CN1239665C - 抛光剂及其制造方法以及抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在不损伤抛光表面的情况下进行抛光的抛光剂及抛光方法。抛光被抛光体表面的抛光剂是由基体粒子和被保持在其表面上的超微细磨料构成的。超微细磨料在抛光过程中被保持在基体粒子上。另外，还具有如下特征：在抛光过程中，超微细磨料即使从基体粒子表面的一部分剥离，也会再次附着于基体粒子的表面上。制造抛光剂的方法是由在超微细磨料中添加基体粒子并进行搅拌的工序构成。进一步地，使用抛光剂进行抛光的方法由如下工序组成：即，将抛光剂以恒定量供给承台的工序和一边以所定的旋转速度使承台旋转，一边将被抛光体抛光加工的工序。

Description

抛光剂及其制造方法以及抛光方法
技术领域
本发明涉及由基体粒子和超微细磨料构成的抛光剂及抛光方法，特别是涉及超微细磨料保持于基体粒子表面的抛光剂材料及抛光方法。
背景技术
近年来，在半导体衬底及磁盘衬底之类的尖端电子器件及其衬底的精加工工序中，采用使用了各种抛光布的游离磨料的抛光技术。在这些工序中，为了实现镜面加工，使用织物、无纺织物、发泡体等有弹性的抛光布作为工具。大约30年前，织物应用得较多，但由于织眼对粗糙度和起伏有不良影响，所以逐渐被淘汰，以无纺织物代之得到了越来越多地应用，但无纺织物由于其密度不匀称，所以它对微小的起伏仍带来不利的影响，最近发泡体的使用增加。
而且，最近的精密抛光中要求形状精度高的加工，更硬的抛光布已经被人们所喜爱，但是使用硬质抛光布时有难以达到要求的粗糙度、容易产生划痕等问题，鉴于此人们提出了将硬质树脂层和软质树脂叠合的双层抛光布等。
但是以往的抛光剂及抛光方法存在如下各种各样的问题。例如，以往的抛光技术存在着随着抛光时间的延长，抛光布表面的凹凸变少，同时磨削屑与抛光材料堆积而使抛光效率下降的现象。因此，往往进行被称之为修整的作业，即用金刚石磨石将抛光布表面重新磨削的作业。该作业使抛光布寿命缩短，另外，发现从金刚石磨石脱落的磨料引起划痕等问题。
另外，由于抛光布一般具有2～3mm左右的厚度，所以在因弹性所致的变形变大时，抛光布本身与被抛光体接触，使摩擦阻力增大，使抛光机所需的动力增加。
并且，硅片及液晶玻璃等最近一些被抛光体的口径变大，与此成比例，抛光机也要加大，在其上使用的抛光布也将随之增大。把这样大的抛光布均匀地贴合在抛光机承台上需要有极为熟练的技术。
因此，本发明的目的在于：实现抛光特性的长期稳定，减少与抛光没有直接关系的不必要的摩擦阻力，还提供不需要更换抛光布的抛光剂及其抛光方法。
发明概要
为实现上述目的，本发明由以下部分构成。
抛光被抛光体表面的抛光剂由基体粒子及被保持在其表面上的超微细磨料构成。超微细磨料在抛光过程中被保持在基体粒子上。另外，超微细磨料的特征是：在抛光过程中，即使从基体表面的一部分剥离，也能重新附着于基体表面上。
具体来说，超微细粒子相对于基体粒子的粒径比为1/500～1/5。
另一方面，制造抛光剂的方法由如下工序组成：在分散超微细磨料的抛光液中添加基体粒子并搅拌。
另一方面，使用抛光剂通过抛光装置进行抛光的方法由如下工序所组成：在被抛光体与抛光装置间以所定的量供给上述抛光材料的工序、一边使被抛光体与抛光装置接触一边使两者相对运动的工序。
较好的情况是作为抛光装置使用平滑而且平面性良好的带。
另外，一边接触一边作相对运动的工序最好是由一边使带以所定的旋转速度旋转，一边抛光前述的被抛光体的工序组成。
更好的情况是作为抛光装置可以用承台。
另外较好的情况是：一边接触一边作相对运动的工序是由一边使承台以所定的旋转速度旋转，一边将被抛光体抛光加工的工序组成。
利用与本发明有关的抛光剂及抛光方法，不使用抛光台等，不使用对抛光无用的一切材料，可无浪费地反复抛光。
另外，在使用承台抛光时，由于被抛光体的整个抛光面均匀受压，所以可均匀一致地抛光。
进一步讲，利用与本发明有关的抛光剂及抛光方法，能够使加工效率提高20～50％，可以改善抛光加工能力。
另外，利用与本发明有关的抛光剂及抛光方法，可望使装置小型化，能实现空间的节省。
附图的简单说明
图1是表示使用有关本发明的抛光剂进行抛光的情况的截面图。
图2是表示遵从本发明的基体粒子的其他实施例的图。
图3是表示遵从本发明的基体粒子的形态的图。
图4是本发明的较好的实施例的电子显微镜照片。
实施发明的最佳方案
以下，一边参照附图一边说明本发明申请。图1为表示使用本发明的抛光剂抛光被抛光体的情况的截面图。
为抛光被抛光体1的表面抛光剂由基体粒子3及被保持在该基体粒子3表面的超微细磨料4构成。抛光过程中，超微细磨料4被保持在抛光剂内的基体粒子3上，超微细磨料的特征是：在抛光中即使抛光剂内的超微细磨料4从基体粒子3的表面的一部分剥离，该超微细磨料粒子4也会重新附着补充在基体粒子3的剥离部分上。
超微细磨料相对于基体粒子的粒径比为1/500～1/5，较好的情况为1/200～1/20。
在图1示出的较好的实施例中，基体粒子3为正圆球状微粒子聚合物。超微细粒子4的平均粒径8与该正圆球状微粒子聚合物的平均粒径6之比为1/500～1/5，较好的情况为1/200～1/20。因该正圆球状微粒子聚合物具有弹性，所以在抛光加工时，不会在被抛光体1的表面上残留伤痕。另外，该正圆球状微粒子聚合物也可以是具有200～1000的细孔的多孔材料。
具体来说，该正圆球状微粒子聚合物至少由一种聚氨酯、尼龙、聚酰亚胺或聚酯构成。另外，超微细磨料4至少由一种胶态二氧化硅、氧化铝或氧化铈构成。
间隔5实质上与基体粒子3的粒径6大致相等。抛光剂与抛光剂之间的空间7起到容屑槽作用，通过它能防止划痕产生。本发明的抛光剂能用于精密抛光磁盘衬底、半导体晶片或液晶面板等。
作为基体粒子3也可以使用上述微粒子聚合物以外的微珠，微珠的平均粒径为0.1μm～100μm，最好为1μm～20μm。另外，微珠可以有200～1000的细孔。具体来说，微粒子至少由一种碳微珠、玻璃微珠、丙烯酸微珠、中碳微珠构成，所有的微珠由大阪气体有限公司、希米空·空帕济特(シミコン·コンボジツト)公司等市售，可以买到。
遵从本发明的基体粒子的其他实施例如图2所示。
图2(a)～(c)是将作为较好的实施例的基体粒子的正圆球状聚合物进行表面改质后所得到的基体粒子。(a)的基体粒子具有把二氧化硅等微粒子21保持在表面上的结构；(b)的基体粒子具有把单分子层22保持在表面上的结构；(c)的基体粒子具有在表面设有微小的凹部23的结构。
图2(d)表示由外壳24及芯子或中空部25构成的基体粒子。具体地讲，外壳24由聚合物或金属构成。另一方面，芯子25由金属等固体或聚合物构成，中空部25可以填充气体或液体。
图2(e)表示由复合粒子构成的基体粒子。该基体粒子具有在中空聚合物26的内部包含一个或一个以上的微囊27的结构。
进一步地，遵从本发明的基体粒子的形态可示于图3。
遵从本发明的基体粒子的形态可以是如球体(a)那样的二轴旋转体、如(b)～(d)那样的一轴旋转体或如(e)那样的球体的复合体。
下面说明制造上述抛光剂的方法。
涉及本发明的抛光剂可以通过把基体粒子添加到超微细磨料并搅拌来制造。
最后，说明使用本发明的抛光剂抛光被抛光体1的方法。
使用涉及本发明的抛光剂进行抛光的方法构成如下：在被抛光体与抛光装置之间供给给定量的该抛光剂，并且一边使抛光装置与被抛光体接触，一边使两者作相对运动。在此，可以认为超微细磨料靠静电力、范德华力或机械力保持在基体粒子表面上，作为抛光装置最好使用带或承台。
在带中，平滑且平面性良好的比较适合。例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)所制的带等。
在承台中，  由铜(Cu)或锡(Sn)等金属、陶瓷或塑料制造的平面性良好的承台比较适合。该承台的形状不限于平面，也可以为曲面、球面或凹凸面等。通过使用这样的承台，不需要以往的氨基甲酸乙酯系的抛光片或带也能改善平面度及微小起伏。
具体来说，所谓在向上述抛光剂的承台2上供给时的恒定量是1cc/min～100cc/min，较好的情况为20cc/min～50cc/min。另外，在
边使该承台2以给定的旋转速度旋转边抛光加工被抛光体时，所谓给定的旋转速度为10rpm～10000rpm，较好的情况为100rpm～1000rpm。
以下对遵从本发明的较好实施例予以说明。再者，在较好实施例中，作为微珠选择了微粒子聚合物。
(1)超微细磨料
作为遵从本发明的超微细磨料，试用了日产化学有限公司生产的胶态二氧化硅(斯诺特库司(スノ-テックス)30)，表1示出了斯诺特库司30的规格。
                    表1
 日产化学有限公司生产  斯诺特库司30(PH 10.5)
二氧化硅(SiO2)含量 重量％     30～31
氧化钠(NaO2)含量 重量％     0.6以下
氢离子浓度(pH)     9.0～10.5
粒子粒径nm     10～20
粘度(25℃)mP     6以下
比重(25℃)     1.20～1.22
(2)基体粒子
作为遵从本发明的基体粒子(微粒子聚合物)，试用了日本触媒有限公司生产的二种苯并三聚氰二胺树脂(埃扑斯塔(エポスタ-)L15及埃扑斯塔(エポスタ-)MS)，表2及表3示出了各自的规格。
                             表2
日本触媒有限公司生产  埃扑斯塔L15/埃扑斯塔-MS
埃扑斯塔L15(苯并三聚氰二胺树脂)
    化学名     苯并三聚氰二胺甲醛树脂   二氧化硅   非离子型表面活性剂
    成分·含量     94％   5％   1％
    化学式     (C9H9N5·CH2O)2   SiO2   企业秘密
    官报公开整理号     (7)-555   (1)-548   7-559
    粒径  正圆球状     平均粒径10～20μm 最大30μm 最小8μm
                            表3
埃扑斯塔MS(苯并三聚氰二胺树脂)
    化学名  苯并三聚氰二胺甲醛树脂   二氧化硅   非离子型表面活性剂
    成分·含量  89.8％   10％   1％
    化学式  (C9H9N5·CH2O)2   SiO2   企业秘密
    官报公开整理号  (7)-555   (1)-548
    粒径 正圆球形   平均粒径1～3μm 最大10μm 最小0.5μm
图4(a)为埃扑斯塔L15原始粉末的SEM照片，(b)为其放大照片。可以确认在微粒子聚合物的表面有少量残留的二氧化硅。
(3)抛光剂的制造
一边在上述胶态二氧化硅内搅拌一边加入上述微粒子聚合物。表4示出了遵从本发明的抛光剂的组成。
             表4
微粒子聚合物    0.5～5％重量比胶态二氧化硅    5～10％重量比纯水            85～94.5％
图4(c)为干燥后的抛光剂(埃扑斯塔L15+胶态二氧化硅)的SEM照片，(d)为其放大照片。由此可知胶态二氧化硅大致均匀地附着在埃扑斯塔L15的表面上。
(4)平面抛光
遵从本发明的平面抛光在以下条件下进行。
被抛光体：4英寸硅片
加工机：冈本机械厂制造平面抛光盘
加工面压力：300gf/cm2
承台径：φ260mm
承台旋转数：64rpm
抛光剂供给量：25cc/min
加工时间：20min
(5)结果
图4(e)为抛光后微粒子聚合物浆液的SEM照片，图4(f)为其放大照片。由此可知，由于抛光导致胶态二氧化硅从微粒子聚合物的表面一部分剥离。
遵从本发明的平面抛光可达到表面粗糙度Ra＝2.0～2.5nm，这比得上通常的IC1000抛光片/胶态二氧化硅的加工结果。因此可知，与以往相比，本发明的加工效率提高20～50％。另外，与以往相比，加工时的承台转矩(使微粒子聚合物浆液介于中间，被抛光体相对于承台的移动阻力)减少了20～30％，因此进一步减小驱动***，谋求装置的小型化也是可能的。

Claims (2)

1.一种用于抛光被抛光体表面的抛光剂的制造方法，该方法由向分散了超微细磨料的抛光液中添加基体粒子并搅拌的工序构成，其中
所述基体粒子是正圆球状微粒子聚合物；
正圆球状微粒子聚合物是由至少一种聚氨酯、尼龙、聚酰亚胺或聚酯形成；
所述超微细磨料由至少一种胶态二氧化硅、氧化铝或氧化铈形成；
所述超微细磨料相对于所述基体粒子的粒径比为1/500～1/5。
2.一种抛光方法，它是使用用于抛光被抛光体表面的抛光剂，利用抛光装置进行抛光的方法，其中
所述抛光剂由基体粒子及保持于其表面上的超微细磨料构成；
所述基体粒子是正圆球状微粒子聚合物；
正圆球状微粒子聚合物是由至少一种聚氨酯、尼龙、聚酰亚胺或聚酯形成；
所述超微细磨料由至少一种胶态二氧化硅、氧化铝或氧化铈构成；
所述超微细磨料相对于所述基体粒子的粒径比为1/500～1/5；
该方法由以下工序构成：
在上述被抛光体和上述抛光装置之间以所规定的量供给上述抛光剂的工序；和，
一边使上述抛光装置与上述被抛光体接触一边使其相对运动的工序；其中
使用承台作为上述抛光装置，
一边进行上述接触一边使其相对运动的工序由一边以所定的旋转速度使上述承台旋转，一边抛光加工上述被抛光体的工序构成；其中
对于一个被抛光体，上述所规定的量是1cc/min～100cc/min；
上述所定的旋转速度为10rpm～10000rpm。
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