇｂｉｔ／ｃｍ²）の面記録密度が報告されている。量産レベルの面記録密度は、３．５インチＨＤＤで１プラッター当たり８０Ｇｂｙｔｅに相当し、２．５インチＨＤＤでいうと１プラッター当たり４０Ｇｂｙｔｅに相当する。記録密度は今後も向上が期待されている。さらに、記録密度の上昇に伴い、今後は磁気記録基板の小口径化が進行していくと考えられる。

小口径化が進行し、単位面積当りの記録密度を上昇させる為には、磁気記録ヘッドのグライドハイトを低くすることが必要となってくる。具体的には、要求されるグライドハイトは、従来では３０ｎｍ程度であったが、今後は１０ｎｍ以下となると考えられる。当然、グライドハイトが低くなることで、基板面の平坦性の向上が必須となってくる。平坦性の中身として注目されるのが、基板面のうねりであり、磁気記録媒体の業界ではウエビネスやマイクロウエビネスと表現される。ウエビネスは５ｍｍ以下の比較的大きなうねりを表し、マイクロウエビネスは２ｍｍ以下の比較的狭い範囲のうねりを表す。本発明の中ではこれを総称しウエビネスと表す。このウエビネスが劣化すると、ヘッドのグライドハイトが低くできない。低くできなければ、記録密度を向上することが困難となる。従って、今後、磁気記録媒体の記録密度向上の鍵はウエビネスの改善といっても過言ではない。なお、両面研磨装置を用いるウェハの研磨仕上げについて特許文献１がある。
特開平５-１６９３６５号公報

本発明は、被処理物を平面研磨加工する方法において、被処理物のウエビネスを改善する平面研磨加工方法が提供される。

本発明の態様として、加工キャリアの貫通孔内に配された被処理物の両面を研磨パッドを用いて目標厚みに研磨する平面研磨加工方法であって、該加工キャリアの貫通孔内に、該目標厚みの０．８倍以上１．０倍以下の厚みを有する修正プレートを配し、該研磨パッドが、硬度７０以上を有することを特徴する平面研磨加工方法であって、上記修正プレートが、真鍮、ＳＵＳ、エポキシ含浸ガラス、鉄、銅、アルミ、ニッケル及びカーボンからなる一群から選ばれる一以上を含んでなる平面研磨加工方法を提供する。
参考態様として、加工キャリアの貫通孔内に配された被処理物の両面を研磨パッドを用いて目標厚みに研磨する平面研磨加工方法であって、該加工キャリアが、該目標厚みの０．８倍以上１．０倍以下の厚みを有し、該研磨パッドが、硬度７０以上を有することを特徴とする平面研磨加工方法を提供する。

本発明の加工方法によれば、被処理物のウエビネスを改善することができる。例えば、本発明にかかる平面研磨加工方法を磁気記録媒体の製造に適用した場合にあっては、磁気記録媒体用基板のウエビネスが改善されるため、ヘッドのグライドハイトを低くすることが可能となり、単位面積当たりの記録密度を向上させることができる。

以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
本発明にかかる平面研磨加工方法は、任意の被処理物の平面研磨加工に適用でき、特にウエビネス改善が望まれる被処理物の平面研磨加工に適用することが好ましい。より具体的には、本発明は、液晶ディスプレイ用ガラス基板、磁気記録媒体用基板、フォトマスク用基板、デバイス用基板等の被処理物の平面研磨加工に適用することが好ましい。
本発明でいう平面研磨加工とは、表裏が平行に研磨されることである。研磨の形態としては、フローティングによる研磨（被処理物は研磨中、固定されず定盤内を移動している）であり、通常の片面研磨のように吸着パッドやワックスなどによる支持体固定式ではない。

被処理物の形状は、円状、擬似円状、環状、楕円状、多角形状などの任意の形状でよく、特に限定されるものではないが、板状が好ましい。また、被処理物の被処理面である少なくとも１つの面は、実質的に平面であることが好ましい。この場合、片面研磨又は両面研磨による平面研磨加工を好適に行うことができるためである。
被処理物は、好ましくは、ガラス、Ｂ、Ｃ又はＳｉ、又はＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｂ及びＳｉからなる一群から選ばれる単金属又は２種以上の合金を含んでなり、この材質で被覆されたものであっても良いが、平面研磨加工の目的に応じて適宜設定されるべきものであり、特に限定されるものではない。

被処理物の目標厚み、すなわち、平面研磨加工後に望まれる被処理物の厚みは、平面研磨加工の目的に応じて適宜設定されるべきものであり、特に限定されるものではない。具体的には、特に限定されるものではないが、被処理物の目標厚みは、磁気記録媒体の製造に適用する場合には、０．０５〜５ｍｍ、フォトマスクの製造に適用する場合には、０．０５〜５ｍｍ、デバイスの製造に適用する場合には、０．０５〜５ｍｍとすることが好ましい。
また、被処理物の初期厚み、すなわち、平面研磨加工前の被処理物の厚みは、平面研磨加工の目的に応じて適宜設定されるべきものであり、特に限定されるものではない。具体的には、特に限定されるものではないが、被処理物の初期厚みは、被処理物の目標厚みの１．０１〜１．５０倍とする、又は、被処理物の目標厚みより１〜１０００μｍ大きいものとすることが好ましい。

本発明に用いる研磨装置は、被処理物の表面を上下から研磨できる上下研磨機構を有して、摺動または回転することにより被処理物の表面を研磨できるものである。
上下研磨機構は、例えば、上下動軸を有して駆動モータ等により回転を作動するものである。回転機構は、同期するのが好ましく、場合により、回転力を変えたり、反転できる機構を有するものであってもよく、通常は上下逆回転となっている。
上下研磨機構は、好ましくは、回転盤（摺動盤）及び回転軸を含んでなり、研磨パッドを装着するものである。この上下盤の間に、被処理物を配した加工キャリアを設置し、内外周のギアにはめ込み、加工キャリアを自公転させながら、被研磨物を支持体に固定しないフォローティングによって研磨する構造とする。

本発明に用いる加工キャリアは、被処理物を研磨させる際に、被処理物を保持して被処理物に対し研磨材の回転力を伝えて研磨する機構である。
加工キャリアは、平面研磨できる形状であれば特に限定しないが、好ましくは貫通孔を有する板状のものであり、その貫通孔に被処理物を設置して、貫通孔から突出した被処理物の両面を研磨するものである。例えば、被処理物が円筒状であれば、貫通孔の径は被処理物の径より大きくなる。
加工キャリアは、好ましくは、真鍮、ＳＵＳ、エポキシ含浸ガラス、鉄、銅、アルミ、ニッケル及びカーボンからなる一群から選ばれる一以上を含んでなり、この材質で被覆されたものであってもよい。
加工キャリアの厚さは、特に限定されるものではないが、被処理物の厚みに応じて０．１〜３００ｍｍが好ましい。加工キャリアの厚さは、本発明の第１の態様においては、好ましくは被処理物の目標厚みの０．８〜１倍である。本発明の第２の態様においては、加工キャリアが修正プレートとしても機能するときは、好ましくは被処理物の目標厚みの０．８〜１倍であり、加工プレートが修正プレートとして機能しないときは、修正プレートの厚さよりも薄くなる。

本発明によれば、被処理物は加工キャリアの貫通孔（例えば穴）に設置され、必要により、修正プレートを加工キャリアの貫通孔に所要量配置する。研磨パッドは被処理物の好ましくは上下部に設置され、研磨材を被処理物と研磨パッドとの間に挿入させながら摺動又は回転させて被処理物を研磨する。
研磨の摺動速度又は回転速度は、目的とする被処理物の表面状態になるように、適宜調整することが望ましい。

参考態様によれば、加工キャリアの貫通孔に配された被処理物の両面を研磨パッドを用いて目標厚みに研磨する平面研磨加工方法であって、加工キャリアが、目標厚みの０．８倍以上１．０倍以下の厚みを有し、研磨パッドが、硬度７０以上を有する平面研磨加工方法が提供される。
例えば、研磨前の初期厚み０．５３ｍｍの被処理物である基板を目標厚み０．５０ｍｍに研磨する場合、０．５０ｍｍの厚みを有する加工キャリアの貫通孔内に基板を配置し、硬度が７０以上の研磨パッドにて所定の時間、研磨を行うことで、ウエビネスを改善した０．５０ｍｍの基板を得ることができる。

研磨パッドは、通常、研磨機の定盤に貼り付けただけではパッド面が平坦にならず、このまま、被処理物を平面研磨加工してしまうと、ウエビネスが大きな基板になってしまう。そこで、研磨パッドを貼り付けた後、研磨パッド面を平滑化するために修正プレートを用いる。修正は、ダイヤモンドペレット付修正キャリア、ＳＵＳ製修正プレート、ガラス製修正プレート等を用いて行うことができる。
また、被処理物の研磨を何回か行った後、研磨パッドについた凹凸除去のための修正を行うことで、ウエビネスが改善した被処理物が得られる。被処理物面の凹凸を効率良く削り取り、研磨後の被処理物のウエビネスを改善するため硬度の高い研磨パッドを用いるが、被処理物を長時間研磨していると、研磨パッド面の凹凸やケバが発生し、修正直後のウエビネスより劣化する問題が発生するからである。修正は、ダイヤモンドペレット付修正キャリア、ＳＵＳ製修正プレート、ガラス製修正プレート等を用いて行うことができるが、初期の修正のように大きな凹凸が無いので、ＳＵＳ修正プレート、ガラス修正プレートでの修正で、被処理物のウエビネスは再び改善できる。
参考態様によれば、被処理物の研磨とともに、研磨パッドの表面状態の修正が可能である。なお、参考態様や本発明の態様に、上述の研磨開始前の修正プレートによる研磨パッドの修正や、研磨開始後の修正プレートによる研磨パッドの修正を組み合わせてもよい。

参考態様の具体例としてその概念図を図１に示す。図１（Ａ）は研磨前であり、図１（Ｂ）は研磨後である。被処理物１が研磨パッド３ａと３ｂにより研磨されると同時に、研磨パッドの修正も加工キャリア２により行われている。比較のため、従来の態様の概念図を図２に示す。図２（Ａ）は研磨前であり、図２（Ｂ）は研磨後である。加工キャリア１０２の貫通孔に設置された被処理物１０１が研磨パッド１０３ａと１０３ｂにより研磨されるが、研磨パッドの修正は行われていない。

本発明の態様によれば、加工キャリアの貫通孔内の被処理物の両面を研磨パッドを用いて目標厚みに研磨する平面研磨加工方法であって、該加工キャリア内に、該目標厚みの０．８倍以上１．０倍以下の厚みを有しする修正プレートを配し、該研磨パッドが、硬度７０以上を有する平面研磨加工方法が提供される。
本発明に用いる修正プレートは、平面研磨できる形状であり、真鍮、ＳＵＳ、エポキシ含浸ガラス、鉄、銅、アルミ、ニッケル及びカーボンからなる一群から選ばれる一以上を含んでなり、この材質で被覆されたものであってもよい。また、上記のように、ダイヤモンドペレット付修正キャリア、ＳＵＳ製修正プレート、ガラス製修正プレートを用いてもよい。
修正プレートの厚さは、特に限定されるものではないが、被処理物の厚みに応じて０．１〜３００ｍｍが好ましい。修正プレートの厚さは、好ましくは被処理物の目標厚みの０．８〜１倍にする。

本発明の態様では、複数の被処理物を同時に研磨するため、加工キャリアが複数の貫通孔を有する場合、貫通孔の一部に修正プレートを同時に配備することでウエビネスを改善することができる。
修正プレートは、研磨パッドと加工キャリアとの間にバランスよく配置できれば、個数等に限定せず、形状においても、円盤、多角形等いずれでもよい。
図３と図４は、本発明の第２の態様の具体例を示す概念図である。
図３は、被処理物と修正プレートを別個に加工キャリアに設置したものを示し、図４は、被処理物と修正プレートを同じ加工キャリアに設置したものを示す。図３では、被処理物１１が加工キャリア１２ａに設置され、修正プレート１４が加工キャリア１２ｂに設置されており、研磨パッド１３（一方のみを図示）を用いて研磨する。図４では、被処理物２１と修正プレート２４が加工キャリア２２に設置されており、研磨パッド２３（一方のみを図示）を用いて研磨する。図３と図４に示すように、被処理物を複数用いる場合は、加工キャリア上の周方向に配置することが好ましく、多周になっても構わない。但し、修正プレートを複数用いる場合は、径方向に配置して対称になるように配置するのが望ましい。

本発明の態様では、修正プレートは、研磨と同時に研磨パッドの凹凸を接触・緩和するだけでなく、加工キャリアと研磨パッドの安定性、及び被処理物の研磨における加工キャリアの寸法安定性をもたらし、さらにウエビネスの改善効果をもたらすことができる。なお、修正プレートと加工キャリアの厚さを同一として、修正プレートと加工キャリアの両方で研磨パッドの表面状態を修正しても良いし、加工キャリアの厚さを修正プレートよりも薄くし、修正プレートのみで研磨パッドの表面状態を修正しても良い。加工キャリアの厚さを修正プレートよりも厚くすると、加工キャリアのみで研磨パッドの表面状態を修正することとなり、実質的に本発明の態様に含まれることとなる。

本発明に用いる加工キャリア又は修正プレートは、好ましくは、研磨パッドと対向する表面に、ダイヤモンド粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子、炭化ケイ素粒子、炭化チタン粒子及びシリカ粒子からなる一群から選ばれる一以上を有する。粒子は、平均粒径１５０μｍ以下であることが好ましい。
例えば、参考態様における加工キャリア、本発明の態様における加工キャリア及び／又は修正プレートは、その表面にダイヤモンド、アルミナ、酸化チタン、炭化ケイ素、炭化チタン、シリカのいずれかが粒子を形成することで研磨中に研磨パッドの修正が同時に可能で、効率的に研磨が行えるといった効果が得られる。しかし、研磨中も常に研磨パッドを削り込んでいるため、研磨パッドの消耗が早くなるのでその平均粒径が好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは１〜１５０μｍである。

ウエビネスの改善には、研磨パッドの硬度も重要である。硬度が７０より小さい軟質パッドでは、本発明の加工キャリアを用いたとしても、その効果は現れてこない。硬度は、ＪＩＳ Ｋ７０２８に基づきアスカー社製Ｃ型硬度計で測定した。
本発明によれば、被処理物の目標厚みの０．８倍以上１．０倍以下の厚みを有する加工キャリアと硬度７０以上の研磨パッドを組み合わせることによりウエビネスの改善を実現できる。
研磨パッドとしては、好ましくは、不織布系と、スエード系と、ポリウレタン系とからなる一群から選ばれる。

本発明に用いる研磨材は、特に限定されるものでは無く、通常研磨で用いられるシリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、ダイヤモンド、酸化チタンのようなものから選ばれる。

参考例１
被処理物として２．５インチガラス（厚み０．５３ｍｍ）基板を２５枚準備した。ラッピングマシンは９Ｂ型両面研磨機（キャリアサイズ９インチ）とし、上下盤には不織布系研磨パッド（硬度８０）を準備した。ダイヤモンドペレット付修正プレートにて十分修正を行った。加工キャリアとしては、ＳＵＳ製の厚み０．５０ｍｍ（目標厚みの１．００倍）を用いた。加工キャリアは計５枚で１枚につき５枚のガラス基板を研磨した。
研磨材はコロイダルシリカ（フジミ製）を１０％スラリーとし用いて両面研磨を行い、目標０．５ｍｍ厚まで研磨した。
研磨後、ガラス基板をＺｙｇｏ（Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２）を用いてウエビネスを測定した。
ダイヤモンドペレット付修正プレートのダイヤモンドの粒度は＃４００を使用した。

比較例１
参考例１の比較として、使用する研磨パッド、研磨材は同じとし、加工キャリアをガラエポ製の厚み０．３５ｍｍ（目標厚みの０．７倍）を用いて両面研磨を行い、目標０．５ｍｍ厚まで研磨し、参考例同様の測定を行った。

実施例２
参考例１で使用する研磨パッド、研磨材は同じとし、２．５インチガラス（厚み０．５３ｍｍ）基板を１５枚とし加工キャリアをガラエポ製の厚み０．３５ｍｍ（目標厚みの０．７倍を３枚用いると共に、ＳＵＳ製修正プレート２枚（厚み０．５ｍｍ 目標厚みの１．００倍）を準備した（図４を参照）。両面研磨を行い、目標０．５ｍｍ厚まで研磨し、参考例１と同様の測定を行った。

参考例３〜５及び比較例２
被処理物として２インチアルミ（厚み１．１０ｍｍ）基板を各試験４０枚準備した。
研磨材は参考例１と同じとし、研磨パッドをポリウレタン系の硬度、６０（比較例２）、７０、８０、９０のものを準備した。
加工キャリアは厚み０．９０ｍｍ真鍮製（目標厚みの０．９倍）のものを５枚準備した。そして、両面研磨を行い、目標１．００ｍｍ厚まで研磨した。
研磨後、アルミ基板をＺｙｇｏ（Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２）を用いてウエビネスを測定した。

実施例６
被処理物として５０ｍｍ角ガラス（厚み０．６ｍｍ）基板を３０枚、加工キャリアとして通常のガラエポ製の目標厚みの０．７０倍のものを準備した。また、被処理物の目標厚みの１．００倍の厚みのＳＵＳプレート角ガラスを１０枚準備した。
研磨パッドはポリウレタン（硬度８０）を用いて、研磨材は参考例１と同じとした。加工キャリア１枚につき、被処理物６枚とＳＵＳプレート２枚とし、加工キャリア５枚でガラス基板３０枚とＳＵＳプレート１０枚とした（図４参照）。両面研磨を目標厚みまで行い、研磨後、ガラス基板をＺｙｇｏ（Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２)を用いてウエビネスを測定した。

実施例７
被処理物として１インチＳｉ（厚み０．４ｍｍ）基板を８０枚準備した。実施例２と同条件で研磨を行い、ウエビネスを測定した。

＜ウエビネス測定＞
Ｚｙｇｏ（Ｎｅｗ ＶＩｅｗ ５０２２)を用いて、研磨後の被処理物の研磨面の３×２ｍｍ視野にて測定した。今回の測定値は測定範囲、測定条件、測定値のバンドパスなどによって実測値が上下変動することがあるので、測定範囲、測定条件固定で、バンドパスなどのフィルタリング処理も行わなかった。更に、本発明の効果をわかり易くするために、比較例１を１として、比例値として表した。

結果を表１に示す。
参考例１と比較例１では、明らかに、目標厚み１．００倍の加工キャリアを用いた方がウエビネス値が小さくなっていた。
また、実施例２でも、加工キャリアもしくは修正プレートの厚みを目標厚みに対し１．００倍とすることで、比較例１に比べ、ウエビネスが改善していた。実施例２のように、加工キャリアは通常のガラエポ製（目標厚みの０．７０倍）であっても、同時に修正用のＳＵＳプレート（目標厚みの１，００倍）を用いることにより、ウエビネスの改善が認められた。
参考例３〜５及び比較例２より、加工キャリアの厚みを目標厚の０．９倍とし、研磨パッドの硬度変化させた結果、パッドの硬度の上昇に伴い、ウエビネスが改善した。逆に、加工キャリアの厚みを目標厚の０．９倍としても、比較例２の研磨パッドの硬度が６０以下だと比較例１よりウエビネスが悪くなった。研磨パッドの硬度は７０以上が好ましいと考えられる。よって、加工キャリア厚は０．８倍以上１．００倍以下で研磨パッドの硬度が７０以上であることが好ましいと考えられる。
実施例６より、目標厚みの０．８以上のプレートを、通常のガラエポ製加工キャリアに配備することで、ウエビネスの改善が認められた。
実施例７では、被処理物としてＳｉ基板を用いているが、顕著なウエビネスの改善が認められた。

参考態様の具体例を示す概念図であり、（Ａ）は研磨前であり（Ｂ）は研磨後である。 従来の態様を示す概念図であり、（Ａ）は研磨前であり（Ｂ）は研磨後である。 本発明の態様の具体例を示す概念図である。 本発明の態様の具体例を示す概念図である。

符号の説明

１ 被処理物
２ 加工キャリア
３ａ 研磨パッド
３ｂ 研磨パッド
１０１ 被処理物
１０２ 加工キャリア
１０３ａ 研磨パッド
１０３ｂ 研磨パッド
１１ 被処理物
１２ａ 加工キャリア
１２ｂ 加工キャリア
１３ 研磨パッド
１４ 修正プレート
２１ 被処理物
２２ 加工キャリア
２３ 研磨パッド
２４ 修正プレート

Claims (6)

1. 加工キャリアの貫通孔内に配された被処理物の両面を研磨パッドを用いて目標厚みに研磨する平面研磨加工方法であって、該加工キャリアの貫通孔内に、該目標厚みの０．８倍以上１．０倍以下の厚みを有する修正プレートを配し、該研磨パッドが、硬度７０以上を有することを特徴とする平面研磨加工方法であって、
   上記修正プレートが、真鍮、ＳＵＳ、エポキシ含浸ガラス、鉄、銅、アルミ、ニッケル及びカーボンからなる一群から選ばれる一以上を含んでなる平面研磨加工方法。
2. 上記被処理物が、ガラス、Ｂ、Ｃ又はＳｉ、又はＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ及びＮｂからなる一群から選ばれる単金属又は２種以上の合金を含んでなる請求項１に記載の平面研磨加工方法。
3. 上記修正プレートが、上記研磨パッドと対向する表面に、ダイヤモンド粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子、炭化ケイ素粒子及び炭化チタン粒子からなる一群から選ばれる一以上を有する請求項１又は請求項２に記載の平面研磨加工方法。
4. 上記修正プレートの表面の粒子が、平均粒径１５０μｍ以下である請求項３に記載の平面研磨加工方法。
5. 上記修正プレートが、円盤又は多角形である請求項１〜４のいずれかに記載の平面研磨方法。
6. 上記被処理物が、液晶ディスプレイ用基板と、磁気記録媒体用基板と、フォトマスク用基板と、デバイス用基板とからなる一群から選ばれる請求項１〜５のいずれかに記載の平面研磨加工方法。

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